Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Dr. İsz János Energiapolitika energetikai MSc szak
1. témakör Energiapolitika
Energiapolitika Policy : a szervezetek (kormány, politikai pártok, üzleti cégek, szervezetek) vagy egyének által alkalmazott vagy javasolt cselekvés vagy alapelvek a megfogalmazott célok és eszmék érdekében. Politics : Egy ország vagy terület kormányzásával valamint az államok közötti kapcsolatokkal foglalkozó tevékenység. Politikai meggyızıdések vagy eszmék partikuláris rendszere. Különösen a hatalommal és státusszal vagy bennük rejlı tevékenységekkel kapcsolatos. [Oford dictionary, 1988]. Energiapolitika: az energiaellátás (termelés, szállítás és felhasználás) területén érvényesülı politika (policy értelemben). Multidiszciplináris megközelítés és módszertan. Nem egzakt szakterület, számos területen alacsonyabb megismerési szinttel, ezért a tévedés lehetısége folyamatosan fennáll.
Az energetika kölcsönhatásai Természet Társadalom primer energiahordozók megújuló energiaforrások környezetszennyezés igények energia Gazdaság erıforrások energia Állam szabályozás jövedelem
Az energiapolitika területei Az energetika feladata: a nemzetgazdaság (települések, ipari és mezıgazdasági üzemek, az intézmények és a lakosság) biztonságos, gazdaságos, környezetbarát és fenntartható ellátása. Klasszikus területei: energiahordozók elıállítása, szállítása, elosztása, tárolása, energia-végfelhasználás. A felhasználás területei: üzemanyag: közlekedés kıolaj, hı: térfőtés, hmv, fızés, technológia földgáz, villamos energia: hı (térfőtés, -hőtés és légkondicionálás, technológia), technológiai hajtás, közlekedés földgáz, nukleáris. Az energiapolitika területei: feladatok: célkitőzés, jogi, adó, árszabályozás, támogatások, hosszú távú beszerzési források biztosítása, fı követelmények, technológiák, környezetvédelmi célkitőzések, mőszaki követelmények; eszközrendszer: jogi, intézményi, adópolitika, árszabályozás, támogatási rendszerek; szintek: (világ?), EU (országok csoportjai), nemzeti, városi (regionális); oktatás, szakemberképzés, K+F, innováció; társadalmi tudat, formálás (média, közmeghallgatás, politikai megnyilvánulások.
Jogi szabályozási környezet Törvények: energetika (nincs, de beszélnek róla), villamos energia, gáz (földgáz), távhı; Figyelembe vett szabályozási területek: kapcsolt hı- és villamosenergia-termelés, megújuló energiaforrások hasznosítása, környezetterhelés.
Adó, ár és támogatás Adópolitika: ÁFA, CO 2 -kvóta, bányajáradék, nukleáris alap (lebontás, hulladék-elhelyezés), jövedéki adók (üzemanyagok); Árszabályozás: végfelhasználói árak, rendszerhasználati díjak, engedélyezési díjak; Támogatások: szénfillér, villamos energia kötelezı átvételi ára, beruházási támogatás, adóelengedés, adócsökkentés.
Célkitőzések Az energetika reális célkitőzései figyelembe veszik: a nemzetközi tendenciákat: fogyasztói társadalomról a fenntartható fogyasztásra való átmenet periódusa; versenyképesség, környezet- és klímavédelem, ellátásbiztonság; az ország fejlettségét (Mo felzárkózása a fejlett országokhoz), adottságait (energiahordozókban szegény ország).
1. Nemzetközi tendencia Természeti erıforrások: Készlet (stock): energiahordozók és ásványi anyagok, Készlet (stock, pl. tüzelıanyagok) és erıforrás-áram (flow), ami a készlet idıegységre jutó gyarapodását vagy helyreállítását jelenti: pl. megújuló energiaforrások. Az erıforrás-szőkösség létezésünk mindenütt jelenlévı jellemzıje, aminek három formája: kínálat indukálta (rendelkezésre álló erıforrás mennyisége csökken, vagy minısége romlik torta zsugorodik), kereslet indukálta (növekvı népesség azonos mennyiségő erıforrásból az egyed számára egyre kevesebbet juttat az egyed tortaszelete zsugorodik), strukturális (a különbözı csoportok erıforráshoz való hozzáférésében beálló változások: egyes csoportok aránytalanul nagyobb tortaszeletet kapnak, míg más csoportok kisebbet) [T. F. Homer-Dion].
Környezeti szőkösség A globális humán-ökológiai rendszer kilenc fizikai irányvonala: népességnövekedés, energiafogyasztás, globális felmelegedés, a sztratoszférikus ózonréteg károsodása, a mezıgazdasági termıterület szőkössége, a trópusi erdıirtás, az ivóvíz-szőkösség, a halállomány csökkenése, a biodiverzitás veszteségei [T. F. Homer-Dion].
Fenntartható energetika Napjainkban paradigma-váltás: fogyasztói társadalom helyett fenntartható (zöld, harmonikus fogyasztású) társadalom. Fenntartható fejlıdés: az ökonómia, az ökológia és a társadalmi teherviselés összhangja. Ezen belül a fenntartható energetika: Versenyképesség: minél kisebb költségő energiahordozó összetétel, környezet- és klímavédelem:a szennyezıanyagok minél kisebb globális (CO 2 ) és lokális kibocsátása; Ellátásbiztonság: több energiahordozóra épülı, arányos energiahordozó összetétel; harmonikus egysége ( szentháromsága ).
2. Magyarország 2006. [EU Energy in Figures 2009, 2.6.17. Hungary] Primerenergia-felhasználás, Végenergia-felhasználás, Szekunderenergia-felhasználás, Végenergia-felhasználás szektoronként, Szén-dioid kibocsátás. Számított mérleg: Primer-tüzelıanyag villamos energia-nem energetikai=vég Primer-hı átalakítás vesztesége nincs figyelembe véve.
Magyarország primerenergia-felhasználása [PJ] 2006-ban Tüzelıanyagok Hazai termelés Nettó import Összes Eltérés Import részarány [%] Szilárd 76,11 50,88 126,95 2,75 40 Olaj 64,03 255,63 319,66 7,92 80 Gáz 99,73 394,27 494-14,33 80 Nukleáris 145,38 145,38 0 Villamos energia 25,95 25,95 0 Megújuló 53,68-0,44 53,24 0 Ipari hulladék 1,14 1,14 0 Hı Összes (%) 440,07 (38) 726,29 (62) 1166,32-3,66 62 (75)
Magyarország végenergia-felhasználása [PJ] 2006-ban Tüzelıanyag Szilárd Olaj Földgáz Nukleáris Villamos energia Megújulók Egyéb Hı, ipari hulladék Szállítási veszteség Nem energetikai Összes (%) Veszteség (+nem energetikai) Primerenergia (%) 127,94 (11) 327,58 (28) 479,67 (41) 145,38 (13) 53,25 (5) 27,10 (2) 1162,72 412,43 Végenergia (%) 27,70 (4) 213,51 (28) 301,88 (40) 119,66 (16) 32,86 (4) 52,68 (7) 750,29
Magyarország szekunderenergia-felhasználása [PJ] 2006-ban Tüzelıanyag Termelt E Hatásfok Tüzelıanyag E Hı Üzemanyag Primer-vég eltérés Szilárd 25,21 (20) 0,30 84,02 (21) 27,7 (6) 18,02 Olaj 1,68 (1) 0,33 5,68 (1) 11,9 (3) 195,93 114,07 Földgáz 47,7 (37) 0,34 136,29 (35) 301,88 (71) 41,5 Nukleáris 48,46 (38) 0,33 145,38 (37) Villamos energia Megújulók 5,71 (4) 0,28 20,39 (5) 32,86 (8) Egyéb 0,14-27,1 Hı, ipari hulladék 52,68 (12) Szállítási veszteség -9,44 (-7) Nem energetikai -99,87 Összes (%) 128,9 (17) 0,33 391,76 (34) 427,02 (57) 195,93 (26) 46,62 (4) Veszteség - 262,86
Magyarország végenergia-felhasználása [PJ] szektoronként 2006-ban Szektor Ipar Közlekedés Háztartások Mezıgazdaság Szolgáltatás, stb Összes PJ/év 145,39 195,93 258,84 17,56 134,38 750,3 Részarány [%] 19,4 26 34,6 2 18
Magyarország CO 2 -kibocsátása [Mt] 2006-ban 61 Mt/év Tüzelıanyag Villamos energia Hı Üzemanyag Összes Szilárd 9,14 3,01 12,15 Olaj 0,44 0,92 15,13 16,49 Földgáz 7,57 16,77 24,34 Nukleáris 0 Megújulók 0 0 Egyéb - Hı, ipari hulladék - Összes (%) 17,15 (32) 20,7 (39) 15,13 (29) 52,98 (100)
Hasznos energia Becsülve a primerenergia 32 %-a (372 PJ/év) három energiafajtára (nemzetközi átlagos részarányokkal) osztható: hajtás (20-25 %): 74-93 PJ/év (az üzemanyag évi adatával és a motorok átlagos hatásfokával (35 %) 68 PJ/év, valamint a villamos energia egy részével a kisebb érték körül), hı (60-70 %): 223-260 PJ/év (427 PJ/év, az átlagos hatásfok 52-60 %), világítás, információtechnika (5-10 %): 18-37 PJ/év.
3. Energiapolitika Milyen kérdéseket kell megválaszolnia? Adott országra, ország csoportra (eltérı adottságok); 1./ A jelenlegi helyzet helyes értékelése; Társadalmi, gazdasági, kulturális jövıkép (várható, optimista, pesszimista) ehhez milyen energetikai célok, feladatok fogalmazhatók meg (idıtáv 15-20 év), ennek milyen adottságai, feltételei vannak: Paradigmaváltás: fogyasztói társadalom és fenntartható fejlıdés (a múlt statisztikai idısorai korlátozottan alkalmazhatók, mert szakadás jön). 2./ A fenntartható energetika jellemzıi, az ehhez illeszkedı stratégia kidolgozása. A stratégiához milyen adottságok vannak (indulás), mit kell változtatni a jövıben. Mit, hogyan, mikor kell tenni a változások lezajlása érdekében (a fontossági sorrend). Az ehhez szükséges pénzügyi, szervezeti, gazdasági, állami szabályozási eszközök meghatározása. A környezet, a megvalósulás ellenırzése, a korrekciós lehetıségek és hatásuk számbavétele, mikor kell alkalmazni ıket. Például Magyarország egy lehetséges szakmai alapú energiapolitikája.
Fenntartható energetika [EC] Versenyképesség: versenyképes (legkisebb költségő) energiahordozó árak, amelynek eszközei: európai és országos energiahordozó piac, verseny, európai földgáz- és villamosenergia-hálózatok; az energiatermelés hatásfokának növelése, (CO 2 ) karbon-mentes energetikai technológiák (tiszta szén, megújuló energiaforrások (alternatív tüzelıanyagok), nukleáris energia) alkalmazása kutatás-fejlesztéssel. Környezet- és klímavédelem: a globális CO 2 (és lokális káros anyag) kibocsátás csökkentése, amelynek eszközei: CO 2 -emisszió nemzetközi kereskedelme; energiahatékonyság javítása a hatékonyabb energiaigényekkel, jobb hatásfokú vagy kapcsolt hı- és villamosenergia-termeléssel; ( karbon-mentes ) megújuló energiaforrások (alternatív tüzelıanyagok) és nukleáris energia alkalmazása kutatás-fejlesztéssel. Ellátásbiztonság: a (hazai és import) energiahordozók arányossága, amelynek eszközei: egységes EU és ehhez illeszkedı hazai energiapolitika, nemzetközi párbeszéd; beszerzési források diverzifikálása, a hazai (és EU források) elınyben részesítése; európai készletgazdálkodás (olaj, földgáz), energiatárolás.
Mennyiben felel meg a fenntartható energetika követelményeinek? Versenyképesség A hazai villamosenergia-rendszer (VER) része az UCTE-nek, a földgázhálózat egy irányból, Oroszországból kapja a gázt, az osztrák csatlakozás kisegítı jellegő. A földgáz- és villamosenergia-piac jogilag liberalizált, de az egyirányú beszállítás (földgáz), ill. az erımő összetétele, kapacitása és import (VER) miatt a verseny korlátozott, miközben a hazai piac mérete kicsi. A villamosenergia-termelés átlagos hatásfoka 33 %, a kapcsoltan termelt hıvel együtt 37 %. A hıtermelés hatásfoka a tüzelıanyagtól és a kazán állapotától függıen 50-95 % között változhat. A hı árát alapvetıen (80 %-ban), a termelt villamos energia átlagárát részben (357%-ban) a hosszú távon legjobb használati értékő, legkisebb CO 2 -kibocsátású, ezért legdrágább földgáz ára határozza meg, mert részaránya a hıtermelésben (a távhı 75 %-val együtt) 80 %, a villamosenergia-termelésben 35 %. Az üzemanyag ára kb. 70 % adótartalommal bír (EU gyakorlat), különbség az adók számában (több) és a felhasználásban (nem csak közlekedésre fordítják) van.
Mennyiben felel meg a fenntartható energetika követelményeinek? Környezet- és klímavédelem Egyelıre államilag kiosztott CO 2 -kvóták. A főtési hı a háztartások és szolgáltatások (52,6 %) energiafelhasználásának 70-80 %-át teszi ki. Az épületek szigetelése nem megfelelı, a főtés hıigénye, hıfelhasználása pazarló. A távhı részaránya nemzetközi összehasonlításban is jelentıs (lakások 16 %-a), a távhırendszerekben (az elmúlt húsz évben) számos, döntıen földgáz-alapú kapcsolt (gázmotoros (>500 MWe) és gázturbinás (>1000 MWe)) egység létesült. A villamosenergia-termelésben a karbon-mentes (nukleáris+megújuló) részaránya a primerenergiában 18 %, a termelt villamos energiában 42 %. A hıtermelésben a karbon-mentes (megújulók) részarány a végenergiában (a hıtermelés tüzelıanyagában) mindössze 8 %. Az üzemanyagoknál nem mérhetı a bekevert, jogilag karbonmentes bio-alkohol és bio-dízel mennyisége.
Mennyiben felel meg a fenntartható energetika követelményeinek? Ellátásbiztonság Nincs egységes EU energiapolitika, s valószínőleg rövid idın belül nem is lesz. A hazai energiapolitika nem részesíti elınyben a hazai energiahordozókat. A primer energiahordozók arányossága jelentısen sérült (földgáz 41 %, fıleg főtési hı 80 %), egyre nagyobb mértékő, s így egyre kockázatosabb függés a GAZPROM-tól. A kıolaj és üzemanyag készletek, valamint a tárolt földgáz mennyisége közel megfelel az EU irányelveknek. A VER erımővek tartaléktartási követelményei közel megfelelnek az UCTE elıírásainak, miközben az erımővek összetétele a szabályozhatóság szempontjából kedvezıtlen.
Mennyiben felel meg a fenntartható energetika követelményeinek? A hazai energetika jelenlegi energiahordozó összetétele nem felel meg a fenntartható energetika követelményeinek, mert Versenyképesség: a primer és szekunder energiahordozók összetétele a kívánatosnál drágább energiaellátást eredményez; Környezet- és klímavédelem: a karbon-mentes technológiák részaránya a lehetségesnél jóval kisebb, Energiaellátás biztonsága: a földgáz nagy részaránya miatt sérült. Ezért a fenntartható energetika követelményei csak a primer (fıleg földgáz) és szekunder (fıleg hı) energiahordozók arányainak jövıbeli megváltoztatásával elégíthetık ki.
A kívánatos módosítások A fenntartható energetika követelményeit hatékonyabb energiaigényekkel (kisebb primerenergia-felhasználás), a hazai primer energiahordozókra jobban alapozó (ellátásbiztonság javítása), karbon-mentes (környezet- és klímavédelem), hatékonyabb hı- és villamosenergia-termelı technológiákkal (kisebb primerenergia-felhasználás) lehet kielégíteni, aminek következménye a felhasznált földgáz mennyiségének, részarányának csökkenése (a versenyképesség és ellátásbiztonság javulása).
4. Fogyasztói energiaigények A fogyasztó mindig teljesítményt igényel, amit energiaként tartunk nyilván, számolunk el. Szekunder energiahordozók: Hı (tüzelıanyag): helyiségfőtés (t<100 o C), (-hőtés (légkondicionálás)) használati melegvíz, fızés, ipari-technológiai (t>100 o C). Villamos energia: világítás, információtechnika, hajtás (vasút, villamos (troli), ipari berendezések), hőtés (légkondicionálás, fagyasztás), (helyiségfőtés (pl. Norvégia 80 %-ban, de 70 %-ban vízerımővekben elıállított villamos energia), használati melegvíz, fızés, ipari-technológiai). Üzemanyag: hajtás (belsıégéső motorok, gázturbina).
Primer és szekunder energiahordozók Primer enhord. Üzemanyag Villamos energia Hı Szén () Nyersolaj Főtıolaj Földgáz Nukleáris () Napsugárzás Szél Víz (árapály) Geotermikus Növényi biomassza Hulladék
Hı Helyiségfőtés fogyasztói szokások: Milyen belsı hımérsékletet tartunk (t b =20±2 o C), de ettıl eltérı is lehet. (Mérsékelt, hideg égöv) a főtési szezon idıtartama eltérı,milyen hımérséklettıl főtünk? távhı< 12 o C, földgáz <15 o C, De országonként is eltérı. Főtési mód: egyedi, központi, távfőtés. Hıigény építési kultúra: az épület tájolása, nyílászárók, szigetelés energiatakarékos épületek, főtési mód, szellızés.
Hı Használati melegvíz (>45 o C) fogyasztói szokások: fürdés, zuhanyozás, mosogatás, takarékosabb vízfelhasználás (l/fınap). Fızés fogyasztói szokások: családi, étterem, elıkészített ételek. Ipari technológia szakmakultúra: Hıigény: hatékonyabb (kisebb energiaigényő) technológiák, hulladékhı- és hulladékvíz-visszanyerés, kapcsolt hı- és villamosenergia-termelés (alap) és kazán (csúcs hıforrás) kooperációja, üzemeltetés színvonala.
Villamos energia Világítás, információtechnika ( szórakoztató elektronika) fogyasztói szokások: technológiaváltás energiatakarékos égık (világítótestek követése), egyre kisebb fogyasztású berendezések, de készenléti állapot (kapcsold ki). Hajtás: kooperatívabb társadalom Az egyéni közlekedésrıl átállás a városi vagy, távolsági tömegközlekedésre. De ehhez megfelelı infrastruktúra és színvonal szükséges. Hőtés fogyasztói szokások: légkondicionálás (t b =22 o C), milyen hımérséklettıl, fagyasztás (élelmiszerek, -35 o C-ig), ipari technológiák (pl. gázok cseppfolyósítása, -180 o C-ig).
Üzemanyag Közlekedés fogyasztói szokások, kultúra: régi városok, közlekedésre egyre kevésbé alkalmas belsı részekkel, egyedi (személygépkocsi) vagy tömeg-, városi (metro, villamos, busz, megfelelı utak) vagy távolsági (autópálya, vasút, légi). Takarékosabb üzemanyag-fogyasztás kultúra: kisebb mérető, -fogyasztású gépkocsik, ezek vásárlása közlekedésszervezés (GPS, információk), parkolási lehetıségek, vezetési kultúra megváltozása. Társadalmi hatás: elıvárosok, naponta közlekedés a nagyvárosba, a nagyvárosban üzleti negyedek kialakulása, belsı lakónegyedek csökkenése.
Energetikai technológiák Helyiségfőtés: tőzhely, kályha, gázkonvektor, villanykályha, egyedi kazán a helyiségekben radiátorokkal, egy fan-coil-al és levegı-keringtetéssel, -cserével, központi kazán a lakóhelyiségekben radiátorral, központi fan-coil levegı-keringtetéssel, cserével, távfőtés (kooperáló főtıerımő és kazán, távvezeték-hálózat, fogyasztói hıközpontok, fogyasztók radiátorokkal). Tüzelıanyagok : biomassza, szén, főtıolaj, földgáz, villamos energia, hıszivattyú (hulladék hıforrás és villamos energia), geotermikus közeg, hulladék (távhı).
Energetikai technológiák Használati melegvíz: gáz- és villanyboiler, központi (kazán) és távhı fogyasztói hıközpont (hmv hıcserélık), napkollektor. Fızés (egyedi): gáz- és villanytőzhely, naptőzhely (fejlıdı világ), biomassza tőzhely. Ipari technológiai: hıhordozók: vízgız-kondenzátum, termoolaj, füstgáz, villamos energia ; tüzelıanyagok: szén, főtıolaj, földgáz, villamos energia, biomassza, hulladék.
Villamosenergia-termelı technológiák Termelés: szén, főtıolaj, földgáz kondenzációs és főtı gızerımővek, atomerımővek (BWR, PWR, más hıhordozóval, moderátorral és munkaközeggel), földgáz vagy üzemanyag gázturbina és kondenzációs gızturbina kombinált erımő, gázturbinás és gázmotoros főtıerımővek, biomassza és (kommunális, ipari) hulladék főtı gızerımővek, víz-, szél- naperımővek, fotovoltaikus napelemek, geotermikus erımővek, földgáz (biogáz), hidrogén tüzelıanyag-cellák. Centralizált vagy decentralizált? centralizált: villamosenergia-rendszer (erımő, hálózat, fogyasztók sokasága), decentralizált: valamilyen tüzelıanyagból kiserımő és egyedi vagy kisebb fogyasztócsoport ellátása hıvel és villamos energiával.
Üzemanyagok Az üzemanyagok tisztasága, típusa szakmakultúra. Kıolaj-párlatok keveréke adalékanyagokkal (szabványosított követelmények): benzin, dízel, kerozin, (szénbıl elıállított olajpárlatok). Növényi alapanyagokból bekeverve: bio-alkohol (benzin), bio-dízel (dízel). keverési arány: 3-5 % gyújtásváltoztatás nélkül, ma. 25-30 % gyújtás, befecskendezés átalakítás. Gázok: földgáz (PB), hidrogén.
Az energetika sajátosságai Néhány primer energiahordozó és több megújuló energiaforrás. Az energetikai technológiák sokfélesége. Néhány szekunder energiahordozó különbözı használati értékkel: hı(hordozó), üzemanyag, villamos energia. Néhány hasznos energia: hı (primer energiahordozók, megújuló energiaforrások, villamos energia, üzemanyag), hajtás (üzemanyag, villamos energia), világítás, információtechnika (villamos energia). Az energiahordozók cseréjének technológiai korlátai mellett a gazdaságosság: az energetikai technológia (berendezések) cseréje általában a megtérülési idı letelte után, az új technológiák egyre hosszabb megtérülési idıvel bírnak. Az energiaellátás (energetikai technológiák és energiahordozók) árának növekedése.
Társadalom Fogyasztói Energiaigények [%/év] felzárkózó növekedése Feltörekvı gazdaságok (3-3,5 milliárd fı) Meddig és mivel? Tüzelıanyagok véges mennyisége, Megújuló energiaforrások, Új technológiák? Lassú átállás a fenntartható fejlıdésre. Hogyan változik a társadalom értékrendje a fenntarthatóság elfogadása szempontjából? Fenntartható Energiaigények fenntartható fejlıdése Fejlett gazdaságok (1,4 milliárd fı) Mivel? Energiahatékonyság (termelés, felhasználás), Megújuló energiaforrások, Új technológiák? Társadalom fejlettsége, értékrendje a fenntarthatóság szempontjából?
Társadalom Felzárkózó növekedés A fosszilis energiahordozók felhasználásának növekedése; A megújuló energiaforrások hasznosítására különbözı adottságok az egyes országokban. Az energiahatékonyság javulása a szakmakultúra fejlıdésével együtt jár; Új technológiák? Fenntartható energetika A karbon-mentes energetikai technológiák (megújuló energiaforrások) részarányának növekedése; Az energiahatékonyság javítható, mert a szakmakultúra megvan; Új technológiák?