Szita Gábor

Geotermikus hõ- és villamosenergia-termelés

A cikk áttekintést ad a termálvízzel megvalósított geotermikus energiahasznosítás formáiról, megadva azok jellemzõ hõmérsékletszintjeit is. Bemutatja a villamos energiatermelés két általánosan használt módjának, az elgõzölögtetéses és a segédenergiás módszernek az elvi kapcsolását, majd számba veszi a fontosabb hõhasznosítási lehetõségeket. Végül röviden összefoglalja a magyarországi helyzetet, különös tekintettel néhány környezetvédelmi kérdésre.

This article gives an overview on the different kinds of the use of geothermal energy by exploiting the underground waters as well as the temperature ranges. Brings on the connection diagrams of the two generally used methods for electricity production, i.e. flash and binary and the main possibilities for direct use. Finally the article summarises the geothermal situation in Hungary with a special focus on some of the environmental protection problems.

1. Bevezetés

A geotermia szó hallatán az emberek többségének a földbõl feltörõ termálvíz jut az eszébe, amiben jót lehet fürödni, és ebben sok igazság is van. A geotermikus energiahasznosítás jelenleg döntõen a felszín alatti vizek energetikai felhasználását jelenti. A földhõ egyéb kitermelési módjai, úgy mint a száraz forró kõzet (HDR) technológia, vagy az utóbbi idõben divatos hõszivattyús földhõ bányászat (elsõsorban családi házas méretben), ahol a felszín alatti víz háborítatlan marad, még nem képviselnek számottevõ részarányt a geotermiában.

A termálvizeket az esetek többségében fúrt kutakon keresztül tudjuk kitermelni. Mélységi hõmérsékletük alapján megkülönböztetünk alacsony, közepes és magas entalpiájú termálvizet. A hõmérséklet határokat különbözõ szakemberek különbözõen állapították meg, így az alacsony/közepes határ 90–125°C között, míg a közepes/magas határ 150–225°C között mozog. Tehát egy kb. 200°C-os termálvíz már a legmagasabb kategóriába esik, miközben entalpiája meg sem közelíti az erõmûvi körfolyamatok induló entalpiáját. Ennek talán az lehet az oka, hogy a magas entalpiájú vizeket nehéz „megszelídíteni”, így ez a határ inkább vízkémiai, mint energetikai.

A termálvizek egy részét használat elõtt általában valamilyen kezelésnek kell alávetni biztonsági okokból, illetve a mûszaki berendezések élettartamának növelése céljából. Ilyenkezelés pl. a gáztalanítás, a szilárdanyag tartalom csökkentése, a különbözõ lerakódások elleni védekezés, vagy a korrózió megakadályozása.

2. A termálvíz felhasználási területei

A termálvizek hõmérséklettõl függõ fõ felhasználási területeirõl Lindal készített egy összefoglaló diagramot (1. ábra).

A diagram címszavaiból látszik, hogy az izlandi szemszögbõl készült, ugyanakkor az is kitûnik belõle, hogy a villamos energiatermelésnek alsó (és felsõ) határt szabott a szerkesztõ. S bár az alsó határ az elmúlt idõszakban valamivel lejjebb csúszott, egy energetikában kicsit is jártas szakember számára egyértelmû, hogy az ilyen hõmérsékleti tartományból induló áramtermelés szükségszerûen csak nagyon alacsony termikus hatásfokkal valósítható meg.

3. Geotermikus villamos energiatermelés

Az áramtermelés akkor legegyszerûbb, ha a mélybõl feltörõ termálvíz (lehetõleg túlhevített) gõz formájában áll rendelkezésre a kútfejen, és kémiai összetétele olyan, hogy közvetlenül bevezethetõ a turbinába. Ez a szerencsés helyzet jellemzi például a világ legelsõ geotermikus villamos energiatermelését az olaszországi Larderello-ban.

szita-3

Sok esetben a közepes entalpiájú geotermikus fluidum telített vízként jeleni meg a felszínen. Ekkor az áramtermelés két módszerrel valósítható meg: a víz elgõzölögtetésével, vagy segédközeges körfolyamat közbeiktatásával.

A geotermikus alapú áramtermelés fõ helyei a világon a vulkanikus területek.

3.1 Elgõzõlögtetéses áramtermelés

Ebben az esetben a telített víz nyomásának csökkentésével a víz egy részét telített gõzzé alakítják, és a kapott gõz vezetik rá a turbinára. A folyamatot a 2. ábra szemlélteti.

3.2 Segédközeges áramtermelés

A 3. ábrán látható módon ennél a megoldásnál egy víznél alacsonyabb forráspontú közeg (hûtõközeg) veszi át a termálvíz hõjét, és végez mechanikai munkát a turbinában. A hõelvonás a zárt munkavégzõ körfolyamat miatt közvetett.

4. Geotermikus hõtermelés

Geotermikus hõtermelésnél – értelemszerûen – nem beszélhetünk energiaátalakításról, hiszen a geotermikus energia maga is hõ formájában áll rendelkezésünkre. A hõ hasznosítása kétféleképpen, közvetlenül vagy közvetetten (hõcserélõvel) lehetséges. A közvetlen hõhasznosítási módnak elsõsorban, de nem kizárólag vízminõségi oka van.

A termálvíz által hordozott hõ hasznosítása igen sokrétû lehet, amint azt az 1. ábra is mutatja. Fõ területei országonként változnak. A legismertebb és a legtöbb energiát felhasználó módok a kommunális fûtés, a növényházi fûtés és a balneológia.

A kommunális hasznosítás körébe tartozik az a módszer, amikor a termálvizet közvetlenül használati melegvízként szolgáltatják. Izlandon pl. abból sem csinálnak gondot, hogy a termálvíz a benne maradó kis mennyiségû kénhidrogéntõl kissé bûzös, és hogy biztosan nem elégíti ki a (helyi) ivóvízszabványt.

5.     A geotermikus energiahasznosítás Magyarországon

Magyarország kiváló adottsággal rendelkezik a geotermikus energiahasznosításhoz. Ennek megfelelõen az országban több száz olyan kút létesült, amelynek vizét energetikailag, mindenek elõtt a mezõgazdaságban használják. Megjegyzendõ, hogy a termálvíz törvényi meghatározásából (30oC-nál melegebb rétegvíz) következõen az évente kb. 100 millió m3 mennyiségben kitermelt termálvíz csaknem 30%-át ivóvízként, kb. 35–35%-át pedig fürdésre, illetve energetikai célokra hasznosítjuk.

A nagy múltú magyarországi termálvíz hasznosítás miatt jelentõs szellemi kapacitás fejlõdött ki az országban, és óriási tapasztalat halmozódott fel a kútfúrás, a berendezések tervezése és telepítése, valamint azok üzemeltetése területén. Ez nem jelenti azt, hogy már nincs megoldandó feladatunk, viszont az kijelenthetõ, hogy jelenlegi problémáink nagyobbik része nem mûszaki jellegû.

A jövõ egyik érdekes és szép feladata lesz geotermikus alapú villamos energiatermelõ berendezés létrehozása hazánkban, mivel ilyen nálunk még nem mûködik. Fontos feladat lesz továbbá a homokkõbe irányuló vízvisszasajtolás kutatása, amely két évtizedes próbálkozás után még mindig kísérleti állapotban van – bár ez igaz a világ többi részére is.

6. Fenntarthatóság, környezetvédelem

A fenntarthatóság, vagy a fenntartható társadalom fogalma az utóbbi években vált ismertté és széles körben hangoztatottá elsõsorban a fejlett gazdaságú országokban. E nemes eszme tényleges tartalma azonban sokszor elsikkad, különösen ha olyanok használják, akik csak a divatos lózungot látják benne.

A fenntarthatóság a környezetvédelemmel a legszorosabb kapcsolatban áll, amennyiben azt értjük alatta, hogy az emberi fogyasztást egyensúlyban kell tartanunk a többi élõlény igényeivel, illetve az ökoszisztémák regeneratív képességével.

szita-2.JPGszita-3.JPG

Nyilvánvaló, hogy a jelenlegi, döntõen a fosszilis energiahordozókra épülõ energiatermelés egyáltalán nem nevezhetõ fenntarthatónak, hiszen a kitermelés lényegesen gyorsabb ütemû, mint a keletkezés. Ezért is került elõtérbe a megújuló energiahordozók fokozottabb felhasználásara való törekvés. Ezek egyike a geotermia, bár Magyarországon ezt az utóbbi idõben – környezetvédelmi indokokra hivatkozva – többen megkérdõjelezik. Általában két indokot említnek, amely ellentétes a környezetvédelmi célokkal: a vízkészlet csökkenése és a felszíni vízfolyások szennyezése. Anélkül, hogy terjedelmes szakmai értekezésekbe kezdenénk, csak egy megjegyzést teszünk: az elmúlt kb. 5 év során a termálkutak nyugalmi vízszintjeinek emelkedése volt tapasztalható. Ez azt mutatja, hogy a korábbi csökkenõ tendencia megállt, sõt megfordult. A vízkészlet regeneratív képessége az utóbbi idõben nagyobb volt, mint a kitermelés. A termálvíz felhasználása tehát – vízkészleti szempontból – a természet által bizonyítottan fenntartható.