BALATONI PARTNERSÉGI PROGRAM FENNTARTHATÓ KÖRNYEZETFEJLESZTÉS TÁJGAZDÁLKODÁS ENERGIAHATÉKONYSÁG keretében a: TUDATOS KÖRNYEZET- ÉS VÍZMINŐSÉGVÉDELEM A HELYI MEGÚJULÓ ENERGIAHORDOZÓK HASZNOSÍTÁSÁVAL 2007. 06. 19. ALSÓÖRS Előadó: Dr. Unk Jánosné* okl. villamosmérnök, megújuló energia szakértő regionális tervező, a PYLON Kft. ügyvezetője ENERGIAHORDOZÓK, HAZAI ÁTFOGÓ ÉS HELYI POTENCIÁLIS ADOTTSÁGOK (NAPENERGIA, BIOMASSZA, GEOTERMIKUS, SZÉL- ÉS VÍZENERGIA) ÉS ÁTALAKÍTÁSI-, HASZNOSÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK, ÖSSZEHASONLÍTÓ ELEMZÉSEK, VÁRHATÓ KÖRNYEZETI HATÁSOK BEMUTATÁSA I. előadás: 1. NAPENERGIA közvetlen villamos energia hasznosítási technológiái (fotovillamos napcellás autonóm, kvázi autonóm rendszerek) 2. BIOMASSZA (országos potenciális adottságok felmérése, területi megoszlások, összevetés a területi energiaigényekkel, elindult megrekedt hasznosítások, területfelhasználási korlátok. Balatoni BKÜ Program nád hasznosítási projektje II. előadás: 3. GEOTERMIKUS ENERGIA (országos potenciális adottságok, BKÜ területi adottságok, programjavaslatok, komplex hasznosítási tervek, projektek. Hőszivattyús rendszer fűtés-hűtésre) 4. SZÉL- ÉS VÍZENERGIA (országos potenciális adottságok, helyi lehetőségek, kisfogyasztói technológiák) * Elérhetőségek: PYLON Kft., 1126 Bp. Istenhegyi út 9/d. Tel: (1) 355-4614; Fax: (1) 212-9626; Mobil: 06 30 911-8294; E-mail: unkedit@t-online.hu
ENERGIAFORRÁSOK ENERGIAHORDOZÓK [1] Az energiaigények különböző módon történő kielégítésére szolgálnak, ezek: Primer, hagyományos energiahordozók: szilárd (fa, szénféleségek, uránérc) folyékony (kőolaj) gáznemű (földgáz, metán) Primer, megújuló energiahordozók: sugárzással érkező (napenergia) éghajlatfüggő (biomassza, szél) földhőből származó (geotermikus energia, levegő, termálvíz hőhordozóval) víz mozgási energiájából nyert források Átalakítással hasznosított szekunder energiahordozók: villamos energia kőolajtermékek, benzinek hőenergia, gőzenergia biogáz, fagáz szilárd biomassza hasznosító technológiák hasadó anyagú fűtőelemek 1. ábra 2
2. ábra: HAZAI MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK CSOPORTOSÍTÁSA az ismert hasznosítási módok alapján [2] 3
3. ábra: BIOMASSZA CSOPORTOSÍTÁSA [3] 4
MEGÚJULÓ ENERGIAHORDOZÓK HAZAI MEGOSZLÁSA NAPENERGIA [10] 4. ábra: Az érkező besugárzás területi eloszlása 5. ábra: A napos órák száma területi eloszlásban 5
NAPENERGIA A Nap sugárzásának energiahordozói: a fotonok. A Napból a vízszintes felületre jutó sugárzási energia fajlagos értéke: a globál sugárzás, ami lehet direkt és diffúz. A meteorológiai állomások mérik a napi sugárzást, ill. összegzik a havi átlagokat (lásd a 6., 7., 8., 9. ábrákat). 1965-ig 7 6 kwh/m 2 nap 5 4 3 2 1 0 jan. feb. márc. ápr. máj. jun. jul. aug. szept. okt. nov. dec. Békéscsaba Budapest Debrecen Kalocsa Kecskemét Kékestetö Keszthely Kisvárda Martonvásár Pécs Siofok Sopron Szeged Tiszaörs 6. ábra Magyarország különböző mérési pontjain a globál sugárzás napi fajlagos átlag értéke az év különböző hónapjaiban Év es átlag 1965-ig kwh/m 2 nap 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Békéscsaba Budapest Debrecen Kalocsa Kecskemét Kékestetö Keszthely Kisvárda Martonvásár Pécs Siofok Sopron Szeged Tiszaörs 7. ábra Magyarország különböző mérési pontjain a globál sugárzás egész évre vonatkozó napi fajlagos átlag értéke 6
NAPENERGIA Az 1965-ig rendelkezésre álló mérési eredmények kiértékelése alapján megállapítható, hogy Magyarország területén a vízszintes felületen mért globál sugárzás napi átlagértéke 3,2 4 kwh/m 2 között volt, ami éves viszonylatban 1168 1460 kwh/m 2 értéknek felel meg. Az újabb és valószínűsíthetően pontosabb, de rövidebb időszakot felölelő 1958 1972 közötti rendelkezésre álló mérési eredmények kiértékelése alapján pedig az állapítható meg, hogy Magyarország területén a vízszintes felületen mért globál sugárzás napi átlagértéke 3,15 3,65 kwh/m 2 között van, ami éves viszonylatban 1150 1332 kwh/m 2 értéknek felel meg. Magyarország 93 ezer km 2 területére évente beérkező energia a Napból a fenti értékek átlagával számolva tehát 1,16 x 10 14 kwh, vagyis Magyarország 4x10 10 kwh = 41,0 TWh éves villamos energia fogyasztásának 2900 szorosa. 7
1958-1972 között 7 kwh/m 2 nap 6 5 4 3 2 1 0 jan. feb. márc. ápr. máj. jun. jul. aug. szept. okt. nov. dec. Sopron Keszthely Siófok Pécs Martonvásár Budapest Kecskemét Szeged Tiszaörs Békéscsaba Debrecen Kisvárda 8. ábra Magyarország különböző mérési pontjain a globál sugárzás napi fajlagos átlag értéke az év különböző hónapjaiban Éves átlag 1958-1972 között kwh/m 2 nap 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Sopron Kesz thely Siófok Pécs Martonvásár Budapest Kecskemét Szeged Tiszaörs Békéscsaba Debrecen Kisv árda 9. ábra Magyarország különböző mérési pontjain a globál sugárzás egész évre vonatkozó napi fajlagos átlag értéke 8
A Nap sugárzásából termelhető villamos energia Magyarországi átlagértékekkel számolva 1 kwp beépített teljesítményű napelemes berendezés napi átlagos energia hozamát déli irányú, különböző dőlésszögben rögzített telepítés esetén a 10/a. és 10/b. ábrák mutatják. 10/a. ábra: 1 kwp napelem napi átlag energiatermelése különböző hónapokban Magyarországon (dőlésszög 30 o ). Éves átlag energiatermelés 1500 kwh 10/b. ábra: 1 kwp napelem napi átlag energiatermelése különböző hónapokban Magyarországon (dőlésszög 65 o ). Éves átlag energiatermelés 1390 kwh 30 o -os dőlésszöggel a napi átlag csaknem azonos, az éves energiatermelés azonban kevesebb. 9
10
NAPENERGIA FOTOVILLAMOS BERENDEZÉSEKKEL Kisigényű fogyasztók esetében alábbi rendszerek javasolhatók: 12 V-os egyenáramú alap berendezés (kisigényű idős lakos, szociális támogatásra szorulók részére) (11. ábrán) 230 V-os 1 fázisú váltakozó áramú berendezés (lakáscélú és időszakosan üdülési célú hasznosításra alkalmas fogyasztóhelyeken) 5. kép: Kisteljesítményű egyenáramú berendezések, fényforrások, 12V, 5-13-15W, 12/0,4-1,8 W, víz és egyéb szivattyúk, motorok 12-24V, 17W, 50-150W 11. ábra: 12 V-os egyenáramú alapberendezés elvi sémája SOLART-SYSTEM 11
NAPENERGIA FOTOVILLAMOS BERENDEZÉSEKKEL 12V-os egyenáramú alapberendezés I (tanyák részére) Beépített névleges napelem teljesítmény: 100 Wp (120.000,- Ft) Napelem felület: kb.0,8 m 2 Napelemek rögzítése: tetőre szerelhető szerelvényekkel (10.000,- Ft) Beépített akkumulátor kapacitás: 2 kwh (100 órás kisütésre vonatkozólag) (50.000,- Ft) Töltésszabályozó elektronika: 12V/ 8A (10.000,- Ft) Kimenő feszültség: 12VDC Kimenő teljesítmény: 100 W Napelemek éves átlag energiatermelése: max. 116 kwh (déli 45 fok), max. 103 (déli 70 fok) Napi átlagban max. hasznosítható villamos energia: júliusban 0,44 kwh (déli 45 fok), 0,33 kwh (déli 70 fok) és decemberben 0,14 kwh (déli 45 fok), 0,15 kwh (déli 70 fok) Beruházási nettó költség: 190.000,- Ft Karbantartási költség 30 év alatt: (akkucsere 100.000,- Ft + évi 0,5%) 128.500,- Ft Villamos energia költsége: min. 91,5 Ft/kWh (30 éves energiatermelést és amortizálódást figyelembe véve) Amennyiben kiskereskedelmi beszerzési áron számolunk, úgy a berendezések kereskedelmi forgalmánál kb. 25% haszonkulcsot és a helyszínre szállításért és üzembe helyezésért kb. 6-10% további költséggel kell számolni, amely a fenti Ft. összegeket összesen 31-35%-kal növeli. A jelenlegi 25%-os ÁFA erre rakódik rá! 2006-tól ez is 20%. Így a lét. kts. nettó: 260 eft, bruttó: 312 eft. 12
NAPENERGIA FOTOVILLAMOS BERENDEZÉSEKKEL 12V-os egyenáramú alapberendezés II, az L1 típusú lakófunkciójú tanyai fogyasztóhely részére Beépített névleges napelem teljesítmény: 200 Wp (240.000,-Ft) elvi sémája megegyezik a 11. ábrán jelöltekkel Napelem felület: kb.1,6 m 2 Napelemek rögzítése: tetőre szerelhető szerelvényekkel (15.000,- Ft) Beépített akkumulátor kapacitás: 4 kwh (100 órás kisütésre vonatkozólag) (100.000,Ft) Töltésszabályozó elektronika: 12V/ 16A (15.000,- Ft) Kimenő feszültség: 12VDC Kimenő teljesítmény: 200 W Napelemek éves átlag energiatermelése: max. 232 kwh (déli 45 fok), max.206 (déli 70 fok) Napi átlagban max. hasznosítható villamos energia: júliusban 0,88 kwh (déli 45 fok), 0,66 kwh (déli 70 fok) és decemberben 0,28 kwh (déli 45 fok), 0,3 kwh (déli 70 fok) Beruházási nettó költség: 370.000,- Ft Karbantartási költség 30 év alatt: (akkucsere 200.000,-Ft + évi 0,5 %) 255.500,-Ft Villamos energia költsége: min. 89,9 Ft/kWh (30 éves energia termelést és amortizálódást figyelembe véve) Amennyiben kiskereskedelmi beszerzési áron számolunk, úgy a berendezések kereskedelmi forgalmánál kb. 25% haszonkulcsot és a helyszínre szállításért és üzembe helyezésért kb. 6-10 % további költséggel kell számolni, amely a fenti Ft. összegeket összesen 31-35%-kal növeli. A jelenlegi 25 %-os ÁFA erre rakódik rá! 2006-tól ez is 20%, így a létesítés költsége nettó: 500 eft, bruttó: 600 eft. 13
NAPENERGIA FOTOVILLAMOS BERENDEZÉSEKKEL 12V-os egyenáramú alapberendezés III Beépített névleges napelem teljesítmény: 400 Wp (480.000,-Ft) Napelem felület: kb. 3,2 m 2, elvi sémája megegyezik a 11. ábrán jelöltekkel Napelemek rögzítése: tetőre szerelhető szerelvényekkel (25.000,- Ft) Beépített akkumulátor kapacitás: 8 kwh (100 órás kisütésre vonatkozólag) (200.000,- Ft) Töltésszabályozó elektronika: 2x 12V/ 16A (30.000,- Ft) Kimenő feszültség: 12VDC Kimenő teljesítmény: 2x200 W Napelemek éves átlag energiatermelése: max. 464 kwh (déli 45 fok), max. 412 (déli 70 fok) Napi átlagban max. hasznosítható villamos energia: júliusban 1,76 kwh (déli 45 fok), 1,32 kwh (déli 70 fok) és decemberben 0,56 kwh (déli 45 fok), 0,6 kwh (déli 70 fok) Beruházási nettó költség: 735.000,- Ft Karbantartási költség 30 év alatt: (akkucsere 400.000,- Ft +évi 0,5 %) 510.250,- Ft Villamos energia költsége: min. 89,5 Ft/kWh (30 éves energiatermelést és amortizálódást figyelembe véve) Amennyiben kiskereskedelmi beszerzési áron számolunk, úgy a berendezések kereskedelmi forgalmánál kb. 25% haszonkulcsot és a helyszínre szállításért és üzembe helyezésért kb.6-10 % további költséggel kell számolni, amely a fenti Ft. összegeket összesen 31-35 %-al növeli. A jelenlegi 25 %-os ÁFA erre rakódik rá! 2006-tól ez is 20%, így lét. kts. nettó: 990 eft, bruttó: 1190 eft. 14
NAPENERGIA FOTOVILLAMOS BERENDEZÉSEKKEL 1 fázisú 230V-os váltakozó áramú alapberendezés (a 12. ábrán) Beépített névleges napelem teljesítmény: 400 Wp (480.000,-Ft) Napelem felület: kb.3,2 m 2 Napelemek rögzítése: tetőre szerelhető szerelvényekkel (25.000,- Ft) Beépített akkumulátor kapacitás: 8 kwh (100 órás kisütésre vonatkozólag) (200.000,Ft) Kombinált töltésszabályozó és áramátalakító: 900 W (150.000,- Ft) Kimenő feszültség: 230VAC ~ 1 fázis 50 Hz Kimenő teljesítmény: 900 W Napelemek éves átlag energiatermelése: max. 464 kwh (déli 45 fok), max.412 (déli 70 fok) Napi átlagban max. hasznosítható villamos energia: júliusban 1,58 kwh (déli 45 fok), 1,19 kwh (déli 70 fok) és decemberben 0,5 kwh (déli 45 fok), 0,54 kwh (déli 70 fok) Beruházási nettó költség: 855.000,- Ft Karbantartási költség 30 év alatt: (akkucsere 400.000,-Ft + évi 0,5 %) 528.250,-Ft Villamos energia költsége: min.110,4 Ft/kWh (30 éves energiatermelést és amortizálódást figyelembe véve) Amennyiben kiskereskedelmi beszerzési áron számolunk, úgy a berendezések kereskedelmi forgalmánál kb. 25% haszonkulcsot és a helyszínre szállításért és üzembe helyezésért kb.6-10% további költséggel kell számolni, amely a fenti Ft. összegeket összesen 31-35%-kal növeli. A jelenlegi 25%-os ÁFA erre rakódik rá! 2006-tól ez is 20%. Lét. kt. nettó 1150 eft, bruttó: 1400 eft. 15
SOLART-SYSTEM 12. ábra: 1 fázisú 230 V-os váltakozó áramú alapberendezés elvi sémája Különböző típusú szabályozó-szekrény berendezési elemek 16
A kvázi autonóm napelemes áramforrás felépítése nagyon hasonló a napelemes autonóm áramforráshoz. A lényeges különbség az, hogy egész évben állandó terhelés esetén sem vész el a nyári időszakban termelt többlet energia, mert azt az akkumulátor mindig képes fogadni. Ugyanakkor a hálózati villamos energia ellátással szemben azzal az óriási előnnyel rendelkezik, hogy hálózat-kimaradás esetén is folyamatos a fogyasztók villamos energia ellátása. Villamos energetikai hatásfoka 80 90 % között van. SOLART-SYSTEM 13. ábra: 1 fázisú 230 V-os kvázi autonóm alapberendezés elvi sémája 17
Kezdetben a biomassza hasznosítás kizárólag HULLADÉKOKRA és mező-, erdőgazdasági melléktermékekre irányult. E korai kutatások, s az azokhoz tartozó hasznosításitechnológiai javaslatok noha országos áttekintést adtak, mégis mindig helyi megkülönböztetésben gondolkozva; területi, egyedi, ill. vidéki településközpontok főleg helyi hőenergiaellátást célozták, az adott települési, mező- és erdőgazdasági hulladékokra, hulladéktermékekre alapozva, azzal a céllal, hogy abszolút energia-megtakarítást fosszilis energiahordozó kiváltást, helyettesítést, ill. importcsökkentést eredményezzenek, s mindezt a környezet védelme, az életminőség javítása prioritása jegyében. A felmérések eredményeit az országos lehatárolások szemléltetik (lásd a 14., 15., 16., 17. ábrákat). 18
14. ábra: Magyarország körzeteinek értékelése a föld termőképessége szerint (aranykoronában kifejezve) 15. ábra: Mezőgazdasági szerves hulladékok hasznosítására súlyozottan javasolt térségek 19
16. ábra: Mezőgazdasági szerves hulladékok hasznosítására preferált települések kategorizálása 17. ábra: Országos felmérés és javaslat a mezőgazdaság szerves hulladékok preferált térségeire; mezőgazdasági, környezetvédelmi és energianyerési szempontok szerint 20
A biomassza potenciális felhasználása Magyarországon 1997 1999 [4] A biomassza energetikai szempontú csoportosítására ebben a korszakban már finomított megkülönböztetés és felmérés készült: a biomasszák keletkezési szintje, átalakított energiahordozó fajtái, végtermék és tárolhatóság szerint (megismételve a 3. ábrát) és egy pontosabb országos agroökológiai körzeti adatbázist (a 18. ábrán) is figyelembe véve. A Világ Bank támogatásával: Magyarország Biomassza Megújuló Energia és Területfejlesztési Projekt [4] [5] 1999. érdeme, hogy a felmérés alulról felépítve kimutatta keletkezésük szerint nemcsak a biomassza elsődleges, másodlagos, harmadlagos potenciális adottságait összességében, hanem azok területi megyei szinten is megkülönböztetett energia-tartalmának megoszlását a teljes volumenre, ill. a biomassza-rendszer főbb elemeire is (a 19., 20., 21., 22. ábrák). 21
3. ábra: BIOMASSZA CSOPORTOSÍTÁSA [3] 18. ábra: Magyarország agroökológiai körzeteinek értékelése 22
BIOMASSZA POTENCIÁL FELMÉRÉS 19. ábra: Összes biomassza mennyiség energiatartalma megyei bontásban [4] 20. ábra: A rendelkezésre álló biomassza-féleségek megyei bontásban 23
KÜLÖN A FÁS JELLEGŰ MELLÉKTERMÉKEK és az évenként megtermő SZALMA volumenek energiatartalma [3] [29] 21. ábra: A hasznosítható szalma energiatartalma megyénként [4] 22. ábra: Fás jellegű melléktermékek területi eloszlása [4] 24
A Világ banki felmérés keretében újszerű igényként merült fel a településsoros mélységben kimunkált, különböző alágazati hőigények [5] területi becslése (lásd az 1. táblázatot) a nagyipari hőigények és Budapest hőenergia-igényei nélkül és azok területimegyei összesítése (23. ábra), annak érdekében, hogy az akkor még igen leromlott állapotú, rekonstrukcióra szoruló vidéki kisvárosi távfűtőművek néhány blokkjának biomassza energiahordozóra való átállítási lehetősége ilyen innovatív, energiatakarékos, környezetbarát és önkormányzat lakosságbarát módon valósuljon meg a vizsgált 86 településben. Teljes mértékig kihagyta ez a fejlesztés a közepes és nagyobb méretű városi erő-és fűtőműveket (lásd a 2. táblázatot és a 24., 25. ábrát, ahol véletlenül sem szerepel a mai 3 fatüzelésre átállt hőerőmű rekonstrukciója!) Az igen szerény fejlesztési javaslattal, az I. ütemben összesen mintegy 5,0 PJ, a II. ütemben további 12,0 PJ össztermelésű, főleg fűtőművi átalakított hőenergiatermelés tüzelőanyag igénye az ország potenciális primer biomassza adottságaira alapozva, bőségesen kielégíthető lett volna, ill. a hosszú távra szóló akkori prognózis (lásd a 26. ábrát) kiegészítve a mainál bár jóval szerényebb volumenű energiacélú növény-termesztéssel biztosította volna a III. ütemben a területi szempontból már kevésbé preferált, néhány nagyobb meglévő korszerűtlen technológiájú és hatásfokú fűtőerőmű átállítását is, továbbá a vidékfejlesztést és lehetőleg önkormányzati magyar tulajdonú új (CHP, vagy faelgázosító, vagy rothasztással nyert biogázra alapozott technológiájú) kis és közép teljesítményű hőerőművek környezetbarát tüzelőanyag ellátását is. A K+F munka legnagyobb eredménye, folytatása: a Szombathelyi Távfűtőmű 7,0 MW-os kapacitású, közelmúltban átadott berendezése. [21] 25
1. táblázat A hosszú távú (2005 2015-ig terjedő) területi hőenergiaigény becslések összesítő táblázata [5] 23. ábra: Hosszú távú (2005 2015) területi hőenergiaigény becslés dinamikus változata [5] 26
24. ábra: Magyarország távhőszolgáltatással rendelkező települései [5] 25. ábra: Magyarország távhőszolgáltatással rendelkező településeiben a biomassza tüzelőanyagra történő átállítás preferált helyei [5] 27
2. táblázat JAVASLAT Hőenergia termelés biomassza tüzelésre való átállítással 86 vidéki távhőbázison, megyei bontásban (1995 évi adatok) 28
26. ábra: Biomassza felhasználás prognózisa (1999) [4] A vázolt adottságok ellenére a vidéki elavult fűtőművek rekonstrukciója nem biomasszára alapozott technológiával valósult meg, hanem földgázbázisú gázmotoros technológiával (a gázlobby erőteljes állami támogatásával), amely földgáz ára azóta folyamatosan és rohamosan nő, s az importból származó kiszolgáltatottság tovább fokozódik. 29
A decentralizált, hazai potenciális energiahordozókra (biomasszára, biogázra, nap és geotermikus energiahordozókra) alapozott kis és középvárosi korszerű, központos hőellátások ügye így legalább 12 15 évre eltolódott. Győzött a lobby, a fogyasztó pedig viseli folyamatosan az egyre növekvő terheket. Az egyedi hőellátási módok korszerűsítési támogatására pedig már jó ideje elfogyott a megújulókra, energiamegtakarításokra fordítható lassan rendszeresített keret. Az elmúlt közel 10 év alatt, ennyi kedvezőtlen beavatkozás ellenére mégis mintegy 8 biomassza bázisú kapcsolt villamosenergia-termelő és hőellátó rendszer valósult meg. [16] Tervezett és megvalósult beruházások biomassza bázison Hő- és villamos energia termelés biomassza alapon Balassagyarmat 2 MW 12e t/év 140 TJ 16 GWh Szentendre 9 MW+1,4 MW 20e t/év 220 TJ 8 GWh Szigetvár 2 MW távfűtés biomassza 2200 t/év 23 TJ Mátészalka 5 MW távfűtés biomassza 6000 t/év 62 TJ Körmend 5 MW távfűtés biomassza 6000 t/év 63 TJ Szombathely 7 MW távfűtés biomassza 8000 t/év 92 TJ Papkeszi 5 MW ipari hő biomassza 10000 t/év 120 TJ Nyírbátor 1,6 MW hő- és vill.energia term. biogáz 7,5 GWh 30
A több ágazat (MEH, FVM, GKM, KVM, PM, BM, OTH) közös biomassza programja hiányában most anarchikus területhasználati programok születnek ugyanazokra a hazai, behatárolt területekre. Debreceni kutatók egy jóval alaposabb elméleti biomassza potenciál meghatározására vállalkoztak a közelmúltban a biomassza melléktermékek és hulladékok energiatartalmának becslésén felül, a növénytermesztési főtermékek volumenére vonatkozóan is, ráadásul az ország 7 régiójára is kimutatva (lásd a 3. táblázatot és a 27. ábrát). A soproni kutatók Dr. Marosvölgyi tanár úr merész, mégis mértéktartó becslése szerint, a biomassza hasznosítás összvolumenének energiatartalmára a következő struktúrát prognosztizálta hosszabb távra (2020-ig) Dendromassza 56 63 PJ/év Növényi fő- és melléktermékek 74 108 PJ/év Másodlagos biomasszák 19 23 PJ/év Harmadlagos biomasszák 54 134 PJ/év Összes biomassza 203 328 PJ/év Figyelembe véve a különféle technikai és gazdasági korlátokat tíz éven belül a tényleges hasznosítás elérheti a 180 190 PJ/év szintet, ami az össz energia primer energiahordozói igény 17 18%-ának felel meg [12], a 2005 évi 4,2% aránnyal szemben. 31
3. táblázat A biomasszából elméletileg előállítható fajlagos energiamennyiség regionális szinten, valamint az országos potenciál [11] Mértékegység a régióknál GJ/100 ha, a hazai összes adatoknál PJ/év 32
27. ábra: A biomasszából nyerhető energiamennyiség eloszlása (Bai, 2002) [11] Növény Index Növény Index Alkohol-növények Szilárd biomassza növények 1. cukorcirok 5,38 1. kínai nád (nem javasolt) 2. búza 4,18 2. szudánifű 4,30 3. kukorica 3,06 3. zöld pántlikafű 3,71 4. cukorrépa 2,64 4. kender 3,48 5. csicsóka 1,78 5. óriás keserűfű (nem javas.) 3,35 6. cikória 0,94 6. búza 3,31 Olaj-növények Biogáz növények 1. napraforgó 4,03 1. angol perje 4,10 2. csillagfürt 2,39 2. nádképű csenkesz 3,81 3. repce 2,11 3. cukorcirok 3,05 4. szója 1,50 4. kukorica 2,39 Az energetikai növénycsoportonként megállapított ECT indexek 33
Mekkora a biomasszának az élelmiszertermelésre és energetikai hasznosításra lehetséges, igénybe vehető területe, ill. az egyes preferált technológiák fajlagos területigénye? Összevetve a különálló, összehangolatlan alágazati programokat, úgy mint: a magyar erdészeti, erdőtelepítési bővítési, a mezőgazdaság szerkezetátalakítási, a bioethanol, a biodízel programokat, majd a természetvédelmi területnövelési szándékokat, az ország szerény méretével gazdálkodva, a következő, még megnyugtatóan uralható megoszlások, területfelhasználási igények elégíthetők ki (lásd a 4. táblázatot). [13] A relatíve nagy igény felével (1,0 millió ha) eleve csökkenteni kell az EU előírások szerint az ország élelmiszertermelő szántóterületét, amely így új tartalommal megmaradhat, energetikai célok szolgálatába állítható, épp úgy, mint a jelenleg nagy kiterjedésű, parlagon hagyott területek. Az igény második felének zömét, a mezőgazdasági szerkezetátalakítás során átállítható földterületek még fedezik. 34
4. táblázat MAGYARORSZÁG TERÜLETFELHASZNÁLÁSI SZERKEZETÉNEK ALAKULÁSA KÖZÉPTÁVON [13] Meglévő szerkezet elemei [ha] Összes terület 9 303 000 Termőterület 7 706 000 ebből szántó 4 513 000 gyep 1 130 000 erdő 1 763 000 nádas 41 000 szőlő 131 000 gyümölcsös 94 000 kert 90 000 Tervezett programok területigénye [ha] természetvéd. terület bővítés 300 000 biodízel program területe 150 000 bioetanol program területe 300 000 energ. célnövény term. program 450 000 (energiafű, nád, akác) erdősítési program területe 740 000 biomassza; biogáz alapú törpe és kiserőművek termőterület igénye 360 000 Összesen: 2 000 000 35
Újszerű módon, úgy is növelhetők az energia célnövény termőterületek, hogy az európai az osztrák példát átvéve; a határokon túlnyúló területek gazdálkodói beszállítanak a terméklánc-rendszerbe. Ilyen a Nyugat-Dunántúli gyakorlat az osztrák biodízel programhoz csatlakozva. Hasonlót terveznek a battonyai bioethanol üzem kiszolgálásához csatlakozó szomszédos Arad megyei területekről történő termeltetéssel, beszállítással. A környező északi délkeleti szomszédos országok tűzifa, feldolgozott dendromassza termékei (biopellet) exportálási gyakorlata alakult ki manapság, amely besegít a folyamatos primer, szekunder tüzelőanyag ellátásba. Összességében: megfelelően felmért, szervezett regionális biomassza termelési-hasznosítási programmal uralható még egy hazai érdekeket szolgáló egészséges területhasználat, ha indítása mielőbb, 2007 évtől megtörténik, mielőtt termőterületeinket pl. a globális bioethanol előállítási rendszer részévé nem silányítja a nemzetközi piac. E programnak célszerűen be kell majd épülnie Magyarország Ökológiai Rendszere és Szerkezeti Tervébe [14] (lásd a 28. és 29. ábrákat), amelynek minden elemét törvényi határozatok szabályozzák. 36
28. ábra: Magyarország ökológiai hálózata [14] 37
29. ábra: Magyarország Szerkezeti Terve [14] 38
MEGÚJULÓ ENERGIAHORDOZÓ ÁTALAKÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A kapcsolt villamos energiatermelésre alkalmas biomassza-alapú energiaforrások és ajánlott hasznosítási technológiák: primer alapanyagok: mező-, erdőgazd. hulladékok, energia célnövények, energiaültetvények* termesztése biomassza-tüzelésű erőmű,* biomassza (fa) elgázosító kiserőmű,* biomassza-alapú folyékony energiahordozóra (biodízel, alkohol) alapozott gázmotoros rendszer,* biogáz-energiára (fermentációs technológiával) alapozott biomassza kiserőmű,* biomasszára alapozott Stirling motoros áramfejlesztés.* 39
Az egyes technológiák telepítéséhez célszerű azok fajlagos területigényét az adott helyi viszonyokra adaptálva hasznosítani (a csatolt melléklet 8 12. táblázatai segítségével). Melléklet Néhány példa a területfelhasználási igények becsléséhez 40
Fatüzelésű kiserőmű 1 MW teljesítményű erdőterület igénye: 2000 ha/év, ciklusidő: 5 6 év. Biomassza (növényi) alapú, erjesztéses technológiájú 0,5 MW teljesítményű kiserőmű területigénye: 250 ha/év; 40 t zöldanyag, 13 t szárazanyag tart. mellett (Bajorországi gyakorlat szerint). 41
PÉLDÁK, PROJEKTJAVASLATOK A regionális Balaton Fejlesztési Tanács nyilvános, 2000 évi tervpályázatán a Balaton Kiemelt Üdülőkörzet (BKÜ) területére szóló pályázatot a PYLON Kft. Tervező-kutató munkacsoportja nyerte el; Megújuló, alternatív energiaforrások hasznosítási programja a Balaton fejlesztés térségében, különös tekintettel a környezeti állapot javítására és a mezőgazdasági anyagok felhasználására címmel, amely munka 12 egységes tematikájú alprogrammal (a 30. ábrán) 2001 májusára el is készült, elfogadást nyert. Az alprogramok egyike: a Kis-Balaton térségi biomassza nád, sás, gyékény, vízinövények, hulladékok megújuló energiaforrás hőhasznosítása címmel képezte annak a 2002 évi pályázatnak tárgyát és alapját, melyet a Kis-Balaton Térségi Társulás, megfelelő támogatással meg akar valósítani. E projekt kidolgozásához 2002 év végén elnyerték a Nyugat-Dunántúli Fejlesztési Tanács pályázatán (NYD-4-1 2002-4109. számon) egy megvalósíthatósági tanulmány szintű műszakigazdasági elemző munka elkészítési lehetőségét a tíz településre. 42
30. ábra: A 12. alprogram tárgya, kapcsolata, hasznosítási céljai 43
31. ábra: PÉLDA a megújuló energiaforrás-hasznosítási módok javasolt területi megoszlása a Balaton Kiemelt Üdülőkörzet területére [18] 44
A NÁDHASZNOSÍTÁS CÉLJA: A Kis-Balaton térség kiválasztott tíz településének, így: Sármellék, Zalavár, Balatonszentgyörgy, Zalaszabar, Nagyrada, Garabonc, Balatonmagyaród Zala megyei és Vörs, Fönyed, Sávoly Somogy megyei községek, központi magterületére koncentrálódó intézmények, főbb fogyasztóhelyek szűk körzetében; az egyes falvak központjaiban egy olyan közelhő-ellátás (kisteljesítményű fűtőmű + rövid vezetékhálózat) optimális kialakítása a cél, mely a minden évben a mintegy 3200 hektáron keletkező, s annak 60% területén igénybe vehető kb. 4600 tonna biomasszát hasznosítja, amelyet ezideig is minden évben learatták, kévébe kötözték, kúpokba raktár (a 6., 7. képen) és a parton, a helyszíni szárazulatokon a falvak szélein, a deponiá -kon elégették. 45
6. kép: Kis-Balaton parti avas nádkúpok a szárazulatokon (2003 febr.) Fotó: U.E. 46
7. kép: Könnyű, kézi kaszával is sarabolható (ZH) 8. kép: A learatott nádat kévébe kötik (ZN) 47
32. ábra: A biomassza alapú falusi távhőbázisok javasolt telepítési helyei 48
33. ábra: A Kis-Balaton I. és II. ütem vízvédelmi rendszer területe és parti települései Eredmény: káros hulladékok eltávolítása, energetikai hasznosítása önkormányzati intézmények olcsóbb fűtése, energiamegtakarítása foglalkoztatás-bővítés, munkanélküliség-csökkentés 49
ENERGIA FORRÁSADOTTSÁGOK A KIS-BALATON Vízvédelmi Rendszer II. ütem területén NÁDAS TERÜLET SÁSOS TERÜLET GYÉKÉNYES 1800 ha 1200 ha 200 ha 3200 ha ennek 60%-a azaz: 1900 ha terület letakarítható évente Természet-, madárvédelem érdekében 40%-ot fenntart a Balatonfelvidéki Nemzeti Park, minden évben pontos kijelölés szerint. aratható nád: 1000 ha-on 1 hektárról 1000 gépi kéve 3000 t/év 1 gépi nádkéve átlagsúlya 3 kg sás: 700 ha-on 1 ha-on 2000 kg = 2 t 1400 t/év gyékény: 100 ha-on 1 ha-ról 2000 kg = 2 t 200 t Összesen: 4600 t/év A náddepókon 50 000 10 000 kévét helyeznek el; azaz: 15 30 t mennyiséget, ami azt jelenti, hogy 20 22 depóniahely van. Energiatartalma megegyezik a barnaszén fűtőértékével: 17 MJ/kg (15,5 17,2) 4600 tonna megfelel: 78,2 TJ, ill. (0,0782) PJ/ 78 200 000 MJ ill. megfelel: 21,72 GWh-nak, ami import megtakarítás is. 50
Kisteljesítményű 250 kw-os MINTAPROJEKT Balatonmagyaród faluközpont intézményeinek nádbázisú hőenergia ellátási rendszere A beruházás fő jellemzőit ábrázoló mellékelt tervlapokon az egyik lehetséges választott hőtermelési megoldás szerepel, több kisebb, ún. elgázosító kazán telepítésével. E megoldás előnye, hogy kb. csak naponta kell utántölteni, ugyanakkor teljesítményük jól szabályozható, és képesek a környezetvédelmi előírások betartására is. A hőtermelő rendszert ún. hőtároló tartályokkal célszerű kiegészíteni, amelyek a tüzelőberendezések kiegyenlített terhelését segítik. Ezeknek a kazánoknak a tüzelőanyaga csak jó minőségű nádbrikett (vagy hasábfa) lehet. Van lehetőség a kisebb projekteknél is (50-100 kw felett) teljesen automatizált csigás alátolós berendezések alkalmazására. A gazdaságosság és a beruházásra rendelkezésre álló pénzösszegek alapján lehet eldönteni, hogy ilyen kisebb létesítménynél melyik megoldást alkalmazzák. A hőtávvezeték, ahol lehet, az épületeken belül falon vezetett kivitelben készül, ahol van, ott előreszigetelt földbe fektetett 25 40 NA vezetékpár rendszer javasolható. 51
A fogyasztóknál központi fűtési körök kiépítése szükséges, ezek azonban nyomásban, keringtetett mennyiségben illeszthetők a központi rendszerhez, így itt az ún. direkt (hőcserélő nélküli) kapcsolódás lehetséges, a csatlakozó panelek leegyszerűsödnek a mérési és szabályozási feladatra. KAPCSOLÁSI VÁZLAT 52
KISTELJESÍTMÉNYŰ FALUKÖZPONTI KAZÁNHÁZ HŐBÁZIS ELRENDEZÉSI TERVE HŐELLÁTÁS NYOMVONALVÁZLATA 53
LÉTESÍTMÉNYJEGYZÉK ÉS BECSÜLT aktualizált BERUHÁZÁSI KÖLTSÉGEK A költségek ezer Ft-ban, ÁFA nélkül értendők ÜZEMELTETÉSI KÖLTSÉGEK A nádbrikett tüzeléssel működő központosított hőellátás egyszerűsített üzemeltetési költségei az alábbiak szerint becsülhetők: 54
NAGYOBB TELJESÍTMÉNYŰ 450 kw-os MINTAPROJEKT Balatonszentgyörgy TELEPÜLÉSKÖZPONT I., Csillagvár Úti Általános Iskola és szomszédos intézmények nádbázisú hőellátási rendszer terve A rendszer súlypontja az Általános Iskola, melynek épületegyüttesét jelenleg földgázbázisú központi kazánház látja el fűtéssel és HMVvel. Az új nádtüzelésű kazánház és tároló e központi kazánház mellé kerül a jelenleg szabad területre, a kiszolgáló út mellé (helyszínrajzi vázlat a 3.3/4. sz. ábrán). A beszállított tüzelőanyag (nád apríték és/vagy laza nádbrikett) a kazánházzal összeépített vasbeton szerkezetű, nyitható fedéllel ellátott tárolósilóba kerül, amely egy hétre szükséges mennyiséget képes tárolni. A silóból hidraulikus működtetésű éklétra adagolja ki a tüzelőanyagot, amely egy felhordó rédler segítségével a kazán alátoló csiga garatjába hullik (a kazánházi elrendezést a 3.3/2. sz. ábra szemlélteti). Az alátoló csiga termosztatikus vízszeleppel, és tűzvédelmi csappantyúval van ellátva. A rostélyszerkezetre került tüzelőanyag primer- és szekunderlevegő hozzávezetésével kiég. A hőhasznosítás fekvőhengeres, füstcsöves melegvíz kazánban történik. A füstgáz elvezetést ventilátor biztosítja, a pernyét multiciklon választja le. A kazán automatikus üzemű, felügyeletet nem igényel, hiba esetén riasztja a kijelölt vezetőt. A központi hőellátási rendszere elvi kapcsolására és fogyasztói csatlakoztatás-módjára a 3.3/3. sz. ábrán jelölt elvi vázlatrajz vonatkozik. 55