Energiatermelés és felhasználás. Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vízi Közmő és Környezetmérnöki Tanszék

Átírás

1 Energiatermelés és felhasználás áttekintés Budai Péter Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vízi Közmő és Környezetmérnöki Tanszék Budapest, 2011 Elektromos energia (fıbb ismérvek) Elektromos áram felhasználás szemszögébıl a legrugalmasabb energia primer energiaforrásokból, általában jelentıs veszteségekkel átalakított másodlagos energia átlagos hıerımő konverziós hatásfoka: ~40% kombinált hı és elektromosság termelés: ~80-90% szállítása további veszteségekkel (~10%) történik magasfeszültségő távvezetékeken az elektromos árammal mőködtetett használati tárgyak ismét átalakítják az energiát 1

2 Fosszilis energiahordozók a világ energiafelhasználásában 2002-es adatok primer energia felhasználás (total primary energy supply, TPES): ~80% elektromos áram termelés: ~65% szén alapú világgazdaság [%] A világ energiahordozó felhasználása 2002 primer energia áramtermelés egyéb megújuló víz nukleáris földgáz kıolaj szén adatforrás: International Energy Association Fosszilis energiahordozók a világ energiafelhasználásában Országonként jelentıs eltérések tapasztalhatók példa: Magyarország és a világ villamosenergia-termelése Energiahordozók megoszlása a világ áramtermelésében % Energiahordozók megoszlása Magyarország áramtermelésében % 17% 16% 39% szén kıolaj földgáz nukleáris víz 32% 27% 5% kıolaj földgáz nukleáris szén egyéb megújuló megújulók 19% 7% 35% adatforrások: International Energy Association és MVM Rt. 2

3 Primer energia felhasználás az EU országaiban (2008) Primer energia felhasználás források szerint Energia végfelhasználás ágazatok szerint Megújulók 8,3% Nukleáris 13,5% Ipari hulladék 0,1% Áram import-export 0,1% Szén 17,0% Mezıgazdaság Egyéb 1,5% Szolgáltatások 1,0% 7,7% Energiaátalakítás veszteségei 22,0% Háztartások 16,5%!!! Elosztás veszteségei 1,4% Energiatermelés önfelhasználása 5,2% Földgáz 24,5% Kıolaj 36,5% Ipar 17,6% Nem-energetikai felhasználás (pl. vegyipar) 6,3% Közlekedés 20,8% adatforrás: Európai Környezetvédelmi Ügynökség Villamosenergia-felhasználás Magyarországon Villamosenergia felhasználás alakulása Magyarországon [TWh] hálózati veszt. ipar háztartások szolgáltatások egyéb hálózati veszt % 18% 15% 13% 10% 8% 5% 3% 0% adatforrás: MVM Rt. 3

4 Energiatermelési technológiák értékelésének szempontjai környezeti hatások szennyezıanyag kibocsátások ( tisztaság ) erıforrásokra, élıhelyekre gyakorolt hatás költségek közvetlen ( látható ) költségek externális ( láthatatlan ) költségek üzembiztosság állandó/változó (irányítható/véletlenszerő) biztonság Energiaátalakítás hatásfoka fosszilis tüzeléső hıerımővekben primer energia elektromos áram termelés η=34% hıtermelés η=90% áram hı veszteségek 100 kombinált hı és áram termelés η=87% áram hı veszteség Kombinált ciklusú erımővek hatékonysága kedvezıbb, de a termelt hıt a közelben kell felhasználni korlátozott! 4

5 Fosszilis tüzelıanyag alapú erımővek - környezeti hatások fosszilis tüzelıanyagok (szén, olaj, földgáz) LEVEGİ CO 2 vízgız SO x, NO x por nedves kiülepedés száraz kiülepedés levegı víz egyéb nyersanyagok Bemenı anyagáramok hı, oldott sók VÍZ oldódás/kicsapódás adszorpció/deszorpció korom, pernye, olaj TALAJ Kimenı (hulladék) anyagáramok Alternatív primer energiaforrások nukleáris (nem-megújuló) geotermikus (feltételesen megújuló) szoláris megújulók napenergia hidrosztatikus energia biomassza szélenergia ár-apály energia hullámenergia tengeri áramlások 5

6 Nukleáris energia kontrollált nukleáris fúzió jelenleg még nem sikerült létrehozni aggályokat kelt ( végtelen energia mellékhatásai ) kontrollált nukleáris fisszió (maghasadás) gyakorlatban mőködik, számottevı hányadát biztosítja napjaink energiaszükségletének normál üzemmenetben minimális szennyezıanyag kibocsátás biztonság: alacsony kockázat, de potenciálisan súlyos károk reaktorok újabb generációi egyre biztonságosabbak radioaktív hulladékok hosszútávú problémaforrás Szoláris megújulók Nap: sugárzása az eredendı energiaforrás (nukleáris fúzió) tengeri áramlatok energiája víz helyzeti energiája hidrológiai körforgás napenergia óceánok hıenergiája hullámenergia szélenergia biomassza termelıdés hımérsékleti egyenlıtlenségek biomassza energia légmozgás 6

7 Nem szoláris megújulók Hold gravitációs vonzereje ár-apály energia geotermikus energia földkéreg alatti kızetolvadék hıje Megújulók jelenlegi helyzete (elektromos áram termelés) Villamosenergia-termelı kapacitás megújuló forrásokból (2005) % víz (nagyléptékő) % egyéb megújuló Installed capacity [GW] % 10% 5% Share from total biomassza szél víz (kisléptékő) nagyléptékő víz részesedése világ fejlıdı EU-25 Kína Németo. Spanyolo. USA Japán országok 0% megújulók részesedése (kiv. nagyléptékő víz) adatforrás: Renewables Global Status Report, 2006 update ( 7

8 Vízerımővek (duzzasztók) a legelterjedtebb megújuló (2010-re 1010 GW) elérhetı és megbízható technológia (energiaátalakítás hatásfoka 90%-ot is elérheti) az erıforrások globális megoszlása egyenletesebb a fosszilis tüzelıanyagokénál gazdaságilag versenyképes ökológiai aggályok vizes élıhelyek átalakítása fontos megkülönböztetni a kis-, ill. nagyléptékő létesítményeket az energiatárolás egyik legkézenfekvıbb módja Vízerımővek (duzzasztók) E = m g h P = Q h g ρ η Francis-Turbina Kaplan-turbina Pelton-turbina Oxford Illustrated Science Encyclopedia 8

9 Kisléptékő vízerımővek 2010-re világszerte 60 GW beépített teljesítmény Auchtertyre (UK) teljesítmény: 0,7 MW Pemberton (CAN) teljesítmény: 33 MW erımő teljesítmény esés vízhozam kihasználtság Tiszalök 12,5 MW 5,0 m 300 m 3 /s 41% Kisköre 28,0 MW 6,3 m 560 m 3 /s 42% Kesznyéten 4,4 MW 13,5 m 40 m 3 /s 61% Ikervár 2,3 MW 7,6 m 36 m 3 /s 72% Felsıdobsza Gibárt 0,5 MW 0,5 MW 4 m 4,4 m 22 m 3 /s 18 m 3 /s 63% 57% Kesznyéten Szélenergia a legdinamikusabban terjedı megújuló érett, megbízható, piacról elérhetı technológia erıforrások globális megoszlása egyenletesebb a fosszilis tüzelıanyagokénál kedvezı körülmények esetén versenyképes költségek környezeti elınyök szennyezıanyag kibocsátás csak a gyártás (acél tornyok, mőanyag kompozit lapátok stb.) során (üzem közben nincs szennyzı kibocsátás) nem zár ki egyéb célú földhasználatot (mezıgazdasági termelés lehetséges) 9

10 Szélenergia Környezeti aggályok tájképi hatás (szubjektív, elhelyezéstıl erısen függ ) madarak (megfelelı elhelyezéssel minimalizálható) zaj, árnyék-vibráció (elhelyezés és csendes turbina típus megválasztása csökkenti a problémát) Technológiai szempontok üzemórák nehezen tervezhetık (energiatárolás?) energiaátalakítás hatásfoka a szélsebességtıl függ leadott teljesítmény idıben változó hálózati integráció nehézségei (nagy szélfarmok) Szélenergia alapok Energia tartalom Szélsebesség és magasság teljesítmény ~konstans π 2 3 P = ρair v szél sebessége r 2 rotor sugár Szélsebesség és felület Topográfia dombok, szorosok felszín feletti magasság növekvı érdesség szélsebesség 10

11 Szélenergia erıforrások globális megoszlása forrás: Wind Force 12 (European Wind Energy Association, 2004) Széltérképek / szélatlaszok USA (durva felbontás) 11

12 Széltérképek / szélatlaszok Nyugat-Európa (durva felbontás) Széltérképek / szélatlaszok Cseh köztársaság (részletes) 12

13 Széltérképek / szélatlaszok Magyarország (durva felbontás) (részletes) Szélturbinák fejlıdése éves élettartam, moduláris felépítés, egyszerő telepítés/bontás korai szélkerekek a nagy szélroham napjainkban kw nagymérető prototípusok (200 kw) kw kis méret 0,6-2,5 MW nagy méret egyedi gyártás sorozatgyártás 1890-es évek 1940-es, 50-es évek 1980-es évek 2000 tıl 13

14 A dán konstrukció manapság a legelterjedtebb típus vízszintes tengelyő széllel szembeforduló három lapát fogaskerékház Alternatív koncepciók többnyire kísérletezés (prototípusok) háztartási szintő energiatermelésre néhányuk erısen utopisztikus Stormblade Loopwing Quiet Revolution 14

15 Szélturbinák energiaátalakítási hatásfoka elméleti maximum: ~59% (Betz törvénye) a gyakorlatban: csúcsérték: ~40-50% átlagosan: ~20% névleges teljesítmény nem egyenlı a gyakorlati átlagos teljesítménnyel (utóbbi a kihasználtság függvénye) ténylegesen megtermelhetı energia: a szélcsendes idıszakok miatt a névleges kapacitás kb. ~20-25%-a fel nem használt szélenergia: ténylegesen veszteség? Egy példa: Enercon-E48 (800 kw) kis szélsebesség esetén hatásfok kevésbé fontos teljesítménytényezı (hatásfok) leadott teljesítmény névleges teljesítmény tartásához hatásfok csökkentés szükséges maximum érték P C p = P ki be 15

16 Zajkibocsátás és zajvédelem zajforrások aerodinamikus (lapátok) fogaskerekek passzív védekezés a kibocsátott zaj távolság függvényében gyorsan csökken aktív védekezés közvetlen meghajtású, többpólusú generátorok lapátok és lapátvégek gondos aerodinamikai tervezése Zajkibocsátás és zajvédelem védıtávolság kijelölése modellezéssel Source: American Wind Energy Association Source: Danish Wind Industry Association 16

17 Madarak és szélturbinák néhány problémás helyszín (rossz helyre telepített öreg szélfarmok) madarak viselkedése fajonként változik dán radaros vizsgálat: a madarak néhány 100 méterrel a turbinák elıtt megváltoztatják az útvonalukat (éjjel is) szélturbinák és más, madárhalálozást kiváltó okok összehasonlítása forrás: Erickson et al., 2002, Summary of Anthropogenic Causes of Bird Mortality Tengeri szélfarmok kihívások kíméletlenebb környezet magasabb beruházási költségek elınyök erısebb szelek kedvezı felületi érdesség kiszámíthatóbb széljárás tájképileg kevésbé zavaró zajprobléma megoldódik 17

18 A szélenergia piac jelene EU: vezetı szerep Dánia: az elsık között kezdte meg a szélenergia felhasználását, jelenleg stagnál (régi turbinák cseréje) Németország és Hollandia: szintén korai belépık, az új szárazföldi telepítések száma csökken, tengeri farmok elıtérben Spain, Nagy-Britannia, Olaszország, Franciaország, Portugália: késıbb kezdték meg szélenergia potenciáljuk kihasználását, jelenleg is növekvı ütemő telepítések zajlanak új tagállamok: csak az utóbbi években kezdték meg a felzárkózást a régi tagokhoz fejlıdı országok : ígéretes irányok India és Kína: intenzív fejlesztés, nagyratörı tervek Szélenergia-felhasználás: globális helyzetkép Hálózatra kapcsolt kapacitás [GW] EU összkapacitás világ összkapacitás éves növekmény (EU) éves növekmény (világ) Éves növekmény [GW] adatforrások: és 18

19 Szélenergia-felhasználás: a tíz vezetı ország Hálózatra kapcsolt kapacitás [GW] Németo. Spanyolo. Dánia Nagy-Britt. Franciao. Olaszo. USA Kanada India Kína világ EU/világ % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% EU részesedése a világban adatforrások : és Szélenergia az EU-ban: fajlagos kapacitás (lakosságra) Románia Bulgária Szlovénia Szlovákia Málta Lengyelo. Litvánia Letto. Magyaro. Észto. Cseho. Ciprus Luxemburg Finno. Belgium Ausztria Görögo. Írország Svédo. Hollandia Dánia Portugália Nagy-Britt. Franciao. Olaszo. Spanyolo. Németo Fajlagos szélenergia kapacitás (lakosságra vetítve) EU-27 átlag: kw/1000 fı EU EU szélenergia kvóta limit Magyarországon (2006 óta változatlan ) a magyar villamosenergia rendszer rugalmatlansága engedélyezésre benyújtott tervek Magyarországon (2006-os állapot) szélenergia részesedése az áramtermelésben (2004): - Dánia: 19%; - Spanyolország: 6%; - Németország: 5% forrás: EurObserv ER Wind Energy Barometer

20 A szélenergia szektor fejlıdése Európában EU-15 szélenergia-kapacitás megoszlása (2002) EU-12 szélenergia-kapacitás megoszlása (2002) adatforrás: Németo. Spanyolo. 13% Olaszo. Franciao. Nagy-Britt. Portugália Dánia Hollandia 52% Svédo. Írország Görögo. Ausztria 21% Belgium Finno. Luxemburg EU-15 szélenergia-kapacitás megoszlása (2010) Németo. Spanyolo. 5% Olaszo. Franciao. 34% 5% Nagy-Britt. Portugália Dánia Hollandia 6% Svédo. Írország % Ciprus Cseho. 5% Észto. Magyaro. Letto. Litvánia 43% Lengyelo. Málta Szlovákia Szlovénia 39% Bulgária Románia EU-12 szélenergia-kapacitás megoszlása (2010) 16% 8% Ciprus Cseho. 5% Észto. Magyaro. 10% 13% Letto. Litvánia Lengyelo. Málta 7% Görögo. Ausztria 5% Szlovákia Szlovénia 7% 25% Belgium Luxemburg Finno. 39% Bulgária Románia Szélenergia költségei: globális helyzet helyszínfüggı költségek 5-10 c /kwh (Wind Energy The Facts, 2009) The Cost of Wind Power (Renewable Energy World) Wind Energy The Facts 20

21 Szélenergia költségei: magyarországi helyzet Telepített kapacitás 2010 végéig: 295 MW Románia: csak 2010-ben 448 MW új telepítés! átlagos magyar háztartás áram költsége (ELMŐ) bruttó 48,54 Ft/kWh piaci beszerzési ár: 35% (17 Ft/kWh) kötelezı átvétel + egyetemes szolgáltatók árrése: 12% rendszerhasználati díjak: 32% (15,5 Ft/kWh) ÁFA: 20% (9,7 Ft/kWh) támogatott átvételi ár szélerımővektıl nettó 29,28 Ft/kWh Megtérült beruházások szabad piacon értékesítenek 8-12 Ft/kWh (~Paks) Geotermikus energia geotermikus gradiens világátlag: C/km lokális eltérések az átlagtól felületi hıáramsőrőség átlagosan mw/m 2 között változik felszín T [ C] mélység 21

22 Geotermikus energiaforrások globális megoszlása legkedvezıbb adottságok a tektonikus törésvonalak környékén koncentrált elıfordulás Geotermikus energiaforrások megoszlása az USA 48-ban 22

23 Geotermikus energiaforrások megoszlása Európában legkedvezıbb adottságú területek: - Izland - Olaszország - Törökország - Görögország Magyarország is jó adottságokkal rendelkezik Geotermikus energiaforrások megoszlása Magyarországon 23

24 Geotermikus erımővek (villamosenergia-termelés) geotermikus fluidumok eltérı hımérsékletek magas oldott só tartalom három fı típus szárazgızös expanziós kétkörös expanziós rendelkezésre állás >90% kiegyensúlyozott termelés szárazgız erımő csak nagyon forró, elsıdlegesen gız halmazállapotú fluidumok (ritka) Geotermikus erımővek (villamosenergia-termelés) expanziós erımő kétkörös expanziós erımő a mélybıl feltörı forró víz nyomását csökkentve az gızzé alakul alacsony hıfokú ( C) fluidum hıcserélıben alacsony forráspontú másodlagos fluidumot forral fel pl. izobután 24

25 További lehetıségek Hot Dry Rock (HDR) technológia mesterségesen táplált mélységi víztározó (kızetrepedés rendszer) létrehozása olyan helyeken, ahol nincs jelen fluidum magas költségek Soultz (Elzász, Franciaország) kísérleti projekt (20 év kutatás) 5000 m mély fúrások 200 C-os kızet (gránit) természetes repedések bıvítése 1,5 MW-os, kétkörös rendszer hálózatra kötés: 2011 január 1,5 MW Geotermikus villamosenergiatermelés a világon ország adja a világ termelésének döntı hányadát térben koncentrált erıforrások lassú növekedés (~0,2 GW/év) Villamosenergia-termelı kapacitás [GW] Izland: áramtermelés 25%-a (2010) Fülöp-szigetek: áramtermelés 18%-a (2010) El Salvador Izland Új-Zéland Costa Rica Japán Indonézia Olaszország Mexikó Fülöp-szigetek USA Összesen adatforrás: International Geothermal Association 25

26 Környezeti vonatkozások légköri kibocsátások geotermikus fluidum CO 2, H 2 S, NH 3, CH 4 tartalma (közvetlen szárazgız és expanziós erımővek részben nyitott rendszer) folyékony kibocsátások ahol nincs visszasajtolás sótartalom hıszennyezés toxikus fémek (As, Hg) szilárd kibocsátások oldott sótartalom kiválása a túltelített geotermikus fluidumok hőlése során Légköri kibocsátások (USA adatok alapján) [font/mwh] Fajlagos CO 2 kibocsátások [font/mwh] Fajlagos NO x kibocsátások szénerımő gázturbina szénerımő gázturbina geotermikus (1990 elıtti) (2002 elıtti) (1990 utáni) (2002 utáni) 0 szénerımő (1990 elıtti) gázturbina (2002 elıtti) szénerımő (1990 utáni) gázturbina (2002 utáni) geotermikus [font/mwh] Fajlagos SO 2 kibocsátások geotermikus kibocsátások: szárazgız és expanziós erımővek adatai 0 szénerımő (1990 elıtti) gázturbina (2002 elıtti) szénerımő (1990 utáni) gázturbina geotermikus (2002 utáni) 26

27 Geotermikus villamosenergiaerımővek költségei csökkenı tendencia oroszlánrész a beruházásé kutatás/feltárás fúrás technológiafüggı 4-6 c$/kwh (egykörös) 5-8 c$/kwh (kétkörös) helyszínfüggı Geotermikus energia közvetlen felhasználása alacsony és közepes hıfokú termálvizek ( C) termálfürdık mezıgazdasági felhasználás (melegházak, halastavak) geotermikus távfőtés nagyon alacsony hıfokú felhasználás: hıszivattyúk főtésre és hőtésre is használható berendezések zöld alternatívát nyújtanak a légkondicionálókkal szemben kiaknázott kapacitás (MW) alacsony és közepes világ hımérséklető felhasználás EU geotermikus hıszivattyúk világ EU 4531 EurObserv ER Geothermia Barometer

28 Geotermikus hıszivattyúk Hőtési ciklus Főtési ciklus Geotermikus energia közvetlen felhasználása az EU-ban alacsony és közepes hıfokú termálvizek 2500 Magyarország Franciaország Germany Olaszország Szlovákia EU hıszivattyúk Svédország Németország Franciaország Finnország Hollandia Ausztria EU Hıtermelı kapacitás [MW] Hıtermelı kapacitás [MW] ~100% adatforrás: EurObserv ER Geothermia Barometer 2005, 2006,

29 Geotermikus energia összegzés villamosenergia-termelés és közvetlen felhasználás (főtés) is lehetséges, inkább az utóbbi dominál világviszonylatban 2010-ben 10,7 GW áramtermelı kapacitás, között 3,5%-os átlagos éves növekedés 2010-ben 50,6 GW hıtermelı kapacitás (438 PJ/év termelés), között átlagosan 15%-os éves növekedés Európában (2004-es adatok) áramtermelés csak Olaszországban (0,8 GW) főtés: 2,1 GW + 5,2 GW (hıszivattyú; 2010-ben >12 GW) Magyarországon közvetlen felhasználásra kedvezı adottságok csak részben kihasznált lehetıségek (hıszivattyús főtés?) Biomassza villamosenergia-termelés fa, mezıgazdasági hulladék, külön erre a célra termesztett energianövények eltüzelésével elıny: meglévı hıerımővek átalakíthatók háztartási felhasználás vegyes tüzeléső kazánok gépjármő üzemanyagok biodízel és bioetanol biogáz általában hulladéklerakók depóniagáza vagy szennyvíztisztítók iszaprothasztóiban fejlıdı gáz 29

30 Villamos- és hıenergia biomasszából nyersanyag erdészeti és mezıgazdasági hulladékok energanövények: füvek és fásszárúak rönkfa: környezeti szempontból aggályos! fıbb jellemzık hozam (száraz): t/ha/y (területigény) energiatartalom: J/t (fosszilisnál kisebb) évelı vagy egynyári (mőködtetési költségek) klimatikus igények (termeszthetıség, helyi viszonyok) világviszonylatban (2010) ~62 GW áramtermelı kapacitás (becslés) főtıkapacitás sokkal nagyobb (összes primer energia 13%-a) Villamosenergia biomasszából érvek és ellenérvek nettó nulla CO 2 kibocsátás a többi légszennyezı továbbra is problémás lehet alacsony energiatartalom nyersanyag szállítás nagyobb távra gazdaságtalan ezért csak a helyben történı hasznosítás ésszerő élelem vagy energia? termıföld energetikai célú használata olyan régiókban, ahol élelem elıállítására sem elegendı? mi a helyzet a többi fajjal és a biodiverzitással? nehezen körbejárható téma 30

31 Bioüzemanyagok közvetlen felhasználás a nyersanyagnak csak az anyagi minısége változik (energia befektetés révén) bioetanol magas szénhidrát tartalmú biomassza (pl.: cukornád) fermentációjával állítják elı fosszilis üzemanyaghoz keverve használják (motorfüggı) (pl.: E10 10%; E85 85% bioetanol tartalom) biodízel alkoholok olaj/zsírsavakkal (repce, szója, napraforgó, pálmaolaj, használt növényi olajok stb.) képzett észterei hagyományos dízellel keverve vagy tisztán is használható (motortól függ) Bioüzemanyagok bioetanol világtermelés 88%-át két ország adja (Brazília, USA) Brazíliában az üzemanyag-felhasználás 50%-át adja (2010) biodízel világtermelés 50%-át az EU adja (2010) EU bioüzemanyagfelhasználásának döntı hányadát adja növekedés üteme lassul 2008-ról 2009-re csak 9-10% Source: Renewables Global Status Report,

32 Napenergia Napelemek (fotovoltaikus -PV- rendszerek) közvetlen napfény-elektromos áram átalakítás (η: 9-14%) félvezetık segítségével egyenáramot termel költséges, de az árak meredeken csökkennek

33 Napelemes áramtermelés a világon hálózatba kapcsolt 2009-re ~21 GW, 2010-re ~40 GW kapacitás (ebbıl 2010-ben 9,7 GW-ot a 200 kw-nál nagyobb egységek tettek ki) leggyorsabban növekvı megújuló ( között éves átlagban 60%) világkapacitás 75%-a az EU-ban (2010) Csehország: 2008-ról 2010-re 2 GW! autonóm rendszerek 2009-re világszerte ~4 GW GW Napelemes kapacitás 2009 Napelemes kapacitás % 6% 7% 5% 13% 16% 47% Németo. Spanyolo. Japán Olaszo. Egyéb EU USA Egyéb 4% 3% 5% 9% 6% 10% Németo. Spanyolo. Japán 44% Olaszo. Cseho. Franciao. Egyéb EU USA 9% Egyéb 10% adatforrások: Renewables Global Status Report, 2010, 2011 Termikus naperımővek (CSP Concentrating Solar Power) alapelv: napfény pontba vagy vonalra fókuszálása néhány száz C-ra felmelegített munkafolyadék hıcserélı segítségével hagyományos gızturbinát hajt tartós és zavartalan besugárzást igényel világszerte 1,1 GW (2010) további 2,6 GW építés alatt parabolavályúk parabolatányérok tornyos naperımővek legelterjedtebb (~90%) Stirling-motorral is mostanában kezd elterjedni

34 Naperımővek a világon USA: 0,5 GW SEGS: Mojave sivatag (Kalifornia), 354 MW naperımő (75%) és gázturbina (25%) kombinációja 400,000 tükör 4 km² területen Spanyolország: 0,6 GW kapacitás döntı része ben épült ki Észak-Afrika több GW tervben (európai exportra) Napkémény alapelv: felmelegített levegı turbinával ellátott kéménybe győjtése aggályok: extrém tájképi hatás megéri? feltaláljuk a spanyolviaszt?! 1982: 50 kw-os prototípus (Manzaneres, Spain) tervezett: 1000 m magas, 200 MW kapacitású torony 34

35 Napenergia közvetlen felhasználása (HMV, főtés) leginkább háztartási melegvíz (HMV) elıállítására, kiegészítı-rásegítı rendszerelemként széles termékpalettából lehet válogatni megtérülési idı változó (besugárzástól, földgáz/áram árától függ) Napenergia közvetlen felhasználása világviszonylatban kb. háromszorosa a geotermikus kapacitásnak legnagyobb kapacitás és legnagyobb piac: Kína (!) 2010-ben ~21%-os növekedés ( GW) 2009 Kína: 105 GW EU: 19 GW Törökország: 7,5 GW adatforrások: Renewables Global Status Report 2010,

36 Óceán energia ár-apály energia torkolatok/tengeröblök lezárása negatív ökológiai hatásokkal jár alacsony kapacitástényezı (20-35%), de tervezhetı termelés korlátozott néhány mőködı erımő La Rance, Franciaország: 240 MW, 1966 ~világ összkapacitása Fundy-öböl, Kanada: 20 MW, 1984 tengeri áramlatok energiája ígéretes technológia, de még gyermekcipıben jár hullámenergia többféle mőködési elv, többségük kísérleti fázisban óceánok hıenergiája sekély és mély vizek hımérséklet-különbségének kihasználása csak kísérleti fázis (Csendes-óceáni szigeteken) Tengeráramlat-erımővek szélturbinákkal analóg mőködési elv tengeri áramlatok jóval kiszámíthatóbbak és energiaintenzitásuk is magasabb (a szélnél) minimális környezeti hatás energiaátalakítás hatásfoka 40% feletti megkezdıdött a piaci hasznosítás 300 kw kapacitású erımő 2003 óta Angliában tesztpéldányként üzemel 1,2 MW kapacitású ikerturbinás erımő 2008 óta Észak-Írországban üzemel futó projektek: 8 MW (Skócia), 10 MW (Wales) 36

37 Pelamis hullámenergia átalakító csuklókkal összekapcsolt hosszúkás bóják a hullám-mozgást hidraulikus generátorok alakítják villamos energiává, ami tengeralatti kábeleken jut a szárazföldre energiaátalakítás hatásfoka <10% (a többi veszteség?) hossz: 140 m; átmérı: 3,5 m; névleges kapacitás: 750 kw kapacitástényezı: kb % piaci hasznosítás 2008 óta, Portugália partjainál 3 egység összesen 2,25 MW kapacitással (egy 20 MW-os projekt elsı lépcsıjeként) Megújuló energiák kulcsfontosságú jellemzıi üvegházhatású gázok és más erımővi szennyezıanyag kibocsátások csökkenése fenntartható(bb) energiatermelés (erıforrás-használat) energiaellátás diverzifikálása (energiabiztonság) decentralizáció helyi erıforrások fontosságának erısödése (helyi energiabiztonság, de felelısség is) alacsony externális, de magas látható költségek jellemzıen változó, sok esetben nem tervezhetı termelés nehézségek az ellátásban (kínálat kereslet) 37

38 Üvegházgáz kibocsátások (teljes életciklus) Villamosenergia-termelés Nyugat-Európai átlag, 2002 erımő közvetlen kibocsátásai közvetett kibocsátások (gyártás, bányászat, szállítás, hulladékok) a vizsgált megújulók egyértelmően jobbak (geotermikus és biomassza nem szerepel) Légszennyezı kibocsátások (teljes életciklus) geotermikus nem szerepel villamosenergiatermelés Source: Alfred Voß (2006). Energy and Sustainability An Outlook 38

39 Megújuló energiák jelenlegi fajlagos költségei átlagos, tipikus értékek: áramtermelés technológia jellemzı egységkapacitások fajlagos költség [USc/kWh] nagyléptékő vízerımővek 10 MW 18,000 MW 3 5 kisléptékő vízerımővek 1 10 MW 5 12 szárazföldi szélelımővek 1,5 3,5 MW (rotorátmérı: m) 5 9 tengeri szélerımővek 1,5 5 MW; (rotorátmérı: m) biomassza erımővek 1 20 MW 5 12 geotermikus erımővek MW 4 7 háztartási léptékő napelemek 2 5 kw csúcskapacitás nagyléptékő napelemtelepek 0,2 100 MW csúcskapacitás termikus naperımővek (CSP) MW (parabolavályús) magyarországi termelıi árak atomerımő: 8-9 Ft/kWh hıerımővek: Ft/kWh főtés technológia jellemzı egységkapacitások fajlagos költség [USc/kWh] biomassza főtés 1 20 MW 1 6 napkollektor (házi) 2-5 m napkollektor (közepes léptékő) m napkollektor (központi főtés) 0,5 2 MW 1 8 geotermikus főtés 1 10 MW 0,5 2 adatforrás: Renewables Global Status Report (2011) Változás szükséges Fejlıdés Fenntarthatóság Klímaváltozás Igazságos jólét? 39

40 Változtatni nehéz az energiaipar reakcióideje nagyon lassú új erımővek általában évtizedekre meghatározzák a szektor arculatát kevés tapasztalat a megújuló energiák terén típusfüggı: víz, szél egyértelmően érett társadalom tájékozottsága: ellenkezés alapja sokszor egyszerő félelem törvényi, pénzügyi ösztönzés segíti a megújulók terjedését drágítja a jelenlegi energiaárakat (?) Sommázás megújulók jelentıs térnyerése még várat magára közvetlen hasznosítás általában megéri (hosszabb távon) napenergia és geotermikus hıhasznosítás villamosenergia-termelés is kezd kifizetıdı lenni szélenergia, napelemek (tovább csökkenı árak esetén) háztartási léptékő alkalmazások egyéni szerepvállalás lehetısége központi rendszerektıl való függés csökkentése jelenleg megújuló energiaforrások túlhasználata elképzelhetı, de csak a távoli jövıben energiaforrás újratermelıdésének és felhasználásának sebessége (pl.: biomassza, geotermikus) 40