Megújuló energiák
Reményi Károly MEGÚJULÓ ENERGIÁK AKADÉMIAI KIADÓ, BUDAPEST
Megjelent a Magyar Tudományos Akadémia támogatásával ISBN 978 963 05 8458 6 Kiadja az Akadémiai Kiadó, az 1795-ben alapított Magyar Könyvkiadók és Könyvterjesztők Egyesülésének tagja 1117 Budapest, Prielle Kornélia u. 19. www.akkrt.hu www.szakkonyv.hu Első magyar nyelvű kiadás: 2007 Reményi Károly, 2007 Akadémiai Kiadó, 2007 Minden jog fenntartva, beleértve a sokszorosítás, a nyilvános előadás, a rádió- és televízióadás, valamint a fordítás jogát, az egyes fejezeteket illetően is. Printed in Hungary
TARTALOM ELŐSZÓ.................................................................. 9 1. IGÉNYEK, LEHETŐSÉGEK ÉS KORLÁTOK AZ ENERGETIKÁBAN.............. 11 Energetikai műszaki és gazdasági szempontok............................... 13 Az energiarendszer fejlesztésének belső és külső költségei..................... 15 A szén és a szén ára...................................................... 16 Olaj................................................................... 17 Földgáz................................................................ 17 A technikai fejlesztés és költségei.......................................... 18 Az új beruházások költségei............................................... 19 A megújuló energiák részaránya........................................... 21 2. ENERGIAHORDOZÓ-FORRÁSOK ÉS -KÉSZLETEK........................... 25 Szén és lignit........................................................... 25 A szénhasznosítás új lehetőségei.......................................... 30 A szénhasznosítás várható jövője Magyarországon........................... 35 A külfejtések környezetvédelmi problémái.................................. 37 Tőzeg................................................................. 41 Nyersolaj és folyékony földgáz............................................. 43 Cseppfolyósított földgáz (Liquefied Natural Gas, LNG)........................ 46 Olajpala............................................................... 51 Természetes bitumen és extranehéz olaj.................................... 53 Földgáz................................................................ 56 Uránium............................................................... 59 3. A VÍZENERGIA......................................................... 67 Vízerőművek........................................................... 68 A vízhasznosítás összehangolása.......................................... 71 A vízerőművek fő berendezései............................................ 73 Pelton-turbina.......................................................... 75 Bánki-turbina........................................................... 84 Francis-turbina......................................................... 84 Szivattyúturbina........................................................ 95
Árapályerőmű.......................................................... 96 Hullámenergia......................................................... 103 Az óceán hőenergiájának hasznosítása..................................... 111 Magyarország vízenergia-lehetőségei...................................... 115 Szivattyús-tározós erőmű-lehetőségek Magyarországon...................... 119 4. A SZÉLENERGIA....................................................... 122 A szélenergia-hasznosítás fő technológiai irányai............................ 126 A szélenergia költségeinek csökkentése.................................... 128 A szélerőművek üzeme.................................................. 130 5. NAPENERGIA......................................................... 145 A technológiák fő irányai................................................ 146 A napsugárzás mint energiaforrás......................................... 148 Napkollektorok........................................................ 153 Naphőerőmű.......................................................... 153 A sugárzás............................................................ 158 A napenergia tárolása................................................... 166 Fény, hő, villamosság és tüzelőanyag napenergiából.......................... 166 Napelemek (fotovillamos napelem, PV).................................... 167 A fotovillamos elemek alkalmazási területei................................ 171 Szolárkémia........................................................... 173 Napkollektorok........................................................ 175 Passzív napenergia-hasznosítás........................................... 179 Amorf szilícium energiamodul gyártása.................................... 187 6. A GEOTERMÁLIS ENERGIA............................................. 191 A geotermálisenergia-hasznosítás fő irányai................................ 192 Közvetlen hőhasznosítás................................................ 192 Villamosenergia-fejlesztés............................................... 193 A geotermális hőforrások................................................ 193 Geotermikus kombinált ciklusú erőmű (GCCP).............................. 200 7. A BIOMASSZA......................................................... 209 A fotoszintézis folyamata................................................ 209 A fotoszintézis......................................................... 210 Elektronszállítás....................................................... 219 A fotoszintézis-kvantum és az energiaátalakítás hatásfoka.................... 222 A biomassza-felhasználás fő irányai....................................... 224 Fa tüzelőanyag......................................................... 226 A fán kívüli biomassza.................................................. 229 Agráriumi és a lábasjószágtól származó hulladék............................ 230 A lakossági szilárd hulladék (MSW)........................................ 232
Motorüzemanyagok.................................................... 232 A biomassza magyarországi helyzete...................................... 234 A biomassza energetikai hasznosítása...................................... 251 8. A TÜZELŐANYAG-CELLÁK ÉS A MEGÚJULÓ ENERGIÁK.................... 259 Tüzelőanyag-cellák..................................................... 260 Az üzemanyagcellák új generációja........................................ 261 9. AZ ENERGETIKA FELADATAI ÉS SZEREPE AZ ÜVEGHÁZHATÁS CSÖKKENTÉSÉBEN....................................................266 A Kyotói Egyezmény összegzése.......................................... 266 A fosszilis tüzelőanyagok égési egyenletei.................................. 278 Erőművek felújítása..................................................... 281 Megújuló energiaforrások............................................... 284 A megújulóenergia-termelésre eső CO 2 -kibocsátás........................... 287 IRODALOMJEGYZÉK.................................................... 291
ELŐSZÓ Úgy éljük fel az erőforrásainkat, úgy szennyezzük a környezetet, és úgy növeljük a szegénységet, mintha mi volnánk az utolsó nemzedék a Földön mondta Rasali Ismail, a második Föld Csúcs főtitkára, az 1997-ben tartott konferencián. Ezzel az idézettel kezdte Rácz Alexandra, 15 éves unokám iskolai dolgozatát, amelyben a megújuló energiákról való ismereteit és véleményét fejtette ki. Munkáját megelőzően néhány, megújuló energiával működő üzemet, illetve berendezést együtt tanulmányoztunk. Többek között a Pécsi Erőművet, a Mosonmagyaróvári Szélparkot, napelemeket méricskélt, a Dunát figyelte stb. Bizony, ilyen korban kellett volna kezdeni az előző generációknak, és kell kezdeni a jelenleginek komolyabban megismerni a természet adományait, amíg nem késő. Megdöbbentő néha az a magabiztos tájékozatlanság, amellyel komoly, felelős helyen lévő, döntéseket befolyásoló szakemberek nyilatkoznak. Valamely szakterület iránt elfogult, mély tudással rendelkezőket meg lehet érteni, de a tájékozatlan, mindenhol szereplők bizony sokat tudnak ártani a reális megítélések kialakulásának. A megújuló energia (helyette helyesebbnek tartom a természeti állandó energia, míg a többi energiára a természeti kimerülő energia elnevezéseket használni, amelyek angolul is jól átültethetők, például: natural permanent energy és natural exhausted energy ) a természet adománya, bőkezűen kapjuk, de nem ingyen, és nem végtelen mennyiségben. A hatásvadász, óriási számok lehetnek igazak, mint például a Napból jövő, a Földre beeső sugárzási energia, 173 10 12 kw, de ha a lehetőségeket kissé boncolgatjuk, aligha oldják meg véglegesen az emberiség energiagondját. Vonatkozik ez a többi megújuló energiára is (biomassza, szél, geotermális stb.). A könyv egyik célja helyére tenni a dolgokat. Ezt kívánja elérni azzal is, hogy ismerteti a konvencionális (szén, olaj, gáz, nukleáris) energiahordozó-készleteket és -tartalékokat, a megújulókból nyerhető energiát. A készletek adatainál a lehetséges legmegbízhatóbb forrásokat választottam, bár esetleg 2-3 évvel korábbiak. Ezekben sok a becslés, amit a készítő helyzete is jelentősen befolyásolhat. Örömmel töltött el, hogy számos, színvonalas hazai irodalmi forrás állt rendelkezésre minden szakterületen, és bőségesen támaszkodtam is rájuk. Remélem, hogy a szakterület iránt érdeklődők haszonnal forgatják a könyv lapjait. Budapest, 2006. július Reményi Károly