EGS rendszerek a világban és Magyarországon

Az EGS technológia mint ötlet és koncepció már az 1970-es években felmerült, amikor az USA-ban (Fenton Hill) a Los Alamos National Laboratories egy jelenleg is aktív vulkáni területen egy 785 m mély fúrást létesített, amelynek talpán a forró gránitos kőzet hőmérséklete 100,4 °C volt. További fúrások lemélyítését követően a forró kőzetben hidraulikus rétegrepesztéseket végeztek, és a kialakuló repedésrendszeren keresztül sikerült kis mennyiségű vizet cirkuláltani és ezzel a koncepció működőképességét igazolni. Fontos hangsúlyozni, hogy ezen kezdeti elképzelések még pusztán egy forró kőzettest megrepesztéséről szóltak, ezért ezeket a korai próbálkozásokat „forró kőzet” (hot dry rock - HDR) technológia néven foglalják össze. 1988-ig összesen 155 millió dollárt költöttek a Fenton Hill HDR projektre, amelyhez Németország és Japán további 32 millió dollárral járult hozzá.

Hamarosan azonban nyilvánvalóvá vált, hogy teljesen tömör kőzetekben nem lehet hatékonyan annyi repedést generálni, amely elég lenne a felszínen elektromos áram gazdaságos előállításához. Ezért a koncepciót továbbfejlesztve már elsősorban olyan helyszíneket kezdtek kutatni és tesztelni, a nagymélységben található forró kőzetek eleve rendelkeznek egy minimális természetes repedezettséggel. Ez a repedezettség mesterséges úton (pl. rétegrepesztéssel) „feljavítható” vagyis lényegesen nagyobb repedésrendszer hozható létre a mélyben.

Az EGS technológia fejlesztésének kezdeti időszakához képest ma már jóval korszerűbb technológiai háttérrel rendelkezünk, melyet az olajipar, azon belül is a nagy multinacionális szerviz vállalatok (Schlumberger, Halliburton, stb.) technológiai fejlesztései teremtettek meg. Így már gazdaságosan állítható elő. Az így kialakított Javított Hatékonyságú Geotermikus Rendszerek (Enhanced Geothermal Systems – EGS) fejlesztése az 1990-es évek végén újabb lendületet vett és ma már számos országban és eltérő földtani környezetben működnek főként kutatás-fejlesztési, demonstrációs projektekként és esetenként számottevő elektromos áramot termelnek.

Az EGS technológia elvileg bárhol alkalmazható, hiszen „csupán” arra van szükség, hogy a nagy, több kilométeres mélységben található forró kőzeteket fúrással feltárják és mesterséges repedésrendszert alakítsanak ki. Ezért sokan úgy gondolják, hogy az ezekre telepített erőművek jelenthetik a mélységi földhőtermelés jövőjét.

De mint minden új technológia, az EGS is hosszas és költségigényes kutatás-fejlesztést igényel. A világon jelenleg valamivel több mint 30 EGS projekt van, annyit előzetesen is kijelenthetünk, hogy az EGS-technológia világszerte a kutatás-fejlesztés stádiumában van.

A világon 2013-ban létező és számottevő EGS projektek adatait a következő ábra foglalja össze.

A vizsgált projektek döntő részében a tározó kristályos kőzet (gránit), csakúgy, mint a tervezett battonyai projekt esetében. A 3. ábra jól mutatja, hogy a kutak mélysége tipikusan 3000-4000 m, a tározó hőmérséklete pedig általában 150-250 °C.

A Dél-alföldi EGS erőmű Magyarország és a Kárpát-medence első EGS projektje.

Nemzetközi összehasonlításban összefoglalásképpen tehát megállapítható, hogy a battonyai projekt mind a tározó kőzettípusa (gránit), mind a tervezett kútmélység (4000 m), mind a becsült maximális hőmérséklet (225°C) tekintetében illeszkedik a sikeres nemzetközi projektekhez. Ugyanakkor a battonyai projekt tervezett villamos erőművi kapacitása (11,8 MW) és mintegy 60 MWt tervezett hőhasznosítása jelentősen meghaladják a világban jelenleg működő EGS erőművek értékeit. A kapacitás elérésében kulcs-szerepe lesz a világviszonylatban is újdonságnak számító rétegcsúsztatásos módszer sikerességének.

Geotermikus potenciál

A világ globális villamosenergia-termelésének a kétharmada fosszilis erőművekből, a többi pedig vízerőművekből (16,2%), atomerőművekből (11%) és egyéb energiatermelési módokból származik (www.iea.org). Ugyanakkor valamennyi nemzetközi energiapolitikai forgatókönyv a „zöld-energia”, a „zöld-áramtermelés” jelentős fokozódásával és az energia szektor számottevő dekarbonizációjával számol az elkövetkező évtizedekben. A közelmúltban megjelent, az Európai Unió energetikai jövőképét felvázoló Energia Unió dokumentum [COM(2015)80] fő célkitűzése a biztonságos, hozzáférhető és környezetbarát energia biztosítása Európa számára, amelyben a megújulóknak kiemelt szerepet szánnak. A 2050-re szóló energia útiterv [COM (2011) 885/2] megújulókat preferáló forgatókönyve például 75% megújuló részarányt feltételez a teljes végső energiafelhasználásban, és 97%-ot az elektromos energia felhasználásban 2050-re.

Jelenleg a világ teljes villamos áram termelésében a geotermia ugyan csekély részarányban, 12635 MWe beépített kapacitással (73549 GWh villamosenergia termeléssel) vesz részt, de ez az arány 2020-ra feltehetőleg közel megduplázódik (21443 MWe), és a fenti jövőképek szerint további növekedés várható, amiben az EGS erőműveknek várhatóan nagy szerepük lesz.

A Massaschusetts Institute of Technology (MIT) 2006-ban bocsátotta ki „The Future of Geothermal Energy – Impact of Geothermal Systems (EGS) on the United States in the 21st Century” c. tanulmányát (Tester, 2006). A tanulmány készítői azt állítják, hogy 2050-ig az USA-ban 100000 MW (100 GW) villamos teljesítményű, báziserőműként működtethető EGS kapacitás építhető ki. Továbbá a technológia kereskedelmi szintű elterjesztéséhez 15 év fejlesztési idő és 800 millió – 1 milliárd dollár fejlesztési forrás biztosítását tartják szükségesnek.

A Kárpát-medence, de különösen Magyarország területe alatt a földkéreg az átlagosnál vékonyabb, ezért hazánk geotermális adottságai igen kedvezőek. A Föld belsejéből kifelé irányuló földi hőáram átlagértéke 90–100 mW/m2, ez mintegy kétszerese a kontinens átlagának. A geotermikus gradiens – vagyis hogy egységnyi mélységnövekedéshez mennyi hőmérsékletemelkedés társul – átlagos értéke a Földön általában 0,020–0,033 oC/m, nálunk általában 0,042– 0,066 oC/m. A fenti termikus adottságok miatt nálunk 1000 m mélységben a réteghőmérséklet eléri, sőt meg is haladja a 60oC-t, 2000 m mélységben pedig már 100 oC feletti a hőmérséklet.

A Kárpát-medence tehát a világ egyik legnagyobb, igen kedvező geotermális adottságú (hot spot), üledékes kőzetekkel feltöltött medencéje. Ebből adódik az a lehetőség, hogy az alattunk levő földtani közeg hőkapacitását saját javunkra fordítsuk, megújuló módon a környezet szennyezése nélkül hasznosítsuk.

A geotermikus projektek jellemzői

A hagyományos geotermikus projektek célja, hogy a földkéreg mélyebb rétegeiben található hévíz hőjét hasznosítsák. Ezzel kiváltható a meglévő (pl. földgáz alapú) fűtőmű vagy egyéb direkt hőfelhasználásként (pl. melegházak, mezőgazdasági szárítók, halgazdaságok tavainak fűtéseként, stb.) is hasznosíthatók.

Magyarország geológiai adottságai mindehhez kiválóak, mivel jelentős hévíztározókkal rendelkezünk. A hagyományos geotermikus hőellátási projektek (pl. távfűtés) részére a hévizet jellemzően kb. 1000-2500 méter mélységű fúrt kutak biztosítják.

További cél lehet elektromos áramot előállító erőművek létesítése, illetve a kitermelt hő kapcsolt hasznosítása.

Egy geotermikus projektben általában 3-5 év telhet el a kezdeti ötlettől a termelés megindulásáig. Az 1-3 éves kutatási fázis során át kell tekinteni az üzleti és geológia információkat és meg kell szerezni a kutatási jogot. A kiválasztott helyszínen geológia méréseket kell elvégezni, majd ezután következhet az első kút furása, a kútteszt, majd a második kút fúrása. A hosszú kútteszt után meghatározzák az erőmű tulajdonságait, majd megkezdődhet a felszíni erőmű építése. . Ebben a szakaszban kell megkötni a hosszú távú piaci szerződéseket. Az Egyesült Államokban például az áramszolgáltatók 20-25 éves időtartamra előre lekötik a geotermikus kapacitásokat, az aktuális piaci árhoz képest 20-30%-kal olcsóbban.

A termelés legalább 35 évig, de általában még hosszabb ideig történhet. Egy olaszországi erőmű például az 1900-as évek eleje óta a mai napig üzemel. A termelés során megkerülhetetlen az üzemi kockázatok és környezeti hatások kezelése.

A geotermikus projektek kezdetben komoly tőkét igényelnek, hiszen ekkor folyik a kutatás, az engedélyeztetési és megvalósíthatósági tanulmányi fázis, majd a fúrások és a rendszer kiépítése.

Ezeknek a magas kezdeti költségekkel és kockázatokkal járó projekteknek a megtérülési ideje rendszerint meghaladhatja a 10 esztendőt. A magas tőke- és technológia igény következtében kis- és középvállalatok számára ezek nehezen megvalósítható befektetések, illetve valamilyen formában támogatás szükséges a projekt megvalósítása érdekében.

A geológia kockázatok kiküszöbölésére fontos a kutatási program fegyelmezett végrehajtása, de több országban állami szinten is támogatják a projekteket. Németországban az állam elvégezte az ország szeizmikus feltérképezését, így a projektvezetők számára ezek az információk elérhetők. Norvégiában az offshore szénhidrogén-kutatásnál az állam sikertelen fúrás esetén a költségek 70%-át visszatéríti, ezzel is ösztönözve a beruházókat új projektek indítására. A karbantartási munkafolyamatok optimalizálásával együtt csökkenhetőek a működési költségek is.