Integrált fejlesztések, okos megoldások, innovatív tudásközpontok

Átírás

1 Integrált fejlesztések, okos megoldások, innovatív tudásközpontok Friedler Ferenc Pannon Egyetem URBANIA 21 Budapest, szeptember

2 2 2 ELŐSZÓ Zöld város Fenntarható város Okos város Kreatív város

3 3 3 Tartalom Fenntarthatóság, fenntartható fejlődés? Mi a cél? Okosság Milyen eszközök kellenek ehhez? Miért hálózati probléma? Milyen nehézségek lehetnek? Javaslataink Ráadás: sörgyártól lehet-e okosabb egy város?

4 Ipari forradalom hatása Claude Monet ( ), The Thames at Westminster 1871, Oil on canvas, 47 x 72.5 cm; National Gallery, London 4 4

5 5 5 Fenntarhatóság fogalma Bruntland, Our Common Future (Oxford University Pres, 1987): development which meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs. Rio Earth Summit (1992): the right to development must be fulfilled so as to equitably meet developmental and environmental needs of present and future generations. US National Research Council (1999): Our Common Journey: Transition Towards Sustainability US-EPA, S. Sikdar (2009): Technical Sustainability

6 6 6 Fenntartható vs. okos Fenntarthatóság vagy fenntartható fejlődés? Mi az hogy fejlődés? javulnak gazdasági mutatók? javul a fenntarthatóság? mindkettő? Lábnyom Okosság?

7 7 7 Miért okos? Hatékony Fenntarthatósága jó Barátságos

8 8 8 Kezdetek Energiaválság (80-as évek) Hőintegráció Pinch technológia (UMIST, Manchester, UK) Elektromos hálózatok integrációja (Svájc)

9 9 9 Okosodás elvi alapja Rendszerintegráció

10 10 10 Kezdeti lépéseink A grazi Műszaki Egyetemről (TU-Graz) H. Schitzer és M. Narodoslawsky fordultak hozzánk Veszprémben 1987-ben: bemutatták az általuk kidolgozott SPI (fenntarthatósági folyamat-index) mértéket folyamattervezési módszer kidolgozását kérték, amelyben profit típusú célfüggvény helyett SPI szerepel Meglepő eredmény: kis engedmény a profitból nagymértékű javulást eredményezett a fenntarthatóság -ban (C. Krotschek, PhD Dissertation, TU-Graz, 1995)

11 11 11 Hálózati hatások Zöld forradalom éhínség műtrágyázás víz szennyezés ivóvízhiány Szén lábnyom szén elektromos áram nulla kibocsátású autó Víz lábnyom növénytermesztés szállítás feldolgozás 1 csésze kávéhoz: 140 liter víz

12 12 12 Veszélyek Bonyolultság: Megoldás Működtetés Hagyományos megoldások Intuíció Heurisztika Nem szakmai szempontok Optimalizálás Hibás matematikai modell Rossz megoldó Döntéshozó nem megfelelő tájékoztatása

13 13 13 Optimalizálás min f(x, y) s.t. h(x, y) = 0, g(x, y) 0, x X R n, y Y integer. Kérdések: Hogyan lehet generálni? Hogyan lehet megoldani?

14 14 14 Rossz példák Regionális szennyvíztisztító a hegytetőn Optimális de nem működtethető (Belga gyár)

15 Matematikai modellezés: elvi hibák Floudas (Princeton) potenciálisan optimális struktúrák kizárása hibás tételbizonyítás ellenpéldát közöltünk Grossmann (Carnegie Mellon) nem teljes matematikai modell 30 %-al jobb megoldást közöltünk megoldásunk garantáltan optimális További cáfolatok

16 16 16 Mi kell a jó megoldáshoz? Szervezet Akadémia gazdaság együttműködés Eszközök Matematikai modell Megoldó szoftver Okos városvezetés

17 17 17 Jó példa Szervezet: IBM Szoftvertechnikai Kutató-Fejlesztő Központ - Pannon Egyetem, Műszaki Informatikai Kar - Alapitva: 2010 Eszközök IBM optimizáló szoftverek P-graph módszertan től - PE, Műszaki Informatikai Kar Együttműködés Veszprém várossal IBM-PE VKSZ szerződés

18 nagyobb profit Okossági térkép profit Max Hol van az optimum? Min 0 Min Max fenntarthatóság jobb fenntarthatóság 18 18

19 19 19 Profit korlátozott profit Max Min 0 Min Max fenntarthatóság

20 20 20 Fenntarthatóság korlátozott profit Max Min 0 Min Max fenntarthatóság

21 Fuvarszervezés optimalizálás Feladat szállító járművek rakományának és útvonalának meghatározása Adott szállítási feladatok, térkép, flotta Eredmény teljes flottára nézve optimális fuvartervek Alkalmazás napilapok kiszállításának optimalizálása négy megyére 21 21

22 22 22 Régió léptékű zöldhulladék (fű) hasznosítás Halasz, L., G. Povoden and M. Narodoslawsky, Sustainable processes synthesis for renewable resources, Resources, Conservation and Recycling, 44, (2005).

23 23 23 A fű értékes nyersanyag Fűből előállítható termékek tejsav silózott fű aminosavak rostok, szálak biogáz hőenergia elektromos energia

24 A feldolgozás folyamata silózott fű préselés szűrlet prés maradék zöld finomító finomítói maradék rostkinyerés maradék rostok kinyerése biogáz üzem tejsav aminosavak hőenergia elektromos energia rostok, szálak 24 24

25 25 25 A gyakorlati megvalósítás sajátosságai A nyersanyag (silózott fű) szétszórtan áll rendelkezésre Kicsi a sűrűsége, szállítása nem hatékony A nyersanyag gyorsan lebomlik A feldolgozási folyamat egyes lépéseit a nyersanyagforrás helyén is elvégezhetjük

26 Profit [Million /yr] Fenntarthatósági térkép / (üzemenyag szükséglet) [yr/ ]

27 Optimális megoldás 27 27

28 28 28 A kapott eredmény értékelése A magasabb szállítási költségek ellenére is a centralizált feldolgozás éri meg a decentralizálttal szemben Kifizetődő a tejsav és az aminosavak zöldfinomítóban történő előállítása Nem érdemes a rostok kinyerésével foglalkozni, minden szerves maradékot a központi biogáz üzemben kell feldolgozni

29 29 29 Sörgyár és város energetikai integrációja Sandor, N., M. Eder, N. Niemetz, K.-H. Kettl, M. Narodoslawsky, and L. Halasz, Optimizing the energy link between city and industry, Chemical Engineering Transactions, 21, (2010).

30 30 30 Jelenlegi helyzet Sörgyár: Hőszükséglet olajkazánnal történik (csereérett) Helyiségek fűtését vezetékes gázzal biztosítják A sört elektromos hűtőgéppel hűtik (csereérett, az új elektromos hűtőt már megvásárolták) Kapacitásbővítést terveznek Város: Az egyik városrészt vezetékes gázzal fűtik A másik városrészben jellemzően tüzelőolajjal fűtenek (nincs gázvezeték)

31 31 31 Energiaigények sajátosságai Sörgyár: Sörfőzés: hétfőtől szerdáig (3 nap egy héten) Üvegmosás: hétfőtől péntekig (5 nap) Helyiségek fűtése: minden nap folyamatosan Sör hűtése: minden nap folyamatosan Város: Fűtés hőszükséglete havi bontásban ismert

32 32 32 Sörgyár független optimalizálása Hőenergia biztosítása: Új olajkazán Gázkazán Gázturbina (olcsó, de korlátozott mennyiségű biogázzal) Kazán faaprítékkal Hűtő hulladékhője

33 Optimális megoldás (csak sörgyár) 33 33

34 34 34 Sörgyár és város együttes optimalizálása Hőenergia biztosítása: Új olajkazán Gázkazán Gázturbina (olcsó, de korlátozott mennyiségű biogázzal) Kazán faaprítékkal Szerves Rankine körfolyamat faaprítékkal Hűtő hulladékhője

35 Profit optimális megoldás 35 35

36 Optimális megoldás fenntarthatóság alapján 36 36

37 37 37 Értékelés A sörgyár alapvető költsége a hőellátás Sörgyár integrációja a városi környezettel mint távhő szolgáltató A hőellátó rendszert önmagában nyereségessé teszi Akkor is nyereséges marad, ha kizárólag a környéken előállított megújuló nyersanyagokat hasznosítanak fosszilis tüzelő anyagok helyett

38 Fuvarszervezés és jármű hozzárendelés 38 38

39 Szállítmányozás és fenntarthatóság A szállítmányozás szerepe a CO 2 kibocsátásban 2006 Világszerte 24% * OECD országok 30% * U.S. 29% ** A világ minden táján folyamatosan nő* : +2% : +0.7% A leggyorsabban növekvő forrás az üvegház hatású gázok közül ** Legnagyobb végfelhasználói CO 2 forrás ** *OECD, 2007; **U.S. EPA,

40 40 40 Cost vs. CO 2 Emission CO 2 emission [kg] Cost optimal CO 2 optimal Cost [ ] Heuristic

41 41 41 Összefoglalás Okosodni kell Mi kell ehhez: Megfelelő szakmai szervezet Megfelelő eszközök Okos városvezetés Együttműködés Jó példa: IBM Pannon Egyetem Kutató-Fejlesztő Központ Veszprém megyei Jogú város együttműködés

42 Köszönetnyilvánítás 42 42

43 43 43 Köszönöm a figyelmet! Köszönöm a figyelmet!