FÖLDALATTI BÁNYATÉRSÉGEK, ALAGUTAK GEOTERMIKUS HASZNOSÍTHATÓSÁGÁNAK LEHETŐSÉGEI
Prof. Dr. Bobok Elemér – Dr. Tóth Anikó Nóra PhD
Magyar Mérnöki Kamara Szilárdásvány Bányászati Tagozat
Miskolc, 2011. október
BEVEZETÉS A megújuló energiák alkalmazásának szélesebb körben való elterjesztése a Nemzeti Energiastratégiai Tervben meghirdetett cél. Ehhez a programhoz szervesen illeszkedik a geotermikus energia termelésének és hasznosításának fejlesztése. A geotermia a múltban is sok szállal kötődött a magyar bányászathoz. A középkori tudósok a Föld belsejét hidegnek vélték, Dante Isteni Színjátékában a jeges pokolban fejjel lefelé szenvednek a hazaárulók. A selmeci nagy mélységű bányák meleg kőzeteit megtapasztalták az ott dolgozók, s ezt leírta a bányászat iránt élénken érdeklődő és Selmecre 1620-ban ellátogató J.B. Morin francia matematikus és csillagász. R. Boyle munkatársa J. Browne 1670-ben elutazott Selmecre a bányabeli hőmérsékletet megmérni, de nem járt sikerrel.
1862-ben
Lord
Kelvin
a
hővezetés
differenciál-egyenletét
gömbi
koordinátarendszerben megoldva vizsgálta a Föld, mint termodinamikai test életkorát. A megoldáshoz peremfeltételként walesi, kanadai, délafrikai és indiai bányák hőmérséklet-adatait vette. Ezek geotermikus szempontból passzív, kis földi hőárammal és kis geotermikus gradienssel jellemezhető területek, de jól egyező adataik csaknem egy évszázadra bebetonozták a Föld gömbszimmetrikus és statikus termodinamikai állapotának gondolatát. Egyébként Kelvin 25 millió éves kor-becslését a geológusok rétegtani és őslénytani érvekkel azonnal hevesen vitatták, de a radioaktivitás ismeretének hiányában nem tudták magyarázni a mért – egyébként szerény – földi hőáram-értékek eredetét.
A Föld Kelvin-féle statikus termodinamikai modelljét egy magyar bányamérnök, az akkor húszas éveiben járó Boldizsár Tibor ingatta meg először, amikor bányaszellőztetést tervezve 1942-ben felfedezte a Mecsek anomálisan magas, 0,132 W/m2 teljesítménysűrűségű földi hőáramát. Boldizsár Tibor később, mint a Miskolci Egyetem professzora világszerte elismerést szerzett a Kárpát-medence regionális geotermikus anomáliájának feltárásáért, a termelő kutak hőmérséklet-viszonyainak meghatározásáért és mint 2
eredményes lobbista, a magyar mezőgazdaság termálvíz-hasznosításának előmozdításáért. Az USA-ban ma is a „geotermia atyja”-ként emlegetik.
A tudományos eredmények számba vétele mellett nem szabad megfeledkeznünk a legendás hírű magyar bányamérnök Zsigmondy Vilmos munkásságáról. 1878ban fúrta a 970 m mély városligeti hévízkutat, amely mélységével, 1200 m3/nap hozamával, 74 oC-os hőmérsékletével kiváltotta a szakma csodálatát. Az USA-ban ma is hitetlenkednek a 970 m-es mélységen, hiszen náluk abban az időben 25-30 m-es olajkutak működtek. A Magyar Tudományos Akadémia tagjává, s a Magyar Mérnök és Építész Egylet bányászati szakosztályának alapító elnökévé választották. Ezek a momentumok egyértelművé teszik a magyar geotermia bányászati gyökereit.
3
MAGYARORSZÁG ENERGETIKAI HELYZETKÉPE Magyarország primer energia szükségletét az 1950-es évekig döntően a szén, kisebb részben a kőolaj és a tűzifa elégítette ki. Ez napjainkra gyökeresen megváltozott. Az elmúlt húsz évben az energia-intenzív iparágak leépülése az anyag- és energia-felhasználást az 1970-es évek szintjére vetette vissza. Primer energia fogyasztásunk 2010-ben 1088 PJ volt, ennek az egyes energiahordozók közötti megoszlása is figyelemre méltó. Energiahordozó
Fogyasztás (PJ)
%-os arány
Földgáz
472,2
43,4
Kőolaj
297,0
27,3
Atomenergia
146,9
13,5
Kőszén
112,1
10,3
Biomassza
41,3
3,8
Geotermikus
7,6
0,7
Vízienergia
1,1
0,1
Egyéb
9,8
0,8
1088
100%
Összesen: Primerenergia-fogyasztásunk
az
ipar
szerkezetváltása
óta
nem
nőtt.
Energiahatékonyságunk az egységnyi GDP előállításához felhasznált energia viszont kedvezőtlen képet mutat. A fejlett ipari országokhoz képest háromszoros energia-ráfordítással termelünk egységnyi GDP-t. Végenergia-fogyasztásunk a nem kielégítő hatásfokú energiaátalakítás és szállítás miatt csupán 720 PJ. A veszteség óriási, 368 PJ, ez az energiamennyiség a paksi atomerőműben megtermelt villamosenergia 2,5-szerese! A fejlett országok 60%-os hatásfokot is elérő erőmű-hatásfokai mellett a mi villamos erőműveink átlag-hatásfoka elszomorító, mindössze 33,6%. A fosszilis energiahordozók aránya is magas 81,9%. Igen jelentős az import-függőségünk, jelenleg 70%. Földgáz kiszolgáltatottságunk az utóbbi néhány télen nyilvánvalóvá vált, ezt részben enyhíti a kereskedelmi és stratégiai gáztárolóink megléte.
4
Néhány fosszilis energiahordozónk kitermelhető készlete és a termelés mértéke is azonnali cselekvésre késztet. Kőolaj készleteink nagysága 18,4 Mt, a termelés 0,8 Mt/év, ez 23 évre elegendő. Földgázkészleteink kitermelhető része 56,6 milliárd m3, az éves termelés 3,12 milliárd m3. Az élettartam 21 év. Feketeszén készleteink 1515 Mt, jelenlegi kitermelésünk 0. Barnaszénből 2244 Mt a kitermelhető készlet, a termelés 0,95 Mt. Lignitkészleteink nagysága 4356 Mt, az éves termelés 8,03 Mt. Szénkészleteink meggyőző stratégiai tartalékot képeznek, megjegyzendő, hogy az EU nagy nyomást fejt ki a széntüzelés visszaszorítására, de nem biztos, hogy ennek az irányelvnek a merev alkalmazásához feltétlenül ragaszkodnunk kell. A megújuló energiák alkalmazása egyelőre eléggé kismérvű. A biomassza hasznosításának legnagyobb része ma még a régi, rossz hatásfokú erőművekben folyó fatüzelés. Geotermikus energia-hasznosításunk is elmarad a kedvező természeti adottságok mögött. Vízienergia-lehetőségeink a folyóink kis esése miatt korlátozottak, de a Duna vízienergia-hasznosításának elmaradása nem szakmai, hanem
politikai
döntés
következménye.
Szélturbina-parkunk
örvendetesen
gyarapszik, de rossz kihasználtsági tényezővel üzemel. A napenergia egyelőre marginális szerepet tölt be. A megújuló forrásból termelt villamos energia az országos termelés 6,6%-a.
5
MAGYARORSZÁG ENERGETIKAI RENDSZERÉNEK FEJLESZTÉSE Az előbb bemutatott vázlatos helyzetkép alapján logikusan rajzolódnak ki azok a tennivalók, amelyek a jövő energiapolitikájának kialakításához szükségesek. A fenntartható,
biztonságos,
versenyképes
energetikai
szerkezet-átalakítás
megoldandó feladatait a Nemzeti Energiastratégia 2030-c. szakmai dokumentum tartalmazza. A fenti három fő cél eléréséhez öt eszköz alkalmazása révén juthatunk el. Ezek: az energiatakarékosság, a megújuló energiaforrások nagyarányú igénybevétele, a biztonságos atomenergiára épülő villamosenergiatermelés, az ipar és a közlekedés minél nagyobb arányú villamosítása, multifunkciós
mezőgazdaság
létrehozása
és
az
európai
energetikai
infrastruktúrához való kapcsolódás. Teljes energiafüggetlenségről ábrándozni irreális gondolat, de a minél nagyobb mérvű függetlenséget több tényezővel segíthetjük elő. Ezek ismertetésére térünk ki röviden: Az ellátásbiztonság megteremtésének rövid távon is eredményes módja az energiatakarékosság.
Ennek
két
fő
területe
a
primerenergia
fogyasztás
mérséklése, és az energiahatékonyság javítása. Az a távlati cél, hogy primerenergia-fogyasztásunk 2030-ra ne növekedjen 1150 PJ szint fölé. Várható GDP növekedésünk ezzel az energiahatékonyság javítását teszi lehetővé. Az épület-energetikai fejlesztésekkel rendkívül nagy energiamegtakarítás érhető el. A lakások és középületek energiafogyasztása 435 PJ évente, ez a magyar primerenergia-fogyasztás 40%-a. Ennek mintegy 70%-a a fűtés és klimatizáció. A 4,3 millió lakás több, mint 65%-a nem felel meg a mai hőtechnikai követelményeknek. Energiastratégiai cél a lakások és középületek fűtési energiaszükségletének 30%-os csökkentése. A villamosenergia-termelésben az erőművek
hatásfokának
javítása,
a
villamos
hálózatok
veszteségeinek
csökkentése és a közlekedés energiafelhasználásának csökkentése is sürgető feladat. Az épületek fűtési energiaigényének csökkentésével párhuzamosan a megújuló energiának, és itt elsősorban a geotermikus energiának igénybevétele
hat
a
fosszilis
energia
import
a fokozottabb
csökkentésének
irányába, 6
energiafüggetlenségünk erősítésére. A geotermikus energia hasznosításának leghatékonyabb módja a hőtermelés. Legjobb példa erre Hódmezővásárhely, ahol a termálvízre alapozott városi távfűtő rendszer évi 5 millió m3 földgáz kiváltságát teszi lehetővé, s a lakosság számára a fűtési költségek mintegy 25%-kal csökkennek. A megújulók alkalmazása az üvegház-hatású gázok elsősorban a CO2 kibocsátásának jelentős csökkenését okozza. Már említettük, hogy 1088 PJ primerenergia-fogyasztásunk mellett a végenergiafelhasználás csupán 720 PJ. Az évi 388 PJ különbség nagyon sok, s ezt főleg gyenge átlaghatásfokú erőműveink és hálózati veszteségek okozzák. Ugyanakkor erőműveink CO2 kibocsátása is jelentős: 370 gramm/KWh. Ezt a fejlett ipari országot 200 gramm/KWh szintjére kellene csökkenteni. Erre több lehetőség is adódik.
A
Paksi
használatának
Atomerőmű
növelésével
a
bővítésével, jó
hatásfokú
a
megújuló
gázturbinás
energiaforrások erőművek
és
a
szuperkritikus tartományban üzemelő széntüzelésű erőművek üzembe állításával ez az EU által is szorgalmazott cél megvalósítható. A korszerű erőművekben megtermelt villamos energia elsősorban a vasúti közlekedés villamosításával és korszerűsítésével a közlekedés kőolajszármazék igényét csökkenti. A bio-üzemanyagok és a ma még nem alkalmazott hidrogénhajtás a közúti közlekedésben is csökkentheti a benzin és gázolajfelhasználást. A közlekedés energia-hatékonyságát a vasúti személy és áruszállítás mértékének növelésével javíthatjuk. A lakásfűtésekben a megújulók, elsősorban a geotermikus energia alkalmazása elemi érdek. A termálvíz szerepe a távfűtésben, a geotermikus hőszivattyúké elsősorban a kisebb individuális rendszerekben előnyös, de meg kell jegyeznünk, hogy néhány nagy 1 MW-os teljesítményű, hőszivattyús rendszer létesült az utóbbi
években
(Telenor
Törökbálint,
Tesco
XIV.
ker.
stb.).
A
teljes
hőfelhasználáson belül a megújulók arányát 2030-ra 25%-ra kívánják növelni. A mezőgazdaság produkálja az összes üvegházhatású gázkibocsátás 13-15%-át. A fosszilis energiára alapozott üvegház- és fóliasátor-fűtés még mindig gyakorlat a
7
mezőgazdaságban. A geotermikus energia akár termálvizes, akár hőszivattyús fűtéssel jobb alternatívát jelent a kertészetek számára. Az
energiaellátás
biztonságának
fontos
feltétele
az
egységes
európai
infrastruktúrába való betagozódás. A magyar energiarendszer infrastruktúrájának (erőmű, cső- és villamos hálózatok) megújítása rendkívül költségigényes vállalkozás, de erre energiahatékonyságunk javítása és földgázimportunk diverzifikálása érdekében feltétlen szükség van. A tervekből kitűnik, hogy a geotermikus energia fontos szerepet kap a magyar energiaszerkezet geotermikus
megújításában.
energiakészleteink
A
következőkben
elegendő
fedezetet
megvizsgáljuk, jelentenek-e
a
hogy vázolt
nagyvonalú elképzelésekhez.
8
A GEOTERMIKUS ENERGIAKÉSZLETEK MEGHATÁROZÁSA
Egy geotermikus energiaforrás feltárása és termelésbe állítása során az egyik legfontosabb kérdés a rendelkezésre álló energia mennyiségének meghatározása. Ez az adat alapvetően befolyásolja a kitermelés módját, ütemét, s az adott előfordulásra telepíthető fogyasztók nagyságát is. A geotermikus energiakészlet-számítások eredményei rendkívül nagy szórást mutatnak itthon és külföldön egyaránt. Születnek becslések a kitermelhető hévíz térfogatára, energiatartalmára, szén, vagy olaj-egyenértékére. A legnagyobb zavart az okozza, hogy a készletszámítással foglalkozó szakemberek gyakran nem ugyanarról a fogalomról beszélnek. Növeli az áttekinthetetlenséget, hogy az eredményeket eltérő mértékegységekben számolják. Csak az lehet egyértelmű, ha valamennyi adatot energia-mértékegységben pl. KJ-ban, vagy annak valamelyik többszörösében (GJ, PJ) fejezzük ki. Először néhány alapfogalmat kell tisztáznunk, s ezeket a definíciókat a geotermikus energiatermelés viszonyaira vonatkoztatnunk.
A geotermikusenergia-készletek meghatározásakor a kezdeti földtani készletet csak mint elméleti felső határt értelmezhetjük. A felhasználható készlet, vagy geotermikus energia vagyon (resource) a feltételezések szerint a belátható jövőben gazdaságosan kitermelhetővé válik. Az ennek meghatározására irányuló becsléseknek már fontos szerepe van egy hosszútávú energiastratégiai koncepció kidolgozásában. A gazdaságosan kitermelhető készlet, vagy ipari vagyon (reserve) jelenti azt az energiamennyiséget, amelyet a termelés-technológia jelenlegi szintjén, a fosszilis energiahordozók jelenlegi árával versenyképesen termelhetünk ki. Az egyes készlet-típusok meghatározására különböző módszerek születtek az idő folyamán.
9
A legkorábbi geotermikus készlet vizsgálatokra az 1950-es években került sor az először művelésbe vont aktív vulkáni területeken: Izlandon, Új-Zélandon, az USAban és Japánban. Az ott jelentkező rendkívül erős geotermikus anomáliákat szinte kivétel nélkül valamilyen felszín közeli kőzettestbe hatoló, nagyhőmérsékletű magma-intrúzió okozza. A készlet-becslés a magma-intrúzió anyagának energiameghatározására irányult, egy egyszeri fokozatosan csökkenő energia-készlet feltételezésével: BANWELL (1956), CATALDI (1976). Az extrém nagy földi hőárammal jellemzett területen a földi hőáram értékét kiegészítve a hőforrások és geotermikus energiát termelő kutak hőteljesítményével megszorozták egy becsült élettartam-értékkel:
(
)
E = qA + P& t,
ahol
q
a földi hőáram teljesítménysűrűsége [W/m2]
A
a szóban forgó terület [m2]
P&
a hőforrások és kutak hőteljesítménye [W]
t
a várható élettartam [s]
Már BANWELL (1957) kimutatta, hogy a Wairakei mezőben az 1,55 W/m2 értékű földi hőáramot a 11 km2-es területen a mező becsült 500 000 éves kora mellett csak mintegy 1000 km3 magmatömeg táplálhatta volna hőforrásként. Ez nyilvánvalóan lehetetlen, így arra következtetett, hogy magában az olvadt magmatömegben is konvektív áramok alakulnak ki, s az intrúzió tetején mindig friss, forró magma biztosítja a szinte hihetetlen erősségű fűtést. Egy kezdeti, egyszeri energiakészlet meghatározására egy tranziens hővezetési egyenlet megoldásával lehet eljutni. A ∂t k ∂ 2T ∂ 2T ∂ 2T = + + ∂t ρc ∂x 2 ∂y 2 ∂z 2
differenciálegyenlet megoldása megfelelő kezdeti és peremfeltételeket véve analóg egy forró acélöntvény lehűlésének folyamatát leíró esettel, amelyre numerikus és analitikus megoldások egyaránt ismeretesek. Miután a Kárpát-medence az elvékonyodott kéreg következtében kapja intenzív hővezetéssel a kontinentális átlagnál erősebb fűtést, ez a készletbecslési mód számunkra irreveláns.
10
Egy adott kőzettartomány, vagy akár régió belsőenergia-mérlegét alapul véve BOLDIZSÁR (1967), BODVARSSON (1974), CATALDI (1976), valamint RYBACH és MUFFLER (1981) dolgoztak ki készletszámítási eljárásokat. A folyadékkal telített porózus kőzettest egységnyi térfogatú darabjának fajlagos belső energiatartalma
ε = (1 − φ)ρk c k Tk + φFc FTF Ebben
φ
a kőzet effektív porozitása
ρk és ρF
a kőzet ill. a folyadék sűrűsége [kg/m2]
ck és cF
a kőzet ill. a folyadék fajhője [J/kgoC]
Tk és TF
a kőzet, ill. a folyadék hőmérséklete [oC]
Mivel a tárolóban a kőzet és a folyadék legtöbbször termikus egyensúlyban van a kőzet és a folyadék hőmérséklete megegyezik T = T k = TF Ismeretes, hogy még ideális esetben is csupán a kőzet és a környezet belsőenergia-szintjének különbsége hasznosítható. Ha a geotermikus energiát hordozó fluidumot a T0 átlagos évi középhőmérsékletig sikerülne lehűteni
εH = [(1 − φ)c k ρk + φρFc F ](T − T0 ) lenne a hasznosítható fajlagos belső energiatartalom. Ez az egységnyi térfogatú, fluidummal telített kőzettest exergiája. Ez valamely energiaforrásból bizonyos feltételek mellett maximálisan kinyerhető energiát jelenti. A szögletes zárójelben álló mennyiséget helyettesíthetjük a fluidummal telített kőzetmátrix eredő sűrűségével és fajhőjével is.
εH = ρc(T − T0 ) amelyben
ρ = (1 − φ)ρk + φρF illetve c=
(1 − φ)ρk c k + φρFc F (1 − φ)ρk + φρF
Egy adott A nagyságú terület alatt valamely
z mélység-intervallumban az
elméletileg kinyerhető belső energia mennyisége
11
∆z
EH =
∫ ∫ ρc(T − T )dzdA
(A )
0
0
A mélységhatárok kijelölésétől és a mélység mentén vett hőmérsékleteloszlás jellegétől függően különböző EH értékeket kaphatunk. A kezdeti földtani készlet a földkéreg teljes energiája egy meghatározott terület alatt. A kezdeti földtani készlet meghatározásának hibája várhatóan igen nagy. A kéreg vastagsága, sűrűségének, fajhőjének, mélység menti hőmérsékleteloszlásának változása nem ismeretes. A kéregvastagságra az izosztázia feltételéből, a kéreg sűrűségének, fajhőjének értékére laboratóriumi kísérletek extrapolációjából van lehetőség. A hőmérséklet-eloszlást is csak számítani lehet, a kérdés az, hogy milyen peremfeltételekkel oldjuk meg a hővezetés differenciálegyenletét. Ha a kőzetek természetes rádioaktivitását egy mélység mentén változó hőforráseloszlással vesszük figyelembe, s az így adódó z − q0 − Hh0 H2h0 H T − T0 = z+ 1− e k k
hőmérséklet-eloszlást integráljuk, az δ − ρc δ2 2 H EH1 = (q0 − Hh0 ) + H h0 (H − δ)1 − e k 2
eredményhez jutunk egységnyi területre vonatkoztatva BOBOK (1987). Ebben h0 a hőforrás-erősség a felszínen, míg a z=H mélységben h =
h0 . A h hőforráse
eloszlás földkéregbeli heterogenitását nem csupán a kőzettani heterogenitás okozza, az a mélység szerint is változik, s ma még nem tisztázott okból a tapasztalat szerint a mélységgel exponenciálisan csökken:
h = h0 e
−
z H
Ez a H mélység kapcsolatban áll bizonyos földtani jellemzőkkel, a terület geotermikus aktivitásával, értéke 7,5-15,0 km között változik. Az egyenletben szereplő q0 a földi hőáram felszínen jelentkező értéke, k a kőzet hővezetési tényezője. Mivel a felhasználható adatok eleve nagy bizonytalansággal terheltek mind a modell, mind az alapadatok megbízhatósága oldaláról, elegendő átlagos q0, H, δ , k, h0 értékekkel dolgoznunk, s az A területtel egyszerűen
12
beszorozzuk az EH1 értéket. Szerencsénkre különösebb gyakorlati jelentősége nincs EH1 ismeretének, csupán demonstratív szerepe, mint elméleti felső határnak. Ha Magyarország területére 25 km-es átlagos kéregvastagság mellett képlet, képlet, H = 10000 m, képlet, képlet, c = 920 J/kgoC értékeket veszünk alapul, a kezdeti földtani készletre
E H1 = 45 ⋅ 10 23 J = 45 ⋅ 10 23 PJ érték adódik. A hozzáférhető földtani készlet az a geotermikus energiamennyiség, amelyet a földkéregnek fúrással elérhető tartománya tárol. Itt nyilvánvaló, hogy a fúrással elérhető mélység egy, a mélyfúrási iparág pillanatnyi fejlettségi szintjétől függő, eléggé szubjektíven megadható érték. A világ legmélyebb fúrásai Hely
Név
Mélység
Szahalin
OP-11
Katar
Al Shaheen
12345 m
2011
12289
2008
12264
1994
9583
1974
Kola Oklahoma
Bertha Rogers
Németország
KTB
Év
9101
2010
A 12 km-es mélységet, bár elérték, aligha lenne célszerű a hozzáférhetőséget kijelölő mélységhatárt ennél az értéknél meghúzni. Ezt a mélység-tartományt a Massachuettes Institute of Technology kutatócsoportja 10 km-ben határozta meg az USA geotermikus perspektíváit felvázoló tanulmányában (TESTER et al. 2006). Ugyanezt a mélység-intervallumot vette alapul BOLDIZSÁR a teljes mélységtartományban Eredményül
lineárisan
extrapolált
hőmérséklet-eloszlással
EH2 = 5,53 ⋅ 1023 J = 5,53 ⋅ 108 PJ
értéket
kapott.
A
számolva. nem-lineáris
hőmérséklet-eloszlást alapul véve BOBOK (1987)
EH2 = 3,25 ⋅ 1023 J = 3,25 ⋅ 108 PJ eredményre jutott. A teljes hozzáférhető földtani készletnek csupán egy viszonylag kis hányada lesz kitermelhető a belátható jövőben. Magyarországon a Tiszántúlon megismert 13
nagyszénási és fábiánsebestyéni túlnyomásos tárolók valamint egy majdani HDRkísérlet számára a DK-Alföldi nagy hőmérsékletű impermeábilis kőzettartományt lehet a felhasználható kategóriában számításba venni. Ebben a mélységintervallumban már megfelelően jó közelítést jelent a mélység mentén lineáris hőmérséklet-eloszlás, amint azt a hazai mélyfúrásokban adódó mért értékek is bizonyítják. A 3. ábrán mutatunk be néhány nagy mélységű fúrásban mért jellemző hőmérsékletet a mélység függvényében. A jövőben gazdaságosan kitermelhető készletet tehát a felszíntől 4 km mélységig terjedő kőzettartomány geotermikus energiatartalma jelenti. Ennek a készlet-kategóriának a meghatározását megbízhatóbbá teszi a viszonylag nagy mennyiségben meglevő mért adatok halmaza. A pannon üledéksorokat mintegy tízezer mélyfúrás tárta fel, s a miocén és ennél idősebb rétegekből is elég sok rétegtani és hőmérséklet-adat ismeretes. Ezekkel jól kalibrálható a modell, amely a felhasználható készletekre E H 3 = 0,855 ⋅ 10 23 J = 0,855 ⋅ 10 8 PJ
értéket ad.
A gazdaságosan kitermelhető geotermikus készlet (reserve) a felhasználható készletnek (resource) az a hányada, amely a jelenlegi energiaárak mellett más energiafajtákkal versenyképes áron termelhető ki. Ennek a követelménynek Magyarországon csupán a pannon üledéksorok hévíztárolói, a mélykarszt karbonátos tárolói és a felszín közeli, hőcserélő kutakkal és hőszivattyúval kitermelhető rétegek felelnek meg. Legértékesebb és kellően feltárt geotermikus energiakészletünket ezek a laza, homokos, homokköves üledékrétegek rejtik magukban, amelyek az alsópannon homokos-agyagmárgás rétegei és a felsőpannon levantei rétegei közé települtek. Ezek a teljes üledéksor 20-35%-át teszik ki, porozitásuk akár 28-30% permeabilitásuk 500-1000 mD is lehet. Ezek a felsőpannon feküjében fekvő rezervoárok mintegy 40000 km2 területen fejlődtek ki a DK-Alföldön, a Kisalföldön és a Dráva-süllyedékben. Vastagságuk 100-400 m között változik és igen nagy
14
számú fúrás harántolja őket. Mért hőmérséklet adataik is nagy számban állnak rendelkezésre.
0
50
100
150
200
250 T [ºC] 300
0
1000
2000 Hód-I. Derecske-I. Hunya-I. 3000
4000
5000
H [m] 6000
Hőmérséklet eloszlás nagymélységű fúrólyukakban A mezozoós - karbonátos tárolók Magyarországon két nagy csoportba sorolhatók. Az egyik típus a hegyvidékeken a felszínen is megjelenik, s az itt beszivárgó csapadékvizet vezeti a neogén üledéksor alá. A csapadékvíz a mélyben áramolva felmelegszik, egy része hőforrások formájában ismét felszínre bukkan. Ezek a tárolók általában nem túl magas hőmérsékletűek a leszálló hideg és a melegebb mélységi komponens keveredése folytán. A DNY-Dunántúl és a Dél-Alföld mezozóos tárolóinak nagy része elszigetelt, nincs kapcsolata a nyílt karsztos területekkel. Víztartalmuk gyakran fosszilis tengervíz.
15
Ezek a tárolók lényegesen magasabb hőmérsékletűek. A nagy túlnyomású magas hőmérsékletű Fábiánsebestyén-Nagyszénás tárolót nem számítottuk a jelenleg gazdaságosan kitermelhető készletbe. A DNY-Dunántúl és a Dél-Alföld karbonátos repedezett tárolókról is nagy mennyiségű
adatot
kapunk
elsősorban
a
szénhidrogénkutató
fúrásokból.
Összesen 26 karbonátos kifejlődésű tároló-rendszert ismerünk. A felszínközeli 200 m-nél nem mélyebb tartományt az ország teljes területén figyelembe vehetjük a készlettípus számításánál. A tárolókőzetek és a víz együttes belsőenergia-tartalma a 10 hőmérséklet
belsőenergia-szintjéhez
képest
454.000
PJ
o
C-os felszíni
gazdaságosan
kitermelhető in situ geotermikusenergia-készletet ad. A ténylegesen felszínre hozható mennyiség ennél jóval kisebb. A ténylegesen felszínre hozható mennyiség és az in situ készlet hányadosa az ún. kihozatali tényező. Ennek értékét elsősorban a kitermelés módja határozza meg. A legegyszerűbb technológia egy meghatározott nyomáscsökkenés hatására a víztest rugalmas tágulása révén szabad kifolyással történő hévíztermelés. Az így felszínre hozható víztömeg
M = Vφβρ(p1 − p 2 ) ahol V a szóban forgó tároló térfogata, φ a porozitás, β a víz izotermikus térfogattágulási tényezője, ρ a víz sűrűsége, p1 a tároló kezdeti nyomása, p2 a tároló
nyomása
a
termelés
befejeztével.
A
vízzel
felszínre
hozott
energiamennyiség
∆E = Mc(T − T0 ) A tárolóban lévő víz in situ energiatartalma
E = Vφρc(T − To ) A kettő hányadosa a kihozatali tényező
R = β(p1 − p 2 ) m2 A víz térfogattágulási tényezője β = 4,68 ⋅ 10− 8 N
16
A DK-Alföld felsőpannon homokos tárolóban a hőlift és az oldott gáztartalom kiválása révén átlagosan mintegy 3 bar termelési talpnyomás-csökkenés keletkezhet. Ezzel a kihozatali tényező
R = 4,68 ⋅10−8 ⋅ 3 ⋅105 = 1,44 ⋅10−2 azaz a tárolóból csupán az azt kitöltő víz energia-tartalmának 1,44%-a hozható felszínre a kutat szabad kifolyással termeltetve.
Ha a kútba épített búvárszivattyúval 20 bar termelési talpnyomáscsökkenést állítunk elő, a kihozatali tényező
R = 4,68 ⋅ 10−8 ⋅ 20 ⋅ 105 = 9,36 ⋅ 10−2 vagyis a tároló vizének in situ energiatartalmából 9,36/-ot termelhetünk ki. A lehűlt hévíznek az eredeti tárolórétegbe történő visszasajtolásával nem csupán a rétegvíz, de többszörös folyamatos átöblítéssel a tároló kőzetvázának energiatartalma is megcsapolható. Egy V térfogatú, φ porozitású tároló ρk és ρv kőzet és vízsűrűség, valamint ck és cv fajhők esetén
E = V[(1 − φ)ρk c k +φρv c v ](T − To ) in situ energiakészlettel rendelkezik. A tárolót átöblítve a hőmérsékletet átlagosan Tfh értékig csökkentve
∆E = V[(1 − φ)ρk ck +φρvc v ](T − Tfh ) energiát hozhatunk felszínre. Ezzel a két mennyiséggel a kihozatali tényező R=
T − Tb T − T0
vagyis 110 oC kezdeti tárolóhőmérséklet, 80 oC felhagyási és 10 oC felszíni hőmérséklet mellett R=
110 − 80 = 0,300 110 − 10
érték adódik. Ezek a számok a nagyságrendek érzékeltetésére alkalmasak, de a valóságban, egy tényleges kétkutas rendszer esetén nem ilyen egyszerűen adódik az eredmény. A besajtoló és a termelő kút között a tárolóban egy a 4. sz. ábrán látható forrás-nyelő áramvonalrendszer alakul ki. Az áramlás és a hőátvitel nem homogén: a sűrűbb áramvonal-hálózat mentén intenzívebb, a peremhez közelítve mérsékeltebb. Amikor a termelő kút talpán már a felhagyási hőmérséklet adódik, a
17
tároló távolabbi tartományaiban még nagyobb a hőmérséklet. A fentebb egyszerűen kiszámított kihozatali tényező alig 0,4-0,45-szöröse a tényleges kihozatali tényező. Ezt repedezett tárolóban kialakuló áramlásnál a Hele-Shaw, porózus tárolóban pedig a Darcy-áramláson alapuló szimulációval tudjuk meghatározni BOBOK-TÓTH (2008), TÓTH (2009).
A forrás és nyelő áramvonal rendszere Ezek az ún. térfogati módszerek a szimuláció konkrét részleteiben nagyban különbözhetnek, ám kiindulási alapjuk ugyanaz. Az alkalmazott közelítések fokától, a figyelembe vett alapadatok megválasztásától függően a különböző szerzők különböző eredményekre jutnak. Ezek az eredmények lényegesen közelebb állnak egymáshoz, mint a nemzetközi szakirodalomban publikált adatok. A hozzáférhető felhasználható és a gazdaságosan kitermelhető készletekre vonatkozó becsléseket foglaltuk össze a következő táblázatban.
18
Hozzáférhető geotermikus készlet Boldizsár
5,53⋅108 PJ
Bobok
3,25⋅108 PJ
Felhasználható geotermikus készlet Bobok
0,85⋅108 PJ
Rezessy, Szanyi, Hámor
1,02⋅108 PJ
Gazdaságosan kitermelhető készlet Bobok
4,54⋅105 PJ
Liebe*
14,90⋅105 PJ 3,43⋅105 PJ
Lorberer
46,60⋅105 PJ
Rezessy, Szanyi, Hámor*
* a teljes felső pannon üledéksorra számított érték. Magyarország becsült geotermikus készleteinek összehasonlítása A
globális
készletbecslések
eredményei
közötti
több
nagyságrendnyi
különbségekkel szemben a jól feltárt Kárpát-medencére adódó értékek között megnyugtató az eredmények egyezése. A geotermikusenergia készletekre kapott eredményeket időről-időre újra kell értékelnünk. A kitermelés módszereinek fejlődése, a világpiaci energiaárak állandó változása
szükségessé
teszi
a
gazdaságosan
kitermelhető
geotermikus
energiakészletek meghatározásának folyamatos finomítását, az eredmények korrekcióját. Például az USA geotermikus készleteit NATHENSON és MUFFLER (1976) első felmérése óta több ízben újra értékelték: ROWLEY (1982), SASS (1993), TESTER et al (1994), DUFFIELD és SASS (2003), WILLIAMS (2005) végül TESTER et al (2006) a már említett MIT tanulmányban.
19
A GEOTERMIKUS POTENCIÁL
A geotermikus potenciál az International Geothermal Association (IGA) ajánlása szerint az egy év alatt megtermelhető geotermikus energiamennyiség. Ez tulajdonképpen egy egyéves idő-intervallumra eső átlagteljesítmény. A különböző szerzők rendkívül széles skálán szóródó értékeket adnak meg. Mérvadónak tekintett szakemberek által az utóbbi években készített néhány adatsort mutatunk be ennek érzékeltetésére. A bemutatott munkákban közös, hogy a villamos energia termelésére és a csak közvetlen hőhasznosításra alkalmas potenciálokat külön vizsgálják. Valamennyi adat globális: a világ összesített geotermikus energiatermelésre rendelkezésre álló készletére illetve a világon összesen megtermelt energiára vonatkozik.
FRIDLEIFSSON (1999) a felhasználható készletek alapján 12 000 TWh/év potenciált ad meg elektromos energiatermelésre. Ez az érték az 1997 évi 44 TWh termeléssel egybevetve még óriási fejlődés lehetőségét prognosztizálja. 2020-ra 318 TWh éves termelést jósol, 58 GW beépített erőművi kapacitás mellett. A közvetlen hőhasznosításra felhasználható potenciál FRIDLEIFSSON szerint 600 000 EJ/év. Az 1997-es tényadat 38 TWh, míg a 2020-ra adott prognózis 141 TWh, 37 GW beépített hőteljesítmény-kapacitás mellett.
GAWELL (1999) ezzel szemben a jelenlegi technológiával gazdaságosan megtermelhető geotermikus potenciált a 35 és 72 GW intervallumban jelöli meg az elektromos energia termelésére. Az EGS technológiával ez a 66 és 138 GW értékek közötti tartományba eshet. Közvetlen hőhasznosításra nem ad meg adatot.
STEFANSSON (2000) az elektromos energia termelésére rendelkezésre álló potenciált 22400 TWh/év értékre becsüli. A közvetlen hőhasznosítást két kategóriára bontva prognosztizálja.
20
Az alacsony hőmérsékletű < 150
o
C készletekből > 1400 EJ/év (> 392000
TWh/év) a magasabb hőmérsékletűekből kevesebb 400 EJ/év (112000 TWh/év) energia termelésére lenne lehetőség.
A World Geothermal Congress (2000) adataiból ugyancsak STEFANSSON (2002) állított össze egy naprakész helyzetképet. A villamosenergia termelésére rendelkezésre álló 8 GW erőművi kapacitásból 49 TWh/év az átlagteljesítmény, míg a közvetlen hőhasznosításra 53 TWh/év adódott. Az elektromos energia termelésére és a közvetlen hőhasznosításra alkalmas potenciál 5000 EJ/év. Ha ennek 10%-a a gazdaságosan kitermelhető készlet, 500 EJ/év érték adódik, ennek
1/3-a
használható
villamosenergia-termelésre,
a
többi
közvetlen
hőhasznosításra alkalmazható.
CATALDI (1999) a hozzáférhető földtani készletet 140⋅1024 J-ben adta meg. Ez 140⋅⋅106 EJ. A felhasználható hányad ebből 5000 EJ, a gazdaságosan kitermelhető rész 500 EJ. A kontinenseken összesen 370 EJ a gazdaságosan kitermelhető geotermikusenergia-készlet. Ez a világ 1996-os olajtermelésének közel kétszerese. A 370 EJ egyharmadát tekinti villamosenergia-termelésre, míg kétharmadát közvetlen hőhasznosításra alkalmasnak.
Tanulságos táblázat állítható össze az ismertetett készletbecslések kerekített adataiból. A következő táblázatban azonos mértékegységekben hasonlítjuk össze a készletbecslések eredményét, s egyúttal feltüntetjük a világ
1996-os
energiafogyasztásának és geotermikus energiafelhasználásának tényadatait, valamint a 2020-ra prognosztizált geotermikusenergia-termelés villamos és közvetlen hőfogyasztás kategóriákra bontva.
21
Villamos energia Forrás
Beépített kapacitás GWe
Közvetlen hőhasznosítás
Termelés
Termelés
TWh/év
EJ/év
Beépített kapacitás GWe
-
Termelés
Termelés
TWh/év
EJ/év
112.000
403,2
Globális energia fogyasztás
-
12.000
43,20
A világ geotermikus energia
10
61
0,22
51
122
0,44
42
300
1,08
40
140
0,504
1.700
12.000
43,20
48·106
170·106
0,61·106
66-138
1.000
3,60
-
-
-
46
330
1,19
190
670
2,41
Stefansson (2000)
3.100
22.400
80,64
160.000
504.000
1.814
Stefansson (2002)
5.000
42.000
151,20
28.000
98.000
352,8
felhasználása 2009 A világ geotermikus energia felhasználása 2020-ra Fridleifsson (1999) Gavell (1999) Cataldi (1999)
A világ geotermikus potenciáljának becsült értékei
Néhány kézenfekvő következtetés közvetlenül adódik. -
Jóllehet az egyes készletbecsléseket a nemzetközi szakma kiválóságai tették, az értékek között nagyságrendi különbségek találhatók.
-
A 2000-ben készült a 2020 évre prognosztizált közvetlen hőhasznosítás-adat. 2010-ben már megvalósult.
-
A geotermikus energia önmagában nem képes kielégíteni a globális energiaigényeket.
-
Az elektromos energia termelésére alkalmas geotermikus potenciál minimuma 330 TWh/év, maximuma 42000 TWh/év.
-
A közvetlen hőhasznosításra kapott becslések minimuma 670 TWh/év, maximuma 170 millió TWh/év.
-
A magyarországi geotermikusenergia-készletek becslése jó megkutatottság következtében a nemzetközi gyakorlatnál lényegesen megbízhatóbbnak tűnik.
24
GEOTERMIKUS ENERGIA BÁNYATÉRSÉGEKBŐL
A földkéreg nagy mélységű tartományait nem csupán mélyfúrások érték el, hanem mélyművelésű
bányák
hagyományos
bányaművelési
módszerekkel
kihajtott
vágatával is feltárták. A világ legmélyebben kihajtott bányavágata Dél-Afrikában Johannesburg közelében található a Tau Tona aranybányában. Ebben a 3900 m-es mélységben 45 oC a kőzetek hőmérséklete. Az intenzív szellőztetés hatására a vágatban a levegő o
hőmérséklete csak 28
C. Ezt a rendkívüli mélységet a geotermikus gradiens
alacsony, 0,009 oC/m értéke tette elérhetővé. Dél-Afrikában még több 3500 m mélységű bányavágat található. Európa legmélyebb bányája a Balti Ősmasszívum területén található. A finnországi Phyhasalmiban 1440 m mélységben folyik a bányászat. Magyarországon a pécsi uránbányában az V. Bányaüzem 1250 m mélységű aknájában 53 oC, a recski ércbányában a 900 m mély vízszintes vágatban 52 oC kőzethőmérsékletet mértek. A kihajtott bányavágatokkal elérhető mélység-határt elsősorban a kőzethőmérséklet korlátozza. A délafrikai mélység-rekorddal azonos mélységű fábiánsebestyéni túlnyomásos tárolóban 202 oC a hőmérséklet, ez nyilvánvalóan lehetetlenné teszi ebben a mélységben bármiféle bányavágat kialakítását. Ebből következően a felhagyott és vízzel elárasztott bányákból csak korlátozott hőmérsékletű, legfeljebb 50-55 oC-os vizet termelhetünk ki. Nem szabad lebecsülnünk ezt a geotermikus potenciált. Egyrészt a világon mintegy egymillió felhagyott bányatérség található. Ezekben a bányát elárasztó talajvíz áramlása gyakorlatilag akadálytalan még egy igen jó permeabilitású homokkőréteghez képest is. A vágatokat azonosítható bányatérképek jól dokumentáltak, tehát az üregek a felszínről jó biztonsággal megtalálhatók. Az 50
o
C-os, vagy annál alacsonyabb hőmérsékletű bányavizek
hőszivattyúk alkalmazásával akár egyedi, akár távhő-hálózati fűtésre alkalmas primerenergia-források energiatermelésre
való
lehetnek.
Az
elárasztott
alkalmasságának
bányatérségek
vizsgálatánál
eltérő
geotermikus
természetükből
fakadóan külön kell választanunk az egykori szénbányák és az ércbányák csoportjait.
24
25
A széntelepek legtöbbször kis dőlésszögű, üledékes kőzetrétegek közé települtek, bár a tektonikus mozgások idővel markánsan deformálták ezt a kifejlődést. Hazánk széntelepei nem változatosak, néhány jellegzetes csoportba sorolhatók: Lapos,
-
vékony
és
közepes
vastagságú
barnaszén
és
lignitelőfordulások. -
Lapos, vastag barnaszéntelepek.
-
Lejtős és maradék különböző vastagságú liász széntelepek.
A szénrétegek relatíve vékonyak, de horizontális kiterjedésük nagy lehet. A különböző fejtési módszerek célja nyilvánvalóan a maximális szénkitermelés, ugyanakkor a bányatérség mechanikai stabilitásának megőrzése. A régebbi, kamrafejtéses bányákban gyakran maradnak meg a stabilitást biztosító pillérek, a frontfejtéssel művelt bányák esetében viszont gyakran bekövetkezik az üreg összeomlása, miután felhagytak a műveléssel. A bányavágatok a széntelepek dőlését követik. Többrétegű széntelepekben többszörös,
egymástól
elkülönülő
vágatrendszerek
alakultak
ki.
Ebben
a
környezetben fejlődtek ki a felhagyott, vízzel elárasztott egykori szénbányákból a jellegzetes, kis entalpiájú geotermikus tárolók. A geotermikus forrásból történő villamosenergia-termelés lehetőségeinek túlértékelése mellett meg kell jegyeznünk, hogy Magyarország primerenergia-felhasználásának 40%-át, Kanadában pedig 60%át lakossági és kommunális fűtésre fordítják. A bányavizekből nyert geotermikus energia erre kiválóan alkalmas. A bányatérségek geotermikus potenciáljának lebecsülése hiba. Az ércbányák nagy szilárdságú vulkáni és metamorf kőzet-környezetben alakultak ki. A vágatok a telérek térbeli elhelyezkedését követik. Az ércbánya-vágatok a szénbányákhoz
képest
bonyolultabb
konfigurációt
képeznek,
s
a
vertikális
kiterjedésük is bonyolultabb, változatosabb. Egy szénbányában a vágatokat kitöltő víz hőmérséklete a természetes geotermikus hőmérséklet-leoszláshoz áll közel. A vertikálisan bonyolultabb kialakítású ércbányavágatokat
megtöltő
vízben
termokonvekciós
áramok
alakulnak
ki.
Ennek 25
26
eredményeként
a
mélyebben
elhelyezkedő,
nagyobb
hőmérsékletű
kőzettartományból a kisebb sűrűségű, melegebb víz feláramlik és eltorzítja a természetes, lineáris geotermikus hőmérsékleteloszlás lineáris jellegét. Mindezt jól mutatja a .... ábra, amelyen három kanadai ércbányában mért bányavízhőmérsékleteket láthatunk a mélység függvényében. Magyarországon elsősorban a recski ércbánya tűnik jelentős primerenergia-forrásnak, az elő-megvalósíthatósági tanulmányokból kedvező perspektívák rajzolódnak elénk. A bányatérségek geotermikus energiatermelésre történő hasznosítására viszonylag kevés példát találunk a nemzetközi gyakorlatban. Az első sikeres alkalmazás: Németországban Essen-Heisingen felhagyott szénbányájának vágataiból kitermelt vízzel 350 kW teljesítményű hőszivattyú beiktatásával egy idősotthont és kiszolgáló létesítményeit fűtik és látják el használati melegvízzel 1984 óta (WIEBER, POHL 2008). Lengyelországban a sziléziai Czeladz szénbányáját 1992-ben zárták be. A bányát
azóta is folyamatosan víztelenítik, a környező működő bányák vízbetörés elleni védelme céljából. 200 m mélységből jelentős 400 kg/s tömegárammal termelnek ki 14 oC-os vizet. A hőszivattyús fűtőrendszer 2,5 MW teljesítményű. (DEMOLLINSCHNEIDERS, MALOLEPSZY, BOWERS 2003). Kanadában Új-Skócia szövetségi tartományban Springhill város körzetében
hasznosítják a felhagyott szénbányákat elárasztó víz geotermikus energiáját. Itt találhatók Kanada legmélyebb szénbánya-vágatai, a legnagyobb mélység 1200 m. A vágatokban 5,58⋅106 m3 átlagosan 15 oC-os vízből 11 hőszivattyúval 7,65 MW hőteljesítmény származik, amelyet egy a városba települt ipari park, sportcsarnok, valamint néhány lakóépület fűtése hasznosít. Az ipari park egyik üzeme technológiai hőt is fogyaszt. BANKS et al. (2003) Timmins Kanada Ontario szövetségi állam északi részén az aranybányászat központja volt a 20. században. A napjainkra felhagyott bányát elöntötte a víz. A 845 és 1200 m mélység-intervallumban elhelyezkedő vágatokat 1 millió m3 víz tölti ki. A geotermikus gradiens értéke kicsiny 0,007-0,009 oC/m. A legmélyebb ponton a kőzethőmérséklet 16 oC. A víz átlaghőmérséklete10,5 oC, csaknem állandó, ez jól 26
27
működő termokonvekcióra vall. A kitermelt víz térfogatárama 60 l/s, a felszínre hozott hőteljesítmény 3,2 MW. A kitermelt vizet egy 400 m mély vágatba vezetik vissza. A hasznosítás néhány eleme a próbaüzem első fázisában van. (BANKS et al. 2003) Heerlen Hollandiában a szénbányászat egyik prosperáló centruma volt, az olcsó
Északi tengeri földgáz 1959-es megjelenéséig. A hetvenes évekre bezártak a szénbányák, amelyeket elöntött a víz. Egy Európai Uniós projekt kapcsán nyertek újra szerepet a bányák, 5 db 700 m mélységű kúton keresztül termelik ki a bányavágatokból a 32 oC-os vizet, 22,2 kg/s tömegárammal. A víz hőmérsékletét hőszivattyúval megnövelve egy bevásárlóközpont, könyvtár, üzletek és 350 lakás geotermikus forrásból történő távfűtését oldották meg. A lehűlt vizet hasznosítás után egy 450 m mélységű besajtoló kúton át juttatják vissza a vágatokba. Egy 250 m mélységű vágatból termelt 15 oC-os vizet nyáron hűtésre használnák fel. Jelenleg világszerte több országban is tervezik a bányavizek jelentős geotermikus energiatartalmának hasznosítását. Az USA-ban, Pennsylvania állam felhagyott szénbányáiból jelentős mennyiségű
geotermikus energiát terveznek kitermelni. Németországban Auchen környékén, Franciaországban Elzászban, Skóciában Glasgow vízzel elárasztott szénbányáinak geotermikus
energiahasznosítására
készülnek.
Szlovéniában,
Norvégiában,
Ausztráliában dolgoznak befejezés előtt álló projekteken. Meglepő, hogy a bányavágatokat megtöltő víz geotermikus energiája sokáig elkerülte a hasznosítással foglalkozó szakemberek figyelmét, annak ellenére, hogy annak néhány előnye teljesen nyilvánvaló. A nagy víztérfogat, jól utánpótlódó, alacsony hőfokú, de kifejezetten hőszivattyús hasznosításra való energiakészletet hordoz. Üzletileg is versenyképes, különösen nagyobb fűtőrendszerek, ipari hőhasznosítók részére.
27
28
A bányavágatok vízzel érintkező falfelületei nagy kőzet-víz hőátadó felületet képeznek, különösen a hőcserélő kutak teljesítményét korlátozó viszonylag kis kútpalást-felületekhez képest. A
működő
bányák
vizének
hasznosítása
egy
hátrányos
környezetvédelmi
kötelezettséget, a vízemelést konvertálja egy környezetvédelmi szempontból kívánatos, megújuló energiaforrás hasznosítására. A legtöbb esetben az aknán keresztül hozzáférhetünk a vízhez, s így a geotermikus energiatermelés nagyobbik költséghányadát képviselő fúrás, kútkiképzés költségei elmaradhatnak. A bányák jelentős részében ismertek a működés idejéből származó vízemelési adatok. Ebből a vágatokat megtöltő víz utánpótlódása meghatározható, s ez a fenntartható kitermelést biztonságosan tervezhetővé teszi. Meg kívánjuk jegyezni, hogy egy hazai projekt kivételével, sehol nem hasznosítják a bányaszellőztetés során a vágatokban felmelegedett levegő hőtartalmát, pedig az levegő-víz hőszivattyúkat használva jelentős használható hőteljesítményt biztosít.
28
29 GEOTERMIKUS ENERGIA TERMELÉSE ALAGUTAKBÓL
Az alagutak építésének elsődleges célja, hogy a közlekedést akadályozó hegyesdombos felszín alatt a vasúti és közúti forgalmat megkönnyítsék. A földtani viszonyoktól függően az alagutak vizet és hőt vonhatnak el kőzet-környezetükből. A talajvíz piezometrikus felülete jelentősen eltérhet a felszín domborzatától a hegygerincen és a völgyek között. Ez mélyre elérő talajvíz-cirkulációs rendszerek kialakulását okozhatja. Így az alagutak, különösen ha áteresztőképes repedezett kőzettestet határolnak megcsapolják a mély cirkulációs rendszereket. Az alagútba beszivárgó víz rendszerint termikus egyensúlyban van a kőzetvázzal, így a kőzet hőmérsékletével azonos hőmérsékleten jelentős mennyiségű hőt szállít a hegyek belsejéből. A beszivárgás intenzitása az időben változik: az alagút építésének fázisában nagy, de néhány év alatt jelentősen csökken, ahogy egy alacsonyabb piezometrikus szint stabilizálódik. Az alagútban áramló vizek forrása a gravitáció, a bányatérségekkel szemben az alagútból fakadó víz szivattyúzás nélkül jut a külszínre. ESETTANULMÁNYOK EURÓPÁBÓL
Az alagutak nagy számban épültek Svájcban, az országban több mint 700, hosszabb-rövidebb vasúti és közúti alagút épült. A nagy alagutak legújabbika a Lötschberg-alagút 34,37 km hosszúságú. Néhány jelentős svájci alagút fakadóvízhozamát s az azzal felszínre hozott hőteljesítményt az alábbi táblázatba foglaltuk.
Név
Vízhozam
Vízhőfok
Hőteljesítmény
Kg/s
o
C
kW
Grenchenberg
300
10
11693
Gotthard
120
15
4510
Furka
90
16
3758
Hanenstein
42
19
2262
Vereina
35
17
1608
Lötschberg
20
17
906
Simplon
23
13
672
Ricken
20
12
501
29
30
A fakadó vizek hőmérsékletét hőszivattyúval 6 oC-kal hűtik le, így adódtak a közölt hőteljesítmények. A legnagyobb hozamú és hőteljesítményű Grenchenberg alagút vizének energiáját még nem hasznosítják. A Furka vasúti alagút vizét Obervald 177 panzió, a sportcsarnok és más épületek hőszivattyús fűtésére használják. Érdekesség, hogy a vizet vezetik az egyes fogyasztók egyedi hőszivattyúihoz. A Gotthard autópálya-alagút vizével hőszivattyúval különféle lakó- és középületeket és sportcsarnokokat fűtenek. A Mappo-Morettina autópálya-alagútból fakadó vízzel sport- és szabadidőközpontot fűtenek 1999 óta, igen jónak mondható 4,0 szezonális teljesítmény-tényezőjű rendszerrel. A leghosszabb 2007-ben átadott Lötschberg-alagút egy trópusi gyümölcsöket termelő üvegház-komplexumot, idősek otthonát, sportcsarnokot és tonhal és kaviár üzemet lát el goetermikus alapú hőszivattyú-fűtéssel. A működési tapasztalatok valamennyi létesítménynél kielégítőek, további fejlesztésük napirenden van. Csupán érdekességként említjük, hogy a rendkívül szigorú svájci vízvédelmi törvény nem engedi az alagutakból származó 15-19 oC-os „meleg” vizeket élővizekbe engedni. Ha nem terveztek volna hőhasznosító berendezéseket, hűtőtornyokkal (!!) disszipálnák az alagútból kikerülő hőt, megakadályozandó a pisztrángos patakok „hőszennyezését”. Terveket dolgoztak ki a londoni és a párizsi metró-alagutak hőhasznosítására is. A metró-alagutakban a szerelvények fékezésekor keletkező, és az utasok által fejlesztett meleg a geotermikus hő mellett további járulékos hőforrást képez. Ausztriában is napirenden van a vasúti alagutak hőhasznosítása. Magyarországon
a
metróalagutak
hőhasznosítása
lehetne
alkalmas
efféle
energiahasznosításra.
30
31 ESETTANULMÁNY MAGYARORSZÁG, BÁTAAPÁTI ELŐZMÉNYEK
Bátaapáti
térségében
a
kis-
és
közepes
aktivitású
radioaktív
hulladékok
elhelyezésére felszín alatti tároló épül. A tárolóteret és a felszínt 2 db 1800 m hosszúságú lejtős akna köti össze. A lejtős aknákon keresztül történik az építéssel és a későbbi működtetéssel járó forgalom valamint az épülő, majd a normál üzemmenetű létesítmény szellőztetése. Az elkészült tervek szerint – 5 oC alatti külszíni hőmérséklet esetén a behúzó légáram temperálása szükséges a munkahelyi klíma javítása, a lőttbetonozás helyes kivitelezése és a behúzó lejtakna jegesedésének megakadályozása miatt. Erre a célra a keleti, behúzó üzemű lejtősaknához olajtüzelésű hőlégfúvókat telepítettek, hogy az azok által előállított meleg levegő a behúzó légáramhoz keverve bármely üzemállapotban megfelelő hőmérsékletű levegőt biztosítsanak a vágatokban folyó munkákhoz. A tároló kialakításának következő ütemében a nyugati lejtősaknát behúzó üzeműre alakítják át. Ehhez a meglévő két hőlégfúvó áttelepítésére és további két új egység beépítésére kerülne sor. Az eredeti szellőztetési tervek szerint a legnagyobb levegőszükséglet az építés időtartama alatt jelentkezik. A maximális levegőtérfogat-áram 80 m3/s, ami normál légköri nyomáson és 0 oC-on 1,292 kg/m3 sűrűséget tekintve 103 kg/s tömegáramot ad. A tervek szerint a legkisebb levegőmennyiség az építési munkák befejeztével 25 m3/s. A fenti légáramokat szezonalitástól függetlenül 2-5 oC-ra kell felmelegíteni. Szélsőséges időjárási körülmények esetén akár -18 oC is lehet a külső hőmérséklet, ebben az esetben 20 oC-al kell a behúzó levegőt felmelegíteni. Ez 90%-os fűtési hatásfokot feltételezve 2310 kW fűtőteljesítményt igényel, olajtüzelésű hőlégfúvók alkalmazása esetén ekkor 248 l/h a maximális fűtőolajfogyasztás. Az olajfűtésű rendszer alkalmazása több szempontból sem szerencsés. A fűtőanyag-ellátása drága, és a széndioxid-kibocsátás okozta környezetterhelés is jelentős. Így került vizsgálatra valamilyen alternatív energiaforrás, célszerűen a geotermikus energia, felhasználása a klimatizálásra.
31
32 GEOTERMIKUS ENERGIA ALKALMAZÁSA A LEJTŐSAKNA FŰTÉSÉBEN
A behúzó levegőáram temperálását egyrészt a létesítmény klímájának biztosítása, másrészt a behúzó aknában jelentkező jegesedés teszi szükségessé. A földalatti létesítmények klímájának alakulásában a geotermikus energia minden mesterséges beavatkozás nélkül is meghatározó szerepet kap. A lejtős aknában a vágatok falfelületének hőmérséklete 17-18 oC, ami a téli időszakban jóval magasabb a behúzó levegő hőmérsékleténél. A vágatok fala igen nagy hőátadó felületet jelent, csupán a behúzó vágat falfelülete az aknatalppal és az aknafőtével együtt 1.800 m hosszban 36.000 m2. Ezen a jelentős felületen a lejtősakna kőzet-környezetéből szakadatlanul áramlik a hő, az áramló levegőt felmelegítve. Ez egyszerű számítással ellenőrizhető. A BEHÚZÓ LEVEGŐ FELMELEGEDÉSE ÉS HŐTARTALMA
A maximális levegőáram esetén a keresztmetszeti átlagsebesség a behúzó vágatban Q 80 m 3 / s m = 2,67 c= = 2 A s 30 b
Az akna hidraulikai sugara a keresztmetszet és a hidraulikailag aktív (az áramló levegőt határoló) kerület hányadosa
RH =
A 30,3 = = 1,51 m K 20,1
Ezzel a Reynolds-szám
Re =
c ⋅ 4R H = ν
m 4 ⋅ 1,51m s = 1612680 2 −5 m 10 s
2,67
32
33 A Prandtl-szám 2 J kg −5 m 1,292 3 ⋅ 10 ⋅ 1005 o ρνc p s m kg C Pr = = = 0,541 W k 0,024 o m
Ebben
ρ = 1,292 kg/m3
a levegő sűrűsége
ν = 10-5 m2/s
a kinematikai viszkozitási tényező
cp = 1005 J/kgoC o
k = 0,024 W/m C
az állandó nyomáson vett fajhő a hővezetési tényező
A Nusselt-szám a Reynolds és a Prandtl-szám ismeretében számítható. Nu = 0,015 ⋅ Re 0,83 ⋅ Pr 0, 42 = 0,015 ⋅ 1612680 0,83 ⋅ 0,5410, 42 = 1645,5
A falon adódó hőátadási tényező ebből
h=
Nu ⋅ k = 4R H
W m o C = 6,54 W o 4 ⋅1,51m m2 C
1645,5 ⋅ 0,024
A falról az áramló levegőbe átadott hő hatására a levegő hőmérsékletnövekedése exponenciális jellegű
T = TF − (TF − T1 )e Ebben:
−
4 R H πLh & cp m
T
a levegő hőmérséklete L út megtétele után
TF
a vágat falának hőmérséklete
T1
a levegő külszínen mért hőmérséklete
& m
a levegő tömegárama
L
a megtett úthossz a behúzó aknában
Ha L = 1.800 m a lejtősakna hossza, a külső levegő hőmérséklete pedig – 5oC, akkor a behúzó akna végére érő levegő hőmérséklete:
33
34
T = 18 − (18 − (− 5)) ⋅ e
−
4⋅1,51⋅3,14⋅1800⋅6,54 103⋅1005
= 15,3o C
Tehát egy átlagosan hideg téli napon a behúzó vágaton végigáramlott levegő 15,3 o
C-ra, tehát a -5 oC-os beáramlási értékhez képest 20,3 oC-kal felmelegedett. Ez a
hőteljesítmény kg KJ & =m & c p (T − T1 ) = 103 ⋅ 1,005 o ⋅ 20,3o C = 2101 kW Q s kg C
Ebből kitűnik, hogy a vágat falán a kőzettestből átadódó természetes geotermikus fűtés csaknem eléri az olajégők alkalmazásakor létrejött 2310 kW maximális fűtőteljesítményt. A létesítmény megépülésének előrehaladtával a munkálatok a külszíntől egyre távolabb kerülnek. Ez azt jelenti, hogy akár a munkahelyi klíma, akár a lőttbetonos vágatkialakítás szempontjából elegendően felmelegszik a behúzó levegő. A tárolótérben tehát az olajégők használata nélkül is kialakul a természetes geotermikus fűtőhatás eredményeképpen a megfelelő munkahelyi klíma. Ez a hőmérséklet természetesen csak a behúzó aknán való keresztüláramlás után alakul ki. A behúzó akna kezdeti szakaszán kialakuló jegesedés megakadályozására a vágat feküjének és falainak fűtésére van szükség. A JEGESEDŐ LEJTŐSAKNA-SZAKASZ FŰTŐTELJESÍTMÉNY IGÉNYE
A jegesedő lejtősakna-szakasz fűtőteljesítmény igényének kielégítéséhez elegendő a lejtősakna kezdeti 300 m-es szakaszán egy az aknatalpon és a főtén létesített fűtőcső-rendszer
beépítése,
amelyben
meleg
víz
áramlik.
A
meleg
víz
áramoltatásával mind az aknatalpat, mind a lejtősakna főte felületeket fagypont fölötti hőmérsékleten lehet tartani a behúzó légáram fagypont alatti hőmérséklete esetén is. A radioaktív hulladék-tároló esetében a meleg víz előállítása geotermikus energia hasznosításával történhet. Mivel a nemzetközi gyakorlatban repülőterek, veszélyes útszakaszok jégtelenítésére gyakran használnak (Frankfurt, Malmő, Chicago) geotermikus forrásból származó, mintegy 20-25 oC-os meleg vizet, ez a megoldás az lejtaknatalp és a falak jégtelenítésére is alkalmazható megoldásnak tűnik.
34
35
Az aknafűtéshez szükséges geotermikus energiát részben a kihúzóvágatban áramló felmelegedett levegő, valamint a zsompokban összegyűlő, mintegy 500m3/nap mennyiségű 15-16
o
C hőmérsékletű víz hőtartalma szolgáltatná. Mivel ezek a
hőmérséklet-értékek alacsonyabbak a szokásos jégtelenítő berendezésekben keringetett vízhőmérsékleteknél a rendszert hőszivattyúk beépítésével lehet alkalmassá tenni a lejtősakna fűtésre. A fűtés hőigényét, majd ennek forrásoldali fedezetét kívánjuk megvizsgálni a következőkben. A jégtelenítés energiaigényének meghatározásához először az aknatalp egységnyi felületén szükséges fajlagos hőáram q [W/m2] értékét befolyásoló tényezőket kell figyelembe vennünk. A legáltalánosabb esetben ez
(
)
q = qm + qo + A qp + qL ,
ahol qm
a jég olvadáspontig történő melegítéséhez szükséges hő fajlagos értéke W/m2
qo
a jég olvadáshőjének fajlagos értéke W/m2
A
a jégmentes és a teljes terület aránya
qp
a víz párolgáshőjének fajlagos értéke W/m2
qL
a behúzó levegővel közölt hő hőátadással W/m2
A lejtősaknában közlekedő járművek által behordott hó, vagy jég megolvasztásának hőigénye
a
fázisátalakulási
(olvadáshő)
hőnek
és
a
hó-,
vagy
jégréteg
vastagságának a függvénye. A jég olvadáspontig történő melegítéséhez szükséges hő figyelembe vétele csak akkor indokolt, ha már a lerakódott jégréteg kialakulása után kezdődne az aknatalp fűtése. Mivel a fűtőcsöveken keresztül a hőszivattyú bekapcsolása nélkül is állandóan áramlik a zsompból a külszínre a - mintegy 15-16 o
C-os - fakadó víz, az aknatalp hőmérséklete mindig magasabb a fagypontnál. Abból
kell kiindulnunk, hogy a járművek által behordott jég és hó, azonnal olvadásnak indul, s nincs ideje 0 oC alá hűlni. Így a qm tagot figyelmen kívül hagyhatjuk.
35
36 Ha u a lerakódó hó- és jégréteg vastagságának növekedési sebessége, h az olvadáshő, ρj a jég sűrűsége, akkor olvasztásra fordított fajlagos hőteljesítmény a
[
következő: q o = u ⋅ h ⋅ ρ j W/m 2
]
Tegyük fel, hogy naponta 2,5 mm a behordott hóréteg vastagsága, a jég sűrűsége 917 kg/m3, az olvadáshő pedig 333 KJ/kg, akkor
qo =
W 0,025 m J kg ⋅ 333000 ⋅ 917 3 = 8,835 2 86400 s kg m m
A megolvadt jég és hó a fűtés hatására felmelegszik és elpárolog. A víz párolgáshője 6 oC-on 2512 KJ/kg
qp =
0,025m J kg W ⋅ 2500000 ⋅1000 3 = 72,38 2 86400s kg m m
Ehhez képest akár elhanyagolható a 0-6 oC intervallumban melegítésre fordított hő fajlagos értéke
qv =
0,025 m J W ⋅ 4187 o ⋅1000 kg ⋅ 6 o C = 0,725 2 86400 s kg C m
Végül a víz-levegő fázishatárfelületen átadott hőt egy sík felületen turbulens áramlásban adódó hőátadási tényezővel számíthatjuk, ez tehát alapvetően Reynolds-szám függő. A levegőnek átadott hő fajlagos értéke q L = h L ⋅ (Tv − TL ) = 6,54
W W ⋅ 6 o C = 39,24 2 2o m C m
A rész-fluxusok összegeként adódik a teljes fajlagos hőfluxus igény: 121,18 W/m2. Az aknatalp teljes felülete a 300 m hosszon: 1800 m2, így az aknatalp fűtésére
Q t = A ⋅ q = 1800 m 2 ⋅121,18
W = 218.124 W = 218,1 kW m2
hőteljesítmény szükséges.
36
37 A lejtősakna főte-felületén kialakuló jegesedés elsősorban a vízbeszivárgási helyeken jégcsapok alakjában valósul meg. Ha a főte-felületet fagypont fölötti hőmérsékletre temperáljuk, a beszivárgó víz lecsöpög és a fokozatosan felmelegedő behúzó légáramban diszpergálódik. A 300 m hosszúságú behúzó lejtősakna-szakasz főte-felülete ha egy 6 m-es ívhosszúságú főte-felületet fűtünk 1.800 m2. Ezen a felületen
Q f = h ⋅ A ⋅ ∆T = 6,54
W 2o
m C
⋅1800 m 2 ⋅ 5o C = 58,86 kW
hőfluxusnak kell áthaladnia. A lejtősakna talpon és a főtén a teljes hőteljesítményigény tehát: Q = Q talp + Q f = 218,12 + 58,86 = 277 kW
AZ LEJTŐSAKNA FŰTÉSRE IGÉNYBE VEHETŐ GEOTERMIKUS HŐ
A következőkben az energiaigény forrás-oldalát vizsgáljuk. Mind a lejtősakna talp, mind a főte felmelegítése fűtő csőrendszeren átáramoltatott meleg vízzel történhet. A vágatokban fakadó, zsompokban összegyűlő vizet szivattyúzással juttatják a tárolóból a felszínre, egy közeli patakba. Ha ezt a vizet hőhordozó
közegként
használjuk
fel,
annak
természetes
geotermikus
energiatartalma hasznosul. A kihajtott vágatokban fakadó víz hőmérséklete hosszabb időszak méréseinek átlagaként 15 oC-ra vehető. Ez alacsonyabb hőmérséklet, mint amekkorát az adott vágatban a geotermikus gradiens adna. Ez arra mutat, hogy a csapadékvíz-eredetű beszivárgás a vágathoz képest magasabban fekvő vízadó rétegekből ered. A
& = 5,79 kg/s tömegáramnak zsompokban jelenleg napi 500 m3 víz gyűlik össze. Ez m felel meg. A fűtési időszakban a víz 5 oC feletti energiatartalma hasznosítható, amit a következő egyenlettel határozunk meg: & c v (Tv − Tel ) = 5,79 Qv = m
kg KJ ⋅ 4,187 o ⋅ (15 − 5)o C = 242,4 kW s kg C
37
38
A kihajtott vágatokban fakadó víz hasznosítható hőteljesítménye önmagában nem elegendő a kívánt 277 kW hőteljesítmény biztosítására. A fűtés hőigényének fedezésére alkalmazandó második, szintén geotermikus eredetű hőforrás a kihúzó vágatban áramló, a vágatokban felmelegedett levegő. Erre a célra levegő-víz hőszivattyúk alkalmazhatók, amelyek a levegő entalpiáját megcsapolva a zsompokból kitermelt vizet tovább melegítik. A maximális légszállítás 80 m3/s, azaz 103 kg/s esetén a cirkuláltatott levegő entalpiájából az 5 oC feletti részt hasznosítva: kg KJ & =m & c p (TL − Tki ) = 103 ⋅ 1,005 Q ⋅ (16 − 5) = 1138,7 kW L s kg
hőteljesítményt nyerhetünk. Ez a hőteljesítmény nagy biztonsággal fedezi a szükséges aknafűtő-teljesítményt. A minimális légszállítás 25 m3/s, azaz 32,3 kg/s. Ebben az esetben a hasznosítható hőteljesítmény kg KJ & & c p (TL − Tki ) = 32,3 ⋅ 1,005 o (16 − 5)o C = 357 kW Q Lmin = m s kg C
& A Q& v és Q Lmin hőteljesítmények összege valamelyest nagyobb, mint a szükséges 277 kW hőteljesítmény. & =Q & +Q & Q v L min = 242 , 4 + 357 = 599 kW
Figyelembe véve, hogy két beépített 27kW villamos teljesítményű hőszivattyú működtetéséhez felhasznált villamos teljesítmény is hővé alakul, egy várható COP=4 teljesítménytényező mellett biztonsággal előállítható a 355 kW fűtőteljesítményigény, hiszen
∑ Q = 242 + 357 + 54 =653kW Ez a hőmennyiség elegendő a fagyveszélyes vágatszakasz jégtelenítésére.
38
39 FELHASZNÁLT IRODALOM
Armstead, H.C.H. (1978): Geothermal Energy. EPN Spon, London Banks, D., Skarphagen, H., WILTSHIRE, r., Jeassop, C. (2003): Mine water as a resource: space heating and cooling via use of heat pumps. Land Contamination and Reclamation 11 (2) Banwell, C.J. (1963): Thermal energy from the earth’s crust, New Zealand J. Geology and Geophysics V.6. p. 52-69. Banwell, C.J. (1974): Life expectancy of geothermal fields. Geothermal Energy, Vol. 2, 7, 12-13. Barelli A., Calamai A., Cataldi R. (1975): Estimation of the geothermal potential of the pre-Apennine belt of central-southern Italy. 2nd U.N. Symposium, San Francisco I. Bobok, E. (1987): Geotermikus energiatermelés, Tankönyvkiadó Bodvarsson, G. (1970): An estimate of the natural heat resources in a thermal area in Iceland, Geothermics, Special Issue 2, Vol. 2. 1289-1293 Bodvarsson, G. (1974): Geothermal resource energetics. Geothermics Vol.3. p. 8392. Bjornsson, J: The potential role of geothermal energy and hydro power in the world energy scenario in year 2020. Proceedings of the 17th WEC Congress, 1998. Boldizsár, T. (1967): Terrestrial heat and geothermal resources in Hungary. Bull. Volcanologique XXX. 221-227. Boyd, Tonya "Toni (2008): Communitites with Geothermal Resource Development Potential, Geo-Heat Center, Oregon Institute of Technology, Klamath Falls, OR, Cataldi, R., Muffler, P. (1976): Methods for regional assessment of geothermal resources. Proc. ENEL-ERDA Workshop Larderello 131-207. Cataldi, R.: Geothermal energy development in Europe to year 2020: prospects or hopes? Technica Poszukiwan Geologiczncyhc, 4-5, 1999, 48-59.
39
40 Demollin-Schneiders, E., Malolepszy, Z., Bowers, D: (2004) Potential use of geothermal energy from mine water in Europe for cooling and heating Dickson, M.H. and Fanelli M.: What is geothermal energy? IGA Website, 2002. Drew, S.R. (1988): Direct use projects, equipments and controls. Geothermics 17, 1. Duffield, W.A., Sass, J.H. (2003): Geothermal energy. Clean power from the Eart’s heat. USGS Circular 1249. Fényes I. (1968): Termosztatika és termodinamika, Műszaki könyvkiadó, Budapest Fridleifsson, I.B.: Worldwide prospects for geothermal energy in 21st century. Technica Poszukiwan Geologiczncyhc, 4-5, 1999, 28-34. Fridleifsson, I.B.: Geothermal energy for the benefit of the people. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 5, 2001, 299-312. Gawell, K., Reed, M. and Wright, P.M.: Geothermal energy: the potential for clean power from the earth, GEA Website, 1999. Kardos I., Pálfai I., Török J.: geotermikus energiahasznosítás az Alsó-Tisza vidékén. Vízügyi Közlemények 1987, 206-233. o. Leandrini, T. (1977): Geothermal resource assessment and cost of geothermal power. Proc. 10th World Energy Conference, Istambul Liebe, P. (1993): Magyarország termálvízkészletei. Római, Budapest Lindal, B. (1992): Review of industrial applications of geothermal energy and future considerations. Geothermics, 21, 5-6, 591-604. Long, J.C.S. (2001): The potential of geothermal energy. Mackay School of Mines, Reno. Lorberer Á. (2005): A geotermális energiahasznosítás hazai fejlesztési koncepciója 2010-ig. VITUKI, Budapest. Lund J. at al. (2005): World-Wide Direct Uses of Geothermal Energy 2005. World Geothermal Congress, Antalya, Turkey. Lund J. at al. (2010): Direct Utilization of Geothermal Energy 2010. Worldwide Review World geothermal Congress, Antalya, Turkey.
40
41 Lund, J. (1992): Geothermal Direct Use Testimony presented to the House Subcommittee on Environment, Washington, D.C. Lund, J. – Boyd, T. (2009): Oregon Institute of Technology Geothermal Uses and Projects - Past, Present and Future, Stanford Geothermal Workshop 2009, Stanford, CA. Mc Kelvey, V.E. (1972): Mineral resource estimates and public policy. American Scientist V. 60, 32-40. Michel, F.A. (2008): Utilization of abandoned mine workings for thermal energy storage in Canada. Ottawa, Canada. K1 S 5B6 Muffler, P. and Cataldi, R.: Methods for regional assessment of geothermal resources, Geothermics, 7, 1978, 53-89. Muffler, L.J.P. White, D.E. (1972): Geothermal energy. The Science Teacher V. 39, 3. Nathenson, M., Muffler, L.J.P. (1975): Geothermal resources in hydrothermal convection systems and conduction-dominated areas. U.S. Geol. Survey Circular 104-121. Renner, J.L., White, D.E., Williams, D.L. (1975): Hydrothermal convection systems. U.S. Geol. Survey Circular 5-57. Rezessy, G., Szanyi, J., Hámor T. (2005): Jelentés a geotermikus energiavagyon állami nyilvántartásának előkészítéséről. Magyar Geológiai Szolgálat, Budapest. Rybach, L. Muffler, L. (1981): Geothermal Systems. Wiley, New York Rowley, J.C. (1982): Worldwide Geothermal Resources. In Handbook of Geothermal Energy. Gulf Publishing Co. Houston Sass, J. (1993): Potential of hot dry rock geothermal energy in the Eastern United States. USGS Open File, Washington. Schurr, S.H., Netschert, B.C. (1960): Energy in the American Economy. John Hopkins Press, Baltimore Stefansson, V.: The renewability of geothermal energy. Proc. World Geothermal Energy, Japan, 2000.
41
42 Stefansson, V. (2): Competitive status of geothermal energy. Proc. World Geothermal Energy, Japan, 2000. Stefansson, V.: Global perspective on geothermal energy. Submitted to IEEE, 2002. Tester et al. (1994): prospects for universal geothermal energy from heat mining. Sci. Glob. Secur. 5, 99-121. Tester, J. et. al. (2006): The future of geothermal energy. Massathuettes Institute of Technology Tóth A. – Bobok E.: Propagation of the cooled region in a small fractured geothermal reservoir, Transactions of GRC, Vol. 33, 310-316. pp. 310-316, Reno, USA, 2009. Tóth A: Steam Blowout from an Overpressured Geothermal reservoir in Hungary, PROCEEDINGS, Thirty-Five Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, SGP-TR-188, Stanford University, USA, 2010 Tóth A..: Hungarian Country Update 2005-2009, World Geothermal Congress, Bali, Indonesia, 2010. Tóth A. – E. Bobok: Life Time of a Doublet in a Fractured Geothermal Reservoir World Geothermal Congress, Bali, 2010. Tóth A.: Geothermal Potential of an abandoned copper mine, Geothermal resource Council Annual Meeting Transaction 35, San Diego, USA, 2011 Török J.: A hévízhasznosítás helyzete, problémái az Alsó-Tisza vidékén. MHT 2000. Wang Jinggang, Dumeixia, Du Chuanchuan, Gao Xiaxia: Exergy analysis of mine water source heat pump system. Advanced Materials Desearch 121-122, 980-985 Watzlaf, R., Ackman, T.: Underground mine water for heating and cooling using geothermal heat pump systems. Mine Water and the Environment 25, 1, 1-14, (2008) Wieber, G., Pohl, S.: Mine water a source of geothermal energy. Williams, C.F. (2005): Evaluating heat flow as a tool for assessing geothermal resources. Proc 30th. Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, Ca. Wright, P.M.: The sustainability of production from geothermal resources, Bll. GeoHeat Center, 19, 2, 1998, 9-12.
42
