GÁZÁTADÓ ÁLLOMÁSOK GEOTERMIKUS FŰTÉSE Dr. Zsuga János PhD FGSZ ZRt

GÁZÁTADÓ ÁLLOMÁSOK GEOTERMIKUS FŰTÉSE Dr. Zsuga János PhD FGSZ ZRt. A gázátadó állomások nyomásszabályozó szelepein az izentalpikus expanzió során jelentkező Joule-Thomson hatás a gáz, jelentős lehűlését eredményezi. A hidrátképződés elkerülése miatt a nyomásszabályozó szelep előtt a gáz előmelegítése szükséges. Ezt jelenleg gáztüzelésű kazánokkal táplált víz-gáz hőcserélőkkel oldják meg. Az expanzió során létrejött lehűlés és a szükséges mértékű előmelegítés vizsgálata arra a következtetésre vezetett, hogy egyfelől a kiadási hőmérséklet jelenleg szerződésben 10°C-ban rögzített értékét csökkenteni lehetne 4-5°C értékig. Másrészt a jelenlegi gázfűtésű kazánok a tényleges igényekhez képest túlméretezettek, a gázellátás kiemelt biztonságához képest is. Gyakori a kétszeres kazánteljesítmény a szükségeshez képest. Magyarország természeti adottságai a geotermikus energia termelésére és hasznosítására rendkívül kedvezőek. Mind a geotermikus gradiens mind a földi hőáram lényegesen nagyobb, mint a kontinentális átlag. Az ország bármely területe alkalmas arra, hogy a változatos geotermikus

energiatermelési

technológiák

valamelyikét

alkalmazzuk

bármely

nyomásszabályozó rendszerben a gáz előfűtésére. Kedvező hidrogeológiai viszonyok esetén a talajvízből hőszivattyú alkalmazásával nyerhetünk nagy kapacitású gázátadó állomások számára is elegendő geotermikus energiát rendkívül kis beruházási és üzemeltetési költségek mellett. A nagy mélységű felsőpannon korú homokos-homokköves tárolók termálvizével a legnagyobb gázátadó állomások fűtőteljesítménye is biztonsággal kielégíthető. A hidrogeológiai viszonyoktól függetlenek a víztermelés nélküli, zárt ciklusú hőcserélő kutak (Borehole

Heat

Exchanger,

BHE).

Ezek

nagyobb

mélységű

változatait

meddő

szénhidrogénkutakból célszerű kialakítani, míg a kisebb mélységű egységek tetszőleges (akár több száz) számával bármilyen fűtési igény geotermikus hőszükséglete biztosítható. A legolcsóbb, felszínközeli vízszintes talaj-kollektor csőrendszerek csak kis kapacitású állomásoknál jöhetnek szóba, nagy hőgyűjtő-terület igényük ott sem biztos, hogy megoldható.

Minden esetben, a környezeti hatásokból függetlenül tehát a hőszivattyúval ellátott hőcserélő kutak alkalmazhatók. A talajvizet és a rétegvizet termelő kutak kedvező adottságok esetén rendkívül előnyösek. A lehetséges technológiai változatokra illusztratív példákon mutatjuk be változatos helyszíneken a geotermikus gáz-előmelegítés alkalmazhatóságát. KIS MÉLYSÉGŰ HŐCSERÉLŐ KÚT KŐRÖSHEGY A kőröshegyi gázátadó állomás 1500 m3/h kapacitású, fűtését egy BONGIOANNI EURO GX-4NI típusú gázfűtésű kazán látja el, 23,6 KW teljesítményével. A szerződött kiadási nyomás 10 bar, a kiadási hőmérséklet 10°C. Az állomásra érkező gáz maximális nyomása 40 bar, hőmérséklete 10° C. A kisebb állomások közé tartozó Kőröshegy beépített területen fekszik, csak függőleges hőcserélő kút, vagy kutak jöhetnek számításba hőforrásként. A nyomásszabályozó szelep előtt a gázt

T1  T2  p 1  p 2   10  0,553  40  10  26,59C hőmérsékletre kell melegíteni. Ennek teljesítmény-szükséglete 

PG  mc P T1  T0   0,283  2,156 16,59  10,12KW

Tehát a kőröshegyi gázátadó állomás fűtésteljesítményében is még jelentős tartalékok vannak.

1.- ábra

A kőröshegyi gázátadó állomás

Ha csupán a jelenlegi maximális gázfogyasztásra méretezzük a geotermikus fűtést, akkor egy ilyen fűtőteljesítményű hőszivattyút kell választanunk. Erre a feladatra pl. egy DIMPLEX SI

11ME típusú hőszivattyú is megfelel. Ha a T3 hőmérséklet a víz-gáz hőcserélő belépő csonkján 35° és a teljesítmény 12,1 KW, akkor a hőszivattyú teljesítménytényezője COP 4,4. A hőcserélő kút szükséges teljesítménye



PBHE  P 1  1

COP

  12,11  41,4   9,35KW

Ehhez, egy a szimuláció alapján biztonsággal meghatározott 45 W/m fajlagos hőteljesítményértékkel 207,8 m BHE-hossz tartozik. Ez 2 db 100 m-es, egymástól 8 m távolságra eső hőcserélő kúttal megvalósítható.

MEDDŐ

SZÉNHIDROGÉNKÚTBÓL

KIKÉPZETT

MÉLY

HŐCSERÉLŐ

KÚT

(DBHE)

HŐSZIVATTYÚVAL

NAGYLENGYEL Következő mintaállomás a nagylengyeli gázátadó, amelynek közelében több 2000 m körüli talpmélységű meddő szénhidrogénkút található. Az állomás kapacitása 20 000 m3/h, de csúcsteljesítménye ennél lényegesen nagyobb. A gáz előmelegítésére két, összesen 106,2 KW fűtőteljesítményű BONGAS kazán szolgál. A szerződött kiadási nyomás 8 bar, az állomásra érkező gáz nyomása 36 bar. Az érkező gáz hőmérséklete 10°C, a kiadási hőmérséklet is 10°C. Az állomás kerítésétől mintegy 100 m távolságban van a NL-10 sz. kút. Ennek talpmélysége 2070 m, 1960 m mélységben 105°C réteghőmérsékletet mértek. A geotermikus gradiens

5 0,0485°C/m. A kút béléscsöve 6 "-os 1959 m mélységig. Jelenleg a kút Co2-s művelésre 8 használt. A gáz-előmelegítés szükséges hőmérséklete

T1  T2  p1  p 2   10  0,0556(36  8)  25,48C Az ehhez szükséges fűtőteljesítmény: 

PG  mc P T1  T0   3,83  2,156  15,48  127,85KW

Ez ugyan nagyobb a jelenleg beépített kazán teljesítménynél, de teljes kapacitáskihasználásra számítottak, ettől az állomás tényleges gázforgalma jóval kisebb.

A geotermikus fűtést megvalósíthatjuk pl. egy HIDROS WDH 070 típusú hőszivattyút választhatunk. A hőforrás 20°C-os hőmérséklete esetén a hőszivattyú kilépő csonkján 45°C fogyasztóoldali hőmérsékletnél a fűtőteljesítmény 107,5 KW, a teljesítménytényező pedig 5,2 rendkívül kedvező érték. A kompresszor hajtására 18,4 KW elektromos teljesítmény szükséges, így a hőcserélő kúttól 91,10 KW forrásoldali hőteljesítményt várunk. A NL-10 számú kút, ha hőcserélő kúttá történő átalakítása megtörténne, teljesítené ezeket a feltételeket. A forrásoldali tömegáram mindössze 3 kg/s-os értékénél 19°C kilépő hőmérsékletet és 117 KW hőteljesítményt kaphatnánk. A kúttól a gázátadóig terjedő vezetékszakasz hőszigetelése szükséges lenne ebben az esetben.

2.- ábra

Nagylengyeli gázátadó állomás

HÉVÍZKÚTTAL FŰTÖTT GÁZ ELŐMELEGÍTŐ RENDSZER: SZEGED 1 ÉS SZEGED 2

A Szeged1. és Szeged 2. gázátadó állomások gyakorlatilag egy állomásként helyezkednek el a Sándorfalvi út mellett. A két állomás gázátbocsátó kapacitása 30 000 m3/h, a kiadási nyomás 6 bar. Az állomásra érkező gáz nyomása 40 bar. Egy-egy BKG 20 000 típusú kazán egyenként 326 KW fűtőteljesítménye áll rendelkezésre a gáz-előmelegítésre. Az érkező földgázt

T1  T2  p1  p 2   10  0,553(40  6)  28,8C hőmérsékletre kell felmelegíteni, ehhez



PG  mc P T1  T2   11,5  21,56 18,8  466KW

hőteljesítmény szükséges. Ezt forrásoldalról ez 10 kg/s hozamú (600 l/mi) termálkút

T7  T8  15C hasznosított hőlépcső mellett biztonsággal fedezheti: 

Pk  mc v T7  T8   10  4,187 15  628KW

A gázátadó állomáshoz legközelebbi, légvonalban mindössze 356 m távolságban lévő, termálkút az A-338. sz. Ez jelenleg megfigyelő kút. Az ún. Algyő-2 szinten 1976-1988 m között, valamint a Szeged-1 szinten 1961-1966 m között perforált kút réteghőmérsékletei 98°C, illetve 96°C. A területen 0,0444°C/m a geotermikus gradiens. A kutat körülvevő kőzetrétegek átlagos hővezetési tényezője 2,1 W/m°C. A stabilizálódott termikus egyensúly a kút körüli kőzettestben f(t)=2,48 tranziens hővezetési függvényértékkel jellemezhető. Ha a kutat béléscsövön át 7" termeltetjük, az R 1B  0,08m és U 1B  45 mW2 C értékekkel 

A

mck  R 1B U 1B f  2R 1B U 1B k



10  41872,1 0,08 45 2, 48 2 3,14  0,08 45 2,1

 9725

adódik. Ezzel a kitermelt víz hőmérséklete a kútfejen

Tki  To  mA  mAe

H A

 10  0,044  9725  0,044  9725  e

 1982 9725

 89,61C

A kitermelt víz a gázátadó állomásig tartó 356 m úton a legkedvezőtlenebb téli időszakban,

TL  5C , esetén is csak T  TL  Tki  TL   e

 DLU mc

 5  89,6  5  e

3,14356110  0, 0110 4187

 86,86C

hőmérsékletig hűl le, s ez a víz-gáz hőcserélő hőszükségletének fedezésére messze elegendő.

3.- ábra

Szeged gázátadó állomás

Az A-27. számú kútat, a strand üzemeltetéséhez hasznosítják. A kút 746 m távolságban van a gázátadótól. A kútnak a strand melegvízellátására történő hasznosítása szerencsés körülmény, ugyanis ebben az esetben nincs visszasajtolási kötelezettség. A víz jóval melegebb, mint a balneológiai hasznosításhoz szükséges. A gáz-előmelegítés és az oda-vissza szállítás után még mindig elláthatná a strand vízszükségletét. Ez csupán az önkormányzattal való megállapodás kérdése. Az A-15 sz. kút légvonalban 598 m távolságban van a gázátadótól. 65/8" béléscsövezésű, jelenleg vízbesajtoló kút, nem termeltethető. Az algyői olajmező művelési technológiájának módosulásával lehetővé válhat e kút esetleges hasznosítása is. ÖSSZEFOGLALÁS

A bemutatott példákkal kívántuk illusztrálni, hogy Magyarország teljes területén realitás a gáz-előmelegítés geotermikus forrásból történő megoldása. Különböző helyszíneken – Kőröshegy, Nagylengyel, Szeged – egyaránt megoldható a helyszín adottságaihoz leginkább alkalmas geotermikus technológia alkalmazása. A BHE hőcserélő kutas-rendszerek pedig mivel a hidrogeológiai viszonyoktól függetlenek, különösen alkalmasak bármely helyszínen történő alkalmazásra.

IRODALOM

ARMSTEAD, C. H. TESTER, J. N.:Heat Mining. EPN Spon, London, 1978. BOBOK E. TÓTH A.: Megújuló energiák. Miskolci Egyetemi Kiadó, 2005. RYBACH, L., Hopkirk, R. J. Shallow and deep borehole heat exchangers. Proc. World Geothermal Congress Firenze Vol. 4. 2133-2138. 1995. TÓTH A.: A geotermikus energia helyzete és perspektívái a IV. geotermikus világkonferencia tükrében, Energiagazdálkodás 1. 21011.