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 kő őzet és a folyadék által tárolt hő őenergia 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/m2: 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
A belső energia becslése modellből
A belső energia becslése, hőmérsékletmérések
55
80
80
55
55
80
Mélysé lységi hő hőmérsé rséklet eloszlá eloszlás
80
15 5
130
10 5
130
55
55
30
130
15 5
30
40
Mélységi hőmérséklet eloszlás térkép, primer hőáram adatok, porozitásmélységmenet adatok, általános, a medenceüledékek mélység szerinti tömörödöttségét kifejező függvények, segítségével a kőzetfizikai paraméterek várható értéke 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/m2)
A reménybeli és a reálisan kitermelhető geotermikus energia vagyon készletkategóriák szerinti bontásban Szivárgási tényező (m/s)
Reménybeli vagyon Hőtartalom (EJ)
Formáció
Teljes
Effektív porozitás
Teljes porozitás
Kőzetmátrix
800
188
386
414
10-4
3500
0,5×10-5
5413
-7
Negyedidőszak Felső pannóniai
6360
Alsó pannóniai
1637 1438
7511
Pannóniai együttesen ( 1000+1000 kút) Negyedidőszak + pannóniai 3*1000 kút Pre-pannóniai törmelékes
2860 2098
13 871
3075
4958
8913
14 671
3263
5344
9327
Reálisan 1 Kitermelhető vagyon MW3
0,5×10
-5
0,3×10
A jelenleg termelt víz hőegyenértéke2
m3/perc
8374
3000
1630
6005
250
60
1880 (60 PJ) 2720 (1880)*18 86 PJ/év 9537
3660 (660) 18 7 PJ/év 3660 220 MW (660) *18 (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 80m3/perc vagy 115 000m3/nap 240 db egyenként 330 l/perc hozamú kútnak felel meg.
Reménybeli vagyon Hő őtartalom (EJ)
Formáció Teljes
Effektív porozitás
Teljes porozitás
ÁtlagT(˚C) (figyelembe vett)
Szivárgási tényező ő
Kőzet-mátrix
(m/s)
MW (PJ/év)
800 2610 1570 2180 6360 2985 2962 1564 7511
188 753 340 544 1637 338 459 149 1438
386 1410 620 830 2860 1072 756 270 2098
414 1200 950 1350 3500 1913 2206 1294 5413
10-4 0.5*10-5 0.5*10-5 10-5 0,5×10-5 10-7 10-6 10-9 0,5×10-7
Pannóniai együttesen (1000+1000 kút)
13 871
3075
4958
8913
0,3×10-5
Negyedidő őszak + pannóniai
14 671
3263
5344
9327
Pre-pannóniai törmelékes bázisképző ődmények
450
25
26
424
Karsztos medencealjzat (nagy porozitású, karsztos felső ő része)
1480
60
86
89 000
–
–
Negyedidő őszak Nagyalföldi Formáció Zagyvai Formáció Újfalui Formáció Felső ő pannóniai Algyő ői Formáció Szolnoki Formáció Endrő ődi Formáció Alsó pannóniai (1000kút)
Medencealjzat 5000 mes mélységig
Összesen
105 500
3348
5456
Reálisan Kitermelhető ő vagyon
A jelenleg termelt víz hő őegyenértéke
m3/perc
837(26) 460(14)** 560(18)*** 1630(50) 1630(50) 40 250 0.3 250* 1880* (60 PJ)
3000 300 300 600 600*! 6 60 0.06 60 3660 (660) 18
2720 (1880)*18 86 PJ/év
3660 (660) *18
7 PJ/év 220 MW (42 000 000 m3/ év)
0.5×10-2
953 (30 PJ/év)
210
nincs adat
1394
0.5×10-2
3400 (100 PJ/év)
–
–
11 145
27 43 50 50 61 73 79 73
–
6,5 PJ/év 700 200 MW (368×106 (22 300 000 m3/é m3/év) v) –
7070 (6233) 216 PJ (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
Mállá llási ké kéreg és tö törmelé rmelék vastagsá vastagság té térké 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 szkő vastagsá vastagság becslé 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 tárolókο becsült pórustérfogata: 100km3,
Hőmérséklet: 100 -150 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 : 50-200km3 ο Hőmérséklet.100-150 C Porozitáshoz tartozó hőtartalom kb. 22- 86EJ Kőzetváz hőtartalma: kb. 1394EJ Hozzáférhető évente: 100PJ Feltételezett előnye, hogy nagyobb összefüggő rezervoárok alkothatják
A pre-pannóniai bázisképző ődményekben és a karsztos alaphegységben a mozgatható víz által képviselt becsült hő őtartalom (GJ/m2) a reménybeli területekkel
1 – 120°C izoterma a pre-pannóniai aljzatfelszínen, 2 – 2500 méteres pre-pannóniai aljzat felszínmélység, 3 – pretercier kibúvások
Szivárgási tényező (m/s)
Reménybeli vagyon Hőtartalom (EJ)
Formáció
Teljes
Effektív porozitás
Teljes porozitás
Kőzetmátrix
Reálisan 1 Kitermelhető vagyon MW3
-4
m3/perc 3000 6005
Negyedidőszak
800
188
386
414
10
6360
1637
2860
3500
0,5×10-5
1630
Alsó pannóniai
7511
1438
2098
5413
0,5×10-7
250
60
13 871
3075
4958
8913
0,3×10-5
3660 (660) 18
14 671
3263
5344
9327
450
25
26
424
1880 (60 PJ) 2720 (1880)*18 86 PJ/év 9537 (30 PJ/év)
Összesen
0.5×10-2
837
4
Felső pannóniai Pannóniai együttesen ( 1000+1000 kút) Negyedidőszak + pannóniai 3*1000 kút Pre-pannóniai törmelékes bázisképződmények6 Karsztos medencealjzat (nagy porozitású, karsztos felső része)8 Medencealjzat 5000 m-es mélységig11
60
86
1394
89 000
–
–
–
105 500
3348
5456
11 145
0.5×10-2
–
3660 (660) *18 210
3400 (100 PJ/év)
70010 (368×106 m3/év)
–
–
9
1480
A jelenleg termelt víz hőegyenértéke2
7 PJ/év 220 MW (42 000 000 m3/év) nincs adat 6,5 PJ/év 200 MW (22 300 000 m3/év)
7070 (6233) 216 PJ (190PJ/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
