ENERGIAHASZNOSÍTÁS. (Lesz-e energiaválság?) Az energiagazdálkodás fogalma

Átírás

1 /9 ENERGIAHASZNOSÍÁS (Lesz-e energiaválság?) Az energiagazdálkodás fogalma Azoknak a tevékenységeknek az összessége, amelyeknek célja a rendelkezésre álló energia gazdaságos hasznosítása. Az energiagazdálkodás során gondoskodni kell az elsıdleges energiahordozók (a szén, földgáz, nyersolaj stb.) és másodlagos energiahordozók (a villamos energia, gız stb.) tervszerő elosztásáról, felhasználásáról, ennek ellenırzésérıl. Az energiafogyasztást (mennyiségét, szerkezetét) az árakkal befolyásolni lehet. (Úgy alakítják ui., hogy fogyasztása elınyös legyen a lakosság számára is?!)

2 /9 Rendszerszemlélet! Ahhoz, hogy a természet nyújtotta energiaforrásokat legyen az akár megújuló eredető, akár fosszilis - a lehetı leghatékonyabb módon használjuk fel, nem elegendı, ha az egyes részegységek energiahatékonyságát külön-külön otimalizáljuk. A globális rendszer egyes elemeinek energiahatékonyságát összehangoltan, a kölcsönös egymásra hatást figyelembe véve kell maximalizálni. Ez azért fontos, mert hosszú távon mindenki számára beleértve a végsı energiafogyasztókat is - az a legkedvezıbb megoldás - mind környezeti, mind gazdasági szemontból -, amely globális értelemben is az energiahatékonyság maximalizálását eredményezi, és ésszerően, fenntartható módon használja a Föld energiaforrásait. (a hıszivattyú rendszertechnikailag) Akár az energiatermelés, -átalakítás, vagy -fogyasztás szintjérıl beszélünk, alavetıen három elvet kell követnünk a hatékony és fenntartható energia felhasználás érdekében. Az elsı, hogy csökkentenünk kell a rendszer energiaveszteségeit. A rendszer szó alatt itt érthetünk egy éületet, amelyet főteni és/vagy hőteni kell, valamilyen terméket gyártó iari létesítményt, vagy akár egy villamos energiát elıállító erımővet, stb. Az energiaveszteségek csökkentésére éületek esetében jó élda a külsı határoló szerkezetek hıszigetelése. Iari létesítmények, illetve erımővek esetében edig korszerő technológia alkalmazásával érhetünk el nagyobb hatékonyságot. A második, hogy a fosszilis tüzelıanyagok (földgáz, kıolaj, kıszén, stb.) helyett, ahol csak lehetséges, a lehetı legnagyobb mértékben használjunk megújuló forrásból származó energiákat. Ez azért nagyon fontos, mert azzal, hogy a fosszilis rimerenergia hordozókat kiváltjuk megújuló forrásból származó, gyakorlatilag kimeríthetetlen energiákkal, egyrészt takarékoskodunk a Föld véges energiakészleteivel, másrészt jelentıs károsanyag kibocsátástól kíméljük meg környezetünket.

3 /9 A harmadik, hogy a felhasznált fosszilis energiahordozók energiatartalmát a lehetı leghatékonyabban hasznosítsuk. Ez azt jelenti, hogy a különféle energiaigények ez lehet éületfőtés, hőtés, iari tevékenység, stb. - esetén az energiaigény minıségi szintjét figyelembe véve, mindig a megfelelı minıségő / fajtájú energiahordozót használjuk. ehát az energiaellátás minıségi szintjét az energiaigények minıségi szintjéhez kell illesztenünk. A harmadik ont elsı ránézésre talán kissé nehezen értelmezhetınek és kézzel nem megfoghatónak tőnik. Miért teszünk minıségi különbséget a különféle energiahordozók között, melyek ugyanannyi energiát tartalmaznak? A válasz az energiafajták átalakíthatóságában, hasznosíthatóságában, vagy másként kifejezve munkavégzı kéességében (exergia tartalmában) rejlik. Az exergia a rendszerbıl adott K környezet mellett maximálisan kinyerhetı munka. ehát az exergia az a felhasználható energia, ami rendelkezésre áll. Ha a rendszer és környezete egyensúlyba érnek, az exergia nulla lesz. Az exergia a rendszerbıl reverzibilis folyamatban kikerülı maximális munkát méri, míg az extróia a teljesen irreverzibilis folyamatban felléı maximális entróiatermelést. (Martinás és Nánási 999). Az energia fajtákat átalakíthatóságuk, hasznosíthatóságuk szemontjából feloszthatjuk magas és alacsony minıségi szintet kéviselı energiákra. A magas minıségő energiák mind mőszaki, mind gazdasági értelemben a legértékesebbek, ezért ezekkel a lehetı legtakarékosabban kell bánnunk. Magas minıségi szintet kéviselnek éldául a fosszilis energiahordozók (földgáz, kıolaj, kıszén, stb.), illetve a villamos energia. Ezeket kizárólag olyan energiaigények fedezésére szabad felhasználnunk, amikor nem jöhet szóba alacsonyabb minıségi szintet kéviselı energiahordozó használata. A víz, levegı, vagy bármilyen egyéb hıhordozó közegben tárolt termikus energia alacsony minıségi szintet kévisel. Minél közelebb áll a hıhordozó közeg (l. főtıvíz) hımérséklete a környezeti hımérséklethez (a mindenkori külsı, környezeti hımérséklet), annál alacsonyabb minıségő a benne tárolt energiamennyiség még egyszer hangsúlyozzuk, hogy mennyiségileg ugyanannyi energiáról van szó. Ezek sokkal rugalmatlanabbak az átalakíthatóság, a hasznosíthatóság szemontjából.

4 /9 Primer energiahordozók: Fosszilis tőzelıanyagok szén (tızegtıl a kıszénig), kıolaj, földgáz, szalmától a fáig Helyzeti energia (folyóvíz, ár-aály) Geotermikus energia Nukleáris energia Na- és szélenergia Egyéb energiahordozók (háztartási hulladék [szemét], trágya, stb) Megújuló nem megújuló Megújulók: - Fosszilis (szalmától a fáig) - Helyzeti és mozgásenergia (folyóvíz, ár-aály, szél) - Geotermikus energia - Naenergia - Egyéb energiahordozók (háztartási hulladék [szemét], trágya, stb) Nem megújulók: - Fosszilis (szén (tızegtıl a kıszénig), kıolaj, földgáz) - Nukleáris energia

5 5 /9 Amit ebbıl ma használunk Nem megújulók: - Fosszilis (szén (tızegtıl a kıszénig), kıolaj, földgáz) - Nukleáris energia Ezek adják jelenleg a felhasznált energia > 90 %-át A többi felhasználása ma még elhanyagolható. A felhasználás?

6 6 /9 Idézet (Natúrsziget) A sötétre festett jövı a társadalom nyersanyag-felhasználása már így is megegyezik a teljes élıvilág nyersanyagforgalmával, a fénymegkötéssel (fotoszintézis) felhalmozott növényi erıforrások felét az ember hasznosítja. Az erıltetett gazdasági növekedés biztosan a végusztulásba juttatja a bolygót, akár azzal, hogy megkétszerezi az üvegházgázokat a légkörben és ezzel az élıvilág összeomlik, akár (de inkább ezzel együtt) úgy, hogy feléli az összes elérhetı olcsó ısmaradványi erıforrását, és az olcsó erıforrásokra éült társadalom összeomlik. Az összeomlás sorrendje: az erıforrás-kínálat csökken, a gazdaság zsugorodik, a közegészségügy, mint a legdrágább és legkifinomultabb ágazat, összeomlik, ezt követik a zavargások, járványok és éhínségek. A robléma egyik oldala: A jelenlegi energiafelhasználásunk zöme nem megújuló energiaforrásból származik, amelyek mennyisége véges. Pótlásukhoz természeti katasztrófák (óriási erdık elsüllyedése) mellett évmilliókra lenne szükség.

7 7 /9 A robléma egy másik oldala: A gazdaságosság (mit, hol, mikor, mivel) és harmadik oldala: Energiatermelés hatásfoka Az energia tárolása, szállítása A gazdaságos energiafelhasználás kényszere a XX. század. harmadáig olcsó volt az energia. A termékek árának (beleértve a gyártási, szállítási, raktározási, csomalási költségeket) néhány %-át tették ki. 97. Olajárrobbanás. Azóta folyamatosan emelkedı energiaárak az olajár maga után húzza a többi fosszilis energiahordozó árát is. A gazdaságosság alaja a jó hatásfok.

8 8 /9. Hıerıgéek és körfolyamataik hatásfoka Entalia, entróia és hatásfok Entalia: H U + W U + V dh du + dv + Vd Entróia: Hatásfok: d ds W η Q 0, ahol W az erıgé által leadott munka, Q 0 a bevezetett hımennyiség Fajlagos hőtıteljesítmény: ε Q 0 W, ahol Q 0 - az kg hőtıközeg által elvont hımennyiség, W - a komresszor által végzett munka egy körfolyamat során (hıszivattyúnál teljesítménytényezınek nevezzük)

9 9 /9.. A Carnot-körfolyamat termikus hatásfoka l. 0 o C alsó és 00 o C felsı hımérséklet esetén: 0 9 η 8% 7 A legrégebben megvalósított körfolyamat:...?

10 0 /9 A vízgız körfolyamat. η h h 5 h h h h

11 /9 Gázturbina.

12 /9 Gázturbina körfolyamata: Joule körfolyamat termikus hatásfoka I. be c ( - ) el c ( - ) W be - el c (( - ) - ( - )) ) )( ( c ε ε V V V V

13 /9 Joule termikus hatásfoka II. ( ) π η ) ( / / c be el be t el be Kombinált erımő gáz + gızturbina Hibrid erımő kombinált + a távíz elımelegítés geotermikus energiával

14 /9 Az Otto-körfolyamat termikus hatásfoka: ahol ε a komresszióviszony ( ) ( ) ε η η ) ( ) ( t t

15 5 /9 A Diesel-körfolyamat termikus hatásfoka: ahol ϕ az elızetes exanzióviszony ( ) ( ) ( ) ( ) ) ( ) ( ) ( c c c v t t ϕ ϕ ε η η

16 6 /9 Hőtıgéek és hıszívattyúk hőtıgéek: - megfordított hıerıgéek, ahol energiát használunk fel, hogy - a környezetnél alacsonyabb hımérsékletet állítsunk elı hıszivattyúk: - megfordított hőtıgéek, ahol a bevitt energiánál több hıt állítunk elı - a többletenergiát a környezetbıl vonjuk el Hőtıkörfolyamat II. - - adiabatikus komresszió, - - izotermikus komresszió, - - fojtás, - - izotermikus exanzió. c b W a 0 a: elárologt at ó b: komresszor c: kondenzát or d: f ojt ószele d log 0 0 háll. s 0 0 h h h

17 7 /9 Hıszivattyú: teljesítménytényezı 6.

18 8 /9 Környezeti hıforrások A környezet hımérsékletét a árologtatón keresztül tudjuk "megcsaolni" a következı eszközökkel: talajszonda talaj kollektor masszív hıelnyelı kútvíz (talajvíz) levegıhı termálvíz Hıerıgéekkel szemben támasztott követelmények:.) Ár Elvégzendı feladathoz mennyire kihasznált, a befektetett összeg megtérülési ideje.) Üzemeltetési költség: - fajlagos tüzelıanyag felhasználás - fajlagos energiaigény (l.: hőtıgé) - karbantartási igény.) Megbízhatóság.) Élettartam 5.) Éves kihasználtság: - alaerımő (legjobb η) - csúcserımő (kis beruházási költség, gyors terhelhetıség ) - Kazán (részterhelésen rosszabb η)

19 9 /9 Energiatárolás (a jövı megoldandó kérdése)??? Ismert és korszerő energiatárolási rendszerek Víztározók Hıtárolás Mechanikai lendkerekes tárolás (lassú, gyors) Szuerkondenzátorok Korszerősített savas akkumulátorok Ni-Cd akkumulátorok Nátrium-kén akkumulátor (NaS) Lítium-ion akkumulátorok Na-klorid-nikkel akkumulátor Fém-levegı akkumulátor Cink-bróm akkumulátor Plurion folyadék akkumulátor Regenesys-oliszulfid-bróm akkumulátor Sőrített levegıs energiatárolás (CAES)