SZENT ISTVÁN EGYETEM YBL MIKLÓS ÉPÍTÉSTUDOMÁNYI KAR KÖZMŰ- ÉS MÉLYÉPÍTÉSI TANSZÉK ÉPÍTŐMÉRNÖK SZAK, INFRASTRUKTÚRA SZAKIRÁNY SZAKDOLGOZAT

SZIE Ybl Miklós Építés Tudományi Kar

Listár Nikolett: A Geotermikus energia felhasználás helyzete hazánkban

SZENT ISTVÁN EGYETEM YBL MIKLÓS ÉPÍTÉSTUDOMÁNYI KAR KÖZMŰ- ÉS MÉLYÉPÍTÉSI TANSZÉK

ÉPÍTŐMÉRNÖK SZAK, INFRASTRUKTÚRA SZAKIRÁNY

SZAKDOLGOZAT

A GEOTERMIKUS ENERGIA FELHASZNÁLÁS HELYZETE HAZÁNKBAN

LISTÁR NIKOLETT ÉPÍTŐMÉRNÖK SZAK, INFRASTRUKTÚRA SZAKIRÁNY 2011

-1-



Tartalomjegyzék

Bevezetés ....................................................................................................................... - 4 1. A geotermikus energia ................................................................................................ - 6 1.1. A geotermikus energia meghatározása és fogalma .............................................. - 6 1.2. Geotermikus energia kinyerés jogi háttere ............................................................. - 8 1.3. A geotermikus energia felhasználási területei ...................................................... - 11 2. Geotermikus energiahasznosítás formái felhasználó szerint .................................. - 12 2.1. A geotermikus energia egyedi hasznosítása ........................................................ - 12 2.2. A geotermikus energia ipari hasznosítása ............................................................ - 13 3. A geotermikus energia kitermelésének műszaki megoldásai .................................. - 17 3.1.A geotermikus energia hasznosítása felszínközeli rétegekből .............................. - 17 3.1.1.Felszínközeli geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermelése nélkül hőszivattyú segítségével.................................................................................. - 18 3.1.2.Felszínközeli geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermelésével hőszivattyú segítsége nélkül ...................................................................................... - 20 3.2. Geotermikus energia hasznosítása mélyen elhelyezkedő rétegekből ................. - 22 3.2.1 Mélységi geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermelésével és visszasajtolásával ....................................................................................................... - 22 3.2.2.Mélységi geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermelése nélkül .......................................................................................................................... - 27 4. Magyarország jelenlegi geotermikus energia felhasználása ................................... - 28 4.1. Magyarország földtani adottságai ......................................................................... - 28 4.2. Geotermikus energia alkalmazási módjai napjainkban......................................... - 32 4.3. Magyarország Európai Uniós vállalása a megújuló energia felhasználás terén .. - 35 4.4. A geotermikus rendszerekhez igénybe vehető támogatások ............................... - 35 4.5. A geotermikus energia a köztudatbam.................................................................. - 36 5.Egy családi ház geotermikus energia felhasználása ................................................ - 37 5.1. Épületenergetikai számítások ............................................................................... - 37 5.1.1.Az épület rendeltetésének és az ehhez tartozó alapadatok és követelmények meghatározása................................................................................................... - 37 5.1.1.1.Alapadatok .................................................................................................... - 37 5.1.1.2.Geometriai adatok ......................................................................................... - 38 5.1.1.2.1. A fűtött légtérrel érintkező felületek meghatározása .................................. - 38 -

-2-



5.1.1.2.2.Külső falak hőhídjainak és hőveszteségeinek meghatározása.................... - 39 5.1.1.2.3.Talajon fekvő padló vonal menti hőátbocsátási tényezője, és a vonal menti hőveszteség meghatározása ..............................................................................- 41 5.1.1.2.4. Az épület szerkezetének besorolása .........................................................- 42 5.1.1.2.5.Direkt sugárzási nyereség meghatározása a fűtési idényre ........................- 42 5.1.1.2.6. Felület/ térfogatarány meghatározása ....................................................... - 42 5.1.1.2.7.Követelmények meghatározása.................................................................. - 42 5.1.2.Fajlagos hőveszteség-tényező tényleges értékének meghatározása ............... - 43 5.1.3.A fűtés éves nettó hőenergia igénye................................................................. - 43 5.1.4.A fűtési rendszerrel biztosítandó nettó fűtési energiaigény fajlagos értéke ....... - 44 5.1.5.Fűtés primerenergia igénye .............................................................................. - 44 5.1.6.A melegvízellátás primerenergia igénye ........................................................... - 45 5.1.7.Az összesített energetikai jellemző meghatározása.......................................... - 46 5.1.8.Energetikai minősítési osztály meghatározása ................................................. - 47 5.2. Jelenlegi fűtési rendszer adatai .......................................................................... - 47 5.3. A téli hőveszteség .............................................................................................. - 48 5.4. Hőszivattyú kiválasztása .................................................................................... - 48 6.Összefoglaló .............................................................................................................. - 53 7. Függelék ................................................................................................................... - 54 -

-3-



Bevezetés A XXI. század egyik legnagyobb problémája, a szükséges energia biztosítása az emberiség számára. A népesség növekedésével és a technika fejlődésével az energia szükséglet ugrásszerűen megnőtt az elmúlt években. Ezt az igényt egyre nehezebben tudjuk kielégíteni. A világ energiatermelésének igen magas százalékát még ma is a fosszilis energiahordozók adják, melyeket a földtörténeti ókorból származó növényi és állati eredetű ásványi anyagok, szén, olaj és gáz elégetéséből nyernek. Ezek az energiaforrások nem kiapadhatatlanok, véges készlettel rendelkezünk belőle. Nem elhanyagolandó az a tény sem, hogy a kőszén, a kőolaj és a földgáz elégetése üvegházhatást kiváltó égéstermékeket (elsősorban CO2), valamint egyéb, a környezetre ártalmas anyagokat (pl. CO, NOx, SO2) bocsát ki a környezetünkbe. A föld népességének és - ezzel egyidőben - az energia szükséglet növekedésével nem tudunk lépést tartani. Lassan de biztosan, a tendencia abba az irányba mutat, hogy nem lehet gazdaságosan felszínre hozni a szükséges szenet, olajat és gázt. Olyan mélységben lesznek ezek az ásványi anyagok, hogy kitermelésük után, a fogyasztók számára megfizethetetlenné fog válni. Más energiaforrásokat kell felkutatni és alternatív megoldást kell alkalmazni az energia igények kielégítésére. A legkézenfekvőbb, amivel nap, mint nap mi is találkoznunk és mindenhol jelen van, a nap és a szél, amelyek folyamatosan képesek energiát szolgáltatni és forrásuk hosszú távon biztosított. Folyamatos energiát képes biztosítani és kiapadhatatlannak tűnik. Ezeknél az alternatív energiaforrásoknál nagyon fontos megjegyezni, hogy olyan helyre nincs értelme szélerőművet építeni, ahol a szél szinte alig fúj. Természetesen ez igaz a napkollektorra is, olyan helyre nem építhető ki gazdaságosan, ahol kevés a napsütéses órák száma. Hazánk a fent említett két megújuló energiaforrás szempontjából igen előnyös helyen fekszik. Magyarországon a napsütéses órák száma 1900-2200 óra/év (földrajzi fekvéstől függően), vagyis jobb adottságokkal rendelkezik, mint Hollandia, Dánia, Németország vagy Ausztria, melyek ma vezető helyen vannak a napenergiahasznosítás terén.1

-4-



Magyarország európai viszonylatban mérsékelten szeles terület, az átlagos földfelszíni szélsebesség 3-5 m/s körül mozog. Az ország nyugati felében, főleg a Pozsony melletti hegyek által formált ún. „dévényi szélkapuban”, továbbá nagy vízfelületek közelében alakulnak ki jelentős szelek, melyek elérik, vagy meghaladják a szélenergia gazdaságos hasznosításához szükséges 6 m/s-os sebességet.2 Ezeken kívül van még egy olyan energiaforrás, melyből hazánk még az előzőeknél is gazdagabb és ez az energiaforrás még kiaknázatlan. Ez a geotermikus energia. Azért is választottam diplomamunkámnak ezt a témát, mert Magyarországon egyelőre még nem terjedt el olyan nagymértékben ezen energia felhasználása lakossági körben. Szeretném felhívni mások figyelmét arra, hogy milyen hatalmas kincs birtokában vagyunk és ez csak egy ”karnyújtásnyira” van tőlünk.

Listár Nikolett Építőmérnök hallgató

-5-



1. A geotermikus energia 1.1. A geotermikus energia meghatározása és fogalma A "geotermikus" kifejezés görög eredetű szó, jelentése: földi hő, a földkéreg belső energiája. A geotermikus energia a Föld belső hőjéből származó energia. A Föld belsejében lefelé haladva kilométerenként átlag 30 °C-kal emelkedik a hőmérséklet.3 A geotermikus energiahordozók azok a különböző halmazállapotú anyagok (pl. felszín alatti vizek, gőzök), melyek a földkéreg belső energiájának hőenergetikai

célú

hasznosítását,

alkalmazással lehetővé teszik.

kitermeléssel

vagy

más

technológia

4

A föld hőjét a földkéreg különböző rétegei vezetik a magma belsejéből a felszín felé. A kőzetek milyensége és a rétegek vastagsága befolyásolja a föld hőjének felszínre jutását. Magyarország igen szerencsés helyzetben van, ritka jó tulajdonságokkal rendelkezik. Mivel a Kárpát-medence talaja üledékes, víztározó porózus kőzetekből áll, - ami történetesen igen jó hővezető - ezért egyszerűbb a geotermikus energiát kinyerni a földből. A földhő keletkezése A geotermikus energia a Föld belsejében lévő hőből nyerhető ki. Különböző radioaktív anyagok bomlása illetve a Föld keletkezése folyamán jön/jött létre az a hő, amiből az energia előállható. A felszín felé áramló magma legtöbbször nem tör fel, hanem a Föld magjában és köpenyében melegíti fel a kőzetek pórusaiban és repedéseiben található folyadékokat. Kutak fúrásával lehet elérni, hogy a forró folyadék illetve gőz a felszínre jusson. Ezt a felszínre kerülő hőt használják ki az erőművek és állítanak elő elektromos áramot. A geotermikus energia jellemzően szubdukciós zónákban5, középóceáni hátságokban6 és olyan területeken halmozódik fel nagyobb mennyiségben, ahol az átlagosnál vékonyabb a földkéreg. Magyarország az utóbbi kategóriába tartozik, mivel a Pannon-medence kialakulása a során a litoszféra és vele együtt a földkéreg elvékonyodott. Ennek következtében a köpeny közelebb került a felszínhez (24-28 km). A geotermikus energia a nemzetközi osztályozás szerint a 4 megújuló energiaforrás közé sorolandó. Alapvetően a Föld belsejétől sugárzott hő kimeríthetetlen és becslések szerint 42 millió megawatt (mW)7 energiával -6-



egyenértékű. Ezen kívül a geotermikus energia nagy előnye, hogy nem kell tüzelő- illetve fűtőanyagot használni az előállítása során és nem jár szennyezőanyag kibocsátással, mindössze vízgőz permet képződik. Ezen tulajdonságoknak köszönhetően bármilyen környezetben sikeresen tud működni egy geotermikus erőmű. A geotermikus energia a hőforrásból, földalatti víztárolókból és földalatti kőzetekben található termálvízből álló geotermikus rendszerekben halmozódik fel víz- illetve hőkészletek formájában.8 A gőz és forró víz az áteresztő és lyukacsos kőzetrétegben gyűlik össze a nem-áteresztő kőzetréteg alatt. Ez a természetes módon kialakuló vízgyűjtő a geotermikus víztároló, melyet az 1. ábra szemléltet. Az ilyen vízgyűjtők belső hőmérséklete a forráspont több mint háromszorosát is elérheti (370 °C).

1. ábra Geotermikus tározó

-7-



1.2. Geotermikus energia kinyerés jogi háttere -

Geotermikus energia kinyerése felszín alatti víz kitermelése nélkül

-

Geotermikus energia kinyerése felszín alatti víz kitermeléssel

-

Termálvízkút vízjogi létesítési engedélyezési eljárása

Geotermikus energia kinyerése felszín alatti víz kitermelése nélkül 1993. évi XLVIII. „Törvény a bányászatról”,- foglalja magába a geotermikus energia kutatásának, kinyerésének és hasznosításának szabályait. Tudni kell, hogy az ásványi nyersanyagok és a geotermikus energia természetes előfordulási helyükön állami tulajdonban vannak, de a bányavállalkozó által kitermelt ásványi nyersanyag a kitermeléssel és utána energetikai célokra kinyert geotermikus energia, a hasznosítással, a bányavállalkozó tulajdonába megy át.[3. § (1)] A geotermikus energia kinyerését és hasznosítását, valamint az ehhez szükséges – külön jogszabályban meghatározott – földalatti és felszíni létesítmények megépítését és használatba vételét, ha a tevékenység nem vízjogi engedély köteles a bányafelügyelet engedélyezi. [5. § (1) g)] A mostani jogszabályok értelmében a kitermelt ásványi nyersanyag és geotermikus energia után az államot részesedés, bányajáradék illeti meg, ezt a 20. § részletezi. Érdekesség képen említem meg, hogy nem kell bányajáradékot fizetni a 30 oC-ot el nem érő energiahordozóból kinyert geotermikus energia után, valamint a kitermelt geotermikus energia 50%-ot meghaladóan hasznosított mennyisége után. Zárt

területen

a

geotermikus

energia

kutatásának,

kinyerésének

és

hasznosításának engedélyezésére a szénhidrogén-bányászat engedélyezésére vonatkozó sajátos szabályokat kell megfelelően alkalmazni. A geotermikus energiát kinyerni a földkéregből csak az e célra elhatárolt részből (geotermikus védőidom) szabad. A geotermikus védőidomot a bányafelügyelet jelöli ki. Nyílt területen a geotermikus energia kinyerése és hasznosítása nem vízjogi engedély köteles akkor bányafelügyelet hatáskörébe tartozó, építményfajtákra vonatkozó külön jogszabályi rendelkezéseit kell alkalmazni. A természetes felszíntől mért 20 méteres mélységet el nem érő földkéregből történő geotermikus energia kinyerés -8-



és hasznosítás nem engedélyköteles. Ez a rendelkezés nem mentesíti a tevékenységet végzőt a más jogszabályban előírt engedélyek megszerzése alól. [22/B.§] A törvénybe foglaltak nagy része 2010. február.23.-a óta hatályos. Ezen törvények a geotermikus energiát hívatott védeni. Geotermikus energia kinyerése termálvíz kitermeléssel A felszín alatti és a felszíni vizek kitermeléséről, gazdálkodásáról, kutatásáról és feltárásáról 1995. évi LVII. törvény rendelkezik. Itt is, mint ahogy az előzőekben olvashattuk, az állam kizárólagos tulajdonában vannak a felszín alatti vizek és azok természetes víztartó képződményei.[6.§(1)a] A felszín alatti vizet, csak olyan mértékben szabad igénybe venni, hogy a vízkivétel

és

a

vízutánpótlás

egyensúlya

minőségi

károsodás

nélkül

megmaradjon. Az ásvány-, gyógy-, és termálvizek felhasználásánál előnyben részesítik gyógyászati,

illetve

a

gyógyüdülési

használatot.

A

kizárólag

energia

hasznosítás céljából kitermelt termálvizet vissza kell táplálni. A vízügyi hatóság 2009. szeptember 30-án jogerős vízjogi üzemeltetési engedéllyel rendelkező, energia

hasznosítási

célú

termálvíztermelés

esetében

kérelemre

engedélyezheti a visszatáplálás mellőzését. [15.§] Vízjogi engedély szükséges a vízimunka elvégzéséhez, vízilétesítmény megépítéséhez,

átalakításához

és

megszüntetéséhez,

valamint

a

használatbavételéhez, az üzemeltetéséhez, illetve minden vízhasználathoz (üzemeltetési engedély). Környezeti hatásvizsgálat köteles-, a felszín alatti vizek igénybevétele egy vízkivételi objektumból vagy objektumcsoportból 5 millió m 3/év vízkivételtől és a vízbesajtolás felszín alatti vízbe 3 millió m3/év víz bejuttatásától, amit a 314/2005.(XII.25) Korm. rendelet „A környezeti hatásvizsgálati és az egységes

környezethasználati

engedélyezési

szabályozásban található meg.

-9-

eljárásról”

szóló


A

felügyelőség

döntésétől


függően

környezeti

hatásvizsgálat

köteles

tevékenység a felszín alatti vizek igénybevétele, ha egy vízkivételi objektumból vagy objektumcsoportból a napi vízkivétel: - talajvízből 1000 m3-t - termál karsztvízből 500m3-t - rétegvízből 5000 m3-t - hideg karsztvízből 2500 m3-t - parti szűrésű vízből 5000 m3-t - termál rétegvízből 2000 m3-t - forrásvízből a mindenkori forráshozam 33%-át és 50 m3-t meghaladja (ha nem tartozik az első mellékletbe) Környezeti hatásvizsgálat kötelesek az alábbi tevékenységek: - geotermikus erőmű 20 mW villamos teljesítménytől: ásvány- gyógy- és ivóvízbázis védőövezetén, védett természeti területen méretmegkötés nélkül - mélyfúrás, kiépített fúrólétesítménnyel 650 m fúrási mélységtől vízbázis vagy védett természeti területen - vízbesajtolás a felszín alatti vízbe A következő rendeletbe foglaltak, a felszín alatti vizeinket hívatott védeni 219/2004.(VII.21) Korm. rendelet. Termálvízkút vízjogi létesítési engedélyezési eljárása A vizek hasznosítását, védelmét és kártételeinek elhárítását szolgáló tevékenységekre és létesítményekre vonatkozó általános szabályokat a 147/2010. (IV. 29.) Korm. rendelet foglalja magába. A felszín alatti víz energetikai célú kitermelése, fűtés, hűtés vagy elektromos energiahasznosítás céljából, annak hőmérsékletétől függetlenül lehetséges.[2.§] A kizárólag energetikai célú kitermelést úgy kell tervezni, telepíteni, kialakítani és üzemeltetni, hogy hatásuk ne érintse károsan a források és a karsztforrások hozamát és hőmérsékletét. A felszín alatti vizet a hasznosítást követően ugyanazon vízadó rétegbe kell visszatáplálni. A termálvíz gyógyászati, egyéb egészségügyi, továbbá ivóvíz, ásványvíz, fürdővíz, használati melegvíz, hőellátási és villamosenergia-előállítási célra

- 10 -



hasznosítható. A termálvíz-hasznosítás tervezésénél a többcélú, ismételt és víztakarékos felhasználásra kell törekedni. Vizsgálni kell az esetleges kísérő gázok

hasznosításának

lehetőségét

is.

Termálvízmű

telepítésekor

a

hasznosításból kikerülő termálvizek ártalommentes elvezetéséről, elhelyezéséről, különösen visszatáplálásáról gondoskodni kell. A termálvízkút telepítése során a felszíni befogadó kiválasztásánál a környezetvédelmi szempontok mellett a vízkészlet-utánpótlási viszonyokat is figyelembe kell venni. A használati melegvíz ellátás céljából kitermelt termálvizet házi vízelosztó rendszerbe csak akkor lehet vezetni, ha az ivóvíz minőségi követelményeiről és az ellenőrzés rendjéről szóló kormányrendeletben meghatározott minőségi követelményeknek megfelel.[10.§]

1.3. A geotermikus energia felhasználási területei A geotermikus energiát sokféle célra lehet használni, mint például: - hűtés-fűtés - elektromos áram előállítás - gyógyítás (balneológia) - ipari és magán célú felhasználás - mezőgazdaság A fentiekben csak néhány példa került megemlítésre arra vonatkozóan, hogy mire is lehet használni a geotermikus energiát. Természetesen ennél jóval több felhasználási terület létezik. Többféle csoportosítási mód áll rendelkezésünkre, ilyen lehet például: a felhasználási hőmérséklet, a kitermelés módja illetve felhasználó szerint csoportba sorolás. Minket inkább, az infrastrukturális fejlesztésben megbúvó fejlesztések érdekelnek. Központi helyen kell megemlíteni azt a nagyon fontos tényt, hogy a geotermikus energiának nincs vagy igen elhanyagolandó a káros anyag kibocsátása. Ezzel szemben a fosszilis energiahordozók, valamint atomenergia segítségével előállított egyéb energiaszolgáltatás - legyen az, elektromos áram vagy melegvíz - igen magas a környezetre gyakorolt káros hatása. Nagy mennyiségű veszélyes hulladék keletkezik alkalmazásuk következtében, melyet nem lehet a végtelenségig a ”föld alá söpörni”.

- 11 -



Amíg a fosszilis energia készletek nem kimeríthetetlenek, addig a geotermikus energia folyamatos ellátás biztosít számunkra, a földkéregben mindenütt jelenlévő és kifogyhatatlannak mondható. Magyarország területi elhelyezkedése nagyon szerencsés, kis mélységben már rendelkezésre áll ez a „kincs”. Gazdaságosan felszínre lehet hozni és egyéb beavatkozás nélkül lehet hasznosítani.

2. Geotermikus energiahasznosítás formái felhasználó szerint Két nagy csoportot tudunk elkülöníteni egymástól: - egyedi - ipari

2.1. A geotermikus energia egyedi hasznosítása A 60-as évekig Budapesten kívül a következő városokban volt vezetékes gázellátás, többségében szén, kisebb mértékben szénhidrogén (földgáz) bázison: Miskolc, Debrecen, Pécs, Szeged, Eger, Székesfehérvár, Szombathely, Sopron, Baja, Hajdúszoboszló, Nagykanizsa, Dunaújváros. A kisebb városokban, falvakban jellemzően fával és szénnel fűtöttek. Később a 80-as, 90-es években kezdődött az ország fölgázzal történő ellátása. A cél az volt, hogy az akkor még olcsó gázt Magyarország minden eldugott kis településére is eljuttassák, mellyel fűtött és meleg vizet állított elő a lakosság. Mostanra nyilvánvalóvá vált, hogy annyira nem is olcsó, sőt néha még az ellátás is csak akadozva jut el hazánkba, egyéb politikai ellentétek miatt. Felmerül a kérdés, hogy vajon miért nem használjuk ki a természet adta lehetőségeinek? A geotermikus energia leggyakoribb hasznosítási módja a lakossági, kommunális, létesítmények fűtése, illetve használati melegvíz előállítása, amelyet a komplett hasznosítás megfelelő hőmérsékleti szintjén célszerű igénybe venni.(1. táblázat.)

- 12 -


Csoportosítás


Fogyasztás jellege Fűtővíz Hasznosító Felhasználás hőmérséklet szerkezetek Hőmérsékleti Folyadékszint áram

hagyományos konvekciós épületfűtés fűtőtestek épületfűtés konvekciós és II. 80-70 csúcstermelő sugárzó csökkentett növ.fel.konv. fűtőtestek III. 80-60 hőmérs. fűtés sugárzó használati hőcserélő fűtőtest 24 IV. 60-45 melegvíz órás tárolóval termelés V. 60-40 helyiség fűtés sugárzó fűtőtest zuhany közvetlen VI. 50-40 közvetlen felhasználás medencék közvetlen vízellátása VII. 40-30 vízellátása felhasználás 1.táblázat Hasznosítási módok üzemi hőmérsékletei Forrás: http://www.reak.hu/kk/025.htm I.

100-85

változó

állandó

változó

állandó

változó

állandó

állandó

állandó

változó

állandó

változó

változó

állandó

állandó

2.2. A geotermikus energia ipari hasznosítása Az ipari hasznosításon belül kiemelkedő helyet foglal el a mezőgazdaság. Az összes felszínre hozott termálenergiának közel 60%-át, a fűtési célra szolgálónak közel 80–85%-át ez az ágazat hasznosítja. A geotermikus energia mezőgazdasági hasznosítása az alábbi területeken képzelhető el: - Üvegházak fűtése-hűtése (2. ábra) - Hajtató berendezések fűtése - Állattartó telepek fűtése - Halastavak fűtése (3. ábra) - Terményszárítás

2. ábra Forrás:http://www.nrel.gov/data/pix/Jpegs/05875.jpg

- 13 -




A növénytermesztő telepek hőellátása a hazai termálvíz hasznosítás legnagyobb területe. Termálvíz-fűtési rendszereknél, ahol rendelkezésre áll a termálvíz, mint hőhordozó, a termesztő telep egy részét növényházak, másik részét – kiegészítésként – fóliasátrak alkotják. A növényház-fóliasátor építési arányt két tényező határozza meg: a termesztő telep agrotechnikai feladata (vagyis milyen növényből, mennyit termelnek) és a rendelkezésre álló termálvíz hőmérséklete és mennyisége. Hőenergetikailag a fóliasátrakat az elfolyó termálvíz, tehát az egy vagy több hőlépcsőben a növényház fűtésén már átment és részben lehűlt víz hasznosításával fűtik. A

geotermikus

energia

hasznosításának

másik

nagy

területe

a

terményszárítás lehet minden olyan esetben, amikor megfelelő mennyiségű és 40–60 °C hőmérsékletű melegvíz elegendő az adott termék teljes, vagy részszárításához. Zöldtakarmányok szárítása (főleg a lucernafélék) termálvízbázison meleg levegős üzemmel valósítható meg. A forró levegős szárítás esetében a termálvíz önmagában csak előszárítási funkciókra alkalmas, amivel a magas hőmérsékletű szárítóknál is jelentős tüzelőanyag megtakarítást tesz lehetővé. A termálvíz kedvezően alkalmazható a kishőmérsékletet igénylő szemes termény és fűszerpaprika szárítóknál is. Az élelmiszeripari szárítási folyamatok általában 100 °C hőmérséklet feletti tartományban mennek végbe. Vannak azonban alacsony hőfokon végezhető szárító-érlelő eljárások, ahol a termálvíz adta lehetőségek jól és gazdaságosan hasznosíthatók (például a szalámi-és kolbászfélék szárítása alacsony hőmérsékletű érlelési eljárást igényelnek). Alacsony hőfokú szárítva-tárolásra hasznosítható a termálvíz a tojások tartósítására is. Itthon

egyáltalán

nem

használják

a

geotermikus

energiát

villamos-

energiatermelésre, egyelőre csak tervek vannak. Európában már számos országban alkalmazzák a geotermikus-villamos erőműveket elektromos áram előállításra. (2. táblázat)

- 14 -



Országok

2007

2008

Olaszország

810,5

810,5

Portugália

30,0

31,0

Franciaország

15,0

17,2

Ausztria

8,2

8,2

Németország

1,2

1,2

864,9

868,1

Összesen:

2. táblázat Geotermikus villamos-energia termelés az EU országaiban 2007-2008 (mW) Forrás: http://www.eurobserv-er.org/pdf/barobilan9.pdf

Ez lehet a jövő megoldása a fosszilis és az atomenergia kiváltására. A geotermikus erőművek elvben nagyon egyszerűen működnek. A 4-5 kilométerrel a földfelszín alatt lévő forró kőzetre hideg vizet engedve gőz fejlődik, ami turbinákat hajtva áramot és hőt termel, vagy a földfelszínre kell vezetni az ott meglévő hőt vagy a forró vizet. Fő előnye, hogy tiszta, nem emittál nagy mennyiségben mérgező és/vagy üvegházhatást okozó gázokat, valamint levegőben lebegő részecskéket. (1 mW geotermikus erőmű = 850.000 m3 földgáz megtakarítás= 200 tonna/év CO2 kibocsátás csökkenés!) Fajlagos költségszerkezetet mutatja a 3. táblázat. A beruházás elemei

Megoszlás %

hőcserélők, szivattyú, szerelvények stb. turbina, generátor, szerelvények kondenzátor,hűtőtorony,szivattyú, szerelvényeik, vízkezelés termálvízkör működtetése

20 15

műszerek, vezérlések, tűz,- és villámvédelem közvetett költségek

21 26

15 3

3. táblázat Fajlagos költség szerkezet

A geotermikus energia villamosenergia-termelés célú hasznosításának főbb technológiái: - szárazgőz erőmű (4. ábra): a föld mélyébe fúrt geotermikus kútból forró gáz tör fel, amit turbinára vezetve generátorokat hajtanak meg, ezek pedig áramot termelnek.

- 15 -



4. ábra Szárazgőzös erőmű működési ábra

- kigőzölögtető vagy nedves gőzerőmű (5. ábra): a föld mélyébe fúrt geotermikus kútból forró víz tör fel, amit gőzzé alakítanak át. A gőzt turbinára vezetve generátorokat hajtanak meg, ezek pedig áramot termelnek. Amikor a gőz lehűl, vízzé alakul vissza, es ezt visszasajtoljak a földbe. A legtöbb geotermikus erőmű ezzel a technológiával épült.

5. ábra Kigőzölögtető vagy nedves gőzerőmű működési ábra

- kétkörös geotermikus erőmű (6. ábra): számos geotermikus terület akad, amely nem elég forró ahhoz, hogy a fenti két technológiát alkalmazni lehessen. Ilyen esetben kétkörös erőmű segítségével még mindig van lehetőség áramtermelésre úgy, hogy a feltörő forró vizet egy hőcserélőre vezetik, ahol az átadja a hőt egy másik folyadéknak, amelynek a forrási pontja jóval alacsonyabb a víznél. A forró víz hatására a másik folyadék gőzzé válik, amely meghajtja az erőmű turbináját.

6. ábra Kétkörös geotermikus erőmű működési ábra

- 16 -



Érdekességként megemlíteném, hogy egykoron nagy lendülettel igyekeztünk kihasználni

geotermikus

adottságainkat.

Ebben

Heller

László

világhírű

professzorunk járt az élen, az ő nevéhez fűződik a hőszivattyú ipari alkalmazásának szabadalmaztatása 1948-ban. Akkoriban még a parlamentet is termálvízzel fűtötték egészen 1953-ig.9 Néhány országban, mint például Amerikában, Izlandon használhatjuk téli síkosság- és jégmentesítésnél is a geotermikus energiát. Az utat, járdát, kocsi lehajtót fűthetjük vele (7-8. ábra).



3. A geotermikus energia kitermelésének műszaki megoldásai A geotermikus energia kitermelési módját három nagy csoportba lehet sorolni: - kitermelés nélkül (zárt rendszerű) - kitermeléssel (nyitott rendszerű) - kitermeléssel és visszasajtolással Ezen felül meghatározzuk, hogy a kitermelt energiát milyen mélységből hozzuk felszínre, illetve annak hasznosítása hőszivattyú segítségével vagy a nélkül történhet.

3.1.Geotermikus energia hasznosítása felszínközeli rétegekből Amikor feszin közeli energiahasznosításról beszélünk, nem kimondottan termálvizet nyerünk ki, hanem a felszínhez közeli rétegvizeket, illetve a talajvizet hasznosítjuk, aminek a hőmérséklete lényegesen alacsonyabb a termálvizénél, körülbelül 12-15 °C-os.

- 17 -



3.1.1.Felszínközeli geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermelés nélkül hőszivattyú segítségével Közvetett

hasznosítás

történhet,

amikor

a

talajvíz

és/vagy

rétegvíz

kedvezőtlen kémiai és fizikai tulajdonsággal rendelkezik. Ebben az esetben a víz a hő hasznosításban, mint primer közeg szerepel és hőcserélő közbeiktatásával megfelelően kezelt szekunder közeg szállítja, a hőt a fogyasztóhoz illetve egyáltalán nem vesz részt a hő hasznosításban. A hőszivattyú a környezet energiájának hasznosítására szolgáló berendezés, mellyel lehetséges fűteni, hűteni, melegvizet előállítani. A berendezés a működtetésére felhasznált energiát nem közvetlenül hővé alakítja, hanem a külső energia segítségével a hőt az alacsonyabb hőfokszintről egy magasabb hőfokszintre emeli, legtöbbször a föld, a levegő és a víz által eltárolt napenergiát hasznosítva. (Mert külső energia felhasználása nélkül, "magától" a hő csak melegebb helyről tud a hidegebb hely felé áramlani.). A hőszivattyú elvi felépítése (9. ábra) megegyezik a hűtőberendezésekével,

9. ábra A hőszivattyú működési elve

legfontosabb elemei a két hőcserélő (egy párologtató és egy kondenzátor), kompresszor és az expanziós szelep. A környezeti hőforrás a folyékony munkaközeget az elpárologtatóba légneművé alakítja, a kompresszor nagyobb nyomásra sűríti az elpárologtatott munkafolyadékot, ezáltal a kondenzációs

- 18 -



hőmérséklet is emelkedik. A hőszivattyú kompresszorát villanymotor hajtja, de nem feltétlenül szükségesek hagyományos energiaforrások (villamos energia vagy földgáz) hiszen a működtető villamos energiát biztosíthatjuk napelemmel, biogázzal, vagy éppen szélenergiával. Ezt követően a nagynyomású és hőmérsékletű gőz a kondenzátorba jutva átadja hőenergiáját a nála kisebb energiájú hőfelvevő közegnek. 10 A geotermikus hőszivattyú az a rendszer, ami képes a geotermikus energiát hasznosítani, a "föld" (talaj, talajvíz, termálvíz) és a ház belső terei között szállít hőt. A szondák, a földben elhelyezkedhetnek függőlegesen (függőleges kollektoros rendszer = földszonda 10. ábra) vagy vízszintesen (vízszintes kollektoros rendszer = talajkollektor 11. ábra).

10. ábra 11. ábra Forrás:http://visionmarketinginc.com/~getgeoth/about-geothermal/

A szondák gyűjtik össze a föld hőjét. A szondákból az összegyűjtött hőt szigetelt csővezetékkel elszállítjuk a hőszivattyúhoz. A földből körülbelül 12-16 °C-os hőt tudunk felszínre hozni és a hőszivattyúba juttatni. A hőszivattyú ebből az

alacsony

hőmérsékletű

folyadékból

további

elektromos

energia

felhasználásával nagyobb hőmérsékletű meleg vizet állít elő (45-55 °C). Ezt a meleg vizet fel lehet használni fűtésre, használati meleg vízre, medencék fűtésére, és még hűtésre is. A geotermikus hőszivattyú a lelke az egész rendszernek. Hatalmas előnye a geotermikus hőszivattyúval előállított energia hasznosításának, hogy nincs sem időjáráshoz, sem napszakhoz kötve, mint más alkalmazott alternatív megoldások. A talaj mélyebb rétegeinek hőmérséklete télen-nyáron állandó, télen melegebb, nyáron hidegebb, mint a levegő hőmérséklete. A szállítási irányon változtatva télen a talajtól hőt elvonva fűthetünk, nyáron a talajt melegítve hűthetjük a házat (illetve melegvizet állíthatunk elő télen-nyáron).

- 19 -



3.1.2.Felszínközeli geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermelésével hőszivattyú segítsége nélkül Felszín közeli geotermikus energiát abban az esetben nyerhetünk ki hőszivattyú segítsége nélkül, ha megfelelő hőmérsékletű (min. 30 °C-os folyadék) közvetítő közeggel rendelkezünk. Ezt felszínközeli talajvíz rétegekből és rétegvízből nem jellemző, hogy közvetlenül kitudjuk termelni. Ez abban az esetben lehetséges, ha a termálvíz pozitív kútként működik és szabadon képes a felszínre törni, vagy a termálvíz tározóréteg a felszínhez közel helyezkedik el. A közvetlen (12. ábra) kitermelés lehetséges, ha a termálvíz kedvező fizikai és kémiai tulajdonsággal rendelkezik, nem hajlamos üledékképzésre, nem fejt ki korróziós hatást a csővezetékekre, berendezésekre. A termálvíz ebben az esetben közvetlenül a fogyasztóhoz jut. Ebben az esetben a termálvízzel közvetlenül fűthetjük az épületeket és elláthatjuk a használati melegvizes berendezési tárgyakat. - kommunális fűtés - használati melegvíz készítés - növényházak fűtése - terményszárítás, stb.

12. ábra Forrás:http://visionmarketinginc.com/~getgeoth/about-geothermal/

Épületfűtés és melegvíz-szolgáltatás termálvízzel nemcsak közösségi, irodaés egyedi lakóépületek, kórházak, raktárak, műhelyek stb. fűthetők, hanem egész háztömbök is. Erre Budapesten és az ország más, főleg alföldi városaiban már az 50-es, 60-as években sor került, évente 75-80 000 tonna fűtőolaj megtakarítását

eredményezve.

A

termálvíz

higiéniás

célú

használatra

természetesen csak akkor alkalmas, ha minőségi és bakteriológiai paraméterei a

- 20 -



szabványban előírtaknak megfelelnek. Ha a termálvíz hőmérséklete alacsony (pl. 60°C), akkor előnyös lehet a padló- vagy a falfűtés. Radiátoros fűtés is megfelel, ha a vízhőmérsékletet tekintetbe véve méretezik. Ilyen esetben ajánlatos kiegészítő fűtésről is gondoskodni. A nagyobb termálvizes hálózatokban az áramoltatást szivattyúzással kell biztosítani, minél kisebb hőveszteségre törekedve.

Lakótelepek,

egészségügyi

intézmények,

iskolák

termálvizes

fűtéséhez és vízellátásához különösen fontos a termálkutak teljesítményének hosszúlejáratú fenntartása. Növényházak, fóliasátrak fűtése geotermikus energia, melegvíz formájában igen eredményesen használható. Magyarországon 1980-ban 748 000 m2 növényházfelületet és 1,064 millió m2 fóliaház felületet fűtöttek termálvízzel. A fűtési teljesítmény iránti igény a növényház méreteitől, hőgazdálkodási viszonyaitól, betelepítettségétől és a növénykultúrától függ. A termálvízzel fűtött növényházak beruházási költsége 15-20%-kal nagyobb, mint az olaj- vagy a gázfűtésűeké, de a kisebb üzemköltségek miatt a többletkiadás 2,5-3 éven belül megtérül.

A

termálvízfűtésre

növényházban

is

jól

kihasználható,

de

növényházfóliasátor együttesekben még gazdaságosabb fűtést tesz lehetővé. Ha 90°C körüli hőmérsékletű hévíz áll rendelkezésre, akkor többlépcsős hasznosításra van mód: szivattyúk közbeépítésével a vízkivételi helyhez legközelebb eső növényház(ak) légfűtéssel fűthetők. A távozó, alacsonyabb hőmérsékletű (pl. 50°C-os) termálvízzel további növényház vagy fóliaházak légtér- vagy talajfűtése végezhető. Visszakeveréses megoldással a hőlépcsőket stabilizálni lehet. A fóliaházakból kilépő 20-25°C hőmérsékletű víz még hálózati öntözővíz előmelegítésére használható. termálvízzel

történő

Alacsonyabb, 50-60°C hőmérsékletű

növényházfűtéskor

ajánlatos

a

különböző

fűtési

lehetőségeket kombinálni a víz hőtartalmának és a fűtőfelületeknek minél jobb kihasználásával.

A

fóliaházakban

és

-sátrakban

általában

alacsony

hőmérsékletű termálvizet használnak állandó vagy mobilis csöves rendszerekkel vagy konvektorokkal. A fóliaházak fűthetők az ún. vízfüggönyös módszerrel is, amikor

kettős

fóliaréteg

között

áramoltatnak

hőtartalmától

már

jórészt

megszabadult, előzetesen hasznosított, 20-30°C hőmérsékletű termálvizet. Az áramló langyos termálvíz nemcsak fűt, hanem hőszigetelő hatást is kifejt,

- 21 -



azonban ennek az eljárásnak nagy a vízigénye és teljesen záró, ép fóliát igényel. A terményszárítási feladatok túlnyomórészt a fűtésmentes nyári-koraőszi időszakra esnek, ami a termálvizek gazdaságos, minél hosszabb idejű kihasználása szempontjából kedvező. A termálvizes szárítás a korábbi szénhidrogéntüzelésű berendezésekhez képest alacsonyabb hőmérséklettel (4060°C) dolgozik ezért a szárítási idő meghosszabbodhat, de az energia megtakarítás ezt túlkompenzálja. Termálvízzel is különböző termékeket lehet szárítani,

pl.

szemes

és

szálas

terményeket,

kukoricát,

paprikát,

gyógynövényeket.

3.2. Geotermikus rétegekből

hasznosítása

energia

mélyen

elhelyezkedő

Mélységi geotermia a legalább 1,5 km mélységből felhozható földi hő, ami megtalálható akár több ezer km-es mélységben is. 3.2.1 Mélységi geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermeléséve és visszasajtolásával A geotermikus energia kitermelése után szükségessé válhat a termálvíz visszasajtolására, ha kitermelőkútnak nincs megfelelő vízutánpótlása. Ilyen esetben fennáll az a veszély, hogy a rétegenergia csökkenése következtében idővel kevesebb vizet adnak a kutak. Ezzel mérsékelni lehet a mély rétegekben található vízszint csökkenését. A visszasajtolásnak más igen fontos szempontja is van. Itt említeném meg talán az egyetlen környezetre káros hatást jelentő problémát a geotermikus energiával kapcsolatban. A kitermelt termálvíz élő felszíni vizekbe történő beengedése komoly károkat okozhat azokban, mivel az ásványi anyagokban dús melegvíz

a

környezetet

veszélyeztetheti,

amennyiben

nem

megfelelő

odafigyeléssel kezelik a visszasajtolásra nem kerülő termálvizet. Megvalósuló

magyarországi

beruházások,

melyeket

a

következőkben

részletesebben ismertetek: - geotermális közmű rendszer – Hódmezővásárhely - geotermális villamos erőmű – kísérleti projekt – MOL Rt. Iklódbördőce

- 22 -



A hódmezővásárhelyi geotermikus közműrendszer (13.ábra) A projekt célja A projekt két részből áll: a használati melegvíz-ellátó (HMV) rendszerből és a fűtési rendszerből. A közműrendszer Hódmezővásárhely négy önálló, sziget üzemű távhőrendszerrel ellátott lakótelepét, közintézményeit, strandfürdőjét és fedett uszodáját köti össze.

13. ábra Sematikus működési ábra

A projekt műszaki adatai: A használati melegvíz ellátó

(HMV) rendszer alapját két távfűtőmű

szomszédságába lemélyített HMV kút jelenti. A kutakból kinyert termálvíz 4.200

- 23 -



fm szigetelt távvezeték közvetítésével jut el 2.800 távfűtött lakásba, 10 közintézménybe (közte a városi kórházba), valamint a sportuszodába. Évente mintegy 170.000 m3 termál HMV szolgálja a várost, amely mennyiség töredéke a kutak kapacitásának. A HMV rendszer használt vize értelemszerűen a városi szennyvíztárolóba kerül. A geotermikus fűtési rendszer két önálló körből tevődik össze. Az egyik kör: 2.014 m talpmélységű termálkút, amelyből télen 60 m3, nyáron 25 m3 80 °C-os fűtővizet vesznek óránként. A Kórház és az azt követő intézmények hőellátása teljes egészében termálenergiából történik. A kör végpontja a városi strandfürdő területén van, ahol az ideérkező 40-45 °C hőmérsékletű,

többször

lefűtött

közeg

a

strandfürdő

nyitott

50

m-es

úszómedence vizének 27 °C-os hőfoktartását biztosítja egy lemezes hőcserélőn keresztül. Az innen visszatérő 27-30 °C-os termálközeg szükség esetén „besegít” a fürdő termálvizes medencéjének vízutánpótlásába, míg a fennmaradó mennyiség az itt telepített 1.685 m talpmélységű visszasajtolókútban nyer elhelyezést. A másik kör: 2.300 m talpmélységű termálkút, amelyből télen 60 m 3, nyáron 10 m3 86 °C-os fűtővizet vételeznek óránként. Feladata a lakótelep 600 lakásának hőigény ellátása. A téli csúcsidőben (-15 ° C külső hőnél) 70 °C-os visszatérő közeg került elengedésre további hőpiac hiánya miatt. 2003-tól a 2.000 fm hosszú hőszigetelt, üvegszálas, műanyag, föld felszíne alá telepített távvezetékkel, juttatják el ezen fűtőközeget Hódmezővásárhely új fedett sportuszodájához. Így biztosítják a fedett uszoda 3,2 mW-nyi hőigényét (70/25 °C szekunder hőlépcső) és a beruházók „grátiszaként” az uszoda körüli járdák síkosság mentesítését. A kör végpontját az uszoda közelében az elmúlt évben telepítésre került új visszasajtolómű képezi. E termálkör még tartalmaz közel 2 mW hőenergiát, ami a jövőben megépítésre tervezett élményfürdő hőszükségletét fogja biztosítani. A jelenlegi két fűtési kör évente 60.000-70.000 GJ mennyiségű fűtési hőenergiával járul hozzá a város hőigényéhez.

- 24 -



A közműrendszer vezérlése A projekt a legkorszerűbb és legbiztonságosabb vezérléstechnikai rendszerek telepítésével, minimális munkaerő igénybevételével, gazdaságosan üzemel. A projekt eredményei: A projekt mind a környezetvédelem, mind a gazdaságosság terén teljesítette az előzetes elvárásokat. A homokkőbe történő visszasajtolás területén pedig referenciamű. 1998 óta visszasajtolásra került több mint 2 millió m 3 lefűtött termálvíz. A külső politikai és gazdasági környezettől független, helyben található energiahordozó felhasználásával évente mintegy 3,5 millió m3 földgáz kiváltása történik meg, az annak elégetéséből származó légszennyezés (szénmonoxid, széndioxid, nitrogénoxid, stb.) elkerülése mellett. A geotermikus közműrendszer tehát import független és abszolút környezetbarát, megújuló energiát biztosít. A projekt egyik legjelentősebb eredménye azonban a hagyományos földgázalapú távhőszolgáltatás költségeihez viszonyított költségmegtakarításban jelentkezik: - Amíg 1 m3 használati melegvíz hagyományos előállítási önköltsége 500 Ft körül kalkulálható, addig 1 m3 termál használati melegvíz előállítás költsége 70-80 Ft. - Amíg 1 GJ hasznos hőenergia ára földgázból 85 %-os kazánhatásfok figyelembe vételével ma már 2.400-2.700 Ft körül van, addig 1 GJ hőenergia előállítási

költsége

termálenergiából

visszasajtolással

600-700

Ft

Hódmezővásárhelyen. - A projekt egyszerűsített megtérülési ideje 6 év körül alakult és az automatizáció figyelembe vételével is 10 év alatt volt. A projekttel kapcsolatban az alábbi következtetések vonhatók le: A

hódmezővásárhelyi

geotermikus

közműrendszer

a

termálenergia

egyedülálló, komplex hasznosítására nyújt példát, amely az EU – fenti – fosszilis energia

csökkentését

tapasztalatokkal,

célzó

irányelveivel

tényszámokkal

is

támasztja

összhangban alá

a

van.

Üzemi

geotermia

hazai

létjogosultságát. A projekt megtérülése az energetikai iparágban jónak számító 10 év alatt van, mindennemű támogatás nélkül is.

- 25 -



MOL Rt. Iklódbördőcei kísérleti projekt A pilot projekt feladata egy geotermikus erőmű vagy közvetlen hőellátó egység megvalósíthatóságának

vizsgálata

volt.

A

projekt

geotermikus

energiahasznosítására irányuló törekvése a Világbank Környezeti Alapja (Global Environment Facilities Fund) támogatását elnyerte. 2007 elején a Zala megyei Iklódbördőcénél a MOL Nyrt. – mint a konzorcium működtetője- elvégezte a kút kiképzéseket, valamint termálvíz kitermelést és visszasajtolási teszteket hajtott végre. Mivel a projekt, mint pilot (mintaprojekt) projekt került tervezésre, a kút tesztek során a konzorcium elvégezte a lehető legtöbb mérést és egyidőben több technológiát is tanulmányozott. A technológiai folyamatot komplex adatgyűjtés, és - elemzés követte. A MOL Geotermikus Csapatának szakértői a projekt végén arra a megállapításra jutottak, hogy a hőenergia Iklódbördőcénél nem elegendő egy geotermikus erőmű megépítéséhez. Ugyanakkor a megvizsgált két használaton kívüli szénhidrogén kút közül az egyik alkalmas lehet közvetlen hőszolgáltatásra. Egy 0.7-1.0 mW kapacitású erőmű létrehozható lehetne a régióban, de a jelenlegi szabályozói környezet mellett nem lenne profitábilis. Komplex geotermikus modell került kialakításra, mely alapján bizonyításra került, hogy technológiai szempontból kivitelezhető lenne geotermikus kiserőmű és közvetlen fűtőmű létesítése. A projekt megvalósíthatósági tanulmánya még nem végleges, annyi azonban már bizonyos, hogy az előzetesen becsültnél kisebb hozamúak a kutak. A villamosenergia-termeléshez ugyanis hiába megfelelően forró a 3 kilométer mélyen található 140 fokos hévíz, nincs meg a szükséges kitermelhető mennyiség. Így a kísérlet során vizsgált kútra csupán legfeljebb 0,8 megawatt teljesítményű erőművet lehetne építeni, márpedig ez a kapacitás túl kevés a megtérüléshez, legalábbis a jelenlegi zöldáram-átvételi árak mellett. A Mol mindezek ellenére nem mond le geotermikus terveiről. Zala megyében további kutatásokat tervez, de egyelőre még nincs döntés a részletekről.

- 26 -



3.2.2 Mélységi geotermikus energia hasznosítása a felszín alatti víz kitermelése nélkül A Hot Dry Rock-technológia más néven „száraz kőzet” technológia, általában csak elektromos energiatermelésnél lehet gazdaságos.

E technológia

alkalmazása során nagy mélységű fúrásokban hidraulikus rétegrepesztéssel hasadékrendszert

hoznak

létre,

illetve

a

már

meglévő

természetes

repedésrendszert bővítik, tágítják, majd a fúrásokon keresztül energiahordozó közeget

-

a

gyakorlatban

vizet

-

sajtolnak

a

nagy

hőmérsékletű

repedésrendszerbe. A felmelegedett nagy nyomású vizet a felszínre hozva gőzturbinával történik a villamos energiatermelés. Európában a franciaországi Soultz Souz Forestben 1996 óta folynak francia–német közös kísérletek. Az USA-ban Los Alamosban 1971–2003. között működött HDR erőmű. A HDR erőművek nagyon költségesek, hatásfokuk kicsi, jelentős vízveszteségeket is észleltek, ezért alkalmazásuk nem vezetett eredményre. Figyelemre méltó azonban, hogy Svájcban gazdaságosan üzemeltetnek HDR fűtőműve. 11(14. ábra)

14. ábra Hot Dry Rock technológia Forrás:http://www.quantecgeoscience.com/Q_images/HotDryRockDiagram.jpg

- 27 -



4. Magyarország jelenlegi geotermikus energia felhasználása 4.1. Magyarország földtani adottságai A Kárpát-medence geológiai képződményei minden szempontból nagyon változatosak. Itt érintkezik egymással két eltérő minőségű kőzeteket tartalmazó tektonikai lemez, az afrikai és ázsiai nagylemezek. Ezek határvonalán találjuk a legintenzívebb vulkántevékenység nyomait, és legnagyobb tavainkat. A geológiai képződmények a nagylemezeken belül is nagy változékonyságot mutatnak, ásványi és kémiai összetételüket, szemcseméret-megoszlásukat, vagy fizikai és kémiai mállással szembeni ellenállóságukat tekintve. Magyarország földje az Alpok, Kárpátok és Dinaridák koszorújában terül el. Hegységei – a Mátra kivételével – nem emelkednek 1000 m fölé, a térszín uralkodóan síkvidék. A felszínt többnyire olyan fiatal üledékek borítják, amelyek az utóbbi néhány millió évben képződtek, elfedve a korábbi földtörténeti események dokumentumait. Hegységeink változatos típusú és korú kőzetekből épülnek fel: egy részük (Börzsöny,

Mátra,

Zempléni-hegység)

vulkáni

eredetű,

a

Dunántúli-

középhegység és a Mecsek elsősorban egykor tengerben és szárazföldön képződött üledékek megszilárdult maradványait tartalmazzák, míg a nyugati országrészben található Soproni- és Kőszegi-hegység átalakult (metamorf) kőzetekből épül fel. E képződmények születése azonban egymástól sok száz km távolságban, eltérő időben történt. Magyarország földtani felépítését az 15. ábra mutatja. Magyarország területét a DNY-ÉK irányú Zágráb-Hernád nagyszerkezeti vonal két fő szerkezeti egységre osztja. E vonaltól északra eső lemezdarab az Afrikailemez peremén, a délre eső lemezdarab pedig az Eurázsiai-lemez peremén alakult ki. Kb. 25 millió éve (az oligocénban) délnyugatról nyomult be az Afrikailemezdarab a Kárpát medence északi részébe, amit andezites-riolitos vulkáni tevékenység kísért. Magyarország területén a földkéreg az átlagosnál vékonyabb (a 33 km-es átlaggal szemben csak 26-27 km), ezért a geotermikus grádiens értéke nagyobb, helyenként 6-8 °C/100 m.

- 28 -



15. ábra Magyarország földtani felépítése

Magyarországon a geotermikus gradiens értéke átlagosan 5 °C/100 m, ami mintegy másfélszerese a világátlagnak. Ennek oka az, hogy a Magyarországot magában foglaló Pannon-medencében a földkéreg vékonyabb a világátlagnál (mindössze 24-26 km vastag, vagyis mintegy 10 km-rel vékonyabb a szomszéd területekhez képest) és így a forró magma a felszínhez közelebb van, valamint az, hogy jó hőszigetelő üledékek (agyagok, homokok) töltik ki. A mért hőáramértékek is nagyok (38 mérés átlaga 90,4 mW/m 2, miközben az európai kontinens területén 60 mW/m2 az átlagérték).12 Itthon a geotermikus energia legkézzelfoghatóbb eleme a termálvíz, mely egyes helyeken tisztán a felszínre tör, mint artézi víz /+kút/. Még a legelején tisztázzuk a termálvíz fogalmát, mivel a hétköznapokban gyakran helytelenül azonosítják a gyógyvíz fogalmával. A termálvíz vagy hévíz az a rétegvíz, amelynek hőmérséklete meghaladja a 30 °C-ot. Az ország területének mintegy 40%-án tárható fel termálvíz. A kitermelhető mennyiséget minimálisan 50, maximálisan 300 milliárd m3-re becsülik. Jelenleg a kitermelt víz mennyiségének mintegy 45%-a hasznosul energetikai célokra. Ezzel a mennyiséggel elvileg évente mintegy 200 000 tonna olajat lehetne helyettesíteni. Sajnos a valóság azonban azt mutatja, hogy ennek a

- 29 -



mennyiségnek nem egészen a felét hasznosítjuk csak, mert a hasznosító berendezések műszaki színvonala sok esetben nem megfelelő.13 Az ország területén két regionális hévíztároló nagyrendszer helyezkedik el. E két nagy rendszer közül az egyik a felsőpannónia porózus (homok – homokkő) rétegek alkotta rezervoárrendszer, a másik a triász időszaki repedezett – hasadékos, részben karsztosodott karbonátos kőzetek alkotta rezervoárrendszer.(16. ábra) Jóllehet e két nagy hévíztároló egységen kívül számos más kis rendszert is feltártak, de ezek lokális jelentőségűek. A hazai hévíz készleteknek túlnyomó része a fenti két regionális rendszerben helyezkedik el és ez képezi a hévízhasznosítás alapját. A meglevő termál kutak 70%-a a felsőpannóniai, 20%-a a triász időszaki hévíztároló rendszert csapolja meg, míg a 10%-a a devontól a kvarterig terjedő különböző geológiai korokban képződött rezervoárokból termel.

16. ábra A termál-gyógyhelyek és a termál-víztestek kapcsolata Forrás:http://www.vituki.hu/index.php?option=com_content&task=view&id=84&Itemid=96

A

jelenleg

meglévő

hévízhasznosítási

infrastruktúra

az

optimális

hidrogeológiai viszonyokkal jellemzett területeken található, így elsősorban Csongrád, Békés, Hajdú-Bihar, Jász-Nagykun-Szolnok és Győr-Moson-Sopron megyében. E felsőpannóniai hévízkészlet ezeken az optimális területeken kiváltképpen

alkalmas

komplex

hévízhasznosításra,

- 30 -

a

balneológiától

a



mezőgazdasági hasznosításon keresztül egészen a használati melegvízellátásig és épületfűtésig. A triász karbonátos kőzetekből álló rezervoár-rendszer már kisebb területű a hévízkészlete is kisebb, de fontossága elsősorban fürdőügyi – gyógyászati vonatkozásban rendkívül nagy. A két hévíztároló nagyrendszer vízutánpótlódási viselkedése eltérő. Míg a triász karbonátos hévízrezervoár – eltekintve az igen nagy mélységű, vagyis 2000 m alatti részletektől – az aktív vízkicserélődési övezet tartozéka, tehát utánpótlódó vízkészlettel rendelkezik, addig a felsőpannónia hévízkészlet túlnyomó része nem megújuló, hanem statikus jellegű és nincs aktív utánpótlódása. Nagyon fontos szempont ezeknél a felsőpannóniai hévíztároló-rendszereknél a felszálló, magától kifolyó víztermelésnél nélkülözhetetlen rezervoárenergia készlet, melynek döntő tényezője a vízben oldott gáztartalom. E gáztartalmak leürülése napjainkban egyre nagyobb mértékű, s ennek következtében jelentős vízhozam csökkenések, sőt a kifolyó víztermelés megszűnése tapasztalható. A természetes gázlift csökkenés folytán nagyon sok hévízkút termelése csökkenő tendenciát mutat. E jelenség általános, s ezért igen szigorú vízkészlet-és réteg energiagazdálkodást tesz szükségessé. A gyakorlatban a termálkutak kétféle fajtáját különböztetjük meg: pozitív és negatív vízkivételűek. A pozitív kutaknál a termálvíz szabad kifolyással jön a felszínre, a negatív kutaknál szivattyús kiemelés szükséges. Valamely termálkút pozitivitását a rétegnyomás, a víz gáztartalma stb. teszik lehetővé. Hosszabb termeltetési idő után (10–15) ezen értékek módosulhatnak, a kút vízhozama mindinkább csökken, és a korábban pozitív kút negatívvá válik. A hasznosítható vízhozam az a térfogatáram, amelyet a kút állandósult üzemben biztonságosan és károsodás nélkül szolgáltat. Ennek értékét az illetékes vízügyi hatóságok határozzák meg. Kémiai szempontból legfontosabb az összes oldott alkotórész (szilárd és gáz) tömege (mg/l), amely nemcsak a

hasznosítás, hanem a csurgalékvíz

elhelyezésének szempontjából is lényeges. A termálvíz agresszivitása és sókiválási hajlama a nyomás, a gáztartalom és a hőmérséklet változásával. 14

- 31 -



4.2. Geotermikus energia alkalmazási módjai napjainkban A hazánkban a geotermikus energia többnyire termálvíz formájában kerül a felszínre és onnan kerül tovább hasznosításra. Ma Magyarországon a termálvíz úgy él a köztudatban, mint fürdőzést, ill. pihenést szolgáló gyógyvíz. Pedig ez egy a föld mélyéről felszínre törő vagy egyéb közvetítő eszközökkel a felszínre hozható energiaforrás. Magyarország az egyik legkedvezőbb geotermikus adottságokkal rendelkezik, a földkéreg hazánkban vékonyabb az átlagosnál, kb. 20-25 km vastagságú. Ennek köszönhető, hogy olyan sok hévíz és termálvíz található itt. Amint azt a 4. ábrán mutatja számunkra, itthon kutak segítségével hozzák felszínre a termálvizet és onnan hasznosítják tovább. Az idők folyamán 1409 kutat tártak fel és építettek ki egyéb célokra. Az 1409 termálkútból jelenleg 947 üzemel, a többi az üzemképtelen, lezárt észlelő vagy visszasajtoló kútként van számon tartva. A 947 üzemképes kútból, 422 vízét hasznosítják fürdőkben, 75 kút vize az iparban, 220-é a mezőgazdaságban, 26-é kommunális célokra fordítódik. Ebből számos kutat használ még a Vízmű, ivóvíz ellátás céljára, valamint kerül palackozott formában fogalomba.(4. táblázat)

4. táblázat Magyarország hévízkútjainak megoszlása hőmérséklet és hasznosítási mód szerint 15

- 32 -



Hazákban a kitermelt termálvizek hőmérséklete többnyire meghaladja a 30 oC. Ezt nagyszámban, ahogy fent is olvashatjuk, fürdőkben és kórházakban balneológiai és üdülési-idegenforgalmi célokra hasznosítjuk. Nálunk található többek között Európa legnagyobb természetes, tőzeg medrű hévízi forrás tava (Hévízi-tó) is.16 A geotermikus energiát az ipari is alkalmazza, ez az ipari- termálhő hasznosítás. Különböző iparágakban, mezőgazdaságban, ipari folyamtokhoz, ahol nagy a hő igény. Miután a fosszilis energiahordozók elégetésével járó CO2kibocstás csökkentése ma már általánosan felismert, szükségszerű, ahol erre mód nyílik, fokozott mértékben lehet alkalmazni az olcsóbb és gyakorlatilag légszennyezéssel

nem

járó

termálenergiát

ezek

energiaszükségleteinek

kielégítésére.

17. ábra Termálkutak és létesítési évei Forrás:http://www.vituki.hu/index.php?option=com_content&task=view&id=84&Itemid=96

A geotermikus energia kutas alkalmazási módja mellett lehetőség van a hőszivattyús energia kivételre is. A geotermikus hőszivattyú az a rendszer, ami képes a geotermikus energiát több féle képen hasznosítani. A szondák, melyek a földben vannak vagy függőleges, vagy vízszintes elhelyezésben, összegyűjtik a föld

hőjét

(18.

ábra).

A

geotermikus

- 33 -

hőszivattyú

viszonylag

alacsony



hőmérsékletű vízből képes melegvizet előállítani. Ezt a 14-15 °C állandó hőt, egy zárt rendszeren keresztül a felszínre hozza, és készít belőle 55-60 °C hasznosítható hőt. Ezt a hőt, ezt a melegvizet fel lehet használni fűtésre, használati melegvízre, medencék fűtésére, és még hűtésre is.

18. ábra Forrása:http://www.passzivhazak.hu/geothermia.html

Érdemes azt a tényt megvizsgálni, hogy egy 1997-es összehasonlítás szerint a

CO2-kibocsátás

csökkentésének

legolcsóbb

módja

(az

alternatív

energiaforrások közül) a geotermális energia igénybevétele – ráadásul ez a megoldás (a nap-, szél- és vízenergia felhasználásával ellentétben) az időjárástól független (5. táblázat Clauser 1997 nyomán, forrás: Árpási 2002).

5. táblázat Az egy tonna CO2 kibocsátás csökkentésének költségei alternatív energiafajták szerint Forrás: http://www.tompa.hu/dokumentumok/jelentes_geotermikus_energia.pdf

- 34 -



4.3. Magyarország Európai Uniós vállalása a megújuló energia felhasználás terén Az állam- és kormányfők (Európai Tanács, EiT) 2007 márciusában számszerű célkitűzéseket fogadtak el az éghajlatváltozásért felelős üvegházhatású gázok (ÜHG) kibocsátásának korlátozására, valamint az energiatakarékosság és a megújuló energia-források felhasználására. Ennek értelmében: az EU globális nemzetközi megállapodás esetén 1990-hez képest 30%kal, globális megállapodás hiányában egyoldalúan 20%-kal csökkenti ÜHG kibocsátásait 2020-ig; az EU 2020-ig szóló előrejelzésekhez képest 20%-os megtakarítást kell elérni az energia-felhasználásban; az EU 2020-as teljes energiafelhasználásában 20%-ra kell növelni a megújuló forrásokból származó energia arányát; valamennyi

tagállamban

közlekedési

célú

2020-ig

legalább

10%-ra

üzemanyag-felhasználásban

a

bio

kell

emelni

a

üzemanyagok

arányát. 17

4.4. A geotermikus rendszerekhez igénybe vehető támogatások A fentebb olvasható vállalásban szerepel az a kikötés is, hogy 2020-ra 20%-al növelni kell a megújuló forrásból származó energia arányt, ami ma épphogy eléri a 6%-ot az erőművek vonatkozásában. 18 Ezt az előírást, csak és kizárólag igen komoly támogatási hátérrel lehet megvalósítani. A Magyarországi valamint az Európa Uniós támogatási rendszerek kiterjednek mind magán személyekre, mind kis és nagy vállalkozásokra valamint egyéb szervezetekre / jogi és magán személyekre/. A támogatás formája, vissza nem térítendő, egyszer felhasználható. Az elnyerhető támogatás mértéke az elszámolható költségre nézve különböző lehet, 10%-tól egészen 70%-ig kaphatók vissza a beruházáshoz felhasznált pénzeszköz. A pályázatban kiírt minimum illetve maximum támogatási összegek igen széles választékát találhatjuk meg, a 100 ezer forintos minimumtól egészen a milliárdos maximumig pályázhatóak. A támogatás mértéke függ a beruházás nagyságától illetve a cél csoporttól. A kiírt pályázatok megtekinthetők az Energia Központ Nonprofit Kft. oldalán.

- 35 -

19



4.5. A geotermikus energia a köztudatban Véleményem szerint, ha kimennénk az utcára és feltennénk azt a kérdést a magyar állampolgároknak, hogy mi is az a geotermikus energia nem kapnánk rá tiszta és érthető választ. Sajnos jelenleg még nincs annyira köztudatban, mint a szél- vagy a napenergia. Ma még nem egy elterjedt energiaforrás a geotermikus energia, nem állnak rendelkezésre azok a feltételek, hogy széles körben elterjedjen. Hiányoznak az elérhető tájékoztató és szóró anyagok. Sok ember számára megfoghatatlan fogalom a geotermia ellenben a szél- és napenergiával melyet nap, mint nap éreznek és tapasztalnak. A geotermikus energiára úgy gondolnak, mint valami bonyolult szerkezetre, melyet nagyon nehéz létrehozni és számukra érthetetlen dolgokból tevődik össze. Ezalatt azt értem, hogy nehezen tudja elképzelni valaki, hogy mi a különbség egy kollektor és egy szonda között, nincs hozzá elég információja. Természetesen és nem utolsó sorban meg kell említeni, hogy egy igen drága rendszernek tartják, pedig a befektetett költség megtérülése ugyanannyi vagy jobb, mint a szél- és napenergiáé.

- 36 -



5. Egy családi ház geotermikus energia felhasználása Épületenergetikai számításra azért van szükségünk, hogy az adott épületnek meg tudjuk adni a szükséges energiaigényét, valamint energetikai besorolását és csak ezek után tudjuk kiválasztani a rendszerbe beépíteni kívánt hőszivattyút.

5.1. Épületenergetikai számítások A számításokat a 7/2006. (V.24.). TNM rendelet egyszerűsített módszerével végeztem.

19. ábra Vizsgált épület alaprajza

5.1.1. Az épület rendeltetésének és az ehhez tartozó alapadatok és követelmények meghatározása 5.1.1.1.Alapadatok - Az épület jellege: lakóépület (ikerház) - Hasznos alapterület: Ah = 56,4208 m2 - Fűtött alapterület: An = 50,9054 m2 - Belmagasság: mb = 2,6 m - talajszint / padlószint közti magasságkülönbség: Z = 0,5 m - Az épület teherhordó főfalai kétoldalt vakolt, valamint kívül, vékony, dörzsölt nemes vakolattal felhordott, B30-as falazóblokkból állnak.

- 37 -



- A belső teherhordó falak egyaránt B30-as falazóblokkból épültek. - A belső elválasztó falak 12 cm-es válaszfaltéglából vannak, a szobák közötti válaszfalat kivéve, mely 6 cm-es válaszfaltéglából épült. - A padlásfödém E gerendás szerkezetű, salakréteggel, majd betonnal borítva. A padlástér beépítetlen. - Az épület alápincézetlen, alapja nincsen hőszigetelve. - Az üvegezett nyílászárók kettős üvegezésű, fa keretszerkezetűek. A bejárati ajtó részben üvegezett, fa szerkezetű.

5.1.1.2.Geometriai adatok 5.1.1.2.1. A fűtött légtérrel érintkező felületek meghatározása -

Homlokzati fal:

-

Szomszédos, fűtött épület közti fal:

-

Fűtött / fűtetlen terek közti fal:

-

Padlásfödém

-

Talajon fekvő padló:

-

A fűtött légtérrel érintkező összes felület:

-

A fűtött légtér meghatározása:

- 38 -


5.1.1.2.2.Külső


falak

hőhídjainak,

és

hőveszteségeinek

meghatározása falazott sarokél: 1 db = 2,6 m -

külső fal – belső fal csatlakozás: 13 db = 13∙2,6 m = 33,8 m

-

külső fal – födém csatlakozó élek:

-

nyílászárók kerülete: 29,1 m

Külső falak hőhídjainak összege:

Külső falak fajlagos hőhíd-mennyisége:

típus ablak (1. szoba) ablak (2. szoba) ablak (konyha) ablak (fürdő) ablak (WC) ajtó (bejárati) ajtó (kamra) ∑

Szélesség Magasság Kerület* [m] [m] [m]

A [m2]

üvegezési arány

Aüvegezett [m2]

1,48

1,33

5,62

1,9684

0,75

1,4763

1,18

1,33

5,02

1,5694

0,75

1,1770

1,15

1,47

5,24

1,6905

0,75

1,2679

0,45

0,48

1,86

0,216

0,75

0,162

0,45

0,48

1,86

0,216

0,75

0,162

0,9

2

4,9

1,8

0,05

0,09

0,6

2

4,6

1,2

0

0

-

-

29,1

8,6603

-

4,24

* az ajtók kerületét a küszöb nélkül számítjuk, mert ott vonal menti hőátbocsátás jön létre 6. táblázat Beépített nyílászárók adatai

A 7/2006. TNM rendelet 2. mellékletének 2. táblázata alapján a külső falak erősen hőhidasnak minősülnek, ezért azok korrekciós tényezője: χ = 0,4 Padlásfödémek esetén a korrekciós tényező: χ = 0,1

- 39 -



Fűtött / fűtetlen terek közötti falak korrekciós tényezője: χ = 0,05 A rendelet értelmében, ha az épület egyes határoló felületei nem a külső környezettel, hanem attól eltérő, tx hőmérsékletű fűtetlen, vagy fűtött terekkel érintkeznek, akkor e felületek hőátbocsátási tényezőit

-vel módosítani

kell. ti: belső tér hőmérséklete tx: a belső tértől eltérő hőmérsékletű fal hőmérséklete te: regionális külső téli méretezési hőmérséklet A MSZ-04-140-2:1991 szerint, a közép-dunántúli régió külső téli méretezési hőmérséklete: te = -13°C A tx értékei pedig: -

szomszédos fal hőmérséklete: 18 °C

-

fűtetlen padlástér hőmérséklete: -6°C

-

fűtött / fűtetlen helyiség hőmérséklete épületen belül: 2°C

-

Szomszédos fal módosító tényezője:

ahol: ti =22 °C ; tx =18°C ; te = -13°C -

Padlásfödém módosító tényezője:

ahol: ti =20 °C ; tx = -6°C ; te = -13°C -

Fűtött / fűtetlen fal módosító tényezője:

ahol: ti =20 °C; tx = 2°C ; te = -13°C

- 40 -


szerkezet Külső falak Szomszédos falak Fűtött/ fűtetlen falak Padlásfödém Ajtók Ablakok ∑

A [m2]


U [W/m2K]

Umax* [W/m2K]

1+χ

ξ

A∙UR∙ξ [W/K]

37,8837

0,59

0,45

1,4

-

31,2919

21,424

0,79

1,5

-

0,1143

1,9345

11,644

1,043

0,5

1,05

0,55

7,014

49,624 3 5,6603

0,404 1,4 2,49

0,3 1,8 1,6

1,1 -

0,79 0,55 -

17,4218 2,31 14,094

129,236

-

-

-

74,0662

* Umax követelményértékek a 7/2006. TNM rendelet alapján 7. táblázat Hőhíd hatásaival korrigált rétegtervi hőátbocsátási tényezők -

Tömör külső fal felülete:

-

Tömör fűtött / fűtetlen fal felülete:

5.1.1.2.3.Talajon

fekvő

padló

vonal

menti

hőátbocsátási

tényezője, és a vonal menti hőveszteség meghatározása A 7/2006. TNM rendelet 3. melléklet III/1. táblázata alapján Z = 0,5 m talaj / padlószint különbség mellett, szigeteletlen alapra, a vonal menti hőátbocsátási tényező értéke: ψ = 2,35 [W/mK] ψmax = 1,85 (A 7/2006. TNM rendelet követelményértékei alapján) -

Vonal menti hőhidak hossza:

-

A vonal menti hőveszteség:

- 41 -



5.1.1.2.4. Az épület szerkezetének besorolása Az épület hőtároló tömege, a födém, és a külső falak rétegterve alapján, a nettó alapterületre vetítve: m> 400 kg/m2, azaz az épület nehéznek minősül.

5.1.1.2.5.Direkt sugárzási nyereség meghatározása a fűtési idényre Egyszerűsített számítás esetén a fűtési idényre vonatkozó direkt sugárzási nyereség az északi tájolásra vonatkozó sugárzási energiahozammal számítható:

ahol: -

„100”: az északi tájolásra vonatkozó sugárzási energiahozam [kWh/m 2a]

-

ε: hasznosítási tényező, mely nehéz szerkezetű épületek esetén ε = 0,75

-

g: üvegezés összesített sugárzásátbocsátó képessége, számértéke

kétszeres üvegezésű, régi ablakokra: g = 0,75

5.1.1.2.6. Felület/ térfogatarány meghatározása

5.1.1.2.7. Követelmények meghatározása -

Az alapadatok alapján, a 7/2006. TNM rendelet három lépcsős

követelményrendszerének első részében foglaltaknak, vagyis a rétegtervi hőátbocsátási tényezők követelményértékeinek, a feltárt szerkezet, jelenlegi állapotában nem felel meg. Ezek az értékek utólagos hőszigeteléssel, és a nyílászárók cseréjével azonban javíthatók! -

A fajlagos hőveszteség-tényező követelményértéke:

Mivel ∑A/V >1,3 =>

-

Az összesített energetikai jellemző követelményértéke:

Lakóépület, és ∑A/V >1,3 esetén =>

- 42 -


5.1.2. Fajlagos


hőveszteség-tényező

tényleges

értékének

meghatározása Az egyszerűsített számítási módszer esetén a következőképpen számítható:

Mivel q>qmax => az épületben fellépő transzmissziós hőáramok, és a fűtési idény átlagos feltételei mellett kialakuló (passzív) sugárzási hőnyereség hasznosításának hányada nem felel meg a rendelet második kritériumában leírtaknak.

5.1.3. A fűtés éves nettó hőenergia igénye Ha a fűtési energiaigényt csak a fűtési rendszer fedezi, akkor egyszerűsített számítási módszer esetén:

ahol: (8K

„72”: hőfogyasztás számításakor, az órafokban kifejezett konvencionális, egyensúlyi

hőmérséklet-különbséghez

tartozó)

hőfokhíd

értékének

ezredrésze. -

„0,35”: szellőzési hőveszteség meghatározásakor, a levegő sűrűségének,

fajhőjének és a mértékegység átváltásához szükséges tényezők szorzata. -

„4,4”:

a

hőfogyasztás

hőmérsékletkülönbséghez

tartozó

számításakor, fűtési

idény,

órában

8K mért

egyensúlyi hosszának

ezredrésze. A további értékek meghatározásához a 7/2006. TNM rendelet 3. mellékletének IV/ 1. táblázata ad útmutatást: -

n: légcsereszám, mely lakóépületek esetén n = 0,5 1/h

-

σ: szakaszos üzem korrekciós szorzója. Lakóépületek esetén σ = 0,9

-

qb: belső hőnyereség átlagos értéke. Lakóépületekre qb = 5 W/m2

- 43 -


5.1.4.


A fűtési rendszerrel biztosítandó nettó fűtési energiaigény

fajlagos értéke

Mivel az ellenőrzés kizárólag a fűtéssel fedezendő hőveszteségekre irányul, így a nyári túlmelegedés kockázatának ellenőrzését elhanyagolom.

5.1.5.

Fűtés primerenergia igénye:

Egyszerűsített módszer esetén a 7/2006. TNM rendelet 2. mellékletének VI. pontjának táblázatai használhatók:

ahol: -

qf: a fűtés fajlagos primerenergia igénye [kWh/m2a]

-

qf,h: a teljesítmény és a hőigény illesztésének pontatlansága miatti fajlagos veszteségek [kWh/m2a]

-

qf,v: az elosztóvezeték fajlagos vesztesége [kWh/m2a]

-

qf,t: a hőtárolás fajlagos vesztesége [kWh/m2a]

-

Ck: a hőtermelő teljesítménytényezője

-

αk: a hőtermelő által lefedett energiaarány (többféle forrás esetén)

-

ef: a fűtésre használt primer energia átalakítási tényezője

-

EFSz: a keringtetés energiaigénye [kWh/m2a]

-

EFT: a tárolás energiaigénye [kWh/m2a]

-

qk,v: villamos segédenergia igény [kWh/m2a]

-

ev: a villamos energia primer energia átalakítási tényezője

- 44 -


tényező érték 148, 468

qf


mértékegység

megjegyzés

kWh/m2a kWh/m2a

kétcsöves, radiátoros szabályzóval

kWh/m2a

fűtött téren belül, 55˚C/45˚C hőlépcsővel, 100 m2ig

kWh/m2a

nincsen tárolás

-

állandó hőmérsékletű fűtött téren kívül elhelyezett kazán, 100 m2-ig

1

-

100%-ban a kazán biztosítja a fűtést

1

-

qf,h

0,7

qf,v

2,1

qf,t

0

Ck

1,38

αk ef

0,63

EFT

0

elektronikus

földgáz üzem 2

EFSz

fűtés,

kWh/m a

állandó fordulatszámú hőlépcsővel, 100 m2-ig

kWh/m2a

nincsen tárolás

2

szivattyú,

qk,v

0,79

kWh/m a

állandó hőmérsékletű kazán, 100 m2-ig

ev

2,5

-

elektromos áram

55˚C/45˚C

8. táblázat 7/2006 TNM rendelet 2. melléklet / VI. pontjának táblázataiból vett adatok

5.1.6.

A melegvízellátás primerenergia igénye

Egyszerűsített módszer esetén a 7/2006. TNM rendelet 2. mellékletének VII. pontjának táblázatai használhatók:

ahol: -

qHMV: a melegvíz készítés nettó energiaigénye [kWh/m2a]

-

qHMV,v: a melegvíz elosztás fajlagos vesztesége [kWh/m2a]

-

qHMV,t: a melegvíz tárolás fajlagos vesztesége [kWh/m2a]

-

Ck: a hőtermelő teljesítménytényezője

-

αk: a hőtermelő által lefedett energiaarány (többféle forrás esetén)

-

eHMV: a melegvíz készítésre használt primer energia átalakítási tényezője

-

EC: a cirkulációs szivattyú fajlagos energiaigénye [kWh/m 2a]

-

EK: a melegvíz termelés segédenergia igénye [kWh/m 2a]

-

ev: a villamos energia primer energia átalakítási tényezője

- 45 -


tényező érték qHMV qHMV,


mértékegység

30 10

megjegyzés

kWh/m2a

táblázatból vett átlagérték lakóépületekre

%

cirkuláció nélkül, elosztás fűtött téren belül, 100 m2-ig

v

qHMV,t

97

%

gázüzemű bojler fűtött légtéren kívül, 100 m2-ig

Ck

1,22

-

gázüzemű bojler

αk

1

-

100%-ban a bojler biztosítja a HMV-et

eHMV

1

-

EC

0

földgáz üzem 2

nincsen cirkuláció

2

kWh/m a

EK

0

kWh/m a

nincsen segédenergia igény

ev

2,5

-

elektromos áram

9. táblázat A 7/2006 TNM rendelet 2. melléklet / VII. pontjának táblázataiból vett adatok

5.1.7.

Az összesített energetikai jellemző meghatározása

Az összesített energetikai jellemző az épületgépészeti és világítási rendszerek fajlagos primer energiafogyasztásának összege.

ahol: -

Ef: a fűtés fajlagos energiaigénye [kWh/m2a]

-

EHMV: a melegvíz előállítás fajlagos primer energiaigénye [kWh/m 2a]

-

ELT: a légtechnika fajlagos primerenergia igénye [kWh/m2a]

-

EHű: a gépi hűtés fajlagos primerenergia igénye

-

EVIL: a a beépített világítás fajlagos primerenergia igénye

tényező

érték

mértékegység

megjegyzés

Ef

216,675

kWh/m2a

számított érték

EHMV

75,762

kWh/m2a

számított érték

ELT

0

kWh/m2a

nincsen légtechnikai berendezés

EHű

0

kWh/m2a

nincsen gépi hűtés

EVIL

0

kWh/m2a

lakóépületek esetében nem kell figyelembe

venni 10. táblázat Fajlagos primerenergia fogyasztás

- 46 -



Mivel Ep> Epmax => az épületben használt primerenergia fogyasztás alapján, az nem felel meg a rendelet harmadik kritériumában leírtaknak.

5.1.8.

Energetikai minősítési osztály meghatározása

A kapott érték alapján az épület a 121 – 150% -os sávba esik, mely „Átlagosnál jobb: E” energetikai minősítési osztályba való besorolását teszi lehetővé.

5.2.

Jelenlegi fűtési rendszer adatai

A lakóépület hőveszteségét, jelenleg egy 11 kW névleges teljesítményű, Stiebel-Eltron Hydrotherm GBH 11 KE jelzésű, atmoszférikus, gázüzemű falikazán által leadott hőmennyiség kompenzálja.

A fűtési előremenő víz

hőmérséklete 60 ˚C, a visszatérőé pedig ~45 ˚C. A gázfogyasztást, a szolgáltató által megadott átlagos, 34 MJ/m3 fűtőértékkel szorozva, Efűtéstényleges = 11767,778 kWh/a gázfogyasztás jön ki, melyet az energetikai számításoknál meghatározott éves primerenergia fogyasztással összevetve:

kazán hatásfok állapítható meg. A radiátorok típusa ROMANTIK R650, és R900, valamint egy csöves fűtőfal. Paramétereiket az alábbi táblázat tartalmazza: hely

típus

A [m2]

hőleadás te.víz=60˚C esetén

hőleadás te.víz=50˚C esetén

1. szoba

ROMANTIK 650-22

2,46m ∙ 0,68 m

3608 W

2827 W

2. szoba

ROMANTIK 650-21

1,953 m ∙0,68 m

3444 W

2698 W

konyha

ROMANTIK 650-10

0,93 m ∙ 0,68 m

1640 W

1280 W

előszoba

ROMANTIK 900-5

0,465 m ∙0,93 m

1035 W

820 W

WC

ROMANTIK 650-4

0,372 m∙ 0,68 m

656 W

514 W

0,5 m ∙ 1,1 m

500 W

392 W

fürdő

Csöves fűtőfal

∑Q60=10, 89 kW

11. táblázat Radiátorok paraméterei Forrás: http://romantikaluradiator.hu/index.php?action=downloads&cat=3

- 47 -

∑Q50= 8,53 kW



A családi házban 3 fő lakik, HMV igényüket jelenleg egy 120 l űrtartalmú, gázüzemű bojler biztosítja, melynek névleges hőtermelése 1,95 kW. A tároló vize így 250 perc alatt fűthető fel 70 ˚C –ra.

5.3.

A téli hőveszteség

Az épület jelenlegi állapotában, te = -13 ˚C-os külső, valamint ti = 21 ˚C –os, átlagos belső méretezési hőmérséklet mellett a fűtéssel fedezendő téli hőveszteség:

5.4.

Hőszivattyú kiválasztás

Az első elgondolásra egy víz-víz típusú hőszivattyút szerettem volna kiválasztani, mivel ezeknek a legjobb a szivattyúk közül a hatásfoka. 5,5 és 6,1 között változik a COP értéke. A COP érték a hőszivattyú jóságfokát jelenti. Egy dimenzió nélküli szám, ami azt mutatja, hogy 1 egység befektetett villamos energiából hány egység hőenergiát képes a készülék előállítani. A víz-víz típusú hőszivattyúk telepítését különös gonddal kell elvégezni. A rendszerhez minimálisan két kút építendő. Egyik a forrás, másik a nyelőkút szerepét tölti be. A tapasztalatok azt mutatják, hogy azokon a területeken, ahol könnyen nyerjük a vizet, nehezen lehet elnyeletni, ezért egy forráskút mellé kettő, esetleg három nyelőkút elkészítése is szükséges. A kutak elkészítésénél figyelni kell arra, hogy a vízkivétel és víznyeletés ugyanabba a vízrétegbe történjen. Nem szabad a különböző vízbázisokat keverni egymással. A kutas (vizes) hőszivattyú telepítésének 4 fő kritériuma van: - Legyen megfelelő vízhozam: családi ház esetén ~3-5 m3/h - Legyen megfelelő vízminőség: a vizet mindenféle oldott anyagra, gázra meg kell vizsgálni (ÁNTSZ) Pl: HCO3- ;SO42-; NH3; Cl2; CO2 ;Mn; Al;Fe;NO3 - pH-érték - A vízhőfok télen sem csökkenhet 7 °C alá. A bejövő víz oldalára 1 mmnél kisebb szűrőt kell beépíteni. Magas gáztartalmú vizeknél pihentetőtartály beépítése szükséges.

- 48 -



- A kút mélysége (ahonnan a vizet szívjuk) ne legyen 15-20 m-nél mélyebb, ellenkező esetben a szivattyúzási

költség növekedése

felemészti a magasabb hatásfokot. Mindezek mellett számolnunk kell azzal a ténnyel is, ha 10-20 év múlva nyitnak mellettünk egy bányát, akkor fenn áll a veszélye annak, hogy a kutunk elapad és akkor se fűtésünk se hűtésünk nincs. Sajnos ezzel a ténnyel ebben az esetben kell is számolni, a környéken az elmúlt pár évben sok kavicsbányát nyitottak, annak ellenére, hogy a bauxitbányát bezárták. A jövőben nem lehet tudni, mikor indul meg esetleg újra a kitermelés. Amit még egy ilyen rendszer kialakításánál figyelembe kell venni azok a plusz járulékos költségek. Minden esetben az elnyeletést egy előzetes környezeti hatásvizsgálattal kell igazolni. Bizonyítani kell, hogy semmilyen szennyezőanyag nem kerül a talajvízbe, és nem is keletkezik a megváltozott hőmérséklet miatt. Ezt felül kell vizsgáltatni, és sok utánajárást igénylő szakhatósági engedélyekkel együtt kell beadni a helyi környezetvédelmi és vízügyi felügyelőségnek. A tanulmány és az illetékek összesen kb. 1 millió Ft-ba kerülhetnek, ami miatt ez a rendszer családi házas méretben nem gazdaságos. Ipari méretben az egész beruházáshoz képest ez persze nem jelent nagy költséget. Ezért esett inkább a választásom egy föld – víz hőszivattyúra a jelenlegi, kizárólag gáz üzemű rendszer mellé, csökkentve ez által a gázfogyasztást és a lokális CO2 kibocsátást. A következő, amit meg kell határoznunk, az a jövőbeni hőszivattyúnk működési határai. A méretezést jelentősen befolyásolják a rendelkezésünkre álló fűtési rendszer energetikai adatai. Az első, hogy a lehető legnagyobb mértékben próbáljuk csökkenteni a gázfogyasztást, így a gázüzemű bojlert kiiktatjuk a rendszerből, helyette a hőszivattyús rendszerek által igényelt indirekt fűtésű multifunkciós tárolóból fogjuk a HMV igényt kielégíteni. Ez azonban azt jelenti, hogy az eddigi 3,766 kWos hőigény meg fog változni, mégpedig a HMV készítés energiaigényének mértékével. A HMV friss vízből történő elkészítéséhez szükséges hőmennyiséget, a következőképpen határozhatjuk meg:

- 49 -



ahol: -

„1,1”: a tárolásból adódó veszteség korrekciós szorzója

-

cvíz: a víz fajhője (4,2 kJ/kg˚C 1,6 Wh/kgK-re átváltva)

-

ρ: a víz sűrűsége (kg/l –ben kifejezve)

-

Vvíz/fő: fejenkénti átlagos vízfogyasztás mennyisége. Átlagos igény esetén ez 40 l/nap

-

Δt: a HMV hőmérsékletének és a friss víz hőmérsékletének különbsége

A rendszerben felhasznált primer energiák árából képzett hányadossal megkapjuk a gazdaságilag kívánt COP értéket. Ez az érték esetünkben, mai energiaárakkal számolva:

Ez tehát mutatja, hogy mi lenne az a COP érték, amely mellett a hőszivattyú teljes egészében fedezni tudná az eddigi követelményeket. Látszik, hogy a hányados értéke a gáz árának növekedésével csökken, ami manapság meg is történik, ennek hatására egyre gazdaságosabb lesz alternatív energiát használni. Meg kell keresni azt a hőmérsékletet, ahol a hőszivattyúnk COP értéke műszakilag, és a jövőben gazdaságilag is elfogadható mértékű. A választás az Alpha InnoTec, WZS 81 H jelű föld – víz hőszivattyújára esett. Amit érdemes tudni a föld-víz típusú hőszivattyúkról számos telepítési kritériuma és paramétere van. Amint ezt már egy korábbi fejezetben kifejtettem a földben elhelyezhető egy zárt csőrendszert vízszintesen (talajkollektor) és függőlegesen (földszonda) is, mindezt a telepítési viszonyok határozzák meg, jelen helyzetben ezt tovább nem fogjuk vizsgálni. A számított értékeink szerint a meglévő régi gázkazán gazdasági COP értéke 2,3 ennek megfelelő vagy jobb hőszivattyút célszerű keresni.

- 50 -



A választott hőszivattyúnk a leghidegebb hőforrás hőmérsékletnél -5 ˚C-nál már tudja biztosítani a ház, fűtési hőszükségletét. A HMV előállításához szükséges kW-ot megkapjuk, ha a meglévő 8,5 kWh elosztjuk egy átlagos napi 3 órás üzemidővel, amiből 3 kW-ot kaptunk. A HMV-hez és a fűtéshez szükséges összes hőigényünk, így ~6 kW. A 6 kW-os hőigényt -4,5 C-fok mellett és 2,8 COP-val tudjuk előállítani abban az esetben, ha egyszerre megy a fűtés és HMV készítés, ami bár meghaladja a gazdasági COP értéket, de nem jellemző, hogy egyszerre fűtsünk és készítsünk HMV-t. A HMV-t abban az időszakban is tudjuk melegíteni, amikor a fűtés szünetel, valamint egyszer kell teljesen felfűteni, utána elég a szakaszos rámelegítés. Jelenlegi hőszivattyúnk 6 kW-os hőigényhez képeset jóval magasabb teljesítményre képes, jogos a kérdés, hogy miért is lett felül méretezve. A későbbiekben fent álló család bővülés illetve házbővítési igényeket is ki tudja majd elégíteni ez a rendszer és nincs szükség egy nagyobb teljesítményű hőszivattyú megvásárlására.

18.ábra WZS 81 H/K hőszivattyú COP – te diagramja Forrás: www.alpha-innotec.com/uploads/DE830531_200419_BA_WZS.pdf

- 51 -



19. ábra WZS 81 H/K hőszivattyú Qh – te diagramja Forrás: www.alpha-innotec.com/uploads/DE830531_200419_BA_WZS.pdf

A másik fontos kérdés, amivel még itt foglalkozni, kell az a talaj regenerálása. Télen a ház fűtése során a földből kivonjuk a hőt, ezáltal lehűtjük, ahhoz, hogy ezt a következő szezonba újra használni tudjuk, vissza kell melegíteni. Ennek a szivattyú rendszernek, azaz előnye, hogy lehet vele aktívhűtést végezni. Korábban már ismertettem, hogy a célunk az, hogy télen a házat fűtsük, nyáron hűtsük. A ház tájolásánál az jelent számunkra előnyt, ha az épületünk úgynevezett hőcsapdaként működik. Télen azért jó a magas benapozott órák száma, mert fűti az épületet, ezzel segítve a fűtésrendszert. Nyáron mikor az épület szívja magába a meleget és túlfűtené azt, akkor vesszük újra használatba a hőszivattyúnkat, csak éppen ”fordítva”. A ház melegével regeneráljuk a talajt /aktívhűtés/, a talaj „hidegével” hűtjük a házat.

- 52 -



6. Összefoglaló A diplomamunkám megírásánál azt tűztem ki célul, hogy egy olyan munkát hozzak létre, mely mindenki számára érthető és világos képet mutat a mai geotermikus energia felhasználhatóságáról. Próbáltam egy egészen más csoportosításban

megközelíteni

azon

módokat,

melyek

jelenleg

a

rendelkezésünkre állnak ahhoz, hogy ezt a kincset a felszínre hozzuk. Természetesen mindehhez elengedhetetlen volt azon kutató munka melyet annak érdekében végeztem, hogy minél szélesebb palettán tudjam ez szemléltetni, bemutatni. Bízom abban, hogy a jövőnk a megújuló energiaforrások hasznosításával jobb lesz. Képesek vagyunk csökkenteni a káros anyag kibocsájtást, ami a jövő nemzedék tovább élhetésének kulcsfontosságú eleme. A mai fiatal mérnökök, azaz, a mi feladatunk a megújuló energiák mind szélesebb körű elterjesztése. Tervezési munkánk során már nem csak egy lehetséges opcióként kellene a beruházónak, megrendelőnek felvetni a megújuló energiarendszerek kiépítését, hanem automatikusan be kellene tervezni azt az adott épületbe, építménybe. Hasonlóan ahhoz, mint mikor az épületre nyílászárokat tervezünk, mely ablakot nyit számunkra a nagyvilágra.

Köszönetnyilvánítás Szeretném megragadni az alkalmat, hogy köszöntet mondhassak az iskolámnak, hogy lehetőséget biztosított számomra, hogy 3 hetet eltölthessek a Reimsi Egyetemen (Franciaország) "Passive Housing" – Nemzetközi workshopon, ami igen nagy erőt és segítséget adott a diplomamunka megírásában. Ahol sok neves dán, angol, litván, észt, francia tanár és professor tartott nekünk előadást az élhető szebb, jobb és természetesen gazdaságosabb építkezési módokról. Valamint meg szeretném köszönni Kiss Attilának és a Thermo Kft.-nek azon belül Faragó Tamásnak a segítségét, hogy egy családi ház energetikai számításán keresztül be tudtam mutatni, milyen feladatokkal is jár egy hőszivattyú megtervezése és kiválasztása.

- 53 -



7. Függelék

[1] http://www.energiaklub.hu/hu/megujulok/alapinfo/restechnologiak/, letöltve: 2010-01-12 [2] http://www.energiaklub.hu/hu/megujulok/alapinfo/restechnologiak/, letöltve: 2010-01-12 [3] http://hu.wikipedia.org/wiki/Geotermikus_energia, letöltve: 2009-10-03 [4]A bányászatról szóló 1993. évi XLVIII. Törvény 49. § [5]„Az a terület, ahol a viszonylag sűrű óceáni kőzetlemez kontinens peremének vagy másik óceáni kőzetlemeznek ütközve alábukik és mélyen behatol a Földköpenybe.” http://www.tompa.hu/dokumentumok/jelentes_geotermikus_energia.pdf letöltve: 2010-01-24

[6] „Az asztenoszféra köpenyanyaga feláramlik, majd fokozatos hűlés eredményeként megszilárdul, ezáltal jó óceáni réteg képződik.” http://www.tompa.hu/dokumentumok/jelentes_geotermikus_energia.pdf,letöltve: 2010-01-24

[7] http://www.geo-energy.org/aboutGE/basics.asp#_ftn1, letöltve: 2009-12-23 [8] Dr. Árpási Mikós: A termálvíz többcélú hasznosításának helyzete és lehetőségei Magyarorszagon,2002.http://www.ombkenet.hu/bkl/koolaj/2002/bklkoolaj2002_0910_01.pdf, letöltve: 2010-01-23

[9] http://www.geothermalenergy.org/269,welcome_to_our_page_with_data_for_hungary__direct_uses.html

[10] http://www.alfoldy-szasz.hu/?page=1&spage=13 letöltve: 2010-01-25 [11]http://www.westpa.hu/cgibin/itworx/itworx.cgi?modul=doctar/downloadfile&task=download file&vid=11&dokid=1203. letöltve: 2010-01-28

[12] http://hu.wikipedia.org/wiki/Geotermikus_gradiens, letöltve: 2010-05-20 [13] http://www.cege.hu/hu.html, letöltve: 2010-01-20 [14] http://www.tankonyvtar.hu/konyvek/kornyezettechnika/kornyezettechnika-1-8-081029, letöltve: 2009-10-24

[15] http://www.mfk.unideb.hu/userdir/juhasz/kornyezettechnika/Geo-hoszivattyu.pdf, letöltve: 2009-11-02

[16] http://hu.wikipedia.org/wiki/H%C3%A9v%C3%ADzi-t%C3%B3, letöltve: 2009-10-03 [17]http://europa.eu/rapid/pressReleasesAction.do?reference=PRES/08/50&format=HTML&aged=1&lang uage=HU&guiLanguage=fr letöltve: 2010-10-16

[18] https://teir.vati.hu/Energiaterkep/main letöltve: 2010-10-16 [19] http://www.energiakozpont.hu/ letöltve: 2010-10-16

- 54 -

SZENT ISTVÁN EGYETEM YBL MIKLÓS ÉPÍTÉSTUDOMÁNYI KAR KÖZMŰ- ÉS MÉLYÉPÍTÉSI TANSZÉK ÉPÍTŐMÉRNÖK SZAK, INFRASTRUKTÚRA SZAKIRÁNY SZAKDOLGOZAT

Recommend Documents