Fizikai Szemle honlap |
Tartalomjegyzék |
Büki Gergely
BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék
A Szkeptikus Konferencia szervezői arra kértek, hogy a biomassza és a földhő energetikai hasznosításáról beszéljek és írjak. Örülök, hogy a szervezők a két eltérő eredetű energiára találtak közös és találó, a címben szereplő nevet. A biomassza forrása a Nap, a napenergia fotoszintézis révén hozza létre a gyűjtőnéven biomasszának nevezett szerves élővilágot. A geotermikus energia pedig a Földben végbemenő radioaktív reakciók során keletkezik. Az előbbit megújulónak, az utóbbit nem megújulónak is tekintik.
A tudományban küzdeni kell az áltudományok (gagyik, csacsiságok) ellen. Az energiaellátás gyakorlati tevékenység, ahol a tévtanok rossz, gazdaságtalan megoldásokban jelennek meg. Az utóbbi időben az energiaellátás lehetőségei kiszélesedtek, decentralizálódtak, és az energetika reflektorfénybe kerülésével, "az energetikához mindenki ért" időszakának természetes velejárója, hogy a sok-sok elképzelés között bőven akad gazdaságtalan és sületlen is. Az energiagazdásznak van mit gyomlálnia, különösen a megújuló energiák nyújtanak ehhez jól termő terepet.
Minden energetikai elképzelést az energiaellátás rendszerében kell vizsgálni és értékelni, ennek egyszerűsített sémáját az 1. ábra szemlélteti. Az energiaellátás rendszere a G primerenergia-felhasználásból indul ki, amelynek alkotói a fosszilis energiák (földgáz, kőolaj, szén), az atomenergia és az U megújuló energiák. A magyar energiaellátás földgázban túlsúlyos, az energiafejlesztés és a megújuló energiák minden alkalmazása elsősorban a földgázfelhasználást befolyásolja. Az energia az energiaátalakítás (erőművek, fűtőművek, fűtőerőművek, finomítók, pelletgyártás stb.) és szállítás rendszerein keresztül, primer vagy szekunder energiahordozók formájában jut el a fogyasztókhoz. A fogyasztók kényelmét szolgálják a vezetékes energiaellátások (földgáz, villany és távhőhálózatok). A fogyasztók által felhasznált energiák képezik az F végenergia-felhasználást. A végenergiák fajtái a tüzelőanyagok, a villany, a távhő és az üzemanyagok, fogyasztói pedig a háztartások (súlyuk egyre nő), a termelők, a közlekedés és egyéb fogyasztók. A végenergia-felhasználás természetesen kisebb, mint a primerenergia-felhasználás, a különbséget az energiaátalakítás és szállítás V veszteségei okozzák.
Az energiaellátás rendszerében jól megítélhetők az energiafejlesztés fő céljai. Az energiafogyasztás csökkentésének egyik legkézenfekvőbb módja a fogyasztói energiatakarékosság. A fogyasztók által el nem fogyasztott végenergiát nem kell megtermelni, az nem igényel primerenergia-felhasználást, és semmilyen mértékben sem szennyezi a környezetet. Másik lehetőség az energiahatékonyság növelése, elsősorban az energiaátalakítás rendszereiben, amelynek fontosabb eszközei a hatásfokjavítás, a kapcsolt energiatermelés és hőszivattyús hőtermelés. Harmadik lehetőség, hogy az ellátandó végenergia-igényeket mennyi és milyen összetételű primerenergia-felhasználással elégítjük ki, és ebben hogyan alakul a megújuló energiaforrások szerepe. Az optimális energiastruktúra energetikai, környezeti és ellátásbiztonsági szempontból egyaránt fontos.
Néhány megújuló energiaforrás részarányáról az Európai Unió 27 és Magyarország primerenergia-felhasználásában az 1. táblázat tájékoztat. Ebből kitűnik, hogy a hazai energiaellátásban a biomassza szerepe számottevő, a geotermikus energia hasznosítása szinte elhanyagolható.
A biomassza energetikai hasznosításának lehetőségeit is az energiaellátás rendszerében vizsgálhatjuk (2. ábra). A B biomassza az egyik primer energiát jelenti, amelynek felhasználásával - különböző energiaátalakítási és -szállítási utakon - különböző végenergiákat állíthatunk elő. A biomasszából tüzelőanyagot az egyedi fogyasztóknak két úton juttathatunk. Az egyik út, hogy tűzifát, biopelletet vagy biobrikettet bocsátunk rendelkezésükre, a másik lehetőséget pedig a biogáztermelés és -ellátás jelenti. A biomasszák nagyobb részét az energiaátalakítás során központosan eltüzeljük, a nyert hőből fűtőműben csak távhőt, kondenzációs erőműben csak villamos energiát termelünk, és - energetikailag leghatékonyabban - fűtőerőműben kapcsolt energiatermelést valósítunk meg. Bizonyos biomasszák (szennyvíz, trágyák) elgázosítással hasznosíthatók, és a termelt biogázt vagy elszállítjuk a fogyasztókhoz, vagy helyben gázmotorral hőt és villamos energiát termelünk. Egyes biomasszákból bioüzemanyagokat állíthatunk elő a közlekedés egyre nagyobb üzemanyagigényének részbeni fedezésére.
A 2. ábra arra is utal, hogy a biomasszák termelése, összegyűjtése, szállítása és előkészítése során üzemanyagot használunk fel. Az energiamérlegben figyelembe kell vennünk a biomassza energiatartalmát és a felhasznált energiákat, de azt is, hogy saját energiatartalma és a felhasznált energiák nem azonos értékűek. Az önfogyasztás különösen nem hagyható figyelmen kívül biomasszák termelése során, energiaültetvények esetén 5-30%-os önfogyasztással is számolhatunk, de jelentős az önfogyasztás például pellet és bioüzemanyag esetén. Az önfogyasztások figyelembe vétele is hozzájárult ahhoz, hogy a biomassza-hasznosítás kezdeti lendülete mérséklődött, sőt egyes technológiák (bioüzemanyag) esetén kiderült, hogy energiamérlegük esetenként negatív lehet. A biomassza-szállítás energiafogyasztása például szalmaerőművek esetén kap hangsúlyt, mert a távolság növekedésével a szállítás üzemanyag-felhasználása nő.
Milyen végenergiát állítsunk elő biomasszából?
Energetikailag az az előnyős, ha minél több hagyományos
primerenergiát, hazai viszonyok között elsősorban
földgázt válthatunk ki. A biomassza-hasznosítással
elérhető fajlagos földgázkiváltás értékeiről a
2. táblázat tájékoztat különböző végenergiák előállítása
esetén, ha a biomassza üzemanyag-felhasználásától
eltekintünk. A biomassza alapú közvetlen hő-
és villamosenergia-termelés hatásfokait az EU-ajánlás
szerint vettük fel, de számoltunk a hazai fatüzelésű
erőművek ennél rosszabb hatásfokával is. Kapcsolt
energiatermelésnél a felvett villamos energia
tájékoztató érték.
Az elérhető nagyobb fajlagos földgázkiváltás miatt a biomasszát elsősorban közvetlen hőellátásra és kapcsolt energiatermelésre célszerű hasznosítani! A közvetlen villamosenergia-termelő fa- és szalmatüzelésű erőmű energetikailag mindenképpen rossz megoldásnak számít (csak mintegy fele akkora fajlagos földgázkiváltás érhető el, mint hőellátásnál és kapcsolt energiatermelésnél). A kapcsolt energiatermelés is szorosan összefügg a hőellátással, mivel a kapcsolt energiatermelés lehetőségét a hasznos hőigény adja meg.
Az eddig elsősorban villamosenergia-termelésre épített biomassza, lényegében fatüzelésű erőművek, és a tervezett szalmatüzelésű gyűjtőerőművek energetikai célszerűsége mindenképpen kérdéses és felülvizsgálandó! A fatüzelésű erőművek növelték a tűzifa keresletét és árát, csökkentve a tűzifa hatékony felhasználását a hőellátásban. A nagy teljesítményű szalmaerőművek pedig elszívnák a nyersanyagot a kis teljesítményű, hatékony biomassza-távfűtések és kapcsolt energiatermelések elől. A biomassza energetikai hasznosításának lehetőségét a közvetlen és a kapcsolt hőellátásban kell keresnünk és megtalálnunk.
A fatüzelés a legősibb egyedi fűtés, amely az emberiség története során sokat fejlődött. A háztartási méretű biomasszatüzelésű kazánok előkészített biomasszákat igényelnek. Ilyenek a tűzifa, a pellet és a biobrikett, az utóbbiakat a 3. ábra szemlélteti. Az egyedi fűtésben használható biomasszák tájékoztató ára 2500 Ft/GJ, mintegy 30%-kal olcsóbb a földgáznál (3600 Ft/GJ). Az elérhető évi fajlagos tüzelőköltség- megtakarítás mintegy 10 000 Ft/(kW év). Ez a megtakarítás (5-10 év megtérülési idő esetén) 50-100 000 Ft/kW fajlagos beruházási költségtöbbletet enged meg az átállásra. A biomassza-tüzelésű egyedi fűtés fejlődését a piac szabályozza, állami beavatkozás és támogatás nem szükséges. A földgáz áremelkedése miatt egyre többen akarnak áttérni az olcsóbb egyedi biomassza-tüzelésre. Üzleti megfontolások alapján 2006-ban indult el a hazai pelletgyártás, és 2009-ben már 10 pelletüzem működött. A termelés gyorsan növekedett, 2010-ben eléri a 150 000 t/év (2,7 PJ/év) értéket. A termelésnek 20%-a jut a hazai fogyasztókhoz, 80%-a exportra kerül.
A biomasszabázis esetén indokolt a távfűtés, mert a távhőrendszer néhány MW-os tüzelőberendezéseiben nemcsak a minőségi és drágább biomasszák tüzelhetők el, hanem a mezőgazdaság és erdők olcsóbb melléktermékei és hulladékai is hasznosíthatók. Távfűtés esetén tájékoztató árként 950 Ft/GJ biomassza-árral számolunk. Ezzel a biomassza-távfűtés esetén az egyedi biomasszafűtéssel szemben elérhető fajlagos évi tüzelő-költségmegtakarítás mintegy 17 000 Ft/(kW év), emiatt - szintén 5-10 év megtérülési idővel számolva - a távhőrendszer kiépítésére mintegy 85-170 000 Ft/kW fajlagos beruházási költségtöbblet engedhető meg. A kapott fajlagos beruházási többletköltség jelentős, és úgy tűnik, hogy ezzel a távhőrendszer létesítése fedezhető. A biomassza-távfűtés tömeges alkalmazásának koncepcióját központi vizsgálattal célszerű kialakítani és az érintett hőfogyasztók közösségének támogatásával indokolt ösztönözni.
A biomassza alapú távfűtés olyan nagyságrendű (2-20 MW hőteljesítmény), amely tömegesen alkalmazható számos településen. Falufűtés esetén a biomassza összegyűjtése, szezonális tárolása nem okoz jelentős többletterheket, és ennél a nagyságrendnél a kisebb előkészítettségű biomasszák is jó hatásfokkal eltüzelhetők. A biomassza falufűtés a vidékfejlesztés hatékony eszköze, amely munkahelyeket teremt, biztosítja a vidék megtartó erejét és fejlesztését. A falufűtés fontos, hosszú távra szóló közösségi feladatot old meg a helyi erők összefogásával és pályázatával, helyben tartott értékteremtéssel, közös érdek megvalósítására történő önkéntes szövetkezéssel.
A biomassza-tüzelésű távfűtés bázisán energetikailag és gazdaságilag kézenfekvő a kapcsolt energiatermelés megvalósítása. A biomassza kiserőművek energetikai hatékonyságát a 4. ábra szemlélteti a földgáztüzelésű fűtőerőművekkel összehasonlítva. Az ábrából kitűnik, hogy a biomassza-tüzelésű fűtőerőműben elérhető, a hőre vetített
fajlagos primerenergia-megtakarítás elég nagy (40- 80%), de valamivel kisebb, mint földgázfelhasználás esetén (50-100%). A fajlagos primerenergia-megtakarítást csökkenti a lényegesen kisebb kapcsolt energiaarány (σ = E / Q, ahol Q a kapcsoltan termelt hő, E a villamos energia), növeli a kiváltott közvetlen villamosenergia- termelés kisebb ηKE hatásfoka, az ηm = (Q + E) / G (ahol G a primerenergia-felhasználás) mennyiségi hatásfokban nincs lényeges eltérés.
A kapcsolt energiatermeléssel elérhető évi fajlagos, 1 kW kapcsolt villamos teljesítményre vonatkoztatott tüzelőköltség-megtakarítás tájékoztató értéke
illetve 1 kW kapcsolt hőteljesítményre vetítve
ahol p a biomassza ára, τ a csúcsteljesítmény évi kihasználási időtartama. A kapcsolt villamos és hőteljesítményre vonatkoztatott évi fajlagos tüzelőköltségmegtakarítást és a megengedhető - szintén 5-10 éves megtérüléssel számított -, az erőmű villamos (bmE) és hőteljesítményére (bm) vetített beruházási többletköltségeket az 5. ábra szemlélteti. Az adatok alapján úgy tűnik, hogy a biomassza alapú távhőrendszerben a kapcsolt energiatermelést érdemes megvalósítani, és indokolt ösztönözni. A támogatás itt is a hőfogyasztók közösségét illeti, mert a kapcsolt energiatermelés lehetőségét a hasznos hőigény teremti meg.
A kis teljesítményű (1-5 MW villamos teljesítményű) fűtőerőmű-egységek építése akkor gazdaságos, ha tömeges alkalmazásra és hazai gyártásra kerül sor, aminek feltételeit a létesíthető nagyszámú biomasszatávfűtés képes megteremteni. A biomassza-fűtőerőművek kulcskérdése, hogy milyen megoldást alkalmazzunk. A szóba jövő megoldások: a külső hevítésű gázközegű Stirling-motorok, vízgőz-körfolyamatú ellennyomású egységek, szerves közegű erőművek (ORC - Organic Rankine Cycle) és Kalina-körfolyamatú fűtőerőművek. Ezek tájékoztató kapcsolt energetikai mutatóiról a 3. táblázat nyújt áttekintést.
Stirling-motorok. Szilárd biomassza esetén a belsőégésű Otto- és dízel-motorok vagy gázturbinák értelemszerűen nem vetődhetnek fel, ezért törekszenek külső hevítésű motorok kialakítására. Ilyenek a Stirling- motorok, amelyeket hulladékhő- és napenergiahasznosítás esetén javasolnak (6. ábra). Noha működési rendszerük bonyolult, de szelepekkel nem rendelkező felépítésük, illetve korrózió- és fagymentes üzemeltetésük egyszerű. Elterjedésüket az alacsony energetikai hatékonyság fékezi.
Vízgőz-körfolyamatú fűtőerőművek. A fosszilis tüzelőanyagú vízgőzerőművekben a gőzturbinák, kapcsolt energiatermelés esetén az ellennyomású és a kondenzációs fűtőerőművek terjedtek el. A kis teljesítményű biomassza-tüzelésű fűtőerőművekben a gőzturbinák több hátránnyal rendelkeznek, és felvetődnek dugattyús gőzgépek, tárcsás gépek, csavarturbinák is. A 7. ábra biomassza-tüzelésű, ellennyomású, vízgőzturbinás fűtőerőmű elvi kapcsolását mutatja. Tömeges alkalmazás esetén hátrányuk a fagyveszély, a nagy kezdőnyomás és vákuum alatti üzem, az erózió és korrózió fellépése.
 |
 |
Termoolajkazán és ORC fűtőerőmű-egység. Az alacsony hőmérsékletszintű, kis teljesítményű biomassza- erőművek számára kedvezőbb munkaközeget és hőkörfolyamatot nyújtanak a szerves Rankine-körfolyamatok. Az ORC lehet a kis teljesítményű biomassza- tüzelésű fűtőerőművek tömegesen alkalmazható típusmegoldása, amely moduláris, egységes és egyszerű kialakítással a biomassza alapú kapcsolt energiatermelést széles körben lehetővé teheti. A biomassza- tüzelésű termoolajkazános és ORC fűtőerőmű- egység rendszerstruktúráját a 8. ábra mutatja. A fűtőerőmű-egység két alrendszerből áll: a biomasszatüzelésű termoolajkazán (BTK-alrendszer) a G biomassza- energiából QBTK hőt ad át a termoolajnak. Az organikus közegű, kapcsolt energiatermelő Rankine-körfolyamat (ORC alrendszer) pedig a termoolaj QBTK hőjéből kapcsoltan E villamos energiát és Q fűtési hőt termel. Előnyük, hogy megfelelő közeg választása esetén a hőközlési és hőkiadási viszonyok kedvezőbbek, mint vízgőznél, továbbá a körfolyamatban nem lép fel sem nagy nyomás, sem mély vákuum, sőt a vákuumtartás el is kerülhető. Hőhordozója és munkaközege nem okoz korróziót és eróziót, nem keletkeznek lerakódások, nincs szükség gáztalanításra, a közegek rendszeres pótlására, és elkerülhető a fagyveszély.
A berendezés tipizálható és blokkosítható, az egyes blokkok a gyárban készre szerelhetők, és készen a helyszínre szállíthatók. A fűtőerőmű- egység lényegében hőcserélőkből áll (9. ábra), ezek hazai gyártása kézenfekvő, ami tömeges alkalmazás esetén a hazai vállalkozók számára kívánatos.
Kalina-körfolyamat. A biomassza termoolajkazánhoz, vagy más típusú biomasszakazánhoz Kalina-körfolyamatú fűtőerőmű-egység is csatlakoztatható. Ennek munkaközege két közeg (pl. víz és ammónia) olyan elegye, amely az elgőzölögtetés és a kondenzáció folyamán változó hőmérsékleten veszi fel, illetve adja le a hőt. A 10. ábra állandó nyomáson mutatja a víz-ammónia elegy T hőmérsékletét az x tömegarány, a h fajlagos entalpia és az s entrópia függvényében. A felső fázisgörbe a telített gőz, az alsó fázisgörbe a telített folyadék izobár vonalát mutatja az elegy ammóniatartalma, azaz az
tömegarány függvényében. A két fázisgörbe között a nedves gőz, a felső fázisgörbe fölött a túlhevített gőz, az alsó határgörbe alatt a folyadékzóna helyezkedik el.
A biomassza-hasznosításban megkívánt áttörés csak akkor lehetséges és akkor válhat gazdaságossá, ha megtaláljuk a kis teljesítményű biomassza-fűtőerőmű tömeges elterjedést lehetővé tevő, energetikailag hatékony, egyszerű és biztonságos típusát. A megfelelő típus kiválasztása központi fejlesztési és döntési feladat, tömeges megvalósítása pedig a hazai vállalkozások számára nyújthat kedvező piaci lehetőséget.
A biomassza energetikai hasznosításában kis arányú, de nagyon hatékony megoldást jelent a biogáztermelés. Biogázt lehet termelni az el nem tüzelhető biomasszákból, az állattartás és az élelmiszeripar szerves hulladékaiból, döntően a trágyából (11. ábra). A biogáztermelés hatékonyságát jelentősen növeli, hogy a termelt biogázra jó hatásfokú gázmotorok telepíthetők, amelyek kapcsoltan hőt és villamos energiát állítanak elő. Ez a program idehaza is intenzíven elindult.
A biomassza hatékony energetikai hasznosítását indokolt támogatni. A tömeges felhasználásra alkalmas megoldásokat állami stratégiai vizsgálatokkal lehet kiválasztani, és megvalósításukra helyzetbe kell hozni a hazai vállalkozókat. A hatékony megoldások elterjedését elsősorban beruházási költségtámogatással indokolt ösztönözni. A támogatás, akár egyedi vagy távfűtésről, akár kapcsolt energiatermelésről van szó, minden esetben az egyes hőfogyasztókat, illetve azok közösségét illeti meg. A biomassza hatékony és tömeges energetikai hasznosításának programja elősegítheti a munkahelyteremtést, a hazai gyártást és a vidékfejlesztést. Eszköz arra, hogy minél előbb és eredményesen kiláboljunk a gazdasági és erkölcsi válságból.
A geotermikus energiáról reális és virtuális képek egyaránt megjelennek. A geotermikus energiavagyont illetően gyakran "nagyhatalomnak" véljük magunkat, mert a geotermikus gradiens (°C/km) és a földfelszíni hőáramsűrűség (kW/km2) nálunk a világátlagnál jóval nagyobb, és rendelkezünk néhány kedvező előfordulással. A tényleges geotermikus energiahasznosításunk azonban szinte elhanyagolható (a jelenleg hasznosított 3,6 PJ geotermikus energia az összes primerenergia- felhasználás csupán 0,3%-a). A virtuális helyett egyaránt reális megítélést kell kialakítanunk a geotermikus energiavagyon, a kihozatal és a hasznosítás tekintetében.
A geotermikus energia megnevezésére (okkal) több, részben szinonim fogalmat használunk. A geotermikus energiával a Föld hőtartalmát általánosan fejezzük ki. Ugyanerre a földhő elnevezést is használjuk, de ez alatt inkább a Föld felszínéhez közeli hőtartalmat értjük (ehhez áll közel a környezeti hő fogalma). Ha a geotermikus energia hordozó közege mélyebbről felhozott nagyobb hőmérsékletű víz, akkor termálvízről vagy geotermális energiáról beszélünk.
A geotermikus energia/földhő előfordulását és
hasznosítási lehetőségeit a hőmérséklet jellemzi. Négy
kategóriát indokolt megkülönböztetnünk (12. ábra):
Magas hőmérsékletű (pl. 120 °C felett) termálvíz, esetleg gőz esetén sokan tartják célszerűnek és javasolják, hogy azt ne, vagy ne csak hőellátásra hasznosítsuk, hanem villamos energiát is termeljünk. A szándék érthető, hiszen a villany értékesebb energia, mint a hő, mindenhová elszállítható és mindenkor szükség van rá, míg a fűtési hő csak helyben és szezonálisan hasznosítható. De a hasznosítás energetikai hatékonyságát az elérhető primerenergia-megtakarítással, illetve földgázkiváltással kell értékelni (4. táblázat ). E tekintetben lényeges különbség van: a termálvíz gyakorlatilag 100%-os hatásfokkal használható hőellátásra és lényegesen nagyobb fajlagos földgázkiváltás érhető el, mint a nagyon kis hatásfokú villamosenergia-termelés esetén. A korlátozottan rendelkezésre álló geotermikus energiát tehát nem célszerű villamosenergia-termelésre fordítani! A villamosenergia-termelés csak kényszerként merül fel, ha rendelkezésre állna nagy hőmérsékletű termálvíz, és nem lenne hőigény. A villamosenergiatermelés illúziója tehát nem serkenti, hanem gátolja a geotermikus energia hasznosítását.
A rendelkezésre álló magas hőmérsékletű termálvíz legegyszerűbb és legcélszerűbb energiahasznosítási lehetősége a közvetlen hőellátás. A csatlakoztatható távhőrendszer nagyságát a kivett termálvíz mennyiségén és hőmérsékletén kívül befolyásolja, hogy a termálvizet milyen hőmérsékletre tudjuk lehűteni.
A termálvíz lehűtésének fokozása cél, és ez indokolja az alacsonyabb hőmérsékletszintű fűtések és távfűtőrendszerek kialakítását (a közvetlen lehűtés gyakorlati határa 40 °C körüli). A termálvíz energetikai hasznosítását természetesen a balneológiai és turisztikai célok megelőzik.
A termálvíz továbbhűtését a hőszivattyúzás teszi lehetővé (14. ábra). Ez az eljárás kettős előnnyel jár. Egyrészt a továbbhűtéssel a termálvíz jobban kihasználható, a kivett termálvízzel nagyobb fűtési hőigényeket tudunk ellátni. Másrészt a termálvíz továbbhűtése nagyon kedvező lehetőséget nyújt a hőszivattyúzáshoz is, mert csak kis mértékű hőmérsékletnövelésre van szükség, így nagy fűtési tényező és ezáltal kis fajlagos villamosenergia-felhasználás érhető el.
A geotermális energia közvetlen és hőszivattyús felhasználása mellett egyre inkább előtérbe kerül a felszíni földhő hőszivattyús hasznosítása. A földhő környezeti hőforrásnak tekinthető, az EU-irányelv szerint csoportosítva:
A földhő a hőszivattyúzás széles körű elterjedésére több irányban nyújt lehetőséget. A talajhő zárt és nyitott rendszerekben hasznosítható. A zárt rendszer esetén a felszíni kollektorok elsősorban kertes családi házak, a mély földszondák nagyobb épületek és épülettömbök hőellátására alkalmasak (15. ábra).
A talajvíz nyitott kutas hőszivattyúzása inkább a kisebb épületeknél jöhet számításba (16. ábra).
A felszíni vizek (folyók, tavak) hőszivattyúzása csak kevés helyen lehetséges, de ott indokolt kihasználni nagyobb körzetek távhőellátására is (17. ábra).
A levegő-hőszivattyúk (18. ábra) bárhol és egyszerűen létesíthetők, ezek energetikailag kevésbé hatékonyak, és nagyon érzékenyek a külső hőmérséklet változására.
A geotermikus energia felhasználásakor az épületek hőellátását és nyári hűtését indokolt összekapcsolni. Termálvizes fűtés esetén a hűtési hőigényeket abszorpciós hűtőgépekkel lehet ellátni. Hőszivattyús fűtés esetén a nyári hűtés ellátása energetikailag kedvezőbb, mint a villamos üzemű légkondícionáló berendezések, és mérsékli a nyári villamos csúcsok kialakulását.
A földhő hőszivattyús hasznosításának energetikai hatékonyságát a hőszivattyú εf fűtési tényezője, illetve a felhasznált villamos energia előállításának ηE hatásfoka és kE fajlagos költsége befolyásolja (19. ábra). A hőszivattyús hőellátás energetikailag akkor hatékony, a közvetlen hőtermelésnél akkor jobb, ha fajlagos primerenergia-fogyasztása kisebb (gHS < gK ), illetve, ha fajlagos tüzelőköltsége kisebb (kHS < kFG ) a földgáztüzelésű kazánénál. Ez a feltétel a hőszivattyú nagy εf értéke, illetve a villamosenergia-termelés nagy ηE hatásfoka és kis kE fajlagos költsége esetén biztosítható. A villamos energia fajlagos költségét befolyásolja a hőszivattyú kihasználása, csúcsteljesítménye és csúcsidőből történő kizárása.
A villamos hajtású hőszivattyúk mellett - különösen nagy teljesítmény és felszíni vízforrás esetén - szóba jönnek a gázmotoros hőszivattyúk is (20. ábra). Ezek energetikai hatékonysága kedvező és egyértelműen meghatározható. A gázmotoros hőszivattyú fajlagos primerenergia-felhasználása
ahol µE a gázmotor villamos, µQ termikus részhatásfoka. Felvett adatokkal példaként
azaz a gázmotoros hőszivattyú egységnyi hő előállításához fele akkora primer energiát (földgázt) használ fel.
A geotermikus energia közvetlen és hőszivattyús felhasználása hőellátásra energetikailag kedvező, primerenergia-megtakarítást eredményez, ezért támogatása indokolt. A normatív támogatás alapját az elérhető primerenergia-megtakarítás, illetve a széndioxid kiváltás képezheti, és a támogatás mindenkor a hőfogyasztókat illeti meg. A primerenergia-megtakarítás támogatásán kívül a hőszivattyús rendszerek ösztönözhetők olyan villamos tarifával is, amelyek például a villamos csúcsidő kizárásával nyújtanak árkedvezményt.
A geotermikus energia közvetlen és hőszivattyús hasznosításával párhuzamosan vizsgálni kell a fogyasztói energiatakarékosság, az épületek hőigénye alakulását. Minden esetben az épületek hőigényének (épületgépészeti részfeladat) és a geotermikus hőellátásának (energetikusi részfeladat) meghatározott időtartamra számított együttes optimumát kell elérni.
Úgy tűnik, hogy a közeljövőben a földhő közvetlen és hőszivattyús hasznosítása közül szélesebb körben a hőszivattyús megoldások alkalmazhatók. A hőszivattyúk építése késéssel, de az utóbbi időben nálunk is beindult. A nagyobb ütemű, tömeges fejlődés egyrészt azt igényli, hogy központi, stratégiai vizsgálatokkal válasszuk ki a szóba jövő hőszivattyús megoldások közül a legkedvezőbbeket, másrészt a tömeges létesítéshez az érintett hazai gyártók és vállalkozók helyzetbehozása is szükséges.
____________________
A 2010. február 28-i hetedik Budapesti Szkeptikus Konferencián elhangzott eloadás szerkesztett változata.