Ugrás a tartalomhoz

Környezettechnika

dr. Barótfi István

Mezőgazda Kiadó

1.8. Geotermikus energia

1.8. Geotermikus energia

Magyarország jelentős mennyiségű termálvízzel, azaz geotermikus energiával rendelkezik. Az ország területének mintegy 40%-án tárható fel termálvíz. A kitermelhető mennyiséget minimálisan 50, maximálisan 300 milliárd m3-re becsülik. Hazai sajátosságunk azonban, hogy geotermikus rendszerünk passzív alacsony hőmérsékletű és elválaszthatatlan közvetítő hordozójától, a hévízkészlettől.

A legutóbbi felmérés szerint hazánkban mintegy 620 termálkút van, melyeknek kifolyóvíz hőmérséklete 35 °C-nál nagyobb és 180 darab azoknak a kutaknak a száma, amelyekből kifolyó víz hőmérséklete eléri, ill. meghaladja a 60°C-ot és így energetikai célra már hasznosítható. Magyarország 50 °C-nál melegebb hévíz feltárására alkalmas területeit az 1.30. ábra mutatja. 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 csak, mert a hasznosító berendezések műszaki színvonala sok esetben nem megfelelő.

1-30. ábra - Magyarország 50 °C-nál melegebb hévíz feltárásának területei

Magyarország 50 °C-nál melegebb hévíz feltárásának területei


Az ország területén két regionális hévíztároló nagyrendszer helyezkedik el. E két nagy rendszer közül az egyik a felsőpannónia porózus (homok – homokkő) rétegek alkotta rezervoárrendszer, a másik a triász időszaki repedezett – hasadékos, részben karsztosodott karbonátos kőzetek alkotta rezervoár-rendszer. Jóllehet e két nagy hévíztároló egységen kívül számos más kis rendszert is feltártak, de ezek lokális jelentőségűek. A hazai hévizkészleteknek túlnyomó része a fenti két regionális rendszerben helyezkedik el és ez képezi a hévizhasznosítás alapját. A meglevő termálkutak 70%-a a felsőpannóniai, 20%-a a triász időszaki hévíztároló rendszert csapolja meg, míg a 10%-a a devontól a kvarterig terjedő különböző geológiai korokban képződött rezervoárokból termel.

A jelenleg meglévő hévízhasznosítási infrastruktúra az optimális hidrogeológiai viszonyokkal jellemzett területeken található, így elsősorban Csongrád, Békés, Hajdú-Bihar, Jász-Nagykun-Szolnok és Győr-Moson-Sopron megyében. E felsőpannóniai hévízkészlet ezeken az optimális területeken kiváltképpen alkalmas komplex hévízhasznosításra, a balneológiától a mezőgazdasági hasznosításon keresztül egészen a használati melegvízellátásig és épületfűtésig.

A triász karbonátos kőzetekből álló rezervoár-rendszer már kisebb területű a hévízkészlete is kisebb, de fontossága elsősorban fürdőügyi – gyógyászati vonatkozásban rendkívül nagy.

A két hévíztároló nagyrendszer vízutánpótlódási viselkedése eltérő. Míg a triász karbonátos hévízrezervoár – eltekintve az igen nagy mélységű, vagyis 2000 m alatti részletektől – az aktív vízkicserélődési övezet tartozéka, tehát utánpótlódó vízkészlettel rendelkezik, addig a felsőpannónia hévízkészlet túlnyomó része nem megújuló, hanem statikus jellegű és nincs aktív utánpótlódása. A legutóbb végzett elméleti vizsgálatok ugyan bizonyos keresztirányú vízátadás lehetőségét feltételezik, ez azonban még nem nyert ezideig egyértelmű bizonyítást.

Még ennél is lényegesebb szempont ezeknél a felsőpannóniai hévíztároló-rendsze-reknél a felszálló, magától kifolyó víztermelésnél nélkülözhetetlen rezervoárenergia készlet, melynek döntő tényezője a vízben oldott gáztartalom. E gáztartalmak leürülése napjainkban egyre nagyobb mértékű, s ennek következtében jelentős vízhozam csökkenések, sőt a kifolyóvíztermelés megszűnése tapasztalható. A természetes gázlift csökkenés folytán nagyon sok hévízkút termelése csökkenő tendenciát mutat. E jelenség általános, s ezért igen szigorú vízkészlet-és réteg energiagazdálkodást tesz szükségessé.

A gyakorlatban a termálkutak kétféle fajtáját különböztetjük meg: pozitív és negatív vízkivételűek. A pozitív kutaknál a termálvíz szabad kifolyással jön a felszínre, a negatív kutaknál szivattyús kiemelés szükséges.

Valamely termálkút pozitivitását a rétegnyomás, a víz gáztartalma stb. teszik lehetővé. Hosszabb termeltetési idő után (10–15) ezen értékek módosulhatnak, a kút vízhozama mindinkább csökken, és a korábban pozitív kút negatívvá válik. Mind az ilyen, mind az eredetileg is negatív kutak esetében a víz kitermelése csak gépi úton oldható meg.

A hasznosítható vízhozam az a térfogatáram, amelyet a kút állandósult üzemben biztonságosan és károsodás nélkül szolgáltat. Ennek értékét az illetékes vízügyi hatóságok határozzák meg.

Kémiai szempontból legfontosabb az összes oldott alkotórész (szilárd és gáz) tömege (mg/l), amely nemcsak a hasznosítás, hanem a csurgalékvíz elhelyezésének szempontjából is lényeges. A termálvíz agresszivitása és sókiválási hajlama a nyomás, a gáztartalom és a hőmérséklet változásával módosul, ezért ezeket minden egyes beavatkozás után újból meg kell vizsgálni.

Gázleválasztó szükséges abban az esetben, ha a termálvíz gáztartalma a felhasználást akadályozza vagy ha az élet-és vagyonbiztonságot veszélyezteti. Gázleválasztó berendezést célszerű létesíteni akkor is, ha a termálvízzel feltörő éghetőgáz-tartalom gazdaságosan felhasználható. A gázleválasztó lehet külön álló vagy más műtárggyal (pl. tárolóval) egybeépített berendezés, illetve készülék.

Az általánosan alkalmazott geotermikus energia szolgáltató rendszer a termálvíz kútból, a kútfejből, szükség esetén kompresszorból vagy búvárszivattyúból, a vízkezelő rendszerből, a szivattyú állomásból, a hőhasznosító rendszerből és a lehűlt vizet elvezető rendszerből áll. Negatív kút esetén, vagy a vízhozam fokozása érdekében a kutat kompresszorozzák, vagy buvárszivattyút építenek be.

Kompresszorozás esetén a kútba benyomott levegő (esetleg metángáz) keveredik a vízzel, így lecsökkenti annak sűrűségét olyan mértékben, hogy a víz már kifolyik a terepszinten. A benyomott levegő mennyiségét, nyomásértékét, és a levegőcső benyúlását a víz nyugalmi szintje alá esetenként méretezni kell.

A kompresszorozás az alacsony hatásfok és a tartós, folyamatos üzemre túl kényes gépi berendezés miatt nem alkalmas egy-egy többezer órás (például egy fűtőberendezés) üzem fenntartásához. Ez szükségessé tette a szivattyúzás alkalmazását.

A szivattyús termeltetés esetén olyan különleges „búvárszivattyúk” beépítésére kerül sor, amelyek a kútba 20–80 m mélyre leengedve biztonságosan és 70–72% hatásfokkal dolgoznak. Gondot jelent a vízben levő homok és gáz tartalom, valamint a magas (90–95 °C) hőmérsékletű víz miatt jelentkező szerkezeti problémák kiküszöbölése.

A hazai termálvizek minőségére általában a magas metángáz, az oldott vas-és mangán, valamint az ammónia tartalom, továbbá a korrózióra vagy a hőkiválásra való hajlam és a magas összes oldott sótartalom a jellemző.

A felsorolt jellemzők, az utolsó kivételével, szükségessé teszik a termálvizek kezelését a felhasználás előtt, a sótartalom pedig megnehezíti a felhasznált és lehűlt, esetleg szennyeződött termálvizek elhelyezését.

A vízzel együtt gyakran jelentős mennyiségű gázok is feltörnek, amelyek összetételüktől függően robbanásveszélyt (CH4), vízkő kiválást és korróziót okozhatnak. Előfordul, hogy a víz jelentős mennyiségű homokon is hoz magával, amely az áramlási sebesség csökkenése esetén leülepedik a rendszerben és dugulásokat okoz. Amennyiben közelben szénhidrogén adottságú terület van, úgy a víz gyakran olajnyomokat is tartalmaz és színe, szaga miatt bárminemű hasznosítása akadályokba ütközik.

A víz Ca, Mg, CO2 tartalmától, a nyomás és hőmérséklet egymáshoz való viszonyától stb. függően alakul ki a „vízkő” a termálvíz-szolgáltató rendszerben. A nyomáscsökkenés mértéke általában, a kút felső 40–60 m szakaszában éri el azt az értéket („buborékpont), amikor a vízkőkiválás megkezdődik. Legintenzívebb a kiválás a kútfej és környékén, de folytatódik még nagy távolságban a fűtőrendszeren belül is.

A kivált vízkő eltávolítására kezdetben mechanikus eljárást alkalmaztak, majd kialakult a ma is általánosan használt savazásos eljárás, amely biztos és tartósan alkalmazható megoldást jelent. Azonban a gondatlan sósavadagolás következtében sok esetben tönkre megy a kút közeli vezeték, tartály stb.

A hasznosított termálvíz elhelyezésének előírása szerint közcsatornákba 40 °C-nál nagyobb hőmérsékletű vizet nem szabad bevezetni és az oldott ásványi só maximálisan 2000 mg/l lehet. Az elhelyezéshez előzetesen Elvi Vízjogi Engedélyt kell kérni a területileg illetékes Vízügyi Hatóságtól.

A korábbi években elfogadott megoldás volt a 30–50 °C-ra lehűlt vizeknek a bevezetése a legközelebbi csapadékvizet összegyűjtő árokrendszerbe, amely a végén valamilyen élő vízfolyásba torkollott. Ezeket a vízgyűjtő rendszereket általában felhasználják a mezőgazdasági területek öntözésére, viszont a bevezetett termálvíz magas sótartalma miatt az öntözött talajt tönkreteszi, elszikesíti. Fokozza a veszélyt, hogyha a termálvíznek fenol tartalma is van. Az új környezetvédelmi rendeletek mind szigorúbban tiltják ezen megoldás alkalmazását és progresszíven emelkedő büntetésekkel kényszerítik az üzemeltetőket elfogadható – általában költséges – megoldások kialakítására. A legkedvezőbb elhelyezési lehetőségnek tűnik a használt és lehűlt termálvizek visszajuttatása ugyanabba a rétegbe, ahonnan kivették.

A geotermikus energiát képviselő termálvizet viszonylag alacsony hőmérséklete miatt nagy távolságra szállítani nem gazdaságos. Ezért csak ott érdemes kutat fúrni, ahol potenciális felhasználó van, ill. a felhasználót a meglévő kút közelébe kell telepíteni.

A kút közelében kell elhelyezni a szükséges berendezéseket, az esetleges víztározót, a gáztalanítót és a vízkezelő berendezést. Törekedni kell arra, hogy a termálkutakat állandó vízvétellel lehessen kihasználni – télen-nyáron –, ha arra lehetőség kínálkozik. A kútból csak annyi vizet szabad kitermelni, amennyit gondos víz-(hő-)gaz-dálkodás mellett hasznosítani lehet. A legtöbb kút hosszabb üzemszünet után elveszíti pozitivitását, de újra beindítása ma már nem jelent problémát. Az indokolatlan vízkitermelés nemcsak a kút élettartamát rövidíti meg (csökkenti a vízkészletet), hanem fokozza a vízelhelyezés problémáját is.

A műszaki és gazdasági tapasztalatok alapján bebizonyosodott, hogy a termálvíz és a benne levő geotermikus energia egycélú felhasználása is lehet rentábilis. Általában azonban a termálvizek többcélú, komplex felhasználása célszerű, az adott területen számításba jövő megoldások figyelembevételével, mérlegelésével.

A geotermikus energia „komplex” hasznosításának fogalma nem teljesen tisztázott. A hőtartalom többlépcsős kihasználása (pl. a termálvízzel először a növényházakat, majd a részben lehűlt vízzel a fóliasátrakat főtik) még nem komplex hasznosítás. Job-ban megközelíti ezt a fogalmat, amikor hasznosítják a vízzel együtt feltörő metángázt, a víz hőtartalmát, magát a termálvizet, a vízben levő ásványi sókat stb.

A geotermikus energia hasznosításában kiemelkedő helyet foglal el a mezőgazdaság. Az összes felszínre hozott termálenergiának közel 60%-át, a fűtési célra szolgálónak közel 80–85%-át ez az ágazat hasznosítja. A növénytermesztő telepek hőellátása a hazai termálvíz hasznosítás legnagyobb területe. A termálvíz fűtési berendezésekhez általában a melegvíz-fűtési rendszerek elemei és szerkezetei felhasználhatók.

A közvetlen termálvíz-felhasználás azonban nem zárt rendszer, nem keringetésről van tehát szó, mint a központi fűtéseknél általában, hanem elfolyó, nyitott vízfelhasználást kell megvalósítani. Ekkor mindenképpen a teljes hőfoktartományban kell a hőesést kihasználni, vagyis az utolsó fázisban elfolyó víz a lehető legjobban közelítse meg a külső környezeti hőmérsékletet.

Termálvíz-fűtési rendszereknél, ahol rendelkezésre áll a termálvíz, mint hőhordozó, a termesztőtelep egy részét növényházak, másik részét – kiegészítésként – fóliasátrak alkotják.

A növényház-fóliasátor építési arányt két tényező határozza meg: a termesztőtelep agrotechnikai feladata (vagyis milyen növényből, mennyit termelnek) és a rendelkezésre álló termálvíz hőmérséklete és mennyisége.

Hőenergetikailag a fóliasátrakat az elfolyó termálvíz, tehát az egy vagy több hőlépcsőben a növényház fűtésén már átment és részben lehűlt víz hasznosításával főtik. Természetesen a fólia anyaga befolyásolja a hősugárzási viszonyokat, a szélsebesség a külső oldali hőátadás nagyságát.

A növényházak vagy a fóliasátrak légtérfűtését állandóan telepített konvekciós fűtőberendezéssel, vagy ideiglenes légtérfűtéssel lehet megoldani. Állandó fűtési üzemre bordáscsövek, simacsövek, esetleg konvektorok építhetők be, a külső falhoz közeli, általában talajszint feletti szélső vonalban.

Ideiglenes fűtés egyszerűen földre fektetett, gyorskapcsolókkal ellátott horganyzott acél-vagy alumínium öntöző csövekkel valósítható meg. Ezeket a ház két oldalán helyezik el. Ilyen berendezést létesítenek rendkívüli időjárás esetén is, amikor rövid ideig, gyorsan kell megvédeni a növényállományt a hidegtől.

Igényes, állandó üzemre telepített növényházakban és fóliasátrakban mindig gondoskodni kell a talajfűtésről. Fóliasátrak esetében a rendszer megegyezik az üvegházak talajfűtésével, de más belső hőmérséklet elérését kell – a légfűtéshez hangoltan – biztosítani. Az ún. üvegház hatás itt nem érvényesül, a napsugárzás szekunder hasznosítása elmarad.

A talajfűtő csőrendszer napjainkban műanyagból (polipropilén) készül, elhelyezési mélysége 20–50 cm a talajfelszín alatt.

Új és korszerű fűtési megoldásnak tekinthető a talaj felületére fektetett 20–40 mm belső átmérőjű, bordázott műanyagcsövekből kialakított „vegetációs” fűtés, amely közvetlenül a növény közelében biztosítja a szükséges hőmérsékletet. Előnye a földbe süllyesztett megoldással szemben a könnyebb és olcsóbb telepíthetősége és meghibásodás esetén az egyszerűbb javíthatósága.

Újszerű megoldás a kettősfalú fóliasátor hőszigetelésére a vízfüggönyös „fűtés” is. Alacsony hőmérsékletű 20–25 °C-os (elfolyó) termálvizet a két réteg között elfolyatva, hőszigetelő hatás alakul ki a határoló falakban. A rendszer hátránya a nagy vízmennyiség-igény és a jó tömítettség, mint feltétel, vagyis csak sértetlen fóliákat lehet belső takarásra alkalmazni. Hőtechnikailag nagy előnye, hogy lehetővé teszi a talajfűtésen átment termálvíz hőtartalmának további hasznosítását és ezzel fokozza az energia megtakarítás lehetőségét.

A geotermikus energia hasznosításának másik nagy területe a terményszárítás lehet minden olyan esetben, amikor megfelelő mennyiségű és 40–60 °C hőmérsékletű melegvíz elegendő az adott termék teljes, vagy rész-szárításához.

Zöldtakarmányok szárítása (főleg a lucernafélék) termálvízbázison meleg levegős üzemmel valósítható meg. A forró levegős szárítás esetében a termálvíz önmagában csak előszárítási funkciókra alkalmas, amivel a magas hőmérsékletű szárítóknál is jelentős tüzelőanyag megtakarítást tesz lehetővé.

A termálvíz kedvezően alkalmazható a kishőmérsékletet igénylő szemestermény és fűszerpaprika szárítóknál is. Az élelmiszeripari szárítási folyamatok általában 100 °C hőmérséklet feletti tartományban mennek végbe, ezért a berendezések gőzzel vagy olajtüzeléssel működnek. Vannak azonban alacsony hőfokon végezhető szárító-érlelő eljárások, ahol a termálvíz adta lehetőségek jól és gazdaságosan hasznosíthatók (például a szalámi-és kolbászfélék szárítása alacsony hőmérsékletű érlelési eljárást igényelnek). Alacsony hőfokú szárítva-tárolásra hasznosítható a termálvíz a tojások tartósítására is. A keményítő szárítása is kishőmérsékletet igényel a fehér szín megőrzése és a csirizesedés elkerülése miatt. Az említetteken túl még számos lehetőség kínálkozik a termálvíz felhasználására a szárításban.