8. Energia és környezet

Átírás

1 Környezetvédelem (NGB_KM002_1) 8. Energia és környezet 2008/2009. tanév I. félév Buruzs Adrienn egyetemi tanársegéd SZE MTK BGÉKI Környezetmérnöki Tanszék 1 Az energetika felelőssége, a világ energiaellátása, globális problémák A természet hatalmas, az ember parányi. Ezért aztán az ember léte attól függ, milyen kapcsolatot tud teremteni a természettel, mennyire érti meg, és hogyan használja fel erőit saját hasznára /Szent-Györgyi Albert/ évtől napjainkig 970 Gt CO 2 mennyiségnek a fele 1975 óta került az atmoszférába. 2 1

2 A világ energiaellátása, globális problémák Energiafelhasználás struktúrája: 35 % olaj 23,4 % szén 21,1 % földgáz 6,9 % nukleáris energia 13,5 % megújuló energia Korlátozott, véges erőforrások Ellátás biztonsági kérdések Ma 2 milliárd ember energiaellátása nincs megoldva Üvegház hatású gázok koncentrációjának növekedése, üvegházhatás felerősödése, globális felmelegedés, klímaváltozás 3 A világ energiaellátása, globális problémák A világ energiafelhasználása ben: 20 Gtoe (1 kg oe = 41,869 MJ) Környezetbarát forgatókönyv szerint A termelés szerkezetének átalakítása Mértéktartó energiafelhasználás Várható energiafelhasználás 2050-ben: 14 Gtoe, megújuló energiaforrások részaránya: 39 % 4 2

3 A világ energiaellátása, globális problémák Erős gazdasági növekedés esetén Várható energiafelhasználás 2050-ben: 25 Gtoe A globális porblémák (üvegházhatás, globális felmelegedés, ózonpajzs elvékonyodása) miatt a megoldás is globális mértékben keresendő 5 A világ energiafelhasználása 2004,2030 8, ,5 81% % 77% 37% 63% 53% 23% 19% fejlődő és átalakuló országok iparilag fejlett országok 6 3

4 A világ jövőbeli energiaellátása 2060-ig 7 Az egy főre jutó primer energiafelhasználás (2004, 2030) 8 4

5 Üvegházhatású gázok, CO 2 emissziók alakulása CO 2 -koncentráció jelentős és folyamatos növekedése évi: 278 ppm évi: 365 ppm Legnagyobb CO 2 -kibocsátó országok: USA, Kína elzárkóztak a Kiotói Jegyzőkönyv aláírásától 9 Üvegházhatású gázok, CO 2 emissziók alakulása 10 5

6 EU 25 főbb energetikai mutatóinak alakulása 2030-ig 11 EU 25 primer energiaigénye 2000, Évi ütem Mtoe % Mtoe % % Szilárd tüzelőanyagok , ,0-0,1 Folyékony tüzelőanyagok , ,9 0,3 Földgáz , ,1 1,7 Nukleáris energia , ,4-0,8 Megújuló energiaforrások 97 5, ,6 1,9 Összesen , ,0 0,6 EU 15-ök , ,3 0,6 EU 10-ek , ,7 0,8 12 6

7 Környezetvédelem, energiahatékonyság, energiatakarékosság az EU-ban Energia termelése, szállítása és felhasználása: környezetszennyező tevékenység A környezetvédelem az EU-ban prioritást élvez az energetikai döntésekben Kiotói Konferencia (1997): EU vállalása: : 8 %-os csökkentés (bázisév: 1990) 13 Környezetvédelem, energiahatékonyság, energiatakarékosság az EU-ban Fehér Könyv: az EU-ban a megújuló energiák felhasználásának részaránya: 6 % 8 % (2010) 2001/77/EK: évi 14 % 2010: 22,1 % Közlekedés: bio-üzemanyagok 2003/30/EK: bio-üzemanyagok részesedése szállításban: >5,75 % (2010) Villamos és hibrid-meghajtás 2020: üzemanyagokban a H részesedése: 5 % 2002/91 EK: épületek energiahatékonyságának javítása (Zöld Könyv) 14 7

8 A világ energiafelhasználásának struktúrája 6% 2% 11% 24% 5% 2% 12% 23% 21% 24% 36% 34% összesen 448 EJ összesen 682 EJ szén olaj gáz atom víz megújulók 15 Magyarország energiapolitikája A Magyar Energiapolitika fő célja: Az egységes európai energiapiac részeként működő hazai energiapiac létrehozása Az energiaellátás biztonságának megőrzése és növelése A FF biztosítása érdekében az energiahatékonyság és a környezetvédelmi követelmények érvényesítése Nyilvánosság, közösségi tájékoztatás Hosszabb távra előrejelzett energiafelhasználás, gazdasági szerkezetváltás, energiahatékonyság, - takarékosság 16 8

9 Magyarország energiapolitikájának célkitűzései az EU csatlakozás után A megújuló energiák felhasználásának növelése Az üvegházhatású gázok kibocsátásának 6 %-os csökkentése Az energiahatékonyság és takarékosság javítása Az energiaellátás biztonságának növelése, új földgáztároló-kapacitások építése Légszennyezés savas komponenseinek csökkentése (SO 2, NO x ) Az üzemanyagok környzetvédelmi követelményeinek megfelelő minőség szabályozása A megújuló energiaforrások részarányának növelése a hajtóanyagokban 17 Magyarország energiaellátása, energiapolitikája Magyarország energiafelhasználása, gazdasági fejlődés

10 Az energiaellátással kapcsolatos környezetvédelmi kérdések Lokális és Regionális szint (légszennyezés) 2003/87/EK: emissziós jogok nemzetközi kereskedelme, Nemzeti Kiosztási Terv (iparágak kibocsátásának felső határa) : 6 % 2020-ig: 7-22 % Energiapolitika + környezetvédelmi politika 19 Megújuló energiaforrások Nap ill. Föld energiájából folyamatosan megújulnak; fosszilis tüzelőanyagok (szén, kőolaj, földgáz) kiváltására alkalmasak Környezetvédelmi szempontból energiakinyerési alternatíva Megújuló energiaforrások (napenergia, biomassza, vízenergia...) Legfontosabb indokok Üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése Importfüggőség csökkentése Munkahelyteremtés, vidékfejlesztés Mezőgazdasági túltermelés levezetése Innovatív energiatermelési technológiák elterjesztése 20 10

11 A megújuló energiaforrások fajtái - napenergia Napenergia passzív hasznosítása Klímatervezés, épületek tájolása Épületek szerkezetésenk megválasztása, természetes világítás helyes megtervezése Hatásfoka: % A Nap sugárzási teljesítménye: 4,5x10 23 kw (egy év alatt: >10000x-ese a világ jelenlegi energiafelhasználásának) Érkező sugárzás: 47,4 %-a éri el a földfelszínt (0,0005 %) A napenergia energetikai hasznosítása: 1,11x10 6 MWh Magyarország: 1,16x10 14 kwh (2900x-os) 21 A megújuló energiaforrások fajtái - napenergia A passzív hasznosítás befolyásoló tényezői Tájolás, üvegezett felületek megválasztása Épületek hőtárolása Hőforgalom szabályozása Napenergia aktív hasznosítása Napkollektoros berendezések (vízmelegítésre, fűtésre-hűtésre) Napenergia fotovillamos hasznosítása Villamos energiatermelés kis/nagy teljesítményű készülékekkel 22 11

12 A megújuló energiaforrások fajtái - biomassza Fotoszintézis (élet fenntartása, energetikai célok) Napsugárzás éves mennyisége: 2,6x10 24 J/év energiájú 0,002 %-e 5,7x10 21 J/év energiaértékű biomassza (3 %-a műszakilag hasznosítható (primer energiafelhasználás fele) Hazánkban évente millió tonna növényi szervesanyag fele hulladék (25-26 millió t mezőgazdasági és 1-2 millió t erdészeti melléktermék (3,5<x<6-8 millió t szerves anyag) 23 A megújuló energiaforrások fajtái - biomassza A biomassza energetikai célú hasznosítása: Tüzelőanyagként történő felhasználás (fa-biomassza = dendromassza) Hulladék Melléktermék Céltermék Erőművi felhasználás Környezetvédelmi előnyök Zárt ciklus (CO 2 -kibocsátás) Melléktermék Szállítás Fűtőérték Hamutartalom (2-8 %) Komfortosság FF 24 12

13 A megújuló energiaforrások fajtái - biomassza 25 A megújuló energiaforrások fajtái - biomassza 26 13

14 A megújuló energiaforrások fajtái - biogáz Mezőgazdasági biomassza anerob fermentálása biogáz Célirányos feldolgozás gáz halmazállapotú energiahordozók Biokémiai eljárások Termokémiai folyamatok (tőkeigényes) A biogázképződés folyamata 1. Fermentációs biokémiai folyamat (savas erjedés), mezofil/termofil 2. Egyszerűbb molekulák leépítése (oldható zsírsavak, alkoholok, CO 2 ) a folyamat eredménye: biogáz (CH 4 + CO 2 ) 27 A megújuló energiaforrások fajtái - biogáz Hasznosítás Szerves hulladék ártalmatlanítása Hulladéklerakók tehermentesíte-sítése Energiatermelés hulladékból Integrált hulladékgazdál-kodási körfolyamatok zárása Gazdasági előnyök 28 14

15 A megújuló energiaforrások fajtái - biogáz 29 bioüzemanyagok kőolajválság (függőség veszélye) Kísérleti szakasz lezárult Biodízel és bioalkohol 30 15

16 vízenergia Hagyományos a megújulók között Kedvező hidrológiai adottság Világ villamosenergia-termelésének %-a Elméleti vízenergiakészlet: szföldre hullott csapadék ill. a tengerek közötti átlagos szintkülönbség Kihasználás (Európa: >40 %, Afrika: <2 %) Magyarország: ~ 1000 MW (Dunán: 72 %, Tiszán: 10 %, Dráván: 9 %, Rába, Hernád: 5%) 31 vízenergia Vízerőművek: azok az energia-átalakító létesítmények, melyek a vízfolyás vagy magasabban fekvő medence vagy tenger vizének a mechanikai energiakészletét alakítják át villamos energiává. A világ legnagyobb vízerőművei: Panama folyón (10000 MW) Krasznojarszk (6000 MW) Tenessee (4000 MW) Kína (20000 MW) 32 16

17 vízenergia 33 vízenergia Tengerek energiája: Hatalmas vízáramlatok (Golf-áramlat: 50 km széles, 100 m mély, igen lassú folyó) Az áramlás teljes mozgási energiája: MW 34 17

18 A megújuló energiaforrások fajtái vízenergia Ár-apály energia: Föld-Hold vonzása 12 órás periódus Vízszintmozgás (csak óceánokban) Velence, Hollandia, Anglia (vízimalmok) Tengervíz szintjének átl. mozgása: 1 m, Kanadában: m, Franciaország és Anglia: m) Alig egy tucat ilyen hely a világon Gazdaságosság kérdése 35 vízenergia Tenger alatti árapály-minierőmű Norvégiában egy norvég kisváros lakónegyedének energiaellátását biztosítja Az erőmű évente 700 ezer kilowattóra áramot termel, amivel 30 lakás éves energiaigényét tudja biztosítani 36 18

19 geotermikus energia Kőzetek radioaktív bomlásából származó hő Geotermikus gradiens Földi átlagban: 25 C/km Kontinensünkön: 30 C/km Magyarországon: 50 C/km Geotermikus hőáramsűrűség (értéke földi átlagban: 50 kw/km 2, hazánk: világátlag 2x-ese) Koncentráltság Meleg vagy forró vizet termelő hőforrások Gőz (Izland, USA, Új-Zéland) Hasznosítás: fűtés, mg, balneológia 37 geotermikus energia Hazai potenciál: kb km 2 területen (20000 elméleti fúrás) Termálvíz-hasznosítás: >1000 működő hévízkút (1/3-a fürdők vízellátása), mg-i hőhasznosítás (202 kút), kommunális cél: 21 kút, ipari cél: 68 kút Felhasználási területek: Gyógyfürdők, gyógyvíz-palackozás, ivóvíz-ellátás, ipari víz, használati melegvíz, lakások fűtése, növényházak fűtése Környezetvédelmi előnyei: Egy fogyasztó akár 100 %-os igényének kielégítése Komplex megvalósítás CO 2 elhanyagolható Szállítás Visszavezethető Tájkép 38 19

20 geotermikus energia 39 Magyarország hévizei 40 20

21 szélenergia Egyik legfontosabb, környezetet nem szennyező Ősidők óta (vitrolás hajók, szélmalmok) Hasznosítása Versenyképesség Nincs üzemanyag-szükséglete, ingyen, kimeríthetetlen Tiszta technológia Kontinentális feltételek mellett is gazdaságos Gyors kivitelezhetőség Mg-i tevékenység folytatható Nincs káros környezeti hatás 41 szélenergia Hasznosítása Lokális felhasználás (szélmotorok) Nagyteljesítményű szélerőművek 42 21

22 szélenergia elejére: világ összteljesítménye MW (72,4 %-a Európában 19 millió átlagos háztartás energiaigénye) Piac nőtt, fajlagos beruházási ktg csökkent Előállított villamos-energia termelési ktg-ei 50 %- kal csökkentek Célkitűzések: 2020-ig a világban: MW teljesítmény (2003. évi 19x-ese) 2020-ra tervezett kumm. CO 2 -csökkenés: millió t 2040-re tervezett kumm. CO 2 -csökkenés: millió t 43 Szélenergia és Magyarország Telepítést az adottságok határozzák meg Legfontosabb: Szél intenzitása (> 6 km/s a tengelymagasságban) Szél megbízhatósága Van kinyerhető szélenergia-kincsünk, helyfüggő 1. Inota (2000. ősz) 250 kw 2. Kulcs (2001. május) 600 kw 3. Mosonszolnok (2002. dec., 2 db) 600 kw 4. Mosonmagyaróvár (2003. júl., 2 db) 600 kw Háromlapátos rotor, átmérője: 44 m, tengelymagassága: 65 m hazánk széltérképe 44 22

23 Magyarország széltérképe 45 23