Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Dr. İsz János.

Átírás

1 Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Dr. İsz János Energiapolitika energetikai MSc szak

2 2. témakör Globális problémák

3 Globális problémák Gazdasági-társadalmi különbségek (energiaszegénység). Természeti kincsek végessége (lásd készletek). Kibocsátások és azok hatásai (levegı-szennyezettség, klímaváltozás?). Energetikai ellátásbiztonság sérülése. A technikai fejlıdés kétarcú, pozitív és negatív hatások, a fejlıdés egyik mozgatóereje, csak régebben idıben és térben korlátozott hatások, míg ma a hatások és a veszélyek globálisak. Az energetika a fejlıdés feltétele, motorja, de ökológiai hatásai negatívak: kibocsátások, hatás a globális felmelegedésre, hatás az ózonlyuk növekedésére, hatás a biológiai sokféleségre.

4 1. Társadalmi-gazdasági különbségek A világ népességének alakulása (kb. 75 Mfı/év növekmény) Brennstoff-Wärme-Kraft, 2004/11. p világ összesen ipari országok ,5 lakosság, milliárd fı , ,1 1,2 1,4 0,

5 Világ Nagyságrendnyi társadalmi, gazdasági (köztük energetikai) különbségek: Népesség: 1900: 1,6 milliárd fı (0,7 milliárd fı ipari országok, 44 %), 2003: 6,0 milliárd fı (1,4 milliárd fı ipari országok, 23 %). GDP/fı.év: Országtól függıen néhány száz USD/fı-tıl néhány tízezer USD/fı (két nagyságrend). Energiafogyasztás: Világátlag: 80 GJ/fı.év, Fekete Afrika: 13 GJ/fı.év, USA: 325 GJ/fı.év.

6

7 VÁLTOZÁSOK A VILÁGGAZDASÁG PÓLUSRENSZERÉBEN 2 pólusú rendszer MULTI PÓLUSÚ RENDSZER ORSZÁGCSOPORTOK MULTIKULTURÁLIS VILÁGGAZDASÁG 1, szén, vas 2, gőz, acél KANADA ÉSZAK-AMERIKA MEXIKÓ EUROPE ARAB ORSZÁGOK KÍNA OROSZOR SZÁG INDIA JAPÁN - AUSZTRÁLIA 3, motorok, villamosság, vegyészet 4, atom, elektronika 5, környezetbarát technológiák DÉL- AMERIKA DÉL- AFRIKA KIS TIGRISEK

8 Világgazdaság Kétpólusú: Európa, USA kb ig, USA-SZU 1990-ig (?). Multipólusú: napjainkban (ország-csoportok). Multikulturális (Huntington: civilizációk harca ): Protestáns (USA, Kanada, Ausztrália, Ny-Európa), katolikus (DNY- és Kö-Európa), ortodox (DK-Európa, Oroszország), Római katolikus (Dél-Amerika), Iszlám, Tao, buddhista, shinto, Hindu, Törzsi. Feltörekvı országok: Kína, India, Brazília, Mexikó, Dél-Afrikai Köztársaság. G-8, G-20, G-42. Regionális együttmőködések, szervezıdések. Centrum (Ny-Európa, K-USA, napjainkban K-Ázsia, Ny-USA), fejlett, elsı világ és periféria, fejletlen országok, harmadik világ harca.

9 GDP-eloszlás a világon

10 Gazdasági-társadalmi különbségek Népesség, gazdaság növekedése egyenlıtlen, különbözı kultúrák, óriási különbségek. Migráció erısödése. Nemzetközi instabilitás (konfliktusok, terrorizmus). Környezetromlás, globális ökológiai hatások. Az emberiség fokozatosan felismeri a veszélyt: - mekkora a föld eltartó képessége, - az egyenlıtlenségek, a migráció, a környezetromlás hogyan csökkenthetı, - a társadalmi, gazdasági és ökológiai fenntarthatóság szoros kölcsönhatásban van egymással.

11 Energetikai egyenlıtlenségek A régiók egy fıre esı energiafelhasználásának aránya Fekete Afrika: 13 GJ/fı; Világátlag: 80 GJ/fı; É-Amerika: 325 GJ/fı Fekete Afrika India Dél Ázsia Kína Latin Amerika Világátlag Magyarország Európai Unió Egyesült Államok 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

12 Energiaszegénység Fejletlen Fejlıdı Fejlett Létszám 2,0 2,9 1,4 (milliárd fı) információtech, hőtés, egyéb villen vízszivattyú dízelgenerátor hőtés villen villen szállítás üzemanyag üzemanyag fızés biomassza biomassza, petróleum, LPG gáz, villen, LPG főtés biomassza biomassza, szén gáz, szén, főtıolaj, villen világítás gyertya, elemlámpa petróleum-, elemlámpa, villen villen

13 Energiaszegénység Közel 2 milliárd fı villamos energia nélkül. Biomassza részarány: Zambia, Mozambik, Tanzánia 95 % (lakosság %-a), Algéria 5 % (lakosság <5 %). Számos helyen autonóm villamosenergiatermelés (dízelgenerátor, törpe vízerımő, biomassza erımő, szél, PV/nap). Hálózati veszteségek: Nigéria 32 %, OECD 8 %.

14 2. Primer energiahordozók végessége Energiahordozó készletek látható véges mennyisége: szén (200 év), kıolaj (40-50 év, olajpalával 100 év), földgáz (60-80 (100?) év, szénbıl mesterséges metán?), urán (U-235 (5 g/kg), év, jobb hasznosítással ( zárt üzemanyag-ciklus, más üzemanyaggal (Th-232 U-233)?), A tüzelıanyagok egymással való helyettesítése korlátozott. A szénhidrogének eloszlása egyenlıtlen: kıolaj (62 % arab országok, 12 % Oroszország), földgáz (40 % arab országok, 36 % Oroszország (+közép-ázsiai utódállamok)). A szén és urán eloszlása kiegyensúlyozottabb, de urán üzemanyag-elıállítás csak néhány országban (USA, Oroszország, Anglia-Franciaország, Kína, India, Izrael, Dél-Afrikai Közt., Pakisztán) Nukleáris energia hasznosítása: proliferáció, biztonság, társadalmi elfogadottság. Ennek következtében az energiahordozók ára növekszik: egyre drágább lelıhelyek kitermelése, az egyenlıtlen eloszlás miatt nemzetközi instabilitás (konfliktusok, terrorizmus), jövıben (?): környezet, szőkösség, erıszak.

15 Megújuló energiaforrások hasznosítása Napsugárzás: 5, EJ/év, Ebbıl levegıben, földön óceánon hıvé alakul (47 %): 2, EJ/év, Rövid hullámon visszaverıdik az őrbe (30 %): 1, EJ/év, Hidrológiai (elpárolgás, csapadék) ciklus (23 %): 1, EJ/év, Szél, hullámzás (<1 %): 11, EJ/év, Fotoszintézis (biomassza): 1, EJ/év, Óceán árapály: 93,6 EJ/év, Vulkánok, forró források: 9,36 EJ/év, Hıvezetés a kızetekben (átlag 30 km): 1, EJ/év. A világ jelenlegi primerenergia-felhasználása: 504 EJ/év, azaz a napenergia elvileg 5060-szor, szél 23-szor, a biomassza 2,5-ször több, mint a jelenlegi évi felhasználás. Akkor mi a probléma? 2/3 (tenger) : 1/3 (szárazföld), kicsi teljesítmény-sőrőség, rendelkezésre állás (éjjel-nappal, fúj-nem fúj, termesztési ciklus). Az eddig ismert technológiák nem elég hatékonyak. Ennek következtében a megújuló energiaforrásokból elıállított energia egyelıre drágább, mint a tüzelıanyagokból a meglévı technológiákkal elıállított.

16 3. Ellátásbiztonság Arányos energiahordozó struktúra (fejlett országok növekvı importfüggése): Saját termelés (fosszilis, karbon-mentes), Import (primer, szekunder). A hazai energiahordozók elınyben részesítése! Forrásdiverzifikáció: Az import energiahordozók több forrásból való beszerzése (ha lehetséges). Készletezés, tartalék: A tárolható primerenergia (szén, földgáz, olaj), üzemanyagok és tüzelıanyagok felhalmozása a kisebb fogyasztású idıszakban (pl. földgáz nyáron) a nagyfogyasztású idıszakra (pl. földgáz télre); A nem tárolható villamos energia (csúcs, menetrendtartó, alap) erımő összetétele, szabályozhatósága, tartalékerımővek; A kevés tüzelıanyagot felhasználó atomerımővek (42 t főtıelem-köteg (14 t üzemanyag)/440 MW e év). Energiatakarékosság: Hatékonyabb (jobb hatásfokú) energiatermelés, Hatékony, takarékos energiafelhasználás.

17 Ellátásbiztonság Nagy egyenlıtlenségek a régiók között: ott van kevés forrás, ahol nagy a felhasználás, és ott van sok forrás, ahol kevés a felhasználás. A primerenergia-források messzebb, nehezebb körülmények között vannak, egyre hosszabbak a szállítási útvonalak. Egyre több szők keresztmetszet (csıvezetékek, tankerek, olajfinomítók, az utóbbi idıben szakember-hiány!). Feltörekvı országok (Kína, India, Brazília, Mexikó) gyorsan fejlıdı gazdaságainak energiaigénye jelentısen nı. Növekvı verseny a nagy fogyasztók energiaellátásának egyre nagyobb része importból importfüggıség az ellátásbiztonság sérül. Nemzetközi feltételektıl való erıs függés (terrorizmus, politikai zsarolás, bizonytalan jövıbeli környezetvédelmi követelmények) konfliktusok lehetısége. Nagy kereskedelmi szervezetek (pl. OPEC, de szervezıdıben a földgázra is) által szervezett együttmőködési szabályok.

18 Az EU importfüggése ,8 88,5 81, ,7 67,5 % , , Szilárd tüz. Olaj Földgáz Összes

19 Az EU importfüggése Már ma is nagy. Ha nem történik változás, akkor az importfüggés továbbnı. A bıvítéssel a helyzet nem változott, romlott. Nagy gond, mert alig vannak saját eszközeink a helyzet megváltoztatására. Lemondás a szénrıl és nukleáris energiáról, következmény a földgázfelhasználás növekedése, a GAZPROM-tól függés erısödése.

20 EU földgáz-import eredet szerint (bcm=milliárd Nm 3 )

21 Az EU országok GAZPROM-tól való függése Bosznia-Herc. Észtország Finnország Macedonia Lettország Litvánia Moldávia Szlovákia Bulgária Magyarország Lengyelország Cseh Közt. Törökország Ausztria Románia Németország Olaszország Franciaország %

22 4. Környezeti kibocsátások Globális felmelegedés: CO 2 (vitatott?) Karbon-kibocsátású technológiák: (Tiszta) Szén: H ü =33,8 GJ/t, 3,66 t CO 2, 0,108 GJ/t; Kıolaj (C 8 H 18 ): H ü =40 GJ/t, 3,09 t CO 2, 0,077 GJ/t; Földgáz (CH 4 ): H ü =49,5 GJ/t, 2,75 t CO 2, 0,055 GJ/t. Karbon-mentes technológiák: Hidrogén: H ü =119,6 GJ/t, Atomerımővek, Megújuló energiaforrások (nap, szél, víz, geotermikus). DE az elıállításukhoz, felépítésükhöz felhasznált (számított) fosszilis energia CO 2 -kibocsátása. Jogilag karbon-mentes, karbon-semleges : Másodlagos biomassza-technológiák (termesztésükhöz, energetikai felhasználásukhoz kevesebb CO 2 kibocsátással járó fosszilis energiafelhasználás, mint ami eltüzelésükkel jár. Kommunális, ipari hulladék (kényszer). Sztratoszférikus ózonréteg károsodása: üvegházhatású gázok (metán, fluor, stb.). Lokális környezetszennyezés (technológiailag megoldott, többletköltség?): Pernye (leválasztás), SOx (füstgáz-kéntelenítés), NOx (DENOX, fluid-tüzelés, katalizátor).

23 Az energetika környezeti kibocsátásai Kibocsátások és azok hatásai: üvegházhatás, ózon vékonyodás, biológiai sokféleség csökkenése, radioaktív sugárzás egészségügyi hatásai. A teljes vertikumot kell tekinteni!

24 Az energetika jelentısebb környezeti kibocsátásai

25 Üvegházhatású gázok: globális szennyezés Energetika: szén-dioxid (CO 2 ), kén-hexafluoridok (SF 6, transzformátorok). Más területek: metán (CH 4 ), dinitrogén-oxid (N 2 O), fluorozott szénhidrogének (HFC-k), perfluor karbonátok (PFC-k).

26 A világ CO 2 -kibocsátása [Mt/év]

27 Szén-dioxid hatása Globális széndioxid-kibocsátás (folytonos) és koncentráció (szaggatott) A föld átlagos hımérsékletének változása (vastag: porkoncentráció figyelembe vétele nélkül)

28 Globális klímaváltozás a 21. században (elırejelzések)

29 A földfelszín hımérsékletének változása ( )

30 Szén-dioxid kibocsátás Fosszilis tüzelıanyagok kibocsátásai: szén: 108 [g CO 2 /MJ tüzelıhı, karbon], olaj: 70-75, földgáz: 58. Az energetika összes CO 2 -kibocsátása jelenleg kb. 27 milliárd t/év. A gépkocsi-forgalom jelentıs szerepe: azokban a városokban, ahol jelentıs a lakosság, ott koncentrálódik a kibocsátás.

31 A villamosenergia-termelı eljárások CO 2 -kibocsátása [kg/kwh]

32 Kén- és nitrogén-oxidok: lokális szennyezés Károsítják az emberi egészséget, és hozzájárulnak a talaj, az erdık és a felszíni vizek savasodásához regionális környezetszennyezés. Természeti víz savas (ph 5,5) az oldott CO 2 miatt savasodás ph<5 (SO x és NO x miatt). SO x -k kibocsátása a tüzelıanyagtól függ (2 kg SO 2 füstgáz/1 kg S tüzelıanyag): C (1-3 %): 2-5 g/mj, kıolaj (gudron, 2-4 %): 1-2 g/mj. Megoldás: fütgáz-kéntelenítés.

33 Kén- és nitrogén-oxidok NO X -k: A tüzelés során, a levegı nitrogénjébıl 1100 o C hımérséklet felett keletkezik. Elıírások a kibocsátásokra: <30 mg/nm 3. Megoldások: DeNOx berendezés, NO x -szegény égık, vízbefecskendezés (földgáztüzeléső gázturbinák), katalizátoros motorok, fluid-tüzeléső kazánok (t<1000 o C).

34 Radioaktív kibocsátások Folyékony és légnemő radioaktív kibocsátások. Radioaktív hulladékok: kisaktivitású, közepes aktivitású, nagyaktivitású. Megoldás: kibocsátások szigorú határértékei, hulladékfeldolgozás, elhelyezés főtıelemek transzmutációja.

35 Az ellátásbiztonság és környezetvédelem ellentmondása Az ellátásbiztonság érdekei Az import csökkentése, elsısorban a földgázé. A hazai források (elsısorban szén, lignit) fokozott használata. Tiszta szén technológiák (CCS) terjesztése. A nukleáris energia fokozott használata. A környezetvédelem érdekei ÜHG emisszióinak csökkentése szén, lignit felhasználás csökkentése. Ellenzi a CCS technológia és a nukleáris energia felhasználását. Következmény: növekvı földgázfelhasználás az ellátásbiztonság sérül.

36 Dilemma: melyik világ lesz versenyképesebb? Gyorsan nı az energiafelhasználás. Gyorsan nı a fosszilis energiák szerepe. A megújuló energiaforrások hasznosítása lassan nı. A nukleáris energiát fejlesztik. A tiszta szén technológia a közeljövı megoldása. Amit meg lehet csinálni 20 %-os primerenergiafelhasználás csökkentés. Leépítik a fosszilis (szén) energiákat. A megújuló energiaforrások felhasználásának erıltetett növelése (20 %). A nukleáris energia jövıje kérdéses. A tiszta szén technológiában nem hisznek. Ami jó lenne