Geotermikus energia környezetbarát hasznosítása
2012/4. lapszám | Dr. Barcsik József | 7573 |
Figylem! Ez a cikk 12 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Bajorország fővárosától, Münchentől délre található Unterhaching település: itt Németország első olyan geotermikus berendezését alakították ki, mellyel a Kalina-technika alkalmazásával villamos energiát állítanak elő.
Érdemes áttekinteni a város geotermikus projektjének a megvalósulási lépéseit, melynek során a gondolatból, vízióból a város geotermikus hőellátása megvalósult. Először részletes hőellátási terv készült a város számára 1995-1997-ben.
A geológiai vizsgálatok alapján úgy döntöttek, hogy geotermikus rendszert alakítanak ki a városban az energiaellátás biztosítására. A termelőkutat, melyet 3446 m-re mélyítettek le, 2004-ben kezdték el fúrni. A próbatermelés során a termelőkútból a felszínre hozott termálvíz hőmérséklete kb. 122 °C, a kitermelt termálvízhozam 150 l/s volt. A kitermelt termálvíz sótartalma 600-1000 mg/l, főleg hidrogénkarbonát.
A termálvíz oldott gázokat tartalmaz, mint például metán, nitrogén stb. A termálvíz-vezetékek anyaga műanyag, üvegszállal erősítve – a korrózióproblémák megelőzésének érdekében. A felszínre hozott termálvíz egész évben történő hasznosítása esetén kb. 38 MW termikus energia áll rendelkezésre. Az eredményes termelőkút-fúrást követően kezdtek hozzá a visszasajtoló kút fúrásához. A második kutat 2006 júniusában az első lefúrt kúttól légvonalban kb. 3,5 km-re, délkeletre kezdték el fúrni. 2007. január 18-án a visszasajtoló kút fúrásakor elérték a 3864 m mélységet.
A távfűtési rendszer kiépítése
A távfűtési vezeték fektetésének első ütemét 2006-ban kezdték el. Megépítették a mintegy 12 km távfűtővezetéket és a tartalék fűtőművet, valamint 22 MW teljesítményű csatlakozást alakítottak ki. A távfűtési csúcsigény biztosítása érdekében a hideg napokra egy fosszilis energiára alapozott fűtőmű építéséről is döntöttek, amelyet 2007 júniusában üzembe helyeztek. A kazánházba két forróvizes kazánt telepítettek, egyenként 23,5 MW teljesítménnyel, melyek tüzelőanyaga gáz, illetve tüzelőolaj.
Ez a fosszilis energiára alapozott fűtőmű-egység akár a termálkút üzemzavara esetén is megfelelően elláthatja a távfűtési rendszer fogyasztóit. A beruházás második üteme 2007 nyarán vette kezdetét. 2008 december 31-ig 28 km hosszú távfűtővezetéket fektettek le a városban. A távfűtés bekapcsolása érdekében kialakították a hőátadó központokat a város középületeinél, a többszintes lakóépületeknél, a családi és sorházaknál. A hőátadó központok egységteljesítménye eléri a 200 kW-ot.
Ezeket az épületek hőigényének megfelelően tudják összekapcsolni. A városban a csatlakozási teljesítmény elérte a 30,4 MW-ot, ami megfelel kb. 3000 háztartás hőigényének. A beruházás előrehaladtával fokozatosan növekedett a távfűtési rendszerbe bekapcsolt fogyasztók száma. 2007. november 7-én a hőátadó központok üzembe helyezésével mintegy 1000 családi házat, illetve összesen kb. 2500 háztartást kapcsoltak be a távhőellátó rendszerbe. Ezek összigénye 28 MWth. Ezt követően a további hőátadó központokat az újabb fogyasztók igényének megfelelően, lépésről lépésre építették ki és kapcsolták rá a rendszerre. A 2007/2008-as fűtési idényben a távfűtési hálózatba betáplált geotermikus energia menynyisége elérte a 25 000 MWh-t.
Ez megfelel – átszámítva – 2,5 millió liter tüzelőolajnak és 7000 tonna CO2-kibocsátás-csökkentésnek, vagyis a termálvíz fűtési célú hasznosításával ezt a fosszilis tüzelőanyagot sikerült megtakarítani – így fontos lépést tettek a klímavédelem érdekében is. Ez volt az első fűtési szezon a városban, melyet a geotermikus energiával oldottak meg. 2008-ban az éves fűtési teljesítmény 47 000 MWh körül alakult. Az 1. ábra a geotermikus energia hasznosítását mutatja be.
A geotermikus erőmű üzemeltetéséről
A projektben a termálvíz másik hasznosítását is megvalósították Unterhachingban, megépítették a geotermikus erőművet. Az erőmű építését 2006 júliusában kezdték el, és a villamosenergia-termelő egység 2007 végén készült el.
A geotermikus energiarendszer – a távfűtés és az erőmű – főrészei: termelő- és visszasajtoló kút; szivattyúk; hőcserélők; fűtőmű; távfűtőhálózat; Kalina-berendezés. (A 2. ábra a Kalina-folyamat sémáját szemlélteti.) A geotermikus erőmű működése a következőkben foglalható össze. A 122 °C-os, forró termálvizet kb. 3300 méter mélységből – a termelőkútból – egy búvárszivattyú szállítja a felszínre. A kitermelt termálvíz egyik része egy forró víz–ammónia–vízkeverék hőcserélőbe jut, másik része a távfűtési rendszer hőigényét biztosítja, és egy forróvíz–víz hőcserélőn adja át az energiáját. A hőcserélőkben a forró víz a hőjét leadja, hőmérséklete lecsökken.
Ezt követően a lehűlt termálvíz a visszasajtoló kúton visszakerül a vizet adó rétegbe. Az erőművet kiszolgáló hőcserélő szekunder oldalán a cseppfolyós ammónia–víz keverék lép be, amely az elgőzölögtetőben gőzállapotba kerül. Az ammónia–vízgőz keverék a gőzturbinára jut, amely meghajt egy generátort, és a termelt villamos energiát kiadják a közcélú hálózatra.
A gőzturbinából a kilépő gőz kondenzátorba jut, ahol cseppfolyós halmazállapotba kerül, és a kondenzátorszivattyú a hőcserélőre szállítja.
Ezzel az ún. Kalina-berendezés folyamata bezárul, és az egész a hőcserélőben kezdődik elölről. A kondenzátor hűtőközege hűtővíz. A hűtővizet egy hűtőtoronyból szállítja egy hűtővíz-szivattyú a kondenzátorba, ahol felmelegszik, majd a hűtőtoronyba permetezve, a beáramló levegővel érintkezve a torony tárolórészébe kerül.
A Kalina-berendezéssel 3,4 MW geotermikus villamos teljesítmény került beépítésre. A geotermikus erőmű várható éves teljesítménye 21,5 millió kWh körül alakul, ami megfelel kb. 6000 háztartás éves villamosenergia-felhasználásának. A beruházás kb. 35 000 tonna CO2-megtakarítást jelent.
Összefoglalás
A megvalósult geotermikus projekt – 2008. december 31-ig – kb. 80 millió euróba került. A berendezés amortizációját 18 és 20 év között kalkulálják. A geotermikus rendszerben évente kb. 4,7 milliárd liter termálvizet szállítanak, mozgatnak meg.
Néhány jellemző gondolat a megvalósult projektről:
- A megvalósult beruházásban a kitermelt termálvizet komplex módon hasznosítják. Egy részét, a hőenergiáját fűtési célra használják fel, a másik részéből villamos energiát termelnek.
- A kitermelt termálvíz a hőenergiáját hőcserélőn keresztül leadja, és a visszasajtoló kúton keresztül betáplálják a rétegbe. Ezzel a geotermikus folyamat zárttá válik.
- Ez volt az első geotermikus erőmű Dél-Németországban.
- Az EU-ban Unterhachingban üzemel az első Kalina-berendezés, amelynek felhasználásával villamos energiát állítanak elő.
Tanulságok
A termálvíz hasznosítását csak komplexen szabad kezelni. Ha a kitermelt termálvíz hőmérséklete alkalmas áramtermelésre, akkor az egyik hasznosítási cél lehet a villamosenergia-termelés, de az – akár többlépcsős – fűtési felhasználás nélkül nem szabad megvalósítani a projektet. A környezetvédelem, a rétegenergia fenntarthatósága érdekében és a megújuló termálvíz miatt a visszasajtolást meg kell valósítani a geotermikus rendszerek kivitelezése során, még akkor is, ha növekednek az üzemeltetés költségei.
