Termálvizek és geotermia Doktori kurzus kurzuskód: gggn9224 tárgyfelelős: Mádlné Dr. Szőnyi Judit és Dr. Lenkey László A geotermikus készletek osztályozása és készletbecslés 1-4. fejezet: Mádlné Szőnyi Judit 5. fejezet: Lenkey László

A geotermikus készletek osztályozása és készletbecslés 1.1. A MCKelvey-diagram 2. Készletszámítási módszerek 2.1. Felszíni hőáram módszer 2.2. Térfogati módszer 2.3. Kitermelési tényező 3. Tározó típusokra kifejlesztett térfogati módszer 3.1. Melegvizes víztartók 3.2. Töréses szerkezetek 3.3. Kristályos kőzetek 4. Németország geotermikus potenciálja 5. Magyarország geotermikus potenciálja

A gondolkodás a bányatörvény fogalomrendszerét követi. Magyarországon a készlet szinonimájaként a vagyon kifejezés használatos. (In situ: állam tulajdona, kitermeléssel megy át a bányavállakozó tulajdonába.) A gondolkodás a bányatörvény fogalomrendszerét követi. Geotermikus energiavagyon: a geotermikus energia számítással vagy becsléssel meghatározott része. A készlet kifejezésre és a készletek osztályozására jelenleg sincs nemzetközileg általánosan elfogadott nevezéktan (Dickson és Fanelli, 2003). Muffler és Cataldi (1978) definíciói – mint már utaltunk is erre – kisebb módosításokkal, ma is érvényesek. Ezt használják az Egyesült Államok és számos egyéb ország geotermikus vagyonának nyilvántartásában. A hazai nevezéktanban is ezt követik (Rezessy és társai, 2005). A különbség mindössze annyi, hogy a magyar ásványvagyon nyilvántartásban a készlet helyett, vele azonos értelemben a vagyon megnevezést használják. A szóhasználat a hazai bányatörvény fogalomrendszerét követi, amely szerint az ásványvagyon az állam tulajdonában lévő ásványi nyersanyagoknak becsléssel vagy számítással meghatározott része. Az ásványvagyon a kitermelés révén megy át a bányavállalkozó tulajdonába. Ezen analógia szerint a geotermikus energia in situ állapotában az állam tulajdonában áll, és ennek számítással vagy becsléssel meghatározott része a geotermikus energiavagyon (Rezessy és társai, 2005). Az utóbbi években Európában új szemléletű készletosztályozások láttak napvilágot. Jung és társai (2002) a tározó típusa, Kohl és munkatársai (2005) a hőmérséklet és hidrogeológiai jellemzők együttese alapján kategorizálják a készleteket. A következőkben tekintsük át ezeket a készletosztályokat! Elsőként ismerjük meg a Muffler és Cataldi (1978) készletkategóriáit ábrázoló McKelvey-diagramot. A geotermikus készletkategóriákat a földtani megkutatottság és a gazdasági megvalósíthatóság szempontjainak kombinációja alapján vezették le. Az ábrán az eredeti McKelvey-diagram (Muffler és Cataldi, 1978) módosított változata látható, melynek szóhasználata a hazai ásványvagyon felosztásának szempontrendszerét követi. A MCKelvey-diagram

A MCKelvey-diagram Geotermikus alapkészlet: a teljes hőenergia, mely a földfelszín egy adott területe alatt található Kinyerhető alapkészlet = Földtani vagyon: a teljes hőenergia, amely a földfelszín egy adott területe alatt a földkéreg felső 7 km-ében található (hazánkban 5 km a számbavételi határ) Nem kinyerhető alapkészlet: ami a kinyerhető alapkészlet alatt található Hasznos kinyerhető alapkészlet = Hasznos földtani vagyon: az elkövetkezendő 100 évben gazdaságosan és legálisan kitermelhető készlethányad Maradék kinyerhető alapkészlet: fokozatosan fejlődő technológiát és egyre kedvezőbb gazdasági körülményeket feltételezve sem termelhető ki a közeljövőben gazdaságosan A geotermikus alapkészlet a földfelszín egy adott területe alatt található teljes hőenergia. Az alapkészlet földfelszíntől számított kisebb mélységben található részét, mely a kitermelés céljára fúrással valószínűleg elérhető, tekintik a kinyerhető alapkészletnek. Ez alatt található a nem kinyerhető alapkészlet (Muffler, 1973). A kinyerhető alapkészletre a meghatározás nem egyértelmű. Egy elfogadottabb értelmezés szerint ugyanis a földfelszín egy adott területe alatt, a földkéreg felső 7 km-ében található teljes hőenergiát jelenti (White és Williams, 1975; Renner és társai, 1975; Nathenson és Muffler, 1975). Ez utóbbi megfogalmazás a 7 km-es mélységet olyan számbavételi határnak tekinti, amely alatt vagyont nem értelmeznek – jelezve egyúttal a fúrással, a jelenlegi technikával még elérhető mélységet (Jung és társai, 2002). Hazánkban ezt a mélységet Rezessy és társai (2005) 5 km-ben határozták meg, és a kinyerhető alapkészletre a földtani vagyon kifejezést használják. Definíciójuk alapján a fúrásokkal feltárt mélységtartományban elhelyezkedő, a kőzetvázban és a folyadékban tárolt geotermikus energia összegét tekintik földtani vagyonnak (Rezessy és társai, 2005). A földtani vagyonon belül a hasznos kinyerhető alapkészlet vagy hasznos földtani vagyon az elkövetkezendő száz évben gazdaságosan és legálisan kitermelhető készlethányad. Kiaknázási költségei összevethetők a többi energiahordozó hasonló költségeivel. A földtani vagyon másik része a maradék kinyerhető alapkészlet. A készletnek ez a része fokozatosan fejlődő technológiát és egyre kedvezőbb gazdasági körülményeket feltételezve sem termelhető ki a közeljövőben gazdaságosan. A MCKelvey-diagram

Ismert vagyon: Reménybeli vagyon: Tartalék vagyon: Ipari vagyon: a geotermikus energia azon jellegzetes koncentrációi, melyeket ismerünk és melyeket fúrás, geokémiai, geofizikai és geológiai vizsgálatok bizonyítanak Reménybeli vagyon: a geotermikus energia azon nem-jellegzetes koncentrációi, melyek léte a nagyléptékű geológiai tudáson és elméleteken alapszik, fúrással vagy egyéb módon nem bizonyított Tartalék vagyon: a hasznos földtani vagyonon belül az ismert de jelenleg gazdaságosan nem kinyerhető hányadot jelenti Ipari vagyon: a vagyonnak beazonosított (fúrásos, geokémiai, geofizikai, geológiai módszerekkel) és gazdaságosan, jogilag is megengedett módon kiaknázható része A gazdaságossági szempontok mellett a földtani ismeretek teljességét és megbízhatóságát, a megkutatottságot is figyelembe véve a földtani vagyonon belül elkülönítik az ismert vagyont. A geotermikus energia azon jellegzetes koncentrációit jelenti, amelyeket ismerünk, és amelyeket fúrási, geokémiai, geofizikai és geológiai vizsgálatok bizonyítanak. A reménybeli vagyon ezzel szemben a földtani vagyonnak fúrással vagy egyéb módon még nem bizonyított részét jelenti. Azaz léte átfogó geológiai ismereteken és elméleteken alapul. A hasznos kinyerhető vagyonon belül elkülönítik az ismert, de jelenleg gazdaságosan nem kinyerhető, azaz a tartalék vagyont. Itt a termelési költségek jelenleg meghaladják a többi energiahordozó kiaknázási költségeit, de a tartalék vagyon versenyképessé válhat a belátható jövőben. A földtani vagyon másik része az ipari vagyon. Ez a készletnek fúrásokkal, geokémiai, geofizikai módszerekkel beazonosított és a hatályos jogszabályok betartásával gazdaságosan kitermelhető részét jelenti. A MCKelvey-diagram

2. Készletszámítási módszerek felszíni hőáram térfogati sík törésfelület magmás hőmérleg módszerek Az 1970-es évek óta alkalmaznak modern készletbecslési eljárásokat. Ezekkel a módszerekkel a világ különböző országaiban számos geotermikus mező becslését végezték el. A legismertebbek közülük: a felszíni hőáram, a térfogati, a sík törésfelület és a magmás hőmérleg módszerek. Az órán csak az első két eljárást ismertem. A számított geotermikus készletből származó hőnek csak viszonylag kis hányada hasznosítható. A készletnek ez a része a kitermelési tényező alkalmazásával becsülhető. A kitermelési tényező értéke függ a rendszer földtani és termodinamikai jellemzőitől, továbbá a technológiai és gazdasági körülményektől. Értéke elméletileg 0–100% közötti. Egyes becslések szerint ritkán haladja meg a 25%-ot, a legújabb adatok viszont azt mutatják, hogy mindössze 10% körüli.

2.1. Felszíni hőáram módszer P = P1 + P2 P1 = A ∙ qa P2 = r ∙ Qt ∙ cw ∙ (Tw - T0) P – felszíni hőteljesítmény [W] P1 – konduktív hőteljesítmény [W] P2 – konvektív hőteljesítmény [W] A – felszín [m2] qa – átlagos hőáramsűrűség [Wm-2] A módszer a felszínen kilépő hőteljesítmény (P) kiszámításán alapul. Ez egyrészt a talajon keresztül, hővezetés révén (P1) jut a felszínre. Másrészt konvekció útján, termálforrásokon, fumarolákon és kutakon lép ki a felszínre (P2). Először kiszámítjuk a konduktív részt (P1)... Majd meghatározzuk a konvektív részt (P2)... ρ ∙ Qt – tömegáram [kg/s] cw – a víz fajhője [J/kg°C] Tw – vízhőmérséklet a mélyben [°C] T0 – felszín hőmérséklete [°C]

H – a rendszer teljes hőenergiája [J] i = 1,2,… – kilépési helyek Twi – az “i” forrás/kút hőmérséklete a mélyben [°C] To – felszín hőmérséklete [°C] H = P ∙ Δt H – a rendszer teljes hőenergiája [J] Δt – a lehűlés időintervalluma [s] A konvektív rész: i = 1, 2,….,n kilépési helyen forrásokban és kutakon keresztül jut a felszínre. A teljes kilépő hőteljesítmény P ezért... A rendszer lehűlésének időintervalluma (Δt) ismeretében – azzal a feltételezéssel élve, hogy ezen idő alatt az összes hő távozik a rendszerből és nincs utánpótlódás – kiszámítható a kinyerhető alapkészlet vagy a földtani vagyon. A rendszer teljes hőenergiája H így... A termálvíz megcsapolás valószínűsíthető időtartamát analógia alapon szokás meghatározni. Olyan helyzeteket vesznek alapul, ahol a geotermikus rendszer fejlődése időben ismert. Bowen már 1989-ben rávilágított arra, hogy azt az időt, amely alatt a hő eltávozik a rendszerből, gyakorlatilag lehetetlen pontosan megbecsülni. White (1965) úgy találta, hogy léteznek olyan tározók, amelyek négy–tízszer több geotermikus energiát tudnak szolgáltatni, mint amennyit e módszer alkalmazásával megállapítottak. Bowen (1989) tapasztalatai hasonlóak. Véleménye szerint, ha nem rendkívül hosszú időintervallumra, 107–108 évre vonatkoztatjuk a becslést, a helyben lévő, in situ energia jócskán alulbecsült lesz.

2.2. Térfogati módszer Hi = cvi ∙ Vi ∙ (Ti – To) Hi – a kőzettest teljes hőenergiája [J] i – kőzettest sorszáma Vi – a kőzet és fluidum térfogata [m3] Ti – a kőzet és fluidum hőmérséklete a mélyben [°C] To – a kőzet és fluidum hőmérséklete a felszínen [°C] cvi – fajhő (kőzetváz és víz fajhője) [Jkg-3 °C-1] A geotermikus készletbecslések többsége a tározó hőtartalmának térfogati módszeren nyugvó számításán alapul. A módszerrel a feltárás megkezdése előtt becslés adható a földtani vagyonra, azaz a kinyerhető alapkészletre vonatkozóan. A földtani vagyon számítására két lehetőség adódik: Az egyik lehetőség az „i” kőzettestre a térfogati fajhő megállapítása (cvi), majd a kőzetben és pórusfolyadékban található teljes hőenergia (Hi) számítása...

Hi = Hir + Hiw Hi = (1 – φti) ∙ cri ∙ρri ∙ Vi ∙ (Ti – To) + φti ∙ cwi ∙ρwi ∙ Vi ∙ (Ti – To) Hir – a kőzet által tárolt hőenergia [J] Hiw – a folyadék által tárolt hőenergia [J] ρri – a kőzet átlagos sűrűsége a tározó térfogatában [kgm-3] ρwi – a folyadék átlagos sűrűsége a tározó térfogatában [kgm-3] cri – a kőzet fajhője [Jm-3 K-1] cwi – a víz fajhője [Jm-3 K-1] φti – teljes porozitás [-] A másik lehetőség a teljes porozitás (φti) megállapítása, majd a kőzet (Hir) és a folyadék (Hiw) által tárolt energia külön-külön történő számítása... A két módszer eredményei között nem észlelhető 5%-nál nagyobb eltérés, amennyiben a φti < 20%, illetve a pórusokat nem annyira gáz, mint inkább víz tölti ki. A második modell azt mutatja, hogy 10%-os a porozitást és a kőzetfajhőhöz képest háromszoros, ötszörös vízfajhő-értéket feltételezve, a hőenergia 65– 75%-a a kőzetvázban van, míg a vízben csak a maradék 25– 35% található. A földtani vagyon a rendszer teljes hőenergiája (H). Egy adott területre vonatkozóan megkapjuk a teljes földtani vagyont, ha a porózus rétegekre, kőzettestekre kapott hőenergia értékeket összegezzük... Egyes kutatók szerint ezeknek a módszereknek a legnagyobb hiányossága, hogy nem nyújtanak kielégítő becslést a földtani vagyonra vonatkozóan. Egyúttal elkerülik annak a kérdésnek a megválaszolását is, hogy milyen a termálenergia megújulása a termelés alatt álló mezők esetében.

Porozitás

2.3. Kitermelési tényező A hasznosítható energiát befolyásoló tényezők: tározó hőmérséklete és nyomása kútfejnél elérhető hőmérséklet és nyomás effektív porozitás a kutak térbeli elhelyezkedése és műszaki állapota a visszasajtolás mértéke . Hr =R1∙H Hr – hasznos földtani vagyon [J] H – a rendszer teljes hőenergiája (földtani vagyon) [J] R1 – a kitermelés és a hasznosítás hatékonyságát és a visszasajtolt víz hőmérsékletétől függő konstans [-] Az előzőekben vázolt módszerekkel kapcsolatban felmerülő kritikák elsődleges oka tehát, hogy nem veszik figyelembe a víz utánpótlódását és a hő regenerálódását. A másik probléma az, hogy a kiszámított földtani vagyonnak csak egy része a ténylegesen hasznos földtani vagyon. A teljes hőenergiából (H) hasznosítható energiát a kitermelési tényező (R) segítségével jellemezhetjük, amelyet százalékban szokás kifejezni. A hasznosítható energiát befolyásoló tényezőcsoportok közül néhány: a tározó hőmérséklete és nyomása, a kútfejnél elérhető hőmérséklet és nyomás, az effektív porozitás, a kutak térbeli elhelyezkedése és műszaki állapota, a visszasajtolás mértéke stb. E tényezők jelentős részét és hatásukat csak a termelés során végzett vizsgálatokkal ismerhetjük meg. Ilyen meggondolásból bevezettek két szorzótényezőt, amelyekkel a teljes hőenergiából első lépésben a hasznos földtani vagyont, majd második lépésben az ipari vagyont becsülhetjük. Ezeknek a szorzótényezőknek analógiák, valamint ismert geotermikus rendszerek termelési adatai alapján adtak számszerű értéket.

Visszasajtolás nélkül: Visszasajtoláskor: Tt – a tározó hőmérséklete [ºC] Tin – visszasajtolt víz hőmérséklete [ºC] To – a felszíni átlaghőmérséklet [ºC] Visszasajtolás nélkül: R1 = 0,1 Kétkutas rendszer esetén, amikor a termelőkut(ak) mellett visszasajtoló-kut(ak)at is használnak, az R1 ajánlott értéke... A hasznos földtani vagyonból (Hr) egy második kitermelési tényezővel (R2) becsülhetjük meg az ipari vagyon (Hrs) nagyságát. Kleefeldt és társai (1983) példáiban már az olaj ára és a kutak száma is szerepet játszik a becslésben... A földtani vagyon kiszámításához szükséges paraméterek meghatározása is sok nehézségbe ütközik. A pontosság rengeteg munkát, fúrásokat, geofizikai méréseket és pénzt igényel. A kitermelési tényezőre ez a megállapítás még inkább igaz. A hőáram módszer félkvantitatív eljárásnak tekinthető a teljes hőenergia becslésére. Ennek ellenére számos helyen alkalmazták. Világszerte a legtöbb geotermikus készletbecslést azonban térfogati módszerrel végezték és végzik ma is. Ipari vagyon: Hrs = R2 ∙ Hr Hrs – ipari vagyon [J] R2 – második kitermelési tényező [-] Hr – hasznos földtani vagyon [J] (pontatlan)

3. Tározó típusokra kifejlesztett térfogati módszer Ethi = cr ∙ ρr ∙ Vi ∙ (Ti – To) Ethi – a kőzettest teljes hőenergiája (technikai potenciálja=földtani vagyon) [J] i – réteg vagy kőzettest sorszáma [-] ρr – a kőzet sűrűsége [kgm-3] Vi – a kőzet térfogata [m3] Ti – a kőzet hőmérséklete a mélyben [ºC] To – átlaghőmérséklete a felszínen [ºC] cr – a kőzet fajhője [Jkg-1K-1] A Jung és munkatársai (2002) által kidolgozott készletbecslés a hagyományos Muffler és Cataldi (1978)-féle térfogati módszeren alapul. Ugyanakkor a rendszer teljes hőenergiája, azaz az általuk technikai készletnek nevezett érték számításakor a tározótípus – melegvizes, mély töréses, kristályos kőzet – szerint differenciálnak és egyszerűsítő gyakorlati megfontolásokat alkalmaznak. Nem veszik figyelembe a kőzetek porozitását. Elhanyagolják azt a szempontot, hogy a pórusok vízzel kitöltöttek, továbbá azt is, hogy a víz a kőzethez képest magasabb fajhőjű. Ez utóbbi egyszerűsítés alapja – amint azt már korábban beláttuk –, hogy 10%-os porozitást feltételezve a hőenergia 65–75%-a a kőzetvázban található. Az „i” kőzettestre az alapképlet az 5-ös összefüggés módosított változata: Készletkategóriák Jung és társai (2002) alapján

Ekiny = Eth ∙ R1 Ekiny – a hasznos kinyerhető hőmennyiség [J] Hőmérsékleti osztályok a hőenergia meghatározásához (Jung és társai, 2002 alapján) Ekiny = Eth ∙ R1 Ekiny – a hasznos kinyerhető hőmennyiség [J] R1 – kitermelési tényező [-] R1 = RT ∙ RG RT – hőmérsékleti faktor [-] RG – geometriai faktor [-] A számítás további egyszerűsítése céljából hőmérsékleti osztályokat hoztak létre. Az egyes hőmérsékleti osztályokba tartozó kőzettestekhez a hőmérsékleti osztály átlagértékét hozzárendelve számítják a kőzettest technikai potenciálját. Ezt követően a 7-es összefüggés analógiájára, összegzéssel határozzák meg a rendszer egészének energiáját (Eth). A térfogati módszerrel kiszámított technikai potenciál (Eth) azonban csekély gazdasági jelentőséggel bír. Az energia kitermeléséhez közvetítő közeg szükséges, ami általában víz, és ez nem minden esetben áll rendelkezésre, gondoljunk csak a forró száraz kőzetekre. A konvekció az a folyamat, amely hatékony hőtranszportot tesz lehetővé a rezervoáron belül, ezért kedvezőek a geotermikus energia kinyerésére a vízvezető törések. A nagy permeabilitásnak a működtetésre is kedvező hatása van, mert alacsony visszasajtolási nyomás mellett magas hozam érhető el. Egy-egy kőzettest hőtartalmát azonban még hatékony hőszállítás mellett sem lehet teljes egészében kihasználni. Ezt fejezi ki a kitermelési tényező (R1), amely a hasznos kinyerhető hőmennyiség (Ekiny) és az egész kőzettest (Eth) teljes hőenergiájának aránya, a 8-as összefüggés alapján...

Evill = η ∙ Ekiny A hatásfok függ: Evill – nettó geotermikus árampotenciál (ipari vagyon) [J] η – hatásfok [-] A hatásfok függ: energiaátalakító technikától hőmérséklettől nettó és bruttó hatásfok Qmin = 50 m3/h R1 = 2,5 – 20% η100 ºC = 9% η250 ºC = 14% Egy termelő- és egy visszasajtoló-kútból álló kétkutas alapmodell (Jung és társai, 2002 alapján)

3.1. Melegvizes víztartók Észak-német-medence porózus víztartó: Rotliegend

Lavigne (1978)

3.2. Töréses szerkezetek Törés síkjában elhelyezkedő termelő- és visszasajtoló-kút

Felületként kezelik (szélességükről nincs információ) potenciál alulbecslése Hidraulikus vezetőképesség erősen változó vízvezetők vízzárók agyagos kitöltés milonitosodás irányfüggő?

– a hűlési zóna nagysága [m] – a kőzet hődiffuzivitása [m2s-1] – idő [s] = 10-6 m2/s = 100 év d = 340 m

Így az adott időtartamon belül a legnagyobb energia nyerhető ki. Eth = cr ∙ ρr ∙ L ∙ d ∙ h ∙ (Tr – To) Eth – a kőzettest teljes hőenergiája (technikai potenciálja) [J] ρr – a kőzet sűrűsége [kgm-3] L – a törészóna hossza [m] h – a törészóna mélysége [m] d = 340 m Tr – a kőzet hőmérséklete a mélyben [ºC] To – átlaghőmérséklete a felszínen [ºC] cr – a kőzet fajhője [Jkg-1K-1] A termelő és a visszasajtoló kutak távolsága függvényében az optimális hozam kiszámítható: ezzel egy meghatározott használati idő után beáll a termelő kútnál a minimális hőmérséklet. Így az adott időtartamon belül a legnagyobb energia nyerhető ki. Ha Q = 2X: t = 1/4 Eth = 1/2 Ha Q = 1/2: t = 4 Eth = 1/2

3.3. Kristályos kőzetek Ethi = cr ∙ ρr ∙ Fi ∙ hi ∙ (Ti – To) Eth – a kőzettest teljes hőenergiája (technikai potenciálja) [J] i – a hőmérsékleti osztály ρr – a kőzet sűrűsége [kgm-3] Fi – az adott hőmérsékleti osztályhoz tartozó felület [m2] hi – az adott hőmérsékleti osztályban a rétegvastagság [m] Ti – az adott hőmérsékleti osztályhoz tartozó hőmérséklet [ºC] To – átlaghőmérséklete a felszínen [ºC] cr – a kőzet fajhője [Jkg-1K-1]

Kristályos kőzetek hőtartalmának kiaknázási modellje

Közép- és dél-német kristályos terület Észak-német-medence Rotliegend vulkanitok Rajna-árok

4. Németország geotermikus potenciálja A geotermikus áramfejlesztés technikai potenciálja 1100 EJ. Ez 550-szerese a német éves áramszükségletnek. prefix szimbólum 10-es hatvány mega- M 106 giga- G 109 tera- T 1012 peta- P 1015 exa- E 1018 [EJ] hőpotenciál árampotenciál melegvizes víztartók 23 9 mély törések 65 45 kristályos kőzetek 1600 1100 évi hőszükséglet: 5 EJ évi áramszükséglet: 2 EJ

Áramfejlesztésre alkalmas melegvizes víztartók: Észak-Német-medence, Felső-Rajna-árok, Dél-Német molaszmedence Egyetlen erőmű: Neustadt-Glewe-ben 1995 óta Közvetlen hőhasznosítás hosszú évtizedek óta melegvizes víztartókból. Mély töréses zónák: 20 000 km-nyi zóna feltérképezve ma még egyetlen törést sem használnak hőkinyerésre törésekre telepített fúrások kedvező hozama (Malm karszt) hasznosításukra a technológia kidolgozott fúrás célzott elhajlításával a törések összeköthetők Kristályos kőzetek: áram- és hőpotenciáljuk a legnagyobb Közép és Dél-Német kristályos területek (88%), Felső-Rajna-árok és Észak-Német-medence (6-6%) áramfejlesztési célból csak EGS technológia alkalmazható árampotenciáljuk 220 ºC-ig lineárisan nő (magasabb értékek csak a Felső-Rajna-árokban)

5. Magyarország geotermikus energiavagyona Hasznos földtani vagyon – a termálvíz rezervoárokban (vízben és kőzetvázban) tárolt hő mennyisége, H = 1,49 x 1021 J Gazdaságos hasznos földtani vagyon – (R0=0,33 x (60-25)/(60-10)=0,23 feltételezésével) Hr=R0xH=343000 PJ Az ország éves energiafelhasználása 1000 PJ Jelenleg energetikai célra hasznosítunk 3 PJ-t A termálvizekkel összesen kiveszünk kb. 30 PJ-t A geotermikus földtani vagyon a földfelszín alatt a 0-5000 m-es mélységtartományban található teljes hőenergia. Az állami nyilvántartás szerint Magyarország geotermikus földtani vagyona 102.180 EJ (102.108 x 1018 J) (Rezessy és mtsai., 2005). Figyelembe véve, hogy az ország éves energiafogyasztása kb. 1 EJ, elvben geotermikus energiából 100.000 évig fedezhetnék energiaszükségletünket. A geotermikus földtani vagyon nagy része a 2500–5000 m-es mélységtartományban található, ahol a hőmérséklet a 250–300 °C értéket is eléri. Ebben a mélységtartományban vagy túlnyomásos, vízzáró agyag és márga van, vagy a kristályos és metamorf kőzetekből, illetve helyenként karbonátokból álló aljzat. Jelenleg az itt tárolt hőenergiát, a karbonátos rezervoárok kivételével, nem tudjuk kinyerni. Reálisabb becslést kapunk, ha csak annak a kőzettartománynak a hőenergiáját számítjuk ki, ahol található termálvíz. Ennek az energiának egy részét a víz hőenergiája képezi, másik része a kőzetvázban van tárolva. Lásd feljebb. Mivel a víz csak egy kis részét tölti ki a teljes térfogatnak, ezért a kőzetvázban tárolt hőenergia többszöröse a víz hőenergiájának: 10%, ill. 20% porozitás esetén 5-ször, ill. 2-szer több hőenergia tárolódik a kőzetben. Liebe (1982) és munkatársai először megbecsülték annak a termálvíznek a mennyiségét és hőmérsékletét, amely a porózus és karsztos rezervoárokból visszasajtolással vagy szabad elfolyással kitermelhető. Kiszámolták ennek a víznek hőenergiáját, majd becsülték a rezervoárok teljes hőenergiáját, melyre 343 EJ-t kaptak. Ezt a mennyiséget tekinthetjük Magyarország kitermelhető gazdaságos geotermikus energiavagyonának.

Magyarország geotermikus energiavagyona Az energiasűrűség azt fejezi ki, hogy 1 m2 terület alól mennyi hőenergia termelhető ki. A számításnál figyelembe vették a felszín alatti hőmérsékletet, a porozitás mélység szerinti változását, és a kitermelhető energia mennyiségét termelő-visszasajtoló kútpárok feltételezésével számolták. A bíbor színnel jelzett területeken a legnagyobb az energiasűrűség, ami nyilvánvalóan abból adódik, hogy ezeken a helyeken a legvastagabb a rezervoár. Pl. a Tisza alsó folyásánál az energiasűrűség 40 GJ/m2, tehát 1 km2 terület alól 40 PJ ( 40 x 1015 J) hőenergiát lehetne kitermelni.

Magyarország geotermikus energiavagyona Ugyanezt a számítást a karsztos rezervoárokra is elvégezték. Ott nagyobb a számítás bizonytalansága, mert nem ismerjük pontosan a tározók vastagságát és porozitását. A két rezervoár energiasűrűségét az ország területére kiintegrálva a kitermelhető geotermikus energiavagyonra kapott érték hasonló nagyságrendű, mint a Liebe (1982) féle becslés.

Rezervoár lehűlése termelő-visszasajtoló kútpár alkalmazása esetén. Példa rezervoár lehűlésére termelő-visszasajtoló kútpár alkalmazása esetén. A rezervoárba visszajuttatott hideg víz a visszasajtoló kút környezetében lehűti a rezervoárt, miközben maga a kúttól távolodva felmelegszik. Ha zárt rendszerben kering a víz, akkor ugyanaz a víz többször körbemegy a rezervoáron, míg végül az összes hőt elvonja, és a folyamat végén a rezervoár lehűl. Ily módon a kitermelt hő mennyisége is növelhető, mert a kőzetben tárolt hőt is ki lehet vonni. Tulajdonképpen a jó geotermikus projekt velejárója a rezervoár lehűlése, mert azt mutatja, hogy hatékonyan termeltük ki a kőzet hőjét is.

A lehűlés ideje függ a rezervoár méretétől és vízvezető képességétől, a kitermelt és visszasajtolt víz mennyiségétől, a termelés módjától és a kútpárok egymáshoz viszonyított helyzetétől. Egymástól 1-5 km-re elhelyezkedő kutak esetén a lehűlés 20-50 év termeltetés után várható.

Rezervoár hőmérsékletének regenerálódási ideje Az előbb bemutatott 300 m vastag lehűlt rezervoárt 100-200 évig „pihentetni” kell, ennyi idő alatt visszanyeri az eredeti hőmérsékletének 95%-át. Vékonyabb réteg esetén a hőmérséklet visszaállása gyorsabb.