Új utak a földtudományban - 2013 Geotermikus rezervoárok Országos geotermikus potenciálfelmérés eredményei Zilahi-Sebess László Tartalom Geotermikus potenciál fogalma A Geotermikus Prognózis fő elemei A litológiai összetevők A rezervoár fogalom Geotermikus potenciál mint lokális kategória Az egy fúrással maximálisan kitermelhető hőmennyiség mint potenciál Technológiafüggő-e a rezervoár fogalma a geotermikában A rezervoárok fajtái I.Magyarország területének felosztása a sekély-geotermikus adottságok alapján II. Mélygeotermika 1. Medencekitöltő üledékekben tárolt hőmennyiségbecslés eszközei (becsült és mért hőmérséklet, kompakciós trendek, fizikai paraméter eloszlás és hőenergia tartalom térképek, hisztogram) 2. Mállási zóna és alapkonglomerátum hőtartalmának becslése 3. Karbonátos tárolók 4.Tektonikai törészónák A mélygeotermia lehetőségeinek összefoglalása HDR, EGS irányított szövetű és könnyen repeszthető kőzetek A fragmentáltság jelentősége a vagyonbecslésnél
Geotermikus potenciál A geotermikus potenciál az International Geothermal Association (IGA) ajánlása alapján az egy év alatt megtermelhető geotermikus energiamennyiség. A meghatározó hazai jogszabály, a Bányatörvény (Bt. 1993. évi XLVIII. Törvény 49. 11.) alapján a geotermikus energia a földkéreg belső hőenergiája. A geotermikus potenciál a fenti definició alapján egy szabvány paraméterekkel rendelkező eszközt feltételez! ami akár az egész belső energia is lehet. azaz valójában a reménybeli vagyon kategória amely a legbiztosabb szám mert a legkevesebb szubjektív elemet tartalmaz a kiszámítása. Ha az egységeszköz definiálásától eltekintünk amely részben technikai részben közgazdaságtani fogalom a továbbiakban a reménybeli vagyon különböző szempontok szerinti felosztásáról beszélhetünk amely elsősorban hidrogeológiai és hőtani paraméterek becslését jelenti. Geotudományi szempontból csak a készletbecslés és egy jól definiált egységeszközzel való kitermelhetőség fogalma kezelhető.. Litológiai összetevők 4
A Geotermikus Prognózis fő elemei I. Felülről lefelé számított statikus vagyon becslés: A kiindulási alap a térfogati módszer A teljes porozitás kiszámítása majd a kőzet és a folyadék által tárolt hőenergia egymástól független kiszámítása. II. Alulról számított extrapolált prognózis: A kiindulási alap a kitermelt vízmennyiség (mélygeotermia) illetve a beépített kapacitás éves változása (sekélygeotermia) Ez nem vagyon becslés de nem is készletbecslés csak termelési előrejelzés III. A fenntarthatóságot biztosító elemek becslése: Vízutánpótlódás regionálisan (éghajlati elemek) Vízutánpótlódás lokális (kőzetek vízáteresztőképessége) Hőutánpótlódás regionálisan (konduktív földi hőáram) Hőutánpótlódás kondukcióval a statikus készletből Hőutánpótlódás advekcióval a statikus készletből Technológiafüggő-e a rezervoár fogalma a geotermikában A hagyományos rezervoárfogalom hidrogeológiai egységekről szól, de a mélyszinti geotermikában (HDR, EGS) nincs ilyen értelemben vett rezervoár, azonban egy hidrogeológiai jellemző, a permeabilitás közös a hagyományos rezervoárokkal. Definiált rezervoárnak a védőidommal körülhatárolt térrészt tekinthetjük ám még így is különbözni fog a visszasajtolás nélküli és visszasajtolásos tárolótérfogat.
Geotermikus potenciál mint lokális kategória A közvetlen víztermeléssel kitermelhető energia nagyságát elsősorban a lokális víz utánpótlódás szabja meg, ami pedig a szivárgási tényezőtől függ, a többi műszaki paraméter A visszasajtolásos termelésnél elvileg a vízmennyiség nem csökken, azonban figyelemmel kell lenni az esetlegesen kialakuló hő-depresszióra, melyet a kőzetek áteresztőképességének, illetve a hő-vezetőképességnek a korlátozott mivolta okoz. A repedezett kőzetekből való hőtermelés esetén az egy helyről kitermelhető hőmennyiséget cirkuláltatásos termelésnél is a cirkuláltatással elérhető kőzettérfogat teljes hőtartalma korlátozza le. Az ettől távolabb levő térfogatokból csak akkor lehet hő utánpótolódásra számítani, ha természetes repedésrendszerhez is kapcsolódik a termelés alatt álló térfogat, miután a kőzeten keresztül történő hő utánpótolódás túlságosan kicsi száraz rendszerben. Az egy fúrással maximálisan kitermelhető hőmennyiség, mint potenciál A geotermikus energia a kitermelés szempontjából kimeríthetetlen hőforrásnak tekinthető viszont az egy fúrással kitermelhető energiának becsülhető korlátai vannak. A permeabilitás, porozitás mint földtani adottságokon kívül az alkalmazott depresszió nagysága és a szűrőzött szakasz hossza is becsülhető.
A rezervoárok fajtái - Az országos becslésnél az alábbi tároló kategóriákra történt becslés: - I. Sekélygeotermikus rezervoárok II. Mélygeotermia 1. Medencekitöltő üledékek 2. Mállási zóna és alapkonglomerátum 3. Alaphegységi termálkarszt 4. Tektonikai zónák I.Magyarország területének felosztása a sekély-geotermikus adottságok alapján Zöld: kedvező területek, sárga: kevésbé kedvező területek, piros: korlátozottan hasznosítható területek W/m: átlagos fajlagos talajszonda teljesítmény (2000 óra/év fűtési üzemidő esetén) W/m 2 : átlagos fajlagos talajkollektor teljesítmény (2000 óra/év fűtési üzemidő esetén)
1. Medencekitöltő üledékekben tárolt hőmennyiség A kompakciós trend és a homok agyag arány szerint becsülhető a porozitás és a permeabilitás a hőmérséklet ismeretében pedig az egyes porozitás komponensekre eső hőtartalom is. Az egy fúrásból várható hőenergia termelést az előző paraméterek valamint a becsült maximális alkalmazott depresszió illetve a maximális szűrőfelületből kalkulálhatjuk. Medencemélységfüggő hőáram A belső energia becslése modellből
55 55 130 55 55 155 55 30 80 80 80 30 80 130 40 A belső energia becslése modellből Mélységi hőmérsh rséklet eloszlás A belső energia becslése, hőmérsékletmérések 105 130 155 Mélységi hőmérséklet eloszlás térkép, primer hőáram adatok, porozitásmélységmenet adatok, általános, a medenceüledékek mélység szerinti tömörödöttségét kifejezőfüggvények, segítségével a kőzetfizikai paraméterek várhatóértéke becsülhető.
A Negyedidőszaki képződmények a Makói árok és annak folytatásában a legvastagabbak és egyben a legnagyobb hőtartalmat képviselik ami több mint 30000PJ körülbelül 1500km2 területen. Ez a mennyiség több mint 15%-a negyedidőszaki képződményekben mozgatható folyadékban tárolt hőnek.
Medenceüledékek hőtartalma(gj/m 2 )
A reménybeli és a reálisan kitermelhető geotermikus energia vagyon készletkategóriák szerinti bontásban Formáció Teljes Reménybeli vagyon Hőtartalom (EJ) Effektív porozitás Teljes porozitás Kőzetmátrix Szivárgási tényező (m/s) Reálisan Kitermelhető vagyon 1 MW 3 m 3 /perc Negyedidőszak 800 188 386 414 10-4 837 4 3000 Felső pannóniai 6360 1637 2860 3500 0,5 10-5 1630 600 5 Alsó pannóniai 7511 1438 2098 5413 0,5 10-7 250 60 Pannóniai együttesen ( 1000+1000 kút) Negyedidőszak + pannóniai 3*1000 kút 1880 13 871 3075 4958 8913 0,3 10-5 (60 PJ) 2720 14 671 3263 5344 9327 (1880)* 18 86 PJ/év 3660 (660) 18 A jelenleg termelt víz hőegyenértéke 2 7 PJ/év 3660 (660) * 18 220 MW (42 000 000 m3/év) Megjegyzés: 1000 kútra számított értékek a kvarter nélkül egy kút átlaga az egész pannonra 330l/perc a felső pannonra 600l/perc A jelenleg termelt termál víz összesen 80m 3 /perc vagy 115 000m 3 /nap 240 db egyenként 330 l/perc hozamú kútnak felel meg. Formáció Teljes Reménybeli vagyon Hőtartalom (EJ) Effektív porozitás Teljes porozitás Szivárgási tényező ÁtlagT( C) (figyelembe vett) Reálisan Kitermelhetővagyon Kőzet-mátrix (m/s) MW (PJ/év) m 3/perc Negyedidőszak 800 188 386 414 10-4 837(26) 3000 Nagyalföldi Formáció 2610 753 1410 1200 0.5*10-5 27 460(14)** 300 ZagyvaiFormáció 1570 340 620 950 0.5*10-5 43 560(18)*** 300 Újfalui Formáció 2180 544 830 1350 10-5 50 1630(50) 600 Felsőpannóniai 6360 1637 2860 3500 0,5 10-5 50 1630(50) 600*! Algyői Formáció 2985 338 1072 1913 10-7 61 40 6 Szolnoki Formáció 2962 459 756 2206 10-6 73 250 60 EndrődiFormáció 1564 149 270 1294 10-9 79 0.3 0.06 Alsópannóniai (1000kút) 7511 1438 2098 5413 0,5 10-7 73 250* 60 Pannóniai együttesen (1000+1000 kút) 13871 3075 4958 8913 0,3 10-5 1880* 3660 (60 PJ) (660) 18 pannóniai Negyedidőszak + 14 671 3263 5344 9327 Pre-pannóniai törmelékes bázisképződmények Karsztos medencealjzat (nagy porozitású, karsztos felsőrésze) 2720 (1880)* 18 86 PJ/év 450 25 26 424 0.5 10-2 953 (30 PJ/év) 1480 60 86 1394 0.5 10-2 3400 (100 PJ/év) 3660 (660) * 18 700 (368 10 6 m 3 /év) A jelenleg termelt víz hőegyenértéke 7PJ/év 220 MW (42000000m3/ év) 210 nincs adat 6,5 PJ/év 200MW (22300000m 3 /é v) es mélységig Medencealjzat 5000 m- 89000 Összesen 105 500 3348 5456 11 145 7070 (6233) 216PJ (190PJ/év) A reménybeli és a reálisan kitermelhető geotermikus energia vagyon készletkategóriák szerinti bontásban
Medencekitöltő üledékek geotermikus potenciálja 2. Mállási zóna és alapkonglomerátum Ennél a tároló típusnál ha csak mint forróvíztárolót értékeljük a rezervoár méretének az a zártnak feltételezett térfogat számít amelyből a véges mennyiségűnek feltételezett forróvizet nyerjük. Országos léptékben a térfogat becslése a prepannon aljzat domborzatából származik.
Alaphegységi készlet és potenciálbecslés Alapkonglomerátum vastagságbecslés Mállási kéreg k és s törmelt rmelék k vastagság g térkt rkép(worm eye map)
3. Karbonátos tárolók A térfogatbecslés az alaphegység mélységéből repedésekkel oldási üregekkel átjárt térfogat becslését jelenti az alaphegység mélységéből. A prognózishoz rendelkezésre álló információ a karbonátok elterjedését ábrázoló térkép Mészkő vastagság g becslés
Alaphegységi készlet és potenciálbecslés karbonátok A mélykarszt ennek kb. háromszorosa lehet 4.Tektonikai törészónák A tektonikai zónák jelentősége, hogy rövidzárat képeznek a fúrással el nem érhető mélységekhez, erre azonban még nem lehet potenciálbecslést alapozni. Amennyiben nem a mállási kéregről van szó feltehetően az aljzatbeli kőzetek porozitása és permeabilitása gyakorlati szempontból nulla. ez nem az jelenti, hogy ne maradhatnának egy-mástól elszigetelt üregek lokálisan porózus kisméretű térrészek csak azt, hogy nagyobb léptékben porozitás mentesnek és folyadék át nem eresztőnek számít a kőzet ha nem tektonizált. Feltételezzük, hogy tektonikai nyugalomban a hasadékok pórusok térfogata a mineralizáció révén addig csökken amíg nagyobb léptékben a pórusok összekötöttsége megszűnik. A nem oldódó alaphegységi kőzetek esetében feltesszük, hogy a kommunikáló repedéstérfogatot teljes egészében a tektonika hozza létre. Ezért közvetlen kapcsolatot feltételezünk a neotektonikai vetősűrűség és az alaphegységi porozitás között. A geotermiában ennek különös jelentőséget ad, hogy minél mélyebbre hatol egy neotektonikai vetődés annál valószínűbb, hogy fúrással el nem érhető mélységből közlekedhetnek a vető mentén magas hőmérsékletű vizek. A geotermikus potenciál becslés keretében a prepannon mélység térképből készített derivált térkép alapján vizsgáltuk, melyek azok a főbb szerkezeti vonalak amelyhez nagyobb törmelékes tároló térfogatot lehetne becsülni.
A mélygeotermia lehetőségei (Nagyentalpiájú rezervoárok) Aljzati törmelékes tárolók becsült pórustérfogata: 100km 3, Hőmérséklet: 100-150 ο C A porozitáshoz tartozó hőtartalom: 26 000PJ=26EJ Kőzetváz által képviselt 424 000 PJ= 424 EJ Becsült hozzáférhető hőtartalom évente 30PJ Feltételezett előnye a viszonylag jó permeabilitás, feltehetőleg gyors hőcserét lehet benne létrehozni Hátránya az erős széttagoltság mivel az alaphegységi kiemelkedésekhez kötődik Alaphegységi karbonátok, mélykarszt : 50-200km 3 Hőmérséklet.100-150 ο C Porozitáshoz tartozó hőtartalom kb. 22-86EJ Kőzetváz hőtartalma: kb. 1394EJ Hozzáférhető évente: 100PJ Feltételezett előnye, hogy nagyobb összefüggő rezervoárok alkothatják A pre-pannóniai bázisképződményekben és a karsztos alaphegységben a mozgatható víz által képviselt becsült hőtartalom (GJ/m 2 ) a reménybeli területekkel 1 120 C izoterma a pre-pannóniai aljzatfelszínen, 2 2500 méteres pre-pannóniai aljzat felszínmélység, 3 pretercier kibúvások
Formáció Teljes Reménybeli vagyon Hőtartalom (EJ) Effektív porozitás Teljes porozitás Kőzetmátrix Szivárgási tényező (m/s) Reálisan Kitermelhető vagyon 1 MW 3 m 3 /perc Negyedidőszak 800 188 386 414 10-4 837 4 3000 Felső pannóniai 6360 1637 2860 3500 0,5 10-5 1630 600 5 Alsó pannóniai 7511 1438 2098 5413 0,5 10-7 250 60 Pannóniai együttesen -5 1880 3660 13 871 3075 4958 8913 0,3 10 ( 1000+1000 kút) (60 PJ) (660) 18 Negyedidőszak + pannóniai 3*1000 kút 14 671 3263 5344 9327 2720 (1880)* 18 86 PJ/év Pre-pannóniai törmelékes 9537 6 450 25 26 424 0.5 10-2 bázisképződmények (30 PJ/év) Karsztos medencealjzat (nagy 9 700 10 3400 porozitású, karsztos felső 1480 60 86 1394 0.5 10-2 (368 10 6 része) 8 (100 PJ/év) m 3 /év) Medencealjzat 5000 m-es 11 89 000 mélységig Összesen 105 500 3348 5456 11 145 7070 (6233) 216 PJ (190PJ/év) A jelenleg termelt víz hőegyenértéke 2 7 PJ/év 3660 (660) * 18 220 MW (42 000 000 m3/év) 210 nincs adat 6,5 PJ/év 200 MW (22 300 000 m 3 /év) A reménybeli és a reálisan kitermelhető geotermikus energia vagyon készletkategóriák szerinti bontásban HDR, EGS irányított szövetű és könnyen repeszthető kőzetek Hagyományos értelemben hidrogeológiai szempontból az ilyen tárolónak nincs értékelhető térfogata, a kinyerendő hőmennyiséget a kőzetváz tárolja ám a működése mégis hidrogeológiai paramétertől a permeabilitástól függ, mert a kőzetváz hővezetőképessége túl kicsi a vízzel szállítotthoz képest. Térfogatnak az a térrész tekinthető amelyet a repedések feltártak. Rétegrepesztés jelentősége!
A fragmentáltság jelentősége a vagyonbecslésnél A hagyományos tárolószerkezetek össztérfogatának körülbelül egynegyede elvész mert túl kicsi a felfedezéshez. A blokkos felépítés szerepe a makro permabilitás értelmezésében az alaphegységi tárolóknál A tároló fragmentáltság kapcsolata a tektonikával és a fáciesekkel Köszönöm a figyelmet