Hidrológiai Közlöny 1977 (57. évfolyam)

6-7. szám - Dr. Juhász József: Gondolatok a hazai geotermikus energiahasznosításról

Hidrológiai Közlöny 1977. 6—7. sz. 243 Gondolatok a hazai geotermikus energiahasznosításról Dr. JUHÁSZ JÓZSEF a műszaki tudományok doktora A geotermikus energia a Föld belsejében rejlő hőenergia. Ennek a hőenergiának az egész Földön természetes bázisa a Föld belső melege, ami a kéreg külső részének különböző mértékig szigetelő rétegén át hőfluxus formájában folyamatosan távozik a légtérbe. A belső hő fenntartásában különböző földtani folyamatok játszanak közre. A hőmennyiség elrendeződése mellett vannak a Föld kérgének legkülső részein olyan helyi anomáliák, ahol a kéreg mélyebb részeiről érkező magmás kőzetek közvetlenül hozzáférhető helyi energiaforrást jelentenek (pl. Kamcsatka, Izland, Japán, Olaszország). Ezeken a helyeken az átlagos fajlagos hőmenynyiség és hőfluxus sokszorosát találjuk. A Föld hőtartalmát — a vízkészlettel azonos megfogalmazásban — dinamikusnak, azaz utánpótlódónak kell tekintenünk, ha — jogosan — figyelmen kívül hagyjuk a geológiai idők alatt bekövetkező változásokat. Az utánpótlódó hőkészletet a kéreg minket érdeklő néhány ezer méternyi felső „epidermisében" volumetrikus és áramló részre bonthatjuk. A volumetrikus rész az a hőmennyiség, ami a vizsgált kéregrészben a kőzetben és a pórusfolyadékban — döntően vízben — a kialakult dinamikus egyensúlyi helyzetben felhalmozódott. Az áramló része a földi hőáram. A geotermikus energia tehát tárolt és vezetett részből áll. Tudjuk, hogy a tárolt része számokkal szinte ki sem fejezhető hatalmas mennyiséget jelent. A vezetett rész — a hőfluxus — fajlagos értéke viszont átlagban igen kicsiny 1,0—2,5-10~

6 cal/sec/m

2; A geotermikus energia hasznosításának elvileg két útja van. Egyik a hőfluxus hasznosítása, amivel bolygatatlanul hagyjuk a Föld hőmennyiségét; valahogy úgy, mintha a felszínalatti vizekből csak a forrásokat és a felszín alól elpárolgó hozamot hasznosítanánk. Másik az, amikor a tárolt hőmennyiséget is hasznosítani kívánjuk. A földi hőt hasznosítható geotermikus energiává mai ismereteink alapján csak úgy alakíthatjuk át, ha a hőmennyiséget olyan szállítóközeggel vetetjük fel, aminek segítségével azt szabályozottan és célszerűen tudjuk alkalmazni. Ez a szállítóközeg ma minden hőenergia hasznosításában — a széntől az atomig — a víz. Ennek egyik oka az, hogy valamennyi folyadék közül legnagyobb a fajhője, másik pedig, hogy semleges, célszerűen előkészíthető, jól vezethető, és elegendő mennyiségben áll rendelkezésre. Kisebb teljesítményű rendszerekben azonban alkalmazzák szállítóközegként a levegőt is. Világosan szét kell választanunk tehát a földi hőt, vagy geotermikus energiát és a hasznosításában közreműködő szállítóközeget, ami szinte kizárólag a víz. Meg kell azonban jegyezni, hogy a földi hőt termelése közben a kőolaj és a földgáz is felszínre hozza, mint természetes szállítóközeg. Ha megnézzük azokat a területeket, ahol a geotermikus energia — hasznosítás világközpontjait találjuk, mindenütt azt látjuk, hogy van helyi energiaforrás és annak hőjét a természetes vízkörforgalom során odajutó s ott felmelegedő víz automatikusan hozza a felszínre. Ezek a szinguláris helyek hívták fel a figyelmet arra, hogy az ilyen helyi — regionális — energiaforrás hasznosítására szállítóközegként a természetes körforgalomban résztvevő vizet úgy is fel lehet használni hogy a természetes körforgalom kilépő szakaszát „áthelyezik" a célszerűen fúrt kutakba. Ezzel a vízkörforgalom sebességét is sikerült nem egy esetben megnövelni. A földi hő hasznosításának ez a módja a dinamikus hőkészletet hasznosítja, melyhez képest a sztatikus hőtömeget reprezentáló magmatikus intruzió, vagy a potenciális hőtömeget jelképező radioaktív, stb. anyagtömeg szinte végtelennek tekinthető, s így a természetes vízkörforgalommal együtt a „hőkörforgalom" is kvázi stacionér állapotban van. A helyes mesterséges beavatkozás az egyensúlyt egy időre felborítja, de lehetővé teszi új dinamikus egyensúly kialakulását. A földi hő természetes hasznosulása helyi koncentrált energiaforrás nélkül is rendszeresen előfordult akkor, ha a természetes vízkörfolyamat során a víz nagyobb mélységekbe kényszerül a felszín alá. Ebben az esetben az ott jelentkező hőfluxus biztosítja a kvázi permanens hőhasznosítást (pl. budapesti hévforrások, dunaalmási langyos források). Ilyenkor a víz- és hőegyensúly mellett a kémiai egyensúly kialakulása is szokásos. Amennyiben az ilyen rendszer egyensúlya felborul s ha a megcsapolás mértéke nem lép túl egy értéket, úgy a rendszer egy új dinamikus'egyensúly felé törekedhet — elsősorban járulékos hő- és vízkészletek bekapcsolásával, azaz más rendszerek rovására — és permanenssé lesz ismét. Jól ismerjük ezeket a jelenségeket a budapesti hévforrások és hévízkutak eseteiből. A természetes vagy mesterségesen befolyásolt, de dinamikusan egyensúlyban levő helyi koncentrált energiaforrás nélküli víz-hő rendszerek — éppen mert csak az általános hőfluxust hasznosítják-, igen nagy „hőgyűjtő-területtel" rendelkeznek. Ezekben a rendszerekben a szállítóközeg szerepét játszó víz általában akkor is a felszínre lép a természetes körforgás következtében, ha nem is hasznosítjuk. A földi tárolt hő hasznosítása lehet a geotermikus energia másik forrása. Ennek a hatalmas energiakészletnek a felszínrehozatala — mai ismereteink szerint — célszerűen a vízzel, mint szállítóközeggel lehetséges. A tárolt földi hő lényegében a felszín alatt képződik és fajlagos értéke a mélység felé növekszik. A növekedés mértékét a geotermikus lépcső jellemzi. A növekedés mértéke ott nagyobb, ahol a hőfluxus nagyobb, illetve ahol az epidermisz erősebben hőszigetel. A kettő közül az utóbbi szerepe a lényegesen nagyobb. Valamely mélységben az 1 m

3 kőzettömegben tárolt hő a kőzetanyag, a hézagtérfogat és a pórus-