termálvizek és geotermia doktori kurzus kurzuskód: gggn9224
Post on 09-Jan-2016
42 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Termálvizek és geotermia
Doktori kurzuskurzuskód: gggn9224
tárgyfelelős: Mádlné Dr. Szőnyi Judit és Dr. Lenkey László
A geotermikus készletek osztályozása és készletbecslés
1-4. fejezet: Mádlné Szőnyi Judit5. fejezet: Lenkey László
A geotermikus készletek osztályozása és készletbecslésA geotermikus készletek osztályozása és készletbecslés
1. A geotermikus készletek osztályozása1. A geotermikus készletek osztályozása
1.1. A MCKelvey-diagram1.1. A MCKelvey-diagram
2. Készletszámítási módszerek2. Készletszámítási módszerek
2.1. Felszíni h2.1. Felszíni hőőáram módszeráram módszer
2.2. Térfogati módszer2.2. Térfogati módszer
2.3. Kitermelési tényező2.3. Kitermelési tényező
3. Tározó típusokra kifejlesztett térfogati módszer3. Tározó típusokra kifejlesztett térfogati módszer
3.1. Melegvizes víztartók3.1. Melegvizes víztartók
3.2. Töréses szerkezetek3.2. Töréses szerkezetek
3.3. Kristályos kőzetek3.3. Kristályos kőzetek
4. Németország geotermikus potenciálja4. Németország geotermikus potenciálja
5. Magyarország geotermikus potenciálja5. Magyarország geotermikus potenciálja
Magyarországon a készlet szinonimájaként a vagyon kifejezés használatos. (In situ: állam tulajdona, kitermeléssel megy át a bányavállakozó tulajdonába.)A gondolkodás a bányatörvény fogalomrendszerét követi.
A MCKelvey-diagram
Geotermikus energiavagyon: a geotermikus energia számítással vagy becsléssel meghatározott része.
A MCKelvey-diagram
Geotermikus alapkészlet:a teljes hőenergia, mely a földfelszín egy adott területe alatt található
Kinyerhető alapkészlet = Földtani vagyon:a teljes hőenergia, amely a földfelszín egy adott területe alatt a földkéreg felső 7 km-ében található (hazánkban 5 km a számbavételi határ)
Nem kinyerhető alapkészlet:
ami a kinyerhető alapkészlet alatt található
Hasznos kinyerhető alapkészlet = Hasznos
földtani vagyon:az elkövetkezendő 100 évben
gazdaságosan és legálisan kitermelhető készlethányad
Maradék kinyerhető alapkészlet:fokozatosan fejlődő technológiát és
egyre kedvezőbb gazdasági körülményeket feltételezve sem termelhető ki a közeljövőben gazdaságosan
A MCKelvey-diagram
Ismert vagyon:a geotermikus energia azon
jellegzetes koncentrációi, melyeket ismerünk és melyeket fúrás, geokémiai, geofizikai és geológiai vizsgálatok bizonyítanak
Reménybeli vagyon:a geotermikus energia azon nem-
jellegzetes koncentrációi, melyek léte a nagyléptékű geológiai tudáson és elméleteken alapszik, fúrással vagy egyéb módon nem bizonyított
Tartalék vagyon:a hasznos földtani vagyonon belül
az ismert de jelenleg gazdaságosan nem kinyerhető hányadot jelenti
Ipari vagyon:a vagyonnak beazonosított (fúrásos,
geokémiai, geofizikai, geológiai módszerekkel) és gazdaságosan, jogilag is megengedett módon kiaknázható része
2. Készletszámítási módszerek2. Készletszámítási módszerek
felszíni hőáram térfogati sík törésfelület magmás hőmérleg
módszerek
2.1. Felszíni hőáram módszer2.1. Felszíni hőáram módszer
P = P1 + P2
P1 = A ∙ qa
P2 = ∙ Qt ∙ cw ∙ (Tw - T0)
P – felszíni hőteljesítmény [W]
P1 – konduktív hőteljesítmény [W]
P2 – konvektív hőteljesítmény [W]
A – felszín [m2]
qa – átlagos hőáramsűrűség [Wm-2]
ρ ∙ Qt – tömegáram [kg/s]
cw – a víz fajhője [J/kg°C]
Tw – vízhőmérséklet a mélyben [°C]
T0 – felszín hőmérséklete [°C]
i = 1,2,… – kilépési helyek
Twi – az “i” forrás/kút hőmérséklete a mélyben [°C]
To – felszín hőmérséklete [°C]
H = P ∙ Δt
H – a rendszer teljes hőenergiája [J]
Δt – a lehűlés időintervalluma [s]
)(1
owiw
n
ita TTcQAqP
2.2. Térfogati módszer2.2. Térfogati módszer
Hi = cvi ∙ Vi ∙ (Ti – To)
Hi – a kőzettest teljes hőenergiája [J]
i – kőzettest sorszáma
Vi – a kőzet és fluidum térfogata [m3]
Ti – a kőzet és fluidum hőmérséklete a mélyben [°C]
To – a kőzet és fluidum hőmérséklete a felszínen [°C]
cvi – fajhő (kőzetváz és víz fajhője) [Jkg-3 °C-1]
Hi = Hir + Hiw
Hi = (1 – φti) ∙ cri ∙ρri ∙ Vi ∙ (Ti – To) + φti ∙ cwi ∙ρwi ∙ Vi ∙ (Ti – To)
Hir – a kőzet által tárolt hőenergia [J]
Hiw – a folyadék által tárolt hőenergia [J]
ρri – a kőzet átlagos sűrűsége a tározó térfogatában [kgm-3]
ρwi – a folyadék átlagos sűrűsége a tározó térfogatában [kgm-3]
cri – a kőzet fajhője [Jm-3 K-1]
cwi – a víz fajhője[Jm-3 K-1]
φti – teljes porozitás [-]
n
1iiHH
Porozitás
t
v
V
V
2.3. Kitermelési tényező2.3. Kitermelési tényező
A hasznosítható energiát befolyásoló tényezők:tározó hőmérséklete és nyomásakútfejnél elérhető hőmérséklet és nyomáseffektív porozitása kutak térbeli elhelyezkedése és műszaki állapotaa visszasajtolás mértéke . . .
Hr =R1∙H
Hr – hasznos földtani vagyon [J] H – a rendszer teljes hőenergiája (földtani vagyon)[J]
R1 – a kitermelés és a hasznosítás hatékonyságát és a visszasajtolt víz hőmérsékletétőlfüggő konstans
[-]
ot
int1 TT
TT33,0R
Tt – a tározó hőmérséklete [ºC]
Tin – visszasajtolt víz hőmérséklete [ºC]
To – a felszíni átlaghőmérséklet [ºC]
Visszasajtoláskor:
Visszasajtolás nélkül:
R1 = 0,1
Ipari vagyon:
Hrs = R2 ∙ Hr
(pontatlan)
Hrs – ipari vagyon [J]
R2 – második kitermelési tényező [-]
Hr – hasznos földtani vagyon [J]
3. Tározó típusokra kifejlesztett 3. Tározó típusokra kifejlesztett térfogati módszertérfogati módszer
Készletkategóriák Jung és társai (2002) alapján
Ethi = cr ∙ ρr ∙ Vi ∙ (Ti – To)
Ethi – a kőzettest teljes hőenergiája (technikai
potenciálja=földtani vagyon) [J]
i – réteg vagy kőzettest sorszáma[-]
ρr – a kőzet sűrűsége[kgm-3]
Vi – a kőzet térfogata[m3]
Ti – a kőzet hőmérséklete a mélyben[ºC]
To – átlaghőmérséklete a felszínen[ºC]
cr – a kőzet fajhője [Jkg-1K-1]
hőmérsékleti osztály
I 100-130 115
II 130-160 145
III 160-190
190-220
220-250
175
IV 205
V 235
hőmérsékleti tartomány [°C] átlaghőmérséklet [°C]
Hőmérsékleti osztályok a hőenergia meghatározásához (Jung és társai, 2002 alapján)
Ekiny = Eth ∙ R1 Ekiny – a hasznos kinyerhető hőmennyiség [J]
R1 – kitermelési tényező[-]
R1 = RT ∙ RG RT – hőmérsékleti faktor [-]
RG – geometriai faktor[-]
Evill = η ∙ Ekiny
Evill – nettó geotermikus árampotenciál (ipari vagyon)[J]
η – hatásfok[-]
A hatásfok függ:energiaátalakító technikátólhőmérséklettől
nettó és bruttó hatásfok
termelk
ő-út
visszasajtolók
-út
víztartó
vízfogó
1-2 km
Egy termelő- és egy visszasajtoló-kútból álló kétkutas alapmodell (Jung és társai, 2002 alapján)
Qmin = 50 m3/h
R1 = 2,5 – 20%
η100 ºC = 9%
η250 ºC = 14%
3.1. Melegvizes víztartók3.1. Melegvizes víztartók
Észak-német-medence porózus víztartó: Rotliegend
Lavigne (1978)
3.2. Töréses szerkezetek3.2. Töréses szerkezetek
Törés síkjában elhelyezkedő termelő- és visszasajtoló-kút
Felületként kezelik (szélességükről nincs információ)
potenciál alulbecslése
Hidraulikus vezetőképességerősen változó
vízvezetőkvízzárók
agyagos kitöltésmilonitosodás
irányfüggő?
2
1
r )t(32
d
2
d
r
t
– a hűlési zóna nagysága [m]
– a kőzet hődiffuzivitása [m2s-1]
– idő [s]
= 10-6 m2/sr
t = 100 év
d = 340 m
Eth = cr ∙ ρr ∙ L ∙ d ∙ h ∙ (Tr – To)
Eth – a kőzettest teljes hőenergiája (technikai potenciálja) [J]
ρr – a kőzet sűrűsége[kgm-3]
L – a törészóna hossza [m]
h – a törészóna mélysége [m]
d = 340 m
Tr – a kőzet hőmérséklete a mélyben[ºC]
To – átlaghőmérséklete a felszínen[ºC]
cr – a kőzet fajhője [Jkg-1K-1]
A termelő és a visszasajtoló kutak távolsága függvényében az optimális hozam kiszámítható: ezzel egy meghatározott használati idő után beáll a termelő kútnál a minimális hőmérséklet.
Így az adott időtartamon belül a legnagyobb energia nyerhető ki.
Ha Q = 2X:•t = 1/4•Eth = 1/2
Ha Q = 1/2:•t = 4•Eth = 1/2
3.3. Kristályos kőzetek3.3. Kristályos kőzetek
Ethi = cr ∙ ρr ∙ Fi ∙ hi ∙ (Ti – To)
Eth – a kőzettest teljes hőenergiája (technikai potenciálja) [J]
i – a hőmérsékleti osztály
ρr – a kőzet sűrűsége [kgm-3]
Fi – az adott hőmérsékleti osztályhoz tartozó felület [m2]
hi – az adott hőmérsékleti osztályban a rétegvastagság [m]
Ti – az adott hőmérsékleti osztályhoz tartozó hőmérséklet [ºC]
To – átlaghőmérséklete a felszínen [ºC]
cr – a kőzet fajhője [Jkg-1K-1]
Kristályos kőzetek hőtartalmának kiaknázási modellje
Közép- és dél-német kristályos terület Észak-német-medence
Rotliegend vulkanitokRajna-árok
4. Németország geotermikus potenciálja4. Németország geotermikus potenciálja
A geotermikus áramfejlesztés technikai
potenciálja 1100 EJ. Ez 550-szerese
a német éves áramszükségletnek.
[EJ] hőpotenciál árampotenciál
melegvizes víztartók 23 9
mély törések 65 45
kristályos kőzetek 1600 1100
prefix szimbólum 10-es hatványmega- M 106
giga- G 109
tera- T 1012
peta- P 1015
exa- E 1018
évi hőszükséglet: 5 EJévi áramszükséglet: 2 EJ
Áramfejlesztésre alkalmas melegvizes víztartók:
•Észak-Német-medence, Felső-Rajna-árok, Dél-Német molaszmedence
•Egyetlen erőmű: Neustadt-Glewe-ben 1995 óta
Közvetlen hőhasznosítás hosszú évtizedek óta melegvizes víztartókból.
Mély töréses zónák:
•20 000 km-nyi zóna feltérképezve
•ma még egyetlen törést sem használnak hőkinyerésre
•törésekre telepített fúrások kedvező hozama (Malm karszt)
•hasznosításukra a technológia kidolgozott
•fúrás célzott elhajlításával a törések összeköthetők
Kristályos kőzetek:
•áram- és hőpotenciáljuk a legnagyobb
•Közép és Dél-Német kristályos területek (88%), Felső-Rajna-árok és Észak-
Német-medence (6-6%)
•áramfejlesztési célból csak EGS technológia alkalmazható
•árampotenciáljuk 220 ºC-ig lineárisan nő (magasabb értékek csak a Felső-
Rajna-árokban)
5. Magyarország geotermikus energiavagyona
Hasznos földtani vagyon – a termálvíz rezervoárokban (vízben és kőzetvázban) tárolt hő mennyisége, H = 1,49 x 1021 J
Gazdaságos hasznos földtani vagyon – (R0=0,33 x (60-25)/(60-10)=0,23 feltételezésével) Hr=R0xH=343000 PJ
Az ország éves energiafelhasználása 1000 PJ Jelenleg energetikai célra hasznosítunk 3 PJ-t A termálvizekkel összesen kiveszünk kb. 30 PJ-t
Magyarország geotermikus energiavagyona
Magyarország geotermikus energiavagyona
Rezervoár lehűlése termelő-visszasajtoló kútpár alkalmazása esetén.
Rezervoár hőmérsékletének regenerálódási ideje
top related