Név: Stark Ágnes ETR azonosító: STALABO.ELTE Email: starkagi@caesar.elte.hu Tantárgy: Számítógépes alapismeretek Az alternatív energia felhasználása
Tartalom AZ ALTERNATÍV ENERGIA FELHASZNÁLÁSA... 1 MI AZ ALTERNATÍV ENERGIA?... 3 MIK AZ ALTERNATÍV ENERGIA HASZNÁLATÁNAK ELŐNYEI?... 3 Gazdasági hatások... 3 Természeti hatások... 3 ALTERNATÍV ENERGIAFORRÁSOK... 4 Napenergia... 4 Vízenergia... 4 Geotermikus energia... 5 Szélenergia... 6 Biomassza... 7 EURÓPAI UNIÓS TÖREKVÉSEK A MEGÚJULÓ ENERGIÁK HASZNÁLATÁÉRT... 7 2
Mi az alternatív energia? A természeti jelenségek kölcsönhatásából kinyerhető tiszta energia, úgy, mint: napenergia, vízenergia, szélenergia, geotermikus energia. Mik az alternatív energia használatának előnyei? Gazdasági hatások A hagyományos energiaforrásokkal szemben, mint pl. az olaj vagy a földgáz, az alternatív energiaforrások megújulóak, ezért nem fogyunk ki belőlük, így nem okozhatnak olyan gazdasági függőséget, mint pl. az olaj vagy a gáz. Például az orosz ukrán gázvita egy már több éve húzódó, a 2000-es évek elején kezdődött, a földgáz szállításával kapcsolatos vita az állami tulajdonban lévő orosz Gazprom és Ukrajna között. Ennek során az ukrán fél a földgáz elszámolási árát vitatja, míg az oroszok rendszeresen az Európába tartó tranzitvezetékek megcsapolásával vádolják az ukrán Naftohaz céget. Az eddigi legsúlyosabb helyzet 2009 januárjában alakult ki, amikor is szinte teljesen megszűnt a gázszállítás, több európai ország gázellátását veszélyeztetve. Természeti hatások A fontosabb szempont viszont az, hogy az alternatív energiák használata nem szennyezi a környezetet. Ez ismét szorosan kapcsolódik a gazdasághoz, hiszen a túlnépesedés következtében a gyáraknak egyre többet kell termelniük, ami nagyobb szennyezőanyag-kibocsátással jár, és mára komoly problémává nőtte ki magát a globális felmelegedés, mely ennek a fő következménye számos más probléma mellett. Környezetszennyező gyárkémény Az ún. fosszilis energiahordozók felhasználásakor égéstermékek keletkeznek, melyek szennyezik a levegőt. Ezzel szemben a megújuló energiaforrásokból anélkül nyerhető ki az energia, hogy szennyezés kerülne a levegőbe. A globális felmelegedés következtében a sarkvidékek olvadni kezdtek, az óceánok és a felszín-közeli levegő hőmérséklete emelkedik, mely klímaváltozást eredményez. Az üvegházhatás miatt drasztikusan megnőtt a levegőben a szén-dioxid, nitrogén-oxidok, metán, klórozott szén-hidrogén és egyéb gázok mennyisége. Ennek megállítása érdekében az alternatív energiaforrások használata lenne szükséges. 3
Alternatív energiaforrások Napenergia A földi élet számára a Nap elektromágneses sugárzása, a fény a legjelentősebb. A Nap becsült sugárzási teljesítménye 3,96 x 1023 kw, ebből a Földet elérő sugárzó teljesítmény mintegy 173 x 1012 kw, ami a jelenlegi energiaigényünket több ezerszer meghaladja. A sugárzás direkt és szórt sugárzás formájában jut el a Föld felszínére. E két komponens összessége a totális sugárzás. A felhasználható napsugárzás az alkalmazás földrajzi helyétől, az évszaktól és a napszaktól is függ. Mindez a napsugárzás vízszintessel bezárt szögével, a napmagassággal magyarázható. További körülmények, mint a levegő szennyezettsége, relatív páratartalom, a felhősödés szintén befolyásolják a felhasználás mértékét. A Föld légkörének határát elérő napsugárzás mértékéül a napállandót használjuk, amelynek értéke 1353 Watt/m 2. Mindebből a Föld felszínéig eljutó sugárzás, ideális esetben 1000 Watt/m 2. A napenergiát alapvetően kétféle módon tudjuk hasznosítani. Passzív hasznosítással, amely az épületek tájolásával, kialakításával érhető el, kiegészítő berendezés nélkül. Aktív hasznosítással az erre a célra szolgáló eszközökkel, vagyis napkollektorral vagy napelemmel. A napkollektor a napenergia termikus hasznosításának eszköze, melyben a levegő vagy folyadék közeg áramlása módján hőenergiát nyerünk. A hőenergiát használhatjuk melegvíz ellátásra, medence vizének melegítésre, növényházak fűtésére, szárításra vagy más rendszerek hőellátásához. A napelem a napfényt közvetlenül elektromos energiává alakítja át. A villamos áram helyben felhasználható a szokásos módon vagy tovább alakítható tárolható Napenergiát háztartás Vízenergia hasznosító illetve közcélú hálózatra táplálható. A víz energiáját az emberiség már a történelmi időkben is használta. A régi kultúrákban, Kínában, Egyiptomban és Mezopotámiában leginkább a vízkerekeket alkalmazták a mezőgazdasági területek öntözésére és ivóvíz ellátásra. A római időkben jelentek meg a vízimalmok; az úszó hajókra felépített úszómalmok, amik gabonát őröltek, csakúgy, mint part menti társaik. Felhasználták a vízkerekek forgási energiáját a kovács- műhelyekben kalapálásra és fújtatásra, a fűrészmalmokban a faanyag darabolására. Később a bányákból is a víz energiájával szivattyúzták ki a talajvizet. A vízimalmok ideje az gőzgépek megjelenésével (1765) áldozott le. A vízenergia hasznosítás reneszánsza 1830-tól köszöntött be, ekkor jelentek meg az első vízturbinák és szorították ki a 4
vízkerekeket. A turbinák a nagy esésű és nagy energiájú vizet is tudták hasznosítani, és 1866-tól, a Werner von Siemens által megépített generátor segítségével villamos árammá tudták alakítani mozgási energiájukat. A villamos ipar fejlődésével párhuzamosan a vízenergia alkalmazása is folyamatosan bővült, modernizálódott. 1882-ben New York-ban megépíti Thomas Alva Edison az első elektromos művet, ugyanebben az évben Nicola Tesla felfedezi a váltóáramot. Az első váltóáramú erőművet is ő álmodja a Niagarára, mely 1896-ban áll üzembe. Világszerte a '80-as évekre a kis erőművek nagy részét (csak Németországban 50,000 berendezést) bezártak az olcsó fosszilis energiáknak "köszönhetően". Napjainkban megváltoztak a trendek, a megújuló energiák lassan előtérbe kerülnek, a régi malomvíz csatornákat rendbe teszik, a berendezéseket kicserélik, és egyre több kis erőmű kezdi meg ismét a villamos energia termelést. Geotermikus energia Geotermikus energiának nevezzük a földkéreg természetes hőjét. A geotermikus energia kinyerésére általában a föld mélyebb porózus kőzetrétegeiben jelenlévő vizet használják. A geotermikus folyadékot egy furaton keresztül emelik ki, majd egy másik furaton keresztül sajtolják vissza. Néhány esetben a kiemelt termálvizet használat után a felszíni vizekbe engedik, ez azonban a víz magas ásványianyag-tartalma miatt ökológiai katasztrófát is okozhat az élővizekben. Magyarországon tilos a kiemelt termálvizet a felszíni vizekbe engedni. A geotermikus energia gazdaságos kinyerését az utánpótlódó víz, az alkalmas víztartó, valamint a geotermikus gradiens (gg) határozza meg. A gg azt jelenti, hogy a Föld középpontja felé 100 m-enként hány fokkal nő a hőmérséklet. A köznapi életben ennek a reciprokát szokás használni, mértékegysége a m/ C. Különösen magas lehet a geotermikus grádiens azokon a területen, ahol viszonylag vékony a földkéreg (pl. Kárpát-medence), illetve vulkáni tevékenység (pl. Izland) vagy vízszintes hévízmozgás esetében. Magyarországon a geotermikus gradiens az európai átlag másfélszerese, 100 m- enként legalább 5-7ºC-ot emelkedik a földkéreg belseje felé a hőmérséklet. Az 50-150oºC hőmérsékletű, vízzáró rétegekben természetesen előforduló víz távfűtési, kertészeti és gyógyászati célokra használható fel. Villamos energia termeléséhez 150oºC-nál magasabb hőmérsékletű víz szükséges. (A geotermikus energiát áramtermelésre elsőként Olaszországban használták, 1913-ban.) Az ún. Hot Dry Rock technológia lényege, hogy forró, mélységi kőzetekbe vizet injektálnak, mely a forró kőzettel érintkezve gőzzé válik. Ez a feltörő gőz alkalmas gőzturbina meghajtására, így villamosenergia-termelésre. 5
A hőszivattyú például a környezetének hőjét használja fel, ezzel hűtésre, fűtésre és melegvízelőállításra egyaránt alkalmas. Leggyakrabban a geotermikus energiával kapcsolatban emlegetik, azonban a mélyebb kőzetrétegek hőjén kívül pár fok hőmérsékletkülönbség is elegendő a gazdaságos használathoz. Így kivonható a hő a talajból, a vízfelületekből vagy a levegőből is. Működési elvét egy kifordított hűtőszekrényhez is szokták hasonlítani. A hőszivattyú A hőszivattyú működése működtetése a beépített kompresszor miatt villamos energiát is igényel. Ideális esetben egy hőszivattyú a felhasznált villamos energia legalább négyszeresének megfelelő mennyiségű hőenergiát állít elő. Szélenergia A szélenergia felhasználható villamosenergia-termelésre (ezeket a berendezéseket nevezzük szélturbinának, szélgenerátornak vagy szélerőműnek) és mozgási energia előállítására is. Utóbbi az ún. szélerőgép, amelynek klasszikus formája a szélmalom. A szélerőgépeket napjainkban is leginkább a mezőgazdaságban használják vízszivattyúzásra, öntözésre, vagy pl. halastavak levegőztetésére. Magyarország európai viszonylatban mérsékelten szeles terület, az átlagos földfelszíni szélsebesség 3-5 m/s körül mozog. Az ország nyugati felében, főleg a Pozsony melletti hegyek által formált ún. dévényi szélkapuban, vagy nagy vízfelületek közelében alakulnak ki jelentős szelek, melyek elérik, vagy meghaladják a szélenergia gazdaságos hasznosításához szükséges 6 m/s-os sebességet. Azonban így is jelentősnek tekinthető a szélenergiában rejlő potenciál. A szél ereje a tengerszint feletti magasság növekedésével köbösen növekszik, ráadásul intenzitása is stabilabb. Így tehát különböző potenciálokkal számolhatunk, attól függően, hogy milyen magasságban mérjük a szelet. A szélturbinával nyert villamos energia termelési elve viszonylag egyszerű, a mozgó légtömegek megmozgatják a lapátokat (ún. rotorokat), így forgási energiát nyerünk, amit generátorok alakítanak árammá. A szélturbinákat ma általában ipari méretekben, nagy csoportokban építik egymás mellé a szélfarmokon. Ezek a villamosenergia-hálózatba táplálják a keletkezett, és a középfeszültségűvé transzformált áramot. Viszonylag ritkábbak Magyarországon a kis, háztáji 6
turbinák. Ezeknek különösen olyan környezetben lehet nagy hasznuk, ahol nincs hálózati villamosenergia-szolgáltatás, hiszen ilyenkor olcsóbb lehet egy kis szélturbina felállítása, mint a hálózatra való csatlakozás (pl. tanyák esetében). Ezek a turbinák a termelt villamos energiát akkumulátorok segítségével tárolják. Biomassza Szélturbinák A biomassza kifejezés alatt tágabb értelemben a Földön lévő összes élő tömeget értjük. Megújuló energiaforrásként a leggyakrabban a következő értelemben használjuk: energetikailag hasznosítható növények, termések, melléktermékek, növényi és állati hulladékok. A biomassza jelentősége, hogy rövid időn belül (ált. egy vagy néhány év alatt) újratermelődik. Biomassza égetésével hő és villamos energia állítható elő, erjesztéssel biogáz, melyből szintén hő, villamos energia vagy üzemanyag nyerhető, emellett speciális technológiák segítségével biomasszából folyékony üzemanyagot (biodízel vagy bioetanol) is kaphatunk. Újabb technológiának számít a szilárd biomassza elgázosítása, majd a forró füstgáz felhasználása hő- és villamosenergia-termelésre. Emellett meg kell említeni, hogy az energetikai felhasználás mellett jelentős szerepe lehet a jövőben a biomasszából előállított műanyagoknak, mint pl. a keményítő, cellulóz, vagy cukor alapú, biológiailag lebomló szatyroknak, csomagoló- és szigetelőanyagoknak. Gyakori érv a biomassza alapú termékek energetikai felhasználása mellett, hogy elégetésükkor nem járulnak hozzá az üvegházhatáshoz, mivel ilyenkor ugyanazt a mennyiségű széndioxidot bocsátják ki, amelyet a növények a növekedésük során megkötöttek. Azt azonban hangsúlyozni kell, hogy a biomassza alapanyag előállítása (mezőgazdaság), szállítása, feldolgozása energiát igényel, melyet ma még döntően fosszilis energiahordozókból nyernek, így ezek a folyamatok károsanyag-kibocsátással is járnak. Európai Uniós törekvések a megújuló energiák használatáért Az Európai Parlament 2008 decemberében elfogadta a klíma-változásról és energiahatékonyságról szóló (Klíma és energiacsomag, 2008) átdolgozott energiapolitika és akcióterv lényegi részét adó Megújuló Energiaforrások Felhasználása című irányelvet. Az irányelv minden tagállamnak megszabja, hogy mekkora legyen a nemzeti általános cél szerint a megújuló forrásokból származó energia részaránya (lásd a lenti táblázatot). A cél eléréséhez a megújuló energiák épületekben való aktív alkalmazása helyet kapott a számításokban. Ez a biomassza, napenergia, szélenergia, geotermikus energia-hasznosító és más technológiák alkalmazásának jelentős növekedését eredményezi az épületekben. 7
Ország A megújuló forrásokból származó energia részesedése a bruttó energiafogyasztásból 2005-ben Belgium 2,2% 13% Bulgária 9,4% 16% Csehország 6,1% 13% Dánia 17% 30% Németország 5,8% 18% Észtország 18% 25% Írország 3,1% 16% Görögország 6,9% 18% Spanyolország 8,7% 20% Franciaország 10,3% 23% Olaszország 5,2% 17% Ciprus 2,9% 13% Lettország 32,6% 40% Litvánia 15% 23% Luxemburg 0,9% 11% Magyarország 4,3% 13% Málta 0% 10% Hollandia 2,4% 14% Ausztria 23,3% 34% Lengyelország 7,2% 15% Portugália 20,5% 31% Románia 17,8% 24% Szlovénia 16% 25% Szlovákia 6,7% 14% Finnország 28,5% 38% Svédország 39,8% 49% Egyesült Királyság 1,3% 15% Célok a megújuló forrásokból származó energia részesedésére a bruttó energiafogyasztásból, 2020-ban Minden tagállamnak el kell fogadnia egy megújuló energiáról szóló akciótervet. A megújuló energiával kapcsolatos nemzeti akcióterveknek meg kell határozniuk a tagállamok nemzeti célkitűzéseit a megújuló energiákra vonatkozóan a közlekedés, a villamos energia, a fűtés és a hűtés terén 2020-ra, figyelembe véve a többi energiahatékonysághoz kapcsolódó lépések hatását a végső energiafelhasználásra. Továbbá megfelelő lépéseket kell tenniük a nemzeti általános célkitűzések elérésére, többek között a helyi, regionális és nemzeti hatóságok együttműködése révén, a tervezett statisztikai átvitelekkel és közös projektekkel és olyan nemzeti politikával, amely a már létező biomassza források fejlesztését, valamint új források mozgósítását teszi lehetővé különböző célokra, valamint olyan lépésekkel, amelyek az Irányelv követelményeinek megfelelnek. 8
Ország Alternatív energiafelhasználásra vonatkozó célkitűzések Egyesült Királyság Svédország Finnország Szlovákia Szlovénia Románia Portugália Lengyelország Ausztria Hollandia Málta Magyarország Luxemburg Litvánia Lettország Ciprus Olaszország Franciaország Spanyolország Görögország Írország Észtország Németország Dánia Csehország Bulgária Belgium Részesedés 2005-ben Tervezett plusz részesedés 2020-ig 0% 10% 20% 30% 40% 50% Megújuló energia-források részesedése a teljes energiafogyasztásból A tagállamoknak legkésőbb 2011. december 31-ig, majd pedig kétévente jelentést kell benyújtaniuk az Európai Bizottsághoz a megújuló energiaforrások támogatásának folyamatáról. A hatodik jelentés, amelyet 2021. december 31-ig kell benyújtani, lesz az utolsó előírt jelentés. 9