MTA Energiatudományi Kutatóközpont
Tartalom - A nemzeti energiapolitikát szabályzó irányelvek és rendelkezések - Az energia- és környezetbiztonság kiemelt témái a - Alacsony széndioxid-kibocsátású termelés a fosszilis szektorban (magas hatásfok és CCS) - Megújuló potenciálra vonatkozó kutatási cél - IEA és cselekvési terv forgatókönyveinek többszempontú értékelése - Biomassza és bio-mimic kutatási elképzelés
Hazai energiagazdasági jellemzők Primerenergia-import nem diverzifikált Hazánk primerenergia-igényessége 2,4- szerese az EU27 átlagának. Az energiaellátás hatásfoka pedig 4%-kal kisebb az EU27 átlagánál (2008). primerenergia-igényesség = primerenergia-felhasználás/belföldi termelés összértéke(gdp) energiaellátás hatásfoka = végenergia-felhasználás/primerenergiafelhasználás
OECD IEA célkitűzések Lásd: Breitner D. előadása
Energiastratégia Az Erőműfejlesztési Cselekvési Terv peremfeltételei Dekarbonizációs feltétel: radikális kibocsátás-csökkentés (1990-es bázisévhez képest 85%-os) az energiaszektorban. A készülő Hazai Dekarbonizációs Útiterv figyelembe vételével választ kíván adni arra, hogy a Nemzeti Energiastratégia elvei és az atom-szén-zöld forgatókönyv továbbgondolásával hogyan teljesíthető a villamosenergia-szektor dekarbonizációja 2050-re Legkisebb költség feltétel: a gazdaság és társadalom számára a legkisebb költséget jelentő változat megvalósítása, figyelembe véve a járulékos hasznokat és externáliákat is. Késleltetett CCS feltétel: amennyiben a technológia alkalmazásának műszaki és gazdasági feltételei nem állnak rendelkezésre, mit jelent a szén megtartása és a földgáz domináns szerepének érintetlenül hagyása az energiamixben
Nemzeti Energiastratégia a villamosenergia-termelés CO 2 -intenzitása 370 gco 2 /kwh 200 gco 2 /kwh-ra csökken 2030-ra, 2030-tól a megújulók további térnyerésével, valamint a CCS technológia használatával akár majdnem teljes dekarbonizációt is eredményezhet (???) 2050-re. Energiatakarékosság Hatásfoknövelés Növekvő megújuló és atomenergia részarány
BLUE map 1. Hatásfoknövelés Szuperkritikus hűtőközeg alkalmazása A szuperkritikus vízzel hűtött reaktor - ötvözi a könnyűvizes reaktorokat a szuperkritikus kazánokkal - nagyobb erőműhatásfokot eredményez, kisebb a hűtőközegáram, forráskrízis hiánya MTA EK Budapesti Kutatóreaktora mellett működő dinamikus radiográfiai berendezésen a szuperkritikus víz áramlási vizsgálata Radiográfiás vizsgálathoz készült GR-5 Ti-ötvözet mintatartó Táguló víz 330 C-on Neutronradiográfiás kép 20 0 C-on Nagyrészt szuperkritikus víz 374 C-on A gőzerőművek hatásfoknövelését újfajta szerkezeti anyagok teszik lehetővé pl. 9-12% Cr-tartalmú, ferrites-martenzites szerkezetű acélok, W-acélok - biztosítják a gőzerőművek jelentős nyomás- és hőmérséklet-növelését, ill.a hatásfok számottevő javítását
BLUE map 2. Megújulók részarányának növelése A hazai megújuló energiaforrások elméleti potenciálja különböző tanulmányok 2006-os adatai alapján Termelés és fogyasztás időstruktúrája A primerenergiapotenciál villamosenergiatermelésbe történő bevonása nem problémamentes
Megújulók és kiserőművek az elosztott energiatermelésben elosztott energiatermelés elosztott energiatárolás információtechnológia
A hasznosítás szempontjából ideális termelési mix feltételei A terhelési görbe feltöltése a fogyasztói igények kiszolgálásával Beruházás és üzemeltetés költségei Villamosenergia-rendszerre gyakorolt hatásuk (rendszerintegrációs költségek, hálózati veszteségek minimalizálása, ellátásbiztonság, háztartási- és kiserőművek szabályozhatósága) Feladat: közép- és kisfeszültségű elosztóhálózat modellezése, energiafarm koncepció (feszültségviszonyok, termelési profilok, tárolási stratégia, fogyasztói viselkedés, fogyasztó oldali befolyásolás)
Nemzeti Energiastratégia 2030 öt forgatókönyve
A cselekvési terv szerint megvalósításra javasolt atom-szén-zöld forgatókönyv összehasonlítása a CO 2 -kibocsátás szempontjából a többi forgatókönyvvel: 12 10 Széndioxid kibocsátás (Mt) 8 6 4 2 0 Atom-Zöld AntiAtom-Zöld Atom-Zöld(+) Atom(+)-Zöld Atom-Szén- Zöld AntiAtom- Zöld(+)
Az erőmű alternatívák értékelési módszerei A szcenáriók értékelésének előfeltétele, hogy az erőmű alternatívákat képesek legyünk összehasonlítani tudományos igénnyel és minél átfogóbb vizsgálatok alapján Három értékelési módszer összehasonlítása: Környezeti külső költség Teljes társadalmi költség Többszempontú döntési modell Környezeti és élettani hatások Gazdasági szempontok Társadalmi szempontok Közös elem a három értékelési módszerben, hogy - teljes életciklusra vonatkozó adatokat veszi kiindulási pontnak - központi helyet kapnak a környezeti és a velük szorosan összefüggő egészségi hatások (Sok manapság használatos megközelítéstől eltérően a környezeti hatás ezeknél a módszereknél nincs csupán a klímahatásra leegyszerűsítve)
Szempontok megfogalmazása A döntési modell szempontfájának kialakítása: 1., A fenntartható fejlődés energetikai indikátorait összefoglaló 2001-es nemzetközi felmérés 38 szempontja 2., A Paul Scherrer Institut 2006-ban a redundancia elkerülése végett a 38 szempontot 18-ra csökkentette 3., Tovább szűkítettük a mérlegelendő szempontok számát (15-re) azzal, hogy az erőmű alternatívák helyett közvetlenül a rendszerirányítás összetett elvárasainak megfelelő forgatókönyveket rangsoroljuk.
Szempontok strukturálása A döntési modell szempontjai és indikátorai:
Alternatívák szempontok szerinti értékelése Az erőműtípusok indikátor értékeinek meghatározása: A 2009-ben lezárult NEEDS projekt és CASES projekt teljes életciklusra vonatkozó eredményeit használtuk föl a legfontosabb gazdasági, környezeti és az egészségi szempontok esetén. A balesetek értékelését az ENSAD adatbázisa alapján, 1970-től az energiatermelés során bekövetkezett, teljes életciklusra számított balesetek halálos áldozatainak kwh-ra vetített számával végeztük. Az indikátorok mértékegységei eltérőek, de értékei megfelelően különböznek ahhoz, hogy az egységes skálázás érdekében, az adott szempontnak legjobban megfelelő erőmű alternatívához 100, a legkevésbé megfelelőhöz pedig 0 pontot rendelhessünk. A közbülső eredmények lineáris normálással értékelhetők ki. Az alternatívákat tartalmazó halmaz rögzített, így a rangsorfordulás kiküszöbölhető és a kiosztott pontszámok az értékelés további lépéseinél már nem változnak.
Szempontok súlyozása Szempontok fontosságának összehasonlítása: Eredményeink egy nem reprezentatív, 200 fős, főként doktori kurzust végző hallgatókból és energetikai konferenciák látogatóiból álló mintára épül. A résztvevők több mint 50%-a diplomás és az átlagéletkor 37 év. A szempontok fontossági arányszámainak összegét minden egyes kérdőív kiértékelésnél egyre normáltuk. A páros összehasonlítási kérdőívek egyesével és geometriai középpel aggregálva is kiértékelésre kerültek.
Szempontok súlyozása Kiértékelt szempontsúlyok:
Az erőmű alternatívák értékelésének eredményei víz szél PV atom biomassza földgáz lignit kőszén
A nemzeti energiastratégia hat forgatókönyvének rangsora CASES adatbázis alapján Társadalom AntiAtom- Zöld Összes Atom-Zöld(+) Környezet Atom(+) -Zöld Gazdaság Atom-Szén Zöld Atom-zöld+ tűnik legprferáltabbnak
További modell fejlesztések Energiaszállítás környezeti hatása Megújulók baleseti kockázatainak értékelése Távfűtés, kapcsolt villamosenergia-előállítás és háztartási tüzelés hatása különböző települési környezetekben Bioenergia teljes életciklusára vonatkozó fajlagos CO 2 -egyenérték pontos becslése
Biomassza-potenciál értékelése ÜHG fluxusok a biomassza növekedése során a fixált CO 2 %-ban Talaj CO 2 kibocsátás fosszilis üzemanyagok CO 2 kibocs. ÜHG szerves trágyából N 2 O és CH 4 Termőföld 4% 11% 14% 12% 41% Legelő -26% 7% 18% 20% 19% Erdő -32% 3% 21% 1% -7% Ʃ Die Stellungnahme Bioenergie: Möglichkeiten und Grenzen der Leopoldina 2012
Energiamérleg különböző energiahordozókra EROI Tűzifa 10 Biodízel (repce) <2 Bioethanol (kukorica) 15 Bioethanol (cukorrépa) 3,5 Biodízel (alga) <1 Fotovillamos 7 Szél 18 Nukleáris 10-20 Víz 100 EROI= kinyert energia/befektetett összes fosszilis energia (figyelembe véve pl.: a műtrágya és talajműveléshez használt anyagok előállítását ) A szakirodalom szélesebb (1-50) intervallumon értelmezi a bizonytalan leszerelési és a baleseti költségek miatt
Bioüzemanyagok vagy mesterséges fotoszintézis? European Academies Science Advisory Council policy report 19 (2012) major burden of providing biofuels for the EU 10% target in 2020 will fall on first-generation biofuels biodiesel does not produce a reduction of greenhouse gas emissions relative to the use of diesel produced from crude oil EU Renewable Energy Directive sustainability criteria should be revised to ensure that lifecycle assessments reflect the real-world performance of biofuel production and include all impacts Creutzig F, Nature Climate Change 2013 biofuels as a potential source of significant greenhouse-gas emissions and environmental harm Research necessary for solar to fuel conversion mimicking natural photosynthesis where water spliting efficiency is 10.5% Dau: Accounts of Chem. Res. 2009, 1861 Natural catalysts take advantage of abundant metals such as Fe, Ni and Mn rather than the precious metals such as Pt and Ir that are employed industrially Leopoldina 2012 Reinhardt F., Osán J., Török S. et al.: Reference-free quantification of particle-like surface contaminations by grazing incidence X-ray fluorescence analysis, Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 27 (2012) 248-255
Szerkezetvizsgálat neutron- és röntgenszórással, egymást kiegészítő információ röntgensugárzás neutronsugárzás neutronszórásos vizsgálatok jellemzői (röntgenszóráshoz viszonyítva) szórás elektronhéjon szórási hatáskeresztmetszet az elektronok számával növekszik Q növekedésével csökken [Q=4πsinθ/λ] energia atommagon izotópfüggő Q-tól független 5000 100000 ev 0,001 0,2 ev nagy áthatolóképesség: viszonylag nagy mennyiségű minta szükséges (általában) könnyű elemekre ad több információt nagy szögeknél is jó minőségű adatok pontosabb eredmények diffúzió és atomi vibráció hatása is meghatározható
In-situ vizsgálati lehetőségek Mikro-röntgenspektrometria és -tomográfia (laboratórium és SR) In-situ kamra igényes mintakörnyezet-kialakítással (nyomás, hőmérséklet, megvilágítás, hűtés/fűtés) neutron pordiffrakció Mikroszkopikus IR spektrometria PTB szinkrotronon ESFRI nagyberendezésen (szinkrotron, neutron) További spektroszkópiai lehetőségek a Wigner-SZFI-vel együttműködésben
A környezetfizikai Laboratórium által kezdeményezett kutatások Fosszilis CO 2 leválasztás és elhelyezés Befogadó kőzet és zárókőzet CO 2 viselkedése tározókban (CDF) Megújuló Energiatárolás Hatásfok javítás Rendszerintegrálás Energia farm Nukleáris Energiabiztonság CO 2 elhelyezés biztonsága Hatásfok növelés Szuperkritikus hőhordozó Baleseti kockázatok Környezeti hatás és társadalmi elfogadhatóság Objektív és szubjektív kockázatok Mesterséges fotoszintézis