Cím:

Geotermia határok nélkül a Kárpát-medencében

Geothermal Energy without Frontiers in the Carpathian Basin

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Nádor Annamária PhD, vezető hivatali főtanácsos

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Rotárné Szalkai Ágnes, hivatali főtanácsos I

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Zilahi-Sebess László, vezető hivatali főtanácsos

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Maros Gyula PhD, osztályvezető

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Szőcs Teodóra PhD, osztályvezető

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Tóth György, nyugalmazott hidrogeológus

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Gál Nóra PhD, hivatali főtanácsos II

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Gulyás Ágnes, hivatali főtanácsos II

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Magyar Bányászati és Földtani Szolgálat, Budapest

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

nador.annamaria@mbfsz.gov.hu
 
Összefoglalás
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A Kárpát-medence gazdag geotermikus erőforrásai, az ezeket hordozó regionális termálvíz­áramlási rendszerek a terület nagy földtani szerkezeteihez igazodva több országon átnyúlva helyezkednek el. Ezek fenntartható használata csak egy határokon átnyúló, a szomszédos országokkal közösen kialakított gazdálkodási stratégiával valósulhat meg. Az elmúlt években három transznacionális projekt keretében a szomszédos országokkal közösen vizsgáltuk Magyarország ÉNy-i, Ny-i, illetve D-i és DK-i határvidékein a geotermikus energia hasznosításának lehetőségeit, a termálvíztermelés lehetséges hatásait és a hatékonyabb kihasználásukban rejlő lehetőségeket, a geotermikus rezervoárok regionális elterjedését és jellemzését.
 
Abstract
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

The rich geothermal energy resources of the Carpathian Basin, as well as the regional thermal groundwater flow systems, as carrying medium of the subsurface heat are linked to large-scale geotectonic units spreading over the territory of several neighbouring countries. The sustainable management of these geo-energy assets requires a harmonized management strategy. During the past few years 3 transnational projects at the NW, W, S and SE parts of Hungary were focussing on the assessment of utilization of thermal water, their impacts and more efficient use, as well as the delineation and characterization of (transboundary) geothermal reservoirs in these regions.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Kulcsszavak: Kárpát-medence, geotermikus energia, termálvíz-hasznosítás, fenntartható gazdálkodás, rezervoár
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Keywords: Carpathian Basin, geothermal energy, thermal water utilization, sustainable management, reservoir
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

DOI: 10.1556/2065.180.2019.12.4
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

 
Bevezetés
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A világ növekvő energiaigényének kielégítésében kiemelt szerepük van a megújuló energiaforrásoknak. A regionális adottságoktól függően – így hazánk esetében is – tovább növeli a megújulók fontosságát az importfüggőség csökkentése, ezáltal az energiaellátás biztonságának fokozása. A „zöld energia” növekvő felhasználásának másik, legalább ennyire fontos ösztönzői a fosszilis energiahordozók elégetéséből származó szén-dioxid-kibocsátást és ezzel kapcsolatban a klímaváltozás hatásait mérséklő törekvések. Hazánkban 2016-ban a megújulók részaránya a bruttó belföldi energiafogyasztásban 11,7% volt, ennek döntő többsége (10,8%) fa és egyéb szilárd biomassza, a geotermia részaránya mindössze 0,5% (forrás: Eurostat). Ez a szám meglehetősen csekély ahhoz képest, hogy hazánkat – adottságait tekintve – rendszeresen „geotermikus nagyhatalomként” említik Európa-szerte. A geotermikus gradiens Magyarországon mintegy másfélszerese a világátlagnak (45 °C/km), a legmagasabb a Dél-Dunántúlon és az Alföld délkeleti részén. A felszín alatt 1000 m-rel számos területen 60-70 °C, míg 2 km mélységben már a 120-130 °C-ot is meghaladja a kőzetek, illetve az azok repedéseiben, pórusaiban tárolt víz, illetve gőz hőmérséklete. Mindezek a kedvező földtani adottságok annak tudhatók be, hogy a Kárpát-medence mintegy 10-12 millió évvel ezelőtti képződése során a tektonikai húzóerők hatására a földkéreg elvékonyodott, így az alatta elhelyezkedő, 1200 °C-ot meghaladó hőmérsékletű asztenoszféra közelebb található a felszínhez, magasabb hőáramot biztosítva (Dövényi–Horváth, 1988).

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Jelenleg az országban közel kilencszáz termálkút üzemel, amelyekből kifolyó víz hőmérséklete meghaladja a 30 °C-ot. Ezek körülbelül egyharmada balneológiai célú, negyedük (főként az alacsonyabb hőmérsékletű vizek) ivóvízellátásra hasznosul, és közel fele szolgál közvetlen hőhasznosítási célokat (üvegházak, épületek fűtése, használati melegvíz termelése, távfűtés) (Nádor et al., 2016).

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A geotermikus energia fő hordozóközegét jelentő termálvíz az ország határaitól függetlenül, a földtani szerkezetek által meghatározott regionális pályák mentén áramlik. Ezen nagy áramlási rendszerek hatalmas területeket foglalnak magukba: az utánpótlódási régiók a Kárpát-medencét övező hegyvidékeken, az országhatáron kívül helyezkednek el, ahol a beszivárgó csapadékvíz a mélybe jutva felmelegszik, és a medence arra földtanilag-vízföldtanilag alkalmas egységei­ben áramlik a természetes vagy mesterséges megcsapolási pontok felé (1. ábra). Ezért csak egy határokon átnyúló, a szomszédos országokkal közösen kialakított gazdálkodási stratégia vezethet a termálvizek fenntartható használatához. A termálvíz/geotermikus energia harmonizált gazdálkodása azért különösen fontos, mert már meglevő tapasztalatok igazolják (Tóth et al., 2016), hogy egy adott ország víztermelésének esetleges negatív hatásai (depresszió, hozam- és hőmérséklet-csökkenés stb.) különösen a határ menti régiókban, a szomszédos országokban is jelentkezhetnek.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

1. ábra. A Kárpát-medence regionális termálvízáramlásainak elvi vázlata
(Az ábrák a szerző szerkesztései)
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Az ország Kárpát-medencében elfoglalt kedvező központi elhelyezkedését felhasználva a Magyar Bányászati és Földtani Szolgálat, illetve jogelőd intézményei (Magyar Földtani és Geofizikai Intézet, Magyar Állami Földtani Intézet) az elmúlt évtizedben több, határokon átnyúló nemzetközi projektet koordináltak (T-JAM: geotermikus hasznosítások számbavétele, a hévízadók értékelése és közös hévízgazdálkodási terv előkészítése a Mura–Zala-medencében; Transenergy: Szlovénia, Ausztria, Magyarország és Szlovákia határokkal osztott geotermikus erőforrásai; DARLINGe: a Duna régió vezető szerepe a geotermiában). A kutatások keretében az alábbi főbb kérdésekre kerestük a választ:
  • Össze lehet-e hangolni (és hogyan) az „energetikai” (a Megújuló Irányelvvel [2009/28/EC] összhangban meghatározott nemzeti célszámok elérése) és a „környezeti” (a Víz Keretirányelv [2000/60/EC] mentén kijelölt felszín alatti víztestek mint geotermikus vízadók jó állapota) célokat?
  • A geotermikus energia felhasználásának növeléséhez szükséges-e a termálvízkivétel növelése – ha igen, akkor melyek a fenntartható termelés peremfeltételei?
  • Milyen egyéb megoldásokkal (energiahatékonyság fokozása, kaszkádrendszerek) lehet a már meglevő rendszereket hatékonyabban üzemeltetni?
  • Milyen egymásra hatásai vannak/lesznek a már létező és az esetlegesen tervezett új geotermikus rendszereknek, különösen azokon a területeken, ahol sok üzemelő termálkút található (például a Dél-Alföld térsége)?
  • Milyen módszereket lehet kidolgozni a termálenergia/hévíz határokon átnyúló harmonizált, fenntartható gazdálkodására?
 
 
Módszertan és eredmények
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A fenti kérdések megválaszolásához mindhárom említett projektben többlépcsős módszeregyüttest alkalmaztunk, amely az évek során egyre finomodott, és újabb részletekkel egészült ki.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Első lépésben az adott projektterületen részletes felmérést készítettünk a működő termálkutakról, és ezek adataiból (például: kifolyó víz hőmérséklete, hozama, a szűrőzött szakaszok mélysége, a vízadó litológiája, a felhasználás módja) adatbázist építettünk, amely az adatok sok szempontú lekérdezhetőségét és megjelenítését tette lehetővé (Rman et al., 2015) (2. ábra).
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

2. ábra. Üzemelő termálkutak osztályozása és térképi megjelenítése a kifolyó víz hőmérséklete szerint
DARLINGe projekt
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Ezt követően a vizsgálandó területre meghatároztuk a főbb hidrosztratigráfiai egységeket (a vízföldtani szempontból hasonlóan viselkedő kőzetegyütteseket), és olyan földtani térmodelleket szerkesztettünk, amelyek alapján ezek határoló felületei megadhatóak. A földtani modell jelenti a vázat a numerikus vízföldtani modellekhez (amelyek általában ModFlow- vagy FeFlow-környezetben készültek), és amelyek segítségével megadhatóak a főbb nyomásszintek, meghatározhatóak az áramlási pályák, a meghatározott egységek közötti vízmérlegadatok 3. ábra). Különböző termelési szcenáriók futtatásával ezen modellek segítségével előre jelezhetők a jövőbeli termelések hatásai is (Tóth et al., 2016). A vízkémiai értékelések az áramlási pályák pontosításában, a vizek eredetének és korának megállapításában játszanak fontos szerepet.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

3. ábra. Modellezett felszín alatti vízszintcsökkenések a felső-pannon termálvízadóban a 2007 és 2009 közötti időszakban Magyarország, Szlovákia, Ausztria és Szlovénia együttes termeléseinek figyelembevételével (a skálán feltüntetett számok méterekben jelzik a vízszintcsökkenést)
Transenergy projekt
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A földtani és vízföldtani modellek természetesen kiegészülnek geotermikus modellekkel is (Lenkey et al., 2017), ezek általában a felszín alatti hőmérséklet-eloszlásokat mutatják izotermatérképek (adott hőmérséklet mélybeli eloszlása) vagy mélység-hőmérséklet (adott mélységben érvényes hőmérséklet-eloszlás) térképek formájában (4., 5. ábra).
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

4. ábra. Az 50 °C-os izoterma mélysége a tengerszint felett a pannon medenecekitöltő üledékekben
DARLINGe projekt
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

5. ábra. A 100 °C-os izoterma mélysége a tengerszint felett a pannon medencekitöltő üledékekben
DARLINGe projekt
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Természetesen ezen közös modellek kialakítása csak a szomszédos országok közötti harmonizált földtani, vízföldtani és geotermikus adatok alapján lehetséges, ezért a modellépítéseket minden esetben hosszú adatgyűjtési és adatharmonizációs fázis előzte meg. Ennek eredményeként az egyes országok szakemberei által egységes adatbázisba rendezett hidrogeológiai és geotermikus adatai alapján, az egyes földtani képződményekre kialakított közös jelkulcs alkalmazásával egységes, országhatároktól független térképsorozatokat készítettek.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A különböző földtani és geotermikus modellfelületek kombinációjával lehetőség nyílt a geotermikus rezervoárok főbb típusainak lehatárolására és térbeli megjelenítésére is (Rotár-Szalkai et al., 2017). A Kárpát-medence területén tipikusan két fő rezervoártípust lehet elkülöníteni: a porózus medencekitöltő üledékeket (ezen belül is kiemelten a homokos összetételű felső-pannon képződményeket), illetve a repedezett, karsztosodott kőzeteket a medence­aljzatban. A megfelelő határoló földtani modellszint és a különböző izotermatérképek elmetszésével ezen két fő típuson (porózus és repedezett) belül további alkategóriák jelölhetőek ki a hőmérséklet szerint (például: 30–50 °C, 50–100 °C, 100–150 °C), ami egyben a lehetséges jövőbeli hasznosításokra is támpontot jelent (például alacsonyabb hőigényű egyedi épületfűtés vagy balneológiai hasznosítás, magasabb hőigényű geotermikus távfűtőrendszerek stb.). A DARLINGe projektben a rezervoárokra már valószínűségi számításon alapuló (Monte-Carlo-módszerrel végzett) vagyonszámításokat is végeztünk, ahol a valószínűségi változókat a rezervoár főbb paraméterei (térfogat, porozitás, hőmérséklet) jelentették (6., 7. ábra).
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

6. ábra. A Dráva-medence kitermelhető hőmennyisége a különböző hőmérséklet-tartományú medencekitöltő porózus üledékekben nagy (P10), közepes (P50) és kis fokú bizonytalansággal (P90) végzett becslések alapján
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

7. ábra. A Makói-árok kitermelhető hőmennyisége a különböző hőmérséklet-tartományú medencekitöltő porózus üledékekben nagy (P10), közepes (P50) és kis fokú bizonytalansággal (P90) végzett becslések alapján
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Ezen tudományos feladatok mellett a projektekben a fenntartható energiagazdálkodást segítő különböző módszerek fejlesztése is rendszerint megtörtént. Egyik ilyen módszer az ún. benchmark értékelés (Prestor et al., 2015), amely egyedi termálkutak különböző jellemző adataiból számított független indikátorok (például: energiahatékonyság, a hasznosítás hatékonysága, visszasajtolás mértéke, túltermelés, monitoring stb.) elemzésén és összehasonlításán alapul. Emellett a DARLINGe projektben egy újszerű földtani kockázatértékelő rendszert is kialakítottak, amely a különböző geotermikus projektek kutatási (fúrási), tesztelési és üzemelési fázisaiban a lehetséges földtani kockázati események (például: a célrezervoárt nem tárja fel a kutatófúrás, a feltárt fluidum hőmérséklete, hozama alacsonyabb az elvártnál, túlnyomásos zóna jelenléte stb.) azonosítására össz­pontosítva tesz javaslatot a kockázatok mérséklésére, lehetséges megelőzésére és azok ütemezésére. A DARLINGe projektben sor került az ENSZ által kidolgozott UNFC-2008-as osztályozási módszertan alkalmazására is, amely egységes megközelítést biztosít a világ bármely részén megvalósult, folyamatban lévő vagy tervezett geotermikus projektek összehasonlítására, elősegítve elsősorban a potenciális befektetők döntéshozatalát.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A projektek eredményeinek integrált értelmezése különböző stratégiák, ajánlások formájában történik (Nádor et al., 2012; Szőcs et al., 2018), míg az adatok interaktív webportálokon jelennek meg széles körű felhasználást biztosítva (URL1) mind a szakemberek, mind a döntéshozók részére.
 
Köszönetnyilvánítás
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A cikkben hivatkozott projektek az alábbi támogatások segítségével valósulhattak meg: T-JAM: Szlovénia–Magyarország Határon Átnyúló Együttműködési Program 2007–2013 (SI-HU-1-2-013), Transenergy: Közép-európai Program (2CE124P3/01), DARLINGe: Duna Transznacionális Program (DTP1-099-3.2). A bemutatott eredmények a pályázatok nemzetközi konzorciumai együttes munkájának gyümölcsei, a szerzők köszönetüket fejezik ki Szlovákia, Ausztria, Szlovénia, Horvátország és Bosznia-Hercegovina Földtani Szolgálatai, a Belgrádi Egyetem, valamint a Román Földtani Intézet e projektekben részt vevő munkatársainak.
 
Irodalom
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Dövényi P. – Horváth F. (1988): A Review of Temperature, Thermal Conductivity, and Heat Flow Data from the Pannonian Basin. In: Royden, L. H. – Horváth F. (eds.): The Pannonian Basin: a Study in Basin Evolution 45. AAPG Memoir, 195–235. DOI: 10.1306/M45474C16

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Lenkey L. – Raáb D. – Goetzl, G. et al. (2017): Litospheric Scale 3D Thermal Model of the Alpine-Pannonian Transition Zone. Acta Geodaetica et Geophysica Hungarica, 52, 2, 161–182. DOI: 10.1007/s40328-017-0194-8, http://real.mtak.hu/86566/

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Nádor A. – Kujbus A. – Tóth A. N. (2016): Geothermal Energy Use, Country Update for Hungary. Abstract. European Geothermal Congress 2016, Strasbourg, France, https://www.researchgate.net/publication/308596653_Geothermal_Energy_Use_Country_Update_for_Hungary

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Nádor A. – Lapanje, A. – Tóth G. et al. (2012): Transboundary Geothermal Resources of the Mura-Zala Basin: Joint Thermal Aquifer Management of Slovenia and Hungary. Geologija, 55, 2, 209–224. DOI: 10.5474/geologija.2012.013, https://www.researchgate.net/publication/258002001_Transboundary_geothermal_resources_of_the_Mura-Zala_basin_joint_thermal_aquifer_management_of_Slovenia_and_Hungary

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Prestor, J. – Szőcs T. – Rman, N. et al. (2015): Benchmarking – Indicators of Sustainability of Thermal Groundwater Management. In: Proceedings World Geothermal Congress 2015. IGA. Melbourne, Australia. 19–25. (April 2015), https://www.geothermal-energy.org/explore/our-databases/conference-paper-database/

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Rman, N. – Gál N. – Marcin, D. et al. (2015): Potentials of Transboundary Thermal Water Resources in the Western Part of the Pannonian Basin. Geothermics, 55, 88–98. DOI: 10.1016/j.geothermics.2015.01.013

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Rotár-Szalkai Á. – Nádor A. – Szőcs T. et al. (2017): Outline and Joint Characterization of Transboundary Geothermal Reservoirs at the Western Part of the Pannonian Basin. Geothermics, 70, 1–16. DOI: 10.1016/j.geothermics.2017.05.005, https://www.researchgate.net/publication/317600743_Outline_and_joint_characterization_of_Transboundary_geothermal_reservoirs_at_the_western_part_of_the_Pannonian_basin

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Szőcs T. – Rman, N. – Rotár-Szalkai Á. et al. (2018): The Upper Pannonian Thermal Aquifer: Cross Border Cooperation as an Essential Step to Transboundary Groundwater Management. Journal of Hydrology: Regional Studies, 20, 128–144. DOI: 10.1016/j.ejrh.2018.02.004, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214581817303658

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Tóth Gy. – Rman, N. – Rotár-Szalkai Á. et al. (2016): Transboundary Fresh and Thermal Groundwater Flows in the West Part of the Pannonian Basin. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 57, 5, 439–454. DOI: 10.1016/j.rser.2015.12.021, https://www.academia.edu/34067737/Transboundary_fresh_and_thermal_groundwater_flows_in_the_west_part_of_the_Pannonian_Basin
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!