FENNTARTHATÓ FEJLİDÉS ÉS ATOMENERGIA 3. elıadás AZ ENERGETIKA ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEI 2009/2010. tanév ıszi félév 1. Néhány alapfogalom TARTALOM 2. Az energiahordozók készletei és azok felhasználásának alakulása 3. Az energetika és a fenntartható fejlıdés kapcsolata Fıbb ellenırzı kérdések Dr. Csom Gyula professor emeritus Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 1 Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 2 1. NÉHÁNY ALAPFOGALOM Az energiahordozók csoportosítása 1. Primer (elsıdleges) energiahordozók A természetbıl kinyert energiahordozók (szén, kıolaj, földgáz, stb.) 2. Szekunder (másodlagos) energiahordozók Átalakítás során nyert más energiafajták (kıolajtermékek, villamos energia, hidrogén, stb.) Az energiaforrások csoportosítása 1. Kimeríthetı energiaforrások a) Megújuló energiaforrások: rövid idı alatt újratermelıdnek (pl. fa) b) Nem megújuló energiaforrások: nem vagy csak évmilliók alatt termelıdnek újra (pl. szén, szénhidrogének, urán) 2. Nem kimeríthetı energiaforrások: pl. napenergia, földhı (geotermikus energia) Energia-átalakító mővek Erımővek Kıolaj-finomítók Kokszolók Hidrogén elıállítók stb. Energiafogyasztók Ipar, mezıgazdaság Háztartások Közlekedés 1. NÉHÁNY ALAPFOGALOM - 2 Primer energiahordozók a) Emberi erı (energia) İskortól napjainkig (egyre csökkenı részarányban) b) Állati erı (energia) I.e. 3200-tól napjainkig (egyre csökkenı részarányban) c) Fa İskortól napjainkig (változó részarányban) d) Szél Bizonyíték a felhasználásra: már az I.e. 3. évezredbıl (vitorlás hajó) Utána: változó részarányban Ma: fellendülıben e) Víz I.e. 3000 körül: Duzzasztógátak Egyiptomban Utána: változó részarányban 1881: elsı vízerımő Ma: a potenciálnak kb. 50%-a kihasználva Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 3 Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 4
1. NÉHÁNY ALAPFOGALOM - 3 Primer energiahordozók (folyt. 1.) f) Földgáz I.e. 400: Kis-Ázsiában már használták ( láthatatlan éghetı levegı ) 1884: Földgáz felhozatala 500 m mélyrıl Ma: Nagy jelentıségő g) Kıolaj 1823: elsı petróleumdesztilláló építése 1857: elsı olajkutató fúrások 1862: Francia szabadalom négyütemő motorra Ma: Fontos energiahordozó (különösen a közlekedésben) h) Szén I.e 4000 I. sz. 852: Csak faszén 852-ben: Az angliai peterborough-i apátságot már külszíni fejtésbıl nyert szénnel főtötték 1113-ban: Elsı földalatti szénbánya Ettıl kezdve: nıtt a felhasználása Ma: csökkent részarány 1. NÉHÁNY ALAPFOGALOM - 4 Primer energiahordozók (folyt. 3.) i)megújuló energiák: Közvetlen napenergia (napkollektor, napelem) Közvetett napenergia (szél, biomassza stb.) Földhı (geotermikus energia, pl. hıszivattyú stb.) j) Atomenergia Elsı atomreaktor (fissziós): 1942 (USA) Elsı vill. en. termelı reaktor: 1952 (USA) Elsı atomerımő: 1954 (Szovjetunió) Ma: a villamosenergia-termelés ~16%-a atomerımőben. Szekunder energiahordozók a) Villamos energia 1829: elsı (egyenáramú) villanymotor (Jedlik Ányos) 1882: Villanylámpák Berlin utcáin 19. sz. vége: A váltóáram kiszorítja az egyedáramot Ma: Relatív jelenısége nı b) Hidrogén 1836: Elsı hidrogén hajtású robbanómotor Ma: nagy jövı elıtt álló energiahordozónak tekintik Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 5 Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 6 FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA A világ primerenergia-felhasználása a 20. sz.-ban 2.1. ábra. A világ primerenergia-felhasználása a 20. században Hatalmas növekedés: kb. hússzoros De: azon belül igen nagy régiónkénti egyenlıtlenség FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 2 Egyenlıtlenségek az egy fıre jutó primerenergia-fogyasztásban Reláció Fajlagos értékek aránya Észak-Amerika és Afrika között (2006) 1 17:1 Magas és alacsony jövedelmő országok között (2005) 1 11:1 USA és Kína között (2006) 6:1 USA és India között (2006) 21:1 Észak-Amerikán belül Kanada és Mexikó között (2006) 2 6:1 Eurázsián belül Oroszország és Grúzia között (2006) 2 7:1 Európán belül Izland és Albánia között (2006) 2 17:1 Közép-Keleten Katar és Jemen között 2 82:1 Közép- és Dél- Amerikán belül Trinidad & Tobago és Haiti között 23:1 (2006) 2 Afrikán belül Seychelle Szigetek és Csád között (2006) 2 520:1 Földön Katar és Csád között (2006) 2 3600:1 1/ Földrészek, illetve országcsoportok átlagértékeinek aránya 2/ A maximális és a minimális értékek aránya Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 7 Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 8
FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 3 FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 4 2.2. ábra. Összes energiafogyasztás 2.3. ábra. A villamosenergia-termelés regionális megoszlása Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 9 Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 10 FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 5 FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 6 2.4. ábra. A világ energiafelhasználásának megoszlása energiahordozónként 2.5. A villamosenergia-termelés üzemanyag szerinti megoszlása Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 11 Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 12
FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 7 Szénkészletek megoszlása (2004) FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 8 Kıolajkészletek megoszlása (1984, 1994, 2004) 2.7. A világ mőrevaló kıolajvagyonának régiónkénti megoszlása 2.6. A világ mőrevaló szénvagyonának régiónkénti megoszlása Barrel: US őrmérték, 1 barrel = 1 hordó = 158,98 liter = 42 gallon (USA) 1 gallom= 3,7854 liter Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 13 Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 14 FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA -9 Kıolajkészletek megoszlása (2004) FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA -10 Földgázkészletek megoszlása (1984, 1994, 2004) 2.8. A világ mőrevaló földgázvagyonának régiónkénti megoszlása 2.9. A földgázkészletek megoszlásának idıbeli alakulása Dr. Csom Gyula, BME NTI 3/ 15 Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 16
FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA -11 Földgázkészletek megoszlása (2004) FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA -12 2.10. Földgázkészletek megoszlása 2.11. Uránkészletek megoszlása ( 130 USD/kgU, 2006) 2.11. Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 17 Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 18 FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA -13 FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA -14 2.12. Az olajkészletek rendelkezésre állási ideje (készlet/éves fogyasztás) különbözı országokban 2.13. A földgázkészletek rendelkezésre állási ideje (készlet/éves fogyasztás) különbözı országokban Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 19 Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 20
FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 15 Energiahordozó készletek rendelkezésre állása Energiahordozó Termelési csúcs ideje (peak of production) Készlet élettartama Kıolaj* 2005-2020 40 év Földgáz* 2015-2035 65 év Szén* 2020-2035 165 év Urán Mai termikus reaktorokkal n.a. 80 év Tórium 4. generációs atomerımővekkel (zárt ü.a. ciklus) 4. generációs atomerımővek (zárt ü.a. ciklus) n.a. n.a. *Forrás: Eckhard Rebhan: Challenges for Future Energy Usage Néhány ezer év Néhány ezer év http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/ake_archiv/ake2008f- Heraeus/Vortraege/AKE2008F_E1_Rebhan_challenges-forFutureEnergy.pdf FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 16 A felhasználás és a primerenergia-források régiónkénti eloszlása nagyon egyenlıtlen A 20. század öröksége: Importfüggıség növekedése Ellátásbiztonság csökkenése A környezetszennyezés növekedése Feszültségek Nemzetközi konfliktusok Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 21 Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 22 3. AZ ENERGETIKA ÉS A FENNTARTHATÓ FEJLİDÉS KAPCSOLATA Szoros kapcsolat van az energetika és a fenntartható fejlıdés három dimenziója között: Energetika és gazdaság Energetika és társadalom Energetika és környezet A kapcsolat kétirányú 3. AZ ENERGETIKA ÉS A FENNTARTHATÓ FEJLİDÉS KAPCSOLATA - 2 Az energetika és a környezet kapcsolata: a) Fogyasztja a természeti tıkét, ezen belül az ismert természeti tıkét is. b) Szennyezi a környezetet. Atmoszféra kénszennyezése 85%! Fosszilis anyagok égetése Széndioxid kibocsátása az atmoszférába Óceánok olajszennyezése 44% Atmoszféra ólomszennyezése 41% Részecskék kibocsátása az atmoszférába Nem metán jellegő szénhidrogének kibocsátása az atmoszférába Nitrogénlekötés nitrogénoxid és ammónium formájában 75%! Fosszilis anyagok égetése Olajkitermelés, - feldolgozás és -szállítás Fosszilis anyagok és dúsítók égetése 35% Fosszilis anyagok égetése 35% 30% Fosszilis anyagok feldolgozása és égetése Fosszilis anyagok égetése. Higanykibocsátás az atmoszférába 20% Fosszilis anyagok égetése Metánkibocsátás az atmoszférába 18% Fosszilis anyagok kitermelése és égetése Atmoszféra kadmiumszennyezése 13% Fosszilis anyagok égetése Nitrogénes oxidok kibocsátása az atmoszférába 12% Fosszilis anyagok égetése 1. táblázat. A kereskedelmi energiarendszerek hozzájárulása szennyezı hatásokhoz az 1990-es évek közepén (beleértve a közlekedés hatását is) Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 23 Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 24
3. AZ ENERGETIKA ÉS A FENNTARTHATÓ FEJLİDÉS KAPCSOLATA - 3 Az energetika és a környezet kapcsolata (folyt.1.) A környezetszennyezés mértéke és formája függ: az energiahordozó formájától a fogyasztás mértékétıl a termelés, szállítás, fogyasztás hatásfokától. A hatás lehet: helyi, regionális és globális Hatása az ökoszisztémára jelentıs 3. AZ ENERGETIKA ÉS A FENNTARTHATÓ FEJLİDÉS KAPCSOLATA - 4 Az energetika és a gazdaság kapcsolata Két irányú a kapcsolat: Az energiahordozókhoz való hozzáférés lehetıségei és az energiafelhasználással kapcsolatos költségek alapvetıen hatnak egy ország gazdaságára, az iparra, a mezıgazdaságra és a szállításra, azok költségére és a színvonalra. A gazdaság és az ipar mőszaki színvonala és költségei alapvetıen befolyásolják az energetika lehetıségeit. Az energetika és a társadalom kapcsolata Az energetika alapvetı hatással van az emberek mindennapi életére (főtés, világítás, kulturális lehetıségek stb.) és életszínvonalára. Bármilyen zavar az energiaellátásban azonnal társadalmi, politikai következményekkel jár. Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 25 Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 26 Fıbb ellenırzı kérdések 1. Mik a primer energiahordozók? 2. Mik a szekunder energiahordozók? 3. Fontosabb energiaátalakító mővek 4. Energiafogyasztók szektorai 5. Energiaátalakítási hatásfok 6. Energiahatékonyság és energiaigényesség 7. Az energetika és a környezet kapcsolatának jellege 8. A fıbb kereskedelmi energiarendszerek hozzájárulása környezet szennyezéshez 9. Az emberi és az állati erı (energia) felhasználásának alakulása a történelem folyamán 10. A fa, a szél és a vízenergia felhasználásának alakulása a történelem folyamán 11. A fosszilis energiahordozók (szén, kıolaj, földgáz) felhasználásnak alakulása a történelem folyamán 12. A nap- és az atomenergia alkalmazásának alakulása 13. A villamos energia felhasználás alakulása a történelem folyamán 14. A primerenergia-felhasználás alakulása a 20. században 15. Az összes energiafogyasztás regionális megoszlásának alakulása a 20. század utolsó negyedében 16. A villamosenergia-termelés regionális megoszlásának alakulása a 20. század utolsó negyedében 17. A világ energiafelhasználásának primerenergia-hordozók szerinti megoszlása a 20. század utolsó szakaszában 18. A világ villamosenergia-termelésének üzemanyag szerinti megoszlása a 20. század utolsó szakaszában 19. A világ mőrevaló szénvagyonának régiónkénti megoszlása 20. A világ mőrevaló kıolajvagyonának régiónkénti megoszlása 21. A világ mőrevaló földgázvagyonának régiónkénti megoszlása 22. A világ mőrevaló uránvagyonának régiónkénti megoszlása 23. A primerenergia-hordozók forrásainak egyenlıtlen regionális megoszlásából adódó fıbb feszültségek Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 27 Dr. Csom Gyula, BME NTI 3 / 28