E N E R G I A T E R M E L É S. Dr. Pátzay György

Átírás

1 E N E R G I A T E R M E L É S Dr. Pátzay György

2 MI AZ ENERGIA? Az energia változásokat idéz elő. Hajtóerő, mely mozgatja a testeket, gyártási folyamatokat visz végbe, előidézi az élőlények növekedését, szaporodását, mozgását, az emberi gondolkodást. A tudósok szerint az energia MUNKAVÉGZŐ KÉPESSÉG. Az energiának különböző megjelenési formáival találkozunk, de általánosan két nagy csoportba osztható: POTENCIÁLIS és KINETIKUS ENERGIÁRA POTENCIÁLIS ENERGIA Ez tárolt energia forma és helyzeti, gravitációs energia. A potenciális energiának különböző formáit ismerjük: Kémiai energia Az atomok és molekulák kötéseiben tárolt energia. Ez az energia tartja össze a részecskéket. A biomassza, a kőolaj, a földgáz jó példái a tárolt kémiai energiának. Tárolt mechanikai energia Erők alkalmazásakor a tárgyakban tárolt energia. Az összenyomott rúgó, a kinyújtott gumiszalag jó példák a tárolt mechanikai energiára. Nukleáris energia Az atomok magjában tárolt energia, mely az atommagokat alkotó nukleonokat tartja össze. Ez az energia szabadul fel, ha atommagok kapcsolódnak, vagy hasadnak. A jelenleg üzemelő atomerőművekben az urán atommagjait hasítják (hasadási energia), a napban és a jövő fúziós erőműveiben a hidrogén izotópjai egyesülnek (fúziós energia). Gravitációs energia Ez a helyzeti, vagy pozíciós energia. A hegytetőn lévő szikla a hegylábához képest gravitációs energiával rendelkezik. A magasan fekvő duzzasztó gát mögött lévő víz jó példája a helyzeti, vagy gravitációs energiának. Dr. Pátzay György 2

3 KINETIKUS ENERGIA Ez a mozgási energia, a hullámok, elektronok, atomok, molekulák, anyagok és tárgyak mozgásából adódó energia. A kinetikus energiának különböző formáit ismerjük: Elektromos energia Az elektronok mozgásából adódó energia. Világunk anyagai atomokból épülnek föl. Az atomokat protonok, neutronok és elektronok alkotják. Erő hatására az elektronok mozognak. A vezetőkben mozgó elektronokat elektromos áramnak nevezzük. Az elektromos áram energiáját sok helyen, így többek között a világításban, fűtésben, mozgatásban használjuk föl. Sugárzási energia Ez elektromágneses energia, mely a transzverzális hullámokban terjed. Magában foglalja a látható fény, a röntgen sugárzás, a gamma sugárzás és a rádióhullámok tartományát. A napsugárzás a sugárzási energia jellemző példája. Termikus energia Más néven hőenergia, mely az anyag belső energiája és az anyagban lévő atomok és molekulák rezgési és mozgási energiáját jelenti. Mozgási energia Az anyag és a tárgyak mozgását jelenti egyik helyről a másik helyre. A tárgyak és anyagok mozognak, ha a newtoni törvények szerint erő hat rájuk. A szél jó példája a mozgási energiának. Hangenergia Az energia az anyagban longitudinális hullámokban (sűrűsödés és ritkulás) terjed. Hang keletkezik, ha erő hatására egy anyag vagy tárgy rezgésre kényszerül, a hangenergia az anyagban hullám formájában terjed. Dr. Pátzay György 3

4 Az energia SI mértékegysége 1 J. egyéb mértékegységei 1 cal (kalória)= J 1 kcal= J 1 Btu (British thermal unit)= J 1 thermie= 4.184E6 J 1 ft.lbf= J 1 kj= 1000 J 1 MJ= 1E 6 J 1 LEh (lóerőóra)= E 6 J 1 kwh= 3.6E 6 J 1 MWh= 3.6E 9 J 1 ev (elektron volt)= E -18 J 1 erg= 1E -7 J 1 Quad=10 15 BTU Dr. Pátzay György 4

5 ENERGIA MEGMARADÁS, HATÉKONYSÁG Energia nem hozható létre és nem semmisíthető meg. A hasznosítható energia az a felhasználható energia mennyiség, melyet egy rendszerből ki lehet nyerni. Az energia egyik formájának másik formába történő átalakításakor veszteségek lépnek föl. ENERGIAFORRÁSOK Két csoportba sorolhatók: MEGÚJULÓ és NEM-MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK. A nem-megújuló energiaforrások: szén, a kőolaj, a földgáz, az urán. Jelenleg az emberiség energiaellátásában döntő a szerepük. A VILÁG ENERGIAFOGYASZTÁSÁNAK FORRÁSAI 2000-BEN A megújuló energiaforrások: a biomassza, a geotermális energia, a vizenergia, a napenergia és a szélenergia. Döntően villamos energia előállítására alkalmazzák. A villamos energia különbözik a többi energiaforrástól, mert MÁSODLAGOS ENERGIAFORRÁS. A másodlagos energiaforrás létrehozásához más ELSŐDLEGES ENERGIAFORRÁS felhasználása szükséges. Dr. Pátzay György 5

6 Fosszilis tüzelőanyagok a földkéregben található szén-, olaj és földgázkincs; tehát az éghető tüzelőanyagok. Fissziós üzemanyagok a nehéz atommagok hasításán alapuló atomreaktorokban felhasznált anyagok (pl. urán). Fúziós üzemanyagok a könnyű atommagok egyesítésével járó energiaátalakítás energiahordozói (pl. deutérium, trícium). Technikai rendszerek az energetikában 1. Energetikai paramétermódosító rendszerek (hőcserélő, villamos transzformátor) 2. Energiaváltoztató rendszerek (hűtőgép, villamos motor) 3. Energiaszállító rendszerek (elektromos táv-vezetékhálózat, gázvezetékhálózat) 4. Energiatároló rendszerek (akkumulátor, kondenzátor) 5. Az energetika állapottartó rendszerei (légkondicionáló) 6. Az energetika output-tartó rendszerei (feszültségstabilizátor, nyomásszabályozó) ENERGIAHORDOZÓK -Ásványi energiahordozók Energiatartalom (MJ/kg) Dr. Pátzay György 6

7 Dr. Pátzay György 7

8 Energiaforrások, átalakítások, szállítások, elosztások, tárolások és felhasználások kapcsolata Dr. Pátzay György 8

9 ENERGIAFORMÁK ÁTALAKÍTÁSA Energia átalakítás hatásfok (%) Elektromos melegítő 100 (elektromos/termikus) Elektromos generátor 95 (mechanikus/elektromos) Elektromotor nagy (kicsi) 90 (65) (elektromos/mechanikus) Akkumulátor 90 (kémiai/elektromos) Gőzkazán 85 (kémiai/hő) Házi gáz (olaj,szén) kályha 85(65,55) (kémiai/hő) Gőzturbina (gázturbina) 45(30) (kémiai/mechanikai) Gépjármű motor 25 (kémiai/mechanikai) Fluoreszcens lámpa 20 (elektromos/fény) Szilícium napcella 15 (nap/elektromos) Gőzmozdony 10 (kémiai/mechanikai) Izzólámpa 5 (elektromos/fény) Dr. Pátzay György 9

10 Energiaátalakító technológiák területigénye Technológia 1000 MWe területigénye Nukleáris Szén Víz Napelem Szél Biomassza Geotermikus Gáz turbina/tüzelőanyag cella 8,8 km 2 18,13-32,26 km 2 72,5 km 2 103,6 km km km 2 7,8 km 2 Esettől függ Dr. Pátzay György 10

11 Területigények Technológia Teljesítmény fajlagos km 2 /GW Kihasználtság % Energia fajlagos Km 2 /GWh Víz Biomassza (direct fire) Szél ,7 Nap PV (flat plate) Szén Nap Thermal (parabolic trough) Geotermikus Földgáz ,5 Olaj ,3 Nukleáris ,3 Forrás: Renewable Energy Technology Characterizations, DOE s Office of Utility Technologies, Energy Efficiency and Renewable Energy, and EPRI, 1997; Generic Environmental Impact Statement for License Renewal of Nuclear Plants, NRC, 1996; The Most Frequently Asked Questions About Wind Energy, American Wind Energy Association, 2002; PV FAQ s, DOE, Energy Efficiency and Renewable Dr. Pátzay Energy, György 2004; Capacity factors from Global 11 Decisions/Energy Information Administration.

12 Energiaátalakító technológiák hatásfokai Biomassza Geotermikus Napelem Szélerőmű Nukleáris Gáz turbina Széntüzelésű erőmű Tüzelőanyag cella Gáz-kombinált ciklus Hibrid tüzelőanyag cella Vízerőmű Dr. Pátzay György 12

13 Energiagazdálkodás Energiaszükségletek és rendelkezésre álló energia fajták felmérése Termelés és szükséglet összehangolás Leggazdaságosabb energiaátalakítási módszerek meghatározása Környezeti hatás csökkentése (Üvegházhatású gázok!) Dr. Pátzay György 13

14 Energiasűrűség (J/dm 3 ) egy rendszerben, vagy térrészben lévő tárolt energiamennyiséget jelzi és főleg tüzelőanyagok jellemzésére alkalmazzák. Fajlagos energiatartalom (J/kg) az egységnyi tömegben lévő energiatartalmat jelzi és főleg élelmiszerek energiatartalmának kifejezésére alkalmazzák. Fontos jellemző, mert például interkontinentális repülőgépek üzemanyagául sosem alkalmaznak földgázt, mert kis fajlagos energiatartalma mintegy ezredrésze a folyékony kerozinnak. A hegymászók nem sárgarépát, henem csokoládét visznek magukkal a hegyi megerőltető túrára. Energia koncentráció (J/m 2 ) az energiaforrás adott irányú sűrűsége. A kis kőolajmezők energia koncentrációja <1GJ/m 2, míg a világ legkoncentráltabb olajmezőjén (al-burkazin, Kuvait) 1TJ/m 2, a kanadai olajpala koncentrációjának tízszerese. Mindenesetre az energia koncentráció jól jelzi Földünk korlátozott lehetőségeit. Energiahatékonyság (J/J) az energiaformák átalakítását végző hatékonyságát jellemzi. A vízturbinák például a potenciális energiát közel 90%-os hatásfokkal alakítják át elektromos energiává. Lényegében hatásfokot jelöl. Teljesítmény sűrűség (W/m 2 ) a talaj, vagy tenger egységnyi felszínén kinyerhető vagy szükséges teljesítményt jelzi. Olajmezők, erőművek, épületek fajlagos teljesítmény leadását, vagy felvételét jelzi. Háztetőkre szerelt napkollektorokkal például nem lehetséges vaskohó hőteljesítmény igényét fedezni. Energiaintenzitás (energia igényesség) (J/pénzegység) egységnyi termék, vagy szolgáltatás előállításához szükséges energia szükségletet jelzi. A bruttó primer energia ellátás (TPES) ás a bruttó nemzeti termék (GDP) aránya adja az energia intenzitás értékét. Sajnos gyakran hibásan határozzák meg. Dr. Pátzay György 14

15 Fosszilis energiahordozók Szén Kőolaj Földgáz Fa Magyarországon a szénhidrogének felhasználási aránya kb. 70% Hatásfok Elektromos energia kőszénből 35-40% Elektromos energia + gőz kőszénből ellennyomású erőműben 72% Gőzgép 11% Diesel motor 30% Háztartási fűtés olajkazánban 66% Dr. Pátzay György 15

16 Anyag Fajlagos energia költség (MJ/kg) Kiindulási anyag alumínium bauxit tégla 2-5 agyag, márga cement 5-9 agyag, mészkő réz szulfidos rézérc üveg homok, agyag, márga vas vasérc mészkő 0,07-0,1 mészkő nickel szulfidos nikkelérc papír facellulóz polietilén nyersolaj polisztirol nyersolaj PVC nyersolaj homok 0,08-0,1 folyómeder szilícium szilícium-dioxid acél nyersvas kénsav 2-3 kén titán titánérc víz 0,001-0,01 folyók, tavak, talajvíz tüzifa 3-7 erdő Dr. Pátzay György 16

17 SZÉN A növényi anyagok szénné alakulásának két fő szakasza van. a/ A lerakódás és az ezzel kapcsolatos felszíni átalakulás, eredménye a tőzeg. b/ A nagy nyomás és hőmérséklet hatására a földkéregben létrejövő metamorfózis, a szénülés. A szénülés során a tőzeg fokozatosan átalakul, s lignit, barnaszén, feketeszén majd antracit keletkezik. A széntartalom és a kémiailag kötött energia változását a szénülés foka szerint a következő táblázat mutatja. C [%] Q[MJ/kg] tőzeg ,3-7,5 lignit ,0-8,4 barnaszén ,4-24 feketeszén antracit ,5 Dr. Pátzay György 17

18 A szénülés során csökken a hidrogén és oxigéntartalom, amely a növényeknél 6, illetve 44 % körüli érték volt, az antracitnál nem éri el a 2, illetve 4 %-ot. Az ásványi szenek a karbon és hidrogén mellett más éghető és nem éghető anyagokat is tartalmaznak. Az éghető gázok (ún. illóanyagok) égéskor elégnek és eltávoznak, az éghetetlen szilárd anyag a hamu visszamarad. A magyarországi szenek leggyakoribb hamualkotói: a kovasav (SiO 2 ), az alumíniumoxid (Al 2 O 3 ), a vasoxid (Fe 2 O 3 ), a foszforpentoxid (P 2 O 5 ) és a kalciumoxid (CaO). A szén tüzeléstechnikai értéke annál nagyobb minél kisebb a nedvesség- és hamutartalma. A szén durva nedvességtartalma a hótól vagy a mosóműből kerül a szénbe, a higroszkopikus nedvességtartalmat pedig a szénfelület abszorbeálja, s a szénben lévő kapillárisok tárolják. A szénben három féle hamu van. a/ Primer hamu: olyan ásványi anyag, mely még szén ősét jelentő fában is megtalálható volt. Csak különleges eljárásokkal távolítható el. b/ Szekunder hamu: a szénülés folyamatában a geológiai rétegmozgások következtében keveredett a szénnel. Eltávolítása az ún. flotálás, mely során a flotálómedencében a szén és a meddő fajsúlykülönbségét használják fel a szétválasztásra. c/ Tercier hamu: a bányászati folyamat során a szénbe kerülő meddő. Eltávolítása egyszerű, ez az ún. szénmosás. Szénkitermelés: felszíni és mélyművelésű bányákban. Dr. Pátzay György 18

19 Szénhidrogének KŐOLAJ A kőolaj szerves, főleg állati eredetű maradványok átalakulási terméke. A kőolaj tömeg %-ban adott összetételét a következő táblázat mutatja A kőolaj összetétele C 80-88% H 10-14% S <5% O <7% N <1,7% Hamu <0,03% A kőolaj fűtőértéke: MJ/kg. A szénhidrogének csoportjai: paraffinok (normál- ill. izo-paraffinok), cikloalkánok (naftének), aromások. Olefinek, acetilének~0. FÖLDGÁZ A természetben található gáznemű tüzelőanyag, szénhidrogénekből áll. A kőolaj-előfordulásnak rendszerint kisérője. Legértékesebbek azok a földgázok, melyek sok metánt tartalmaznak, de kisebb-nagyobb mennyiségben etán, propán, bután, pentán stb. is található a metán mellett. Az olyan földgázt, ami túlnyomó részt metánból áll és csak igen kevés C 2 -C 6 szénhidrogént tartalmaz, száraz földgáznak is nevezik. Az olajjal együtt feltörő földgázok rendszerint ún. nedves földgázok, ezek számottevő mennyiségben tartalmaznak C 2 -C 6 szénhidrogéneket. Dr. Pátzay György 19

20 CH %, C 2 H 6 0,1-9,5%, C n H 2n+2 <16%, N 2 <38%, H 2 S <15% (CO %). Energiahordozók kiaknázása Dr. Pátzay György 20

21 Energiatermelés kémiai technológiái Kémiai energia Hőenergia CH O 2 = CO H 2 O Égéshő: 5,55*10 4 kj/kg Fűtőérték: 4,99*10 4 kj/kg Atomenergia Hőenergia U + n 92U* 36Kr* + 56 Ba* + 3n Atommag hasadással termelődő energia 8,21*10 10 kj / kg 235 U Kémiai energia hőenergia mechanikai energia villamos energia Atomenergia hőenergia mechanikai energia villamos energia Dr. Pátzay György 21

22 Tüzeléstechnika Égéshő kj/kg 33808*C% *(H% - 1/8 O%) *S% 100 (1 g oxigénhez 1/8 g hidrogén tartozik a vízben) Fűtőérték kj/kg F= É R R = 2510 (9*H% + nedv.%) 100 (1 g hidrogénből 9 g víz keletkezik) Égési hőmérséklet az a maximális hőmérséklet, amely a tüzelőanyag elméleti levegőszükséglettel való elégetése során keletkezik, ha nincs hőcsere és veszteség. Légfelesleg tényező a ténylegesen használt és az elméletileg szükséges levegő hányada. Gyulladási hőmérséklet az a legkisebb hőmérséklet, amire ha az éghető anyagot felmelegítik levegőn, akkor magától meggyullad. Túl gyors égés: robbanás, robbanó elegy jellemzői az alsó és felső robbanási határ. Dr. Pátzay György 22

23 Levegő hozzávezetés, égéstermék elvezetés, veszteségek, robbanó elegyek A levegőt az égés sebességének megfelelő ütemben kell odavezetni, az égéstermékeket kellő gyorsasággal kell eltávolítani. Hőveszteségek: a füstgáz hőtartalma, sugárzási és vezetési hőveszteség, tökéletlen égés miatti veszteség. Alsó és felső robbanási határ, a már és a még robbanó tüzelőanyag-levegő elegy koncentrációja. Dr. Pátzay György 23

24 Szilárd, cseppfolyós (tömeg%) és gáz (tf%) halmazállapotú tüzelőanyagok összetétele Hamu Víz C H S O N Égéshő (kj/kg) Kőszén (antracit) ,4 3,8 1,2 2,3 2, Kőszén (gázkőszén) 3,7 3,5 77, , Koksz 9 1,8 84 0,8 1 1,7 1, Barnaszén (nyers) 2,7 59,3 23 1,9 1,6 6 6, Benzin (könnyű) ,6 14,35 0, Tüzelőolaj (könnyű) - 0,1 85,5 13,5 0, Tüzelőolaj (nehéz) 1 0, ,7 2, Földgáz CH4 H2 CO CO2 N2 C2H6(stb) Égéshő (kj/kg) Hidrogén Szénmonoxid Metán Földgáz (holland, olasz) 80, ,8 14,4 3, Kokszoló gáz Kohó (torok) gáz 0, , Dr. Pátzay György 24

25 Ideális tüzelés Reális tüzelés Dr. Pátzay György 25

26 Tüzeléstechnikai számítások Az égési folyamatok mennyiségi leírása a technikai tüzelőrendszerekben rendkívül nehéz. Így csak rendkívül leegyszerűsített folyamatokat vesznek figyelembe. Ezen egyszerűsített modell sémája: A három legfontosabb elemi komponens (C, H, S) égési reakciói elméleti, sztöchiometrikus esetben: Elméleti levegőszükséglet (L o, Nm 3 levegő/kg tüzelőanyag) A tüzelőanyag elemi összetételének (szén-, hidrogén- és általában kéntartalmának) ismeretében, az égési reakciók alapján kiszámítható 1kg tömegű tüzelőanyag tökéletes elégetéséhez szükséges oxigén, ill. ezen keresztül a szükséges levegő mennyisége. L 8,876 X 26,678 X 3, 32 0 C H X S Dr. Pátzay György 26

27 C 12kg 1kg 79 O2 ( N2) ,41Nm ( 22,41Nm ) ,41Nm 79 22,41Nm ( ) CO 2 22,41Nm 3 22,41Nm N ,41Nm ,41Nm Elméleti (száraz és nedves) füstgáz-mennyiség (V 0sz, V 0n, Nm 3 füstgáz/kg tüzelőanyag) Az elméleti száraz füstgáz CO 2 -t, SO 2 -t és N 2 -t tartalmaz, míg a nedves füstgázban a vízgőz is benne van. V V sz 0 n 0 8,876 8,876 X X C C 21,07 32,0 X X H H 3,32 3,32 X X S S Légviszony tényező (n) n = L L 0 A tüzelőanyag tökéletes elégetéséhez az elméletinél nagyobb mennyiségű levegőt kell felhasználni. A többletlevegőt légviszony tényezővel (n) fejezzük ki, amely megadja, hogy a ténylegesen felhasznált levegő (L) hányszorosa az elméleti levegőszükségletnek (L o ). Dr. Pátzay György 27

28 A felesleges levegő változás nélkül halad át a tüzelőszerkezeten, a tűztér hőmérséklete nem túl magas. (Ellenkező esetben a levegő nitrogénje részben nitrogén-oxidokká alakul!). A légviszony tényezőt gyakorlatilag a füstgáz elemzési adataiból (O 2 és CO 2 tartalmából) tudjuk kiszámítani. A száraz füstgázok O 2 -tartalmából legegyszerűbben: számíthatjuk. n = O 2 mér t V sz =V 0 sz +(n-1)l 0 és 0,21(n-1)L 0 =O 2(füstgázban) (V 0 sz +(n-1)l 0 Mivel V 0 sz ~L 0 n=21/(21-o 2(füstgázban) ) A száraz füstgázok CO 2- tartalmából pedig: n =1 Ez utóbbi képletek használatához az elméleti levegőszükséglet (L o ) és a keletkező száraz füstgáz térfogat (V osz ) értékén kívül ismerni kell a füstgázok maximális CO 2 tartalmát is (CO 2max ). Tüzelőanyag n =1 %CO 2max Metán/földgáz 11,7% LPG 13,9% Tüzelőolaj 15,7% Szén (100%) 21,0% V L sz 0 0 CO 2max CO CO 2mért 2mért CO 2 max = 22,41 12 V L sz O 2mért O 2mért 3 Nm CO2 kg szén C kg szén kgtüz. anyag 3 sz Nm füstgáz V0 kgtüz. anyag Dr. Pátzay György 28

29 A tüzelés során képződött valódi füstgáz mennyiségek a légviszony tényező és az elméleti levegő- és füstgázmennyiség ismeretében kiszámíthatók: V V sz n V V sz 0 n 0 n n 1 1 L L 0 0 Tüzelőanyag n Földgáz 1,03-1,3 Tüzelőolaj 1,1-1,4 Darabos szén 1,4-2,0 Porszén 1,2-1,5 Égési folyamatokat befolyásoló paraméterek Biztosítani kell: elegendően nagy levegőmennyiség elegendően magas oxigéntartalmú levegő megfelelően kiakakított tűztér füstgázok elvezetése gyulladási hőmérséklet az égés beindításához elegendően nagy égési reakciósebességek Tüzelés során háromféle lehetséges üzemmód fordul elő: a léghiányos tüzelés, az elméleti értékek mellett végzett tüzelés és a légfelesleges tüzelés. Fontos tüzeléstechnikai jellemző az égési hőmérséklet. Dr. Pátzay György 29

30 Tüzelési folyamatoknál a különböző légviszony tényező mellett végzett tüzelések hatására a füstgáz oxigén tartalma eltérő. A tüzelőberendezések emissziós méréseinek eredményei csak akkor hasonlíthatók össze, ha azonos füstgáz oxigén tartalmakra vonatkoztatjuk a mért emissziós értékeket. Adott légszennyező füstgáz komponens mért koncentrációját a következő összefüggéssel számíthatjuk át a megadott oxigén tartalomra: C O 21( tf%) O ( %) 3 2ref tf ( mg / m ) C ( mg / m 2ref O2mért 21( tf%) O ( tf%) 2mért 3 ) C O2 ref,c O2 mért - adott légszennyező anyag koncentréciója a referencia és a mérés során létező oxigén koncentráció mellett O 2 ref, O 2 mért - az összehasonlításhoz megadott és a mérési körülmények között a füstgáz oxigén koncentrációja A hazai és nemzetközi gyakorlatban a füstgáz referencia oxigén koncentrációja gáztüzelésnél 3 tf%, szén- és olajtüzelésnél pedig 6 tf% vagy 7 tf%! Tehát az egyes füstgázkomponensek koncentrációit egységesen a fenti oxigéntartalmú füstgázokra számítjuk át. Dr. Pátzay György 30

31 Tüzeléstechnikai hatásfok (h) (qa füstgáz veszteség %) h 100% qa A füstgáz veszteség tüzelőanyagtól függően két különböző formulával számítható. A számítások alapja a füstgázhőmérséklet (t fg ) és a tüzeléshez felhasznált levegő hőmérséklete (t lev ) közötti különbség. qa f szilárd tüzelőanyagnál t fg tlev A2 qa t fg tlev CO2 21 O folyékony és gáznemű tüzelőanyagnál 2 B CO 2 CO 2max 21 O2 21 Tüzelőanyag A2 B F CO max Tüzelőolaj 0,68 0,007-15,5 Földgáz 0,65 0,009-11,9 Foly. Gáz 0,63 0,008-13,9 Koksz, fa 0 0 0,74 20,0 Brikett 0 0 0,75 19,9 Barnaszén 0 0 0,90 19,2 Kőszén 0 0 0,60 18,5 Kokszgáz 0,6 0, Városi gáz 0,63 0,011-11,6 Dr. Pátzay György 31

32 Dr. Pátzay György 32

33 Füstgáz komponensek Forrás termék előfordulás C CO 2,(C, CO) 7-15% ( ppm) H. H 2 O H 2 O N 2 N 2 (NO,NO 2 ) 75-80% (<10 ppm) O 2 O 2 2-8% S SO 2 <200 ppm HC, hamu Dr. Pátzay György 33

34 CO!!!!!!!!!!! Színtelen, szagtalan, ízetlen, éghető, erősen mérgező gáz. A csendes gyilkos tökéletlen égés során keletkezik, pl. nem megfelelő huzat esetén. koncentráció 9 ppm Maximálisan megengedett érték rövid időtartamra élő környezetben 35 ppm Maximálisan megengedett érték 8 órás folyamatos időtartamra élő környezetben 200 ppm Maximálisan megengedett érték bármely időtartamra élő környezetben. 2-3 óra után fáradság, fejfájás, hányinger 800 ppm 45 percen belül hányinger és görcs, 2-3 órán belül halál 3200 ppm 5-10 percen belül fejfájás, hányinger, 30 percen belül halál Dr. Pátzay György 34

35 Dr. Pátzay György 35

36 Tüzelőanyagok elméleti és gyakorlati tűztéri hőmérsékletei Tüzelőanyag Fűtőérték Elméleti tűztéri hőm. Gyakorlati tűztéri hőm. (kj/kg) ( 0 C) ( 0 C) Kőszén Barnaszén(száraz) Tüzelőolaj Földgáz Tüzelőszerkezetek A tüzelőanyagok elégetésére és a keletkező hő hasznosítására szolgálnak. Felépítésük a tüzelőanyag halmazállapotától függ. Működés kívánalmai: jó tüzelési hatásfok, sokféle tüzelőanyag elégetésére legyen alkalmas, jól szabályozható és gazdaságos legyen. Gáz, porlasztott olaj és szénpor tüzelés Dr. Pátzay György 36

37 SZÉNTÜZELÉS Tüzelőberendezések Vándorrostélyú tüzelőszerkezetben a rostély végtelen láncot képez, melyet két lánckerék mozgat. A lánc végéről a salak folyamatosan távolítható el. A tűztérbe kerülő szén fokozatosan felmelegszik, kokszolódik és végül elég. Az alkalmazott rostélyhossz ált. 4m, az égési folyamat 1mm/sec rostélysebesség mellett kb. 1 óra alatt megy végbe. A vándorrostélyos tüzelés néhány centiméteres széndarabok tökéletes elégését biztosítja. Maximum 100 MW termikus teljesítményű kazánokhoz alkalmazható. Dr. Pátzay György 37

38 Dr. Pátzay György 38

39 A finomszemcsés szilárd anyagot (szén és hamu max. 1 cm átmérőjű szemcséinek keverékét levegő tartja lebegésben. Jó hatásfokú hőcsere megy végbe Az égési hômérséklet C így az NO x gázok képződése erősen korlátozott. A fluidizációs tüzelőberendezések maximum 200 MW termikus teljesítményértékig alkalmazhatók. Dr. Pátzay György 39

40 Cirkulációs (instacionér) fluidizációs tüzelés Az instacionér (fluidizációs) széntüzelésnél a gáz-szilárd elegyet kivezetik a tűztérbôl és utánkapcsolt hôhasznosító berendezésen vezetik át. Dr. Pátzay György 40

41 Dr. Pátzay György 41

42 Porszéntüzelésű hőerőmű túlhevítő porleválasztó A szenet malomban 50 m szemcseméret alá aprítják. A porszéntüzelés biztosítja a legjobb hőátadást, mert itt a legnagyobb a szén fajlagos felülete. Az elérhetô termikus teljesítmény 2000 MW. Dr. Pátzay György 42

43 Szénportüzelés CO 2 lekötéssel (jelenkor) Amin (MEA) kereskedelmileg hozzáférhető USA-ban 3 erőmű üzemel: MEA, <15 MWe, >90% ΔCO 2 alapkövetelmények: ~ m 2 szükséges egy 600 MW erőműhöz SO 2 és NO 2 ~0 Nagy rebojler gőzszükséglet (MEA>KS-1>Ammonia) Sok új feltétel vált ismertté! füstgáz Tisztított füstgáz a levegőbe Abszorber torony CO 2 tisztításra és kompresszióra CO 2 sztripper CO 2 sztripper rebojler MEA-monoetanol amin SCR-szelektív katalitikus redukció ESP-elektrosztatikus por- és pernyeleválasztó Dr. Pátzay György 43

44 TISZTA SZÉNALAPÚ ENERGIATERMELŐ TECHNOLÓGIÁK (CCT) Az integrált elgázosító kombinált ciklusú széntüzelés (IGCC) újtípusú széntüzelésnél a szenet oxigénnel és vízgőzzel reagáltatják és döntően szénmonoxidból és hidrogénből álló fűtőgáz keletkezik. Ezt a gázt megfelelő tisztítás után gázturbinában elégetik. A fejlődött hő jelentős részét gőzfejlesztésre használják, mely további elektromos energiát fejleszt. Az IGCC erőművek magas hatásfokkal rendelkeznek még rosszabb minőségű szenek esetén is. Jelenleg néhány kísérleti erőmű üzemel az EU országaiban, az USA-ban és Japánban. Karbonát ciklus a CO 2 megkötésére: Dr. Pátzay György 44

45 elgázosító füstgáz tisztító gázégő IGCC szén gázturbina elektromosság salak generátor gőz injektálás elektromosság Emisszió ellenőrzés gőzturnina gőzfejlesztő generátor kondenzátor IGCC tápvíz szivattyú Dr. Pátzay György 45

46 A CO 2 leválasztás lehetséges útjai Lehetséges elválasztási eljárások: Abszorpció Adszorpció Membrántechnika Kriogén eljárás Dr. Pátzay György 46

47 A leválasztott CO 2 lehetséges tárolása, elhelyezése Dr. Pátzay György 47

48 Széntüzeléseknél a CO 2 megkötés lehetőségei és költségei Égetés után, égetés előtt és CO 2 recirkulációval BoA- Brown coal power plant with Optimized plant engineering ALPC- Advanced Lignite Pulverized Coal Dr. Pátzay György 48

49 OLAJTÜZELÉS A tüzelőolajokat betűk és számok kombinációjával nevezik el. Így pl a TH 5/20 háztartási tüzelőolajat jelöl, mely 5 0 C -on még szivattyúzható és 20 0 C -on még porlasztható. Dr. Pátzay György 49

50 GÁZTÜZELÉS GB-GANZ gázégők választéka Dr. Pátzay György 50

51 Dr. Pátzay György 51

52 A nukleáris energiatermelés elvi alapjai Ahogy nő a nukleonok száma elérjük a vas környékén a kötési energia maximumát. A nagyobb tömegű magok kevésbé stabilak. Ezért egyaránt energia nyerhető a kis magok egyesüléséből fúziójából és a nagy magok hasadásából. Ezért jellemző az alfa-bomlás a nehéz magok esetén. Így energia nyerhető kétféleképpen: Maghasadással: atomok elhasadása--> ez történik a hasadási atomreaktorokban. energia nyerhető, ha nagy a mag minél kisebb a végtermék mag, annál stabilabb Dr. Pátzay György 52

53 A NUKLEÁRIS ENERGIATERMELÉS: MAGHASADÁS LÁNCREAKCIÓ Kritikus reakció:amikor éppen elegendő hasadás történik ahhoz, hogy a láncreakció fönnmaradjon. Ez a nukleáris energiatermelés alapja. Szuperkritikus reakció: Amikor a láncreakcióban hasítóképes neutronfelesleg keletkezik és nő a hasadás sebessége. Ez történik az atombombákban. KRITIKUS TÖMEG: a hasadóanyag legkisebb tömege, mely fenntartja a láncreakciót. Ez 235 U esetében 56 kg. Dr. Pátzay György 53

54 HASADÁSI ENERGIA A hasadási reaktorok zömében jelenleg az 235 U az alkalmazott hasadóanyag. Egy lehetséges hasadási reakció: 1 n U --> 92 Kr Ba n + energia vagy Egy urán atom elhasadásakor kb. 200 MeV energia szabadul föl. 100 g 235 U elhasadása 8, J=1785 tonna TNT energiájának megfelelő energiát képvisel. Dr. Pátzay György 54

55 HASADÓANYAGOK Mag 232 Th 233 U 234 U 235 U 236 U 238 U 237 Np 239 Pu 240 Pu Átmeneti mag Neutron energia (MeV) 233 Th 234 Th 235 U 236 U 237 U 239 U 238 Np 240 Pu 241 Pu 1,3 T 0,4 T 0,8 1,2 0,4 t >0 Dr. Pátzay György 55

56 Dr. Pátzay György 56

57 ERŐMŰREAKTOROK TERMIKUS GYORS VÍZHŰTÉSŰ GÁZHŰTÉSŰ KÖNNYŰVIZES NAGY HŐMÉRSÉKLETŰ (HTR) FORRALÓVIZES (BWR, RBMK) NYOMOTTVIZES (PWR, VVER) NEHÉZVIZES (CANDU) Paksi atomerőmű 4 db 440 MW e VVER-440/213, 1 fűtőelem l=2,4 m, 99%Zr 1%Nb 1 kötegben 126 db fűtőelemrúd van, az aktív zónában 312 db köteg (42 t UO 2 3,5% 235 U) Dr. Pátzay György 57

58 A reaktor részei A nyomottvizes atomerőmű (PWR) TMI PWR (USA) Dr. Pátzay György Source: U.S. Nuclear Regulatory Commission 58

59 A VVER-440/213 nyomottvizes reaktor 1 Reaktor tartály 2 gőzfejlesztő 3 fűtőelem töltő 4 kiégett fűtőelem tároló medence 5 elnyelető torony 6 tápvíz előkezelés 7 védőburkolat 8 elnyelető torony 9 permetező rendszer 10 ellenőrző csatorna 11 levegő beszívás 12 tubina 13 kondenzátor 14 turbina blokk 15 tápvíz tartály 16 előhevítő 17 turbina csarnok daru 18 elektromos berendezések, vezérlések Dr. Pátzay György 59

60 Dr. Pátzay György 60

61 Nukleáris üzemanyagciklusok Egyszeri felhasználású nukleáris üzemanyagciklus Zárt nukleáris üzemanyagciklus Dr. Pátzay György 61

62 Dr. Pátzay György 62

63 Dr. Pátzay György 63

64 1 GW.év elektromos energia termeléséhez tartozó hasadóanyag felhasználások Dr. Pátzay György 64

65 Az erőművek általában villamos energia termelésére épített létesítmények. Az energiaforrás szerint: Hőerőművek Vizerőművek Szélerőművek Egyéb erőművek Dr. Pátzay György 65

66

67 Hevítés Hőerőgép... Expandálás Turbina HŐ Kazán Kondenzátor HŐ Hűtés Szivattyú Komprimálás Domain Dr. Pátzay György 67

68 A termelt vagy szolgáltatott energia szerint: Tisztán villamos energiát szolgáltató Villamos energiát és hőenergiát szolgáltató erőművek Az erőművek kihasználása szerint: Alaperőművek, egész évben egyenletesen termel, jól kihasználja a kapacitását Menetrendtartó erőművek, igények alapján előre megszabott menetrend szerint Csúcserőművek, csak a terhelési csúcsok idején szolgáltat energiát Kondenzációs erőmű Ellennyomásos erőmű Dr. Pátzay György 68

69 Elvételes kondenzációs erőmű Egyszerű vízgőzős Rankin-Clausius körfolymat Dr. Pátzay György 69

70 Olajtüzelésű kazán Dr. Pátzay György 70

71 A Carnot-ciklus a p-v és T-s diagramokban Carnot hatásfok: T h T h T l Dr. Pátzay György 71

72 A Rankine-Clausius körfolyamat Kazán (túlhevítővel) Gőzturbina Villamos generátor 1 5 Kondenzátor Szivattyú 6 Dr. Pátzay György 72

73 A Rankine-Clausius körfolyamat T(K) Folyadékhevítés 2-3 Elgőzölgés 3-4 Túlhevítés 4-5 Expanzió 5-6 Kondenzáció Szivattyúzás 6 5 s (J/kg K) Dr. Pátzay György 73

74 Ideális Rankin ciklus 1-2 reverzibilis adiabatikus szivattyúzás 2-3 hevítés állandó nyomáson (részben izoterm) 3-4 reverzibilis adiabatikus expanzió 4-1 hűtés állandó nyomáson (részben izoterm) T 2s 1 4s 3 s Dr. Pátzay György 74

75 Reális Rankin ciklus 1-2 nemizentrópiás szivattyúzás 2-3 irreverzibilis hevítés 3-4 nemizentróoiás expanzió 4-1 irreverzibilis hűtés T s Dr. Pátzay György 75

76 Hatások javítási lehetőségek Kapcsolt energiatermelés (kogeneráció) Dr. Pátzay György Dr. Pátzay György 76

77 Ideális kapcsolt energiatermelés kapcsolt energiatermelés tüzelő - anyag 100 villamos energia, 20 hőenergia 65 veszteség 15 Tüzelőhő megtakarítás: = 30 külön hő- és villamosenergia termelés tüzelőanyag 55 tüzelőanyag 75 villamos energia, 20 veszteség 35 veszteség 10 hőenergia 65 Dr. Pátzay György 77

78 Felosztás: MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK 1. Eltüzelhető megújulók és hulladékok (CRW). -Szilárd biomasszák és állati termékek. Ilyen a fa, fahulladék, rost-hulladék, állati hulladékok és más szilárd biomasszák. A biomasszából készült faszén is ide tartozik. -A biomasszából keletkező folyékony és gáznemű energiahordozó anyagok. Ide tartozik a biogáz. -Háztartási hulladékok. Lakossági és kórházi hulladékok. -Ipari hulladékok. Szilárd és folyékony hulladékok, pl. autógumik. 2. Vízenergia A víz potenciális és kinetikus energiáját elektromos energiává alakítják a vizierőművekben. 3. Geotermális energia A föld hőjét gőz és/vagy melegvíz formájában hasznosítják közvetlen fűtésre, vagy elektromos energia előállítására. 4. Napenergia A napenergiát forró víz előállítására vagy elektromos energia előállítására alkalmazzák. 5. Szélenergia A szél kinetikus energiáját szélmotorokban elektromos energiává alakítják. 6. Árapály, hullám, óceán energia Mechanikai energiát elektromos energiává alakítanak. Dr. Pátzay György 78

79 Megújuló energiaforrások - Energia jövőkép 2050 A fosszilis energiahordozók a közeljövőben kimerülnek, vagy alkalmazásuk kérdésessé válik. A világ fosszilis energia termelése a következő évtizedekben csökkenni fog. Megnő a megújuló energiaforrások szerepe, megváltoznak a társadalmi szokások. Az energiakrízis előtt szükséges az energiaforrások váltása. CRW- éghető megújulő és hulladék Dr. Pátzay György 79

80 Napenergia A napból jövő sugárzási energia (1372 W/m 2 ) átjut az atmoszférán és a felszínt átlagosan 345 W/m 2 (Magyarországon ~170 W/m 2 ). A levegő, a felhők, a pára csökkentik a felszínre jutó energiát. Az energia kinyerhető a sugárzás hőenergiájaként és a foto-elektromos cellák révén előállított elektromos energia formájában Dr. Pátzay György 80

81 Integrált kombinált ciklusú naperőmű vázlata Dr. Pátzay György 81

82 Napenergia: fotoelektromos hatás A fényelektromos cellák a sugárzó energia ~15%-át képesek elektromos energiává alakítani (az elméleti érték ~ 21%). Kisfeszültségű egyenáram keletkezik, cellánként ~0,55 Volt feszültségen; a telepeket összekapcsolják ~16 V eléréséig, hogy a 12 V-os akkumulátorokat tölteni tudják. A cellasorokat rögzített vagy a nap mozgását követő elrendezésben. alkalmazhatják. Az elektromos energiát tárolni kell, hacsak nem alakítják át a megfelelő feszültségű váltóárammá. A fényelektromos cellák (PV) árai estek, de még mindig drágák az erőműipar számára Dr. Pátzay György 82

83 Megújuló energiák Németországban Dr. Pátzay György 83

84 Napenergia fotovoltaikus alkalmazása Németországban Dr. Pátzay György 84

85 Napenergia napkollektoros alkalmazása Németországban Dr. Pátzay György 85

86 Szélenergia Az atmoszféra hőmérsékleti egyenlőtlenségeiből származik A szélenergia tartalékok világszerte ingadoznak A kinyerhető energia a szélsebesség köbével arányos Ref.: windfarm/index.asp?i=2 Dr. Pátzay György 86

87 A szélenergia a tengerpartokon, síkságokon használható fel elsősorban Pl. Florida partjainál 2-es szélfokozat esetén ( W/m 2 ) --- az energia kevés erőművi célra, de a vizsgálatokhoz megfelelő. A Sziklás-hegységben a nagyközepes szélsebesség ( W/m 2 ) alkalmas erőművi célokra. Minden földrajzi területnek meg van a széltérképe, mely alapján eldönthető a szélenergia alkalmazhatósága. Dr. Pátzay György 87

88 Szélerőművek fejlődése Dr. Pátzay György 88

89 Szélenergia Németországban Dr. Pátzay György 89

90 Dr. Pátzay György 90

91 Bioenergia (Biomassza) A biomassza direkt tüzelése, más tüzelőanyaggal együtt tüzelése és elgázosítása a biomasszaenergiatermelés alapja. Etanol készíthető gabonából, vagy szójából, metanol pedig cellulózból állítható elő. A folyékony tüzelőanyagok nagy energiasűrűségük révén a szállító járművek hajtóanyagai. Tudatosan erre a célra termeszthetik (pl. nyárfák) vagy éghető hulladékot alkalmaznak A biomassza részben kiválthatja a fosszilis energiahordozókat, bár nem túl hatékony energiaforrás Dr. Pátzay György 91

92 Bioüzemanyagok Németországban Dr. Pátzay György 92

93 ÜZEMANYAGCELLÁK Dr. Pátzay György 93

94 Vízenergia Az óceánok és más felszíni vizek vize a nap sugárzásának hatására részben elpárolognak, majd csapadékkén visszahullnak a föld felszínére és részben megnövekedett potenciális energiára tesz szert. A felszíni vizek ezen potenciális energiáját régóta használják munkavégzésre és elektromos energia előállítására A vizerőművek jelentős része az as években épült, de azóta többet megszüntettek Megépítés után alacsony költségek mellet termelik az elektromos energiát A világ legnagyobb vízerőművei (Bratszk, Krasznojarszk, Quebeq) 5-6 GW nagyságrendűek. Dr. Pátzay György 94

95 Vízenergia Bánki turbina chattahoochee.html Dr. Pátzay György 95

96 Vízerőművek Nagy vízerőmű: néhány MW-tól >10 GW-ig Kis vízerőmű: 10 MW alatt, ezen belül: Kis vízerőmű : 2 MW-10 MW Mini-vízerőmű : 0,2 MW-2 MW Mikro-vízerőmű : <0,2 MW Költség: nagy vízerőmű: ~ 2c /kwh kis vízerőmű: ~ 4c /kwh Árapályerőmű (la Rance, 240 MW) 5-10c /kwh. Hullámveréses erőmű (1W/m 2, 50 KW/m) ~ 8c /kwh Az óceánok hőenergiája (nagyon költséges, de 100- szoros az energiája, mint a hullámverési energia Dr. Pátzay György 96

97 Eredet: radioaktivitás Geotermális energia 235 U (18 J/g/y), 40 K vagy Th (0,8 J/g/y),. 0,06 W/m 2 azaz 3500-szor kisebb, mint a napsugárzás fluxusa Geotermális gradiens = 3,3 C/100m vannak kedvezőbb területek is Kisentalpiás fluidumok (30 C-100 C) hőhasznosítás Közepes- és nagyentalpiás fluidumok villamos energia termelés CO 2,CH 4,N 2,H 2 S, vízkő(caco 3 ) korrózió Dr. Pátzay György 97

98 Geotermális Energia Az első geotermális erőmű Olaszországban épült 1903-ban A kaliforniai The Geysers gejzírei gőzt és melegvizet szolgáltatnak, az erőmű teljesítménye 824 MWe. A Hot, dry rock (HDR) (forrósziklás) típusú geotermális erőművek a sziklákba préselt vízből keletkezett gőzt hasznosítják. Kisebb hőmérsékletek esetén egy légkondicionáló hőt von ki a talajból télen és ad le a talajnak nyáron. Dr. Pátzay György 98

99 Geotermális erőműtípusok Száraz-gőzös erőmű Elpárologtatós (flash)erőmű Dr. Pátzay György 99 Bináris ciklusú erőmű

100 A világon 2000-ben 21 országban 8500 MW erőművi kapacitás mellett 71 TW e villamos energiát állítottak elő geotermikus erőművekben és 60 millió ember érintett a geotermikus energiatermeléssel és közvetlen hasznosítással kapcsolatban. Dr. Pátzay György 100

101 Költségek (2000) Energiatermelési fajlagos költségek ECU/MWh Geotermikus energia 5-20 Biomassza energia Napenergia Tüzelőolaj 14 Földgáz Costs of Electricity at Power Plant (cents/kwh) Fuel Operating Maintenance Total Coal Gas Oil Nuclear Coal ($/ton) % Oil ($/barrel) % Natural Gas ($/Mcf) % Dr. Pátzay György 101

102 Erőművek teljes életciklusára vonatkoztatott költségek (US cent/kwh) (nukleáris és szabályozási probléma mentes esetre) Dr. Pátzay György 102

103 Elektromos energia termelési költségek Technológia beruházási költség ($/kwe) fajlagos beruházási költség (cent/kwh) Nem-üza O&M költségek (cent/kwh) kapacitási faktor (%) összes fajlagos költség (cent/kwh) gázturbina kombinált ciklus biomassza 2, geotermikus 1, Nap-termikus 3, Napelektromos 4, Szél Dr. Pátzay György 103

104 Dr. Pátzay György 104

105 Energiatermelés és a környezet Dr. Pátzay György 105

106 A természetes és antropogén emissziók éves becsült mennyiségei és az antropogén emissziók arányai légszennyező gáz természetes emisszió antropogén emisszió természetes/antropog én emisszió Mt/év Mt/év % Széndioxid (CO 2 ) ,6 Szénmonoxid (CO) ,5 Szénhidrogének ,46 Metán (CH 4 ) ,87 Ammónia (NH 3 ) ,58 Nitrogén-dioxid (NO 2 ) ,88 Dinitrogén-oxid (N 2 O) ,76 Kéndioxid (SO 2 ) Dr. Pátzay György 106

107 Energiahordozók fajlagos CO 2 kibocsátása Dr. Pátzay György 107

108 Égetés során keletkező NO x mennyisége a hőmérséklet függvényében Tűztéri fokozatos égetés elve Dr. Pátzay György 108

109 Dr. Pátzay György 109

110 Eljárás Szorbens Vég/mellék - termék Nedves elnyeletés Spray-száraz elnyeletés Dual - alkáli Tengervizes Néhány füstgáz kéntelenítő eljárás Mész / Mészkő Mész / Pernye Mész Primer: NaOH Szekunder: mész Primer: tengervíz Szekunder: mész Gipsz, kalcium szulfát/szulfit Kalcium szulfát/szulfit/pernye Kalcium szulfát/szulfit Kalcium szulfát/szulfit Waste seawater Walther Ammónia Ammónium-szulfát 2 Dr. Pátzay György 110

111 CaCO 3 + hő ( o C) CaO + CO 2 Ca(OH) 2 + hő CaO + H 2 O CaO + SO 2 CaSO 3 + hő CaO + SO 2 + ½ O 2 CaSO 4 + hő Dr. Pátzay György 111

112 Dr. Pátzay György 112

113 Áramtermelő technológiák fajlagos emissziói Dr. Pátzay György 113

114 Dr. Pátzay György 114

115 Dr. Pátzay György 115

116 CO 2 Emissziók (kg CO 2 /kwh) Víz Szél Nukleáris Geotermális Napelem Szén Biomassza/ gőz Földgáz Széndioxid emissziók Beruházás/Üzemelés/Tüzelőanyag előkészítés (kg CO 2 / kwh) Mike Corradini, UW Dr. Pátzay György 116

117 Fajlagos CO 2 emissziók Tüzelőanyag Fajlagos emisszió (kgco 2 /kwh) Realtív érték Földgáz 0,19 100% Tüzelőolaj 0,29 153% Feketeszén 0,33 174% Lignit 0,35 184% Tüzifa 0,36 189% Tőzeg 0,37 195% CO 2 elválasztási eljárások CO 2 eltávolítás Erőmű Tüzelés CO 2 eltávolítás elve Oxyfireing Szén Oxyifireing erőmű Szén/gáz oxigénes tüzelése Utóégetés Szén Porszéntüzelésű erőmű Gáz Földgáztüzelés, kombinált ciklus Tüzelés levegővel Előégetés Szén IGCC H 2 tüzelése Gáz IRCC levegővel IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle, IRCC-Integrated Reforming Combined Cycle Tiszta CO 2 füstgáz Füstgázból CO 2 elnyeletése Belépő gázból CO 2 elnyeletése Dr. Pátzay György 117

118 gáz Szén-dioxid-mentes szénerőművek 1. fázis 0,5 MW(t) 2006 közepe 2. fázis 30 MW(t) 2008 közepe 3. fázis 300 MW(e) fázis 1000 MW(e) szénpor primer füstgáz-recirkuláció égő adalék GHCS levegő 2. huzam tűztér katalizátor NH 3 filter FKM kondenzátor CO 2 -folyamat füstgázkénmentesítő külfejtés villamos energia 3. huzam salak szekunder füstgáz-recirkuláció GHCS oxigén gőzfűtésű hőcserélő nitrogén GHCS levegőbontó levegő levegő Forrás: BWK Brennstoff-Wärme-Kraft, 59. k. 3. sz p. 53. Dr. Pátzay György 118

119 Cost of Electricity (cents/kwh) Nuclear Gas Coal Hydro Wind Geothermal Solar-PV Biomass Solar Thermal Villamosenergia költség (Globális átlagos) ( /kwh) Dr. Pátzay György 119

120 Fajlagos hulladékképződés az energiatermelésben Dr. Pátzay György 120

121 A VILÁG TELJES ENERGIA FELHASZNÁLÁSA (TPES) ENERGIAHORDOZÓK SZERINT (2009) (Mtoe) ** geo, nap, szél, hő stb. Dr. Pátzay György 121

122 A világ primerenergia felhasználása energiahordozók szerint Dr. Pátzay György 122

123 A VILÁG TELJES ENERGIA FELHASZNÁLÁSA (TPES) RÉGIÓK SZERINT(2009) (Mtoe) ** Kína nélkül Dr. Pátzay György 123

124 Széntermelők, exportálók, importálók 2010 Dr. Pátzay György 124

125 Kőolajtermelők, exportálók, importálók Dr. Pátzay György 125

126 Földgáztermelők, exportálók, importálók 2010 Dr. Pátzay György 126

127 NUKLEÁRIS ENERGIATERMELÉS A VILÁGON 2009 Dr. Pátzay György 127

128 VIZENERGIA TERMELÉS A VILÁGON Dr. Pátzay György 128

129 Villamosenergia termelés tüzelőanyag szerint 2009 Dr. Pátzay György 129

130 Dr. Pátzay György 130

131 Reális és nominális kőolajárak Dr. Pátzay György 131

132 2004 A világ teljes primer energia fogyasztásának (TPES) mgoszlása Dr. Pátzay György 132

133 Energetikai importfüggőség az EU-25-ben Portugália 99.4% Luxem burg Lettország Írország Olaszország Spanyolroszág Ausztria Belgium 99.0% 94.0% 90.2% 86.8% 85.1% 82.6% 80.7% Görögország Finnország Szlovákia Magyarország Ném etország Litvánia EU-25 EU % 69.3% 67.8% 65.3% 65.1% 63.1% 56.2% 2005 Szlovénia 55.9% Franciaország Svédország Hollandia 38.9% 45.0% 54.5% 100%-ig Ciprus és Málta Nettó exportáló Dánia Csehország Észtország Lengyelország Egyesült Királyság 13.0% 18.4% 37.6% Az atomenergia hazai forrásnak számítva. 33.9% Forrás: epp.eurostat.ec.europa.eu/portal Dr. Pátzay György 133

134 Magyarország energiagazdálkodása Magyarország elsődleges energiafelhasználása 2008-ban 1126,3 PJ, millió tonna olajegyenértékben kifejezve 26,9 Mtoe-t tett ki, és szinte megegyezett a évi felhasználással (1125,4 PJ). Az összes energiaigény kielégítésére 1158,6 PJ forrás állt rendelkezésre, melynek 37,6 %-a hazai termelés 435,9 PJ (az atomerőmővi termelést hazaiként számba véve), 62,4 %-a (722,7 PJ) pedig nettó importált energia. Amennyiben az atomerőművi termelést importként kezeljük: a termelés 23,7 %-ot, a nettó import 76,3 %-ot képviselt Az energiafelhasználáson belül a szénfelhasználás aránya a évi 11,9%-kal megegyezett. Kis mértékben csökkent a kőolaj- és kőolajtermékek (27,5%-ról 27,4%-ra), 2008-ban 6,7 Mt kőolajimport mellett 0,8 Mt volt a termelés, a földgáz (39,8%-ról 39,3 %-ra), 11,4 Mrdm 3 import mellett 2,6 Mrdm 3 volt a termelés, valamint az import villamosenergia aránya 1,3%-ról 1,2%-ra. Az összes primer energiafelhasználáson belül az atomerőművi villamosenergia 2007-ben 14, 2%-ot, 2008-ban 14,3 % -ot képviselt. A megújuló energiafelhasználás részaránya a évi 5,1 %-ró l 5,9 %-ra növekedett. Dr. Pátzay György 134

135 A földgázfelhasználás 13,1 milliárd m 3 volt. A földgáz fogyasztói csúcsigény január 04- én jelentkezett és 79,1 Mm 3 volt ban a zavartalan földgázellátást a 2,6 milliárd m 3 hazai termelés és 11,4 milliárd m 3 import földgázvásárlás biztosította. A magyarországi villamosenergiatermelés hőerőművekre és atomerőművekre épül első sorban. A magyarországi termelés összetétele azt mutatja, hogy hazánkban jelentős a fosszilis (szén és szénhidrogének) felhasználása. A hazai villamosenergia-termelő erőművek közül a Paksi Atomerőmű 14 TWh energiát termel évente. 1 TWh évi termelés felett van még a fosszilis energiát felhasználó Dunamenti Hőerőmű (6 TWh), a Mátrai Hőerőmű (4,1 TWh) és a Tisza II. Erőmű (3 TWh). További erőműveink, melyek energiatermelése alacsonyabb: Tiszapalkonya, Bánhida, Pécs, Oroszlány, Inota, Ajka. A kiskörei és a tiszalöki vízerőművek energiatermelése ezekhez képest elhanyagolható néhány GWh évente. Dr. Pátzay György 135

136 Dr. Pátzay György 136

137 Dr. Pátzay György 137

138 A magyar villamosenergia-rendszer összes villamosenergia-felhasználása 2010-ben 39 TWh volt. A hazai villamosenergia-termelés 33,8 TWh; a villamosenergia-fogyasztás 34,7 TWh, melyben az import részaránya közel 15% (~5,2 TWh). A hazai bruttó villamos erőművi teljesítőképesség (9 317 MW) import nélkül is biztonságosan kielégíti a legmagasabb havi csúcsterhelést (6 560 MW decemberben). A villamosenergia-termelés kb. 21,5%-át a KÁT rendszerben előállított villamos energia teszi ki. A felhasznált energiaforrások tekintetében nagyjából a következő a megoszlás: 37%-a hasadóanyag, 29%-a szénhidrogén, 14%-a szén, 7%-a megújuló energiaforrás, 13%-a import. Jelenleg a magyar villamosenergia-behozatal legjelentősebb részét a szlovák import fedezi havi GWh-val. Ezt követi az ukrán import, GWh. A horvát metszéken GWh exportszállítások voltak jellemzők 2010-ben. Dr. Pátzay György 138

139 Az ország energiafelhasználásának alakulása (PJ) Erőművekben felhasznált energiahordozók (TJ) Dr. Pátzay György 139

140 A GDP, a villamosenergia-felhasználás és az összes energiafelhasználás alakulása, 1970 = 100 Dr. Pátzay György 140

141 Magyarország 2005 A villamos energia és hűtés-fűtés szektorokban felhasznált megújuló energiahordozók megoszlása (2010) Magyarország megújuló energiatermelésének megoszlása Dr. Pátzay György 141

142 Erőműpark Magyarországon (2005) Erőműtársaságok Tulajdonos Erőművek Energiaforrás Beépített villamosteljesítmény (MW) Bakonyi Erőmű Rt. Magyar pénzügyi befektető Ajkai Erőmű Szén 102 Bakonyi Bioenergia Biomassza 30 Budapesti Erőmű Zrt. EdF (francia) Budapesti Erőmű Rt. négy telephely Szénhidrogén 455,6 Dunamenti Erőmű Rt.* EMA-Power Mátrai Erőmű Rt.* Electrabel-Suez (belga) + MVM (25%) Dunaferr-csoport tulajdonosainak érdekelt-ségi köre (ukrán) RWE (német) + MVM (25%) Dunamenti Erőmű Rt. Szénhidrogén 1367 Dunamenti GT. Szénhidrogén 386 Szénhidrogén 69 Lignit 836 GTER Kft. Tüzelőolaj 410 Paksi Atomerőmű Rt. MVM Nukleáris 1866 Pannonpower Holding Rt. Dalkia (francia) Pannon Hőerőmű Szén 132 Pannon Green Biomassza 50 Csepeli Áramtermelő Kft. Atel (svájci) Csepel GT Szénhidrogén 396 AES Tisza Erőmű Rt. AES- USA Szénhidrogén 900 AES Borsodi Energetikai Rt. AES- USA Borsodi Erőmű Szén+biomassza 137 Tiszapalkonyai Erőmű Szén+biomassza 200 Vértesi Erőmű Zrt. MVM Oroszlányi Erőmű Szén 240 DKCE Kft. E.ON (német) Debreceni GT Szénhidrogén 95 Tiszai Vízerőmű Kft. ÁPV Zrt. Kisköre Víz 28 Tiszalök Víz 11,4 Hernádvíz Vízerőmű Kft. ÁPV Zrt. Víz 4,4 Engedélyköteles erőművek összesen 7647 Kiserőművek 953 Dr. Pátzay György 142 Összesen 8600

143 A hazai erőművi társaság(csoport)ok piaci részesedése beépített kapacitás (2009) és termelés (2010) szerint Dr. Pátzay György 143

144 A villamos energia tarifa árainak európai összehasonlítása a lakossági fogyasztóknál (adók nélkül, évi kwh fogyasztás, éves adatok, euró/kwh) Dr. Pátzay György 144

145 Az országos földgázfogyasztás összetétele 2010-ben (milliárd m 3 /év) A hazai földgázrendszer maximális technikai kapacitása okt. 15-én (millió m 3 /nap) A magyarországi kereskedelmi gáztárolók kapacitásainak alakulása október 15. után Hosszú távú földgáz importszerződések és hatályuk: Panrusgas 9000 millió m 3 /év 2015-ig E.ON Ruhrgas 500 millió m 3 /év 2015-ig Bothli Trade AG 900 millió m 3 /év 2014-ig Gaz de France 600 millió m 3 /év 2012-ig Az import földgázforrások elsősorban orosz eredetűek, még az ausztriai Baumgartenből érkező HAG vezetéken a Gaz de France-tól és az E.ON Ruhrgas-tól vásárolt földgáz nagy része is molekulárisan orosz eredetű ben a hazai termelés és az import közötti megoszlás kb % volt. Dr. Pátzay György 145

146 Megújuló energiaforrásokból előállított villamos energia alakulása Magyarországon (GWh)* Dr. Pátzay György 146

147 Az egyes erőművek termelői árai (Ft/kWh) Vértesi Erőmű Rt. Oroszlányi erőmű Pannon Hőerőmű Rt. Paksi Atomerőmű Rt. M átrai Erőmű Rt EMA-POWER Kft. Dunamenti Erőmű Rt, Debreceni Kombinált Ciklusú Erőmű Kft Csepeli Áramtermelő Kft. Budapesti Erőmű Rt. Bakonyi Erőmű Rt. Ajka AES Tiszai Erőmű AES Tiszapalkonyai erőmű AES Borsodi erőmű Dr. Pátzay György 147

148 A villamosenergia-termelés megoszlása energiahordozók szerint Hasadóanyag Kőolaj Földgáz Szén 1) Szén 2) Kőolaj 3) Földgáz 4) Hasadó anyag 5) Megújuló + hulladék Forrás: A magyar villamosenergia-rendszer évi adatai. MVM MAVIR, Dr. Pátzay György 148

149 Széndioxid emisszió tüzelőanyagonként és szektoronként Dr. Pátzay György 149

150 A hazai energia felhasználás néhány jellemzője Az összenergia felhasználás nem változik 92 óta (csak az időjárás változásai befolyásolják, 1992: 1057 PJ, 2002: 1055 PJ) Az energiaintenzitás kb. évi 3-4 %-kal csökken A földgáz a domináns primer energia forrás A földgáz részesedése lassan, de növekszik A földgáz szerepe egyre nő két területen: 1. Villamosenergia termelés 2. Fűtés (lakosság, kommunális és kereskedelmi szektor) Ezért szezonalitás nő, nő a tárolási igény (beruházás igény) Az alternatív energiaforrások visszaszorulása (árak miatt is) Dr. Pátzay György 150