A kapcsolt és a megújuló alapú energiatermelés komplex vizsgálatának új módszertana

Átírás

1 MAGYAR KAPCSOLT ENERGIA TÁRSASÁG COGEN HUNGARY XX. KAPCSOLT HŐ- ÉS VILLAMOSENERGIA- TERMELÉSI KONFERENCIA március Balatonfüred A kapcsolt és a megújuló alapú energiatermelés komplex vizsgálatának új módszertana Dr. Korényi Zoltán 1

2 TARTALOM I. RÉSZ: A HAZAI TÁVHŐELLÁTÁSRÓL II. RÉSZ: A MEGÚJULÓ ALAPÚ ENERGIATERMELÉS KOMPLEX VIZSGÁLATÁNAK ÚJ MÓDSZERTANA 2

3 I. RÉSZ: A HAZAI TÁVHŐELLÁTÁS TARTALOM I. 1. Egyesített távhő kapcsolt energia termelés 2. Az országos egyesített távhő-kapcsolt rendszer tartamdiagramja 3. Egyszerűsített gazdasági számítások 3

4 1. EGYESÍTETT TÁVHŐ-KAPCSOLT ENERGIATERMELÉS KIINDULÁS: A KAPCSOLT ENERGIATERMELÉS TIPIKUS ALKALMAZÁSI TERÜLETE A TÁVFŰTÉS I. A távfűtő rendszer hőforrása: új szereplő a megújuló energia (1) Erőmű (2) Csúcskazán II. A hagyományos elemzések: Leválasztják az erőművet a távfűtési rendszerről; Magára hagyják a csúcskazánokat. III. A hagyományos elemzések csak az energetikai és az emissziós jellemzőket vizsgálják. IV. A hagyományos elemzések csak vállalati (befektetői) érdekkörű elemzéseket végeznek. V. Nem vizsgálják: Makroökonómiai hatásokat Ökológiai lábnyom hatását Emberi egészséget befolyásoló hatását 4

5 2. A MAI HAZAI EGYESÍTTT TÁVHŐRENDSZEREK [1.0] MW th Csúcskazánok TÁVHŐ HÁLÓZATOKBA BETÁPLÁLT HŐ Magyarország (2015) ERŐMŰ Hőmennyiség: TJ/a Csúcsteljesítmény: 3800 MW th * Csúcskihasználási óraszám: 2200 h/a * Beépített hőkapacitás: 8000 MW th a) kapcsolt: 2500 MW th b) Kazán: 5500 MW th? * : becsült érték TÚLKAPACITÁSOK!!! h/a 5

6 3.1 EGYSZERŰSÍTETT SZÁMÍTÁSOK Modell-számítás: egy fiktív egyesített magyarországi hőtermelőre Beépített Beruh. Gázár Hőár teljesítmény költség Ft/GJ Ft/GJ I. VÁLTOZAT: csak FM mai kapacitásokkal II. VÁLTOZAT: csak FM redukált teljesítménnyel MW th EUR/kW th MW th 100 EUR/kW th (1,47x) 4143 (1,37x) III. VÁLTOZAT: Kapcsolt: mai állapot redukált teljesítménnyel 4750 MW th 100 EUR/kW th MW th 730 MW el 1500 EUR/KW el (1,4x) 86,7 EUR/MWh e TÉNYLEGES, ÁTLAGOS HŐÁR 2015-ben [1.0]: 3850 Ft/GJ 6

7 3.2 SZÁMÍTÁSI EREDMÉNYEK Medell-számítás: egy fiktív egyesített magyarországi ekvivalens hőtermelő + villanyár: 96,5 EUR/MWh ÁTLAGOS HŐÁR 2015-ben [1.0]: 3850 Ft/GJ 7

8 3.3 KÖVETKEZTETÉSEK A SZÁMÍTÁSOKBÓL [1.0] A magyarországi távhőszolgáltatás és a hozzá kapcsolódó erőművi hőszolgáltatás egyszerűsített modellezéséből megállapítható: 1. Átlagos gázár 2015-ben: 3030 Ft/GJ; 2. Átlagos hőár 2015.ben: 3850 Ft/GJ; 3. Hőár/gázár hányados 2015-ben: 1,27 4. Az egyszerűsített modell-számítások eredményeiből levonható következtetések: A beépített kazánok kapacitása túl nagy (kb. 170%); A beépített hőszolgáltató erőművek hőkapacitása túl nagy (kb. 250%); A évi 3850 Ft/GJ hőár nem elegendő egy fűtőműves (FM) hőforrás megtérülésének a fedezésére. Ennek reális értéke min Ft/GJ lenne. A évi 3850 Ft/GJ hőár hőerőműből történő megtérülési alapon való biztosításához 96,5 EUR/MWh (30 Ft/kWh) villamosenergia árra lenne szükség. A mai piaci ár ennek kb. az 50%-a. Tehát a megtérülés feltételei nincsenek meg. 8

9 II. RÉSZ: A MEGÚJULÓ ALAPÚ ENERGIATERMELÉS KOMPLEX VIZSGÁLATÁNAK ÚJ MÓDSZERTANA TARTALOM II. 1. AZ ELŐADÁS INDÍTÉKA 2. LÉTEZÉSÜNK FORRÁSAI 3. MEGÚJULÓS ERŐMŰ FAJTÁK 4. ÉRTÉKELÉSI SZEMPONTOK 5. ÖSSZEFOGLALÁS 9

10 1. AZ ELŐADÁS INDÍTÉKA = A közbeszéd és közgondolkodás kakofóniáját éljük e témában = I. INDÍTÓ KÉRDÉS: Miért jó, és kinek jó, ha megújuló energiát hasznosítunk? Tipikus válaszok: hogy Földünk fosszilis készleteit kíméljük, hogy csökkentsük a szennyező anyag és CO2 kibocsátást, mert az EU direktívái előírják. Vállalás: 14,65%. II. VISZONTKÉRDÉSEK: (1) Elegendő-e ez a 3 indok? (2) Vannak-e más fontos szempontok is? III. VÁLASZ: nem elegendő a 3 indok! FELADATAINK: (1) Határozzuk meg a vizsgálandó szempontokat! (2) Vegyük számba az érdekelteket ( stakeholders )! (3) Vizsgáljuk meg, kinek, mi az érdeke a hasznosításban! IV. EGY MEGOLDÁSI KÍSÉRLET: Egy 9 x 5-es matrix bemutatása 10

11 2. EMBERI LÉTEZÉSÜNK FORRÁSAI Energia forrása Anyagok forrása 11

12 2a. FÖLDÜNK ENERGIAFORRÁSAI I. MAGFÚZIÓ A NAPBAN (99,8%) II. IZOTÓP-BOMLÁS A FÖLDBEN Reflexió: 30% Hősugárzás!!! Földhő,vulkánok, geotermikus (0,18%) III. BOLYGÓK MOZGÁSA Légkör Apály / dagály energia ( 0,0017%) Hőtermelés: 45% Vízpárologtatás:23% Szél, hullámok, áramlatok: 2% Fotoszintézis: 0,023% IV. Fosszilis tüzelőanyagok szén, olaj, gáz (0,006%) V. Magenergia (0,00004%) 12

13 3. JELLEMZŐ MEGÚJULÓS ERŐMŰFAJTÁK 1. FOTOVILLAMOS NAPELEMEK 2. SZÉLERŐMŰVEK 3. VÍZERŐMŰVEK 4. BIOMASSZA ERŐMŰVEK (Donaukraftwerk Ybbs-Persenbeug) (Szakoly) 13

14 3a. JELLEMZŐ MEGÚJULÓS ERŐMŰFAJTÁK 5. GEOTERMIKUS ERŐMŰVEK Erőműfajták: a) gőzerőművek b) ORC c) EGS (forró kő repesztése) 14

15 4.0. A KOMPLEX ÉRTÉKELÉS ELEMEI I. A soraiban: szempontok ÉRTÉKELŐ MÁTRIX: Műszaki Gazdasági Környezeti hatások Humán szempontok [A megújuló energia megjelenése] II. Az oszlopaiban: az érdekhordozók Fogyasztók (társadalmi igény) Berendezés gyártók Befektetők Közösség (állam, önkormányzat) Földünk (természeti környezetünk, életterünk) Egy 9 x 5-es mátrix bemutatása 15

16 4. ÉRTÉKELÉSI SZEMPONTOK S. sz. SZEMPONTOK ÉRDEKHORDOZÓK (akiket közvetlenül, vagy közvetetten érint) Fogyas ztó Gyártó Befekte tő Ország unk Földünk 1. Energiaátalakítási hatásfok igen igen igen igen 2. Energiamegtérülési tényező igen igen Igen 3. Rendelkezésre állás igen igen igen igen 4. Költségek, árak igen igen igen igen 5. Hazai hozzáadott érték, GNI igen igen 6. Kivont földterület (ökológiai lábnyom) igen igen 7. Tartalék erőművek, tárolók szükségessége igen igen igen 8. A villamos hálózatra gyakorolt hatás igen igen igen 9. Egészség kockázatok (Years of Life Lost, YOLL) igen igen 16

17 Jellemző KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Gyártó Befektető Ország Földünk 1. Energiaátalakítási hatásfok Igen Igen Igen Igen Napenergia: E1 [kwh th /év] 100% Megújuló energiát hasznosító erőművek hatásfokai: Erőműfajta Villamos hatásfok Megjegyzés 1. Fotovillamos erőművek % 2. Szélerőművek % a szél kinetikus energiájára vonatkoztatva 3. Vízerőművek % 4. Geotermikus erőművek 5 15 % bemenő termálvíz hőjére vonatkoztatva 5. Biomassza tüzelésű gőzerőművek % eltüzelt biomassza hőjére vonatkoztatva Biomassza: E2 [kwh th /év] 0,64% Erőmű: η e = 30% E3 [kwh e /év] 0,19% ( Input a fotoszintézishez: 1300 kwh/m 2 a; Energianövény: 300 GJ/ha,a)??? A napenergia energetikai hasznosítási foka: 0,19%. ÜZENET: a termőföld nem energiatermelő forrás! Használj helyette biomassza hulladékot! 17

18 Jellemző KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Gyártó Befektető Ország Földünk 2. Energiamegtérülési tényező Igen Igen Igen A) Energiamegtérülési tényező (e M ): a teljes életciklusra vonatkoztatva (EROI: Energy Return on Energy Invested; : Erntefaktor). e M = KEKi KEBe e M = Kumulált Energia Kiadás Kumulált Energia Befektetés Az erőmű teljes életciklusa alatt kiadott kumulált villamos energia / befektetett energia. (Tüzelőanyag hőtartalma nélkül). Anyaggyártás lebontás ciklusban. KEBe = E berendezések + E tüanyagbiztosítás + E O&M + E lebontás ; B) Energiamegtérülési idő ( M ): (EPBT: Energy Payback Time; T a : Amortisationszeit) Mennyi idő alatt termeli meg az erőmű a teljes életciklus alatt felhasznált energiát. Anyaggyártás lebontás ciklusban 18

19 Jellemző KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Gyártó Befektető Ország Földünk 2.2 Energiamegtérülési tényező Igen Igen Weißbach és társainak a vizsgálataiból: [1], [2], [3] (tároló nélkül): Erőmű e M (EROI) [-] M (EPBT) [hónap] Referencia erőmű paraméterek 1. Atomerőmű MW, 8000 h/a, 60 év 2. Vízerőmű - folyami MW, 3000 h/a, 100 év 3. Barnaszén erőmű-külszini fejtés MW, 7500 h/a, 50 év 4. Kombinált ciklus 28 0,3 820 MW, 7500 h/a, 35 év 5. Szélerőmű ,5 MW, 2000 h/a, 20 év 6. Fotovillamos (tető, 100 m2) kwh/a, 1000h/a, 25 év 7. Biomassza (kukorica) 3,5 - kukorica, 55 t/ha ÜZENET: e M és M tényezők fenntartásokkal kezelendők (az alapadatok bizonytalanok, berendezés és üzemidő függőek!). 19

20 Jellemző KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Gyártó Befektető Ország Földünk 2.3 Energiamegtérülési tényező Igen Igen Igen Energiamegtérülési tényezők (e M ) Atomerőmű Vízerőmű (90 MW) Barnaszéntüzelésű erőmű Kombinált ciklusú erőmű Koncentráló naperőmű Forrás: Weißbach és társai [2] Széltorony (E66) Biomassza (gabona) Naperőmű (tetőn, 100 m2) Energiatárolással Energiatárolás nélkül e M 20

21 Jellemző KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Fogyasztó Gyártó Befektető Ország 3. Rendelkezésre állás Igen Igen Igen Igen 21

22 Jellemző KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Fogyasztó Gyártó Befektető Ország 4. Költségek / árak Igen Igen Igen Igen I. Alaperőművek: Életciklusra átlagolt fajlagos villamosenergia költség LCOE: Levelised Cost of Electricity Mai piaci ár Európában: USD/MWh] Forrás: IEA, NEA, OECD, [4] d = 3% d = 7% d = 10% d: diszkontráta (kamatláb) 22

23 Jellemző KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Fogyasztó Gyártó Befektető Ország 4.1 Költségek / árak Igen Igen Igen Igen II. Nap- és szélerőművek: Mai piaci ár Európában: USD/MWh] d = 3% d = 7% d = 10% Forrás: IEA, NEA, OECD, [4] d: diszkontráta (kamatláb) 23

24 Jellemző KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Fogyasztó Gyártó Befektető Ország 4.2 Költségek / árak Igen Igen Igen Igen 24

25 Jellemző Hazai gyártó KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Befektető Ország Földünk 5. Hazai hozzáadott érték Igen Igen A termelési és a jövedelmi mutató definíciója: GDP (Gross Domestic Product = Bruttó Hazai Termék) GDP = hozzáadott érték + termékadó. Az egy év alatt előállított javak és szolgáltatások összege. GDP = fogyasztás (magán és közösségi) + beruházás + export import GNI (Gross National Income) = Bruttó Nemzeti Jövedelem) A GDP módosítva a külföldről kapott és külföldre kifizetett elsődleges jövedelemmel (osztalék, kamat, munkabér, földjáradék). GNI = GDP + jövedelem külföldről jövedelem külföldre Példa 2014-ből: (GNI/GDP) Németország = 1,023 (GNI/GDP) Magyarország = 0,955 AZ ORSZÁG ÉRDEKE: POZITÍV PÉNZÜGYI MÉRLEG. Cél: GNI > GDP 25

26 5.1 Jellemző Hozzáadott érték- MUNKAHELY Hazai gyártó Igen KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Befektető Ország Földünk Igen Munkahelyteremtés és a megújuló energia (1) Nemzetközi gyakorlat: a támogatásra szoruló megújuló energia a munkahelyteremtés egyik eszköze.. (2) IRENA szerint [5] a megújuló energia bevezetése világszerte: Munkahelyek növekedését hozta: 5%/év (2015-ben) Munkahelyek a megújuló szektorban: 8,1 millió fő (kis vízerőművekkel) A nagy vízerőművekben: + 1,3 millió fő. (3) Munkahelyek száma a megújuló energiaiparban (2015. év): Németország: 355 ezer fő (ebből szélenergia: 150 ezer fő); Franciaország: 170 ezer fő EU többi: 644 ezer fő (Európa összesen: 1,2 mill. munkahely) USA: 770 ezer fő Magyarországon:??? 26

27 5.2 Jellemző Hozzáadott érték- MUNKAHELY Hazai gyártó Igen KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Befektető Ország Földünk Igen Forrás: [5] 27

28 5.3 Jellemző Hozzáadott érték HAZAI (+) PÉNÜGYI MÉRLEG KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Fogyasztó Befektető Ország Földünk Igen Igen I. Néhány számpélda a szemléletformálásunkra: 1. A szélerőműveknek ( 300 MW, 600 GWh/év) kifizetünk 2016-ban (34,34 Ft/kWh): 20.6 Mrd. Ft/év. 2. Ha ezt importból vennénk, kifizetnénk (12 Ft/kWh): 7,2 Mrd. Ft/év 3. Többlet kifizetésünk: 13,4 Mrd. Ft/év. 4. KÉRDÉS: Kié ez a pénz? Országban marad (akkor OK!)? Kimegy?. a) A BME állami finanszírozása: 15 Mrd. Ft/év b) A Corvinus Egyetem állami finanszírozása: 7,5 Mrd. Ft/év II. Egy önmagában is érdekes számszakiság: (1) Villamosenergia importunk: 14 TWh/év (2) Kifizetünk érte (12 Ft/kWh): 170 Mrd. Ft/év (3) Felsőoktatás személyi juttatásai: 178 Mrd. Ft/év (4) Következtetések levonása: leépítések, felújítások elmaradása, 28

29 6. Jellemző Kivont földterületek (ökológiai lábnyom) KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Fogyasztó Befektető Ország Földünk költség Igen Igen Globális értékelés: az előállítás teljes láncolatának a figyelembe vétele. Bányafeltárástól, a létesítmény lebontásáig. JELLEMZŐ HELYIGÉNY, m 2 / MW e Erőmű fajtája ERŐMŰ helyigénye Globális: teljes techn. láncolat 1. Kombinált ciklusú erőmű - földgáz Gőzkörfolyamatu erőmű fekete szén Atomerőmű Szélpark Naperőmű (8-30 ha mezőn) ? 6. Biomassza, fatüzeléssel millió 7. Biomassza: silókukorica + gázmotor millió 8. Geotermikus, ORC

30 Jellemző KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Fogyasztó Befektető Ország Földünk 7. Tartalékerőmű szükséges Nem! Igen Németország: beépített szél- és naperőművi összteljesítmény: 80 GW [6] 30

31 Jellemző KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Fogyasztó Befektető Ország Földünk 7.1 Tartalékerőmű szükséges Nem! Igen Igen Többletköltségek az időjárásfüggés miatt: Németország: Beépített teljesítmény összesen: MW Hálózatba történő betáplálás: Alsó érték: 0 MW Felső érték: kb. 50% ( MW) + extra kivételek Következmény: Lényegében a szél- és naperőmű-park megbízhatósága: 0% A kiegyenlítés miatt sok erőmű részterhelésen jár hatásfok KÖLTSÉGKÖVETKEZMÉNY RENDSZERSZINTEN: 1,5-szeres kapacitásfinanszírozás (beépítettre: 2-szeres) hatásfok csökk. Rosszabb hatásfok miatt több fosszilis tüzelőanyag fogyasztás. Részterhelések miatt nagyobb elhasználódás O&M költségek nőnek. 31

32 Jellemző KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Fogyasztó Befektető Ország Földünk 8. Villamos hálózat költség Igen Igen I. ENERGIAÁRAMOK IRÁNYAI MEGVÁLTOZNAK A HÁLÓZATBAN A hagyományos villamos hálózati konfigurációt meghatározták: Erőművi telephelyeket a tüzelőanyag közelében építették ki; Erőművi telephelyeket folyópartokon építették ki a hűtővíz miatt; Erőművek építése a fogyasztói körzetek közelében. A megújuló energia földrajzi forrása általában más régiókban található: A napsütés: déli tájakon; Szél: nyugaton, északon, tengeren. Következmény: A hálózat egyes szakaszain lokális teljesítménykorlát lép fel; Védelmi problémák jelennek meg; Ellátásbiztonság gyengül; Új beruházások szükségesek többletköltség. 32

33 Jellemző KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Fogyasztó Befektető Ország Földünk 8.1 Villamos hálózat költség Igen Igen II. ÚJ HÁLÓZATÜZEMELTETÉSI PROBLÉMÁK MEGJELENÉSE [7] 1. Az ellátásbiztonság feltétele: a RENDSZERIRÁNYÍTÓ ellenőrzése alatt tartja a hálózatot, annak a betáplálásait és elvételeit. 2. A háztartási méretű erőművek ezen a körön kívül esnek. Befolyásolják a hálózat üzemét, de a rendszerirányítónak nincs beavatkozási lehetősége. 3. Németország: > 30% kiépítettség esetén megnő a hálózati veszteség (alatta csökken). 4. A háromfázisú rendszerekbe terhelés szimmetrizáló beépítése szükséges. 5. Megváltoznak a feszültségviszonyok, új meddőgazdálkodásra van szükség. 6. Az inverterek hatása a hálózatra: khz. Harmonikusok kezelése. 7. Az okos mérőket zavarják az inverterek. 8. Energiaáram iránya a hálózatban korábban: 400 kv - 120kV - 20 kv 0,4 kv. A decentrális betáplálás okozhatja: fordított irányban is (lentről felfelé). Következmény: KÖF-en szabályozható transzformátorok beépítése szükséges. 9. A háztartási napelemek kontrollon kívül vannak. Tárolási igény (akkumulátorok). III. HÁLÓZATI EREDMÉNY: ellátásbiztonság romlása és költségnövekedés. 33

34 Jellemző KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Fogyasztó Befektető Ország Földünk 8.2 Villamos hálózat költség Igen Igen Németországi új igény a MW szél- és naperő kapacitás miatt: 2600 km új vezeték építése szükséges. Becsült költségek: 21 Mrd. EUR Forrás: cs/downloads/de/vorhaben/gesamt -Karte.pdf? blob=publicationfile 34

35 9. Jellemző Egészség kockázatok (Years of Life Lost, YOLL) [1] KINEK Mi AZ ÉRDEKE? Fogyasztó Befektető Ország Földünk Igen költség Igen Igen 35

36 5. ÖSSZEFOGLALÁS (1) A megújuló energia hasznosítása kívánatos folyamat. (2) DE!: Nem mindegy, hol, mikor és hogyan és mekkora költséggel! (3) ALAPKÖVETELMÉNY: komplex elemzés az érdekek vizsgálata. (4) Több szakember együttes szakértelme és tisztesség mindenek fölött! (5) Végeredmény legyen: Munkahelyteremtés legfontosabb az emberi létezés! Pozitív hazai pénzügyi mérleg GNI szemléletű projekt előkészítés! Természetvédelem: ökológiai lábnyom figyelembe vétele. NINCSEN A TECHNIKÁBAN NAGYOBB VESZEDELEM, MINT A TUDATLANSÁG BÁTORSÁGA, A FELÜLETESSÉG KÖNNYELMŰSÉGE. Schimanek Emil prosszor ( ) műegyetemi ny. r. tanár, felsőházi tag 36

37 FORRÁSJEGYZÉK [1.0] A MAGYAR TÁVHŐSZEKTOR ÉVI ADATAI. MEKSZ és MATÁSZSZ [1] O. Mayer-Spohn, S. Wissel, A. Voß, U. Fahl, M. Blesl: Lebenszyklusanalyse ausgewählter Stromerzeugungstechniken, IER, Stutgart, [2] D. Weißbach, G. Ruprecht, A. Huke, K. Czerski, S. Gottlieb, A. Hussein: Energy intensities, EROIs, and energy payback times of electricity generating power plants. Berlin, 2013 [3] Joachim Grawe: Energieerntefaktoren bei der Erzeugung elektrischer Energie. [4] Projected Costs of Generating Electricity IEA, NEA, OECD [5] Renewable Energy and Jobs. Annual Review International Renewable Energy Agency (IRENA) [6] Dr. Andreas Dumm-Dr. Detlef Ahlborn-Rolf Schuster: Energiewende Erfolgreich gemacht? [7] Dr. Varjú György emeritus professzor előadása: A decentralizált energiatermelés kockázatai és korlátai. 37

38 MAGYAR KAPCSOLT ENERGIA TÁRSASÁG COGEN HUNGARY KÖSZÖNÖM SZÉPEN MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET! 38