Amit a Geotermikus energiáról tudni érdemes

A geotermikus energia forrása

A geotermikus energia forrása bolygónk belsejében, a földmagban található. Itt, a Föld felszíne alatt több mint 5000 kilométerrel a Nap felszínénél is magasabb, több ezer Celsius fokos hőmérséklet uralkodik. Ez a hő radioaktív részecskék lassú lebomlásából származik, és ez a folyamat minden kőzetben végbemegy.

A Földnek különböző rétegei vannak:

• A legbelső gömbhéj vagy geoszféra a mag, amely további két rétegből áll: egy szilárd belső vasmagból és egy külső magból. Ez utóbbit nagyon meleg, folyékonnyá olvadt kőzet alkotja, amit magmának hívnak.
• A következő gömbhéj a magmát övező köpeny. Mintegy 3000 kilométer vastag, magmából, illetve a felszín felé haladva kőzetekből áll.
• A Föld legkülső geoszférája a kéreg, vagyis az a viszonylag vékony réteg, amely a kontinenseket és a tengerfeneket adja. Ez az óceánok alatt 5-8 kilométer, míg a szárazföldön 15-50 kilométer vastagságú lehet.

Az állandóan mozgó földkéreg kőzetlemezekre töredezik. A kőzetlemezek szélén a magma közel kerül a földfelszínhez, itt keletkeznek a vulkánok. A vulkánokból kitörő láva részben magmából áll. Lent a mélyben a kőzet és a víz átveszi a magma hőjét, és minél mélyebbre megyünk, annál magasabb lesz a hőmérséklet.

A felszínről a Föld középpontja felé haladva 1 km-enként átlagosan 30 Celsius fokkal emelkedik a hőmérséklet, de bizonyos területeken ennél nagyobb a hőmérsékletemelkedés, így Magyarországon 50-60 Celsius fokkal emelkedik és 2 kilométer mélységben gyakran meghaladja a 100 Celsius fokot. Ez a kőzetek hőtartalmából adódó geotermikus energia. Magyarországon más területekhez képest viszonylag könnyen elérhető a geotermikus energia, és bőven rendelkezésre állnak közvetítőanyagként a felszín alatti vizek is.

Hol található a geotermikus energia?

A legtöbb geotermikus mező mélyen a föld alatt rejlik, ráadásul úgy, hogy a felszínen semmilyen jelét nem látni. A geotermikus energia időnként különböző módon és formában mégis a felszínre tör: a vulkánokban, a hőforrásokban és a gejzírekben. A legaktívabb geotermikus források leggyakrabban a nagyobb kőzetlemezek szélein találhatók, ahol a legtöbb vulkán működik, és ahol a legtöbb földrengés fordul elő.

Amikor a magma megközelíti a földfelszínt, felmelegíti a porózus kőzetekbe leszivárgott talajvizet, illetve azt a vizet, amely a töredezett kőzetrétegek és törésvonalak között folyik. Ekképpen jelennek meg a hidrotermikus készletek, melyek két közös összetevője a víz és a hő. A természetben előforduló nagy területen elhelyezkedő hidrotermikus készleteket nevezzük geotermikus mezőnek. A geológusok különböző módszerekkel kutatják ezeket a lelőhelyeket, ám a legbiztosabb módszer annak felderítésére, hogy mélyen a föld alatt fekszik-e geotermikus mező, ha a kutatók fúrnak egy kutat, és elemzik a mélyben mért hőmérsékleteket.

Geotermikus energia és a környezet

Azt hogy milyen hatást gyakorol a geotermikus energia a környezetre, azon múlik, hogyan használják. A közvetlen felhasználás és a fűtési alkalmazások szinte semmilyen káros hatással nincsenek a környezetre. A geotermikus erőművek nem égetnek tüzelőanyagot az áramtermelés érdekében, ezért károsanyag-kibocsátásuk nagyon alacsony, széndioxid kibocsátásuk pedig kevesebb, mint egy százaléka a fosszilis energiahordozókat használó erőműveknek. A geotermikus erőművekben tisztító rendszert használnak arra, hogy a gőzben és a melegvízben található hidrogén szulfidot eltávolítsák. A gőz és a víz felhasználását követően a vizet visszasajtolják a földbe, hogy a hője ismét felhasználhatóvá váljon.

A geotermikus energia felhasználása

A geotermikus energia felhasználásakor némely esetben a felszínéhez közeli földhőt használják fel, míg más esetekben több ezer méter mély kutakat fúrnak. Ám az ilyen különbségek ellenére a geotermikus energiát alapvetően három módon lehet hasznosítani:

• Fel lehet közvetlenül használni a forró vizet belső terek fűtésére, melegvíz-szolgáltatásra, termálfürdőkben, ipari célokra és a mezőgazdaságban.
• Magas hőmérsékletű gőzből vagy vízből villamos áramot lehet előállítani geotermikus erőművek segítségével.
• A földfelszín közelében lévő víz vagy föld hőmérsékletét hőszivattyúk segítségével épületek fűtésére, illetve nyáron hűtésére használják.

A geotermikus energia közvetlen felhasználása

A forró vizet, mint energiaforrást már az ókortól használták. A rómaiak, a kínaiak és az indiánok is használták a meleg forrásokat fürdésre, főzésre és fűtésre. Manapság is sokan kedvelik a fürdőzést a hőforrásban, és sokan hisznek a forró, ásványi anyagokban gazdag vizek természetes gyógyerejében. A fürdőzés mellett a geotermikus energiát közvetlenül leginkább épületek melegítésre alkalmazzák a távfűtőrendszerekben. A földfelszín közeli forró vizet közvetlenül be lehet vezetni a házak vagy üzemek radiátoraiba. Izland fővárosában, Reykjavíkban az épületek 95%-át így fűtik. Vannak egyéb felhasználási módok is a mezőgazdaságban és az iparban, mint a növénytermesztés, gyümölcsök és zöldségek szárítása.

Hogyan működnek az erőművek?

Működési elv

A geotermikus erőművek üzemeltetéséhez magas hőmérsékletű hidrotermikus készletekre van szükség száraz gőzforrásokból vagy forróvíz-kutakból. Ezeknek az erőforrásoknak az eléréséhez kutakat kell fúrni és a földfelszínre kell vezetni a hőt vagy a forró vizet. A geotermikus kutak másfél-három kilométer mélyek. A geotermikus erőműveknek három fő típusa van, a szárazgőz erőmű, a nedves gőzerőmű és a kétkörös ciklusú erőművek.

Szárazgőz erőművek

A szárazgőz erőművek esetében a geotermikus mezőből közvetlenül vezetik a forró gőzt a turbinákhoz. A gőz meghajtja a turbinát, majd a turbina a generátort, ami elektromos áramot termel. A gőz miatt nincs szükség fosszilis energiahordozókra a turbinák mozgásba hozásához. Ez a legrégebbi formája a geotermikus erőműveknek. Először Olaszországban, Toszkánában alkalmazták 1904-ben, és ez a típusú erőmű napjainkban is igen hatékony. A száraz gőzerőművek csak a felesleges gőzt és nagyon kevés gázt eresztenek a szabadba emisszióként.

Kigőzölögtető vagy nedves gőzerőmű

A nedves gőzerőmű a földből feltörő magas nyomású 180 Celsius fok feletti hőmérsékletű forró vizet alakítja át gőzzé. A forró vizet egy tartályba spriccelik be, amely a folyadéknál jóval alacsonyabb nyomású. A folyadék egy része ettől gyorsan gőzzé alakul. A gőz ezt követően meghajtja a turbinát, amely mozgásba lendíti a generátort. Amikor a gőz lehűl, vízzé alakul vissza, és ezt visszasajtolják a földbe. A legtöbb geotermikus erőműben ezt a nedves gőzös eljárást alkalmazzák.

Kétkörös erőművek

A legtöbb geotermikus terület mérsékeltebb hőmérsékletű vízbázissal rendelkezik. (200 Celsius fok alatti) Ezekből a területekből az energiát kétkörös erőmű segítségével lehet kinyerni. A forró vizet egy hőcserélőre vezetik, ahol az átadja a hőt egy másik folyadéknak, amelynek a forrási pontja jóval alacsonyabb a víznél. A forró víz hatására a másik folyadék gőzzé válik, amely meghajtja az erőmű turbináját. Mivel ez egy zártkörű rendszer semmilyen emisszió nem kerül a környezetbe. Mivel a legtöbb geotermikus forrás alacsonyabb hőmérsékletű vízbázissal rendelkezik, várhatóan a legtöbb geotermikus erőmű a jövőben kétkörös típusú lesz.

A Kalina technológia

A Kalina technológia révén alacsonyabb hőmérsékletű geotermikus területeken is termelhető áram

A módszer arra a műszaki folyamatra épül, hogy alacsony hőmérsékletű forrásból származó hőenergiával ammónia és víz zárt rendszerben áramló elegyét hevítik és elpárologtatják. Pontosan ez az elegy teszi kivételessé ezt a technológiát, amelyet Dr. Alexander Kalináról, az Egyesült Államokban élő, orosz származású mérnökről neveztek el. A Kalina technológia kifejlesztése több mint két évtizedig tartott, kereskedelmi célú alkalmazása azonban csak néhány éve kezdődött meg.
Közismert, hogy az ammónia és a víz, mint bármilyen más egykomponensű közeg, állandó hőmérsékleten párolog el, illetve alakul cseppfolyóssá. A Kalina technológia egyedisége abból fakad, hogy a két közeg elegye viszont változó hőmérsékleteken párolog el, illetve alakul vissza cseppfolyós halmazállapotúvá. Ez a tulajdonság nyújtja azt a lehetőséget, hogy az ammónia és a víz elegyével hatékonyabban felhasználható a hulladékhő, mint az egykomponensű anyagokkal. Az alacsonyabb hőmérsékletű rendszerek összehasonlításából kiderül, hogy a Kalina technológia használatával az elektromos erőművek hatékonysága akár 20-50%-kal is megnőhet.

A Kalina technológiát először Izlandon alkalmazták

A Kalina technológiát először Izlandon alkalmazták, amikor felújították egy kis halászfalu, Husavik geotermikus erőművét. A létesítménybe beépítettek a 2 MW-os „Kalina” típusú áramtermelő erőművet, amely 124 Celsius fokos melegvizet használ villamos áram előállítására, majd később ugyanezzel a vízzel fűtik a város épületeit. A Husavik-I erőmű 2000. júliusában kezdte meg működését. Ez a világon az első Kalina tipusú elektromos erőmű, amely alacsony hőmérsékletű geotermikus hőből állít elő elektromos áramot. A husaviki erőmű a város elektromos áram igényének mintegy 75%-át elégíti ki.

Maga a technológia

Az ammónia és a víz elegyét a geotermikus vízzel hevítik, mely folyamat közben a víz 124 Celsius fokról 80 Celsius fokra hűl le. Az elegy gőze meghajt egy gőzturbinát, amely az elektromos generátor forgatásával villamos energiát termel. A geotermikus vizet ezt követően a város fűtésére használják fel. A gőzturbinából kilépő ammónia-víz keveréket hideg vízzel kondenzálják, miközben a hűtővíz 5 Celsius fokról 25 Celsius fokra melegszik. Az erőmű hűtővizét ezt követően a halgazdaságban hasznosítják.