A geotermikus energia –termálvíz és földhő – mint alternatív energiaforrás

Egyre aktuálisabb kérdés, hogy Magyarországon érdemes-e a geotermikus energiában gondolkodni, mint alternatív energiaforrásban? A válasz egyértelmű: Magyarország ma már egyetlen komoly természeti kincse, a geotermia, a termálvíz és a földhő hasznosítása hőszivattyú segítségével.

Ezt kívánjuk bemutatni a vállalatok, közintézmények, ingatlan befektetők és üzemeltetők részére két technológián és referenciákon keresztül.

Ezek a zárt rendszerű termálvíz hasznosító és a fölhőt hőszivattyúval hasznosító rendszerek. Távlati cél, hogy minél több termálfürdő energetikai korszerűsítésénél a lefűtött és elfolyó vízből hőszivattyúval minél több hőenergiát hasznosítsunk.

A geológiai adottságaink kiválóak: a Pannon medence kontinentális alapkőzete vékonyabb, hővezetése jobb a világátlagnál, így a magmából áramló hő hatékonyabban melegíti a Felső-Pannon laza homokkőiben, illetve a repedezett mészkő rezervoárokban meghúzódó vízmennyiségeket. A geotermikus gradiens átlagos értéke kb. 20 méterenként 1 oC lefelé haladva.

 

 

Ma évente mintegy 80 millió m3 30 oC-nál magasabb hőfokú, ú.n. termálvíz kerül hazánkban kitermelésre különböző mélységi (300 m és 2.500 m között) rétegekből és csak valamivel kevesebb, mint 1/3-a szolgál energetikai célokat kb. 2,8 PJ/év hőmennyiség tartalommal, amely az ország 1.000 PJ körüli éves primer energiaigényének nincs 0,3 %-a sem!

 

Komoly készleteinkre jellemző, hogy egyes szakértői modellezések szerint – a „lefűtött” közeg kitermelési mélységbe való visszatáplálása esetén – az ún. dinamikus, mobilizálható termálvíz mennyisége kb. 380 millió m3 lenne évenként, amelynek hőtartalma kellő hasznosítási hatékonyság esetén, komplex hőszivattyús kiegészítéssel, minimum 63 PJ, ami az országos energiatorta 6 %-os szeletét képezhetné, megkönnyítve az Unió által tőlünk elvárt 13 %-os értékhatárt!

A Magyarországon szóba jöhető alternatív energiaforrások: a nap, a szél, a biomassza és a geotermia.

A geotermikus energia, földhő több módon nyerhető ki a földből:

Ø Száraz hőkinyerés útján: „hot-rock projektek”

Ø termálvíz kitermeléssel,

Ø előbbiek földhőt hasznosító hőszivattyús kiegészítésével, vagy

Ø önálló földhőt hasznosító hőszivattyús megoldással, olyan helyen ahol nincs termál lehetőség.

2004. fordulópontot jelentett a termálvizek elhelyezése terén. A jövőben a geotermikus energia hasznosításra csak abban az esetben lesz lehetőség, ha a „lefűtött” fluidum a kitermeléshez közeli mélységi rétegbe kerül visszatáplálásra – visszasajtolásra. Ezzel nemcsak megszűnik a termálenergia környezetvédelmi dilemmája, hanem egyúttal megújulóvá, megújíthatóvá is válik, hiszen több évtized után ismét felmelegedve hasznosulhat felszíni hőleadókban, hosszú távon / 30-50 év / fenntartható lesz.

Mi szükséges egy gazdaságos termálprojekthez?

P Mindenek előtt megfelelő geológiai adottságok: legyen hasznosításra alkalmas termálvíz.

P Lehetőleg koncentrált hőpiac, amely mentesítheti a projektet a túlságosan hosszú és költséges távvezeték építéstől. Ezért optimálisabb a közintézmények, turisztikai és üzletközpontok, távhőellátó rendszerek kiszolgálása termálenergiával.

P A rendelkezésre álló termálközeg hőtartalmának minél szélesebb sávban való hasznosítása, a hasznos DT maximumra növelése. Éppen ebben rejlik a titok is: a tervezők, mérnökök szemléletváltására is szükség van, hiszen időnként a megszokott 90/70-es fűtési hőfoklépcsőnél előnyösebb lehet egy 70/40-es, vagy alacsonyabb a hőszivattyukkal.

P A végére került, de nem utolsósorban beruházói eltökéltség és – mint mindenhez – pénz.

 

 

I. A hódmezővásárhelyi geotermikus közműrendszer

 

A projekt célja

Így a projekt gyakorlatilag 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.

 

A projekt műszaki adatai:

A használati melegvíz ellátó (HMV) rendszer alapját két távfűtőmű tőszomszédságába lemélyített HMV kút jelenti. A kutakból kinyert termálvíz 4.200 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 használati melegvíz 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 oC-os fűtővizet vételeznek 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 oC hőmérsékletű, többször lefűtött közeg a strandfürdő nyitott 50 m-es úszómedence vizének 27 oC-os hőfoktartását biztosítja egy lemezes hőcserélőn keresztül. Az innen visszatérő 27-30 oC-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 m3, nyáron 10 m3 86 oC-os fűtővizet vételeznek óránként. Feladata a lakótelep 600 lakásának hőigény ellátása. A téli csúcsidőben (-15 oC külső hőnél) 70 oC-os visszatérő közeg került elengedésre további hőpiac hiánya miatt.

2003-tól a 2.000 fm hosszú hőszigetelt, üvegszálas, műanyag, föld felszíne alá telepített távvezetékkel, eljuttatjuk ezen fűtőközeget Hódmezővásárhely új fedett sportuszodájához.

Így ma már biztosítjuk a fedett uszoda 3,2 MW-nyi hőigényét (70/25 oC szekunder hőlépcső) és a beruházók „grátiszaként” az uszoda körüli gyalogjárók jégmentesítését.

A kör végpontját az uszoda közelében az elmúlt évben telepítésre került új visszasajtolómű  képezi. E termálkör még tartalmaz közel 2 MW hőenergiát, amely a jövőben megépírésre tervezett élményfürdő hőszükségletét hívatott biztosítani.

A jelenlegi két fűtési kör évente 60.000-70.000 GJ mennyiségű fűtési hőenergiával járul hozzá a város hőigényéhez.

 

A közműrendszer vezérlése

A projekt a legkorszerűbb és legbiztonságosabb vezérléstechnikai rendszerek telepítésével, minimális munkaerő igénybevételével, gazdaságosan üzemel.

A szivattyúk üzemét frekvenciaváltó szabályozza, amelyek vezérlése az adottságok szerint nyomástartásról, hőfoktartásról, vagy vízszinttartásról történik, lehetővé téve a mindenkori pillanatnyi vízigénynek megfelelő mennyiségű vízkitermelést, minimális energiafelhasználás mellett.

Az üzemeltetési paramétereket PLC egységek gyűjtik össze és folyamatosan juttatják el a diszpécserközpont számítógépéhez. Az installált telemechanikus folyamatirányító software a paraméterek felügyeletén és tárolásán túl a legszükségesebb beavatkozásokat is képes végrehajtani.

 

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 m3 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 importfüggetlen 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.

 

Következtetések:

A hódmezővásárhelyi geotermikus közműrendszer a termálenergia egyedülálló, komplex hasznosítására nyújt példát, amely az EU – fenti – fosszilis energia csökkentését célzó irányelveivel is összhangban van. Üzemi tapasztalatokkal, tényszámokkal támasztja alá a geotermia hazai létjogosultságát. A  projekt megtérülése az energetikai iparágban jónak számító 10 év alatt van, mindennemű támogatás nélkül is.

 

Jelentőségét egyre több önkormányzat, beruházó ismeri fel. A vásárhelyi projekt alkotói, azóta már Zalaegerszegen, Kisteleken is építettek termál projektet és tervezik ezek hőszivattyús kiegészítését.

 

Mit tegyenek azok a települések, ahol nem áll rendelkezésre termálvíz, vagy a hőpiac nem épült ki? Ezeken a helyeken is rendelkezésre áll a földhő! A következőkben erről lesz szó.

 

II. Zárt rendszerű földhő hasznosítás hőszivattyúval:

 

A projektek célja: hőszivattyús technológia alkalmazása, zárt földhőszonda, vagy talajvíz, rétegvíz, vagy horizontális kollektor, végül akár a környezeti levegő hőtartalmának hasznosításával.

Magyarországon a technológia az elmúlt 3 évben ért el figyelemre méltó eredményeket, bár az  EU országoktól még jelentősen le vagyunk maradva. Ez köszönhető a hazai gáz és villamosenergia áraknak és a pályázati támogatások eddigi alacsony szintjének, melyben talán most várható pozitív változás. / KEOP, KMOP, ROP, NEP 2008 /

Projektek főbb műszaki adatai:

A hőszivattyús rendszerek energetikai alapja, hogy a 75%-ban alkalmazott földhőhöz 25% villamosenergia felhasználásával a hőszivattyú kompresszorát hajtjuk és ezzel az alacsony hőmérsékletű földhőt / 100-150 méter mélyen: 15-20 ºC / a magasabb hőfokszintre emeljük / 45-50 º C / és ezzel fűtjük, vagy fordított üzemben hűtjük az adott ingatlant és HMV-t készítünk. Ma hazánkban kb 1000 db hőszivattyús rendszerrel összesen kb. 25-30 MW kapacitás üzemel. Az un. hatékonysági COP mutató fűtésben : 4-4,5 hűtési üzemben 5-5,5 értékű a jól tervezett és a termál projekthez hasonló, automatizált rendszereknél. A projektek döntéselőkészítő tanulmányokkal indulnak, melynek része egy un. Földhő szondateszt, vagy jó talajvíz adottságnál próba-kútpár mérése és modellezése, hogy megállapítsuk, a hőszivattyús rendszer adott környezetben mely primer földhő hasznosítással valósítható meg a leggazdaságosabban. Ezt összehasonlítva a hagyományos gáz-folyadékhűtős beruházásokkal kapjuk, a többlet beruházási költséget és az átlagos 8-10 éves megtérülési időt, mely csökken, 5-6 évre, ha a projekt pályázati támogatásban részesül.

A legbiztonságosabb hőszivattyús rendszerek a zárt földhőszondás megoldások. Ezek a szondák évtizedeken keresztül biztosítják a földhőt, kiszámítható modellezés alapján.

A modern épületeknél sok esetben a hűtési igény nagyobb mint a fűtési, ezért erre kell méretezni. Ehhez szükséges a csúcs hőigény és hőterhelés megadása mellett az éves hőenergia igény megadása is havi bontásban. Ez alapján lehet pontos földhő modellezést végezni a kifejlesztett nemzetközi szoftverekkel.

Minta project: a Raiffeisen Bank épületének monovalens 818 kW-os teljesítményű hőszivattyús rendszere, 81 db, 100 méteres, dupla hurkos szondákkal, automatikával és monitoring rendszerrel kiegészítve. A földszondák az épület mellett vannak elhelyezve egymástól 7 méteres raszterben. Sok esetben a telek teljes területe beépítésre kerül. Ekkor a földhő szondák az épület alá kerülnek. Ebben az esetben a kivitelezés és a kiválasztott anyagok kiemelt jelentőséget kapnak. Más irodaházban 500 kW-os teljesítménnyel nagyhozamú vízkútpáros / termelő-nyelőkút / megoldás üzemel, több száz liter/perc vízhozam folyamatos keringtetésével. A legújabb rekord méretű zárt földhőszondás rendszer 1 MW teljesítményű lesz, 180 db., 100 méteres földszondával, melynek fúrási munkái most fejeződtek be Törökbálinton. Megemlítjük, hogy Harkányban a termálfürdő elfolyó vizére / 27-28 ºC / 2,2 MW-os hőszivattyús rendszer van telepítve.

 

Következtetések:

Ezek a projektek a kis családiházas megvalósulások mellett igazolják, hogy a várható fosszílis energiaárak növekedése miatt és a CO2 kibocsájtás csökkentése érdekében a hőszivattyús technológia hazai elterjedése is nő, pályázati támogatása várhatóan nő a lakossági és a vállalkozói szektor számára is. Számos hőszivattyús projekt van előkészítve 1-2 MW teljesítményű lakóépületre, irodaházra és logisztikai központra, vagy decentralizált hőközpontokra, sok esetben a távhőszolgáltatáshoz integrálva, vagy azt kiváltva. A befektetők és üzemeltetők számára fontos, hogy megfelelő referenciákkal rendelkező szaktervezőkkel / hidrogeológiai és földhő modellezés elvégzésére / és kivitelezőkkel dolgozzanak, az épületek felügyeleti rendszereibe legyenek a hőszivattyús hőközpontok integrálva és a monitoringozás lehetősége biztosítva legyen. A hőszivattyús rendszerek jó és gazdaságos működésének alapja, hogy az építész, épületgépész tervezők a primer és szekunder oldal tervezésétől kezdve együttműködjenek / az alacsonyabb hőmérséklet igényű felület és fan-coil fűtési rendszerek / a legjobb üzemeltetési megoldások alkalmazása érdekében. Ezt segíti az Építéstudományi Egyesület Hőszivattyús Szakosztálya számos konferencia, oktatási program szervezésével és az Európai Szövetséghez 2007-ben történt  csatlakozással.

Példa az EU országok hőszivattyús eredményei, ahol az új épületek 75%-nál már ezt a technológiát alkalmazzák. A hazai felújításoknál is az energia racionalizálása mellett, a helyi adottságok alapján, a szekunder fűtési rendszer átalakításával, vagy kiegészítésével lehetséges a gáz, vagy a távhő kiváltása decentralizált hőszivattyús hőközpontokkal. Nagyobb teljesítmények esetén viszont célszerű lehet a távhő rendszerhez történő illesztés.

 

Kurunczi Mihály Magyar Termálenergia Társaság elnök

Ádám Béla ÉTE Hőszivattyú Szakosztály Elnök