Geotermikus energia

1. Geotermikus energia Dr. Dióssy László c. egyetemi docens

2. Termálvíz NEM MEGÚJULÓ ENERGIA FORRÁS csak ha a mélyrétegbe visszasajtolásra kerül! Pórusvizek – a termikus energia felmelegíti a felszín alatti kőzeteket. A felszínről a csapadék nagyon lassan leszivárog, és a föld belső hője melegíti fel. Vékony földkéreg + sok pórusvíz = kihasználható geotermikus energia

3. Visszasajtolás • 2004: Energetikai célra kitermelt termálvíz visszasajtolási kötelezettségének előírása • 2012: Átmeneti megoldásként a vízgazdálkodásról szóló tv. módosításaként 2015-ig felfüggesztése a kötelezettségnek • 2013: 2025-ig a felfüggesztés meghosszabbítása Indok:fóliás és üvegházi zöldség és gyümölcstermesztés védelme Fenntarthatóság???

4. Felszíni földhő A napsugárzás által felmelegített felső talajréteg hője – vezetéssel - a mélyebb (pár méter) rétegekbe kerül, amely talaj kollektorral kinyerhető MEGÚJULÓ ENERGIA MIVEL A NAPBÓL SZÁRMAZIK

5. Geotermikus energia Földhő – a föld belsejében keletkezik és a felszín felé áramlik Nagy mélységben a kőzetek radioaktív bomlásából keletkező hő a kőzeteket felmelegíti. Ide hideg vizet vezetnek, ami ott nagy nyomású gőzzé válik és ezt hasznosítják. (Esetenként hatására élénkül a szeizmikus tevékenység)

7. Geotermikus energia 6-7000 °C a Föld középpontjában. 4,6 Mrd éve Hőforrás létrejötte: • Kondenzáció – a Föld belső részében gyors melegedés, a sűrűsödő anyagok kinetikus energiája hőenergiává alakult • Hosszú bomlási idejű izotópok (tórium 232, uránium 238, kálium 40) bomlása során hő szabadul fel • 5×1020 J/év hőmennyiség áramlik a felszín felé a hőmérsékletkülönbség miatt

8. Alapfogalmak • geotermikus gradiens (gg) [0C/m] az egységnyi mélység növekedéshez tartozó hőmérséklet növekedés • kőzet hővezető képessége (λ) [W/m ̊C] 1 m2 felületen, 1 m vastag rétegen 1 s alatt 10C hőmérséklet különbség hatására átáramló hő mennyisége • hőáram, hőfluxus (Ø) a hőáramra merőleges 1m2 felületen 1s alatt átáramló hőenergia

9. Alapfogalmak Ø=λ*gg Egy adott mélységben lévő hőáram (Ø) egyenlő ugyanabban a mélységben mért geotermikus gradiens (gg) és a kőzet hővezető képességének (λ) szorzatával

10. Magyarország geotermikus adottságai földkéreg, vékony  jók az adottságok Mo: 20-26 km, világátlag: 30-35 km Ø=90 -100 kétszerese a kontinentális átlagnak gg=0,042-0,066 Földön átlagosan gg=0,02-0,033 • 2000 m mélységben a réteghőmérséklet: T100 °C • 1000 m mélységben a réteghőmérséklet: T=60 °C

11. Magyarország kőzettani jellemzői. • többnyire, fiatal üledékes és vulkánikus kőzet • több ezer m mélyben medencealjzat • különböző korú és típusú hévíztározó kőzetrendszerek(aquferek), ezért a vizek sótartalma és hőmérséklete, nyomása különböző

12. Magyarország kőzettani jellemzői. • Zágráb-Kaposvár-Sátoraljaújhely vonal • alföldi medence rétegzett, többszintes, soktelepes felső pannon homokkő. Átlagos porozitása 20-30 %. • Termálvíz: • kifolyási hőmérséklet 98-100 oC. • hozama: 1600-2000 l/min • Összes sótartalma: 2-4 g/l. • Hódmezővásárhely, Debrecen, Szentes

13. Magyarország kőzettani jellemzői. • ország többi része • triász repedezett, hasadékos, karsztosodó mészkő és dolomit vastagsága: 4-5000 m • Termálvíz: • kifolyási hőm: helyenként 100 0C • Összes sótartalom: 0,8 -1g/l • Hévíz, Komárom, Budapest, Mezőkövesd

14. Termálvizek Magyarországon 180 darab azoknak a kutaknak a száma, amelyekből a kifolyó víz hőmérséklete eléri, ill. meghaladja a 60°C-ot és így energetikai célra már hasznosítható. Jelenleg a kitermelt víz mennyiségének mintegy 45%-a hasznosul energetikai célokra. Ezzel a mennyiséggel elvileg évente mintegy 200 000 tonna olajat lehetne helyettesíteni. Sajnos a valóság azonban azt mutatja, hogy ennek a mennyiségnek nem egészen a felét hasznosítjuk . • A magyarországi termálvizek jó része gyógyvíz, és így hasznosul. Az alacsony hőmérsékletű kutak közül számos, jó minőségű ásványvizet produkál. A termálvizek mindegyikéhez kötődik metán is.

15. Termál és gyógyfürdők • A fürdőkhöz kapcsolható idegenforgalom a vidékfejlesztés jelentős tényezője lehetne, megfelelő PR tevékenység mellett. Ennek infrastruktúrális háttere ma még sok helyen hiányzik.

16. Geotermikus energia és felszíni földhő hasznosítása • Geotermikus energia közvetlen felhasználás közvetlen vagy közvetett hasznosítással • Geotermikus energia elektromos áram termelésre • Földhő hőszivattyús hasznosítás

17. Hévizek feltárása • Kutak fúrása 500-2000 m mélyre a hévíz tározóba, 100-500 mm átmérő • Béléscsövek beomlás ellen (acél, műanyag) • Kútfejre elzáró szerelvény, mellyel vízhozam szabályozás is • Kezdetben a lehűlt víz felszíni elengedése vagy felszíni vizekbe folyatása, a sók környezet károsítása • Ma visszatáplálás nagynyomású szivattyúkkal másik kúton keresztül a tározóba

18. Közvetlen hasznosítás A felszín alatti tárolókból felhozott hévizeket fűtési, melegítési és balneológiai célokra hasznosítjuk. A hőleadók belső felületére a sók kicsapódnak Csökken az átáramlási szabad keresztmetszet Hőátviteli tényezők romlanak

19. Közvetett hasznosítás A termálvíz hőtartalmát hőcserélőn keresztül szekunder hálózaton (sótalanított víz) keresztül hasznosítják

20. Felhasználási területek • Lakó és középületek fűtési és használati meleg víz ellátása távhő szolgáltatás szerűen 80-90 °C-os hévízzel • Új épületeknél padló- légfűtés 60 °C felettivel • Mezőgazdaságban üvegházak, fóliaházak, állattartó telepek, szárítók • Élelmiszeriparban szárítási műveletek • Balneológiai hasznosítás • Elektromos áram termelése

21. Termálvíz hasznosítása Az Árpád Agrár ZRt termálvízre alapozott rendszere • Termálvíz hasznosítási arányai országosan

22. Balneológiai hasznosítás • Magyarországon jelenleg • 850 db kút + 7 db termális karsztforrás csoport ebből: • 245 kutat hasznosítunk balneológiai célra. • 85 kút, u.n. többcélú • Ország éves átlagos hévíztermelése: 340.000 m3/nap • Balneológiai célra felhasznált: 140.000 m3/nap

23. Balneológiai hasznosítás Előnyök: Magas az oldott ásványi só tartalom (reumás és egyéb betegségek gyógyítása) Hátrányok: Elfolyatása folyókba, tavakba visszasajtolás helyett károsítja az ökoszisztémát (sók, hőszennyezés) További hasznosítás: 20-30 0C-ra lehűlt víz hőenergiáját hőcserélőkkel kinyerni és fűtésre felhasználni

24. Elektromos áramtermelés Magyarországon nincs, mivel legalább 180 °C kifolyási hőmérsékletű termálvízre van szükség A vízgőzt általában a termálvíz kigőzölögtetésével hozzák létre és vezetik a turbinára, amelynek tengelyéhez van kapcsolva a generátor forgórésze Geotermikus erőművek csoportjai: • száraz gőzzel működő erőművek • kigőzölögtetett gőzzel működő erőművek • kettős ciklusú erőművek

25. Elektromos áramtermelés • Száraz gőzzel működő erőművek • Termálvíz gőz formában van jelen, kutak segítségével felszínre hozzák és közvetlenül a gőzturbinára vezetik (USA), vagy forró mélységi kőzetekbe vizet injektálnak (Hot Dry Rock technológia), mely gőzzé alakul

26. Elektromos áramtermelés • Kigőzölögtetett gőzzel működő erőművek - Legelterjedtebb • Termálvíz hőmérséklete: 180 0C • Kigőzölögtető tartály, víz nyomását csökkentik, víz átalakul gőzzé • Turbinára vezetik

27. Elektromos áramtermelés • Kettős ciklusú erőművek Termálvíz hőmérséklet: 105-180 °C, mellyel hőcserélőn keresztül felhevítenek egy munkafolyadékot amelynek forráspontja < 100 °C, a munkaközeg gőzzé alakul, mely turbinát hajt meg

28. Hőszivattyús felszíni földhő hasznosítás Hő magasabb hőm. helyről alacsonyabb felé A hőszivattyú a kisebb hőmérsékletű helyről a nagyobb hőmérsékletű helyre szivattyúzza a hőt kompresszor alkalmazásával-energiával • A munkaközeg forráspontja a földhő hőmérséklete alatt van • A munkaközeg folyadék formájában érkezik az elpárologtatóba, hőt vesz fel a körny-ből, elpárolog és gőz formájában távozik • A gőz nyomása és hőmérséklete megnő a kompresszorban

29. Hőszivattyús hasznosítás • A gőz a kondenzátorba jut, leadja az elpárologtatóban elvont hőt a környezetének (levegő, hűtővíz) • A hőelvonás hatására a munkaközeg lecsapódik, folyadék keletkezik • Csökkentjük a nyomását és hőmérsékletét, visszavezetjük az elpárologtatóba A munkaközeg áramlási irányának megváltoztatásával a hőszivattyút nyáron hűtésre lehet használni

30. Hőszivattyús hasznosítás Hőszivattyú kapcsolási vázlata:

31. Csőfektetési módok Horizontális rendszer Több száz méter 10-20 mm átmérőjű műanyag vagy acélcső fektetése 1-2 m mélyen. Nagy felületen kell a talajt megbolygatni. Talajszondás rendszer 80-120 m mély csőkút fúrása 10-30 mm átmérőjű cső fektetése

32. Csőfektetési módok

35. Hőszivattyús hasznosítás • A talajkollektoros és talajszondás hőszivattyú mellett levegő és víz hőszivattyúk működtethetők • A hőszivattyús rendszerek hatékonyságát a munkaszámmal jellemezzük (COP=Coefficient of performance) A hasznos hő teljesítmény hányszorosa a működtetéshez felhasznált hajtási teljesítménynek?