Előadás: 2016 június 13. A megújuló energiaforrásokról általában, a Föld energia fogyasztásának szerkezete, fosszilis és megújuló energiaforrások Készítette: Hunyadi Sándor Energiagazdálkodási szakmérnök, CEM Természetvédelmi mérnök MSc 1 MMK szakmai továbbképzés törzsanyag
A képzés célja A szakmai továbbképzés műszaki tartalmú továbbképzés. Célja a szakterületen megjelenő új, korszerű mérnöki - szakmai ismeretek (új tervezési módszerek, eszközök, számítási metódusok; új anyagok, berendezések, technológiák; K+F+I eredmények, fejlődési trendek, stb.) megismertetése a szakmagyakorlókkal. Forrás: 266/2013. (VII. 11.) Korm. rendelet
Energia forrásaink - lehetőségeink
Energia felhasználásunk változása
Egy kis ismétlés az adatok miatt SI Prefixumokból: 10 2 = 100 = hekto (h) 10 3 =1 000 = kilo (k) 10 6 =1 000 000 = mega (M) 10 9 =1 000 000 000 = giga (G) 10 12 =1 000 000 000 000 = tera (T) 10 15 =1 000 000 000 000 000 = peta (P) 10 18 =1 000 000 000 000 000 000 = exa (E) Mértékegységek átszámítása 1 kwh = 3600 kj [kws] = 3,6 MJ vagy fordítva 1 MJ=0,2778 kwh 1 toe (tonna olaj egyenérték - megállapodás szerint) 1 toe = 11 668 kwh = 42 GJ = 42 000 MJ = 10 7 kcal 1 cal = 4,1868 J fordítva 1 J = 0,2389 cal 1 Joule = 0,2389 cal és 1[J] = 1[VAs]=1[Ws]=1 [Nm]
Egy kis ismétlés az adatok miatt Teljesítmény P [W], de pl.: [kw], [J/s] egységnyi idő alatt végzett munka: P=W/t Teljesítmény (P)[W]=Munka(W)[J] / idő(t)[s] Általánosan: P=ΔE/Δt P = Energia változás/egységnyi idő alatt Energia E [J], de pl.: [Ws], [Wh], [kwh] a teljesítmény és az idő szorzata: E=P*t Energia(E)[J]=teljesítmény(P)[W]*idő(t)[s]
OECD és országai (2014) OECD országok: Organisation for Economic Cooperation and Development, azaz Gazdasági Együttműködés és Fejlesztés Szervezet (népesség 18%-a, energiafelh. 44%-a!) Alapító tagok: Ausztria, Belgium, Dánia, Egyesült Királyság, Franciaország, Görögország, Hollandia, Írország, Izland, Luxemburg, Norvégia, NSZK, Olaszország, Portugália, Spanyolország, Svájc, Svédország, Törökország, USA és Kanada Később csatlakozott: Ausztrália, Csehország, Dél-Korea, Finnország, Japán, Lengyelország, Magyarország, Mexikó, Szlovákia, Új-Zéland. BRICS országok: Brasil, Russia, India, China, Republic of South Africa
Energia felhasználásunk a világban bp statistical review of world energy 2015
Energia forrásaink a világban (Mtoe-ban nézve, világ összesen kb. 13000 Mtoe) bp statistical review of world energy 2015
Energia felhasználásunk fejenként Ez alapján Magyarország (kb.9,85x10 6 fő), azaz 9,85x10 6 fő x 80x10 9 J (80GJ) = 788 PJ lenne, a valóságban kb. 840 PJ
Energia felhasználásunk itthon 1 Mtoe 1 Mtoe = 42 PJ, = 42 azaz PJ, 20,0 azaz Mtoe 20,0 Mtoe = 840,2 = 840,2 PJ (világ PJ (Világ energiafelhaszn. felh. 2 2 ezreléke) bp statistical review of world energy 2015
Energia forrásaink itthon 2014-ben összesen 20,0 Mtoe bp statistical review of world energy 2015
Megújuló energia fogalma: A megújuló energiaforrások a természetes energiaforrásoknak azon csoportja, amelyek gazdaságilag értékelhető időn belül természetes úton megújulnak, újratermelődnek. (ZSEBIK, 2005) Célkitűzések (EU-27)-2020: (-> Újak 2030-ra!) 20%: Energia hatékonyság növelése ÜHG kibocsátás csökkentése (1990-hez képest) Megújulók részarányának növelése
EU célkitűzések 2030: (Az Európai Tanács 2014. október 23 24-i ülésén) 2030-ra az 1990-es szinthez képest legalább 40%-kal csökkenteni kell az üvegházhatást okozó gázok kibocsátását az Unióban uniós szinten a felhasznált energia legalább 27%-a megújuló energiaforrásokból származzon az energiahatékonyság 27%-os javítására a 2030-ra előre jelzett energiafogyasztáshoz képest a belső energiapiac kiteljesítésének támogatása a villamosenergia-hálózatok 15 %-nak összekapcsolására
MEHCST: Magyarország Megújuló Energia Hasznosítás Cselekvési Terve 2010-2020 2020 évre (tervezve): 14,65% lesz a teljes bruttó hazai energia fogyasztásból a megújuló energia részarány Célkitűzések területenként: Fűtés és hűtés: 18,9% Villamos energia: 10,9% Közlekedés: 10,0% (E10 benzin?)
Hol tartunk most az EU-ban?
Megújuló energia használata: Alkalmazásának szükségszerűsége Az egyre növekvő energia igények miatt Véges fosszilis energia források Környezetünk védelme (CO 2 kibocsátás csökk.) Alternatív energiaforrás (ellátásbiztonság) Alkalmazásának módjai Centralizált, decentralizált, lokális (szigetüzem) Alkalmazásának korlátai Használatuk helyi adottság függő Kis energia sűrűség Rendelkezésre állás időben, teljesítményben Rendszerbe illeszthetőségük, korlátaik
Megújuló energiák forrása: Gravitációs: a Föld-Hold kölcsönhatása alapján (árapály erőművek) Geotermikus: A Föld mélyében zajló (fissziós) radioaktív folyamatokból eredő hőtermelődés geotermikus (pl.: talaj hőszivattyúk ) és geotermális (pl.: termálvíz) A többi megújuló energiaforrás végső soron a Nap fúziós energiájából ered, a Föld felszínét érő napsugárzás, vagy az okozta változások hatására (ide tartozik az összes biomassza, biogáz, biohajtóanyag, szélenergia, tengeri áramlás erőmű, napelem, napkollektor, passzív alkalmazások, levegő hőszivattyúk, stb.)
Gravitációs vízenergia: Víz mozgási energiája: felszín alatti mozgások kinetikus energiája Víz helyzeti energiája: magasságkülönbségből adódó helyzeti energia Épülőben: Skócia, MeyGen 86-398 MW (várható üzembe helyezés: 2016-2020) http://www.meygen.com Anglia, Swansea Bay Tidal Lagoon: 320 MW, 495 GWh/év, 10km-es gát, 16 turbina http://www.tidallagoonswanseabay.com
Gravitációs vízenergia világ legnagyobbja: Dél- Koreában, Kjonggi tartományban található, Siheung városától körülbelül 4 km-re elhelyezkedő Sihwa-tavi erőmű 254MW teljesítményével a világ legnagyobb árapályerőműve. 2003 és 2010 között építette a Daewoo Engineering & Construction Egy 12,5 kilométer hosszú tengeri gátra húzták fel, melyet 1994-ben az áradások megfékezésére és mezőgazdasági célokra hoztak létre. 2011 augusztusában nyitották meg és a Koreai Vízerőforrás Vállalat tulajdona. Éves energiatermelő képessége 552,7GWh 10 db, 25,4MW teljesítményű merülő turbina
Gravitációs vízenergia: MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2016
Geotermikus energia Magyarországi potenciál: 9,3 GW ~ 300 PJ/év (90-100 kw/km 2 azaz 90-100 mw/m 2 hőáramsűrűség, azaz hőáram) Geotermikus hőfok gradiens (Föld hőmérséklete adott mélységben: Földfelszín hőmérséklete plusz a mélység szorozva a gradienssel) Általában: 30 o C/km, Magyarországon: 50 o C/km http://www.kvvm.hu/szakmai/karmentes/kiadvanyok/fav/tvkm/tvkm02.htm Kockázata: - kis energiasűrűség (Magyarországon még jobb is, mint a világ átlag - ami 78,4 kw/km 2 ) - Villamos energia termelés jelenleg nincs Magyarországon geotermikus energiával
Megújuló energia fajták áttekintése: Geotermikus energia (földhő hasznosítás): Talaj kollektoros, talaj szondás megoldások Szondák
Megújuló energia fajták áttekintése: Geotermális energia (mert kitermelem): Termálvizek felhasználása (hűtés, fűtés, villamos energia, balneológia) Talaj kutas hőszivattyús megoldások Hot Dry Rock azaz HDR technológia: EGS (Mesterséges Földhő Rendszerek) még fejlesztés alatt, de már itthon is!
Megújuló energia fajták áttekintése: Az első magyarországi EGS erőmű Battonyán: 116 millió euróba kerül, amelyhez a NER300 program keretéből 39,3 millió euró támogatást ítéltek oda. A magyarországi projektet az Európai Bizottság geotermális kategóriában a legjobbnak minősítette, a kormány pedig nemzetgazdasági szempontból kiemelt fejlesztési programnak nyilvánította. Az erőmű teljesítménye: 12 MW elektromos és 60 megawatt hő, a projekt várható befejezése 2018. december, az időpont egy évvel hosszabbítható. (EU-Fire EGS Hungary Kft.)
Napenergia Magyarországon Magyarországi potenciál: 390 000 PJ/év (Közel négyszázszorosa az éves hazai energiafelhasználásnak de ez csak elvi!) Globálsugárzás (direkt és szórt) éves összege: 1180-1360kWh/m 2 4250-4900 MJ/m 2 Hasznosítás lehetőségei: Hőenergia Villamos energia Naperőművek http://www.met.hu/eghajlat/magyarorszag_ eghajlata/altalanos_eghajlati_jellemzes/suga rzas/
Megújuló energia fajták áttekintése: Napenergia közvetlen hasznosítása Passzív hasznosítás (nappali fény is!) Mezőgazdaság (szárítás, aszalás, üvegház) Direkt rendszer Építészet (fűtés): Trombe fal Elkülönített naptér
Megújuló energia fajták áttekintése: Napenergia közvetett hasznosítása Aktív hasznosítása: Napkollektor (fűtés, meleg víz) Napelem (villamos energia) Naperőmű (hő és villamos energia) Áttételes hasznosítása: Szél-, víz- bioenergia
Megújuló energia fajták áttekintése: Napkollektor Elsődleges hasznosítása: Fűtés, fűtésrásegítés Használati meleg víz (HMV) Odafigyelni: Túlhevülés Fagyásvédelem Kivitelezési minőség Belső csőkígyó kialakítás Tárolókapacitás
Megújuló energia fajták áttekintése: Napelem Elsődleges hasznosítása: Villamosenergia termelés (DC) és azzal hő? Hibrid kivitelben meleg víz is egyidejűleg Odafigyelni: Inverter (DC->AC) Csatlakozások, lekapcsolhatóság Túlfeszültség és villámvédelem Teljesítmény csökkenés (névleges: kw peak ) Hőmérséklet emelkedésre Besugárzás szöge, hullámhossza Napelem életkora (~25 év 80%)
Napelemek Típusok: Monokristályos szilícium (Si) napelemek Polikristályos szilícium (Si) napelemek Amorf szilícium napelemek Gallium-Arzenid vegyület alapú napelemek Egyéb vegyület félvezető alapú napelemek Szerves festék alapú napelemek Hatásfok: Átlagosan 18% (5%-25%-ig) Elméleti határ az egy p-n átmenettel rendelkező napelemek esetében 33,7%
Hibrid Napelem MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2016 Meleg víz és villamos energia egyidejű termelése A napelem hatásfoka növekszik a hűtés hatására A helytakarékosság, és a hatásfok növelés miatt lehet fontos Felépítése a mellékelt ábrán.
Legnagyobb napelem park 70 MW A világban. Hol? : Kagosima Japán Kyocera (http://global.kyocera.com/news/2013/1101_nnms.html) 290 000 db napelem modul (~240W/db) 314 hektár 2013.11.-től India 2208 MW és épít egy 4000 MW-ost! 7 év múlva lesz kész Rajasthan provinciában
Legnagyobb napelem park 16 MW Magyarországon. Hol? Gyöngyös, Mátrai erőmű, Visontától két kilométerre 2013-tól építve, beüzemelve 2015 októberben 72 480 darab, egyenként 255 W p névleges teljesítményű polikristályos napelem A beruházás teljes bekerülési költsége több mint 6,5 milliárd forint (kb. 406 eft/kw) http://www.mert.hu/atadtak-magyarorszaglegnagyobb-naperomuvet Teljes kiépítés után 18,5 MW lesz! (Pécsi Hőerőmű-nél is van egy 10MW-os hasonló, kb. 5 milliárd Ft-ból, azaz 500 eft/kw, 100% EU)
Legnagyobb napelem park 16 MW A felhagyott Őzse-völgyi zagytér tetején elhelyezkedő naperőmű az alternatív rekultiváció kiváló példája, hiszen a húsz év után megtelt és előírásoknak megfelelően lefedett harminchektáros terület a lehető legésszerűbb módon került hasznosításra, a betelepített napelemekkel.
Napelemes kiserőművek helyzete Magyarországon 2014 év végén: 8862 darab HMKE és kiserőmű (< 500 kva) 77 MW összteljesítménnyel átvételi ár: 32,14 Ft+ÁFA/kWh Megtérülés: 2500 kwh/év fogyasztás mellett kb. 10 év (rezsicsökkentés után)
Megújuló energia fajták áttekintése: Naperőmű Elsődleges hasznosítása: Villamos energia termelés gőzturbinával Koncentrált megújuló energia Odafigyelni: Területfoglalás Élővilág védelem (vakítás, hő) Rendszeres portalanítás Időjárás és napszak függő a termelés, de hőtárolás van, így az energiatermelés kiegyenlített
Legnagyobb naperőmű 392 MW e Hol? : Ivanpah - Kalifornia www.ivanpahsolar.com 3 db 137m-es torony 300 000 db 2x3m-es tükör 1600 hektár 2014. 02.-től
Telepített napelem arányok - 2014 Világ összesen telepített napelem teljesítménye: Ebből az újonnan beállított napelem teljesítménye: (Ez 22,3 %-os növekedés 2013-hoz képest, ebből Kína: 10,6 GW, Japán 9,7 GW, USA 6,2 GW volt) Európa újonnan beállított napelem teljesítménye: (2013-ban 10,4 GW volt, 2011-ben még 22,4 GW) Németország újonnan beállított napelem telj.: Többi európai ország: UK (2,5 GW), Olasz (0,4 GW), Romania (0,3 GW), Görögország (0,02 GW) Magyarország TELJES napelem teljesítménye 2014: (azaz 0,068 GW!) Forrás: European Photovoltaic Industry Association, EPIA 180,4 GW 40,2 GW 7,2 GW 1,9 GW 68 MW
Megújuló energia fajták áttekintése: Mosonszolnok szélerőmű park (12x2MW 9 milliárd Ft 2007-ben indult) Szélerőmű építés: http://www.youtube.com/watch?v=pif Ffiv9Tng Szélenergia: Villamos energia (Lokális, villamos hálózatba termelés) Mechanikai munka (szivattyúzás - www.nyirokowatt.eu, szélmalmok ) Közlekedés (vitorlás hajók, hőlégballon, vitorlázó gép) Kockázat: hang, fény, jég, tájesztétika, stb.
Megújuló energia fajták áttekintése: Szélenergia hasznosítás Magyarországon: Összesen 330 MW üzemelhet közüzemben 2010 júliusa óta nincs újabb kvóta! (Oka: Villamosenergia rendszer kiegyensúlyozás) Átlagos értékelhető teljesítmény (kapacitás tényező): 21-23% Változékony szélirány és erősség Szélturbinák összteljesítményének fejlődése szűkebb környezetünkben, az EU27-ben: 2009-ben: 74 767 GW, 2010-ben: 84 651 GW, míg 2011-ben már: 93 957 GW (offshore-tengeri és onshore-szárazföldi turbinák)
Megújuló energia fajták áttekintése: Vízenergia hasznosítás Magyarországon: Villamos energia (jellemzően villamos hálózatba termelés) Mechanikai munka (vízimalmok, fűrésztelep) Közlekedés (hajózás) Kockázat: hajózás, meder, élővilág Elméleti vízenergia potenciál Magyarországon: kb. 1000 MW teljesítmény kihasználtság (2013): 6% (58 MW, 34 db vízturbinás egység, és több kisebb)
Vízenergia hasznosítás - közelmúlt Felsődobsza - Hernád- 940 kw (Teljesítményének duplázása 100 év után: 2013 szeptemberében) Békésszentandrás Hármas-Körös 2013-ban indult - 2MW http://www.bekesszentandrasivizeromu.hu/ 2009: Kenyeri vízerőmű - Rába 1,542 MW (2x771 kw) http://www.kenyerivizeromu.hu
Vízenergia hasznosítás - termelés Kisköre 28 MW Minimum 39.038 MWh 1980-as év Maximum: 147.529MWh 2014-es év Tiszalök 12,9 MW (11 MW volt eredetileg) Műszaki adatok részletesen: www.tiszavizvizeromu.hu
Megújuló energia fajták áttekintése: Bioenergia termelése és hasznosítása Energiatermelés a mezőgazdaságban (biomassza alapú energiahordozók) Tüzeléses hasznosítású energia-hordozók Biogáz Bio hajtóanyagok Melléktermékek Szántóföldi Célültetvények Erdei Bioalkohol Biodízel Szántó földi Erdei, faipari Szőlészeti borászati Gyümölcs termesztési Élelmiszer ipari
Biomassza honnan származik? Hulladék - kizárólag energetikai célra (egyéb hasznosítás nélkül) (Erdei és egyéb hulladékok) Energetikai hasznosítás mellett más célra is használhatjuk (Élelmezés, komposztálás, gyártás alapanyaga, stb.) Termeljük - energetikai hasznosításra (Energia erdők, energia ültetvények) FONTOS: a teljes folyamat energiamérlege
Magyarországi biomassza potenciál Dendromassza (erdei, fás) (Tűzifa, Energiaerdő, Vágástéri hulladék, Elsődleges faipari hulladék) Fitomassza (egyéb növényi fő- és melléktermék) (Gabonafélék és lágyszárú melléktermékek, termesztett lágyszárú, biohajtóanyag gyártás melléktermékei) Másodlagos biomasszák (Hígtrágya, állati hulladék és melléktermék, feldolgozási hulladékok) Harmadlagos biomasszák (Élelmiszeripari-, élelmezési hulladék, szennyvíziszap, kommunális biohulladék) Összesen: 350 millió tonna biomassza készlet Mo-n
Megújuló energia fajták áttekintése: Biomassza (hő- és villamos energia) Mezőgazdasági melléktermékek, hulladékok Erdőgazdálkodási és fafeldolgozási melléktermékek
Megújuló energia fajták áttekintése: Hamburger-Hungaria Kft. Dunaújváros: A kapcsoltan hőt és villamos energiát előállító erőmű szilárd tüzelőanyagokat, többek között a papír-előállítás során keletkező termelési hulladékokat, valamint biomasszát és szenet használ fel 2015 év végétől. (45 milliárd forintos beruházás) Előállított hő és villamos teljesítmény: 158 MW, 42 MW http://www.hamburgerhungaria.com/download/presse/20140520_press_release_power_plant_hu.pdf
Megújuló energia fajták áttekintése: Biogáz (kapcsolt hő- és villamos energia) (Másodlagos és harmadlagos biomasszák) Magyarország legnagyobb biogáz üzeme Szarvason: 4,2 MW villamos teljesítmény 4 darab gázmotor Munkaerő szükséglet: 12 fő (24 óra) Alapanyag: 135 000 tonna (trágya, vágóhídi hulladék, tejsavó és folyamatiszap, cukorcirok) 27 millió kwh elektromos, 17 millió kwh hőenergia 17 millió köbméter földgáz kiváltás Végtermékkel műtrágya kiváltása 6000 hektáron
Megújuló energia fajták áttekintése: Bio hajtóanyagok (közlekedés) Biodízel (Napraforgóból és repcéből) 7%-ig a gázolajba keverhető Bioetanol (Gabonafélékből, búzából, kukoricából) Felhasználható: fosszilis üzemanyag helyettesítésére (E85) vagy bekeverésére (max: 10%) Egyes források szerint a kukorica energiatartalmából égetéssel 60%, etanol gyártással 9,4% részt használunk fel (http://fizikaiszemle.hu/archivum/fsz1005/bajsz1005)
Megújuló energia tárolásra példa: http://fizikaiszemle.hu/archivum/fsz1005/bajsz1005
Megújuló energiák értékelése, illeszthetősége más rendszerekhez: Kapacitás Igény Rendelkezésre állás Tárolás (SZET - erőmű szivattyús energia tározós erőmű, biomassza, stb.) Szabályozhatóság Káros környezeti hatások CO 2 kibocsátás mentesség? Életciklus elemzés Németország villamos teljesítmény térképe (!)
Köszönöm: figyelmüket, kérdéseiket, véleményüket! Hunyadi Sándor Energiagazdálkodási szakmérnök, CEM hunyadi.sandor@hunyadi.hu 54 MMK szakmai továbbképzés törzsanyag