tartalom Büki Gergely: A kapcsolt és a hőszivattyús hőtermelés versenye 2 Szilágyi Zsombor: Paksi bővítés vagy megújulók? 5

Átírás

1 ENERGETIKA M A G Y A R XXI. évfolyam, 2. szám április Alapította a Magyar Energetikai Társaság Együttműködő szervezetek: Magyar Atomfórum Egyesület, Magyar Kapcsolt Energia Társaság, Magyar Napenergia Társaság, Magyar Távhőszolgáltatók Szakmai Szövetsége Főszerkesztő: dr. Veresegyházi Mária Mobil: szerkeszto@e-met.hu Szerkesztőbizottság: dr. Büki Gergely, dr. Czibolya László, Civin Vilmos, dr. Emhő László, dr. Farkas István, dr. Garbai László, dr. Gács Iván, Újhelyi Géza, Zarándy Pál Szerkesztőség: Kiadó: Mérnök Média Kft Budapest, Róbert Károly krt. 90. Telefon: Fax: Laptulajdonos: Magyar Energetikai Társaság 1094 Budapest, Ferenc krt. 23. II. em. 2. Telefon/fax: Tervezőszerkesztő: Büki Bt. Borítóterv: Metzker Gábor Nyomda: Prospektus Kft. Felelős vezető: Szentendrei Zoltán ügyvezető igazgató ISSN: tartalom Büki Gergely: A kapcsolt és a hőszivattyús hőtermelés versenye 2 Szilágyi Zsombor: Paksi bővítés vagy megújulók? 5 Ligetvári Ferenc, Juhász Endre, Bardóczyné Székely Emőke, Zsarnóczai Sándor: Szennyvíziszapból nyerhető energia 10 Szlivka F. Dániel, Zachár András: Zöldtető és lapostető termikus mérése és számítása 16 Hírek 20 Tóth László: Alternatív üzemanyagok 22 Rauscher Máté, Varga Balázs: Az épületenergetikai tanúsításoknál használt vonatkoztatási alap (A/V viszony) vizsgálata 28 Farkas István, Seres István, Kocsány Ivett, Termann Zsolt: Fotovillamos napenergia-hasznosító rendszerek telepítési lehetőségei 30 Takács János, Bukoviansky Marek, Jurka Pavol: A galántai geotermikus energiarendszer elemzése 34 A közmédiában és a politikában mostani lapszámunk főtémája, a megújuló energiahordozók remekül kommunikálhatók, hangzatos szavakkal méltathatók, és rengeteg pozitív értéket lehet hozzájuk kötni. Nos, mi nem közmédia vagyunk, ezért szakmai szempontok alapján, a lehetőségekhez mérten objektíven tudunk szólni róluk. Félreértés ne essék: nem ellenpártként, hanem a helyén, az értékén, az energetikában betöltött szerepe és jövőbeni lehetőségei szerint. Tihanyi László, Horánszky Beáta, Tihanyi Katalin: Célkeresztben a vezetékes energiaellátás 36 Makai Zoltán: Bepillantás Bihar megye szénbányászatának történetébe 42 Dobó Zsolt, Palotás Árpád Bence: Mérőkör kialakítása a víz változó áramú elektrolízisének vizsgálatához 44 1

2 HŐELLÁTÁS E-NERGIA.HU Büki Gergely A kapcsolt és a hőszivattyús hőtermelés versenye Hőellátásban az energiahatékonyság növelésének két koncentrált lehetősége van, az erőművi kapcsolt és a hőszivattyús hőtermelés. Korábban a kapcsolt hőtermelés szerepe volt a meghatározó, a hőszivattyús hőtermelés újabban tör utat magának. Létjogosultságuk és energetikai-gazdasági versenyük jelenleg különös figyelmet érdemel, mert bőven vannak mellettük és ellenük szóló szempontok. Érdemes megvizsgálni, hogy versenyüket hogyan befolyásolják a fűtési hőmérsékletek, a hőtermelési folyamat veszteségei, a fűtési hőigények csökkenése mellett a helyiséghűtés megjelenése és a felhasznált energiák árváltozásai. amelynek változását az 1. ábra szemlélteti (g K o a veszteségmentes kizárólagos hőtermelés (kazán) fajlagos primerenergia-felhasználása). A fajlagos primerenergia-felhasználás erőteljesen csökken az erőmű T 1 kezdőhőmérsékletének növelésével és a T e fűtési hőmérséklet csökkentésével. g Ko = 1 1 0,8 g Qo Veszteségmentes kapcsolt és hőszivattyús hőtermelés A hőtermelés fajlagos primerenergia-felhasználása erőművi kapcsolt energiatermelés esetén [1] 0,6 0,4 1,2 T / T = 14 e o, 1,3 g Qkp = 1+σ η m σ η KE (1) 0,2 1,1 és hőszivattyú esetén [2] 1 g QHS =. εf ηke Veszteségmentes esetben (o index) a kapcsolt energiaarány Ekpo T1 Te o = = Q Te σ, a mennyiségi hatásfok η m = 1, a hőszivattyú fűtési tényezője Te To ε f o = T e és a villamosenergia-termelés hatásfoka T1 To KE o = T1 η, amelyekben T 1 az erőmű hőközlésének hőmérséklete, T o a környezeti/ kondenzátor hőmérséklet és T e a fűtési hőmérséklet (az átlaghőmérsékletek K-ben). Ezekkel a veszteségmentes kapcsolt és hőszivattyús hőtermelés fajlagos primerenergia-felhasználása egyaránt (2) 0 1 1,5 2 T1 To 2, ábra. Veszteségmentes kapcsolt és hőszivattyús hőtermelés fajlagos primerenergia-felhasználása Az összehasonlítás alapján az 1. megállapításunk, hogy azonos hőmérsékletek mellett a veszteségmentes kapcsolt és hőszivattyús hőtermelés energetikai hatékonysága megegyezik. Az 1. ábra alapján kézenfekvő a 2. megállapítás is: a kapcsolt és a hőszivattyús hőtermelés fajlagos primerenergia-felhasználása egyaránt csökken az erőművi hőközlés T 1 hőmérsékletének növelésekor. A környezeti és a fűtési átlaghőmérséklet a kapcsolt és a hőszivattyús hőtermelésnél általában eltér. A hőtermelés fajlagos primerenergia-felhasználásában szereplő T e /T o hőmérsékletarány kapcsolt hőtermelésnél általában nagyobb, mint hőszivattyús hőtermelésnél. Például kapcsolt hőtermelésnél a hőkiadás hőmérséklete 110 C, a kondenzátorhőmérséklet 30 C, és T e /T o = ( )/( ) = 1,26, hőszivattyú esetén pedig a fűtési hőmérséklet 60 C, az elvont hő hőmérséklete 20 C, és T e /T o = ( )/( ) = 1,14. A 3. megállapításunk tehát az, hogy a kapcsolt és a hőszivattyús hőtermelés hőmérsékletei eltérnek, általában a hőszivattyú alacsonyabb hőmérsékletei és hőmérsékletarányai veszteségmentes hőszivattyús hőtermelés esetén kisebb fajlagos primerenergia-felhasználást tesznek lehetővé. Te To T1 T = o 1 g Q o = 1, T e T1 To Te To 1 T1 (3) Valóságos kapcsolt és hőszivattyús hőtermelés A veszteségmentes jellemzőktől a kapcsolt és a hőszivattyús hőtermelés valóságos mutatói másképpen térnek el. A változások egyszerűek 2

3 E-NERGIA.HU GEOTERMIA HŐELLÁTÁS és egyértelműek a hőszivattyú esetén. A valóságban a hőszivattyú fűtési tényezője jelentősen csökken: ε f = ε foν HS, ahol például ν HS 0,5, és kisebb a villamosenergia-termelés hatásfoka is: η KE = η KEoν KE, ahol pl. ν KE 0,7. A (2) összefüggést részletezve, g QHS = = > gqhso =, εf ηke εfoν HSηKEoν KE εfoηkeo nyilvánvaló, hogy a hőszivattyús hőtermelés valóságos primerenergiafelhasználása jelentősen nagyobb, mint veszteségmentes esetben. Lényegesen bonyolultabb a helyzet az erőművi kapcsolt hőtermelés esetén. Az (1) összefüggés kifejtésével 1+ σ σ 1+ σ oνσ σ oνσ σ o g Q kp = = gq kpo = 1+ σ o. ηm ηke ηm ηkeoν KE ηke o A valóságos viszonyok esetén σ < σ o, η m < 1 és η KE < η KEo. Ezekből lehetséges, hogy g Qkp > g Qkp o, de az is, hogy g Qkp < g Qkp o, az utóbbinak magyarázata, hogy kapcsolt energiatermelés során nem egy folyamatot valósítunk meg, hanem elhagyunk (elmarad a hőkiadás és a kondenzátor közötti expanzió), amelynek természetesen elmaradnak a veszteségei is. A 4. megállapításunk tehát az, hogy a valóságos viszonyok között a hőszivattyús hőtermelés fajlagos primerenergia-felhasználása egyértelműen nagyobb, mint veszteségmentes esetben; kapcsolt hőtermelés esetén viszont ellentétes hatások érvényesülnek: a valóságos kapcsolt hőtermelés fajlagos primerenergia-felhasználása lehet kisebb vagy nagyobb, mint a veszteségmentes kapcsolt energiatermelésé, természetesen az utóbbinak nagyobb a valószínűsége. Energiaárak, megújuló energiák Az erőművi kapcsolt hőtermelés energiaháttere különböző primerenergia, ami legtöbbször földgáz, de lehet megújuló energia, a Paksi Atomerőmű esetében atomenergia is. Az erőművi kapcsolt energiatermelés villamos energiát szolgáltat, a hőszivattyús hőtermelés pedig általában villamos energiát használ fel, amelynek primerenergia-bázisa a villamosenergia-rendszerben atomenergia, fosszilis energia, megújuló energia és villamos import mindenkori keveréke. Az erőművi kapcsolt hőtermelés fajlagos tüzelőköltsége 1+ σ kg Q kp = pg σ kge, ηm amelyben p G a kapcsolt hőtermelésnél felhasznált primer energia hőára, k GE a villamos energia fajlagos (tüzelő)költsége a villamosenergia-rendszerben. A felhasznált primer energia hőára jelentősen eltér földgáz, biomassza és atomenergia esetén. A hőszivattyús hőtermelés fajlagos tüzelőköltsége kge k G QHS =, εf ami a hőszivattyú fűtési tényezőjén (ε f ) kívül kizárólag a villamosenergia-rendszer fajlagos (tüzelő)költségétől függ. Az 5. megállapításunk az, hogy az energetikai mutatókon kívül az erőművi kapcsolt hőtermelés tüzelőköltségét az erőműben felhasznált primerenergia hőára és az erőműrendszer fajlagos (tüzelő) költsége egyaránt befolyásolja, a hőszivattyús hőtermelését csak az erőműrendszerben a villamosenergia-termelés fajlagos (tüzelő)költsége. A villamos energia ára (k E ) mind a kapcsolt, mind a hőszivatytyús hőtermelés költségeiben jelentős, ám ellentétes szerepet játszik. A kapcsolt hőtermelés fajlagos költsége Ckp kq kp = Q σ ke és a villamos hőszivattyú hőtermelésének fajlagos költsége αlbhs ke khs = +, Q εf amelyekben C kp a kapcsolt energiatermelés teljes évi költsége (Ft/a), B HS a hőszivattyús hőtermelés beruházási költsége (Ft), α l az annuitási tényező (1/a), Q mindkét esetben az évente termelt hő. Az összefüggésekből nyilvánvaló a 6. megállapítás, hogy a kapcsolt hőtermelés költségét a termelt villamos energia átvételi árának csökkenése növeli, ezzel ellentétben a hőszivattyús hőtermelés költségét a felhasznált villamos energia vételi árának csökkenése csökkenti. A kapcsolt és a hőszivattyús hőtermelés esetén egyaránt fontos a megújuló energiák hasznosítása, de felhasználásuk lehetősége eltérő. A nagyhőmérsékletű geotermikus energia (termálvíz) sem a kapcsolt, sem a hőszivattyús hőtermelésnek nem bázisa. A biomassza-tüzelésű kizárólag villamos energiát termelő erőművek hatásfoka nagyon kicsi. A rendelkezésre álló termálvizeink hőmérséklete hatékony villamosenergia-termelést nem tesz lehetővé. A hőszivattyúk pedig csak az alacsony hőfokszintű környezeti/hulladékenergiák hasznosítását teszik lehetővé. A 7. megállapításunk tehát az, hogy a kapcsolt hőtermelés közvetlen megújuló bázisa a biomassza és a biogáz, a hőszivattyús hőtermelés közvetett megújuló bázisát pedig a villamosenergia-rendszeren belül a víz-, szélerőművek és a napelemek képezik. Fűtési hőigények és változásuk A számos hasonlóságot és azonosságot mutató kapcsolt és hőszivattyús hőtermelés tényleges alkalmazását elsősorban a hőigények nagysága befolyásolja: a kapcsolt hőtermelés a nagy hőigényű távfűtések, a hőszivattyús hőtermelés az egyedi fűtések hatékony hőforrása lehet. A fogyasztói hőtakarékosság is eltérően hat a kapcsolt és a hőszivattyús hőtermelésre. A kapcsolt energiatermelés csak korszerű megoldások (nagy nyomás, hőmérséklet) esetén hatékony, amit nagyteljesítményű egységek esetén érhetünk el. Az épületek hőszigetelésével, jobb nyílászárók alkalmazásával és korszerűbb épületgépészeti berendezések alkalmazásával csökkent, és továbbra is csökken az épületek, a meglévő távhőrendszerek hőigénye és a kapcsolt energiatermelés lehetősége. A hazai kapcsolt villamosenergia-termelés, amely között a hazai villamosenergia-termelésnek 20 22%-át tette ki, 2013-ban 14% alá csökkent [3]. Ezen belül erőteljesen csökkent a kis erőművek, a gázmotorok termelése, évi kihasználásuk között h/a volt, ez az utóbbi években 3000 h/a alá csökkent [4]. Energiatakarékos épületek esetén nehéz a meglévő távhőrendszereket fenntartani és új nagy távhőrendszereket kialakítani, és ezekben hatékony kapcsolt energiatermelést megvalósítani, ez csak körültekintő vizsgálatokkal, gondos tervezéssel lehetséges [5]. A jelentős változásokban a hőigénycsökkenés mellett más hatások (támogatások, szabályozás, lobbyérdekek) is közrejátszottak. Az is egyértelműen igazolódott a gyakorlatban, hogy a kapcsolt energiatermelés alapja a hasznos hőigény. Az épületek hőigénycsökkenése viszont kedvez a különböző hőszivattyúk alkalmazásának. A hőigénycsökkenés rendszerint együtt jár a 3

4 HŐELLÁTÁS E-NERGIA.HU G η GM Q GM GM W GM Q HS 2. ábra. Távfűtés és távhűtés gázmotor és hőszivattyú/hűtőgép bázisán GM gázmotor, HS hőszivattyú/hűtőgép, F fűtés, H hűtés G Q FE FE T e T v PFE 3. ábra. Trigeneráció fűtőerőművel és abszorpciós hűtőgéppel FE fűtőerőmű, AH abszorpciós hűtőgép, F fűtés, H hűtés fűtési hőmérséklet csökkenésével, a kis hőteljesítmény és az alacsony hőfokszint kedvezőbbé teszi a hőszivattyúk létesítését, és biztosítja kedvező energetikai hatékonyságukat. A fűtési hőigények csökkenésének van egy kedvező hatása mind a kapcsolt, mind a hőszivattyús hőtermelésre. A fűtési hő csökkenésével nő a használati melegvíz-termelés és fűtés hőigényaránya, és ezáltal kedvezőbbé válik a nyári és a téli hőigények aránya, illetve nő az évi kihasználási időtartam. A 8. megállapításunk tehát az, hogy a fogyasztói takarékosság miatt csökkenő fűtési hőigények kapcsolt energiatermelés esetén nehezítik, hőszivattyús hőtermelés esetén pedig segítik az energetikai és gazdasági versenyképességet. Fűtés és hűtés A fűtési hőigények csökkenő tendenciája mellett a jövőben feltehetően számolnunk kell a helyiséghűtés igényének növekedésével. Ezt a klímaváltozás előjelei és a komfort iránti fokozott igény indokolhatják. A helyiséghűtés természetesen kielégíthető egyedi klímaberendezésekkel (jelenleg elsősorban ezek terjedését tapasztalhatjuk), ám az energiahatékonyság indokolja a hőszivattyúk helyi hűtését, és a AH ε f ε h HS T fe T fv T he T h v T he T hv F H Q f Q h 2012/27/EU irányelv ösztönzi a kapcsolt energiatermelésre alapozott hatékony távhűtés vizsgálatát és alkalmazását. Hőszivattyús hőtermelés esetén két körülmény is indokolja a helyiséghűtés megvalósítást. Az egyik kézenfekvő ok, hogy a fűtésre létesített hőszivattyú nyáron alkalmas a helyiséghűtésre is (a kondenzátor helyett az elpárologtatót kell használni, esetleg egyidejűleg mindkettőt). De bizonyos hőszivattyús hőtermelés kiépítése esetén lehetőség nyílik passzív hűtésre, pl. az elvont hidegebb talajhő közvetlenül is lehetővé teheti a nyári hűtést. A távhűtés gondolata régi, kisebb körzetekben, bevásárló- és lakóparkokban meg is valósult, ám nagy településrészekre még nem terjedt ki. A távhűtés hatékony és gazdaságos rendszerei sem alakultak ki. Az nyilvánvaló, hogy alapját hatékony erőművi kapcsolt energiatermelésnek kell képeznie. Példaként két lehetőségre utalunk [6]. Ideális energetikai hatékonyságot biztosítana, F H Q f Q h ha gázmotorral hajtott hőszivattyú/hűtőgép fűtési és hűtési hőjét egyidejűleg hasznosíthatnánk (2. ábra). Az egyidejű fűtés és hűtés csak ritkán és helyileg adott, de a kapcsolt fűtési és hűtési hőtermelés külön-külön is hatékony. A rendszer négy vezetéket igényel, fűtési és hűtési vezetékpárt, ami a beruházási költségeket jelentősen megnöveli. A négyvezetékes rendszer elmarad a 3. ábra esetén. Ez a rendszer villamosenergia-termelést, fűtési és hűtési hőtermelést, azaz a trigenerációt valósít meg. A fűtőerőmű kapcsoltan villamos energiát (P FE ) és távhőt (Q FE ) termel, amellyel az F hőfogyasztókat hővel (Q f ), a H hűtési fogyasztókat pedig a távhőhálózatról táplált abszorpciós hűtőgépekkel termelt hidegenergiával (Q h ) látja el. A helyiséghűtés fűtéshez csatolt ellátása sem az erőműnél, sem a hőszivattyúnál nem igényel többletteljesítménybeépítést, de megnöveli az ellátható meleghő és hideghő együttes mennyiségét, tehát növeli az évi kihasználási időtartamot. A 9. megállapításunk tehát az lehet, hogy jövőben a helyiséghűtés ellátása növelheti a hatékony kapcsolt és hőszivattyús hőtermelés teljesítményét és éves kihasználását. Irodalom [1] Büki G.: Kapcsolt energiatermelés. Műegyetemi Kiadó, [2] Ádám B., Büki G,. Maiyaleh T.: Geotermikus energia Hőszivatytyúzás. MMK, [3] Stróbl A.: A magyarországi kapcsolt villamosenergia-termelés alakulásáról. XVII. MKET Konferencia, Siófok [4] Hamvai L.: Gázmotorok üzemeltetése az új szabályozási környezetben. Magyar Energetika, 2014/2. [5] Uitz Zs.: Energiahatékonysági munkák alapján 30%-kal bővült a távhőszolgáltatás Kaposváron. KLENEN Kecskemét, március [6] Büki G.: Energiarendszerek jellemzői és auditálása. MMK,

5 E-NERGIA.HU ATOMENERGIA GEOTERMIA Szilágyi Zsombor Paksi bővítés vagy megújulók? A paksi erőmű bővítéséről Moszkvában megindított tárgyalások kissé felkavarták a hazai energetikai szakembereket, a politikusokat meg különösképpen. Az alábbiakban csak azzal a különös kijelentéssel foglalkozzunk, hogy a paksi bővítés helyett a hazai megújuló energiahordozó-felhasználás mennyivel jobb lenne. A paksi bővítésre tervezett két darab 1200 MW teljesítményű blokk évi 8000 óra üzemeléssel számolva mintegy 70 PJ energiát termelhet, ami az ország jelenlegi, 1000 PJ primer energiahordozó-felhasználásának 7%-a, vagyis az erőmű bővítése jelentősen növeli az energiaellátás biztonságát, csökkenti az ország energiaimport-függőségét (bár a nukleáris fűtőelemeket is importálni kell, ezért inkább szénhidrogénimport-csökkenésről beszéljünk), de villamos áram-importot is kiválthat. A bevezetőben említett különös álláspont megvilágításához nézzük át a hazai megújulós adottságokat és a megújuló-használat eddigi eredményeit. A megújuló energiahordozók a hazai primerenergia-felhasználásban 2013-ban mintegy 10%-kal szerepelnek, vagyis 100 PJ körüli értéket jelentenek. Kovács Pál államtitkár a közelmúltban összefoglalta a 2020-ig a magyar energetika előtt álló legfontosabb feladatokat, köztük szerepelt a megújuló energiahordozók szerepének további erősítése, a biomassza és a geotermikus energiák szélesebb körű hasznosítása. Magyarország ebben az EU-programban a megújulók részesedésének emelését a évi 7%-ról 14,65%-ra vállalta. Ez a program a legtöbb EU-tagállamban korrekcióra, revízióra szorul. Államtitkár úr is hangsúlyozta, hogy a megújulók terjesztésére vonatkozó cél (2020-ig 14,65%) nem változik, de a támogatások rendszere lényegesen átalakul. A Kormány elfogadta Magyarország Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Tervét a közötti időszakra. A terv szerint a fűtésre-hűtésre használt megújulók arányát közel kétszeresére, a villamosenergia-termelésben 80%-kal, a közlekedésben közel 240%-kal kell növelni. A megújuló energiaforrások szerepe a primer energiahordozók között Magyarországon 2012-ben a megújuló energiák részesedése a primer energiamérlegben 9,79% volt, lassan növekvő tendenciát mutatva. A évre előirányzott felhasználás túlteljesült, és 2015-ig nincs is túl nagy nyomás az energetikai iparon. A megújuló források között meghatározó a fa- és hulladéktüzelés, a geotermikus energia használata és a szélenergia. Az épületek energetikai korszerűsítésére kiírt állami támogatások gyorsan elkelnek, a lakosság, az intézmények a szükséges saját részt is vállalják. A pályázatokon sajnos csak mintegy 6 ezer lakás jutott támogatáshoz a 4,2 milliós lakásállományból. Ezek a pályázatok a Megújuló Energiahasznosítási Cselekvési Terv megvalósításában eddig nem játszottak komoly szerepet. Vannak a megújuló energiahordozó-használat bővítését célzó beruházások között azonban olyanok is, ahol a megújuló-használat csak másodlagos szempont, például biogázüzemek első sorban biológiailag veszélyes anyagok megsemmisítésére épülnek, a vízi erőművek is inkább árvízvédelmi szerepet töltenek be. A megújuló energiahordozó-potenciál A világméretű gazdasági visszaesés ellenére is van lehetőség az energiafelhasználás struktúrájának átalakítására. Pontosabban lehetőség lenne, mert egy ország energiafelhasználásának rekonstrukciójához sok befektetésre van szükség, és recessziós időszakban erre nagyon kevés lehetőség adódik. 1. táblázat. A hazai megújuló energiahordozó potenciál és a jelenlegi hasznosítás (PJ) Potenciál Most hasznosul (2012) Biomassza Geotermikus 50 3,6 Háztartási és kommunális szemét 50 2 Biohajtóanyag 30* 12,5 Szélenergia 7,2 2,6 Vízi energia 5 0,7 Napenergia 4 0,12 Földhő és levegőenergia 100 0,05 *a mezőgazdasági termelés kívánatos egyensúlya alapján becsült érték Ha összeadjuk az összes hazai megújuló energiaforrás-potenciált, akkor 204 PJ évente hasznosítható lehetőséget kapunk. Ehhez az öszszeghez hozzáadhatjuk a földhő és a levegő hőtartalmának egyértelműen meg nem határozható mennyiségét: legyen a hazai teljes megújuló energiapotenciál 300 PJ, vagyis a évi kereken 1000 PJ teljes primerenergia-felhasználás 30%-a. Ekkor még nem vettük figyelembe a napenergia szintén közel végtelennek tekinthető potenciálját. A 2020-ra kitűzött 14,65%-nyi megújuló energiafelhasználás nagyon koncentrált és gyors beruházásokat igényel, nem túlságosan kedvező beruházási környezetben, és előnytelen beruházási megtérülések mellett. Fa, éghető mezőgazdasági hulladék (biomassza) A fa szerepe a hazai energetikában az utóbbi 10 évben nőtt meg, az erőművi fatüzelés beindításával lett a legfontosabb megújuló energiahordozónk. A faállomány 2011-ben 325,2 millió m 3 volt. Évente terem 10 millió tonna fa az országban, művelt erdőkben, nemzeti parkokban, magánkertekben, szórványban, utak mellett, összesen. A évi fakitermelés 8,5 millió m 3 volt. A fatermés kismértékben meghaladja a -felhasználást. A háztartásokban a fatüzelés elsősorban kiegészítő fűtésként van jelen. A korszerű faelgázosító kazánok és különösen a pelletkazánok beruházásának megtérülése a földgáz-fa tüzelőanyag-költségkülönbséggel 5

6 ATOMENERGIA E-NERGIA.HU általában tíz év felett van. Ugyanakkor gondoljunk arra is, hogy a fát előre meg kell venni, tárolni kell, és kézi munka is szükséges a tüzeléshez. A rezsicsökkentés egyébként a lakossági fatüzelés beruházások megtérülését is rontotta. Az ipari léptékű szalmatüzelés már legalább két évtizede terítéken van, még emlékezhetünk erre irányuló, de nagy vitát kiváltó kezdeményezésekre végén helyezték üzembe a Dalkia új szalmatüzelésű fűtőművét Pécsen, a már meglevő, fatüzeléses erőműben. Az új blokk 70 MW hő és 35 MW villamos áram termelésére képes. A beruházás 24 milliárd Ft-ba került. A szalmát (és energiafüvet, mezőgazdasági szármaradványt) legfeljebb 100 km-es körzetből szerzik be. Az erőmű évente 240 ezer tonna szalmát fog eltüzelni, ami nem fog hiányozni a mezőgazdasági üzemeknek. Ezt az anyagot kamionok fogják közúton beszállítani, naponta 90 fordulóval. Az erőmű szakemberei szerint ez a forgalom nem jelent különös terhelést a környezetre. A megújuló tüzelőanyag-használattal az erőmű földgáztüzelést vált ki, a kiváltott CO 2 -emisszió pedig eladható. Az égetésből visszamaradó hamu egy része talajjavításra használható. Geotermikus energia (termálvíz) Magyarország területének legnagyobb részén ezer méter mélységből legalább 60 C hőmérsékletű víz nyerhető. Államtitkár úr is második, legfontosabb megújuló forrásként említette. Legalább ezer azoknak a mélyfúrású kutaknak a száma, amelyeket szénhidrogén-kutatásra mélyítettek, és több mint ezer méter mélyek. Ezeknek a kutaknak a legtöbbje alkalmassá tehető termálvíztermelésre. Ezek a termálvizek általában magas sótartalmúak (1 gramm/liter felett), és ez okozza a hasznosításnál a legtöbb problémát. A kihűlő vízből kiválik a só, és a csőfalra, berendezésekre rakódik ki. Sok esetben nem is lehet a magas hatásfokú membrános hőcserélőket alkalmazni. Az elfolyó, lehűlt termálvíz elhelyezése sem egyszerű kérdés, szintén a magas sótartalom miatt a környezetvédelem erősen korlátozza a vízbefogadókat, a víz visszasajtolása a termelőrétegbe pedig elég drága megoldás. A hazai termálvíz-hasznosítás az utóbbi években erősen előrelépett: ma már szinte az ország minden pontjától 50 km-en belül található gyógy- vagy legalább strandfürdő. Az erős állami támogatással megvalósított programot nem nevezhetjük kimondottan szerencsésnek. A fürdők eltartása a legtöbb tulajdonosnak, önkormányzatnak kifejezetten csak költséget és veszteséget jelent. A termálvíz hasznosítása kommunális fűtésre, ipari felhasználásra fokozatosan visszaszorul, elsősorban a már említett sótartalom-problémák miatt. Magas hányadú állami támogatás nélkül a geotermikus energiahasznosításra nincs érdemi érdeklődés, ez az energiahordozó a természeti adottságok miatt nem lehet a hazai energiastruktúra-átalakítás reménye. Újabb támogatások elhatározása előtt javasoljuk sokoldalúan tanulmányozni a geotermikus energiahasznosítás eddigi tapasztalatait. Napenergia 2010-ben Magyarországon 1,75 MW napelem működött, 2013 végén már 5 MW. A beruházások megtérülési ideje év. A napelem nem folyamatos üzem, jelentős akkumulátortelep kell a használatához. 2. táblázat. Néhány napelem rendszer ára Teljesítmény kw Minőség A rendszer ára (ezer Ft) áfával 1,5 standard standard prémium prémium Szakemberek úgy becsülik, hogy a paksi MW blokk helyettesítésére MW napelem kellene, ami kb km 2 felületet jelent, és 26 ezermilliárd forintból lenne megépíthető. A napkollektorok szépen terjednek, mintegy 110 ezer m 2 felületet építettek be eddig, döntő többségükben használati melegvíz-előállításra, kisebb részben fűtéstámogatásra. A HMV-termelésre épített rendszerek a megbízható minőségű kollektorok esetén tíz év körüli megtérülést mutatnak, az olcsó, keleti gyártmányú berendezéseknél ennél kevesebbet, de a megtérülési idő és az élettartam ezeknél a berendezéseknél közel van egymáshoz. A napkollektorok építéséhez nyújtott állami támogatás segíti a rendszerek elterjedését, de nagyobb támogatás kellene ahhoz, hogy a reális, 5 év körüli időtartamra csökkenjen az átlagos megtérülési idő. A rezsicsökkentés itt is rontja a beruházások megtérülését. Vízenergia Magyarországon jelenleg 32 vízierőmű működik, együttes teljesítményük 60 MW. A termelt villamos energia kb. 200 GWh, a hazai villamosenergia-szükséglet fél százaléka. A kisebb folyókon újabb pár megawattos erőművek építése számításba vehető, de a beruházások messze tíz éven túl térülnének meg. Az erőművek egyben folyamszabályozási feladatot is teljesítenek, és talán ez a funkció a fontosabb. Szélenergia A hazai szélerőmű-beruházásoknál éves üzemóraszámmal lehet kalkulálni, és millió Ft beruházással lehet 1 MW teljesítményt megépíteni ben 176 szélerőmű működött az országban, összesen 329 MW teljesítménnyel. A szélerőművek 77,6 millió m 3 földgázt váltottak ki, és 662 ezer tonna CO 2 -kibocsátást takarítottunk meg. A szélenergia-hasznosításra itthon tett eddigi intézkedések eredményesek voltak. A befektetői érdeklődés nagy, nyilván az attraktív áramátvételi árnak és a hosszú távú áramátvételi kötelezettségnek köszönhetően. Ez a preferált áramátvételi ár vitte le a szélerőművek megtérülési idejét tíz év alá, különben a év megtérülési idő miatt a bankok már nem hiteleznék ezeket a beruházásokat. Magyarország szélpotenciálja még további MW teljesítményű berendezés megépítését indokolttá teheti. A kiszámíthatatlan széljárás miatt szükséges tartalékerőművek nem lehetnek szén- vagy nukleáris tüzelésűek, az erőművek terhelésváltoztatási adottságai miatt. Marad a szénhidrogén, ezen belül is a földgáz. A KÁT-rendszer átalakítása leállította az újabb szélerőművek beruházását. Szakemberek azt is kalkulálták, hogy a paksi bővítés helyett 6000 MW szélgenerárort kellene telepíteni, mintegy 14 ezermilliárd forintért. Földhő, levegő hőtartalma Mondhatni, korlátlan energiaforrás a környezetből kinyerhető hő, magas szinten környezetbarát energiaforrás. A háztartási, kis kommunális léptékben minden technikai feltétel adott, a szükséges berendezések elég széles választékban állnak rendelkezésre, bár drágák. A levegős hőszivattyúk esetében a tíz éven belüli megtérülésre még alig van példa, a talajkollektoros hőszivattyú (talajszondával) is bőven tíz év felett térül meg. A berendezések hatásfokának emelkedésével és a beruházási költségek csökkentésével néhány éven belül fontos energiaellátási forrás lehet a környezeti hő. A rezsicsökkentés a hőszivattyúk üzemelését is olcsóbbá teszi. 6

7 E-NERGIA.HU ATOMENERGIA GEOTERMIA Háztartási és kommunális szemét A KSH évi adata szerint egy lakosra 403 kg háztartási és kommunális szemét jutott évente. A háztartási szemét szelektív gyűjtése és hasznosítása szépen halad előre az országban, és már a 20%- ot is meghaladja. Az elégetésre kerülő szemét mennyisége ma 10%. A szerves tartalmú szemét 8-10 MJ/kg fűtőértékű, megfelelő kazánokban nagyon jól elégethető, a keletkezett hő távhőszolgáltatásban vagy villamos áram-termelésben kitűnően hasznosítható. Az ország egyetlen szemétégető műve a többször szigorított környezetvédelmi követelményeknek is maradéktalanul megfelel, bizonyítja ezt az is, hogy Budapest belterületén üzemel. Miért nem épülnek további szemétégető művek? Egy optimális teljesítményű szemétégető kapacitása fél Budapest vagy egy-egy vidéki nagyváros és körzete szemetének elégetésére alkalmas lenne. A szemétégetés gazdaságosságát gyorsan rontja, ha a szemetet 20 km-en túl kell szállítani. Persze egy szabályos szemétlerakó létesítési költsége tizede egy azonos kapacitású szemétégető műének. A korszerű füstgáztisztító berendezésekkel ellátott nagy, szilárdtüzelésű villamos erőművekben a szemétégetés viszonylag könnyen megoldható. Jól bizonyítja ezt a Mátraalján üzemelő nagy erőmű is. A szemétégetés eddig nem hasznosított energetikai potenciálja lehet a megújuló energiaforrások legfontosabb tartaléka, és a környezetvédelmi szempontok is szépen teljesülhetnek. Biogáztermelés A települési szilárd hulladék legnagyobb része lerakókba kerül, ahol a megtelt tárolót légmentesen lezárják. A lerakóban rövid időn belül megindul a depóniagáz keletkezése, amely megfelelő anaerob környezetben akár évig is tarthat. A kinyert depóniagáz 50% körüli metánt tartalmaz, ami tisztítás után közvetlenül hasznosítható kazánban vagy gázmotorban. 10 depóniagáz-hasznosító telep működik az országban. A szennyvíztisztító telepeken évente keletkező kb. 700 ezer tonna szennyvíziszap kiváló alapanyag, biogáztermelésre. A nyers szennyvíziszap legalább 60%-a ma lerakásra kerül, általában települési szilárdhulladék-lerakókba. Ez a szennyvíziszap anaerob környezetben a szerves anyag lebomlásával kiváló metántermelő alapanyag, a termelt gáz itt is hasznosítható energetikailag, tisztítás után. 16 szennyvíztisztítóban üzemel iszaprothasztó, a keletkezett gázt helyben hasznosítják. A biogáztermelésre felhasználható mezőgazdasági hulladékanyagok feldolgozása elsősorban környezetvédelmi tevékenység, mellette hasznosítható energia is keletkezik. Évente 100 ezer tonna szerves hulladék megtermel kb. 2 Mwe + 2 MWt teljesítményű gázmotor folyamatos üzeméhez szükséges gázt. A magyar mezőgazdaság biogázüzemekben feldolgozható hulladéka évente legalább 7,5 millió tonna. A 40 biogázüzemek ma kb. 3 millió tonnát használnak fel, továbbiak építésére tervek vannak. A biogázüzemek építésére banki hitelt lehet kapni, de saját tőkével épülő üzemekről is tudunk. A biogázpotenciál alapján ez a megújuló energiahordozó lehet a jövő évek fejlesztéseinek súlypontja. Magyarországon biogázt még nem adtak be földgázhálózatba, a biogázelőkészítés költségei miatt. Motorikus hajtóanyagok Magyarország adottságai is nagyon jók a bioetanol-termelésre, az ehhez szükséges mezőgazdasági termékek megtermelése eddig még nem borította fel az agrárgazdaság egyensúlyát. A hazai üzemanyag-fogyasztás csökkenése 2013-ban megállt. Az üzemanyagnak mintegy 5%-a lehet a megújuló etanol és biogázolaj. Ez a mennyiség a motor-hajtóanyagok esetében az a bekeverési felső határ, amely mellett még nem kell a motorban átalakítást végezni. A hazai biodízel- és bioetanol-termelés feleslege az EU-ban jól elhelyezhető. A megújuló energiahordozók és a környezetvédelem Az Országos Meteorológiai Szolgálat szerint 2011-ben a légkörbe került gázok között a szén-dioxid 75,1%, a metán 12,8%, a nitrogénoxid 10,4% és a fluortartalmú gázok 1,7% arányban voltak jelen. A környezetkárosítás szempontjából a metánt tízszer veszélyesebbnek tekinthetjük, mint a szén-dioxidot. Az üvegházhatású gázkibocsátás legjelentősebb eleme a szén-dioxid. Egyedül a nukleáris energiahordozó az, amelyik nem megújuló, a széndioxid-háztartás szempontjából semleges, és ipari méretekben hasznosítható elsődleges energiahordozó, (A nukleáris energiahordozó-felhasználással járó egyéb környezetvédelmi kérdésekkel most nem foglalkozunk.) A napenergia, a vízenergia, a szélhasznosítás, a hőszivattyús hőtermelés és a vízvisszanyomással működő geotermikus energiakinyerés teljes mértékig környezetbarát, mert a termelt energia nem terheli a légkört semmilyen kibocsátással. Ezek a megújuló energiahordozók azonban még nem játszanak lényeges szerepet az ország energiaellátásában. Azt kijelenthetjük, hogy a fa, a mezőgazdasági hulladék, biogáz eltüzelésével keletkező szén-dioxid a növényzet fotoszintézisével visszaépül a természetbe. Némi szemhunyással a háztartási és kommunális hulladék elégetésével keletkező szén-dioxidról is ezt mondjuk, vagy ezt a tüzelőanyagot kivonjuk a szén-dioxid-kvóta egyre szigorodó szabályai közül. Beszélni kell azonban a biomassza-eltüzeléssel járó porszennyezésről. A KSH szerint a szilárd légszennyező-kibocsátás rohamosan nő: 2008-ban 6 kg/fő volt, 2009-ben már 8 kg/fő, 2010-ben pedig 17 kg/ fő. Ma már 20 kg/fő felett járhatunk. A fatüzelés esetén minden eltüzelt tonna fa után 10 kg szilárd szennyezés (por) kerül a levegőbe. (Van még az égéstermékben szén-monoxid, egyéb szerves és szervetlen vegyületek is.) A téli szmog kialakulásában felerészt a szilárdtüzelés, felerészt a közlekedés a vétkes. A földgázhasználat sem ártatlan a környezetszennyezésben: a széndioxid-kibocsátáson kívül metánnal is szennyezi a légkört. A teljes földgázfelhasználás mintegy 1-1,5%-a, évi 1-1,5 millió m 3 a gázberendezések működése, hálózati tömörtelenség miatt kerül a levegőbe. A földgáz elégetésekor keletkező légszennyező anyagok között is van szén (korom), szén-monoxid, nitrogénoxid is. Összefoglalva Az atomerőmű bővítése az egész magyar költségvetést megrázó öszszegbe kerül. Legalább harminc évre viszont olcsón termelt áramot kapunk, ezzel szénhidrogén- és villamos áramimportot váltunk ki. Az atomerőmű építéshez minden feltétel rövid idő alatt megteremthető. Magyarország adottságai a megújuló energiahordozó-felhasználás terén nem tekinthetők kiválónak. Valamennyi megújuló energiahordozó részesedése emeléséhez jelentős beruházások szükségesek, és ezek a beruházások sajnos tíz éven belül általában nem térülnek meg. Az atomerőmű-bővítéssel elérhető évi 30 PJ energiatermelés megújulókkal, koncentrált beruházással nem termelhető meg. A lakosság állami támogatás nélkül nem partner a megújuló energiahordozók részesedésének növelésében. Az ipari mértékű megújuló energiahordozó-felhasználás csak a szemétégetésben és a biogáz-hasznosításban látszik lehetségesnek, de a paksi 30 PJ ezeknél a megújulóknál is irreális cél lenne. A 2020-ig vállalt megújuló részesedés emelését teljesíteni nagyon nehéz feladatnak látszik. Sajnos a földgázimport csökkentésében a megújuló energiahordozók még nem sokat segítenek. 7

8 PR E-NERGIA.HU Összeállította: Káldy Lajos projektiroda vezető Tranzitvezeték-felújítás Oroszlányban Oroszlányban a távhőszolgáltatás az 1960-as évek első felében kezdődött meg. Jelenleg a város lakásainak több mint 60%-a veszi igénybe ezt a fűtési megoldást, illetve 45%-uk használati melegvíz-ellátása is a távhő felhasználásával történik. A rendszer összességében jelenleg is mintegy 4800 lakást szolgál ki a városban, valamint Bokod községben, növekvő fogyasztói szám mellett. Az ellátás biztonságának fokozása elsődleges szempont az Oroszlányi Szolgáltató Zrt. (OSZ) számára a rendszer városon belüli aránya és lefedettsége miatt is. Az igénybevett teljesítmény mintegy egyharmada az egyre bővülő ipari parkot látja el, ahol szintén kiemelt szempont az üzembiztonság. A tranzitvezeték felújításával el lehet kerülni az egyre magasabb fenntartási költségeket, a haváriahelyzeteket, és a hőveszteség jelentős csökkentése is a kitűzött célok között szerepel. A város távhőrendszerének hőforrása a Vértesi Erőmű Zrt. tulajdonában lévő, kapcsolt hő- és villamosenergia-termeléssel működő Oroszlányi Erőmű. A távhőhálózathoz primer távvezetéki rendszer (két főág), szolgáltatói és fogyasztói hőközpontok, valamint szekunder fogyasztói rendszerek tartoznak, amelyeket az Oroszlányi Szolgáltató Zrt. mint távhőszolgáltató üzemeltet. A távhőszolgáltatás a városi hőellátás ideális megoldása. Az egyedi tüzeléssel működő rendszerekkel szemben számos előnye van, amelyek közül kiemelendő a környezetvédelmi szempont, a biztonság és a komfortosság. A távhőellátás pozitív arculatának megőrzése és piaci pozíciójának erősítése megköveteli a távhőszolgáltatóktól az ellátási színvonal emelését és a gazdaságosság javítását szolgáló folyamatos műszaki fejlesztéseket. Ebből következően szükségszerű, hogy a meglévő berendezéseket lehetőség szerint a kor követelményeinek megfelelő, új eszközökre cseréljék ki. Az Oroszlányi Szolgáltató Zrt.-nél a távhőellátás költségszerkezetében a vásárolt hőenergia magas részarányt képvisel, ezért számottevő jelentősége van a tranzitvezetéken jelentkező veszteségek csökkentésének. Az erőművet a várossal összekötő 2 db DN300-as és 1 db DN400-as méretű tranzitvezeték életkora 35 év, csaknem teljes hosszában felszíni vezetésű, beton tartóbakokkal. A mintegy 5 km hosszú és a jelenlegi hőpiac szempontjából jelentősen túlméretezett háromvezetékes rendszer a különféle korróziós és mechanikai hatások (pl. esetenként lopások, rongálások) következtében nagyon leromlott. A dilatációs mozgás következtében a hőszigetelés a csőtől elvált, feltáskásodott, átnedvesedett, helyenként komolyan megsérült, és több szakaszon is erősen hiányos. A meglévő primer tranzitvezeték állapotáról elmondható, hogy üzembiztonság és hőveszteség szempontjából rendkívül kedvezőtlen. A primer vezeték tervezett cseréjéből adódó előnyök: az energiahatékonyság növelése, a hőveszteségek csökkentése és a környezeti terhelés mérséklése a kisebb tüzelőanyag-felhasználás eredményeként. A tranzitvezeték műszaki felmérését, a kiinduló állapot felmérését, a felújítási projekt műszaki és gazdasági megalapozását, a lehetséges műszaki megoldások feltárását a Real-Energo Mérnökiroda Kft. bevonásával végezte el az OSZ Zrt. A tulajdonosi és cégvezetési döntéseket követően a megvalósíthatósági tanulmány elkészítésére, valamint a kiviteli tervezésre is ez a mérnökiroda kapott megbízást. Az előzetes vizsgálatok, a tanulmányok és a kiírási feltételek alapján megalapozottnak tűnt a KEOP 5.4.0/2012 pályázaton való részvétel, amely sikerrel zárult. A viszonylag rövid rendelkezésre álló idő alatt főként az alapos előkészítésnek köszönhetően 2013 februárjában került benyújtásra a pályázat, és július végén született hivatalos döntés a támogatás megítéléséről. Az Oroszlányi Szolgáltató Zrt. egyedül nem lenne képes egy ekkora beruházás teljes körű finanszírozására, ezért Oroszlány Város Önkor- A felújításra kerülő távhővezeték nyomvonala Vezeték állapota külterületen 8

9 E-NERGIA.HU GEOTERMIA PR mányzata úgy is, mint főtulajdonos biztosítja az önrészt több éves részletre bontva. Az OSZ ehhez a projekthez külön bankhitelt vett fel az Önkormányzat készfizető kezessége mellett. A tervezett beruházás megfelelt a KEOP pályázat feltételeinek, ezért a nettó beruházási költségek 50%-ára vissza nem térítendő támogatást kapott. A pályázati támogatás szempontjából elismert és tervezett teljes beruházási költség nettó Ft, az elnyert vissza nem térítendő támogatás összege pedig Ft. A projekt keretében a korábban vázolt háromvezetékes rendszer helyett kiépítésre kerül 2 db DN 350-es dimenziójú, gyári előszigeteléssel ellátott primer csővezetékből álló rendszer az erőmű telephelyének kerítése és a városi hőfogadó között a meglévő vezetékek nyomvonalában, közvetlenül azok mellett. A teljes hossz mintegy 2/3-án közvetlenül a földbe kerülő csővezetékek meghibásodásának valószínűsége a működés során minimálisnak mondható, és az esetleges hibaelhárítás is korszerű módon valósulhat majd meg, csökkentve ezzel a fenntartási költségeket. A tervek szerinti az 5087 m nyomvonal hosszúságú új tranzitvezetéki rendszer PN 25 bar nyomásfokozatú és 130/65 C névleges hőmérsékletű lesz. A felhasználásra kerülő előreszigetelt, műanyag köpenycsöves rendszer számos kedvező tulajdonsággal rendelkezik, amelyek közül a legfontosabbak a kiváló hőszigetelés, a nagy teherbíró képesség, a gyors és optimálisan alacsony költségű vezetékfektetés, a hibaérzékelő rendszer és a hosszú élettartam. A fejlesztés megvalósulását követően a hőveszteség csökkenése a projektgazdánál a vásárolt hő-megtakarítás formájában jelentkezik. A beruházás közvetett eredményeként előre láthatólag a GJ/évvel csökken a vásárolt hőenergia, aminek következtében GJ/év primerenergia-megtakarítás realizálható, amellyel egyidejűleg a környezetterhelés is mérséklődik. A számítások szerint az üvegházhatású gázok kibocsátását évi 4316 tonnával és az NO x-kibocsátást 8100 kg/évvel csökkenti. Ez a kedvező változás javítja Oroszlány és térsége lakosságának életminőségét, valamint a projekt rövid és hosszú távon egyaránt hozzájárul a nemzeti szintű energiatakarékossági és környezetvédelmi célkitűzések eléréséhez is. A beruházás teljes körű adminisztratív előkészítése megtörtént. Jelenleg a konkrét megvalósításhoz kapcsolódó közbeszerzési dokumentációk auditálása zajlik az illetékes Nemzeti Fejlesztési Minisztériumban. Az előzetes jóváhagyást követően a kivitelezési munkák várhatóan 2014 májusában kezdődnének, és kedvező kivitelezési körülmények esetén 2014 novemberéig be is fejeződne az új vezeték üzembevétele. Nagyon fontos szempont, hogy a munkálatokkal pár- Vasút alatti átvezetés A2 akna huzamosan a szolgáltatásnak zavartalanul működnie kell a régi rendszeren. Az utómunkálatok, a szükséges bontások, a helyreállítások és területrendezések elvégzése vélhetően áthúzódik a következő esztendőre. Ennek megfelelően a projektzárás tervezett és reálisan tartható határideje 2015 áprilisában-májusában lesz. A megvalósításhoz kapcsolódóan két közbeszerzési pályázat kerül hamarosan meghirdetésre. Az egyik egy nemzetközi (európai uniós) beszerzési tender lesz a gyári vezetékrendszer csőanyagára és primer elzáró szerelvényeire, a másik egy nemzeti értékhatárú vállalkozási pályázat a komplett kivitelezésre. Megjegyzést érdemel, hogy a vezetékek és armatúrák szállítása külön-külön is pályázható. A pályázati projekt megvalósítása, lebonyolítása, műszaki kivitelezése és szakszerű felügyelete az Oroszlányi Szolgáltató Zrt. szakembergárdájának irányításával történik majd. (x) A felújításra kerülő távhővezeték az árapasztó csatorna felett Városon belüli szakasz 9

10 VELÜNK ÉLÓ TÖRTÉNELEM E-NERGIA.HU Ligetvári Ferenc, Juhász Endre, Bardóczyné Székely Emőke, Zsarnóczai Sándor Lektorálta: Kádár Imre Szennyvíziszapból nyerhető energia Naponta magunkban hordozzuk, néha több nap szükséges éretté válásához. A hús négy nap alatt válik ürülékké. Most és 6500 évvel korábban is hasonlóan történt. Mózes V. könyve 3. fejezet verse: A táboron kívül valami helyed is legyen, hogy kimehess oda. És legyen ásócskád a fegyvered mellett, hogy amikor leülsz kívül, gödröt áss azzal, és ha felkelsz, betúrhassad azt, ami elment tőled. Történeti előzmények Mezopotámiában a gazdagok, majd a rómaiak is a lakáson átmenő vízcsatornákkal hűtötték lakásukat. Kényelmüket szolgálta a vízzel való ürülékeltávolítás feltételeinek megteremtése. Igen, a rómaiak is megfizettették a kényelmet. Tiberius császár csatornázási adót vetett ki, Vespasianus gyakorlati gondolkodása abban nyilvánult meg, hogy a vizeletet külön gyűjtette mosás céljából. A tóga viselete is igazolttá vált a társas latrina vastag kőülőkéjén eltöltött idő során. A középkorban a társadalmi aktivitás a mediterrán vidékről a mérsékelt égövbe tevődött át. Itt hűvösebb időszakokban kevésbé állt fenn a fertőzésveszély, bezzeg a nyár őket sem kímélte. A pestisjárványok milliószámra vitték el áldozataikat. A zsúfoltabb városok próbálkozásai közül London érdemel említést, náluk 1348-tól éjszakai tisztogató disznócsorda volt szolgálatban. Az ipari forradalom hatása a településekre Az újkor magával hozta a városi élet elterjedését. A világban tapasztalható jelenségek közül az urbanizáció a gazdasági-társadalmi fejlődés elkerülhetetlennek látszó terhelő folyamata. Az agglomerációk fejlődése (a szó menynyiségi értelmében) olyan mértéket öltött a világban az elmúlt évben, mely hatalmas tömegeket, ipart és szolgáltatásokat koncentráló területeket, azaz nagy és még nagyobb városok kialakulását eredményezte, azok minden előnyével és hátrányával együtt. Míg 1800-ban a Föld lakosságának csak egy százaléka élt városokban, az ipari forradalom és a gazdasági fejlődés következtében kialakult agglomerációk egyre nagyobb tömeget vonzottak (vagy a körülmények kényszerítették őket oda), így 1970-re ez az arány már elérte a 30%-ot, 2002-re a 48%-ot, és 2030-ra 60% várható. A növekvő városok szoros kötődése a víz jelenlétéhez természetes, hiszen lakosaik számára alapvető szükségletként jelentkezik a mindennapi élethez és a termelési célok megvalósításához egyaránt. A vezetékes vízellátás terjedésével megnövekedett vízfelhasználás egyenes következménye volt a településeken nagy mennyiségben keletkező szennyvíz, amely a szakszerű elvezetés és a szükséges tisztítás hiányában az ember egészségét, gazdasági tevékenységét és a környezetet egyaránt veszélyeztette. A szennyvízelvezetés igénye mindenki számára természetes, de az érdekfelismerés gyakran csak az én területemet ne érje látható gondolkodásig jut el. Az ebből adódó, gyakorlatban elterjedt átmeneti megoldások (szakszerűtlen derítők, emésztők, felhagyott kutakba vagy felszíni vizekbe történő bevezetése) a talaj, a talajvíz, a tavak és a vízfolyások elszennyeződést, illetve a talajvízdombok kialakulását okozzák, ami bár időben jelentős késleltetéssel ugyan, de nagy veszélyt jelent a vízellátáshoz szükséges, felszín alatti mélyebb rétegek vízkészletére is. Míg azonban a felszíni vizek minősége a szenynyezések felszámolásával eredményesen befolyásolható, addig a felszín alatti vízbázis elszennyezése annak hosszú távú elvesztését jelentheti. A vízzel kapcsolatos szemléletváltás sokat hangoztatott szükségessége a városi vízgazdálkodásban is napirenden van. A fejlett világ, illetve a hagyományos infrastruktúrával rendelkező városlakók nem utasítják el a felelősséget a csapadék és a szennyvíz elhelyezése kapcsán, és az új paradigmának el kell ismernie, hogy a szennyvíz egyben készlet is. A legutóbbi időkben a következő tényezők hoztak alapvető változásokat a szennyvizek hasznosítása terén: a (kevésbé igazolható) fenntartható fejlődés koncepciójának elterjedése, az ökológiai szemlélet térnyerése, az elfolyó vizek befogadóra gyakorolt terhelő hatásának felismerése, a hálózat, a szennyvíztelep és a befogadó egységes kezelése, a számítástechnikai eszközök és az analitikai módszerek folyamatos fejlődése, az EU Víz Keretirányelvvel összhangban a vízgyűjtő szemlélet elterjedése. Vigyázni kell a készletekre. Nem szabad a vizet egyoldalúan kezelni. Miről van szó? A földgömbnek a ráktérítőtől északra és a baktérítőtől délre eső részein az évek többségében ma még van annyi víz, amely az átlagos termeléshez, az elegendő táplálék megtermeléséhez szükséges. A két határvonal közötti területen már sokkalta nehezebbek a feltételek, vagyis a mérsékelt égövben a természeti környezettől vesszük el a vizet, és nem gondoskodunk a többszörös hasznosításról, ezzel szemben az egyenlítő-közeliek más stratégiára kényszerülnek. Jellemző példa Izrael esete, ahol a nagyvárosok szennyvizét mély tározókban helyezik el, és azok partja mentén csápos kutak gyűjtik a talaj által szűrt vizet, és juttatják a Negev sivatagba, ahol víztakarékosan öntözik a növényeket. Azok persze párologtatnak, és a meleg levegő feláramlása révén kerül a víz a természetes körforgásba. Van-e Magyarországnak olyan területe, ahol ez megvalósítható? Igen, az egész országban. A tisztított szennyvizek mielőbbi hasznosítása elengedhetetlen, ennek révén biztonságossá tehető a biomassza ilyen célú előállítása, akár energiafű vagy -erdő, akár a közvetlen fogyasztásra nem kerülő mezőgazdasági termékek (pl. vetőmag vagy borszőlő) előállítása esetén. Az állandó zöldfelület CO 2 -felvétele révén javulnak az élettér feltételei, így a biomassza növekvő előállítása révén többszörös környezetvédelmi és erőforrás-hasznosítási feladatot valósítunk meg. A tisztított szennyvíz öntözéses hasznosítása biomassza előállítására Szennyvíz-elhelyezés kiegészítő tápanyag-eltávolítás A szennyvíz, illetve a tisztított szennyvíz mezőgazdasági jellegű felhasználása nagyszerű lehetőségeket teremt az egyébként a környezetet károsan terhelő tápanyagok hasznosítására. A hulladékkezelés egészséges tech- 10

11 E-NERGIA.HU VELÜNK ÉLÓ TÖRTÉNELEM GEOTERMIA nológiáinak bevezetését és alkalmazását nemcsak a környezet fokozott védelme, hanem a környezetkímélő termelés igénye is sürgeti. Az európai uniós tagállamok egyelőre inkább a gyorsabb önkéntes, mint a lassabb rendelkezéses utat választják a környezetbarát technológiák meghonosítására. Hazánk adottságai révén a hulladékgazdálkodás lokális alapjai teremthetők meg leghatékonyabban. A szennyvíz kezelése nyomán keletkező végtermékek, így a szennyvíziszap és a tisztított szennyvíz elhelyezését egyaránt meg lehet oldani mezőgazdasági termelőtevékenységeken keresztül. A támogatási rendszer kialakulásával a termelők részére és a szennyvíz hasznosítása tekintetében is vonzó alternatíva lehet az energianövények vagy egyéb speciális növények termesztése. Szerves trágya, komposzt és szennyvíz termőtalajokba juttatása nemcsak akkor célszerű, ha az gazdaságos, hanem előnyös akkor is, ha a káros anyagok nem veszélyeztetik az élővizeket. A hasznosítás érdekében a nehézfémek, valamint a nehezen lebomló szerves anyagok (poliklórozott bifenilek, dibenzo-dioxin stb.) csak a megengedett határérték alatti menynyiségben lehetnek jelen. Értelemszerűen elemezni kell a szennyvíziszappal trágyázni kívánt talajt is. Használata csak akkor engedélyezett, ha nincsenek káros hatásokra utaló anyagok. A jelenlegi előírások szerint legföljebb 15 t/ha (34% szárazanyag) adaggal történhet a tápanyag-utánpótlás; gabonafélék alá feleennyi mennyiség adagolható. A talajkímélő és egyenletes kijuttatás alapkövetelmény. Szennyvíziszappal nem trágyázható a legelő, a zöldségfélék és lágyszárú gyümölcstermelő növények területe (a gyümölcsfa-ültetvények kivételével); a takarmánynövényeké csak akkor, ha a kijuttatás után legalább 3 hétig nem kaszálják az állományt. Ellenben az energianövények (biomassza-produkció) szennyvízzel történő öntözésének vagy szennyvíziszappal való trágyázásának nincsenek jelentős korlátai. A biomassza különböző formáit (fa, fahulladék, kóró, szárított trágya) az ember ősidők óta használja tüzelésre, fűtésre. A fatüzelés lassú reneszánsza mellett napjainkban más biomassza-eredetű nyersanyagokat is felhasználnak energianyerésre. A keményítő és a fahulladék aerob erjesztésével ún. bioetanolhoz, biometanolhoz, növényi olajok kémiai átalakításával (észteresítés) biodízelhez lehet jutni. Ezek tisztán vagy benzinhez, illetve dízelolajhoz keverve belsőégésű motorok meghajtására alkalmasak. Szennyvíziszapból, hígtrágyából anaerob erjesztéssel biogáz állítható elő, hő- és áramtermelés céljára. A mezőgazdaságnak nemcsak arra kell törekednie, hogy energiaszükségletének minél nagyobb hányadát fedezze saját forrásból, hanem arra is, hogy az ipar számára minél több, a kőolajalapú nyersanyagok helyébe állítható terméket állítson elő, és hogy a működésekor keletkező másodlagos biomasszát és az elsődleges biomassza melléktermékeit minél nagyobb mennyiségben juttassa vissza a biológiai körforgásba (reciklizálás). Az ideális energianövény jellemzőit, illetve a teljesség igénye nélkül a választható és hazánkban sikerrel termeszthető változatokat a következőkben foglaltuk össze: nagy szárazanyag-tartalom, betakarításkor tüzelésre alkalmasság, évelő, sarjadzó típus, a napenergia hatékony átalakítása biomasszává (C4 fotoszintézis), jó betegség-ellenállóság, jó víz- és nitrogénhasznosítás, az elméletileg elérhető szárazanyag-produkció (C3-as növény esetén 33 t/ha/év, míg a C4-eseknél 55 t/ha/év). Utóbbi értékeket a jelenleg termesztett gazdasági növények vagy az erdei fafajok csak megközelítik, ezért szükség van olyan új növényekre, amelyek a követelményeket jobban kielégítik mérsékelt égövi körülmények között is, vagy amelyek különleges minőségű terméket állítanak elő. A települési szennyvizek altalaj-öntözéses hasznosítása A bármilyen módon gyűjtött szennyvíz megfelelő mértékű tisztításáról mesterséges vagy természetes módon gondoskodni kell. A természetes tisztítás lényege, hogy a tisztulás a természetben meglévő erőforrások felhasználásával megy végbe. A szárazföldi és a vízi ökoszisztémák bár némiképp eltérő módon és mértékben egyaránt képesek ennek a folyamatnak a megvalósítására. Bár az ilyen jellegű mechanizmus leghatékonyabban a szárazföldi és a vízi ökoszisztémákban érvényesül, a növény-talaj rendszerekben a lebontás túlnyomórészt a talajban, mint élő szűrőrendszerben megy végbe fizikai, kémiai és biológiai folyamatok együttes hatásaként. Nagy előnye e rendszereknek, hogy döntően a nap sugárzó energiájának felhasználásával működnek, kímélve a Föld amúgy is fogyóban lévő energiakészleteit, továbbá a folyamat eredményeként költségcsökkentő, gazdasági hasznot jelentő új termék jelentkezik. A szennyvíziszap ártalommentes elhelyezése, illetve hasznosítása is főleg a növény-talaj rendszerekben valósítható meg biztonságosan. A harmonikus környezeti egyensúly fenntartásának célkitűzései, valamint az EU Víz Keretirányelvében megfogalmazott előírásai is a fejlődés irányát a települési szennyvizek, szennyvíziszapok mezőgazdasági felhasználásának korszerűsítésében kívánják megvalósítani. A keletkező szennyvizek még hatékonyabb felhasználása öntözéssel történhet. Faültetvények öntözésekor a talaj természetes tisztító képességének kihasználásával a szennyvizek ártalommentes, biztonságos elhelyezését szolgálják az alábbi technológiai változatok: Nagyterhelésű faültetvényes felszíni szűrőmezős elhelyezés esetén a víz egyenletes szétosztása a fasorok között kialakított öntözőbarázdák segítségével történik. A kijuttatott szennyvíz egy része elpárolog, a másik része a talajban végbemenő tisztulási folyamat után mélyebb rétegekbe, esetenként a talajvízbe szivárog. A technológia olyan kistelepüléseken alkalmazható, ahol a talajvízszint mélyen van, és a szennyvíz elhelyezésére nagy terület áll rendelkezésre. Faültetvényes talajcsövezett megoldás során a kellően előtisztított szennyvizet ún. dréncsövekbe osztjuk szét, megfelelő hidraulikai feltételek között. Így a szennyvíz meleg időben is szagmentes marad, és a mélyebb gyökerezést is elősegíti. Az ipari szennyvizeket minden esetben egyedileg kell elbírálni, figyelemmel arra, hogy a bennük lévő toxikus anyagok kellő előtisztítás nélkül a mezőgazdasági felhasználást nem korlátozzák-e. A nyílt felszínű adagolás hátránya, hogy némelyiknek a folytonos üzemeltetése nem megoldható, valamint a kellemetlen szagok miatt tájolásuk, létesítésük helye szigorú előírásokhoz kötött. A környezetkímélő faültetvényes talajcsövezett megoldás szagmentes, míg többieknek a hibája a szagszennyezés mellett az, hogy az árokhálózaton szétosztott tápanyagban gazdag víz hatásaként a fák gyökere nem hatol elég mélyre, és egy nagyobb erejű szél súlyos károkat okozhat az ültetvényben. A szennyvíziszap hasznosítása A szennyvíz folyamatos kiadagolása mellett fontos szerepe van a szennyvíziszapnak a tápanyag-utánpótlás megvalósításában. A szennyvízben túlsúlyban (90%) található meg a nitrogén, de a többi makroelem is jelentős mértékben hozzájárul a növényi tápanyag-szolgáltatásban. A szennyvíziszapot a hagyományos szerves trágya szerepéhez hasonlíthatjuk. A talajok vízbefogadó képességének befogadása mellett a baktériumok szaporodásához is optimális feltételeket teremtünk. A szennyvíziszap összetétele az ipari tevékenység csökkenésével megváltozott, lényegesen javult. A galvanizáló üzemek szinte teljesen eltűntek, ezért a korábbi környezetterhelési veszélyek megszűntek. Környezetünk védelme érdekében a szennyvíziszap hasznosításával kapcsolatban számos előírás fogalmazódott meg. A tudomány fejlődésével, kü- 11

12 VELÜNK ÉLÓ TÖRTÉNELEM E-NERGIA.HU lönösen a méréstechnika finomításával egyre inkább megfogalmazódtak a korlátozások, amelyeknek alapját a teljes mértékben ellenőrizhető kémiai anyagok meghatározhatósága adta. Ezek ismerete és betartása mellett fontos, hogy minél több szerves anyag jusson vissza a talajba, ahol az intenzív baktériumtevékenység következtében az enyhén szennyező anyagok lebomlása is gyorsabbá válik. Ehhez további segítséget jelent a napsugárzás pozitív hatása. Közegészségügyi és elhelyezési korlátozások A szennyvíziszappal kapcsolatos korlátozások az emberi szervezet károsodásának elkerülését, továbbá az ivóvízkészletek védelmét stb. szolgálják. A korlátozások vonatkozásában kiemelendők a sugárzó anyagok, toxikus anyagok, a fekális szennyezettség (coliform szám, szalmonellamennyiség, életképes bélféregpeték száma, protozoaciszták stb.). A szennyvíziszappal kapcsolatos korlátozások három főbb csoportját kell szem előtt tartani: Közegészségügyi korlátozás nélküli elhelyezhetőség: mezőgazdasági területen elhelyezhető az a szennyvíziszap, amely nem tartalmaz, vagy ha igen, akkor csak a jogszabályban meghatározott mennyiségnél kevesebb sugárzó anyagot, toxikus anyagot és bakteriális szennyezettséget. Közegészségügyi korlátozással mezőgazdasági területen elhelyezhető az a szennyvíziszap, amely a következő szennyvizek tisztítása során keletkezik: települési szennyvizek, mérgező vagy sugárzó anyagot nem tartalmazó szennyvizek, háztartási (szociális) szennyvízzel együtt elvezetett, ahhoz hasonló tulajdonságú szennyvizek, olyan ipari szennyvizek (pl. tejüzemi, húsüzemi), amelyeknél kórokozó mikroorganizmusok jelenléte nem valószínű. Közegészségügyi korlátozással sem helyezhető el az a szennyvíziszap, amelyik olyan vegyi anyagot tartalmaz (pl. gyártástechnológiából adódóan), amely a talajra, növényekre, állati vagy emberi szervezetre káros hatású. Ezeket csak külön elbírálás alapján (egyedi határérték megállapításával) szabad a mezőgazdaságban felhasználni, vagy felhasználása egyáltalában nem lehetséges (Csathó, 1994). Tekintetbe kell továbbá venni az elhelyezésre szánt terület egyes létesítményektől való a törvényben szabályozott védőtávolságát, valamint a termesztett növényre vonatkozó korlátozásokat. Igen fontos figyelembe venni a vegetációs időszakban az egyes növényfajták termesztésének előírások szerinti korlátait (Vermes, 1998). A folyékony szennyvíziszap talajba injektálása további követelményekkel jár, például a talajba injektálásakor a feltételeket esetenként hidrogeológiai szakvélemény alapján felül kell vizsgálni (Bardóczy, Ligetvári, Bardóczyné, 2011). A korlátozások jogosságát igazolják a szennyvíziszapban megtalálható szerves és szervetlen anyagok, szemben az elfogadott, gondmentes műtrágyával. A szennyvíz-iszap minőségi jellemzői A szennyvíz-iszap mezőgazdasági hasznosítását az iszap minősége, a talaj fizikai és kémiai jellemzői, illetve a termesztett növény tulajdonságai együttesen határozzák meg. A mennyiségi és minőségi jellemzőket részletes vizsgálatokkal kell alátámasztani. Szennyvíziszap-hasznosítás esetén a legfontosabb tényezők: a kihelyezendő iszap mennyiségének a megállapítása (m3/d vagy m 3 / év). Az iszap minőségére vonatkozóan: a víz-, illetve szárazanyag-tartalom meghatározása (százalékos formában megadva), az összes szárazanyag-tartalom szerves és szervetlen része (%), a növényi makrotápanyag-tartalom: N, P, K, Ca (mg/kg szárazanyag), a mikroelem-tartalom: B, Mn, Fe, Cu, Zn, Cd, Pb, Ni, Hg, Cr (mg/kg szárazanyag), talajtani szempontból egyéb lényeges összetevők: Na, Mg, SO -2 4, Cl (mg/kg szárazanyag). A kis mennyiségben keletkező szerves trágya és a nagy energiafelhasználás révén előállított műtrágya helyettesítésére azt a célt tűztük ki magunk elé, hogy a magyar mezőgazdaság részére olyan segítséget nyújtsunk, ami a szennyvíziszap elhelyezéséhez jól kezelhető eljárást eredményez. Megítélésünk szerint azért van erre szükség, mert a mezőgazdaság várható megújulásával párhuzamosan egyre inkább sorra kerülhet kedvező körülmények között a szennyvíziszap ártalmatlanításának természetes körülmények közötti igénye, annak hasznosítása mellett (Juhász, 2002). A mezőgazdasági elhelyezés előfeltételei A témához kapcsolódóan csak rövid, vázlatos ismertetést adunk, a teljesség igénye nélkül, hangsúlyozva, hogy minden esetben betartandók az ide vonatkozó jogszabályok és irányelvek. A mindennapi gyakorlatban használt táblázat kg/100 kg értékben adja meg az igényeket, míg a számítási kifejezések (képletek) mg/kg egységet használnak, így a táblázatban közölt értéket a hektáronként megtermelni kívánt növény 100 kg-jának többszörösével kell beszorozni (1. táblázat). A számításhoz szükséges az iszap nitrogén tápanyagtartalmának (isznt) megadása táblázatosan már nem jeleníthető meg, hiszen ez függvénye az esetenként kibocsátott szennyvíz tulajdonságainak. A vonatkozó kifejezésben ezzel együtt felmerül a w hasznosulási tényező megadása, mivel a talaj és a termesztett növény függvényében ennek értéke változik. Erre vonatkozólag általánosságban a 2. táblázat használható. Az iszapadag számítása az előbbiekben már ismertetettek szerint: kg nn t év 1000 t = ha Ia év ha mg iszn t w kg I a (t/ha év) 1000/iszN t (mg/kg) w A szennyvíziszap mezőgazdasági elhelyezésénél kötelező ellenőrző vizsgálatok és gyakoriságuk Nem célunk joganyagok korlátlan mennyiségű ismertetése, mégis, a témát jelenleg legjobban szabályozó rendeletnek a legfontosabb részeit idéznünk kell, mivel számításaink alkalmazóinak figyelmét is fokozottan felhívjuk arra, hogy a rendelet alapos áttanulmányozása nélkül nem célszerű semmilyen számítást elkezdeni. 50/2001. (IV.3) Korm. rendelet a szennyvizek és szennyvíz-iszapok mezőgazdasági felhasználásának és kezelésének szabályairól A Kormány a hulladékgazdálkodásról szóló évi XLIII. törvény 59. -a (1) bekezdésének p) pontjában kapott felhatalmazás alapján a következőket rendeli el. 1. A szabályozás célja, hogy egyes szennyvizek és szennyvíziszapok mezőgazdasági területen való szakszerű felhasználásával elkerülhetővé váljanak a talajra, a felszíni és felszín alatti vizekre, valamint az emberek egészségére, a növényekre és az állatokra gyakorolt káros hatások. Az alábbiakban összefoglaljuk a rendelet mellékleteit, és feltesszük az ide kapcsolható kérdést (3. táblázat). A rendelet igen alaposan kitér a kötelező vizsgálatokra, de érthető módon a növény, mint olyan kisebb szerepet kap, hiszen fajtától is függ, milyen a szerepe az anyagmérlegben, mivel nincs átlagnövény. Számításainkban 12

13 E-NERGIA.HU VELÜNK ÉLÓ TÖRTÉNELEM GEOTERMIA Növény N P2O5 K2O Összesen Őszi búza 2,7 1,1 1,8 5,6 Rozs 2,6 1,2 2,6 6,4 Őszi árpa 2,7 1,0 2,6 6,3 Tavaszi árpa 2,3 0,9 2,1 5,3 Cukorrépa 0,35 0,15 0,55 1,05 Burgonya 0,5 0,2 9 1,6 Borsó 5,0 1,7 3,5 10,2 Szója 6,2 3,7 5,1 15,0 Lucernaszéna 2,7 0,7 1,6 4,9 Vöröshere-széna 2,3 0,5 2,0 4,8 Napraforgó 4,1 3,0 7,0 14,1 Repce 5,5 3,5 4,3 13,3 Olajlen 4,0 1,3 5,0 10,3 Rostlen 1,2 0,6 1,2 3,0 Kender 0,5 0,4 0,8 1,7 Silókukorica 0,35 0,15 0,40 0,9 Egynyári szálas zöldtakarmány 0,25 0,12 0,35 0,72 Füveshere-széna 1,8 0,5 2,0 4,3 Rizs 2,2 1,0 2,0 5,2 Dohány 4,5 1,5 8,0 14,0 Egyéb pillangós széna 2,0 0,5 1,5 4,0 Rét 1,7 0,6 1,8 4,1 Legelő 2,0 0,7 22 4,9 1. táblázat. Egyes növények tápanyagigénye (kg/100 kg értékben) Fizikai tulajdonságok Növényi tápanyag: N Növényi tápanyag: P2O5 Növényi tápanyag: K2O Homok, homokos vályog 0,5 0,7 0,7 Vályog egységesen 0,6 0,8 0,8 Anyag, nehéz anyag 0,7 0,8 0,9 1. számú melléklet 2. számú melléklet 3. számú melléklet 4. számú melléklet 5. számú melléklet 6. számú melléklet 2. táblázat. A w hasznosulási tényező értékei Szennyvíz, szennyvíziszap mezőgazdasági felhasználásának megkezdéséhez szükséges talaj és talajvizsgálatok Szennyvíz, szennyvíziszap vizsgálandó komponensei mezőgazdasági felhasználás előtt Mérgező elemek és káros anyagok megengedhető koncentrációja talajokban Szennyvízben megengedhető mérgező elemek és káros anyagok határértékei mezőgazdasági felhasználás esetén Szennyvíziszapban megengedett mérgező elemek és káros anyagok határértékei mezőgazdasági felhasználás esetén Mezőgazdasági területre szennyvízzel és szennyvíziszappal évente kijuttatandó mérgező elemek és káros anyagok mennyisége a kijuttatott éves iszap alapján A kijelölt terület alkalmase a talaj szempontjából? Mielőtt kihelyezik, milyen állapotú az anyag? Milyen a mértékadó koncentráció, alapállapotban mennyi terhelést bír el a talaj? Mit tartalmazhat a szennyvíz, s mennyi a határérték? Mit tartalmazhat a szennyvíziszap, miként illeszkedik a határértékhez? Mennyivel nő évente a károsanyag-tartalom? 3. táblázat. Az 50/2001. (IV.3.) Korm. rendelet mellékletei és a vizsgált kérdések kapcsolata Megnevezés Állapotfelvétel Üzemelés első éve Szennyvíziszap Talajvíz Talaj Növény és termés Havonta egy alkalommal egy éven át Évente, minimum negyedévenként Fizikai, kémiai és vízháztartási vizsgálatok a kötelező talajtani és erdőtelepítési előírások szerint Egy alkalommal havonta a tárolt anyagból Évszakonként egy alkalommal Ellenőrző vizsgálatok ősszel makro- és mikroelemekre, só- és vízháztartási vizsgálatok Beltartalmi vizsgálatok az élelmiszer, illetve a takarmányvizsgálat kötelező rendje szerint Üzemelés ellenőrzése A kihelyezést megelőzően a tárolt anyagból Mint az első évben 3-5 évenként, mint az első évben Mint az előző évben 4. táblázat. Fizikai és kémiai ellenőrző vizsgálatok szennyvíziszap-elhelyezésnél közelítettük a növény szerepét is, erre utalnak monitoring javaslataink is (4. táblázat). A bemutatott előírások jól igazolják, hogy a környezetvédelem kellő óvatosságra inti a szennyvizet és szennyvíziszapot hasznosítani kívánókat. Ugyanakkor a környezetvédelem feladata a talajok szervesanyag-tartalmának növelése, hogy a növénytermesztés az ősi környezeti körülményekhez igazodóan történjék (Bardóczy, Ligetvári, Bardóczyné). Összefoglalás A szennyvíz magas tápanyagtartalma és csővezetéken történő szállíthatósága ismeretében törekedni kell annak minél nagyobb mértékű hasznosítására. A települések lakosságának növekedése szükségessé tette a szennyvízcsatorna-hálózat bővítését. A felelősen gondolkodó városokban az összegyűjtött anyagot többszöri szűrés után lehetett hasznosítani. A világon mindenütt arra törekszenek, hogy minimális tisztítás után biomassza-előállításra kerüljön sor. Hazai körülmények között a biztonságos megújuló energia-előállításban nélkülözhetetlen úgy a szennyvíz, mint a szennyvíziszap hasznosítása. Elsődlegesen javasolható a vízben szegény területeken, kiemelten a hátrányos helyzetű, nélkülözést is megélő Duna-Tisza-közén, fás (erdő, szőlő) ültetvény telepítése városi szennyvizek hasznosításával. Javaslataink között szerepel olyan új felszín alatti öntözéses szennyvíz-elhelyezési eljárás kialakítása, melynek lényege, hogy a tápanyagban gazdag vizet az igényeknek megfelelően juttatjuk el a növények gyökeréhez. Ezzel kiküszöbölhetőek a kellemetlen szagokból származó telepítési problémák, valamint a dréncsövek megfelelő mélységbe helyezésével szabályozható a fák gyökérzetének az elhelyezkedése, kiküszöbölve a sekély gyökerezésből adódó kidőléseket. A szennyvíziszapnak az ültetvény telepítését megelőzően, majd azt követően a megfelelő határértékek betartásával fontos szerep jut a tápanyagutánpótlásban. Tekintettel a mezőgazdaság időszakos hasznosítási lehetőségére, a megtisztított szennyvizet ún. szürkevízként kellene hasznosítani, míg a szennyvíziszapból nyerhető metán a városi közlekedési járművek üzemeltetésében tölthet be fontos szerepet. A víznek és a benne lévő tápanyagnak a hasznosításával anyagi előnyökre tehetünk szert, és környezetünk kíméletes terhelését érhetjük el. Jelenleg a szennyvíztelepeken a gázmotoros villamos és hőenergia-előállítás az uralkodó. Ezek életciklusa kisebb telepeknél évi átlag 5-5,5 ezer órával számolva, beleértve egyszeri nagyjavítást is átlagosan legfeljebb évre becsült. Amennyiben a telep nem részesül másodszor is állami 13

14 VELÜNK ÉLÓ TÖRTÉNELEM E-NERGIA.HU 1. ábra. Egy megvalósult hibrid üzemű megújuló energiára épült szennyvíztisztító telep 2. ábra. Egy jövőbeni szennyvíztisztító telep energiakoncepciója (Dohmann, M., Schröder, M. 2011) támogatásban, vajon kisebb telepek esetében, ahol az idegen szerves anyag bevételt növelő beszállítása (lásd co-rothasztást) csupán korlátozott lehetőséggel vagy egyáltalán nem áll rendelkezésre, képes lesz-e a gázmotorok újbóli beszerzéséhez szükséges anyagiakat előteremteni? A technika fejlődése létrehozta a még igen költségesnek tekinthető tüzelőanyagcellás energiatermelő berendezést. Előnye, hogy nincs benne forgó alkatrész, ezért korlátlan az élettartama, továbbá mindaddig működik, amíg az alkalmas (bio)gázt, hidrogént stb. keresztüláramoltatják rajta. Mivel az üzemanyagcella nem égésen, hanem elektrokémiai reakción alapul, emissziója mindig kisebb lesz, mint a legtisztább égési folyamatoké. A tapasztalatok szerint a gázmotorokkal öszszehasonlítva mintegy 15%-kal nagyobb elektromos hatásfokot (50-60%) képes előállítani. Egyszerűbb a kezelése-karbantartása, környezeti szempontból pedig minimális a CO 2 -kibocsátása. Hátránya ugyanekkor, hogy mellékhatásként nem termelődik hasznosítható hő, melyet a telepen belül például a rothasztók fűtéséhez fel tudnának használni, így arról egyéb módon, (pl. hőszivattyú alkalmazásával) kell gondoskodni. Amennyiben a kutatások eredményeként az üzemanyagcella létesítési költsége belátható időn belül számottevően csökken, alkalmazása forradalmi jelleggel meg tudja változtatni a kisebb telepek iszapkezelési (értsd rothasztási) megoldásait, beleértve a folyadéktisztítás mai általánosabb technológiai eljárásait is. A szennyvíziszapból előállított biogáz hasznosításának igen komoly teret biztosít a gépjármű-üzemanyagként történő igénybevétele. Egyes nyugati városok előszeretettel alkalmazzák a városi tömegközlekedésnél (pl. autóbuszüzemnél), de a szennyvíztelepek tulajdonosai is hasznosítják saját gépkocsiparkjuk olcsóbbá tételére. A biogáz átlagos 65-70%-os CH4-tartalmát ez esetben is mintegy 90%-os értékre kell növelni. Hasonló megoldással beváltan Zalaegerszegen lehet találkozni (Delacasse L. 2011). A nagy energiafogyasztó államok, mint például Németország, mindent megtesznek a megújuló energiatermelési lehetőségnek kihasználására. Nagyobb városaik szennyvíztisztítóinál, ahol nemcsak a szennyvíz mennyisége, hanem az iparból származó szennyezett anyag aránya jelentős, előtérbe kerül energetikai önállóságuk érdekében a telepen belüli szélerőmű telepítése (Domann, Schröder 2011). Magyarországon ezzel a megoldással természeti adottságaink miatt egyelőre sajnos nem számolhatunk. A gépkocsigyártás fejlesztése során megjelentek a hibrid meghajtással működő járművek, melyeket gazdaságos üzemükkel reklámoznak. A szennyvíztisztítás területén a jövőkép szintén foglalkozik az üzemeltetés szempontjából hibrid elven működő telepek energetikai kialakításának lehetőségével. Az 1. ábrán egy ilyen megvalósult telep technológiai megoldása tanulmányozható (Grün et al. 2013). Jól látható, hogy az A jelű (Botrop) tisztítómű rothasztójából kitermelt biogázzal gázmotort hajtanak meg, mely áramot szolgáltat a hígfázis tisztításához. Megújuló (szél-) energiából termelt árammal vízbontással egyrészt H 2 -t állítanak elő az üzemanyagcella áramtermeléséhez, másrészt O 2 -t a tisztítási folyamathoz. Mindezzel csökkentik jó esetben kiváltják a hálózati energiát. Az összegyűjtött iszapot szolár szárító közbeiktatásával hőhasznosítás céljából elégetik. Hasonló jövőbe mutató elvi megoldás tanulmányozható a 2. ábrán. A biogáz előállítására a szennyvíziszaphoz biohulladékot és biomasszát is adagolnak. Az elektrolízishez (lásd mint előbb) megújuló energiát használnak fel, melyet részben a szennyvíztisztító telepen, részben közvetlenül a fogyasztók részére hasznosítanak. Gyakori téma a szennyvíziszap tüzelőanyaggá való átalakításának kérdése. Valójában megfelelő égethető anyagmennyiség hozzáadásával hőnyerés céljára, erőművekben áramfejlesztésre stb., pelletté, briketté való préselés után felhasználható. Fűtőértéke átlagosan 8-12 MJ/kg szárazanyag, mely a gyengébb minőségű barnaszénének felel meg. Azonban figyelembe kell venni a környezeti előírásokat. Először is igazolni szükséges, hogy nem tartalmaz sem az iszap, sem a salak mérgező anyagot, azaz nem minősíthető veszélyes hulladéknak. (Ezt termékké történő minősítéssel lehet feloldani.) Kisebb települések esetén például a helyi tanintézmények kazánjaiban való egyszerű és gazdaságos elégetés esetén is speciális kéményt kell kialakítani. A maradék salak szállítása, elhelyezése szintén ellenőrzött tevékenység, mivel előállhat a veszélyes anyaggá alakulás. A hasznosítás érdekében mezőgazdasági hulladékkal együtt préselt termékek a 3. ábrán láthatók. A szennyvíztelepek saját hatáskörükben nonprofit jelleggel csak ilyen megoldásokkal tudják az iszapot elhelyezni, csökkentve a lakosság által fizetendő szolgáltatási díjat, amelyet az igen költséges szállítási és fogadási díjak lényegesen növelhetnek. A szennyvíziszap hasznosítása terén hazai körülmények között változatlanul a mezőgazdaság által nyújtott lehetőségek dominálnak. Ám a termőföld védelme e területen is egyre több gátat szab. A hazai szabályozás a kockázati tényezők gazdag országok által bevezetett példáit kívánja másolni, és például a nehézfémekre vonatkozó normákat (kibocsátási határértékeket) az EU-normákat meghaladóan tovább kívánja szigorítani, holott egyelőre lerabolt iparunk sajnos nem is okoz kibocsátási határértéken felüli szennyezettséget. A szakigazgatás által pótcselekvésnek 14

15 E-NERGIA.HU VELÜNK ÉLÓ TÖRTÉNELEM GEOTERMIA Települési szennyvíz Tengelyen szállított (szippantott) iszap Szerves hulladék Regionális szennyvíz iszap beszállítás TELEPÜLÉSI SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TELEP Folyadékfázis tisztítás Iszapkezelés tisztított szennyvíz sűrített nyers iszap I. Rothasztás biogáz-energia előállítás víztelenített iszap rothasztott iszap Komposzt előállítás 3. ábra. A szennyvíziszap hőtermelésre alkalmas, préselés útján előállított termékei (Foto:Ligetvári F. 2012) tekinthető tervezete kevésbé látszik hatékonynak. Ha már a sokkalta fejlettebb országok előírásiból kívánnak szigorítási példát meríteni, akkor eredményesebb lehet a hektáronkénti, évente (kg/ha/a) kijuttatható mérgezőanyagok fajlagos értékeit csökkenteni. Németországban az iszap termőföldi kihelyezését egyre inkább meg kívánják szüntetni, helyette a számunkra egyelőre túlzottan költséges égetést helyezik előtérbe (Lehrmann, F. 2012), az égetési maradékban, azaz a salakban lévő különböző haszonanyagok kivonását kutatják. Eredmények mutatkoznak a világ foszforkincsei jelentős mértékű apadásának kiváltását szolgáló P tartalmú anyagok (kalciumfoszfát, magnéziumfoszfát stb.) kivonási lehetőségére. Az eddigi eredmények azt jelzik, hogy a foszfortartalmú anyagok a salak 2-5 súlyszázalékában vannak jelen. (Mellékesen megjegyezhető, hogy az állati tetemek elégetéséből származó lisztben ez az arány 5-8%, és hasonló mennyiség található a növényi anyagok elégetéséből származó hamuban is.) A szennyvíziszap többlépcsős hasznosításának általános modelljét a 4. ábra jól szemlélteti. Hangsúlyozni szükséges, hogy az iszapoknak mezőgazdasági területen történő elhelyezése valójában indirekt módon szintén energiahasznosítást testesít meg. Egyrészt a talajszerkezet javító hatása nem megkérdőjelezett, másrészt a mesterséges anyagok (műtrágya) előállításához szükséges jelentős energiahányadot vált ki. A szennyvíziszappal való gazdálkodás szűk keresztmetszete nem a technológiai eljárásokban, hanem a gazdaságos elhelyezési lehetőségek megtalálásában keresendő. Az elhelyezési kényszer által kialakuló, a környezet sérelmére elkövetett állampolgári engedetlenség helyett használható környezetvédelmi engedetlenség mindaddig fennáll, ameddig nem talál szervezett formában gazdát az évente keletkező, többszázezer tonnát kitevő hasznosítható iszap. A Vízgazdálkodási Társulatok összekapcsolva a közfoglalkoztatási politika lehetőségeivel jelenlegi szervezeti formáját és szükséges kondícióit megalapozva, illetve továbbfejlesztve alkalmassá tehetők ennek a vajúdó kérdésnek a feloldására. Felhasznált szakirodalom: [1] Bardóczy Lajos, Ligetvári Ferenc, Bardóczyné Székely Emőke: Víztelenített szennyvíziszapok mezőgazdasági elhelyezésének és hasznosításának számítási alapján. Hidrológiai Közlöny 2011/ [2] Csathó Péter, 1994: A környezet nehézfém szennyezettsége és az agrártermelés (MTA Talajtani és Agrokémiai Kutató Intézete) [3] Delacasse, L. (2011): Zalaegerszegi szennyvíztisztító telep iszapkezelése (BME Szakmérnöki szakdolgozat). ipari növények: repce, kukorica, cukor cirok, napraforgó stb bioetanol, biodizel Mezőgazdasági hasznosítás:biomassza előállítás vízpótlás: öntözés tápanyag pótlás: iszap kihelyezés egyéb mezőgazdasági hasznosítás épített környezet zöld felületének ápolása * iszapkihelyezés csak a telepítés évében energia energia növények * energia fű, kender, nád energiaültetvény Folyékony üzemanyag II. Szilárd tüzelőanyag hőenergia villamos energia 4. ábra. Települési szennyvíz és szennyvíziszap energiahasznosítása (Juhász, E alapján, Ligetvári 2013) [4] Dohmann, M., Schröder, M.(2011): Energiein der Abwasserentsorgung, Korrespondenz, Abwasser-Abfall, 6/11, pp ) [5] Grün, E.,Schmelz, K-G., Schild, L.(2013): Klimarelevente Emissionen des Emschersystem, Korrespondenz Abwasser-Abfall 3 sz. pp [6] Juhász, E., Kárpáti, Á. (2004): Szennyvíziszap hasznosítás és áttételes hatásai MaSzeSz HÍRCSATORNA, november-december, pp [7] Juhász, E., Kárpáti, Á. (2008): Szennyvíziszap hasznosítás, MaSzeSz HÍRCSA- TORNA, július-augusztus, pp [8] Juhász Endre, 2002: A települési szennyvíziszap kezelésének és elhelyezésének hazai feltételei és lehetőségei, Hírcsatorna, márc.-ápr. [9] Lehrmann, F. (2012): Verwertung von Aschenaus der Klärschlamm Monoverbrennung, (Potenziale für das Phosphorrecykling), Korrespondenz, Abwasser, Abfall, 10/12, pp [10] Kádár I., Draskovits E., Morvai B Gyümölcslé gyártási hulladék komposzt (RAUCH) hatásának vizsgálata karbonátos homoktalajon. Növénytermelés. 58(2): [11] Kádár I., Morvai B Városi szennyvíziszap-terhelés hatásának vizsgálata tenyészedény-kísérletben. V. Agrokémia és Talajtan. 58(2): [12] Kádár I., Ragályi P Vágóhídi hulladékok hatása a növények termésére karbonátos homoktalajon. Növénytermelés. 61 (4): [13] Kádár I, Draskovits E A Budapesti Központi Szennyvíztisztító Telep (BKSzT) szennyvíz és szennyvíziszap elemforgalmáról. Növénytermelés. 62 (3): [14] Ligetvári Ferenc, 2008: Fokozott széndioxid felvételt szolgáló biomassza előállítása felszín alatti szennyvizes öntözéssel. MAG, Kutatás Fejlesztés Környezet, szeptember-október, pp [15] Vermes László, 1998: A szennyvíziszap elhelyezése, hasznosítása, Hírcsatorna, november [16] Vermes László, 2005: Hulladékgazdálkodás, hulladékhasznosítás. Mezőgazda Kiadó, 2005, 220 p. [17] http// [18] Juhász E. : Települési Szennyvíziszapok Kezelése Tan- és kézikönyv

16 ??? E-NERGIA.HU Szlivka F. Dániel, Zachár András Lektorálta: Prekuta János Zöldtető és lapostető termikus mérése és számítása Ma, a XXI. század elején rendkívül nagy szerepe van a modern épületek tervezése és kivitelezése során az energiahatékonyság kérdésének, a minél hatékonyabb, kisebb energiaveszteségekkel járó épületszerkezetek megvalósításának. Napjainkban tehát egyre inkább előtérbe kerül az energiatudatos építés; ennek egyik eleme lehet a zöldtető létesítése a teljes épületen, vagy akár annak egy részén. A zöldtető hőfizikai problémái gazdasági, ökológiai okokból nagyon fontosak az épületfizika területén. Ami a zöldtetők vízháztartásbeli tulajdonságait, viselkedését illeti, a kutatások ezen a területen a legelőrehaladottabbak. Jelen cikkünkben egy konkrét zöldtetős épületen végzett hőtechnikai méréssorozatról és számítógépes szimulációjáról számolunk be. Az épület egy részét zöldtető fedi, másik részén hagyományos, beton járólapokkal ellátott terasztető van. Mérésekkel vizsgáltuk egy a 70-es években épült óvoda tetejének hőmérsékletalakulását a tetőszerkezet egyes rétegeinek határán. Az óvoda tetejéről készült fényképet az 1. ábra mutatja. A kép bal oldalán látható a zöldtető, a jobb oldalán, a korlát mögött pedig a járólappal ellátott terasztető. A képen még látható az adatgyűjtő egység (cseréppel lefedve), amelyről a későbbiekben bővebben ejtünk szót. Mind a zöldtető egyes rétegei, mind a terasztető egyes rétegeinek határán végeztünk méréseket, közel egy éven keresztül, így mind a nyári, mind a téli időszakra jellemző eredményeket rögzítettük. A két tető rétegrendjét a 2. ábra szemlélteti. Az ábrán csak a főbb rétegeket és azok vastagságát (cm-ben) tüntettük fel. A két tetőfél két felső rétege különbözik csak egymástól. 1. ábra. A zöldtető és a terasztető a mérőberendezéssel A rétegek belülről kifelé haladva a következők: körüreges vasbeton födémpanel, lejtbeton, párazáró réteg, 10 cm vastag XPS hőszigetelés, 2 réteg bitumenlemez csapadékvíz elleni szigetelés céljából. A terasztető-részen 4 cm-nyi zuzalékágy, és rajta 5 cm járólap, a zöldtetőn geotextíliával kasírozott műanyag szivárgóréteg és 10 cm vastag ültetőközeg. A 2. ábrán feltüntettük a zöldtető rétegeiben a hőmérsékletlefutást egy téli és egy nyári állapotra. A hőmérsékleteloszlás egy stacioner hőleadást vagy hőfelvételt mutat. A valóságos mérési eredményeink messze nem mutattak stacioner hőfokmegoszlást, de mielőtt ennek bemutatására rátérnénk, részletesebben bemutatjuk a mérőberendezést. Mérőberendezés Az elektronikai egységet megfelelő időjárás elleni védelemmel láttam el, ami az 1. ábra felső részén látható. Ez egy csapadék és szél elleni védelemmel ellátott tetőcseréppel védett tér. Oldalról nyitott, hogy a megfelelő hűtés biztosítva legyen. Ez az egység tartalmazza a külső levegő hőmérsékletének mérésére kialakított szondát is. Két ilyen műszert telepítettük a mérés helyszínét adó óvodára; az egyiket a bitumenes csupasztetőre, a másikat pedig a zöldtetőre. Egy műszerhez nyolc darab hőmérsékletmérő egység tartozik, amelyek a tető különböző rétegeiben vannak elhelyezve a teljes körű hőmérsékleti térkép érdekében. A mérőműszer percenként végzi a méréseket, és egy értéket 20 mérés átlagaként számít csúszóablakos átlagolással. A mérőműszer pontossága +/- 0,3 C. Nem csak a tető különböző rétegei között, hanem az épület déli és nyugati oldalfalain, valamint a belső térben is kialakítottunk egy-egy mérési pontot, hogy a teljes épületre vonatkozó hőveszteség számítható legyen, így a zöldtetőre vonatkozó adatok tovább pontosíthatók. Az egyedi gyártású elektronikai mérő és adatgyűjtő egység az alábbi elemekből tevődik össze: 2. ábra. A zöldtető és a terasztető a mérőberendezéssel Beton tet Z ldtet N v nyzet Beton j r lap Zuzal k gy ワ ltet talaj Dren zs H szigetel s Lejtbeton MF 265 k r reges f d mpadl 16

17 E-NERGIA.HU GEOTERMIA??? 3. ábra. A védelmet ellátó egység az elektromos vezérlő egységgel, az elektromos teleppel és a mérőkábelekkel 4. ábra. A PIC18F4550 típusú micro controller vezérlő egység a csatlakozó mérővezetékekkel, az adattároló SD kártyával és CR2032 egyenáramú áramforrás az órához PIC18F4550 típusú microcontroller vezérlőegység, LM 35 termisztor, ellenállásalapú hőmérsékletmérő egység, Micro SD memóriakártya adattároló, RS5C348 realtime clock, trigger jeladó óra, CR2032 egyenáramú áramforrás az órához, illetve 4 db AA egyenáramú áramforrás a méréshez, kétrétegű lyukgalvanizált nyomtatott áramkör. A hőmérsékletérzékelő szonda leírása és várható pontossága A mérőrendszerbe LM35 IC alapú hőmérsékletérzékelőt építettünk be, minden egyes mérési pontba. A Texas Instrument által gyártott műszer főbb jellemzői a következők. Az LM35 sorozatú precíziós IC hőmérsékletérzékelők kimeneti feszültsége lineárisan arányos a Celsius fokban mért hőmérséklettel. Az LM35 nem igényel külső kalibrálást, a tipikus pontossága ±0,25 C szobahőmérsékleten és ±0,75 C a teljes -55 C és +150 C közötti hőmérséklettartományban. Alacsony kimeneti impedancia, lineáris karakterisztika, viszonylag egyszerű vezérlő áramkör jellemzi. Több eszközhöz használható egyetlen tápegység, mivel az LM35 csak 60 μa áramerősséget igényel. Emiatt igen alacsony az önmelegedése, kevesebb, mint 0,1 C szélcsendben. Az LM35 érzékelő kevéssé érzékeny a kábel hosszára. Megfelelően árnyékolt kábel esetén akár 5. ábra. LM35 hőmérsékletérzékelő IC 100 m hosszú vezetékkel is csatlakoztatható a tápegységhez, és a pontosságából is alig veszít. A fenti mérőberendezéssel egy éven keresztül gyűjtöttük a hőmérsékletadatokat. A mérési adatokat számítógépes szimulációval is követtük, amelynek részleteit a következő fejezetben vázoljuk. A matematikai szimulációban elsőként egy napi változást vizsgáltunk mind a zöldtető, mind a terasztető esetében. A mostani cikkben csak a zöldtetőre elért szimulációs eredményeinkről számolunk be. Matematikai modell Az (1) egyenlet az energiamegmaradást írja le matematikai alakban, ami egy az energiatranszportot leíró parciális differenciálegyenlet. Az egyenletekben található hőtechnikai paramétereket (ρ, λ, c p ) állandónak tekintettük az összes a modellben szereplő anyagra (beton, polisztirol, zúzalékkő), a talajtól eltekintve. Szigorúan véve a talaj esetében a sűrűséget, a fajhőt és a hővezetési tényezőt is változónak kellene tekinteni. A párolgás (lecsapódás) miatt a talaj víztartalma változik, így a sűrűsége és a fajhője is. A párolgás (lecsapódás) a talajban mint belső hőforrás is szerepel. Jelen cikkünkben, egynapos vizsgálat során elhanyagoltuk a sűrűség és a fajhő időbeli változását, valamint a hőforrástól is eltekintettünk, így a talaj esetén a sűrűséget és a fajhőt állandónak, viszont a talaj hővezetési tényezőjét, a λ-t időfüggőnek tekintettük. A hővezetési tényező időfüggése annak modellezésére szolgál, hogy a talajban lévő növényzet nyáron egyfajta hűtési hatást fejt ki a talaj felső rétegében, ami végső soron matematikai modellezési szempontból jobb hőszigetelésként is felfogható. T i ( cp T) ρ = + qv t x λ x i A következő állandókból álló függvényt használtuk a hővezetési tényező értékének leírására, λ = c c c t < 7 7 t < 19, 19 t < 24 ahol a t időt óra egységekben értjük. A modell validálása során az éjszakai hővezetési tényező értékét c 1 = 0,03 W/mK-nek, a nappali értékét c 2 = 0,1 W/mK-nek kaptuk. A numerikus számítások végrehajtása előtt a födém egyes rétegeire külön-külön numerikus rácsot generáltunk. A generált rácsok a körüreges betonfödém kivételével mind kihúzott rácsok, ami látható is a 6. ábrán. Egy előre kiválasztott sík felületen készítettünk egy relatíve nem nagy felbontású rácsot, majd ezt a felületi rácsot függőleges (1) 17

18 ??? E-NERGIA.HU Nyári nap mérés és számítás Zöldtető 6. ábra. A födémre generált numerikus rács egy részlete 8. ábra. A mérés és a számítás összehasonlítása egy nyári napsütéses napon hőmérséklet [C] Talaj felszíne mérés Talaj felszíne 3,505 Talaj felső réteg mérés Talaj felső rétege 3,465 Szigetelés teteje mérés Szigetelés teteje : : : : :00 idő irányban kihúztuk. Erre azért volt szükség, mivel ezzel a szükséges rácsosztást, illetve a generált cellák számát egy nagyságrendel csökkenteni tudtuk. Kihasználtuk azt a tényt, hogy a deriváltak közül csak a függőleges irányú tekinthető nagyobb értékűnek. T T T 0, 0, > 0. x y z A mérési eredmények Elsőként, különösebb magyarázat nélkül, a 7. ábrán egy heti méréssorozatot mutatunk be. Az első nyolc mérési görbe a zöldtető különböző rétegeiben mért adatokat mutatja. Az utolsó öt mérési görbe a betontető egyes rétegeiben mért adatokat mutatja. A nyári összehasonlító diagram alapján több fontos megállapítást tehetünk a zöldtető és a járólappal ellátott tető összehasonlításakor. A zöldtető és a járólap teteje követi a külső hőmérséklet változásait. A zöldtető felső rétege (piros) nappal sokkal melegebb, mint a levegő, éjjel kb. 10 fokkal alacsonyobb hőmérsékletű, ami nappal a napsugárzásnak, éjjel a kisugárzásnak köszönhető. A járólap felső felülete éjjel és nappal is melegebb, mint a levegő. Nappal kevésbé melegszik fel, mint a zöldtető. Itt valójában a zöldtetőn az érzékelő a fekete talajra lett rátéve, így a talajnak a betonlapnál nagyobb feketeségi foka okozza a nagyobb felmelegedést és az éjszakai nagyobb lehűlést. A zöldtető talajának jobb hőszigetelését olvashatjuk le a zöldtető talajának alján és a járólapos tető zúzottkő-rétegének alján mért hőmérsékletek összehasonlításából is. A tető rétegszerkezete ez alatt 7. ábra. Áttekintő diagram az összes mérési ponttal (zöld tető+betontető) [C 0 ] Déli fal Nyári méréssorozat egyik eredménye Beltér átlag 70 Talaj közepe Nyugati fal 60 Talaj felső rétege Talaj felszín 50 Talaj alja 40 Szigetelés felett Járólap teteje 30 Zöldtető talaja Zuzalék alja 20 Levegő Járólap alja :00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 0:00 a réteg alatt mind a zöldtetőnél, mind a járólapos tetőnél egyforma rétegekből áll. A 7. ábra a hőmérsékletingadozás napi mértékét mutatja. Látható, hogy a zöldtető alsó és a tetőszerkezet felső rétegének határán a napi hőingadozás lényegesen kisebb, mint a hagyományos, járólapokkal burkolt tető esetén, ugyanezen a felületen. Amíg az utóbbi esetén a napi maximális hőmérsékletkülönbség meghaladja a 25 C értéket, addig zöldtető esetén nem több mint 15 C (a diagramon mindkét görbe fekete vonallal feltüntetve). A fenti különbség abból adódik, hogy egyrészt magának a zöldtető talajrétegének van egy hőtehetetlensége a tömegéből kifolyólag, amelyet a fajhőjével tudunk leírni. Ez a fajhő a víztartalom függvényében változik, mint ahogy azt a 3. pontban leírtuk. A talajban rendkívül nagy mennyiségű levegő is található, amely fokozza a réteg hőszigetelő tulajdonságát. Nem elhanyagolható tényező a zöldtető hőtechnikai tulajdonságainak vizsgálatakor a növényzet párolgás útján létrejövő hűtőhatása. A zöldtető talajának alja 3-5 C-kal hűvösebb marad éjszaka, mint amekkora a zúzott kő alján mérhető hőmérséklet. Ez annak köszönhető, hogy a zöldtető talaja jobban szigetel, mint a járólapos tető zúzottkőrétege és a járólapok. A nagy különbséget a nappali állapotban lehet lemérni, amikor is C-kal is magasabb hőmérséklet alakul ki a járólapok zúzott kő rétege alatt, mint a zöldtető talajának alsó felületén, így jól láthatóan nyáron a zöldtető jobban szigeteli a kintről érkező hőterhelést. A mérés és számítás összehasonlítása A mérési adatsorból egy nyári napot kiragadva készítettünk hőmérsékletszimulációt a zöldtetőre. A számítás során a zöldtető felszínén és a szobában mért hőmérsékletet adtuk meg peremfeltételként, a belső rétegekben pedig a szimulációból nyert adatsorokat hasonlítottuk össze a mérési adatsorokkal. A hőmérsékletszámítás természetesen időben változó izotermákat adott. Három jellegzetes mérési pontot választottunk ki a zöldtető talajának felszínén, a talaj felső rétegében és a drenázs alján, a tetőszerkezetben lévő szigetelés tetején, így gyakorlatilag a zöldtető hőkiegyenlítését, hőszigetelését mutatja a 8. ábra. A 3. fejezetben megadott hőtani paraméterekkel nyertük a számítási adatokat. Jól látható, hogy a számítás jól követi az időbeli hőmérsékletváltozást. A tető mélységében is jó a mérés és számítás egyezése. Az éjszakai és a nappali talaj-hővezetési tényező különböző. A talaj hővezetési tényezőjének validálása során tapasztaltuk, hogy a 18

19 E-NERGIA.HU GEOTERMIA??? zöldtető másként viselkedik nappal és másként éjszaka, vagyis más hővezetési tényezőt kellett megadnunk a nappali és az éjszakai talajra, a mérés és számítás megfelelő egyezése érdekében. Itt arra kell gondolni, hogy a növényzet a nappali erős napsugárzásban jobban párologtat, mint éjszaka. Ez annyit jelent a tetőszerkezet matematikai modellezésénél, hogy a zöldtető talajának hőtechnikai adatai mások lesznek éjszaka, mint nappal, tehát időben változni fognak a hőtechnikai jellemzői. De valószínű, hogy a matematikai modell további finomítása érdekében a zöld tető talajának hővezetése nem csak időben kell, hogy változzon, hanem a hely függvényében is. A talaj felső rétegében lévő növényzet főként a párologtatás folytán nagyon sok hőt von el, vagy másképpen fogalmazva, nem enged be a talaj alsóbb rétegeibe, tehát nagyon jó hőszigetelő! Az alsó talajréteg viszont már kevésbé párologtat, tehát ott már nem olyan jó a hőszigetelő képessége. Ezt a változtatást a szigetelés tetején mért és számított hőmérséklet eltérése indokolja. A számításban a talaj alsó rétegének hővezetése rosszabb, mint a valóságban. Összefoglaló A kialakított mérőrendszer és a szimulációs modell is jól használható a zöldtetőben lejátszódó hőtechnikai folyamatok vizsgálatára. A zöldtetőre és a betontetőre használt mérőrendszer jól követi a tetőszerkezet hőmérsékletváltozásait. A felállított matematikai modell visszaadja a mérési eredményeket. A zöldtető talaja nem kezelhető olyan egyszerűen, mint az építészeti számításokban előszeretettel alkalmazott egy réteg-egy hővezetési tényező modellben. A hővezetési tényező időben és térben is változó kell, hogy legyen egy talajrétegen belül is, továbbá cikkünkben még nem is ejtettünk szót a talaj nedvességének változásáról, ezt további vizsgálatainkban fogjuk részletezni. Irodalom [1] Alexandri, E. and P. Jones, (2007): Developing a one-dimensional heat and mass transfer algorithm for describing the effect of green roofs on the built environment: Comparison with experimental results. Building and Environment, pp [2] Barrio, E.P.D., (1998): Analysis of green roofs cooling potential in buildings. Energy and Buildings, pp [3] FLL (2002): Zöldtetők tervezési, kivitelezési és fenntartási irányelve Zöldtetők irányelve Magyar kiadás, ZMS kft. [4] Hidy I., Prekuta J., Varga G., (1995): Flóratetők tervezési és kivitelezési szempontjai, pronatur Kft, Budapest [5] Hien, W.N., T.P. Yok, and C. Yu., (2007): Study of thermal performance of extensive rooftopgreenery systems in the tropical climate. Building and Environment, pp [6] Köhler, M., (2004): Energetic Effects of Green roof system on the Urban Climate near to the ground, IGRA-Proceedings, 2004, pp [7] Köhler, M., (2009): Energetic aspects of green roofs, World Green Roof Congress, Conference transcript, Berlin, pp [8] Horváthné Pintér Judit (szerk.) (2005): Zöldtetők tervezési és kivitelezési irányelvei, 2005: Második változatlan utánnyomás, ÉMSZ [9] Gerzson L., Hidy I., Prekuta J. (2011): A zöldtető, a városi tetőtáj koronája, TERC Ker. és Szolg. Kft, ISBN: VÍZ-, GÁZ-, FÛTÉSTECHNIKA MEGÚJULÓ ENERGIA Teljes körû megújuló energia megoldások a pályázati á lehetôség felkutatásától, táától a szakmai tanácsadáson át, a komplex rendszer beszerzéséig! MAGYAR ENERGETIKA 2014/1 További információk a Merkapt Zrt. megújuló energia termékeirôl és megoldásairól: Kis István, kis.istvan@merkapt.hu 19

20 HÍREK E-NERGIA.HU Hírek A Magyar Energetikai Társaság közgyűlése A Magyar Energetikai Társaság február 11-én tartotta éves rendes közgyűlését. A közgyűlés napirendjén a évről szóló beszámolók és a évi tervek mellett tisztújítás is szerepelt. A közgyűlést Dr. Nagy Zoltánnak, az Ipari Energiafogyasztók Fóruma elnökének Energetikai helyzetkép a fogyasztók szemével című, értékes, informatív és gondolatébresztő előadása vezette be. A közgyűlést Dr. Garbai László, a Társaság elnöke vezette le. A közgyűlés tisztségviselőinek megválasztása után került sor a beszámolókhoz tett szóbeli kiegészítésekre. (A tagok a beszámolókat írásban előre megkapták.) A hozzászólások után a közgyűlés elfogadta a beszámolókat. A Magyar Energetikai Társaság Alapszabálya a választott tisztségviselők mandátumát három évben határozza meg, aminek értelmében teljes tisztújítás vált szükségessé a 2013-as év végével. A tisztújítást jelölő bizottság készítette elő a tagság javaslatainak bekérésével és közgyűlés elé terjesztésével. A választás szabályszerűen és eredményesen folyt le. A következő három évre megválasztott tisztségviselők: elnök: Dr. Garbai László, ügyvezető elnök: Gebhardt Gábor. A választmány választott tagjai: Civin Vilmos, Dr. Gács Iván, ifj. Jászay Tamás, Kádárné Dr. Horváth Ágnes, Dr. Korényi Zoltán, Dr. Kovács Norbert, Dr. Penninger Antal, Váncza József, Zarándy Pál. Etikai Bizottság: Harmath Ernő, Buzea Klaudia, Tüdős Tibor. Ellenőrző Bizottság: Dr. Gróf Gyula, Licspei Gábor, Dr. Ronkay Ferenc, Vigassy József. Az Alapszabály szerint a Társaság elnökségének tagjai az elnök és az ügyvezető elnök mellett a választmány négy tagja, akiket a választmány választ meg. A választmány február 19-én az elnökség tagjává választotta Civin Vilmost, Kádárné Dr. Hováth Ágnest, ifj. Jászay Tamást és Zarándy Pált. Tiszteletbeli elnök: Dr. Jászay Tamás. A MET Ifjúsági Tagozatának 2014-es Közgyűlése A Magyar Energetikai Társaság Ifjúsági Tagozatának éves Közgyűlése idén január 20-án 18 órától került megrendezésre a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem D épületében. A Közgyűlés levezető elnöke Buzea Klaudia volt. A Közgyűlés első napirendi pontja szerint az Ifjúsági Tagozat szavazott, és többséggel elfogadta a szervezeti séma tervezett változtatásait, amely szerint a korábbi 2 vezetőségi tag helyett mostantól 3 vezetőségi tag lesz, akik egyben reszortvezetők is (PR, Szakmai, Tanulmányi). A Tagozat korábbi elnöke Molnárné Dőry Zsófia volt, aki nem vállalta el újból az elnöki poszt betöltését (családi okok miatt), a Tagozat viszont az eddigi munkáját meghálálva és tiszteletét kifejezve egyhangúan megszavazta őt tiszteletbeli elnöknek. A következőkben az Kitüntetés A Magyar Köztársaság elnöke Dr. Járosi Márton gépészmérnök, hőerőművi szakmérnöknek, a MET alapító elnökének a magyar energiapolitika alakításában végzett kiemelkedő szakmai tevékenysége elismeréseként a Magyar Érdemrend Tisztikeresztjét adományozta, március 7-én. Ezúton gratulál a Magyar Energetikai Társaság vezetősége és szerkesztőségünk! eddigi vezetőségi tagok lemondtak a tisztségükről, valamint Dr. Garbai László köszönő beszédet tartott. Az új szervezeti séma szerint 6 vezetőségi tag megválasztása következett. A szavazás előtt a jelöltek rövid beszédet mondtak céljaikról. A szavazások eredménye alapján az Ifjúsági Tagozat új vezetősége: Dombi Szilárd IT elnök, Lipcsei Gábor IT ügyvezető elnök, Buzea Klaudia IT alelnök, Bárány Ilona IT vezetőségi tag, PR reszort, Andrássy Zoltán IT vezetőségi tag, Szakmai reszort, Olaszi Bálint IT vezetőségi tag, Tanulmányi reszort Molnárné Dőry Zsófia tiszteletbeli IT elnök. Az Ifjúsági Tagozat 2014-es Közgyűlése Buzea Klaudia, majd Dr. Garbai László záróbeszédével fejeződött be. MET XII. Energia Műhely A településenergetika lehetőségei A HUNGEXPO Budapesti Vásárközpont április 2. és 6. között rendezi meg a CONSTRUMA 33. Nemzetközi Építőipari Szakkiállítást. Ennek keretében kerül megrendezésre a Magyar Energetikai Társaság (MET) három éve működő Energia Műhely sorozatának tizenkettedik fóruma a B épületben, április 2-án 15 órától 19 óráig. A programban szereplő témák és előadók: Településenergetikai fejlesztési lehetőségek az EU as időszakában. Előadó: Hizó Ferenc, NFM, h. államtitkár. Az energiaköltségek csökkentésének lehetőségei az önkormányzati szférában. Előadó: Dr. Fábián Zsolt főtitkár, Magyar Önkormányzatok Szövetsége. Az energiatermelő szövetkezetek hatása a decentralizált villamosenergia-ellátásra Németországban. Előadó: Michael Debreczeni Dipl.-Ing. (FH), Greentechnic Hungary Kft. Energiahatékonysági potenciál a vidéki épületállománynál. Előadó: Matuz Géza, ÉMI, vezérigazgató-helyettes. 20

21 E-NERGIA.HU GEOTERMIA HÍREK Együttműködési lehetőségek a hazai és erdélyi energetikai vállalkozók között. Előadó: Terbe Zoltán, Öko-Therm 94 Kft. Saját erdőtelepítésre alapozott biomaszsza-hasznosítás egy zempléni településen, Taktaharkányban. Előadó: Varga László, Taktaharkány polgármestere. Az agroenergetika lehetőségei a településenergetikában. Előadók: Márton Gábor, Nemes Alex, Nagy Gábor, Csernely község. Helyi szövetkezetek helyi pénzforgalmi lehetőségei. Előadó: Varga István, okl. gépészmérnök, a Magyar Nemzeti Bank FB tagja. Új naperőművek Kaliforniában és Arizonában Két újabb nagy teljesítményű koncentrátoros naphőerőművet (CSP) helyeztek üzembe az Egyesült Államokban. A naphőerőművek magasabb beruházási költségűek, mint a fotovillamos naperőművek, ennek fejében hőtárolási tulajdonságuk következtében jóval nagyobb kihasználási tényezőt és a villamosenergia-rendszer számára sokkal hasznosabb üzemmenetet tudnak produkálni. A világ legnagyobb naphőerőművének első egysége szeptemberben kezdte meg az áramtermelést a kaliforniai Mojave sivatagban. A 2. és 3. egység beindítását 2013 végéig tervezték, üzembehelyezésükről egyelőre nem érkezett hír. Az Ivanpah erőmű három egysége teljes kiépítésben 392 megawattos lesz (377 MW nettó). Az ezt megelőzően legnagyobb naphőerőmű, a 354 MW-os SEGS ugyancsak a Mojave sivatagban található. A naptornyos erőmű tervezett teljes beruházási költsége 2,18 milliárd USD (5560 USD/kW). A Bechtel cég által épített erőmű három egysége 16 km 2 területű lesz, több mint tükörrel, és mindegyik egységéhez egy 140 m magas hőgyűjtő torony tartozik. Tervezett évi villamosenergia-termelése 1080 GWh, ami kb h/év kihasználást jelent. Október elején kezdte meg a villamosenergia-termelést az arizonai Solana naphőerőmű. A spanyol Abengoa Solar cég által épített erőmű bruttó teljesítőképessége 280 MW, amelyet két 140 MW-os gőzturbina termel meg 100 bar nyomású frissgőzből. Az összesen 2,2 km 2 felületű parabolavályús hőgyűjtő 380 C hőmérsékletű termoolajat szolgáltat. Az erőmű összesen 12,5 km 2 területet foglal el. Az erőmű 6 órára elegendő hőt tud tárolni olvadt sós hőtárolójában, így részt tud venni az esti csúcsigények kielégítésében. Tervezett évi villamosenergia-termelése 944 GWh, ami közel 3800 h/év kihasználási óraszámnak felel meg. Az erőmű beruházási költsége kb. 2 milliárd USD, ami hozzávetőlegesen 7150 USD/ kw fajlagos beruházási költséget jelent. Paks ügyét is firtatták az Európai Parlamentben Fukushima óta újra napirenden van az európai nukleáris létesítmények biztonságának, azok ellenőrzésének kérdése az Unióban. Az irányelv felülvizsgálatának részeként meghallgatást tartottak az Európai Parlament Ipari, Kutatás és Energiaügyi Bizottságában (ITRE). Massimo Garribba, az Európai Bizottság e területért felelős vezetője olyan ellenőrző mechanizmus felállítását tartja kívánatosnak, amelyben a tagállamok ellenőrizhetik egymás létesítményeit, projektjeit, szükség esetén felhívhatják aa figyelmet a hiányosságokra. A közvélemény atomenergiába vetett bizalmát csak az átláthatóság szavatolásával lehet visszaszerezni. Az európai nukleáris iparág szereplőit tömörítő FORATOM képviseletében Jean- Pol Poncelet független, hiteles, nemzetközi szabályozóhatóság létrehozása mellett érvelt, miközben a nemzeti hatóságok közötti együttműködés erősítését is sürgette. Walter Amriosini, az Európai Atomenergetikai Oktatási Hálózat (ENEN) igazgatója a szakember-képzés jelenlegi hiányosságaira hívta fel a figyelmet, míg a civil szféra az Aarhausi Egyezmény alkalmazását javasolja az ágazatnak. A tervezett paksi bővítés kapcsán Michéle Rivasi, a Zöldek Európai Szabad Szövetség képviselőcsoport alelnöke azt kérdezte az Európai Bizottság képviselőjétől, nem tekinthető-e burkolt, szabálytalan állami támogatásnak a beruházás tervezett módja. A képviselő arra is kíváncsi volt, a tagállamok hogyan lesznek képesek betartatni egymással a biztonsági előírásokat. Környezetbarát taxik hazánkban elsőként a Budapest Taxinál A világ nagyvárosai után Budapestre is megérkeztek a zöld taxik. A hazai taxi társaságok közül elsőként bővíti flottáját a Budapest Taxi több mint 50 környezetbarát autóval egy zöldebb Budapestért. Itthon 2 elektromos és 50 CNG meghajtású új autót tesztelt a cég hónapokon keresztül egy tisztább levegőjű Budapest érdekében. A Budapest Taxi flottájában most debütáló Nissan Leaf ötajtós elektromos autói magas hatékonyságú lítium-vas-foszfát akkumulátorral működnek, amelyek gyors feltöltése mindöszsze 25 percet vesz igénybe, és mintegy 150 kilométeres hatósugárban juttatják el utasaikat a célállomásra. Bár egyelőre két helyen lehet gyorsan tölteni a környezetbarát elektromos taxikat, a töltőállomások gyarapodása elősegítheti azok egyre szélesebb körben történő terjedését. A cég vezetője úgy véli, hogy a városvezetés, az elektromos szolgáltatók és a személyszállításban érdekelt cégek összefogásával néhány év alatt is komoly fejlesztések valósíthatók meg a közlekedésben, egy zöldebb Budapest érdekében. XXII. DUNAGÁZ Szakmai Napok Konferencia és Kiállítás, Visegrád, Thermál Hotel, április Szeretettel várják az immár 22. alkalommal megrendezésre kerülő konferenciára résztvevőként, kiállítóként a magyarországi földgázszállítás, -elosztás területén dolgozó szakembereket, a hazai szakminisztériumok képviselőit, a fogyasztói érdekvédelmet ellátó intézmények, szervezetek képviselőit, a szabályozásban szerepet vállaló hivatalok szakembereit, a hazai és külföldi gázipari eszközök, berendezések, gázkészülékek gyártóit, forgalmazóit, a gázipari tervezésben, kivitelezésben dolgozó szakembereket, a gázipari szolgáltatásokat nyújtó vállalkozások képviselőit, a földgázfelhasználókat. A konferencia főbb témakörei: a rendszerüzemeltetőket és -használókat érintő aktuális kérdések, a szakmagyakorlási jogosultságok és a továbbképzések követelményrendszereinek változásai, a földgázszállító rendszerek fejlesztése, az elosztórendszerek szakaszolásai, amelyek befolyásolják a szolgáltatás-kiesési mutató alakulását, a létfontosságú rendszerek és létesítmények kijelölése a gáziparban, az OKJ-s képzések követelményrendszerének változásai a gázipar területén. a biogázok eltüzelésének tapasztalatai a háztartási berendezésekben, a szén-monoxid-mérgezések kivizsgálásának eljárásrendje, a műszaki-biztosági felülvizsgálatokkal kapcsolatos elvárások és követelmények változásai. Bővebb felvilágosítás, jelentkezési lap letölthető a honlapról. 21

22 KÖZLEKEDÉS-ENERGETIKA E-NERGIA.HU Tóth László Alternatív üzemanyagok A motorfejlesztés során a motorkonstrukció és a benne tüzelőanyagként elégetett (alternatív) üzemanyagok fejlesztése is mindvégig párhuzamos folyamat. A nagyobb fizikai-kémiai anyagismerettel rendelkező szakemberek és az égési folyamat szakemberei, valamint a motorvezérlést programozók fokozott együttműködése esetén e területen ma is új eredményekre számíthatunk. A kőszén, kőolaj, földgáz (fosszilis nyersanyagok) korszaka és a megújuló energiaforrások térhódítása közötti átmenetben szükségesnek tűnik nem hagyományos, alternatív tüzelőanyagokkal fűteni erőgépeinket, miáltal csökkenthetők a kőolajkészletek egyenlőtlen földrajzi eloszlásából és végességéből adódó anomáliák, illetve a környezetterhelés. Jelen összefoglaló tanulmányunkban azon anyagokat ajánljuk a szakemberek figyelmébe, melyekről napjainkig már bebizonyosodott, hogy azok önállóan vagy keverőkomponensként alkalmasak arra, hogy erőgépeink alternatív üzemanyagaként legyenek figyelembe véve. A felsorolásban nem szerepelnek a kőolaj- és földgázbázisú szénhidrogének. Ezek energetikai felhasználására igen széleskörű adathalmaz áll rendelkezésre. Szikragyújtású motorokban használható alternatív üzemanyagok Az 1. táblázatunkban azokat a vegyületeket soroljuk fel, amelyekre irodalmi adat, illetve kísérleti beszámoló alapján mint a benzin alternatívájaként tekinthetünk. Szenet tartalmazó alternatív üzemanyagok A szikragyújtású motorok alternatív tüzelőanyagaként már kipróbált anyagok az alkoholok, éterek és az acetálok közé tartoznak. A környezetvédelmi hatóságok ajánlják, egyes EU direktívák pedig már előírják bizonyos oxigéntartalmú adalékok a kereskedelmi forgalomba kerülő hagyományos üzemanyagokba történő bekeverését. Ezáltal csökken a koromkibocsátás, és jobban kézben tartható a néhány limitált szennyező kibocsátása is (HC, NO x ). Alkoholok A metanolt és az etanolt előnyös motorikus tulajdonságaik (nagyobb teljesítményleadás) miatt kezdetben csak a versenysportban, majd a polgári közlekedésben is nemcsak adalékként, hanem fő hajtóanyagként alkalmazták. Az E85-re való áttérésre néhány éve Magyarországon is lehetőség van. Ez csak egy kiegészítő elektronika járművenkénti utólagos beiktatásával oldható meg. Az USA-ban már évek óta növekszik az FFV (Flexible-fuel Vehicle) járművek forgalma, ahol benzint, metanolt vagy etanolt is tankolhat a jármű üzemeltetője. A jármű egyetlen üzemanyagtartállyal rendelkezik, de az és az azt követő alkatrészek (tápszivattyú, adagoló szivattyú, injektorok, szűrő, vezetékek, tömítések) Név Rövidítés Oktánszám Alkoholok Metanol MeOH 116 Etanol EtOH 113 Izopropanol IPA 105 terc-butanol TBA 101 Éterek Metil-tercier-butiléter MTBE 109 Etil-tercier-butiléter ETBE 110 Diizopropil-éter DIPE 105,5 terc-amil-metiléter TAME 104,5 Dimetoxi-metán DMM n.a. Trimetoxi-metán TMM n.a. Acetálok Dimetoxi-metán DMM n.a. Trimetoxi-metán TMM n.a. Szénmentes tüzelőanyagok Hidrogén H2 >130* Ammónia NH (több forrásból) *Csak a kutatási oktánszámra van elérhető adat. (Research Octane Number: RON). Összehasonlításként: az e tekintetben etalonnak választott izooktán RON száma 100, az etanolé 129. Az általánosan használt oktánszám a motor oktánszám (MON) és RON összegének a fele. 1. táblázat. Szikragyújtású motorokban használható alternatív üzemanyagok mind benzin-, etanol- és metanolálló szerkezeti anyagból készülnek. Az izopropanol és a terc-butanol vegyipari (mellék)termékek. Fizikai tulajdonságaik mindkettőt alkalmassá teszik tüzelőanyagként, elsősorban bekeverhető komponensként való felhasználásra. A terc-butanolt kőolaj és földgáz feldolgozás során képződő, de nehezen értékesíthető C 4- frakcióból állítják elő. Metanollal reagáltatva készül az MTBE, bioetanollal reagáltatva pedig az ETBE. A normál butilalkoholt az EU-ban és Kanadában csak oktánszámnövelő adalékanyagként, az USA-ban és Brazíliában pedig már tisztán, fő üzemanyagként is forgalmazzák. A metanolhoz és az etanolhoz hasonlóan ez az alkohol is előállítható cukrokból, keményítőből, gabonákból, biomasszából. A technológia egyes lépései azonosak mindhárom alkoholnál, a fermentációs lépésnél pedig a megfelelő oltóanyagot kell alkalmazni. A DuPont-BP eljárás a Clostridium benedictii elnevezésű baktériumtörzset használja, és melléktermékként acetont és etanolt nyernek az n-butanol mellett. A DIRCMTM eljárás két különböző Clostridium-törzset alkalmaz két egymást követő, rögzített sejtes fermentorban. A termék itt fő tömegében bio n-butanol. 22

23 E-NERGIA.HU KÖZLEKEDÉS-ENERGETIKA GEOTERMIA A n-butanol előnyeit az etanollal és a metanollal szemben: A nagyobb mólsúlyból eredő előnyök: Nagyobb energiasűrűség, mely hasonló a benzinéhez, gázolajéhoz. Kisebb gőznyomás. Kisebb vízoldhatóság (korlátozott elegyedés vízzel), melynek következtében (egy meghibásodott tartályból) a talajba jutva nem szennyezi el a talajvizet olyan mértékben, mint a vízzel korlátlanul elegyedő metanol vagy etanol. Változtatás nélkül betáplálható a meglévő benzintárolókba, csővezetékekbe. Akár benzinbe, akár gázolajba, bármilyen arányban bekeverhető. (A metanol mindkét kőolajfrakcióval, az etanol a gázolajjal csak korlátozottan elegyedik.) Hátrányként két érv hozható fel ellene: Toxikusabb (LD50) az etanolnál. MeOH = 400 mg/kg (erős méreg). n-buoh = 2680 mg/kg (enyhén mérgező). EtOH = 3450 mg/kg (enyhén mérgező). Hidrolizálva kellemetlen (romlott tejre emlékeztető) szaga van. Megnézve konkrétan az LD50 értékeket (egér, orálisan), az látszik, hogy az n-butanol valamivel valóban mérgezőbb az etanolnál. (Egy 10 g súlyú kisegérnek 26,6 mg n-butanol megivása után van ugyanolyan esélye az elpusztulásra, mint etanolból 34,5 mg-tól.) Vélhetően a fentiek közül egyik hátrány sem fog az alkalmazás útjába állni. Piaci elemzők szerint hosszú távon az n-butanol fő megrendelői az alternatív üzemanyag-előállítók és -forgalmazók lesznek. Rövidtávon egyelőre a vegyipar a fő megrendelő, ahol oldószerként és kémiai reagensként használják fel, már hosszú évek óta stabil menynyiségben. A TMM egy az előzőknél magasabb áron hozzáférhető potenciális alternatív üzemanyag. Napvilágot látott már közlemény szikragyújtású motorban történő kiváló alkalmazhatóságáról, szerkezetét, fizikai-kémiai tulajdonságait tanulmányozva ez nem is meglepő. Az ára miatt nem várható a belsőégésű motorok üzemanyagaként történő elterjedése, egy ilyen, összefoglaló célú tanulmányban történő szerepeltetése azonban indokolt. Az üzemanyagcellákban történő felhasználhatósága teszi ezen anyagot mégis érdekessé. További szénbázisú üzemanyag-korszerűsítési lehetőség: A kőolajpárlatok jó oktánszámú, de rendkívül mérgező aromás alkotóit (fő tömegében benzol és toluol) katalitikusan hidrogénezve nem mérgező üzemanyagok képződnek (ciklohexán, metil-ciklohexán). Ezek oktánszáma némileg alacsonyabb (adalékolással ez a hátrány korrigálható). Szenet nem tartalmazó alternatív üzemanyagok Hidrogén A hidrogén tűnik a legtisztább, ráadásul megújuló tüzelőanyagnak. Éterek Az MTBE volt a C 4 frakcióból előállított első oktánszámnövelő benzinadalék-anyag. Egy USA-beli benzinkútnál meghibásodott földalatti benzintartály közvetlen környezetében oly mértékben megnőtt a benzinkutat körülvevő talajvíz MTBE-tartalma, hogy a környezetvédelmi hatóság (EPA) betiltotta az MTBE alkalmazását. Indok: Az MTBE a vízzel jól elegyedik, ennek következtében a talajban előforduló körülmények között a szennyező forrástól távolabb is kifejtheti káros hatását. Az ETBE ugyancsak a C 4 -frakcióból állítható elő, de metanol helyett etanolt reagáltatnak vele (kis nyomáson, katalitikus körülmények között). Rosszabb vízoldhatósága miatt ez az anyag engedélyezett oktánszámnövelő adalék. A DIPE a vegyipari melléktermék izopropil alkoholból előállítható oktánszámnövelő adalék. A TAME a C 4 frakcióhoz hasonlóan ugyancsak nehezen értékesíthető C 5 -frakció metanollal történő reagáltatásával készített oktánszámnövelő adalékanyag. Acetálok A DMM egyszerűen, olcsó alapanyagokból, ismert vegyipari eljárásokkal előállítható, ígéretes alternatív üzemanyag. Benzinnel korlátlanul, gázolajjal csak korlátok között elegyíthető. Előnyök A H 2 + O 2 égés egyetlen terméke a víz. A vízből energia befektetése árán ismét visszanyerhető a hidrogén. A vízbontás mellékterméke az oxigén, melynek kibocsátásával ismét helyreáll a mérleg, a természet egyensúlya. A hidrogénmotor kidolgozása évtizedek óta (már az 1960-as évekkel kezdődően) folyamatban, de még ma is csak fejlesztés alatt van. Erre mutat az a tény is, hogy oktánszámként egyelőre még csak a RON ismert. Hátrányok Ha az égetéshez oxigénforrásként levegőt használunk, a levegő nitrogéntartalmának egy részéből NO x képződik. Motorkonstruktőri problémákat okoz a magas égésvégi hőmérséklet. A HC üzemanyaggal vagy alkohollal működő motorokhoz képest jelentősen megnő az égés, azaz a motor NO x -emissziója. Rendkívül nagy a 2H 2 + O 2 2H 2 O folyamat (durranógáz-reakció) sebessége. A HC üzemanyagokénál kb. két nagyságrenddel nagyobb lángsebesség következtében a dugattyús motor szívószelepétől a kipufogószelepig kiterjedő egyetlen lángfront alakul ki, mely kopogásos égést, végső soron energiaveszteséget okoz. 23

24 KÖZLEKEDÉS-ENERGETIKA E-NERGIA.HU Nehezen cseppfolyósítható a hidrogéngáz. Valamilyen (szilárd vagy könnyen cseppfolyósítható) vegyület formájában tárolható, szállítható legkönnyebben. Ammónia Az ammónia belsőégésű motorok alternatív tüzelőanyagként való felhasználását más, ma már az iparban alkalmazott újdonsághoz hasonlóan jellemző módon elsőként a hadiipar vetette fel. A NASA által szponzorált, e tárgyú kutatómunkáról az első közleményeket ben jelentette meg a Society of Automotive Engineers. Az USA-ban ma is folynak alkalmazási kísérletek. Az Iowai Egyetem egyik közleményében A másik hidrogén -nek nevezik. A cseppfolyós ammónia-tartály pl. gázpalack után a gázvezetékbe beiktatott katalitikus átalakítóval az ammónia egy részét elemeivé (hidrogén- és nitrogéngázzá) alakítva, majd az így nyert gázkeveréket (NH 3 + H 2 + N 2) levegővel (N 2 + O 2) összekeverve, az így nyert gázelegy már elégethető a hagyományos felépítésű szikragyújtású motorokban. Az ammónia a hidrogénhez hasonlóan alacsony környezetterhelésű, de annál jobb motorikus tulajdonságú, könnyebben tárolható alternatív üzemanyag. Előnyök Az ammónia könnyen cseppfolyósítható, ún. reális gáz. Tárolása a PB frakcióéhoz hasonló kis nyomás alatt, acél- vagy műanyagtartályban történhet. Normál körülmények között nem éghető anyag, tárolása, szállítása így nem okoz olyan tűzveszélyt, mint a CH-frakcióké vagy az alkoholoké. A robbanómotoron belüli égés sebessége hasonló a CHfrakciókéhoz és az alkoholokéhoz. Nincs detonációs égés. Nagy kompresszió-tűrése ( as oktánszáma) következtében javul a motor hatásfoka. A CH-vegyületekhez képest jóval kisebb molekulasúly következtében az éghető gázkeverék kialakítása kevesebb időt igényel. A benzinnel összehasonlítva 2,54-szer mozgékonyabbak az ammóniamolekulák: v relativ Az égéstérbe jutó elbontatlan NH 3 molekulák disszociációja endoterm folyamat, ez hűti az égésteret és magát az égési folyamatot. Mindez előnyös mind a szerkezeti anyagok élettartama, mind az NO x - kibocsátás szempontjából. Pontos tüzelőanyag/levegő arányt (λ = 1) beállítva, az égéstermékek nem tartalmaznak NO x -et. Mivel az ammónia (jelenleg) nem jövedéki termék, a benzinnél jóval olcsóbban állítható elő így a mechanikai energia. Egy stabilan telepített ammóniamotor kipufogógáz-tisztító berendezéséből tisztán kinyerhető nitrogéngázt komprimálva, az termékként értékesíthető. Hátrányok Ms Ms benzin NH3 = 110 = 2,54 17 A motorikus felhasználás egy katalitikus ammóniabontó és egy kipufogógáz-utótisztító berendezést igényel. A levegővel kialakítható éghető (NH 3 + H 2 + O 2 + N 2) elegy energiatartalma kisebb a benzin/levegő keverékénél. A kisebb töltési fok következtében csökken a motor teljesítménye. Azonos kompresszióviszony esetén a csökkenés 30%-os. A katalitikus ammóniabontó túlterhelése esetén az ammónia megjelenik az égéstermékek között. Ez mind gazdaságossági, mind környezetterhelési szempontból hátrányos. (A szerző 1974-ben, a KÖTUKI 1981-ben alkalmazási kísérleteket végzett. Ez utóbbi egy 1200 cm 3 -es szériagyártású átalakítatlan benzinmotorral történt.) Ez a hibalehetőség pontos motorvezérléssel enyhíthető. Egy kemiszorpciós utótisztító rendszerrel zérus szennyezőanyag-kibocsátás érhető el. (Kilépő termékei: víz, N 2 gáz.) A sztöchiometrikusnál szegényebb (λ > 1) levegő/ammónia aránynál megjelenik az NO x az égéstermékek között. A kiegészítő berendezések helyigénye miatt közúti járműhajtásra nem, inkább stabilan telepített motor hajtására alkalmas. A szikragyújtású motor és alternatív üzemanyagainak fejlesztése 1860-ban szabadalmaztatta az első belsőégésű motort Étien Lenoire az egyik, akkoriban már széles körben használt külsőégésű motor (a gőzgép) áttervezésével és átalakításával. A prototípust egy gőzgépből alakította ki úgy, hogy a dugattyú mindkét oldalán zajlott egy-egy művelet. Az a motor kétütemű volt. Városi világítógázt (széngázt) és levegőt szívott be, és szikra segítségével gyújtotta meg a keveréket. A konstrukció időközben több módosításon, finomításon ment keresztül, és több változatban is igen elterjedté vált. Ezek egyike a szikragyújtású motor. Az első négyütemű belsőégésű motort Nicholaus August Otto alkohol-, illetve széngázüzemre szerkesztette meg 1876-ra, a Lenoire-féle gázmotor továbbfejlesztésével. A kezdetektől még évtizedekig alkohollal (vagy széngázzal) jártak az Otto-motorok. A kőolajbányászat és -feldolgozás elindulása után még a porlasztó (világelsőként Csonka János és Bánki Donát szabadalmaztatták 1893-ban) felfedezésére is szükség volt a benzinüzemű motor kifejlesztéshez és jelenlegi széleskörű elterjedéséhez. A keverékképzés terén lezajlott fejlesztések A porlasztó feltalálásával nem állt meg a szikragyújtású motor fejlődése. A porlasztásos üzemanyag/levegő keverékképzést követte a befecskendezés (injection). Először a központi (SPI), majd a hengerenkénti (MPI) befecskendezés került bevezetésre. Ekkor még a szívótorok és a szívószelep közti vezetékbe adagolták a cseppfolyós halmazállapotú üzemanyagot. A hengerenkénti befecskendezés kezdetben néhány bar túlnyomással működött. Ezt követte a bar nyomású, azaz nagynyomású befecskendezés. Az ilyen befecskendező rendszerrel felszerelt motorok nemzetközi elnevezése: Port Injection Spark Ignition (PISI). A jelenleg legmodernebbnek számító rendszer a hengerenkénti közvetlen befecskendezés, nemzetközi elnevezése: Direct Injection Spark Ignition (DISI). Ez a rendszer már nem a szívó-, hanem közvetlenül az égéstérbe juttatja a cseppfolyós üzemanyagot. Az egyes autógyárak más-más elnevezést és rövidítést használnak a hengerenkénti közvetlen befecskendezésre. Néhány példa: Mitsubishi: GDI (Gasoline Direct-Injection), VW csoport: FSI (Fuel Stratified Injection = réteges üzemanyagbefecskendezés), TFSI, TSI (turbó-feltöltéses FSI), Mazda: DISI. A hengerenkénti direkt befecskendezés több évtizedes fejlesztés után mára kiforrott konstrukciónak tekinthető. 24

25 E-NERGIA.HU KÖZLEKEDÉS-ENERGETIKA GEOTERMIA Az égési folyamat terén lezajlott fejlesztések A kipufogógázok egy részének visszavezetése (EGR) már jó ideje ismert, és széria járműmotorokban is alkalmazást nyert. Célja eredetileg az NOx-emisszió csökkentése volt. A szabályozott öngyulladás (Controlled Auto Ignition, CAI) égési folyamatáról 1998 óta egyre több közlemény lát napvilágot. Előnyeként sorolják fel, hogy szegény keverékek esetén (λ = 1 5) is jó az üzemanyag elégetésének hatásfoka. Ez a szívási és a kitolási munka egy részének elmaradásával magyarázható. Igen alacsony az NO x - és HC-kibocsátás. Ez az alacsony (T < 1300 C) égésvégi hőmérséklettel, illetve a lángfrontos égés elmaradásával magyarázható. Hátrány, hogy az alacsony károsanyag-kibocsátás csak bizonyos részterhelési tartományra jellemző. Kialakult a duál üzemmód, melynél a még hideg motorblokk működésének elindításától a felmelegedésig és a szükséges fordulatszám eléréséig szikragyújtást alkalmaznak, majd az optimális paraméterek beálltával elkezdődik a szikragyújtás nélküli, szabályozott öngyulladású üzemmód. Nemcsak benzinnel, hanem alkoholokkal is végeztek ilyen irányú kísérleteket. Ezen közlemények szerint leginkább a metanol, de az etanol is a benzinnél jobb termikus hatásfokkal alakítható át mechanikai energiává, és mindkét esetben kevesebb a HC- és NO x - szennyezés, mint benzinüzemnél. A CAI égési folyamatnál először nem az oxidációs égés, hanem a betáplált üzemanyag termikus disszociációja (hőbomlás) indul el. A hagyományos HC üzemanyagokénál egyes alternatív üzemanyagok jóval könnyebben disszociálódnak, így már az égéstérben kialakítható hőmérsékleten is elindul ez a folyamat. Továbbfejlesztési lehetőségek Gazdaságosság terén: A szénhidrogénekénél előnyösebb motorikus tulajdonságokkal rendelkező keverékek/kompozitok állíthatók össze. A motor jelenlegi hatásfokának néhány százalékos javítása is számottevő eredményt jelent mind a motort gyártók, mind azok felhasználói számára. Javítható a töltési fok: Egyes alkalmazások esetén nem a kinyert energia olcsósága, hanem a nagysága számít, ilyen például a versenysport vagy a hadiipar. A ma is elterjedt adalékok (nitró stb) mintájára e tekintetben is új fejlesztési lehetőségek nyílnak. Szélsőséges körülmények között üzemelő motor: Tisztán alternatív komponensekből összeállítható keverékek tervezhetők meg és hozhatók létre, melyek elegendő mennyiségű levegő hiányában is működésben képesek tartani például egy DISI motort, gázturbinát, sugárhajtóművet (pl. magas légköri repülés vagy tengeralatti jármű, erőtelep esetén). Kompresszió-gyújtású motorok alternatív üzemanyagai A 120 éves kompresszió-gyújtású motor ma ismét fejlődésben van. Rudolf Diesel a XIX. sz. végén kezdte el kísérleteit. Szikragyújtás helyett a tüzelőanyagok öngyulladására építette elgondolását. Kezdetben ammóniát, majd szénport próbált meg ezen a módon elégetni, kísérletei azonban nem jártak sikerrel. (Az ammónia öngyulladási hőmérséklete túl magas: 651 oc, a szénpor pillanatszerű égéstérbe juttatása pedig technikailag nem volt megoldható.) Először növényi olajjal sikerült elindítania a motort ben nyert szabadalmat egy a gáztörvények alapján működő, a tüzelőanyagok öngyulladása következtében üzemelő motorra. A Sulzer cég 1897-ben kezdte meg elsőként az akkoriban olajmotornak nevezett erőgép gyártását. Növényi olajakon kívül a kőolajból nyert gázolaj és kőszénkátrányolaj is alkalmas dízel-üzemanyagnak bizonyult, a nagyvárosi mosodákban az elhasználódott, szennyezett, zsírral telített folttisztító benzint pedig már egyenesen dízelolajnak nevezték. Hosszú ideig csak stabil motorként használták a dízelmotort, elsősorban áramfejlesztő telepeken. Az irányváltós változat megalkotása után (1904) már hajómotorokban, majd vasúton is alkalmazták. Magyarországon a Ganz-műveknél indult el dízelprogram. Jendrassik György 1924-es csatlakozását követően 1927-ben indult el és ig tartott a Ganz-Jendrassik motorok gyártása. Míg az Otto-motorok az üzemanyag energiatartalmának kb. negyedét képesek mechanikai energiává alakítani, a dízelmotoroknál ez az arány jobb. Ennek oka elsősorban a magasabb sűrítési arány. Ennek ellenére közúti járműveknél kezdetben csak a teherforgalomban terjedt el a technológia. A FIAT csoport által 1990-re kifejlesztett common rail üzemanyag-adagoló rendszer (JTD) azonban e területen is áttörést eredményezett. A licencet 1997-ben megvásárolta a Bosch. A Mercedes-Benz 1998-ban kihozta a Bosch által továbbfejlesztett adagolóval felszerelt, CDI jelű dízelmotort. Jelenleg a nehéz járművek zömét, a személyautók kb. kétharmadát dízelmotor hajtja Európában. A homogén töltetű kompresszió gyújtás (HCCI = Homogeneous Charged Compression Ignition) rendszere az égési folyamat vezérlésére kidolgozott igen figyelemreméltó motorkonstruktőri eredmény. HCCI rendszerű motor 2012-ig nem jutott el sorozatgyártásig, mivel működési tartománya korlátozott. Csak bizonyos részterhelésnél igazán jó a hatásfok és alacsony a károsanyag-emisszió. Az előnyös terhelési tartományban működtetett dízelmotort villanymotorral kiegészítve a VW konszern 2013-ban bemutatta 1 liter/100 km alatti fogyasztású, sorozatgyártású típusát. A VW XL1 az alacsony fogyasztás érdekében nem tartalmaz néhány mára megszokottá vált technikai megoldást, így fék- és kormányrásegítést sem. Számos olyan elemet viszont igen, melyeket eddig csak a versenysportban alkalmaztak. A VW-n kívül más autógyárak is sorra állnak elő kis fogyasztású típusokkal. Autó típus 2. táblázat. A legtakarékosabb autók toplistája ECE-átlagfogyasztás (l/100 km) CO2-kibocsátás (g/km) 1. Volkswagen XL1 0, Opel Ampera/Chevrolet Volt 1, Toyota Prius Plug In 2, Audi A2 1.2 TDI 2, Volkswagen Lupo 3L TDI 3, Volkswagen Golf 1.6 TDI Blue M. 3, Hyundai i20 / Kia Rio 1.1 CRDi 3, Smart Fortwo CDI 3, Opel Corsa 1.3 CDTi Ecoflex 3, Ford Fiesta 1.6 TDCi Econetic 3, Volkswagen Polo 1.2 TDI Blue M. 3, Seat Ibiza 1.2 CR TDI E-Ecomotive 3, Renault Twingo dci 85 3, Peugeot 208 / Citroen C3 1.4 e-hdi 3, Toyota Yaris Hybrid 3,

26 KÖZLEKEDÉS-ENERGETIKA E-NERGIA.HU Kompresszió-gyújtású motorokban használható alternatív üzemanyagok Az 1, 2 és 3 szénatomszámú alkoholok jó Otto-, de rossz dízelüzemanyagok. Oktánszámuk magas, ami előnyös az Otto-körfolyamatban, a dízel-körfolyamatban viszont hátrányos. A 4 szénatomos n-butilalkohol Otto- és dízel-körfolyamatban is megfelelő tüzelőanyagnak bizonyult. A n-butanolt, egyes étereket, észtereket, acetálokat, poliglikolétereket egyre többen tekintik a jövő alternatív dízel-üzemanyagainak. Jelen összeállításunk reményeink szerint tovább bővíti a spektrumot. 3. táblázat Név Rövidítés Cetánszám Metanol MeOH 3-5 Etanol EtOH 8 Normál Butanol BuOH 17 terc-butanol TBA Glicerin GLY Dimetiléter DME Metil-etiléter MEE Dietil-éter DEE >125 Di-n-butiléter DBE Etilénglikol-metiléter GLYME >100 Etilénglikol mono-n-butiléter EMNB 26 Etilénglikol mono-t-butiléter EMTB Etilénglikol-dibutiléter EDTB Dietilén-glikol-metiléterI 76 Dietilén-glikol-dimetiléter DIGLYME >100 Dietilén-glikol-butiléter 49 Trietilén-glikol-oktiléter 74 Tetraetilén-glikol-dimetiléter 113 Tetraetilén-glikol-butiléter 75 Propilénglikol mono-t-butiléter Dipropilénglikol-propiléter 23 Tripropilénglikol-metiléter TPM 76 Tetrapropilénglikol-butiléter TPB 100 Tetrapropilénglikol-metiléter 54 Hexapropilénglikol-propiléter 71 Dekapropilénglikol-metiléter 85 Etilénglikol-propilénglikol propiléter 67 Poli-butilénglikol 46 2-Etilhexil-acetát Etiléglikol mono-butiléter acetát Metil-propionát -11 Metil-oktanoát 38 Zsírsav-metilészter elegy 48 Dimetoxi-metán DMM Dietil-acetál 15 Dibutil-acetál 59 Di(etil-butiléter) acetál Dimetil-karbonát DMC Dietil-karbonát DEC 28 Ammónia Hidrazin-hidrát A 3. táblázatban azokat a vegyületeket soroljuk fel, amelyekről már közlemény jelent meg, illetve saját méréssel rendelkezünk. Egyes anyagokkal csak hagyományos dízelolajba történő bekeverési kísérletről számoltak be az adatközlők, míg másokra a tiszta anyag fontosabb adatai is elérhetők. Dízel üzemmódban egy üzemanyag jóságát a cetánszámmal jellemzik. A gázolaj cetánszáma körüli, a metanolé különböző források szerint 3-5 közötti. Minél magasabb ez az érték, annál jobb az üzemanyag. Szenet tartalmazó alternatív üzemanyagok Alkoholok A metanol és az etanol az elmúlt 150 évben a szikragyújtású motorok üzemanyagaként szerepelt. A HCCI égésfolyamat-vezérléssel és megfelelően korrózióálló adagolórendszerrel az alacsony cetánszám ellenére dízelmotorban is jól hasznosítható ez a két olcsó alkohol. Ezek az alkoholok kis viszkozitással, azaz kenőképességgel rendelkeznek, adagolásuk ennek megfelelő szerkezeti anyagú, kialakítású technikai megoldást követel (éppúgy, mint az alább érintett éterek, acetálok). A butanolok mind szikra-, mind kompresszió-gyújtású motorok működtetésére alkalmasak. Viszkozitásuk a hagyományos adagolórendszerek alkalmazását is lehetővé teszi, ennek köszönhetően már 1980-ban sikeres dízelmotoros kísérleteket volt alkalmunk elvégezni n-butanollal. (Motor: Csepel U28-as. Adagoló: soros, Bosch.) A glicerin kémiai szempontból egy tercier alkohol, azon belül egy egyszerű cukorvegyület (innen származtatható édes íze). Korábban kizárólag a szappangyártás melléktermékeként állították elő természetes (növényi és állati) zsírokból. Manapság a biodízelgyártás melléktermékeként óriási mennyiségben képződik. Fizikai és kémiai tulajdonságai alapján feltételezhető, hogy jó dízel-üzemanyag vagy üzemanyag-komponens. Hátrányai: Alacsony olvadáspontja (+8 C) miatt jármű-üzemanyagként egyedüli/fő komponensként nem jöhet számításba. Apoláros oldószerekkel, elsősorban az éterekkel rosszul (a DMEvel csak korlátozottan, a DEE-vel egyáltalán nem) elegyedik. (Dízelkompozitok összeállítása szempontjából ez szűkíti a lehetőségeket.) Egyéb fizikai-kémiai tulajdonságai azonban ígéretesek: lobbanáspont: 160 C, gyulladási hőmérséklet: 400 C, égéshő: 5 kwh/kg (alsó fűtőérték), párolgáshő: 0,23 kwh/kg. Alkoholokkal, vízzel korlátlanul elegyedik. A glicerin egy motorikus szempontból izgalmas, de gazdaságossági szempontból is figyelemre, kutatásra méltó alternatív üzemanyagnak tekinthető. Éterek A DME, DEE, MEE és a DBE közül az első kettő cetánszám-növelő adalékanyagként már bevezetettnek tekinthető, fő komponensként azonban még csak a DME alkalmazásának regionális kísérleteiről találhatók beszámolók. Az alkoholokból egyszerű kémiai lépésben kialakítható vegyületek az éterek. A metanolból előállítható dimetiléter (DME) cetánszáma 55-60, tehát jobb, mint a dízelolajé, az etanolból előállítható dietiléter (DEE) cetánszáma pedig több mint 125. (Ez utóbbit magasabb ára miatt önállóan nem, de 15-20%-ban a dízel-, biodízelolajhoz keverve cetánszám-javító, NOx-csökkentő adalékként használják már jó ideje.) 26

27 E-NERGIA.HU KÖZLEKEDÉS-ENERGETIKA GEOTERMIA A táblázat legnépesebb csoportja az étereké, azon belül is a glikolétereké. Ezek régóta használt, jól ismert vegyületek, melyeket etilénoxid- és propilénoxid-bázison óriási tételben gyártanak, mint műanyag- (PUR, PÉ stb.) alapanyagokat. Az itt felsorolt anyagokkal folytak már dízelmotoros kísérletek. Ahol elérhető volt, a cetánszámot közöljük. Egyes tételekkel kapcsolatban jelenleg még vizsgálatok folynak azok környezeti hatására vonatkozóan. Acetálok, karbonátok A táblázatban felsorolt acetálok és karbonátok közül elsősorban a dimetoxi metánra (DMM) vannak motorikus közlemények. Fizikai-kémiai adatai alapján azonban a többi anyag is ígéretes alternatívának tekinthető. A DMM-et jó darabig a finomkémia állította elő, és zömében a háztartási és kozmetikai vegyszerek egyik komponenseként került forgalomba. Illékony, nem toxikus, a természetben gyorsan lebomló, az ózonréteget sem károsító anyag. Az 1990-es években fedezték fel kitűnő dízeltulajdonságait. Jól vizsgázott az üzemanyagcella-kutatások terén is. Kiderült, hogy közvetlenül üzemanyagként, de indirekt módon hidrogénforrásként is ígéretes alapanyag a DMM. E tények már több mint egy évtizede a DMM felé fordította a kémiai nagyipar figyelmét is már 2000 előtt létesült összesen kb t/évnyi gyártókapacitás Nagy-Britanniában és Belgiumban. Szenet nem tartalmazó alternatív üzemanyagok Az ammónia Otto-motorbeli alkalmasságát érintettük az előző fejezetben, az elmúlt években azonban dízelalkalmazási kísérletekről is beszámoltak, elsősorban USA-beli kutatóegyetemi források. Nem tiszta ammónia, hanem DME-ammónia vagy DME + gázolajba bekevert ammóniaoldatról szólnak a dízelmotoros kísérletek leiratai. A hidrazin (N 2 H 4 ) kezdetben rakéta-hajtóanyagként hívta fel magára a figyelmet. A vízéhez hasonló fizikai tulajdonságai (forráspontja 113,5 C, fagyáspontja +1,4 C, sűrűsége 1,011 g/cm 3 ) megkönynyítik tárolását, szállítását. Molekulánkénti négy hidrogénatomjával az egyike a legfigyelemreméltóbb kis molekulasúlyú alternatív üzemanyagoknak, mintegy hidrogénkoncentrátumnak tekinthető. Bázikus vegyületként savakkal sót képez. Salétromsavas sója (hidrazin-nitrát) rendkívül érzékeny, brizáns anyag. Vannak egyéb éghető sói is. Gyulladási hőmérséklete (270 C) és tág ( g/m 3 ) gyulladási határai alapján igen előnyös dízel-üzemanyagnak prognosztizálja a tárggyal foglalkozó szakirodalom. A szerző erről saját kísérletek során is meggyőződhetett az 1980-as években. Vízzel különféle elegyekben ( % hidrazin-tartalmú koncentrációban) kerül kereskedelmi forgalomba. Esetünkben 50% (m/m) víztartalmú eleggyel (hidrazin-hidrát) folytattunk sikeres dízelmotoros kísérleteket. Tapasztalatok: csendes, hideg égés, jó terhelhetőség. Alacsony NO x -emisszió, zérus HC- és koromemisszió. Csökkent a volumetrikus üzemanyag-fogyasztás: a soros elrendezésű Bosch adagoló szállítóteljesítményét a dízelolajéhoz képest jelentősen csökkenteni kellett azonos motorteljesítmény eléréséhez. Megjegyzés: Az égéstermékként képződött víz mellett az oldószerként bevitt 50% víz vízgőzként szintén részt vett a munkaütem égésvégi nyomásának kialakításában. Egyszerűbben fogalmazva: a motor részben gőzgépként működött, a víz párolgáshőjének elvonásával hűtötte az égésteret. Ez előnyös az NO x -képződés visszaszorítása és a motor várható élettartama szempontjából is. Fejlesztési lehetőségek Az immár több mint százhúsz éves dízelmotor fejlesztése terén a hengerenkénti nagynyomású direkt befecskendezés (Common Rail, DI) és a homogén töltésű kompressziós gyújtás (HCCI) rendszerei az elmúlt húsz év fejleményei. A fentebb felsorolt üzemanyag-alternatívák és azok egymással vagy hagyományos szénhidrogénekkel megtervezhető kombinációi jelenthetik a tárggyal behatóan foglalkozók számára a közeljövő fejlesztési lehetőségeit. Tervezhetők olyan üzemanyagkeverékek, melyek segítségével a jelenleg még felhasználási korlátot jelentő előnyös, de szűk működési tartomány kiterjeszthető. Az n-butilalkohol biotechnológiai előállításáról többek között az alábbi forrásból tájékozódhatunk: search/docs/prospectus/mc08_biobutanol_prospectus.pdf 27

28 IFJÚSÁGI TAGOZAT E-NERGIA.HU Rauscher Máté, Varga Balázs Az épületenergetikai tanúsításoknál használt vonatkoztatási alap (A/V viszony) vizsgálata Jelenleg a világ energiafogyasztásának közel 40%-át az épületek fogyasztása teszi ki, így a nemzetközi gyakorlatban tapasztalható energiahatékonyságra és minél kisebb energiafelhasználásra való törekvésnek megfelelően az Európai Unió is az épületek energiahatékonyságának növelését tűzte ki célul. Ehhez igazodva Magyarországon is rendeletbe foglalták az erre irányuló törekvéseket (7/2006. TNM, majd pedig 40/2012. BM rendeletek). Ám az ezek alapján készülő energetikai tanúsításokban használt vonatkoztatási alap, az A/V viszony, melynek feltételezhetően az a célja, hogy a tanúsítványban különbséget tegyen társas és családi házak között, gyakran torzító hatással a van besorolás eredményére. Dolgozatom során az épületek energetikai tanúsításánál használt vonatkoztatási alap (A/V viszony) által okozott eltérések kimutatására koncentráltam. Modelleket készítettem családi házas, majd pedig társasházas elrendezésekre az A/V viszony torzító hatásait vizsgálva. [1] Munkám során mindvégig azzal az alapfeltevéssel éltem, miszerint az energetikai tanúsítás fő céljának annak kell lennie, hogy a lakók, vevők számára objektív képet adjon az épület energiafogyasztásának mértékéről. A tanúsítvány alapján különböző épületeknek összehasonlíthatónak kell lenniük, és a tanúsítvány eredményének végül arányban kell lennie a fajlagos üzemeltetési költségekkel, ahogyan az a különböző elektronikai cikkek (pl. hűtőgép, mosógép) esetén is tapasztalható. A hatályos magyar jogszabályok szerint az épületek energetikai tanúsítását a következőképpen kell végezni: 1. Meg kell határozni az épület A/V viszonyát, mely arányszámot az épület hűlő felületének és fűtött térfogatának hányadosa képzi (amely minden esetben a teljes épületre vonatkozóan számítandó). [2] 2. Ezen hányados alapján, az 1. ábra szerint kell képezni az épület öszszesített energetikai jellemzőjének követelményértékét. 3. Ezután el kell végezni a rendeletben foglaltaknak megfelelően az épület összesített energetikai jellemzőjének a számítását. 1. ábra. Lakó- és szállásjellegű épületek összesített energetikai jellemzőjének követelményértéke (nem tartalmaz világítási energiaigényt) [3] 4. Végül pedig a számított jellemző követelményértékhez viszonyított aránya alapján kapja meg az épület a tanúsítvány eredményét, a betűjelet. Látható tehát, hogy az A/V viszony bizonyos esetekben igen komolyan befolyásolhatja a tanúsítvány végeredményét. Modelljeim felállítása során fő szempont volt az összehasonlíthatóság. A családi házas elrendezések mindegyikénél azonos épületszerkezeti és épületgépészeti paramétereket vettem fel, így az eltéréseket csak a geometriai különbségek okozzák. Emellett azonban a realitást is figyelembe vettem, így a társasházak vizsgálata során néhány paraméter megváltoztatása szükségszerű volt. Mivel a hasznos alapterület mind a lakásvásárlásoknál, mind a tanúsítás és az A/V viszony szempontjából meghatározó, így ezt is egységesen 2. ábra. Családiház-modellek vettem fel, a családi házak esetén 200, a társasházak esetén 72 m 2 -es értékkel. Családi házak esetén a 2. ábrán szemléltetett 7 elrendezést vizsgáltam egy-, illetve többszintes esetekben, majd a vizsgálatokat kiegészítettem különböző tetőtér-elrendezések tanulmányozásával. Társasházak esetén tízemeletes, négyemeletes, valamint belvárosi bérház típusú elrendezéseket vizsgáltam, a tanúsítást elvégezve egy emeleti saroklakásra, egy középső szint közepén elhelyezkedő lakásra, valamint az egész épületre. Általánosságban elmondható, hogy az A/V viszony az épület méretének növekedésével csökken, családi házak esetén jellemzően 1 körüli, nagy társasházak esetén pedig gyakran 0,3 alatti, tehát a görbe vízszintes szakaszába eső, 110 kwh/m 2 év követelményértékkel járó érték. Eredmények Az összesített energetikai jellemző egy számított érték, amely azt mutatja meg, hogy az épületnek mekkora a fajlagos primerenergia-igénye. Tehát amelyik esetben nagyobb ez az érték, ott az épület többet fogyaszt, nagyobb költségek várhatók, ennek ellenére számos esetben megfigyelhető, hogy mégis jobb besorolást kap a tanúsítványban, ez a torzulás pedig az A/V viszony alapján képzett követelményértéknek, illetve az ahhoz való arányosításnak az eredménye. Több esetben is megfigyelhető, hogy magasabb összesített energetikai jellemzőjű, tehát nagyobb energiaigényű épület egy vagy akár két kategóriával is jobb besorolást kap. Ezt szemlélteti öt kiragadott példán keresztül a 3. ábra. Érdemes megfigyelni, hogy a kompaktabb geometriájú és kisebb fogyasztású, kétszintes, négyzetes alaprajzú elrendezésnek például 10 kwh/ m 2 évvel kisebb az összesített energetikai jellemzője, mint az egy szintes 28

29 E-NERGIA.HU IFJÚSÁGI GEOTERMIA TAGOZAT Eredeti Módosított A [m 2 ] V [m 3 ] A/V 0,433 0,48 Ep [kwh/m 2 a] 121,67 121,67 Ep,köv [kwh/m 2 a] ,7 C B 1. táblázat. fogyasztása pedig folyamatosan nő. Sőt, a különbségek egy nagyobb társasház esetén ahol az A/V arány már 0,3 alatt van az eredeti esetben, azaz a követelmény az 1. ábra vízszintes szakaszára esik, a módosított modell esetén már a lineárisan növekvő tartományban van még kirívóbbak lehetnek. 3. ábra. Összesített energetikai jellemzők és energiaosztályok kiragadott esetben négyzetes elrendezésnek, ám mégis két kategóriával rosszabb besorolást kap. Ennek az ellentmondásnak pedig az az oka, hogy az egyszintes elrendezés nagyobb tagoltsága miatt nagyobb A/V viszonnyal és így kevésbé szigorú követelményértékkel rendelkezik. A következőkben szeretnék kiragadni két példát a vizsgált társasházi esetek közül, hogy ennek segítségével világítsak rá az A/V viszony torzító hatására. Abból a feltevésből indultam ki, hogy ha két lakás ugyanolyan szerkezeti, épületgépészeti, geometriai tulajdonságokkal rendelkezik, akkor ugyanolyan besorolásúnak is kellene lennie. Viszont a jelenlegi szabályozás szerint előfordulhat az paradoxon, hogy két ugyanolyan lakás más besorolást kaphat, ha más geometriájú épületben helyezkedik el. Ennek szemléltetésére készítettem egy modellt, a négyemeletes panelház módosítását, melynek segítségével már szemléltethetők lesznek a fentiek. A 4. ábrán a négyemeletes panel eredeti modellje látható, pirossal jelezve a vizsgált emeleti saroklakást. Az 5. ábra a módosított modellt mutatja be, itt erkélyek kerültek az épületbe, melyek növelik a hűlő felületet, ugyanakkor csökkentik a fűtött térfogatot, így értelemszerűen az A/V viszonyt szintén növelik. Viszont az erkélyek elhelyezkedése olyan, hogy az általuk vizsgált lakás geometriáját nem változtatja meg. A módosított modell hátoldalán is találhatók erkélyek, melyekből így összesen 8 db került az épületre. Az 1. táblázat az A/V viszony és az Ep,köv alakulását a mutatja be. Látható, hogy a megnövekedett A/V arány hatására a követelményérték is nőtt, ez pedig már épp elegendő ahhoz, hogy az arányosítás után a módosított modellben lévő lakás átkerüljön a B kategóriába. Véleményem szerint itt egy igen nagy ellentmondás figyelhető meg, ugyanis a két lakás minden tulajdonságában megegyezik, pusztán amiatt tér el besorolásuk, hogy más geometriájú épületbe kerültek. Nyilván a modellépület még tovább tördelhető lenne azaz A/V viszonya tovább növelhető, anélkül, hogy az általunk vizsgált lakás módosulna (pl. még több erkély, légaknák stb.), így pedig akár az A kategória is elérhető, annak ellenére, hogy a lakás fogyasztása változatlan, az épület 4. ábra. Eredeti modell (D kategória) 5. ábra. Módosított modell (C kategória) Összefoglalás Dolgozatom során abból az alapfeltevésből indultam ki, hogy az épületek energetikai tanúsításának első számú célja a lakók, vevők tájékoztatása arról, várhatóan miként alakulnak az épülettel kapcsolatos energiaköltségeik. A magyar tanúsítási rendszer és az A/V viszony vizsgálata során összességében arra az eredményre jutottam, hogy a magyar szabványok alapján készült energetikai besorolás nem teljesen felel meg ezen elvárásoknak. A társasházi elrendezések vizsgálata során kitértem a 7/2006., illetve 40/2012. rendeletek közti különbségek taglalására is, miszerint a távfűtéssel ellátott lakások esetében az új rendelet jelentősen lecsökkentette az ún. primerenergia-átalakítási tényező értékét, így gyakran előfordul, hogy ugyanazon lakás tanúsítása során két vagy akár több kategóriával is jobb besorolást eredményez az új rendelet alapján végzett auditálás. Az ilyen és ehhez hasonló problémák kiküszöbölésére véleményem szerint érdemes lenne megfontolni a tanúsítványban a primerenergia-fogyasztáson kívül a végenergia-fogyasztás feltüntetését is német mintára. Mivel a primerenergia-felhasználás inkább nemzetgazdasági szinten fontos, a lakók elsősorban arra kíváncsiak, hogy mennyi lesz a gáz-, villany- vagy bármilyen egyéb energiaszámlájuk, ezt pedig inkább jellemzi a végenergia-felhasználás. Így egy plusz jellemzőt is felvéve a tanúsítványba kikerülhető lenne, hogy az új rendelet miatt sok távfűtéssel ellátott lakás H-ból C-be kerüljön. [4] Az összesített energetikai jellemző A/V arány alapján képzett követelményértékhez való viszonyítása pedig gyakran eltorzítja a képet, ami valószínűleg minden laikus lakásvásárló fejében él arról, hogy minél jobb besorolású épületet vásárol, fajlagosan annál kisebb költségei lesznek. Az A/V viszonyra való fajlagosításnak feltehetően az a célja, hogy összehasonlíthatóvá tegye a családi házak és társasházi lakások tanúsítványát, ám véleményem szerint ezen cél elérése nem feltétlenül szükséges. Megfontolandó lenne külön tanúsítványt és követelményt állítani a két merőben eltérő épülettípushoz. Munkám során a tanúsítvány néhány egyéb hibájára is fény derült, melyek közül tán a legfontosabb, hogy a megrendelő, azaz a lakosság és a kapott szolgáltatás nincs összhangban, ami egyrészt a mérnökök megítélését rontja, másrészt a lakosság folyamatosan formálódó fogyasztási tudata abba a helytelen irányba tart, hogy az energetikai tanúsítványt szükséges rosszként kezelje. Ehhez a tanúsítvány belső ellentmondásai, valamint a végeredmény közérthetetlensége is hozzájárul. A közeljövőben egyébiránt esedékes lesz a rendelet átdolgozása, a követelmények szigorítása. Ha figyelembe vesszük az uniós vállalásainkat, ezek betartása érdekében mindenképp szükségesek további fogyasztáscsökkentő, illetve hatékonyságnövelő intézkedések, szabályozások. Érdemes alapul venni a Nyugat-Európában már jól működő tanúsítási rendszereket, és tartani a lépést a nemzetközi trendekkel. Egy új tanúsítási rendszer kidolgozása nehéz, komoly munkát igénylő feladat, de véleményem szerint érdemes lenne ezt meggondolni, a taglalt ellentmondások feloldásával és közérthető végeredménnyel elérni, hogy az emberek ne csak azért tanúsítsák ingatlanjaikat, mert kötelező, hanem mert jónak, hasznosnak tartják. 29

30 MEGÚJULÓK E-NERGIA.HU Farkas István, Seres István, Kocsány Ivett, Termann Zsolt Fotovillamos napenergia-hasznosító rendszerek telepítési lehetőségei Jelen munka keretében a nagyságrendileg 50 kwp teljesítményű napelemes rendszerek kiépítésének lehetőségeit vizsgáltuk különböző fekvésű és egyéb elrendezési tulajdonságokkal rendelkező épületekhez kapcsolódóan. Az értékelés során a fő szempont a rendszerek optimális üzemviszonyainak kialakítása volt. Ugyanakkor figyelembe vettük a megújuló energiával működő rendszerek oktatási és demonstrációs lehetőségeit, ami nagymértékben hozzájárulhat a környezettudatos szemlélet kialakításához. Tekintettel a jelenlegi energiafelhasználás módjára és mértékére, valamint a fejlődő országok növekvő energiaigényére, a Föld megóvása érdekében olyan természeti erőforrások alkalmazását kell előnyben részesíteni, amelyeknek a környezetre gyakorolt káros hatásuk elenyésző. A nem megújuló, fosszilis energiahordozók káros hatásai mellett meg kell említeni az energiaköltségek drasztikus növekedését is, amely olyan alternatívák kidolgozására adott motivációt, amelyek ezen energiaforrások felhasználásának mérséklését, részbeni kiváltását is biztosítani tudják. A feladatra a megújuló energiaforrások, köztük a napenergia alkalmazása kiváló opciót jelent (Farkas, 2003). Magyarország adottságai a napenergia-hasznosítás szempontjából kedvezők, az évi napsütéses órák száma , a beeső napsugárzás éves összege átlagosan 1300 kwh/m 2. Az érkező napsugárzás szempontjából a legjobb helyzetű az Alföld középső és déli része. Az ország földrajzi helyzetéből adódóan azonban jelentős különbség van a téli és a nyári napsugárzási adatok között, ezért a Nap energiája a téli idényben csak korlátozottan használható fel, és a berendezéseknek fagy esetén is működőképeseknek kell lenniük. Az utóbbi néhány évben a fototermikus (napkollektoros) alkalmazások mellett jelentősen megnőtt a fotovillamos (napelemes) rendszerek jelentősége, ez köszönhető a napelemek hatásfokának némi növekedésének, de döntően a beruházási költségeik drasztikus csökkenésének. A fotovillamos rendszerek szabad területeken telepítve erőművi alkalmazásokat szolgálnak, épületek tetőfelületére szerelve vagy homlokzatába integrálva helyi energiaellátásra alkalmazhatók (autonóm vagy 1. ábra. Napelemes rendszer elvi folyamatábrája hálózatra kapcsolt üzemmódban). Hazánkban a technikailag kedvezően beépíthető felület 4051,48 km 2 (beleértve a vasutak és autópályák mentén létesítésre felhasználható területeket is). Figyelembe véve a felületek dőlésszög-megoszlását, valamint a napelemek hatásfokát, a teljes fotovillamos energetikai potenciál 1749 PJ/év (Pálfy, 2004). Az energiamegtakarítás mellett elért környezetszennyezés-csökkenés a másik nagy előnye a napenergiával működő rendszereknek. A napelemek által megtermelt 1 kwh villamos energiával megtakarítható szén-dioxid-kibocsátás értéke 0,82 kg. A Szent István Egyetem, Környezetipari Rendszerek Intézet, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék (SZIE KÖRI FIZT) gondozásában a gödöllői kampuszon 1995-ben épült meg az első fotovillamos berendezés. Azt követően is számos fejlesztés történt ezen a területen, amelyek közül a legjelentősebb a 2005-ben átadott, 10 kw p teljesítményű napelemes erőmű volt (Farkas, Seres, 2010). A jelenlegi megvalósíthatósági tanulmány célja, hogy feltérképezze további, nagyságrendileg 50 kw p teljesítményű napelemes rendszerek kiépítésének lehetőségeit az egyetem területén (Farkas és tsai, 2013). A kialakítandó napelemes rendszerek A napelemes rendszerek telepíthetőségi vizsgálatai során négy, erre a célra megfelelő helyszínt vettünk számításba, ezek sorrendben a következők: Géplabor, G-Kollégium, Tudástranszfer Központ és az Aula épülete. A kiválasztott helyszínek több szempontból is ideálisnak tűnnek különböző fotovillamos technológiákkal működő energiaellátási rendszerek kiépítéséhez. Ennek megfelelően elemeztük az egyes épületek napelemek elhelyezésére szóba jövő tetőfelületeinek elhelyezkedését, tájolását. Ugyanakkor előzetes vizsgálatokat végeztünk ez egyes helyszínekre telepíthető rendszerek főbb műszaki jellemzőit illetően. Az energetikai számításokhoz a PVGIS (PVGIS) internetes szimulációs programot (2013), a fotovillamos rendszerek ismertetéséhez pedig az NVS (2008) tematikát használtuk fel. A tervezett fotovillamos rendszerek elvi folyamatábrája az 1. ábrán látható. Ez vonatkozik az összes helyszínre. Géplabor A géplaborok tetejére tervezett napelemes rendszert elsősorban kialakítása és tájolása miatt vettük az első helyre. Az előzetes tervezési feltételek alapján ez az egyik legalkalmasabb helyszín a fotovillamos létesítmény telepítésére. A tetőszerkezet több, egymás után elhelyezett, a vízszinttel kb. 26 -os dőlésszöget bezáró kiemelkedő emelvénye került kialakításra, így a rendszer a függőleges világítóablakok feletti ferde tetőszakaszra telepíthető (2. ábra). A ferde tetőszakaszok a déli irányhoz képest 10 fokkal kelet felé néznek. Az északi laborépületen 6 db 20 méter széles, a déli épületen 7 db 14 méter széles tetőszakasz áll rendelkezésre. Mindkét épületnél az utolsó, déli tetőszakasz előtt fák árnyékolják a felületek jelentős részét. Az 30

31 E-NERGIA.HU MEGÚJULÓK GEOTERMIA 2. ábra. Géplabor, fénykép a tetőről 3. ábra. SZIE G-Kollégium utcafronti képe egymás mögötti elhelyezés miatt, a saját árnyékhatások kiküszöbölése érdekében a 6 m magas szakaszoknak csak a felső 1/3-a ad optimális energiatermelést. A napelemek biztonságos rögzítése és a szélterhelés csökkentése érdekében a tető széleitől minimálisan 0,5 m védőtávolságot kell tartani. A fenti feltételeknek megfelelően a szabad tetőfelületek nagyságát az 1. táblázat foglalja össze. A Géplabor PV-s rendszerének fő elemei a következők: 168 db 265 Wp/db kristályos napelemmodul, összesen 44,52 kw p teljesítménnyel (90 db az északi épületre, 78 db a déli épületre kerül), 1 db Growatt és 1 db Growatt napelemes inverter (északi épület), 2 db Growatt napelemes inverter (déli épület), ferde tetőszakaszra illesztett alumínium és rozsdamentes acél tartószerkezet, DC és AC kábelek, túlfeszültség- és túláramvédelmi készülékek, ad-vesz mérő (ELMŰ), webbox (internetes elérés biztosítása) és adatgyűjtő. A napelemes rendszer önálló egységet alkot, saját energia-mérőponttal rendelkezik, a villamos hálózatra táplálja vissza a megtermelt energiát. Ez egyébként az összes helyszínre igaz. A PVGIS (PVGIS) internetes szimulációs programmal végzett számítások alapján a várható fajlagos energiatermelés 1110 kwh/kw p. A rendszer becsült teljes költsége 39,56 millió Ft, ami magában foglalja a felsorolt rendszerelemeket, a rendszertelepítés díját, valamint a hálózatra csatlakozás engedélyeztetési költségét is (Farkas és tsai, 2013). G-kollégium A SZIE kollégiumi épületegyütteséből az Állomás téren elhelyezett, G-kollégiumnak nevezett létesítményre tervezett napelemes rendszer fotója a 3. ábrán látható. Az épületnek van egy négyemeletes főépületi (D1) és egy kétszintes (D2) része. A D1 tető felületei kelet-nyugati tájolásúak. A D2 tető a főépület felé lejt, így tájolása észak és nyugat. A D2 tető nyugati részét a főépület délután már beárnyékolja. Mindkét épület tetőszerkezete os hajlásszögű, trapézhullámlemez fedésű. A tetőfelületeket vizsgálva PVGIS szimulációt végeztünk a várható energiatermelés megállapítására. Ennek eredményét a 2. táblázat tartalmazza. Az eredményeket értékelve látható, hogy a legnagyobb energiatermelést a D2 nyugat tető produkálja, ugyanakkor ezt a tetőt árnyékolja be a főépület a délutáni óráktól kezdődően. A D2 másik (északi) tetőfelülete produkálja a legkisebb termelést. A D1 épület mindkét tetőfelülete viszonylag kedvező eredményeket ad, annak ellenére, hogy nem ideális a tető iránya. A kihasználható termelés a közel lapos felületből adódik. Felmerült még a D1 épület déli függőleges homlokzatának beborítása napelemekkel. Azonban a helyszínt megtekintve a függőlegesen egymás felett elhelyezkedő folyosók végén lévő ablakok és a fal mellett elhelyezett kémény korlátozza a lehetőségeket. A rendelkezésre álló kis felület és a kedvezőtlen dőlésszög miatt ettől a lehetőségtől eltekintettünk. A fentieket összefoglalva az épület D1 tetőfelületének mindkét oldala (kelet és nyugat) alkalmas a napelemek elhelyezésére. A G-kollégiumi PV-s rendszer fő elemei a következők: D1 épület esetében: 138 db 240 Wp/db monokristályos napelemmodul (69 db a keleti és 69 a nyugati tetőre kerül), valamint a D2 épület esetében: 62 db 240 Wp/db monokristályos napelemmodul, összesen 48 kwp teljesítménnyel, 2 db és 1db Growatt napelemes inverter, ferde tetőszakaszra illesztett alumínium és rozsdamentes acél tartószerkezet, DC és AC kábelek, túlfeszültség- és túláramvédelmi készülékek, ad-vesz mérő, webbox (internetes elérés biztosítása) és adatgyűjtő. A rendszer becsült teljes költsége 32,69 millió Ft. 2. táblázat. A G-Kollégium tetőfelületének jellemzői 1. táblázat. Gépműhely napelemek telepítésére alkalmas tetőfelületei Megnevezés Alkalmas tető Alkalmas tető Összfelület darabszáma mérete Északi épület 5 db 19 2 m 190 m 2 Déli épület 6 db 13 2 m 156 m 2 Összesen 346 m 2 Megnevezés Tető iránya (délhez képest) Tető dőlésszöge Fajlagos energiatermelés Felület D1 kelet kwh/kwp 150 m 2 D1 nyugat kwh/kwp 150 m 2 D2 észak kwh/kwp 180 m 2 D2 nyugat kwh/kwp 220 m 2 31

32 MEGÚJULÓK E-NERGIA.HU 4. ábra. SZIE Tudástranszfer Központ épülete 5. ábra. A beépítésre alkalmas tetőfelület Tudástranszfer Központ Ebben a pontban a SZIE Gépészmérnöki Kar Tudástranszfer Központ (TK) épületének napelemes lehetőségeit és megoldásait részletezzük. Az épület 2012 májusában került átadásra (4. ábra). A létesítmény 7755 m 2 alapterületű, a tető hozzávetőlegesen 3200 m 2. A teljes tetőfelületből levonásra kerülnek a tetőkibúvó, a tetőnyílások, a hőszivattyú berendezés, illetve napkollektorok által elfoglalt és leárnyékolt területek. Ezek figyelembevételével a fotovillamos modulok számára hozzávetőlegesen 3000 m 2 felület áll rendelkezésre (5. ábra). A fejlesztés során az épületre való szintráépítés mellett az épület teljes gépészeti és villamos hálózatának korszerűsítésére is sor került. Az elkészült létesítmény könnyűszerkezetes tetővel lett ellátva. A létesítmény adottságai megfelelők a fotovillamos modulokkal való energiatermelésre. Olyan, a telepítésre alkalmas tetőrész, amely az épületet körbeölelő terepakadályok, valamint a környező épületek által árnyékolt sávon kívül helyezkedik el, egyedül az épület tetején található. A hasznosítható tetőfelület elég nagy ahhoz, hogy a kívánt méretű fotovillamos rendszer moduljai az ideális os dőlésszögbe kerüljenek. Az áramszolgáltató (ELMŰ) az inverter teljesítményét maximálja 50 kw-ban. Mivel az inverterek DC (napelem felőli) oldalát a gyári ajánlás szerint túl kell méretezni, így lehetőség adódik 50 kw p napelemteljesítménynél nagyobb rendszer kiépítésére. A telepítés, illetve a tartószerkezet költségtervezése szempontjából fontos tudni, hogy bár az épület lapostetős, a tetőszerkezet műanyagborítású, garanciális, nem (pontosabban csak bizonyos megerősített pontokban) terhelhető, emiatt a tartószerkezetet a tető két szélén kialakított tartópontokhoz erősített acélgerendákra lehet megépíteni. A gerendák rögzítésére alkalmas pontok rendelkezésre állnak. A Tudástranszfer Központ PV-s rendszerének fő elemei a következők: 200 db 265 Wp/db kristályos napelemmodul, összesen 53 kw p teljesítménnyel, 2 db Growatt és 1 db Growatt napelemes inverter, lapos tetőfelületre illesztett acél átfedéssel készült, adott rögzítési pontokhoz kapcsolódó napelemes tartószerkezet, DC és AC kábelek, túlfeszültség- és túláramvédelmi készülékek, ad-vesz mérő (ELMŰ), webbox (internetes elérés biztosítása) és adatgyűjtő. A rendszer várható fajlagos energiatermelése PVGIS szimuláció alapján 1200 kwh/kwp. A rendszer becsült teljes költsége 64,53 millió Ft. Aula Az egyetem Aulaépületének napelemes tervezete többféle kivitelezési opciót is lehetővé tesz, de elsősorban az épület déli és nyugati oldala jön szóba erre a célra. A 6. ábrán szemből nézve látható a főbejárati oldal nyugati és az épület déli fekvésű jobb oldala. A lehetséges napelem-elhelyezési megoldások a következők. a) Átlátszó üvegfelületek cseréje vékonyfilmes átlátszó napelemekre. Mind a nyugati, mind a déli homlokzaton az üvegfelületek helyére napelemeket lehet elhelyezni. A vékonyfilmes napelemek a beérkező fény 70-80%-át átengedik, a kilátást nem akadályozzák. Látványra, fóliázott üvegfelületként jelennek meg. Létezik többrétegű, hőszigetelt változat is, amely a jelen kor követelményeinek megfelel. A funkcionalitás mellett természetesen villamos energiát állít elő az üvegfelület. Megvalósítás tekintetében vagy az igényeknek megfelelő méretű napelemeket lehet gyártani, vagy az épület üvegezését kell a piacon kapható változatok méretéhez igazítani. Sajnos az épület viszonylag kis felülete nem teszi gazdaságossá egyedi méretű napelemek gyártását. A piacon 600 mm szélességű modulok kaphatók, ami szintén nem illeszkedik megfelelően a jelenlegi üvegfelületekhez. Az ablakok teljes átméretezése a szobák adottságai miatt szintén nem lehetséges, így elmondható, hogy az átlátszó üvegfelületek cseréje nem gazdaságos, gyakorlatilag kivitelezhetetlen megoldás. b) Zöld designelem elé elhelyezett, zöld színű napelemek. A napelemes piacon már kaphatók olyan kristályos napelemek, ahol a modult felépítő cellák a felhasználó igényének megfelelően színezhetők. Jelen esetben az épület zöld designeleme előtt, az épület burkolatához rögzítve elhelyezhetők ilyen 6. ábra. SZIE Aula épület 32

33 E-NERGIA.HU MEGÚJULÓK GEOTERMIA igényekre gyártott napelemek. Ráadásul a kívánt szín kapható a piacon, nem szükséges egyedileg gyártani ilyen terméket. Meg kell azonban jegyezni, hogy a színes napelemek ára többszöröse a hagyományos kristályos napelemekének. Ezzel a megvalósítással elérjük, hogy az épület külső megjelenése minimálisan változik csak, ezen felül energiát termel a burkolat. c) Szobák feletti lapostetőn elhelyezett napelemek kis dőlésszögű kiemeléssel. Mind a nyugati, mind a déli oldalon a szobák feletti lapostető beborítható napelemekkel. A megfelelő energiatermelés miatt ezeket a modulokat a tetősíkból minimum 10 fokos szögben ki kell emelni, ezáltal közel öntisztulóvá is válik a szerkezet. A napelemek rögzítése a tetőszerkezet megbontása helyett súlyterheléssel történik. Az elhelyezés a talajszintről láthatatlan marad a kis dőlésszög miatt, ugyanakkor minimális súlyozást igényel, mert nincs nagy felülete, ami nagy szélterhelést jelentene. Egymás mögött több sor is elhelyezhető, továbbá a nyugati oldalra is kerülhetnek dél felé néző modulok, amelyek az energiatermelést kedvezően befolyásolják. A 3. táblázat a lehetséges elhelyezések jellemzőit tartalmazza. A b) változat déli oldalán csak a legfelső emelet zöld sávja hasznosítható, mert az alsóbb emeleteket az aula melletti előadók beárnyékolják. Ugyanakkor mindkét oldal energiatermelése alacsony, így elsősorban a design miatt célszerű megvalósítani. A c) változatoknál a napelemek mindkét esetben dél felé néznek, dőlésszögük a kiemelés mértéke. Az árnyékhatás nélküli fajlagos energiatermelésük megegyezik, de a nyugati oldalt a keleti és a déli nap elől az aula központi tere felett emelkedő, egy szinttel magasabb lapostető részben beárnyékolja. Az Aula PV-s rendszerének fő elemei a következők: 110 db 265 Wp/db kristályos napelemmodul, összesen 29,15 kwp teljesítménnyel (lapostetőre), 78 db zöld színű, 250 Wp/db kristályos napelemmodul, összesen 19,5 kwp teljesítménnyel (függőleges zöld felületek elé), 1 db Growatt és 2 db Growatt 4400 napelemes inverter (kristályos napelemek), 1 db Growatt és 1 db Growatt 4400 napelemes inverter (zöld napelemek), függőleges falra illesztett alumínium és rozsdamentes acél tartószerkezet, lapostetőre illesztett alumínium és rozsdamentes acél tartószerkezet, DC és AC kábelek, túlfeszültség- és túláramvédelmi készülékek, ad-vesz mérő (ELMŰ), webbox (internetes elérés biztosítása) és adatgyűjtő. A rendszer becsült teljes költsége 79,82 millió Ft. A napelemes rendszer karbantartása és tisztítása A modulok tisztítása általában abban az esetben nem szükséges, amennyiben azok dőlésszöge nagyobb, mint 15, ugyanis az eső által öntisztítók. Erős szennyeződés esetén tisztítószermentes víz, slag és puha szivacs használata javasolt. A szárazon eltávolított szennyeződés mikro-karcolásokat okozhat a 3. táblázat. Az Aulaépület napelem-elhelyezésének adatai Megnevezés Irány Dőlésszög Fajlagos Felület (délhez képest) energiatermelés b) Nyugat (főbejárat) kwh/kwp 105 m 2 b) Dél (jobb oldal) kwh/kwp 30 m 2 c) Nyugat (bejárat lapostető) kwh/kwp 100 m 2 c) Dél (jobb oldal lapostető) kwh/kwp 180 m 2 felületen, mely a PV modulok állapotát jelentősen befolyásolja. A létesítmény félévenkénti ellenőrzése javasolt. A fotovillamos rendszerekkel kapcsolatosan az európai tapasztalatok alapján az alábbiakban összefoglalt üzemeltetési tevékenységeket kell elvégezni: modulok felületének rendszeres tisztítása a ráülepedett por és egyéb szennyeződések eltávolítása érdekében, villamos csatlakozási pontok évenkénti felülvizsgálata, inverter néhány évenkénti belső tisztítása, mozgó alkatrészek (hűtőventilátorok) üzemének ellenőrzése, védelmi berendezések funkcionális ellenőrzése, minden kötőelem szoros, korróziómentes állapotának ellenőrzése, valamennyi kábel és csatlakozó tiszta és korróziómentes állapotának ellenőrzése, kábelek sérülésmentes állapotának ellenőrzése, a földelési összekötések hibátlan meglétének ellenőrzése. A napelemes rendszerek és naperőművek általában minimális karbantartást igényelnek, de a megelőző tevékenységek rendszeres elvégzése és a légkörből lerakódó szennyeződések vagy szilárd csapadék szükség szerinti eltávolítása növeli a rendszer működésének biztonságát, és biztosítja a villamos energiatermelés magas szinten tartását. Következtetések A jelenlegi megvalósíthatósági tanulmányban megvizsgáltuk a nagyságrendileg 50 kw p teljesítményű napelemes rendszerek kiépítésének lehetőségeit a Szent István Egyetemen. A tervezett megvalósulási helyszínek sorrendben a Géplabor épülete, a G-kollégium, a Tudástranszfer Központ és az egyetem Aulája. A kiválasztott sorrendben az épületek fekvése, kialakítása és a rendszer optimális elhelyezése volt a fő szempont. Az elvégzett energetikai számításokhoz a PVGIS (PVGIS) internetes szimulációs programot használtuk fel. Ez lehetőséget ad az egyes alternatívák műszaki paramétereinek és energetikai megítélésének elbírálására. Sor került az egyes részrendszerek várható telepítési költségeinek becslésére is. A napelemes rendszerek minimális karbantartást igényelnek, de a rendszeres ellenőrzés és megelőző tevékenységek elengedhetetlenek. A megújuló energiával működő rendszer a gazdasági és esztétikai szempontokon túl oktatási és demonstrációs lehetőségekkel is szolgál, továbbá a környezettudatos szemlélet kialakulását segíti elő a fiatal generáció számára. Köszönetnyilvánítás A kutatást az OTKA K pályázat támogatta. Irodalom: [1] Farkas I.: Napenergia a mezőgazdaságban, Mezőgazda a Kiadó, Budapest, [2] Farkas I., Seres I.: 10 kwp teljesítményű fotovillamos rendszer a Szent István Egyetemen, Magyar Energetika, XVII. évf., 3. sz., május-június, o. [3] Farkas I., Seres I., Kocsány I., Termann Zs.: Fotovillamos napenergia hasznosítás lehetőségei a Szent István Egyetemen, Megvalósíthatósági Tanulmány, SZIE Fizika és Folyamatirányítási Tanszék, No. 47, Gödöllő, július [4] Fotovillamos rendszer ismertetése, NVS Team Bt, Vác, [5] Photovoltaic Geographical Information System - Interactive Maps, Letöltve: [6] Pálfy M.: Magyarország szoláris fotovillamos energetikai potenciálja, Energiagazdálkodás, 45. évf., 6. sz., 2004, o. 33

34 MEGÚJULÓK E-NERGIA.HU Takács János, Bukoviansky Marek, Jurka Pavol A galántai geotermikus energiarendszer elemzése A nagyszombati (Trnava) közigazgatási egységhez tartozó Galánta (Galanta) városában két termelő kút található. A kutakat 1983-ban és 1984-ben fúrták. Távolságuk kb m, a termálvizet a kutakból a hőközpontba előszigetelt csővezetéken keresztül szállítják. A két termelő kút összes vízhozama eredetileg m 0 = 50 l/s, és a kútfejen a termálvíz hőmérséklete t 0 = 78 C. A kitermelt hőmennyiség 1236 lakás, a hozzá tartozó járulékos objektumok (északi lakótelep) és a helyi kórház hőszolgáltatását biztosítja ban Szlovákiában az első 8 MWt hőteljesítményű geotermikus hőközpont itt került üzembe. Az FGG-3 termelő kút a 4. ábrán látható. A kúton egy 27 kw-os villanymotor frekvenciaváltóval van ellátva, így annyi termálvíz kerül kitermelésre, amennyire éppen szükség van. A termelő kutakba búvárszivattyúkat építettek kb. 100 m mélységben. Amennyiben a napi környezeti levegő átlaghőmérséklet Θ e = -4 C alá süllyed, a hiányzó hőteljesítményt földgáztüzelésű csúcskazánok biztosítják [4, 5]. A kazántelepen eredetileg négy PGV 2500 kw kazán volt (összteljesítmény kw). Két kazán helyébe új kazánokat építettek 3600 kw értékben, ezzel az összteljesítmény kw-ra növekedett. A galántai nyitott geotermikus energiarendszer (a termálvíz kitermelésétől a fogyasztókig való) vezérlését számítógépes rendszer biztosítja, amely a termálvíz-kivétel és a hőellátó rendszer összes adatát figyeli és tárolja. A termálvíz a termelő kutakból a hőközpontba kerül, ahol először a HX-1, majd a HX-2 és HX-3 lemezes hőcserélőkbe jut, utána a használati vizet melegíti a HX-5 lemezes hőcserélőben. Az így lehűtött csurgalék-termálvíz folytatja útját a Galandia termálfürdőbe, ahol medencéket töltenek vele, illetve hőszivattyúk segítségével lehűtik C fokra, majd egy 6 km-es csővezetéken keresztül a Vág folyóba vezetik. A hőközpont szekundér oldaláról a következő fogyasztókat, illetve fogyasztói rendszereket látják el: HX-1 lemezes hőcserélő. Erre a hőcserélőre a kórház meleg vizes fűtőrendszerét kapcsolták, amelyet 90/70 C hőmérsékletlépcsőre méretezték. A munkaközeg keringtetését két keringtető szivattyú biztosítja. Jelenleg a PU-1 szivattyú üzemel, a másik szivattyú 100% tartalékot jelent. A lemezes hőcserélő teljesítménye Q HX-1 = 2800 kw. Szükség esetén a csúcs-kazántelep besegít a CV-1 szerelvény nyitásával (jelenleg zárva van). HX-2 lemezes hőcserélő. Erre a hőcserélőre az északi lakótelep meleg vizes fűtőrendszerét kapcsolták, amelyet 77/52 C hőmérsékletlépcsőre méreteztek. A munkaközeg keringtetését egy iker keringtető szivattyú biztosítja, amely nem szerepel a vázlaton. A hőcserélő teljesítménye Q HX-2 = 4000 kw (ez a hőcserélő a legnagyobb). Szükség esetén a csúcs-kazántelep besegít a CV-5 szerelvény nyitásával (jelenleg zárva van). Ebből a rendszerből 1236 lakás, az idősek otthona, az alapiskola és több középület kerül ellátásra. HX-3 lemezes hőcserélő. Erre a hőcserélőre kórház meleg vizes nagyfelületű mennyezeti fűtőrendszerét kapcsolták, amelyet 52/42 C hőmérsékletlépcsőre méreteztek. A hőcserélő teljesítménye Q HX-3 = 2300 kw. A munkaközeg keringtetését három keringető szivattyú biztosítja. Jelenleg a PU-3 van üzembe, a többi szivattyú 100% tartalékot jelent. Szükség esetén a csúcskazántelep besegít a CV-7 szerelvény nyitásával (jelenleg zárva van). HX-5 és HX-4. Ezeknek a lemezes hőcserélőknek a feladata a használati meleg víz előállítása az északi lakótelep, illetve a többi épület számára (alapiskola, idősek otthona és a többi középület). A folyamat két lépcsőben történik. a) HX-5 előmelegítés. A hőcserélő teljesítménye Q HX-5 = 810 kw. A primer oldalt a lehűtött termálvíz képviseli, amely a HX-3 lemezes hőcserélőből távozik. A csurgalékvizet le kell hűteni C-ra. Sajnos ez nem mindig sikerül. A szekunder oldalon a hideg víz előmelegítése folyik C-ról C ra. b) HX-4 utánfűtés. A hőcserélő teljesítménye Q HX-4 = 1551 kw. A primer oldalon a kutakból jövő 78 C-os termálvizet hasznosítják. A használati meleg víz cirkulációját a PU-6 és PU-710 keringtető szivattyúk biztosítják. Jelenleg a PU-6 van üzemben. A csúcsigény kielégítésénél szükséges a nagyobb térfogatáram, amelyet a PU-8, PU-9 és PU-10 biztosítanak. Jelen esetben nem volt szükség a bevetésükre. 1. ábra. A galántai FGG-3 termelőkút 2. ábra. A galántai csúcskazántelep 2 x PGV 2,5 MW és Viessmann 3,6 MW 34

35 E-NERGIA.HU MEGÚJULÓK GEOTERMIA Év GE 89,4 95,2 94,4 94,6 91,8 95,7 88,8 95,4 94,1 92,8 96,7 96,9 94,7 90,3 92,3 93,2 CSK 10,6 4,8 5,6 5,4 8,2 4,3 11,2 4,6 5,9 7,2 3,3 3,1 5,3 9,7 7,7 6,8 2. táblázat. A galántai energetikai rendszer erőforrás-elosztása Kutak jelemzői FGG-2 FGG-3 Kutak létrehozása Mélység (m) Nyitott réteg (m) Csővezetékek mérete (0-300) (mm) 245/95/8 245/95/8 Termálvíz hőmérséklete a kútfejen ( C) 78 C 77 C Vízáram szabad folyással (l/s) kb. 25,0 kb. 25,0 Hosszútávú kitermelés (30 év) (l/s) 22,0-23,0 19,0-20,0 Hasznosítható energia* (MWt) Javasolt kitermelés (l/s) 15,8 18,3 * A termálvíz energetikai lehűlése + 25 C. 1. táblázat. A termálkutak főbb jellemzői Az energiahasznosítás mérlege A galántai nyitott geotermális energiarendszerben domináns szerepet játszik a geotermikus energia. A csúcskazán csak szükség esetén kerül alkalmazásra, illetve ha a környezeti hőmérséklet -2 C fok alá süllyed ban helyezték üzembe a Galandia termálfürdőt, ahol az energetikailag hasznosított csurgalék-termálvizet a medencék töltésére, illetve a medencék vizének előmelegítésére továbbhasznosítják. Ezen túl a medencék elfolyó vizeit és a termálvizet hőszivattyúkkal tovább hűtik, így hozzájárulnak a geotermikus energia hatékonyabb hasznosításához. Zárszó Szlovákiában a termálvíz hasznosítása jelentős hagyományokkal rendelkezik. Legnagyobb arányú a termálfürdőkben és a mezőgazdaságban való hasznosítás; de számottevő a kommunális fűtési és technológiai felhasználás is. A geotermikus hőtermelés már ma is, különösen nagy üzemeknél és megfelelő fogyasztóknál, a hagyományos hőtermeléssel gazdaságosan versenyezhet. A geotermikus energiának az a nagy előnye, hogy mivel hazai energiaforrás, optimális hasznosítással nagymennyiségű földgázt és kőolajat válthat ki, amit csak importból lehet beszerezni. A geotermikus energiahasznosítás kíméli a környezetet, tudatosan nem bocsát ki CO 2 -t, illetve egyéb káros gázokat. Sőt, ha a termálvíz nagyobb mennyiségű földgázt (metánt) tartalmaz, az is kitermelhető, és gázkazánokban hasznosítható. A galántai példa Szlovákiában egyedülálló. 4. ábra. A galántai hőcserélő állomás GE Gáz ábra. A galántai energetikai rendszer erőforrás-elosztása 3. ábra. A galántai nyitott geotermális rendszer kapcsolási vázlata 6. ábra. A Galandia termálfürdő A cikk a VEGA 1/1052/11 számú kutatási projekt munkálatai során, annak támogatásával került kidolgozásra. Irodalom [1] PETRÁŠ, D. a kol.: Nízkoteplotné vykurovanie a obnoviteľné zdroje energie (Alacsony hőmérsékletű fűtések és a megújuló energiaforrások), Jaga 2001, Bratislava, 271 oldal. [2] KONTRA, J: Hévízhasznosítás, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2004 [3] Petráš, D., Lulkovičová, O., Takács, J, Füri, B.: Obnoviteľné zdroje energie pre nízkoteplotné systémy. Bratislava: Jaga Group, 2009, s ISBN [4] FÜRI, B.: Využitie energie prostredia tepelnými čerpadlami, Edícia vedeckých prác Stavebná fakulta STU v Bratislave 2010, zošit č. 92, ISBN , str

36 FOSSZILIS E-NERGIA.HU Chován Péter, Tihanyi László Beépített biztonság a gázszállító csővezetékeknél A nagynyomású gázszállító csővezetékeknek szabványokban és jogszabályokban megadott tervezési, továbbá a létesítés során előírt ellenőrzési és minőségbiztosítási szabályok alapvetően befolyásolják, hogy a létesítmény milyen mértékig felel meg egy közüzemi infrastruktúrával szemben támasztott biztonsági követelményeknek. A gázszállító csővezetékek a vezetékes földgázellátó infrastruktúra részei, amelyek alapvető szerepet játszanak egy adott ország energiaellátásában. A szerzők összefoglalják, hogy az elmúlt évtizedekben hogyan szigorodtak a műszaki-biztonsági előírások, és számszerűen is bemutatják, hogy milyen mértékű beépített biztonsággal rendelkezik egy-egy új csőtávvezeték az üzembeállítás időpontjában. Nemzetközi összehasonlítás keretében rámutatnak a magyar műszaki-biztonsági előírások sajátosságaira. Mérföldkövek a biztonságos gázszállító rendszerek felé vezető úton Visszatekintve az elmúlt évtizedekre, hangsúlyozni kell, hogy napjainkban a csőtávvezetékes szállítási tevékenységnek sokkal kisebb a kockázata, mint a közúti vagy a vasúti szállításé. Ez annak köszönhető, hogy a 20. sz. elejétől jól nyomon követhetők a tervezési és minőségbiztosítási szabályok, továbbá a jogszabályok szigorodása. Az elmúlt évtizedekben az előzőekkel párhuzamosan egyre korszerűbb és fejlettebb technológiák alkalmazására került sor, aminek eredményeképpen hatékonyabbá, gazdaságosabbá és biztonságosabbá váltak a csőtávvezetékes szállító rendszerek. A fejlődés mérföldköveit Kiefner és Rosenfeld nyomán foglaljuk öszsze (Kiefner et al., 2001, Rosenfeld et al., 2013, Csete, 1980). A fejlődés egyes állomásait vizsgálva hangsúlyozni kell, hogy a 20. sz. első felében elsősorban az USA-ban épültek csőtávvezetékek kőolaj és földgáz szállítására. Az európai országokban az 1960-as években indult el a fejlődés ezen a területen. A 20. sz. első évtizedében az alkalmazott csőgyártási technológia legfeljebb DN400 névleges átmérőjű acélcsövek gyártását tette lehetővé. Hegesztésekre az acetilén-gázos lánghegesztést alkalmazták, az évtized végén pedig az ívhegesztés is megjelent. A vezetékcsövekhez a Bessemer-eljárással készült acélt használták. Az 1920-as években a kereskedelmi forgalomban megjelentek a DN600-as méretű vezetékcsövek, és a csőgyártás, továbbá a vezetéképítés során egyre szélesebb körben alkalmazták az elektromos ívhegesztést ban jelent meg először az API Standard 5L csővezeték-szabvány, amely a szakterület fejlődésének és a szabványosításnak fontos állomása volt. Az 1930-as években egyre több és egyre hosszabb távvezetékek épültek. Fontos állomás volt a csőtávvezetékek tervezési és műszaki-biztonsági előírásait összefoglaló B31-es előírás megjelenése az USA-ban. Az 1935-ben megjelent B31.1 tervezési útmutatóban a műszakibiztonsági követelményeket már területi kategóriához kötötték. Ez az útmutató azonban csak két területi kategóriát különböztetett meg: üzemi vagy települési belterületet, illetve a külterületet. Az 1955-ben megjelent B31.8 szabvány már négy területi kategóriát definiált, ezekhez eltérő nagyságú tervezési tényezőt és próbanyomás-értéket rendelt. A jelenleg érvényes B31.8 szabvány is négy területi kategóriát különböztet meg. A vezető ipari országokban a mai napig a területi kategóriákhoz kapcsolt, átlátható kritériumrendszerre épülnek az acél csőtávvezetékek tervezésére és kockázati szintjének értékelésére vonatkozó műszaki-biztonsági előírások. A megépített csővezetékek szilárdsági ellenőrzésére már 1869 óta alkalmazták a vízzel végzett nyomáspróbát ben az API Standard 5L csőgyártási szabvány módosított kiadásában előírták, hogy a nyomáspróba során a cső falában ébredő feszültség az acél folyáshatárának legalább a 60, legfeljebb a 80%-át érje el. A második világháborút követően egyre jobb minőségű acélcsövek jelentek meg a kereskedelmi forgalomban, 1948-ban az X42-es, 1953-ban az X46-os és az X52-es, 1966-ban az X60-as, 1967-ben az X65-ös, 1973-ban az X70-es, ben pedig az X80-as minőségűek. Napjainkban az X120 anyagminőségű, nagy szilárdságú acélcsövek is elérhetővé váltak. Az egyre nagyobb szilárdságú vezetékcsövek megjelenését az acélgyártási technológia során végbement fejlődés tette lehetővé. Fontos megjegyezni, hogy már 1956-tól a csőgyártásban a csőszakaszok szilárdsági ellenőrzését a folyáshatár 90%-án végezték ben új korszakot nyitott a csőtávvezetékek üzem közbeni ellenőrzésében az intelligens görények alkalmazása. Ezek az eszközök alkalmasak voltak üzem közben a csőtávvezetékek falvastagságának a mérésére, pontról pontra a távvezetékek teljes hossza mentén. Ezeknek az eszközöknek a folyamatos fejlesztése azt eredményezte, hogy napjainkban egyre több és egyre megbízhatóbb információt lehet gyűjteni az üzemelő csőtávvezetékek falvastagságának változásáról, és egyre megbízhatóbb becsléseket lehet végezni a falvastagság csökkenéséből eredő kockázatok mértékére vonatkozóan. A csőtávvezetékek tervezett élettartama az adott kor technológiai fejlettségétől és műszaki biztonsági előírásaitól függően változott. Míg a 70-es években a tervezett élettartam 30 év volt, addig a napjainkban üzembe állított vezetékek esetében ez már elérheti a 80 évet is. Az előzőkből látható, hogy részben a technológiai fejlődés, részben pedig a műszaki-biztonsági előírások szigorodása miatt az új csőtávvezetékek üzembeállításuk időpontjában egyre kisebb számszerűsíthető kockázatot jelentettek a környezetre nézve. Ugyanakkor azt is hangsúlyozni kell, hogy a gázszállító rendszer részeként minden országban üzemelnek idős távvezetékek is, amelyek a létesítésükkor érvényes, kevésbé szigorú szabályoknak felelnek meg, és üzemelnek a közelmúltban létesített, szigorúbb minőségi követelményeket kielégítő távvezetékek is. Az előzők szerinti különbözőséget a karbantartási stratégia kialakításakor indokolt figyelembe venni. A műszaki-biztonsági szabályozás területén az ASME (The American Society of Mechanical Engineers) úttörő szerepét indokolt kiemel- 36

37 E-NERGIA.HU GEOTERMIA FOSSZILIS ni. Napjainkban a gáztávvezetékek műszaki-biztonsági előírásairól és tervezési szabályairól nem lehet az ASME B31.8 említése nélkül beszélni. Az 1960-as években az európai földgáziparban bekövetkezett gyors növekedés hatására Nagy-Britanniában az IGE (The Institution of Gas Engineers), Németországban pedig a DVGW (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches) szakmai szervezetek jelentős mértékben hozzájárultak az egyre kisebb kockázatú gázszállító távvezetékek létesítéséhez. A csőtávvezetékek szilárdsági méretezésének az alapjai A távvezetékek szilárdsági méretezésének általános szempontjait az alábbiak szerint lehet összefoglalni (Tihanyi et al., 2012): A szállítóvezetéket úgy kell méretezni, hogy a tervezési nyomással, mint maximális üzemnyomással lehatárolt nyomástartományban biztonságosan üzemeltethető legyen. A szabadtéri elhelyezésű berendezések és föld alatti vezetékszakaszok méretezési hőmérsékletét -20 C és +80 C-nak kell venni abban az esetben, ha a technológiából adódóan e tartományon kívüli hőmérséklet nem alakulhat ki. A szállítóvezetéket acélcsőből kell megépíteni. A szállítóvezetéki csövek anyagát, méretét és minőségét a szállítás jellemzőinek (a szállított közeg anyagának, halmazállapotának, nyomásának, hőmérsékletének, korrozív tulajdonságának stb.) és az igénybevételi módoknak megfelelően kell megválasztani. Gázszállító vezeték tervezési nyomása a vezetékhossz és a terep magassági viszonyaitól függetlenül az egész vezetékre azonosnak tekintendő, és nem lehet kisebb, mint a rendszer bármelyik szakaszára számítható legnagyobb üzemi nyomás. A szállítóvezetéket dinamikai igénybevételre és a nyomvonal környezetére (beleértve a biztonsági övezetet is) figyelemmel, szilárdságilag méretezni kell. Megfelelő minőségű passzív korrózióvédelem, valamint katódos vagy azzal egyenértékű aktív korrózióvédelem alkalmazása esetén a méretezés során a külső korróziós hatások figyelmen kívül hagyhatók. A szállítóvezetékek belső korróziójával a szállított közeg korróziós tulajdonságainak függvényében kell számolni, vagy a szállítóvezeték belső felületének a passzív korrózióvédelmét kell biztosítani. A csőtávvezetékek szilárdsági méretezésénél a csővezeték falvastagságát úgy kell megválasztani, hogy a létesítmény biztonsággal üzemeltethető legyen a valószínűsíthető legkedvezőtlenebb üzemi és környezeti feltételek között is, és ne jelentsen veszélyforrást a környezetre nézve. A csőanyag szilárdsági jellemzőjének a megválasztása elsősorban gazdaságossági kérdés. 1. ábra. Erőhatások belső túlnyomás esetén A tervezési nyomás nagyobb, mint a várható maximális üzemi nyomás. A szállítóvezeték szilárdsági méretezése során a szilárdsági és alakváltozási számításokat a szállítóvezeték tervezési nyomására kell elvégezni. Üzemi nyomás az a legnagyobb belső túlnyomás, amely a csővezeték normális üzemvitele közben keletkezik, figyelembe véve az üzemszerű nyomáslökéseket, az áramlási ellenállás leküzdéséhez szükséges nyomástöbbletet és a szállított közeg hidrosztatikai nyomását. A szárazföldi földgázszállító távvezetékeket belső túlnyomásra kell méretezni. Külső dinamikus terhelésből származó igénybevétellel csak a csőtávvezeték és vasúti, közúti közlekedésre alkalmas nyomvonalas létesítmény keresztezésénél kell számolni. A szilárdsági számítás alapjai azonban ebben az esetben is megegyeznek a következőkben leírtakkal. A tervezési nyomás maximális értéke országonként eltérő lehet, szárazföldi távvezetékeknél a 80 bar-t általában nem haladja meg, tengeri távvezetékeknél a fektetési mélységtől függően 200 bar-ig is növelhető. A szárazföldi távvezetékeknél a tervezési nyomás maximális értékét elsősorban az határozza meg, hogy mekkora kockázatot jelent a szállítóvezeték az adott nyomvonalon a környezetre. A szilárdsági méretezés végeredménye a falvastagság, amely annak a függvénye, hogy a tervezési előírás (szabvány) üzemszerű működés során a cső falában mekkora maximális feszültséget enged meg. Az 1. ábrán látható L hosszúságú, átmérője mentén felmetszett csődarabra felírható a belső felületre ható nyomóerő és a két s L falmetszeten ható kohéziós erő egyensúlya: 2 s σ L = p d i L Az (1) egyenletből a falvastagság kifejezhető: pd s= i 2σ Az összefüggés szerint a csővezeték falvastagsága egyenesen arányos a tervezési nyomással és az átmérővel, és fordítottan arányos a cső anyagának szilárdsági jellemzőjével. Az összefüggést Barlowegyenletnek, vagy a mérnöki gyakorlatban kazánformulának nevezik. A korszerűbb méretezési formulák általában a középső szálra felírható redukált feszültséget tekintik mérvadónak. Ennek megfelelően a (1) egyenlet az alábbi formában írható fel a külső, illetve a belső átmérő segítségével: s s 2sσL = p do 2 L 2sσL = p di + 2 L 2 2 A (3) egyenletből kifejezve a falvastagságot, a (2) egyenletnél pontosabb összefüggést kapunk. Ahhoz, hogy a (3) egyenletet a tervezési folyamat során használni lehessen, a σ sziálárdsági jellemző helyett be kell vezetni az f m megengedett feszültség jellemzőt. (1) (2) (3) pdo s= 2f + p m pdi s= 2f p m (4) σsl p pd b L σsl A csővezeték biztonságos üzemeltetése érdekében a tervezési nyomás, azaz a maximális üzemnyomás esetén a csővezeték falában a folyáshatárnál lényegesen kisebb feszültség engedhető meg. Magyarországon a csővezetékek szilárdsági méretezési eljárását az MSZ 2970 szabvány tartalmazta, amelyet azonban 2000-ben visszavontak. Jelenleg az MSZ EN 1594 szabvány tekinthető iránymutatónak. A nemzetközi szabványok és tervezési előírások közül az ISO 13623, az ASME B31.8, 37

38 FOSSZILIS E-NERGIA.HU a DVGW 469, az IGE/TD/1 dokumentumokat tekinetettük iránymutatónak. A különböző szabványok és tervezési előírások a cső falában megengedhető feszültséget a cső anyagának legkisebb felső folyáshatárából egy 1,0-nél kisebb tervezési tényezővel határozzák meg. 1,6 km f m = f t R 0 (5) 400 m ahol R 0 - a legkisebb felső folyáshatár N/mm 2, f t - tervezési tényező (0,4 < f t < 0,8). A tervező javaslatot tehet a szilárdságilag szükséges falvastagság növelésére a szállított közeg korróziós és eróziós hatása miatt, továbbá pótlékkal vehető figyelembe az acél csővezeték falvastagságának negatív tűrése is. Biztonsági övezet (ROW) A csőtávvezetékek szilárdsági méretezésének feltételei A csővezeték szilárdsági méretezésének nemzetközi gyakorlatában a falvastagság meghatározására szolgáló elméleti alapok és számítási összefüggések az (1) (5) egyenletekkel azonosak, a biztonság értelmezésében és az arra épülő tervezési feltételrendszerben azonban már eltérések vannak. Az iparilag fejlett országokban 1950-es évektől a beépítési és a népsűrűségtől függő területi kategóriákat határoztak meg, ezekhez rendelik hozzá a csővezeték biztonságosnak ítélt feszültségi állapotát. A tervezési tényezőt a megengedhető feszültség és a folyáshatár hányadosaként értelmezik. Általános gyakorlat az is, miszerint előírják a minimális falvastagságot. Szigorú szabályok szerint gyűjtik a vezetéksérülések adatait, és ezek elemzése szolgáltat alapot a tervezési előírások rendszeres felülvizsgálatához. Az ASME B31.8 szárazföldi és tengeri földgázszállító távvezetékekre, továbbá földgázelosztó vezetékekre alkalmazható. Az ISO szabvány érvényességi köre a szállított közeg szempontjából szélesebb az előzőnél, mivel nem éghető, éghető, mérgező gázokat, valamint veszélyes folyadékokat szállító csővezetékekre egyaránt alkalmazható szabályokat tartalmaz. A szabvány gerincét az általános szabályok alkotják, de az egyes fejezetek tartalmazzák azokat a szigorításokat, amelyek a veszélyesebb közeg szállítása esetén érvényesek. A nemzetközi gyakorlatban a kockázati tényezők figyelembevétele a csővezeték nyomvonalát körülvevő területek különböző kategóriába sorolásával történik. Minél nagyobb kockázatú egy terület, annál kisebb tervezési tényezőt engednek meg. A tervezési tényező megadja, hogy a csővezeték tervezési nyomásán a csővezeték falában a megengedett feszültség hány százaléka a csővezeték acélanyaga folyáshatárának. Az ASME B31.8- ban definiált területi kategóriák leírása az 1. táblázatban található. 1. táblázat. Területi kategóriák definíciója a B31.8 szerint Terület Leírás 1-es kategória Bármely 1,6 km-es (1 mérföldes) szakaszon 10-nél kevesebb lakóépület található. Ide sorolhatók a kopár területek, sivatagok, hegyvidéki területek, legelők, mezőgazdasági művelés alatt álló területek és a ritkán lakott területek. 2-es kategória Bármely 1,6 km-es (1 mérföldes) szakaszon 10-nél több, de 46- nál kevesebb lakóépület található. Ide sorolhatók a közepes népsűrűségű területek, úgy mint az agglomerációs területek, az ipari övezetek, farmok stb. 3-as kategória 4-es kategória Bármely 1,6 km-es (1 mérföldes) szakaszon 46-nál több lakóépület található. Ide sorolhatók a külvárosi területek, bevásárló központok, lakóparkok, ipari övezetek és egyéb sűrűn lakott területek, amelyek nem felelnek meg a 4-es kategória feltételeinek. Ezen a területen többemeletes épületek vannak túlsúlyban, nagy forgalmú utak találhatók, és gyakoriak a földalatti létesítmények. A terület minősítésénél a csővezeték tengelyvonalától számított m-es sávot veszik figyelembe. Amennyiben a vizsgált területen templom, iskola, kórház stb. található, kiegészítő biztonsági megfontolásokat lehet tenni, illetve a területet eggyel magasabb kockázatú kategóriába sorolják. Az ISO nemzetközi szabvány szerinti területi kategóriák leírása a 2. táblázatban található. A terület minősítésénél a B31.8 előírásaihoz hasonlóan a csővezeték tengelyvonalától számított m-es sávot véletlenszerűen kiválasztott 1,6 km-es hosszban veszik figyelembe. A szabvány részletesen megadja a módszertani szabályokat, és felhívja a figyelmet a jövőbeni változások mérlegelésére is, de számszerűsíthető szigorításokat nem tartalmaz. A területi kategóriák alkalmazásával a környezet és a csővezeték kölcsönhatását biztonsági szempontból differenciáltan lehet kezelni. A csővezeték nyomvonala mentén nem tekintik végig azonosnak a kockázatot, hanem szakaszról szakaszra határozzák meg a szükséges és elégséges biztonságot. A csővezeték falvastagságának meghatározásánál már szóltunk arról, hogy a tervező a biztonsági, illetve a tervezési tényező segítségével tudja befolyásolni a megengedett feszültséget a csővezeték falában. Minél kisebb a tervezési tényező és ezzel összhangban a csőfalban a megengedett feszültség, annál nagyobb lesz a falvastagság, és annál kisebb kockázatot fog jelenteni a csőtávvezeték a környezetre nézve. Terület 1-es kategória 2-es kategória 3-as kategória 4-es kategória 5-ös kategória 2. ábra. Vázlat a területi kategóriák besorolásához 2. táblázat. Területi kategóriák definíciója az ISO szerint Leírás Olyan terület, ahol emberi tevékenységre csak elvétve lehet számítani, és nincs állandó emberi tartózkodásra szolgáló épület. Ide sorolhatók például a sivatagok és a tundrák. Olyan terület, amelyen 50 fő/km2-nél kisebb a népsűrűség. Ide sorolhatók például a terméketlen, kopár területek, a legelők, mezőgazdasági művelés alatt álló területek és egyéb ritkán lakott területek. Olyan terület, amelyen 50 fő/km2-nél nagyobb, de 250 fő/km2- nél kisebb a népsűrűség. Jellemzők a többlakásos épületek, az 50-nél kevesebb személy tartózkodására szolgáló szállodák, irodaépületek és ipari üzemek. Ide sorolhatók például a közepes népsűrűségű területek, a nagyvárosok körül lévő agglomerációs területek és a farmergazdaságok. Olyan terület, amelyen 250 fő/km2-nél nagyobb a népsűrűség. Ide sorolhatók például a külvárosi területek, lakóparkok, ipari övezetek és egyéb olyan területek, amelyek nem felelnek meg az 5-ös kategória feltételeinek. Ezen a területen többemeletes épületek vannak túlsúlyban, nagy forgalmú utak találhatók, és gyakoriak a földalatti létesítmények. 38

39 E-NERGIA.HU GEOTERMIA FOSSZILIS Létesítmény Területi kategória Csővezetékek 0,80 0,72 0,60 0,50 0,40 Keresztezések védőcső nélkül - magánutak 0,80 0,72 0,60 0,50 0,40 alsóbbrendű közutak 0,60 0,60 0,60 0,50 0,40 főutak, autóutak, vasutak 0,60 0,60 0,50 0,50 0,40 Keresztezések védőcső alkalmazásával magánutak 0,80 0,72 0,60 0,50 0,40 alsóbbrendű közutak 0,72 0,72 0,60 0,50 0,40 főutak, autóutak, vasutak 0,72 0,72 0,60 0,50 0,40 Párhuzamos megközelítések magánutak 0,80 0,72 0,60 0,50 0,40 alsóbbrendű közutak 0,80 0,72 0,60 0,50 0,40 főutak, autóutak, vasutak 0,60 0,60 0,60 0,50 0,40 Speciális létesítmények 0,60 0,60 0,60 0,50 0,40 Csővezeték csőhídon 0,60 0,60 0,60 0,50 0,40 Kompresszorállomások 0,50 0,50 0,50 0,50 0,40 csővezetékei 3. táblázat. Tervezési tényező az ASME B31.8 szerint Természetesen a biztonságnak ára van, a nagyobb falvastagság a létesítési költségek növekedését eredményezi. A hivatkozott amerikai és európai tervezési előírásokban a jellemző kockázatra épülő biztonsági filozófiának megfelelően a tervezési tényező a területi kategóriáktól függ. Az előírásokban megadott feltételrendszer a 3. és a 4. táblázatban látható. Magyarországon 1969-ben jelent meg az első gáztörvény az évi VII. törvény a gázenergiáról, majd azt követően a nehézipari miniszter 19/1970. (XII. 30.) NIM számú rendelete a Gázipari Műszaki Biztonsági Szabályzat egyes fejezeteinek a hatálybaléptetéséről (A gázenergiára vonatkozó jogszabályok gyűjteménye, 1971). Ez utóbbi többek között összefoglalta a nagynyomású szénhidrogészállító távvezetékekre vonatkozó hatósági előírásokat. A GMBSZ túlélte a gáztörvényt, és csak 2005-ben hirdették ki a 79/2005. (X. 11.) GKM rendeletet a szénhidrogén-szállítóvezetékek biztonsági követelményeiről, amelynek a mellékleteként lépett hatályba a Szénhidrogén Szállítóvezetékek Biztonsági Szabályzata. Magyarországon jelenleg is törvény (1993. évi XLVIII. törvény a bányászatról) írja elő a gáz- és olajipari létesítményeknél biztonsági övezet létesítését. A szállítóvezeték és a tartozékát képező létesítmények, illetve azok környezetének védelmére, valamint a szállítóvezeték zavartalan üzemeltetésére (ellenőrzésére, karbantartására, javítására és üzemzavar-elhárítására) az 5. táblázat szerinti biztonsági övezetet kell biztosítani. A biztonsági övezet nagysága a vezeték névleges átmérőjétől és az üzemi nyomástól függ a táblázatnak megfelelően. A biztonsági övezet szélességét a szállítóvezeték mindkét oldalán, a szállítóvezeték tengelyének felszíni vetületétől merőleges irányban, a talajszinten kell mérni. Párhuzamos szállítóvezetékek biztonsági övezete átfedheti egymást. A szállítóvezeték tartozékaként épülő hírközlő, illetve katódvédelmi kábel részére ha az a szállítóvezeték biztonsági övezetében helyezkedik el külön biztonsági övezetet nem kell kijelölni. A korábban hivatkozott külföldi előírások biztonsági övezetet nem definiálnak abban az értelemben, ahogy a magyar jogi szabályozás használja. A csővezeték nyomvonala fölötti földsávot, mint felügyeleti Szállított közeg D E D és E Nyomvonali részek Általános szakasz 0,83 0,77 0,77 0,67 0,55 0,45 Keresztezések és párhuzamos megközelítések alsóbbrendű utak 0,77 0,77 0,77 0,67 0,55 0,45 főutak, vasutak, csatornák, folyók, 0,67 0,67 0,67 0,67 0,55 0,45 árterek és tavak Görénykamrák és nyersgáz-fogadó 0,67 0,67 0,67 0,67 0,55 0,45 létesítmények Technológiai állomások és terminálok 0,67 0,67 0,67 0,67 0,55 0,45 csővezetékei Speciális létesítmények, 0,67 0,67 0,67 0,67 0,55 0,45 pl. csővezeték csőhídon 4. táblázat. Tervezési tényező az ISO szerint Vezeték névleges átmérője (DN) Üzemi nyomás (MOP) A biztonsági övezet mértéke a tervezési tényező (ft) függvényében méterben - [bar] ft 0,72 ft 0,59 ft 0, felett táblázat. Atmoszférikusan nem stabil folyadék és gáz esetén zónát értelmezik, ahol a csövezeték üzemeltetőjének joga van ellenőrzési tevékenységet folytatni, és üzemzavar esetén gépekkel felvonulnia a javítás érdekében. A felügyeleti zóna ismert angol neve a right of way (ROW). Az ISO és az ASME B31.8 szabványok egyaránt differenciáltan kezelik a nyomáspróba során alkalmazandó próbanyomás értékét is. A legnagyobb kockázatú területeknél a próbanyomás értékének 1,25*p tervezési helyett 1,4*p tervezési alkalmazását írják elő. Az ISO szabvány mérgező gázokat szállító csővezeték esetén 100%-os mértékű, azaz minden hegesztési varrat roncsolásmentes vizsgálatát írja elő. A hivatkozott műszaki-biztonsági előírások rendelkeznek a csővezetékek minimális falvastagságáról és a minimális fektetési mélységről is. A szilárdsági nyomáspróbával ellenőrzött biztonsági tartalék A nyomáspróbatervben rögzíteni kell, hogy a távvezetéket a terepviszonyoktól függően milyen hosszúságú szakaszokra kell osztani a nyomáspróba elvégzéséhez. Az egyes szakaszokat vízzel külön engedéllyel levegővel vagy a szállított földgázzal végzett szilárdsági nyomáspróbával ellenőrzik. A szilárdsági nyomáspróba célja, hogy a leendő üzemeltető meggyőződjön arról, a csővezeték valóban rendelkezik-e azokkal a tervezett tartalékokkal, amelyek garanciát jelentenek a biztonságos üzemeltetéshez. 39

40 FOSSZILIS E-NERGIA.HU ASME B31.8 szerint ISO szerint Megengedett feszültség a csőfalban 110% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1,25 1,25 1,40 1,40 Tt = 0.8 Tt = 0.6 Tt = 0.5 Tt = 0.4 Megengedett feszültség a csőfalban 110% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1,25 1,25 1,25 1,4 1,4 Tt = 0.83 Tt = 0.77 Tt = 0.67 Tt = 0.55 Tt = 0.45 Üzemelési tartomány Nyomáspróbával vizsgált tartomány Nem vizsgált tartomány Üzemelési tartomány Nyomáspróbával vizsgált tartomány Nem vizsgált tartomány 3. ábra. Nyomáspróbával vizsgált feszültségtartomány 5. ábra. Nyomáspróbával vizsgált feszültségtartomány A B31.8 tervezési előírás szerint a próbanyomás az 1-es és a 2-es területi kategóriában létesített csővezetékek esetében a tervezési nyomás 125%-a, a 3-as, a 4-es területi kategóriákban a 140%-a. A 3. és a 4. ábra alapján megállapítható, hogy a tervezési nyomásnál lényegesen nagyobb próbanyomás ellenére a 2-4. területi kategóriákban létesített távvezetékeknél jelentős nagyságú feszültség-, illetve nyomástartomány ellenőrzésére nem kerül sor. Megállapítható az is, hogy éppen azoknál a területi kategóriáknál a legnagyobb arányú a nem ellenőrzött nyomás-, illetve feszültségtartomány, amely kategóriáknál a tervezés során a legnagyobb biztonság elérése a cél. Az ábrán lévő szürke zóna jelenti egyben a cső szilárdsági tartalékát, mely az üzemelés során folyamatosan csökken a korrózió, illetve egyéb környezeti hatások következtében. Az előzőhöz hasonló eredményt a kapunk, ha a vizsgálatot elvégezzük az ISO európai szabvány előírásainak megfelelően is. Az 5. és 6. ábra alapján látható, hogy az 1-es területi kategóriánál, amelynél a szabvány 0,83-as tervezési tényező alkalmazását ajánlja, a nyomáspróba során a folyáshatárnál nagyobb feszültség alakulhat ki. Ugyanakkor az 5-ös területi kategóriában létesített távvezetéknél a nyomáspróba nagyon jelentős feszültségtartományról nem szolgáltat információt. Az előzőkkel kapcsolatban meg kell jegyezni, hogy a szilárdságilag szükséges falvastagság meghatározásánál mind a falvastagság, mind a cső alapanyagának szilárdsági jellemzői szabvány szerinti, diszkrét értékek. Így jellemzően a falvastagság meghatározásakor az előírtnál kisebb lesz a tényleges tervezési tényező. A 79/2005. (X. 11.) GKM rendelet területi kategóriákat nem definiál, helyette a csővezeték nyomvonalának felszíni vetületétől, mint középvonalra illeszkedő és a jogszabályban meghatározott szélességű földsávot biztonsági övezetként határoz meg, amelyre különböző tiltásokat ír elő. Nem egyértelmű, hogy a jogszabályban szereplő három tervezési tényezőkhöz milyen biztonsági megfontolások és biztonsági/ kockázati szint kapcsolható. A 7. és 8. ábrákból látható, hogy a magyar jogszabályok alkalmazása esetén is jelentős nagyságú feszültség-, illetve nyomástartomány képez biztonsági tartalékot a csővezeték üzemeltetése során. Az is látható, hogy a nyomáspróbával a biztonsági tartaléknak csak egy részéről lehet információt nyerni. Magyarországon 1941-ben helyezték üzembe a Bázakerettye- Újudvar-Budapest csőtávvezetéket, amely először nyersolajat, később földgázt szállított a zalai olajmezőkről Budapestre (70 éves a földgázszállítás, 2010). Ez volt az első csőtávvezeték, amely lehetővé tette a szénhidrogének nagy nyomáson, nagy távolságra történő szállítását. Tervezését és kivitelezését is magyar szakemberek végezték, akik a MAORT-nál rendelkezésre álló korabeli ismeretekre támaszkodtak. Az elkövetkező két évtizedben több rövidebb-hosszabb csőtávvezeték épült, de az átfogó magyar tervezési szabályok csak az 1960-as években kezdtek egységes szabályrendszerré összeállni. Végül a nehézipari 4. ábra. Nyomáspróbával vizsgált nyomástartomány 6. ábra. Nyomáspróbával vizsgált nyomástartomány ASME B31.8 szerint ISO szerint Tervezési nyomás = 100% 250% 200% 150% 100% 50% 0% 1,25 1,25 1,40 1,40 Tt = 0.8 Tt = 0.6 Tt = 0.5 Tt = 0.4 Tervezési nyomás = 100% 240% 220% 200% 180% 160% 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 1,25 1,25 1,25 1,4 1,4 Tt = 0.83 Tt = 0.77 Tt = 0.67 Tt = 0.55 Tt = 0.45 Üzemelési tartomány Nyomáspróbával vizsgált tartomány Nem vizsgált tartomány Üzemelési tartomány Nyomáspróbával vizsgált tartomány Nem vizsgált tartomány 40

41 E-NERGIA.HU GEOTERMIA FOSSZILIS 79/2005 GKM rendelet szerint 79/2005 GKM rendelet szerint Megengedett feszültség a csőfalban 110% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 1,25 1,25 1,25 Tervezési nyomás = 100% 220% 200% 180% 160% 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 1,25 1,25 1,25 0% Tt = 0.72 Tt = 0.59 Tt = 0.5 0% Tt = 0.72 Tt = 0.59 Tt = 0.5 Üzemelési tartomány Nyomáspróbával vizsgált tartomány Nem vizsgált tartomány Üzemelési tartomány Nyomáspróbával vizsgált tartomány Nem vizsgált tartomány 7. ábra. Nyomáspróbával vizsgált feszültségtartomány 8. ábra. Nyomáspróbával vizsgált feszültségtartomány miniszter 19/1970. (XII. 30.) NIM számú rendelete a Gázipari Műszaki Biztonsági Szabályzat -ban foglalta össze a tervezési irányelveket, illetve a műszaki-biztonsági előírásokat (A gázenergiára vonatkozó jogszabályok gyűjteménye, 1971). Napjainkra a hazai földgázszállító csőtávvezetékek teljes hossza meghaladja az 5700 km-t, ami azt is jelenti, hogy nagyon sok tapasztalat gyűlt össze a csőtávvezetékek tervezésével és létesítésével kapcsolatban. A meghibásodási statisztikák alapján megállapítható, hogy a csőtávvezetékek kockázati szintje Magyarországon sem magasabb, mint a fejlett országokban üzemelő hasonló létesítményeké, de a területi kategóriák egyértelmű kritériumrendszere hiányzik. Összefoglalás A gázszállító csőtávvezetékek tervezésének és létesítésének nemzetközi és hazai gyakorlatát áttekintve az alábbiak állapíthatók meg: Léteznek mértékadó nemzetközi műszaki-biztonsági előírások és szabványok, amelyek transzparens kritériumrendszer segítségével szabályozzák a nagynyomású gázszállító rendszer távvezetékei tervezésének és a szilárdsági nyomáspróbáinak a követelményeit. Ezeket az előírásokat a meghibásodási statisztikák elemzései alapján rendszeresen felülvizsgálják és módosítják. Ilyen alkalmakkor lehetőség van a szakterület új technológiai eredményeinek a figyelembevételére is. A nemzetközi és a hazai műszaki-biztonsági előírásoknak megfelelően a tervezési eljárás során a gáztávvezeték falvastagságát a csőfalban a tervezési nyomáson kialakuló megengedett feszültség függvényében határozzák meg. Azoknál a területi kategóriáknál, amelyeknél a csővezeték nagyobb kockázatot jelent a környezetre, vagy a környezet nagyobb kockázatot jelent a csővezetékre, a megengedett feszültség a csőfalban kisebb, ami azt is jelenti, hogy a csővezeték falvastagsága nagyobb. Magyarországon a csőtávvezetékek műszaki-biztonsági előírásainak a célkitűzése azonos a fejlett ipari országokban megfogalmazottakkal, de a tervezési tényező értékét meghatározó kritériumok nem kockázati szintekhez kötöttek, mint az iránymutató szabványok, illetve műszaki-biztonsági előírások esetén. Magyarországon a nemzetközi trendekkel összhangban az első üzembe helyezett nagytávolságú csőtávvezeték tervezése és létesítése óta a tervezési, a minőségellenőrzési és az üzemeltetési szabályok folyamatos szigorítása figyelhető meg. Ennek eredményeképpen a gázszállító távvezetékek egyre kisebb kockázatot jelentenek a környezetre nézve. A kutatómunka a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területén működő Fenntartható Természeti Erőforrás Gazdálkodás Kiválósági Központ keretében valósult meg. Irodalom: [1] Csete J.: Gázvezetékek szilárdsági méretezése és a biztonsági övezet, BKL Kőolaj és Földgáz, 113. évf., 8. pp , 1980 [2] Kiefner, J., F. - Trench, Ch.,J.: Oil Pipeline Characteristics and Risk Factors: Illustrations from the Decade of Construction, 2001, files/oil-and-natural-gas/ppts/other-files/decadefinal.ashx, 2013 [3] Rosenfeld, M.J. - Gailing, R.W.: Pressure testing and recordkeeping: reconciling historic pipeline practices with new requirements, Journal of Pipeline Engineering, Vol. 12, 1, March, 2013 [4] Tihanyi L.-Zsuga J.: Földgázszállító rendszerek tervezése és létesítése, Miskolci Egyetem, Miskolc, 2012, pp , ISBN [5] ASME B31.8 Gas Transmission and Distribution Piping Systems, pp , 2007 [6] ISO Petroleum and natural gas industries Pipeline transportation systems. Second edition, 2009 [7] IGE/TD/1 Edition 4 Steel Pipelines for High Pressure Gas Transmission Communication 1670, The Institution of Gas Engineers, London, [8] 79/2005. (X. 11.) GKM rendelet a szénhidrogén szállítóvezetékek biztonsági követelményeiről és a Szénhidrogén Szállítóvezetékek Biztonsági Szabályzata közzétételéről [9] MSZ EN 1594 szabvány Gázellátó rendszerek. 16 bar-nál nagyobb üzemi nyomású csővezetékek. Műszaki követelmények, 2001 [10] 203/1998. (XII. 19.) Korm. rendelet a bányászatról szóló évi XLVIII. törvény végrehajtásáról [11] A gázenergiára vonatkozó jogszabályok gyűjteménye, Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó, Budapest, [12] Földgázszállító vezetékek és technológiai létesítmények nyomáspróbái, IG-ÜZ-18-V4 (hatályos től), FGSZ, content/fgsz-szabalyzatok-es-szabvanyok [13] 70 éves a földgázszállítás, FGSZ, documents/70_eves_a_foldgazszallitas_2010.pdf,

42 FOSSZILIS E-NERGIA.HU Makai Zoltán Bepillantás Bihar megye szénbányászatának történetébe Bihar megye szénbányászata szorosan kötődik Erdély és a Bánság szénbányászatához, amelynek komoly hagyományai vannak. Az ipari jellegű kitermelés 1790-ben kezdődött Aninán (Stájerlakanina), a Szemenik hegység lábánál. Ezt követte Brassó megyében, 1830-ban a Feketehalomnál (Codlea) feltárt bánya. Báróton (Baraolt) ben kezdődött el a szénbányászat. Az ismert Zsílvölgyi, ma is működő barnaszén-lelőhelyeken 1840 után kezdődött el az ipari jellegű kitermelés. Bihar megyében a szénvagyon csak töredezett rétegekben van jelen. Itt a Pannon-tenger medencéjében csak fiatal szénrétegek találhatók. A szénbányászat 1861-ben kezdődött egy Kordó nevű falu mellett, Nagyváradtól pár kilométerre, a Félix-fürdő közelében. A kitermelés csak néhány évig tartott. A Királyhágó közelében, a Nagyváradtól 70 km-re lévő nagybárodi bányában 1874-ben kezdtél el a kitermelést, ez a 19. század végéig aktív szénbánya volt. A helyét a Báród-Somos (Cornitel) bánya vette át, amely 1960-ig működött. Az 1970-es évek elején nyitották a Bárodhoz közeli kisbárodi (Borozel) bányát, ahol jó minőségű, magas fűtőértékű szenet bányásztak. A kitermelés a 90-es évek elején leállt, bár a bánya még ma is jelentős tartalékkal rendelkezik. Bihar megye legjelentősebb volumenű szénbányászata az almaszegi medencében, Nagyváradtól 60 kilométerre északkeletre található. Az első szakirodalmi említések a környék bitumen- és lignitlelőhelyeivel kapcsolatban a 19. század elején jelentek meg. A kitermelés fokozatosan indult meg aszfaltos homok formájában Tatroson, majd a lignitkitermelés Bodonoson. Az első bányászok szlovák telepesek voltak, akiket eredetileg a környék nagybirtokosa, Baranyi gróf telepített le. Ők népesítették be Bodonos, Verzár, Várvíz településeket ban megalakult a Magyar Aszfalt nevű társaság, amely kibérelte az aszfalthomok és a lignit kitermelését a környéken, és hamarosan két gyárat épített az aszfaltos homok feldolgozására Dernán és Tataroson. Kialakítottak egy sodronykötélpályát, amelyen az aszfaltos homokot szállították a Sebes-Kőrös partján fekvő Mező-Telegd vasútállomáson lévő feldolgozó telepre ben a társaság vagyona átkerült a román kőolajipar tulajdonába ben, Észak-Erdély átadása után az egész telephely a magyar állam tulajdona lett őszén a telephely ismét a régi román tulajdonosé lett ben megalakult a Derna-Tataros társaság, amely elsősorban a bodonosi lignit kitermelésére helyezte a hangsúlyt. Romániában június 11-én államosították az Almaszeg-környéki összes bányát, gyártelepet. Megalakult egy szénkitermelő vállalat, amely átvette a környék összes szénbányáját. Az államosítás után, az 50-es években a bányatelepeken nagyarányú beruházásokra került sor, számos új bányát nyitottak (Baromlak, Középes stb.). Az életkörülményeket javító beruházásokon kívül a bányák gépi felszereltsége is sokat változott. Megjelentek a modern fejtőgépsorok, a hidraulikus támfalak, futószalagok, szellőztető berendezések stb. Az egész almaszegi szénmedencében a szénréteg kb m mélységben volt, váltakozó vastagságban. Túlnyomórészt a földalatti kitermelés volt a jellemző, csak nagyon kevés felszíni bánya működött ben megalakult az Erdélyi Bányatröszt, amelybe összevonták az akkori Crisana tartomány összes szénbányáját, az agyagbányát és a bauxit-bányavállalatot is (kivéve a Rézbányán működő Uránbánya Vállalatot) ban Románia területi átszervezése révén megalakultak a megyék. Ekkor a bányatröszt feloszlott, az alkotóegységei önálló vállalattá alakultak, így jött létre az Almaszegi Bánya Vállalat is. A feltárások még nagyobb mértékben folytatódtak. Pár év múlva megnyitották a cserepataki bányát Berettyószéplak közelében, amelyhez külön vasútvonalat is építettek. Az egész almaszegi szénmedence évi kitermelése egy szerencsésebb évben elérte az 1,5 millió tonnát. A 70-es években Almaszegen egy szénbrikettet gyártó üzem is létesült, de működése nem váltotta be a hozzá fűzött reményeket. Az almaszegi szénmedence szenét a nagyváradi 1. sz. Hőerőműbe szállították. Az almaszegi szénmedence hidrológiai adottságai miatt az egyik legnagyobb problémát a vizes homok jelenléte jelentette, amely lencse formájában beékelve volt található a talajban. A feltárás vagy a fejtés közben egy ilyen lencse komoly veszélyt jelentett a bányászokra, mert kitörése teljesen váratlanul lepte meg őket, és mindent elpusztított, ami az útjába került után a termelés szintje drasztikusan visszaesett. Megszűnt a hétvégi erőltetett műszak, kivonták a katonaságot a bányából, a jobb szakemberek más munkalehetőség után néztek ben a kitermelés teljesen leállt, a vállaltot felszámolták, azon a címen, hogy a mélyművelésre alkalmas szénvagyon elfogyott. Ma már csak szerény kapacitással folyó külszíni kitermelés van jelen. 42

43 E-NERGIA.HU GEOTERMIA FOSSZILIS Ki volt dr. Váradi Ernő vegyészmérnök? Az almaszegi szénbányászathoz szorosan kapcsolódik dr. Váradi Ernő jeles vegyészmérnök tevékenysége. Ezen a telephelyen Váradi Ernő 1940-től dolgozott. Az itt kitermelt olajos homokból egy különleges eljárással amely találmányként volt szabadalmaztatva Váradi Ernőnek sikerült egy új terméket, a polár olajat előállítania. Ez az olaj még igen alacsony hőmérsékleten, mínusz C-on sem sűrűsödött meg. E tulajdonságánál fogva igen keresett lett a repülőgépiparban és az űrrepülésben. Munkásságáért számtalan állami díjban és kitüntetésben részesült. A neves vegyészmérnök szeptember 2-án hunyt el. Quo vadis szénbányászat Bihar megyében és Romániában? Bihar megye szénbányászatának jövője szorosan összefügg a romániai szénbányászat jövőjével. Románia szénbányászata jelenleg csak két nagy területre szorítkozik, a többi telephely teljesen jelentéktelen lett. Barnaszénbányászat a Zsil völgyében, felszíni lignitkitermelés Dél-Romániában, Olténiában van jelenleg. A Zsil-völgyi bányák elsősorban a paroseni és a marosnémeti (Mintia) erőműveket látják el. A lignitbányák a nagy hőerőművekbe (Turceni, Rovinár, Craiová, Isalnica) szállítanak. Románia szénbányáiból jelenleg évente 5 millió tonna barnaszenet és millió tonna lignitet hoznak a felszínre. A tartalékok feltárása érdekében folytatott kutatások alapján készült tanulmányok a barnaszéntartalékot 755 millió tonnára, a lignittartalékot 1,5 milliárd tonnára becsülik. A Román Akadémia a szénbányászat jövőjével kapcsolatban készített tanulmányában a következőket állapította meg: Barnaszénbányászat. A geológiai tartalékok nagyon sokáig elegendők. Pozitív tényező az, hogy a közeli nagy erőműveket erre a szénre tervezték. Negatív tényező a gyenge fűtőérték, a nagy kéntartalom, az alacsony termelékenység és a nehezen megoldható munkabiztonság. Lignitkitermelés. A lignit kitermelése kifizetődő. A termelési technológia megfelel a világszínvonalnak, a termelékenység is elfogatható. A kitermelés gyenge pontjai a következők: alacsony a fűtőérték, nagy a kéntartalom, sok a talajvíz, nem elhanyagolható a környezetszennyezés, és nehezen megoldható a munkabiztonság. A bizottság a következőket állapította meg: Románia széntartalékai biztosítani tudnák az ország energetikai függetlenségét. Középtávon nem megoldás a széntermelés megszüntetése és a széntüzelésű hőerőművek leállítása. A termelésben dolgozó szakemberek is mind jobban kiállnak a szénkitermelés mellett. Milyen érveket sorakoztatnak fel? Az igen nehéz telek, a nyári szárazságok nélkülözhetetlenekké teszik a széntüzelésű hőerőművek megmaradását és működését. Ennek érdekében úgy vélik, hogy végre kell hajtani a javasolt szervezeti átalakításokat, és meg kell alakítani a vegyes bánya-erőmű cégeket, amelyek gazdaságosan tudnak majd működni. Sérelmezik és elhibázottnak tartják a túlzott európai környezetkímélő normák alkalmazását a hőerőművek részére. A környezetvédelmi normák betartása óriási költségekkel terhelik meg az erőműveket. A CO 2 -kibocsátási igazolványok beszerzése is tetemes pluszköltséget jelent (jelenleg egy igazolvány 16 euróba kerül). Elismerik, hogy a bányák korszerűsítése, az erőművek felújítása, a szerkezeti átalakulások jelentős összegekbe kerülnek, amelyekkel a román állam nem rendelkezik. Ha viszont sikerülne tőkét bevonni a szénbányászatba, és megoldani a fenti feladatokat, akkor a szénbányászat jövője biztató lenne. Az éremnek van azonban egy másik oldala is, mégpedig a villamosenergia-rendszer általános helyzete és az európai energetikai trendek. E fontos kérdéskört egy nemrég elkészült tanulmány elemezte. Eszerint a ös periódusban le kell állítani 8800 MW teljesítményű kiöregedett gépegységet a hőerőművekben végére a rendelkezésre álló villamos teljesítmény lecsökkenhet 9000 MW-ra. Ezt pótolni kell. Igaz, hogy a megújuló energiaforrások terjedése és a tartalékként létesítendő földgázalapú erőművek telepítése növeli a teljesítményt, de ezekre időszakos jellegük miatt nem lehet alapozni. A fenti tanulmány készítői a teljesítmény hiányának pótlását az atomerőműpark bővítésében látják. Szerintük be kell fejezni a csernavodai 3. és 4. blokk építését, elő kell készíteni az 5. és 6. reaktor telepítését, és meg kell tervezni egy új atomerőművet. Gondolom, nem kell hangsúlyozni a szénbányászat, a román villamos energetikai rendszer jövőjét és annak függetlenségét meghatározó tényezők összetettségét. A különböző érdekcsoportok magatartása, az Európai Unió szabta irányok, a pénzintézmények, a román állam hozzáállása és a civil szervezetek véleménye fogják eldönteni a jövő irányát. Forrás: [1] Makai Zoltán Szemelvények Bihar megye és térsége ipartörténetéből. Nagyvárad 2o13. [2] Academia Română Evaluarea stării actuale şi perspectivele industriei miniere în România Bucureşti 5 octombrie 2oo6 /Román Akadémia A román bányaipar jelenlegi helyzete és jövője/ [3] Revista Energetica Nr. 6 /2o13 Realităţi energetice în România şi perspective pentru proiectul nuclear de la Cernavodă/ Energetica folyóirat Energetikai valoság Romániában és a Cenavoda-i nukleáris terv perspektivái/ Kozma Sándor, Dimény Áron bányamérnökök és dr. Váradi Ernő tanácskoznak Dernán Az almaszegi bánya müszaki gárdájának egy csoportja a bánya bejárás előtt 43

44 HIDROGÉN E-NERGIA.HU Dobó Zsolt, Palotás Árpád Bence Mérőkör kialakítása a víz változó áramú elektrolízisének vizsgálatához A hidrogén alternatíva lehet a fosszilis tüzelőanyagok kiváltására. Égése nem szennyezi a környezetet, hiszen tökéletes égésekor csupán víz keletkezik. Előállítása ma még leggyakrabban metánból (földgáz) történik, ennek oka elsősorban a gazdaságosságban keresendő. A földgázkészletek folyamatos csökkenése és ettől nem teljesen függetlenül változó világpiaci ára miatt egyre nagyobb az érdeklődés a hidrogén előállításának egyéb módszerei iránt. A szóba jöhető alternatívák közül az elektromos árammal történő vízbontás ellen leggyakrabban a gazdaságtalansággal szoktak érvelni. A villamos energia segítségével megvalósított hidrogéntermelés hatásfoka jelenleg 70 százalék körül alakul [1], azonban ha figyelembe vesszük a villamos energia primer energiahordozóból történő előállításának hatásfokát is, akkor ez az érték már csak 25-40% [2]. Ez az írás a villamos áram felhasználásával végzett vízbontási kísérletekre fókuszál. Megterveztünk és létrehoztunk egy olyan mérőrendszert, melynek segítségével vizsgálhatók a folyamatosan változó áram víz elektrolízisére gyakorolt hatásai, továbbá alkalmazásával nagyszámú, hosszú idejű, automatizált mérés is elvégezhető. Ismertetjük a mérőkörrel végzett első mérések eredményeit is. A hidrogén vízből történő előállításával, illetve e módszerek hatásfoknövelési lehetőségeivel számos kutató foglalkozott, a témának széles szakirodalma van. Így vizsgálták többek között a biológiai alapú [3], a fotokatalitikus [4] vagy az elektromos árammal történő klasszikus vízbontás [5] módszereit is. A villamos energiával történő vízbontás hatásfoknövelési törekvései több úton is elindultak. Egyes kutatók a külső tényezők megváltoztatásának hatását vizsgálták, például a többszörös gravitációs tér alkalmazásával, aminek hatására a keletkező gázbuborékok intenzívebben haladnak a folyadékfelszín felé. Ennek következtében csökken az elektrolit ohmikus ellenállása, ezáltal pedig csökkennek az elektromos veszteségek is [6]. Más kutatások az ultrahang hatásának vizsgálatát tűzték ki célul. Ebben az esetben a működésben lévő cellát ultrahang hatásának teszik ki, és eközben vizsgálják a vízbontás hatékonyságát. A módszerrel 10-25% hatékonyságnövekedésről számoltak be [7]. Más kutatók állandó mágnesekkel körbevett elektrolizáló cella hatékonyságát vizsgálták. Mérésekkel kimutatták, hogy a mágneses tér hatással van a buborékok terjedési irányára, és az alkalmazott elektród anyagminőségétől függően kimutatták, hogy növelhető az alkalmazott áramsűrűség mértéke [8]. Az előbb felsorolt néhány példa azt illusztrálja, hogy külső beavatkozásokkal hogyan befolyásolhatók a vízbontás folyamatai, illetve azok eredményessége. A szakirodalomban fellelhetők azonban olyan publikációk is, melyek szerzői a villamos áram nagyságának változtatásán keresztül igyekeztek pozitív eredményeket elérni [9], [10]. A legtöbben a szaggatott egyenáram hatásait vizsgálták. A cella viszont egészen másképpen viselkedik akkor, ha előre meghatározott módon különböző potenciálkülönbségeket erőltetünk az elektródok kivezetéseire. A 0 V potenciálkülönbség létrehozása gyakorlatilag azt jelenti, hogy az elektródok kivezetései között rövidzárlat jön létre. A továbbiakban bemutatjuk azt a mérőrendszert, amelynek segítségével nagyszámú, tetszőleges jelalakú vízbontási mérés végezhető el, majd ismertetjük a rendszer által mért első eredményeket. A mérőrendszer felépítése A változó áramú víz elektrolízis kísérletekhez egy olyan mérőrendszert alakítottunk ki, amellyel az egyes mérések teljesen automatizált módon elvégezhetők. Ez leginkább azokban az esetekben hasznos, amikor a változtatandó paraméter-kombinációk száma nagyobb annál, semmint hogy a manuális módosításokkal a kísérletsorozat reális idő alatt elvégezhető lenne. Például egy egyszerű négyszögjel esetében a jelalak négy paraméterrel jellemezhető: az amplitúdóval, a periódusidővel, a kitöltési tényezővel és az ofszet értékkel, melyek különböző kombinációinak manuális végigmérése a lehetséges értékek számosságától függően akár irreálisan hosszú időt is igényelhet. A mérőrendszer felépítésének sémáját az 1. ábra szemlélteti. Központi egysége a tápforrás, melynek segítségével tetszőleges jelalak állítható elő az 1. táblázatban összefoglalt kritériumok szerint. A tápforrás egy OPA549 típusú (Texas Instruments) erősáramú műveleti erősítőből, egy National Instruments által gyártott, NI USB típusú multifunkcionális modulból és egy LabVIEW szoftverből áll (National Instruments, 11.0 verzió, 2011). Az OPA549 típusú erősáramú műveleti erősítő áram- és feszültséggenerátor üzemmódban is egyszerűen alkalmazható, vezérléséhez két független analóg vezérlőjel szükséges [11]. A két vezérlőjelet a LabVIEW szoftver és az USB típusú modul hozza létre. PC - jelgenerátor, szoftver 1. ábra. A mérőrendszer felépítésének vázlata NI - jelgenerátor, hardver Feszültségstabilizált tápegység Erősáramú műveleti erősítő Elektromágneses szelep Vízbontó cella Nyomásmérő 44

45 E-NERGIA.HU GEOTERMIA HIDROGÉN Kimeneti paraméter Minimumérték Maximumérték Feszültség, V Áramerősség, A 0 8 Frekvencia, khz táblázat. A tápforrás kimeneti paraméterei 2. ábra. Az elektrolizáló cella vázlatrajza A LabVIEW szoftver segítségével az 1. táblázat adta korlátok között gyakorlatilag bármilyen feszültség- vagy áramalak alkalmazható. Méréseink során alapvetően az előbbit, azaz a cellafeszültséget változtattuk az idő függvényében. A kísérletek során alkalmazott elektrolizáló cella sematikus vázlata a 2. ábrán, fényképe a 3. ábrán látható. A cella alapvetően egy olyan gáztömör edény, amelynek fedelén két gázelvezető csonk, illetve az elektródok csatlakozásai foglalnak helyet. A két, egyenként 1,5 mm vastagságú, 5 cm magas, 10 cm széles rozsdamentes acél anyagú elektród távolsága 4 cm (anyagminőség: ). Elektrolitként 1 mol/l koncentrációjú kálium-hidroxid vizes oldatot használtunk, a cellában lévő oldat mennyisége 600 ml. 3. ábra. A változó áramú víz elektrolízis kísérletekhez használt gáztömör cella Elektródok kivezetései A p 4 cm B Gázelvezető csonkok Az elektródok felületén képződő gázbuborékok a felhajtóerő következtében az elektrolit felszíne felé haladnak, majd azt elérve kilépnek a gáztérbe. Tekintettel arra, hogy a gáztérfogat állandó, az elektródokon képződő gáz mennyisége közvetlen nyomásnövekedést okoz. A nyomásnövekedés sebessége egyenesen arányos a termelt gáz térfogatáramával. A nyomásnövekedés sebességét egy független térfogatárammérő eszköz segítségével kalibráltuk. Az MPX5010DP típusú (gyártó) maximum 10 kpa differenciálnyomás mérését teszi lehetővé, érzékenysége 450 mv/kpa. A nyomásmérőt a cella egyik gázelvezető csonkjára szereltük. A jelgenerátor modul 16 db analóg bemeneti csatornával rendelkezik, melyek közül négyet használtunk a folyamatok figyelésére: nyomásmérő; tápegység által generált feszültség; cellafeszültség; cellaáram. A négy különböző jel mintavételi sebessége a mérések során 1000 mérés/sec. A szoftver azon túlmenően, hogy valós időben számszerűen és grafikonon is megjeleníti a mért értékeket, automatikus mentést is biztosít. A mérések közötti nyomáskiegyenlítést a cella második gázelvezető csonkjára szerelt, elektromágnessel vezérelhető szelep végzi. Minden olyan mérés során, ahol keletkezik gázhalmazállapotú reakciótermék, a gáztérben megnő a nyomás. A nyomásnövekedés annyira kicsi azonban (másképp: a gáztér méretéhez képest olyan kis térfogatú gáz keletkezik), hogy a nyomásnövekedés hatása a reakció kimenetelére elhanyagolhatónak tekinthető. Mindez persze csak akkor igaz a sorozatban végzett kísérletekre is, ha minden mérés után a keletkezett túlnyomást a szelep nyitásával leengedjük. A szelep nyitása/zárása a jelgeneráló modul egyik digitális kimenetével irányítható. Az automatikus mérés folyamatábrája a 4. ábrán látható. A mérőrendszer segítségével több paraméter is léptethető egyszerre vagy külön-külön, így felügyelet nélkül elvileg tetszőleges számú mérés lebonyolítható. 4. ábra. Automatikus mérés folyamatábrája A mérés bemutatása A víz elektrolízis kísérletek során a változtatható paraméterek nagysága rendkívül nagy. Kísérleteinket az egyik legegyszerűbb jelalakkal, a négyszögjellel kezdtük (5. ábra), melynek frekvenciáját és U 2 feszültségét változtattuk, az U 1 feszültség és a kitöltési tényező pedig változatlan maradt. Az egyes mérések során olyan kis mennyiségű vízfogyás tapasztalható, amely gyakorlatilag nem változtatja meg az elektrolit mennyiségét és összetételét, ezért ezt a paramétert változatlannak tekintettük (maxi- 5. ábra. Négyszögjel jellemzése 45

46 HIDROGÉN E-NERGIA.HU U2, V 2,5 2-2,5-3 1 utolsó mérés + 0,5 V + 2 Hz első mérés Nyomásmérő analóg kimenetén mért feszültség, V 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0, U 1=+3V U 2=+2V f=7 Hz α y=0,0285x+0,1685 R 2 =0, Frekvencia, Hz Mérés időtartama, sec 6. ábra. A frekvencia és U 2 feszültség léptetésének szemléltetése 7. ábra. Nyomásnövekedés a cellában mum 0,5 g H 2 O-fogyás). A környezeti hőmérséklet C között változott. A mérések környezeti nyomáson történtek. A kitöltési tényező meghatározza a négyszögjel alsó és felső feszültségszintjének időtartamát: T τ = 1 T ahol: T = T 1 + T 2 (2) A kitöltési tényező jelen esetben 50% volt, az U 1 feszültség +3 V. Az U 2 változtatott paraméter kezdő értéke -3 V, amelyet +0,5 V-os értékekkel fokozatosan az U 1 irányába toltunk el. A mérés során először a frekvenciát növeltük 1 Hz-től 101 Hz-ig, 2 Hz frekvencianövekedést beállítva, majd miután ez a sorozat lezajlott, léptettünk egyet az U 2 értékén, és a frekvencia növelése az újonnan beállított paraméterrel ismét 1 Hz-től kezdődött (6. ábra). Az U 2 feszültség szintjének léptetése 11 alkalommal történt meg, amely lefedi a -3 V és +2,5 V közötti tartományt. A beállított értékeken 50 alkalommal történt frekvencialéptetés, így a mérések száma összesen 600 db. A szoftver 10 sec ideig kapcsol egy-egy jelalakot a cellára, miközben folyamatosan méri és regisztrálja a tápegység által generált feszültséget, a cellafeszültséget, az áramerősséget és a nyomásértékeket. A mérés után 2 sec várakozás következik, majd 4 sec időtartamra kinyit a mágnesszelep, (1) és a gáztérben kiegyenlítődik a nyomás. A szelep zárását követően ismét 2 sec várakozási idő volt beiktatva, miközben a szoftver léptet egyet a frekvencia értékén (és a legnagyobb beállított frekvencia elérése után az U 2 értékén is). A procedúra lezajlása után a mérés az újonnan beállított paraméterekkel folytatódik. Az 1000 minta/sec mintavételi sebesség mellett a szoftver a 10 sec időtartam alatt összesen adatot tárol el (4 db bemeneti csatorna). 600 mérés esetében ez az érték már 24 millióra növekszik. A 600 mérés eredményeit tartalmazó fájlok feldolgozására egy C# nyelven fejlesztett célszoftvert használtunk. A szoftver az alapbeállításoknak megfelelő helyen elmentett fájlokból kiolvassa az adatokat, és kiszámolja a két legfontosabb paramétert: nyomásnövekedés sebessége, V/sec (a nyomásmérő analóg kimenetén mért elektromos feszültség egyenesen arányos a nyomás értékével); átlagos villamos teljesítmény, W. A nyomás a cellán belül minden esetben lineárisan növekszik. A szoftver először egy lineáris regressziót végez el, amelynek kiszámolja az iránytangensét. A 4. ábra egy példát ragad ki az összes közül. A mérés körülményei a grafikonon láthatók. A nyomásnövekedés sebessége jelen esetben 0,0285 V/sec, amely 0,254 cm 3 /sec gáz-térfogatáramnak felel meg. A villamos teljesítmény számítását a szoftver a következő összefüggés szerint végzi el: 8. ábra. A termelt gáz térfogatáramának alakulása a frekvencia és az U 2 feszültség függvényében, Hz 9. ábra. A termelt gáz térfogatáramának alakulása a frekvencia és az U 2 feszültség függvényében, 1 25 Hz 46