A megújuló energiaforrásokról általában, a Föld energia fogyasztásának szerkezete, fosszilis és megújuló energiaforrások

Átírás

1 Előadás: 2016 október 19. A megújuló energiaforrásokról általában, a Föld energia fogyasztásának szerkezete, fosszilis és megújuló energiaforrások Készítette: Hunyadi Sándor Energiagazdálkodási szakmérnök, CEM Természetvédelmi mérnök MSc 1 MMK szakmai továbbképzés törzsanyag

2 A képzés célja A szakmai továbbképzés műszaki tartalmú továbbképzés. Célja a szakterületen megjelenő új, korszerű mérnöki - szakmai ismeretek (új tervezési módszerek, eszközök, számítási metódusok; új anyagok, berendezések, technológiák; K+F+I eredmények, fejlődési trendek, stb.) megismertetése a szakmagyakorlókkal. Forrás: 266/2013. (VII. 11.) Korm. rendelet

3 Energia forrásaink - lehetőségeink

4 Energia felhasználásunk változása

5 Egy kis ismétlés az adatok miatt SI Prefixumokból: 10 2 = 100 = hekto (h) 10 3 =1 000 = kilo (k) 10 6 = = mega (M) 10 9 = = giga (G) = = tera (T) = = peta (P) = = exa (E) Mértékegységek átszámítása 1 kwh = 3600 kj [kws] = 3,6 MJ - fordítva 1 MJ=0,2778 kwh 1 toe (tonna olaj egyenérték - megállapodás szerint) 1 toe = kwh = 42 GJ = MJ = 10 7 kcal 1 cal = 4,1868 J - fordítva 1 Joule = 0,2389 cal 1[J] = 1[VAs]=1[Ws]=1 [Nm]

6 Egy kis ismétlés az adatok miatt Teljesítmény P [W], de pl.: [kw], [J/s] egységnyi idő alatt végzett munka: P=W/t Teljesítmény (P)[W]=Munka(W)[J] / idő(t)[s] Általánosan: P=ΔE/Δt P = Energia változás/egységnyi idő alatt Energia E [J], de pl.: [Ws], [Wh], [kwh] a teljesítmény és az idő szorzata: E=P*t Energia(E)[J]=teljesítmény(P)[W]*idő(t)[s]

7 OECD és országai (2014) OECD országok: Organisation for Economic Cooperation and Development, azaz Gazdasági Együttműködés és Fejlesztés Szervezet (népesség 18%-a, energiafelh. 44%-a!) Alapító tagok: Ausztria, Belgium, Dánia, Egyesült Királyság, Franciaország, Görögország, Hollandia, Írország, Izland, Luxemburg, Norvégia, NSZK, Olaszország, Portugália, Spanyolország, Svájc, Svédország, Törökország, USA és Kanada Később csatlakozott: Ausztrália, Csehország, Dél-Korea, Finnország, Japán, Lengyelország, Magyarország, Mexikó, Szlovákia, Új-Zéland. BRICS országok: Brasil, Russia, India, China, Republic of South Africa

8 Energia felhasználásunk a világban bp statistical review of world energy 2015

9 Energia forrásaink a világban (Mtoe-ban nézve, világ összesen kb Mtoe/2014) kb Mtoe/2015) bp statistical review of world energy 2015

10 Energia felhasználásunk a világban (Mtoe-ban bp statistical review of world energy 2015

11 Energia felhasználásunk fejenként Ez alapján Magyarország (kb.9,85x10 6 fő), azaz 9,85x10 6 fő x 80x10 9 J (80GJ) = 788 PJ lenne, a valóságban kb. 840 PJ

12 Energia felhasználásunk itthon 1 Mtoe 1 Mtoe = 42 PJ, = 42 azaz PJ, 20,0 azaz Mtoe 20,0 Mtoe = 840,2 = 840,2 PJ (világ PJ (Világ energiafelhaszn. felh. 2 2 ezreléke) bp statistical review of world energy 2015

13 Energia forrásaink itthon 2014-ben összesen 20,0 Mtoe 2015-ben összesen 21,5 Mtoe bp statistical review of world energy 2015

14 Megújuló energia fogalma: A megújuló energiaforrások a természetes energiaforrásoknak azon csoportja, amelyek gazdaságilag értékelhető időn belül természetes úton megújulnak, újratermelődnek. (ZSEBIK, 2005) Célkitűzések (EU-27)-2020: (-> Újak 2030-ra!) 20%: Energia hatékonyság növelése ÜHG kibocsátás csökkentése (1990-hez képest) Megújulók részarányának növelése

15 EU célkitűzések 2030: (Az Európai Tanács október i ülésén) 2030-ra az 1990-es szinthez képest legalább 40%-kal csökkenteni kell az üvegházhatást okozó gázok kibocsátását az Unióban uniós szinten a felhasznált energia legalább 27%-a megújuló energiaforrásokból származzon az energiahatékonyság 27%-os javítására a 2030-ra előre jelzett energiafogyasztáshoz képest a belső energiapiac kiteljesítésének támogatása a villamosenergia-hálózatok 15 %-nak összekapcsolására

16 MEHCST: Magyarország Megújuló Energia Hasznosítás Cselekvési Terve évre (tervezve): 14,65% lesz a teljes bruttó hazai energia fogyasztásból a megújuló energia részarány Célkitűzések területenként: Fűtés és hűtés: 18,9% Villamos energia: 10,9% Közlekedés: 10,0% (E10 benzin?)

17 Hol tartunk megújuló százalékban? Egy statisztikai módszertani változásnak köszönhetően Magyarország máris elérte az Európai Unió által 2020-ra előírt megújuló energia részarány célértéket. (2017 március 31.-i hír) A korábbi gyakorlattal ellentétben, amely a tűzifa-felhasználást főként erdészeti statisztikákra támaszkodva kalkulálta, ma már háztartási energiafelhasználást felmérő adatfelvételből számítják a tűzifa-felhasználást. Így 10,3% helyett 14,5% a megújuló részarány Magyarországon 2015-ben! (Biomassza X 2,5)

18 Megújuló energia használata: Alkalmazásának szükségszerűsége Az egyre növekvő energia igények miatt Véges fosszilis energia források Környezetünk védelme (CO 2 kibocsátás csökk.) Alternatív energiaforrás (ellátásbiztonság) Alkalmazásának módjai Centralizált, decentralizált, lokális (szigetüzem) Alkalmazásának korlátai Használatuk helyi adottság függő Kis energia sűrűség Rendelkezésre állás időben, teljesítményben Rendszerbe illeszthetőségük, korlátaik

19 Megújuló energiák forrása: Gravitációs: a Föld-Hold kölcsönhatása alapján (árapály erőművek) Geotermikus: A Föld mélyében zajló (fissziós) radioaktív folyamatokból eredő hőtermelődés geotermikus (pl.: talaj hőszivattyúk ) és geotermális (pl.: termálvíz) A többi megújuló energiaforrás végső soron a Nap fúziós energiájából ered, a Föld felszínét érő napsugárzás, vagy az okozta változások hatására (ide tartozik az összes biomassza, biogáz, biohajtóanyag, szélenergia, tengeri áramlás erőmű, napelem, napkollektor, passzív alkalmazások, levegő hőszivattyúk, stb.)

20 Gravitációs vízenergia: Víz mozgási energiája: felszín alatti mozgások kinetikus energiája Víz helyzeti energiája: magasságkülönbségből adódó helyzeti energia Épülőben: Skócia, MeyGen MW (várható üzembe helyezés: ) Anglia, Swansea Bay Tidal Lagoon: 320 MW, 495 GWh/év, 10km-es gát, 16 turbina

21 Gravitációs vízenergia világ legnagyobbja: Dél- Koreában, Kjonggi tartományban található, Siheung városától körülbelül 4 km-re elhelyezkedő Sihwa-tavi erőmű 254MW teljesítményével a világ legnagyobb árapályerőműve és 2010 között építette a Daewoo Engineering & Construction Egy 12,5 kilométer hosszú tengeri gátra húzták fel, melyet 1994-ben az áradások megfékezésére és mezőgazdasági célokra hoztak létre augusztusában nyitották meg és a Koreai Vízerőforrás Vállalat tulajdona. Éves energiatermelő képessége 552,7GWh 10 db, 25,4MW teljesítményű merülő turbina

22 Gravitációs vízenergia: MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2016

23 Geotermikus energia Magyarországi potenciál: 9,3 GW ~ 300 PJ/év ( kw/km 2 azaz mw/m 2 hőáramsűrűség, azaz hőáram) Geotermikus hőfok gradiens (Föld hőmérséklete adott mélységben: Földfelszín hőmérséklete plusz a mélység szorozva a gradienssel) Általában: 30 o C/km, Magyarországon: 50 o C/km Kockázata: - kis energiasűrűség (Magyarországon még jobb is, mint a világ átlag - ami 78,4 kw/km 2 ) - Villamos energia termelés jelenleg nincs Magyarországon geotermikus energiával

24 Megújuló energia fajták áttekintése: Geotermális energia (mert kitermelem): Termálvizek felhasználása (hűtés, fűtés, villamos energia, balneológia) Talaj kutas hőszivattyús megoldások Költsége: pl. Csongrádi geotermikus hőellátó kaszkád rendszer esetében: 2000m talppontmélységű kút fúrása 300 MFt. (Megfúrták volna 150 MFt-ért is, de milyet?)

25 Megújuló energia fajták áttekintése: Sekély geotermikus energia (földhő hasznosítás): Talaj kollektoros, talaj szondás megoldások Szondák

26 Megújuló energia fajták áttekintése: Mélységi geotermikus energia (mert nem termelem ki): Hot Dry Rock azaz HDR technológia: EGS (Mesterséges Földhő Rendszerek) még fejlesztés alatt, de már itthon is! Példa a következő dián

27 Megújuló energia fajták áttekintése: Az első magyarországi EGS erőmű Battonyán: 116 millió euróba kerül, amelyhez a NER300 program keretéből 39,3 millió euró támogatást ítéltek oda. A magyarországi projektet az Európai Bizottság geotermális kategóriában a legjobbnak minősítette, a kormány pedig nemzetgazdasági szempontból kiemelt fejlesztési programnak nyilvánította. Az erőmű teljesítménye: 12 MW elektromos és 60 megawatt hő, a projekt várható befejezése december, az időpont egy évvel hosszabbítható. (EU-Fire EGS Hungary Kft.)

28 Napenergia Magyarországon Magyarországi potenciál: PJ/év (Közel négyszázszorosa az éves hazai energiafelhasználásnak de ez csak elvi!) Globálsugárzás (direkt és szórt) éves összege: kwh/m MJ/m 2 Hasznosítás lehetőségei: Hőenergia Villamos energia Naperőművek eghajlata/altalanos_eghajlati_jellemzes/suga rzas/

29 Megújuló energia fajták áttekintése: Napenergia közvetlen hasznosítása Passzív hasznosítás (nappali fény is!) Mezőgazdaság (szárítás, aszalás, üvegház) Építészet (fűtés): Trombe fal Direkt rendszer Elkülönített naptér

30 Megújuló energia fajták áttekintése: Napenergia közvetett hasznosítása Aktív hasznosítása: Napkollektor (fűtés, meleg víz) Napelem (villamos energia) Naperőmű (hő és villamos energia) Áttételes hasznosítása: Szél-, víz- bioenergia

31 Megújuló energia fajták áttekintése: Napkollektor Elsődleges hasznosítása: Fűtés, fűtésrásegítés Használati meleg víz (HMV) Odafigyelni: Túlhevülés Fagyásvédelem Kivitelezési minőség Belső csőkígyó kialakítás Tárolókapacitás

32 Megújuló energia fajták áttekintése: Napelem Elsődleges hasznosítása: Villamosenergia termelés (DC) és azzal hő? Hibrid kivitelben meleg víz is egyidejűleg Odafigyelni: Inverter (DC->AC) Csatlakozások, lekapcsolhatóság Túlfeszültség és villámvédelem Teljesítmény csökkenés (névleges: kw peak ) Hőmérséklet emelkedésre Besugárzás szöge, hullámhossza Napelem életkora (~25 év 80%)

33 Napelemek Típusok: Monokristályos szilícium (Si) napelemek Polikristályos szilícium (Si) napelemek Amorf szilícium napelemek Gallium-Arzenid vegyület alapú napelemek Egyéb vegyület félvezető alapú napelemek Szerves festék alapú napelemek Hatásfok: Átlagosan 18% (5%-25%-ig) Elméleti határ az egy p-n átmenettel rendelkező napelemek esetében 33,7%

34 Hibrid Napelem MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2016 Meleg víz és villamos energia egyidejű termelése A napelem hatásfoka növekszik a hűtés hatására A helytakarékosság, és a hatásfok növelés miatt lehet fontos Felépítése a mellékelt ábrán.

35 Legnagyobb napelem park 70 MW A világban. Hol? : Kagosima Japán Kyocera ( db napelem modul (~240W/db) 314 hektár től India 2208 MW és épít egy 4000 MW-ost! 7 év múlva lesz kész Rajasthan provinciában

36 Legnagyobb napelem park 16 MW Magyarországon. Hol? Gyöngyös, Mátrai erőmű, Visontától két kilométerre 2013-tól építve, beüzemelve 2015 októberben darab, egyenként 255 W p névleges teljesítményű polikristályos napelem A beruházás teljes bekerülési költsége több mint 6,5 milliárd forint (kb. 406 eft/kw) Teljes kiépítés után 18,5 MW lesz! (Pécsi Hőerőmű-nél is van egy 10MW-os hasonló, kb. 5 milliárd Ft-ból, azaz 500 eft/kw, 100% EU)

37 Legnagyobb napelem park 16 MW A felhagyott Őzse-völgyi zagytér tetején elhelyezkedő naperőmű az alternatív rekultiváció kiváló példája, hiszen a húsz év után megtelt és előírásoknak megfelelően lefedett harminchektáros terület a lehető legésszerűbb módon került hasznosításra, a betelepített napelemekkel.

38 Napelemes kiserőművek helyzete Magyarországon 2015 év végén: darab HMKE és kiserőmű (< 500 kva) 128 MW összteljesítménnyel átvételi ár: 31,77 Ft+ÁFA/kWh Megtérülés: 2500 kwh/év fogyasztás mellett kb. 10 év (rezsicsökkentés után) Forrás (Jó anyag!): kiseromuvek_adatairol.pdf

39 Megújuló energia fajták áttekintése: Naperőmű Elsődleges hasznosítása: Villamos energia termelés gőzturbinával Koncentrált megújuló energia Odafigyelni: Területfoglalás Élővilág védelem (vakítás, hő) Rendszeres portalanítás Időjárás és napszak függő a termelés, de hőtárolás van, így az energiatermelés kiegyenlített

40 Legnagyobb naperőmű 392 MW e Hol? : Ivanpah - Kalifornia 3 db 137m-es torony db 2x3m-es tükör 1600 hektár től

41 Telepített napelem arányok Világ összesen telepített napelem teljesítménye: Ebből az újonnan beállított napelem teljesítménye: (Ez 22,3 %-os növekedés 2013-hoz képest, ebből Kína: 10,6 GW, Japán 9,7 GW, USA 6,2 GW volt) Európa újonnan beállított napelem teljesítménye: (2013-ban 10,4 GW volt, 2011-ben még 22,4 GW) Németország újonnan beállított napelem telj.: Többi európai ország: UK (2,5 GW), Olasz (0,4 GW), Romania (0,3 GW), Görögország (0,02 GW) Magyarország TELJES napelem teljesítménye 2015: (azaz 0,128 GW!) Forrás: European Photovoltaic Industry Association, EPIA 180,4 GW 40,2 GW 7,2 GW 1,9 GW 128 MW

42 Megújuló energia fajták áttekintése: Mosonszolnok szélerőmű park (12x2MW 9 milliárd Ft 2007-ben indult) Szélerőmű építés: Ffiv9Tng Szélenergia: Villamos energia (Lokális, villamos hálózatba termelés) Mechanikai munka (szivattyúzás - szélmalmok ) Közlekedés (vitorlás hajók, hőlégballon, vitorlázó gép) Kockázat: hang, fény, jég, tájesztétika, stb.

43 Megújuló energia fajták áttekintése: Szélenergia hasznosítás Magyarországon: Összesen 330 MW üzemelhet közüzemben 2010 júliusa óta nincs újabb kvóta! (Oka: Villamosenergia rendszer kiegyensúlyozás) Átlagos értékelhető teljesítmény (kapacitás tényező): 21-23% Változékony szélirány és erősség Szélturbinák összteljesítményének fejlődése szűkebb környezetünkben, az EU27-ben: 2009-ben: GW, 2010-ben: GW, míg 2011-ben már: GW (offshore-tengeri és onshore-szárazföldi turbinák)

44 Megújuló energia fajták áttekintése: Vízenergia hasznosítás Magyarországon: Villamos energia (jellemzően villamos hálózatba termelés) Mechanikai munka (vízimalmok, fűrésztelep) Közlekedés (hajózás) Kockázat: hajózás, meder, élővilág Elméleti vízenergia potenciál Magyarországon: kb MW teljesítmény kihasználtság (2013): 6% (58 MW, 34 db vízturbinás egység, és több kisebb)

45 Vízenergia hasznosítás - közelmúlt Felsődobsza - Hernád- 940 kw (Teljesítményének duplázása 100 év után: 2013 szeptemberében) Békésszentandrás Hármas-Körös 2013-ban indult - 2MW : Kenyeri vízerőmű - Rába 1,542 MW (2x771 kw)

46 Vízenergia hasznosítás - termelés Kisköre 28 MW Minimum MWh 1980-as év Maximum: MWh 2014-es év Tiszalök 12,9 MW (11 MW volt eredetileg) Műszaki adatok részletesen:

47 Megújuló energia fajták áttekintése: Bioenergia termelése és hasznosítása Energiatermelés a mezőgazdaságban (biomassza alapú energiahordozók) Tüzeléses hasznosítású energia-hordozók Biogáz Bio hajtóanyagok Melléktermékek Szántóföldi Célültetvények Erdei Bioalkohol Biodízel Szántó földi Erdei, faipari Szőlészeti borászati Gyümölcs termesztési Élelmiszer ipari

48 Biomassza honnan származik? Hulladék - kizárólag energetikai célra (egyéb hasznosítás nélkül) (Erdei és egyéb hulladékok) Energetikai hasznosítás mellett más célra is használhatjuk (Élelmezés, komposztálás, gyártás alapanyaga, stb.) Termeljük - energetikai hasznosításra (Energia erdők, energia ültetvények) FONTOS: a teljes folyamat energiamérlege

49 Magyarországi biomassza potenciál Dendromassza (erdei, fás) (Tűzifa, Energiaerdő, Vágástéri hulladék, Elsődleges faipari hulladék) Fitomassza (egyéb növényi fő- és melléktermék) (Gabonafélék és lágyszárú melléktermékek, termesztett lágyszárú, biohajtóanyag gyártás melléktermékei) Másodlagos biomasszák (Hígtrágya, állati hulladék és melléktermék, feldolgozási hulladékok) Harmadlagos biomasszák (Élelmiszeripari-, élelmezési hulladék, szennyvíziszap, kommunális biohulladék) Összesen: 350 millió tonna biomassza készlet Mo-n

50 Megújuló energia fajták áttekintése: Biomassza (hő- és villamos energia) Mezőgazdasági melléktermékek, hulladékok Erdőgazdálkodási és fafeldolgozási melléktermékek

51 Megújuló energia fajták áttekintése: Hamburger-Hungaria Kft. Dunaújváros: A kapcsoltan hőt és villamos energiát előállító erőmű szilárd tüzelőanyagokat, többek között a papír-előállítás során keletkező termelési hulladékokat, valamint biomasszát és szenet használ fel 2015 év végétől. (45 milliárd forintos beruházás) Előállított hő és 158 MW, villamos teljesítmény: 42 MW

52 Megújuló energia fajták áttekintése: Biogáz (kapcsolt hő- és villamos energia) (Másodlagos és harmadlagos biomasszák) Magyarország legnagyobb biogáz üzeme Szarvason: 4,2 MW villamos teljesítmény 4 darab gázmotor Munkaerő szükséglet: 12 fő (24 óra) Alapanyag: tonna (trágya, vágóhídi hulladék, tejsavó és folyamatiszap, cukorcirok) 27 millió kwh elektromos, 17 millió kwh hőenergia 17 millió köbméter földgáz kiváltás Végtermékkel műtrágya kiváltása 6000 hektáron

53 Megújuló energia fajták áttekintése: Bio hajtóanyagok (közlekedés) Biodízel (Napraforgóból és repcéből) 7%-ig a gázolajba keverhető Bioetanol (Gabonafélékből, búzából, kukoricából) Felhasználható: fosszilis üzemanyag helyettesítésére (E85) vagy bekeverésére (max: 10%) Egyes források szerint a kukorica energiatartalmából égetéssel 60%, etanol gyártással 9,4% részt használunk fel (

54 Megújuló energia tárolásra példa:

55 Megújuló energiák értékelése, illeszthetősége más rendszerekhez: Kapacitás Igény Rendelkezésre állás Tárolás (SZET - erőmű szivattyús energia tározós erőmű, biomassza, stb.) Szabályozhatóság Káros környezeti hatások CO 2 kibocsátás mentesség? Életciklus elemzés Németország villamos teljesítmény térképe (!)

56 Megújuló energia és környezetvédelem Zalaegerszegen: Napelemek a Polgármesteri Hivatalon 1,5 km gumibitumen az északi elkerülőn LED-es közvilágítás 80%-ban Zöld kampusz a BGF Zalaegerszegi karán Szelektív hulladékgyűjtés bővítése Biometán hajtású buszok (Zalavíz Zrt. - szennyvízből) Geotermia az északi ipari park fűtésére? hu/tag/zalaegerszeg

57 Köszönöm: figyelmüket, kérdéseiket, véleményüket! Hunyadi Sándor Energiagazdálkodási szakmérnök, CEM 57 MMK szakmai továbbképzés törzsanyag