A geotermikus energia épületgépészeti hasznosításának lehetőségei I.
2001/11. lapszám | Kónya Tamás | 4136 |
Figylem! Ez a cikk 24 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A megújuló energiaforrások mind szélesebb körű felhasználását környezetvédelmi és energiatakarékossági feladataink indokolják. A napenergia, a geotermikus energia, a szélenergia és a biomassza hasznosítására a fejlett országokban már régóta nagy hangsúlyt fektetnek. A magyar energiapolitikai célok között szerepel, hogy ezen a területen nálunk is mielőbb nagyobb előrelépés történjen. A következőkben a geotermikus energia épületgépészeti célú felhasználásának lehetőségeit tekintjük át.
Bevezetés, alapfogalmak
A geotermikus energia olyan belső energia, amely a Föld maghasadásából származik, amelyet a földkéreg, a köpeny és a mag nagyhőmérsékletű tömegei tárolnak. A Föld belsejében a magmában igen magas hőmérséklet, 4500-4700 °C uralkodik. Ehhez képest lényegesen alacsonyabb hőmérsékletű a földfelszín. Télen Magyarország területén fagypont körüli, nyáron ennél melegebb. A fizika törvényei szerint a hőmérsékletkülönbség kiegyenlítődni törekszik, emiatt a magma felöl a felszín felé szakadatlan a földi hőáram érkezése.
Geotermikus energia alatt tehát a földi hőáram következtében a kéregben mindenütt jelenlévő nem szoláris eredetű belső hőt értjük. A napenergiához hasonlóan korlátlan, el nem fogyó, de azzal ellentétben nem szakaszosan érkező, hanem folytonos, a levegőt nem szennyezi. Hasznosításának a következő két lehetséges módja van.
- Ezt a földi hőáramot közvetlenül hasznosíthatjuk, például pincetér klímatizálására, vagy közvetett módon, például a földfelszín alá juttatott kényszeráramlású víz felmelegítésére hőszivattyú működtetéséhez.
- Olyan természetes hordozóhoz kötötten is hasznosíthatjuk, amely a földfelszín alatt a mélyebb, melegebb rétegekben nagy mennyiségben rendelkezésre áll, viszonylagosan nagy fajlagos energia tartalmú, könnyen, gazdaságosan felszínre hozható, jól kezelhető (praktikusan: jól szivattyúzható). Erre a célra legmegfelelőbb közeg a víz, szerencsésebb, magasabb hőmérsékletű körülmények között a vízgőz.
Az előzőekben említett földi hőáram sűrűsége nagyban befolyásolja a hőhordozó termálvíz hőmérsékletét, a geotermikus energia hasznosíthatóságát. A műszaki gyakorlatban több mérőszámmal jellemezhetjük a geotermikus energia jelenlétét, várható mennyiségét.
- A hőmérsékletgradiens azt mutatja, hogy a felszínről a Föld középpontja felé sugárirányban haladva 1 km mélységnövekedés hány °C hőmérséklet emelkedéssel jár. A Földön ez átlagosan 30 °C/km, Magyarországon 50-60 °C/km.
- A geotermikus gradiens ennek fordítottja, azt mutatja, hogy a Föld középpontja felé haladva hány méterenként emelkedik a hőmérséklet 1 °C-al. A Földön ez átlagosan 33 m/°C, Magyarországon 16-20 m/°C.
- A földi hőáram a Földön átlagosan 62 mW/m², Magyarországon 84 mW/m².
Ahhoz, hogy egy geotermikus tároló gazdaságosan művelhető legyen, az átlagos földi hőáramnál lényegesen nagyobb értékű földi hőáramnak kell lenni az adott helyen. Jó, ha ez az érték eléri a 100-120 mW/m² értéket.
A fenti adatok vizsgálatából látható, hogy hazánk geotermikus energia jelenlétét illetően jól áll a földi átlaghoz képest. Ez egyébként közismert, mindenki tudja, hogy az ország gazdag hévizekben, termálfürdők sokasága áll rendelkezésünkre szerte az országban. Nem annyira széleskörű, elterjedt viszont az energetikai célú felhasználás. Ennek egyik alapvető oka, hogy a Magyarországon rendelkezésre álló geotermikus energia mezők viszonylag alacsony hőmérsékletűek. A kis fajlagos entalpiájú geotermikus fluidumokból csak kis energiahányad hasznosítható.
A geotermikus energia energetikai célú felhasználásának jellemzői, korlátai
- Az energiahordozók használati értékét az egységnyi tömegű anyag hasznosítható energiatartalma határozza meg. Ebben a vonatkozásban a víz, mint energiahordozó rosszul áll, ugyanis kis fajhője miatt viszonylag kis energiamennyiséget képes tárolni.
- Jobb a helyzet ebben a vonatkozásban a vízgőzzel, mert a felhasználás során a kondenzációs hő növeli az energetikai hasznosítás mértékét.
- A geotermikus energiára tehát alapvetően az jellemző, hogy kis fajlagos energiatartalmú hordozóközegekhez kapcsolódik, de óriási készletekkel bír.
- A mértéktelen energetikai célú termálvíz kiemelés kirabolhatja a geotermikus mezőt, annak regenerálódó képessége ugyanis korlátozott. Egyensúlynak kell lenni a termálvíz kitermelésének mértéke és a mező regenerálódó képessége között.
- A termálvíz hordozóközeghez kötött geotermikus energia hasznosítását nehezíti, hogy a termálvíznek általában magas az oldott sótartalma és jelentős lehet a gáztartalom is. A csővezetékben, az egyéb gépészeti berendezésekben kiváló keménységet okozó sók megnehezítik az üzemvitel körülményeit, az esetleg kiváló, összegyűlő gázok veszélyesek lehetnek, robbanást okozhatnak.
- A termálvíznek lehetnek olyan komponensei is, amelyek korróziót okozhatnak a csővezetékek, szivattyúk, hőcserélők anyagában.
- Gondot okozhat a hasznosítás során hőjének egy részét veszített lehűlt termálvíz elhelyezése is. A természetes befogadókba, tározókba vezetett lehűlt hévizek hő- és vegyianyag szennyezést okozhatnak a környezetben.
- A felszíni környezeti szennyezés elkerülhető, ha a lehűlt termálvizet visszasajtoljuk a mélyebb rétegekbe. A visszasajtoláskor nagyon körültekintően kell eljárni, csak szűrt, tisztított melegvizet szabad visszajuttatni, nehogy ezzel okozzunk környezetszennyezést a felszín alatt. Emiatt a visszasajtolás költséges tevékenység, adott esetben megkérdőjelezheti a termálvíz hasznosításának gazdaságosságát.
- A visszasajtolás elmaradása csökkenti a geotermikus tároló élettartamát.
- A viszonylag alacsony hőmérsékletű termálvíz távvezetéken történő szállítása a felhasználóhoz, a gondos hőszigetelés ellenére is, veszíthet használati értékéből a hőmérsékletcsökkenés következtében. A hőszigetelés költsége tovább rontja a gazdaságos hasznosítás lehetőségeit. Emiatt fontos cél, hogy a hőforrás és a felhasználás helye közel essék egymáshoz.
A geotermikus energia hasznosítása egy adott környezetben akkor lehet igazán gazdaságos, ha az többcélú. Egyidejűleg, egy helyen a következő területeken lehet felhasználni a termálvizet:
- gyógyászati célok (ivókúra, nőgyógyászati betegségek, bőrbetegségek, reumás, izületi fájdalmak kezelésére),
- gyógyfürdők üzemeltetése,
- sportcélokra, például úszómedencék vízhőmérsékletének beállítására,
- az energetikai célú hasznosítás fontosabb részterületei: növénytermesztés, állattartás, épületek fűtése, használati melegvíz előállítása stb.
Tovább növelhető a termálvíz felhasználás gazdaságossága, ha úgy alakítjuk ki a technológiai sort, hogy az egyik berendezésből kikerülő lehűlt víz maradó melegenergia tartalmát egy másik berendezésben még hasznosítjuk. Ilyen egymást követő technológiai sor lehet például: fűtési hőcserélő, használati melegvíz hőcserélő, fólia sátrak fűtése.
(Folytatjuk)
A következő részekben az alábbi témaköröket fejtjük ki bővebben.
- Termálkutak, búvárszivattyúk, kavitáció
- Termálvizek felosztása jellemző tulajdonságaik alapján
- A geotermikus energia energetikai célú hasznosítása a műszaki gyakorlatban
- Földi hőáram hasznosítása
- Termálvíz közvetlen hasznosítása fűtésre és használati melegvízként
- Termálvíz hasznosítása hőcserélő közbeiktatásával
- Többlépcsős termálvíz hasznosítás a Debreceni Gyógyfürdő Kft. területén
- Geotermikus energia hasznosítása a távhőellátásban
A cikksorozat részei:
A geotermikus energia épületgépészeti hasznosításának lehetőségei IV.
A geotermikus energia épületgépészeti hasznosításának lehetőségei III.
A geotermikus energia épületgépészeti hasznosításának lehetőségei II.
A geotermikus energia épületgépészeti hasznosításának lehetőségei I.
