Energia- és Minőségügyi Intézet Tüzeléstani és Hőenergia Intézeti Tanszék Energiahordozók
Energia - energiahordozók 2 Ø Energiának nevezzük valamely anyag, test vagy szerkezet munkavégzésre való képességét. Ø A szén, a fa, a kőolaj és a földgáz kémiai energiát tárol, ami a helyzeti (potenciális) energia egyik formája. Ø A mozgó víznek, a szélnek mozgási (kinetikus) energiája van. Ø A Nap, hő és fény formájában sugároz energiát.
3 Elsődleges energiahordozók csoportosítása Fogyó energiahordozók Megújuló energiahordozók Nem, vagy csak évmilliók alatt termelődnek újra, emiatt a kitermeléssel a készleteik fogynak: pl. szén, földgáz A természet gondoskodik a folyamatos újratermelődésről: pl. nap, biomassza, szél
4 Energiahordozók csoportosítása Primer, elsődleges Szekunder, másodlagos A természetből kinyert energiahordozók: pl. szén, kőolaj, földgáz, megújuló A primer energiahordozó átalakításából nyert energiahordozók: pl. villamosenergia, üzemanyagok
Primer energiahordozók Szenek Fosszilis Szénhidrogének Primer Nukleáris Fissziós 5 Kőolaj Földgáz Feketeszén, antracit Barnaszén Tőzeg, lignit Olajpala, bitumenes homok Fúziós Nap Megújuló Biomassza Óceán Geotermikus Víz Szél
Szekunder energiahordozók Szén Kőolaj Kigázosítás Elgázosítás Atmoszférikus desztilláció Hidrofrakcionálás, pirolízis Krakkolás 6 Benzin Koksz, kokszkemencegáz Szintetikus földgáz Petróleum Gázolaj Pakura Folyékony üzemanyag Gázolaj, kenőolaj, bitumen Vákuumdesztilláció Olajpala Földgáz Pirolízis Propán-bután Benzin, tüzelőolaj, gázolaj Tüzelőanyag, üzemanyag Termikus bontással vegyipari alapanyag
Szilárd energiahordozók átalakítása Ø Szilárd tüzelőanyaggá: kigázosítás A szenet levegő kizárásával külső fűtésű, keramikus anyagból készült kamrás kemencékben nagy hőmérsékleten hevítve párolják. Termék: koksz, kokszkemencegáz Ø Gáznemű tüzelő- v. alapanyaggá: elgázosítás A szilárd tüzelőanyagot nagy hőmérsékleten hevítik, és levegő, vízgőz, vagy mindkettő hozzáadásával elgázosítják. Termék: éghető gáz (CO, H2) Ø Folyékony tüzelő- v. üzemanyaggá: hidrofrakcionálás, pirolízis A hőbontás (pirolízis) során a szenet megfelelően kialakított reaktorban, hő hatására, oxigénszegény vagy oxigénmentes közegben szabályozott körülmények között bekövetkező kémiai lebontása. A pirolízis folyamatban rendszerint magas nyomást és magas, 500 C feletti hőmérsékletet alkalmaznak. 7
8 Folyékony energiahordozó átalakítása Ø Atmoszférikus desztilláció: A különböző forráspontú komponensekből álló elegyeket légköri nyomáson forrpontjuk szerint frakciókra választják szét. Ø Kőolaj krakkolása: nagyobb molekulatömegű szénhidrogéneknek nagy nyomáson és magas hőmérsékleten való átalakítása kisebb móltömegű és kisebb szénatomszámú szénhidrogénekké.
9 A világ energiaigénye forrásonként, 2010
A világ energiafelhasználása, 1990-2035, 10 18 J (EJ) 10 Régió 2007 2015 2020 2025 2030 2035 Átlagos évi változás, 2007-2035, % OECD 245,7 246,0 254,2 263,2 271,4 280,7 0,5 Észak Amerika 123,7 124,3 129,4 134,9 140,2 146,3 0,6 Európa 82,3 82,0 83,0 85,0 86,5 88,2 0,2 Ázsia 39,7 39,7 41,8 43,3 44,8 46,3 0,5 Nem OECD 249,5 297,5 336,3 375,5 415,2 458,0 2,2 Európa és Ázsia 51,5 52,4 54,2 56,2 57,8 60,2 0,6 Ázsia 127,1 159,3 187,8 217,0 246,9 277,3 2,8 Közép Kelet 25,1 32,9 36,5 39,1 41,8 45,7 2,2 Afrika 17,8 20,8 22,5 24,6 26,5 29,0 1,8 Közép és Dél Amerika 28,0 32,1 35,5 38,7 42,2 45,7 1,8 Világ összesen 495,2 843,5 590,5 638,7 686,5 738,7 1,4
11 Szektoronkénti végleges energiaszükséglet
A primer energia szükséglet alakulása az EU-ban 12
13 Szén-dioxid (CO2) kibocsátás Magyarországon ezer tonna 70 000 60 000 50 000 40 000 30 000 20 000 10 000 0 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 összesen ipar háztartások energiaipar szállítás/közlekedés
14 Fosszilis energiahordozók - szén Ø A világ fosszilis energiahordozó készleteinek legalább 70%-a szén. Ø Szénből állítják elő a világon a villamos energia 33%-át és a szén képviseli a felhasznált primer energiahordozók 27%-át. Ø A szén a világ energiaellátásában jelenleg és a jövőben is fontos szerepet fog betölteni.
15 A szén felhasználása Ø A század elején a széntüzelésű erőművek hatásfoka kicsi volt (max. 10%) és igen sok tüzelőanyag ment kárba a kéményeken keresztül, vagy a salakkal. Ø Az 1920-30-as években bevezetett új technológia a porszéntüzelés volt. Ø nagyobb hőmérséklet, Ø nagyobb gőznyomás. Ø A 40-es évekre már elérték a 20%-os hatásfokot. Magyarországi erőművek belépése a magyar villamosenergia termelésbe. Ø A 60-as években már elérték a 33%-os hatásfokot.
16 A szén felhasználása Ø Legújabb erőművek (nyomás alatti fluidágyas tüzelés, vagy a különböző kombinált ciklusú megoldások) Hatásfok: 45-47% (tovább növelhető)
17
18
19 Széntelepek Magyarországon
Szén villamosenergia termelés energiaveszteségek Az erőműbe betáplált szénenergia töredéke jut el elektromosság formájában a fogyasztóhoz. Az alábbi ábra a szénből, mint fűtőanyagból nyerhető energia veszteségeket mutatja be. 20
Szén jövője az energiaellátásban Ø A villamosenergia termelésben napjainkban is jelentős szerepet játszik (kb. 40%), ez a közeljövőben nem fog változni. Ø Mintegy 70 országban vannak feltárható készletek, amelyek több mint 160 évre elegendők a jelenlegi termelési szint mellett. Ø A szén szállításához és tárolásához nem kellenek hatalmas beruházások. Ø Kitermelése és felhasználása független az időjárástól, nem úgy, mint a megújuló energiaforrásoké. Ø A világpiaci árváltozások is mérsékeltebbek és kiszámíthatóbbak. Ø Az erőműi hatásfokok növelése Ø A kibocsátások mérséklése 21
22 Fosszilis energiahordozók - kőolaj Ø A kőolaj több mint 75%-át szénhidrogének alkotják. Ø A szénhidrogének meghatározó szerepe a jövőben növekedni fog. Ø Főszerep a közlekedésben. Ø Felmerülő olaj-válságok. Ø Helyettesítése nem megoldott (hidrogén, villamosenergia). Ø Alternatív meghajtású járművek problémái.
23 Kőolaj tartalékok a világban
24 Kőolaj termelés régiónként
25 A Világ kőolajfogyasztása, 2011
Magyarország kőolaj- és földgáz lelőhelyei 26
Fosszilis energiaforrások - földgáz Ø A legelőnyösebben felhasználható primer energiahordozó. Ø Döntően szénhidrogén gázokat tartalmaz. Ø További gázösszetevői lehetnek a szén-dioxid, a nitrogén és a kén-hidrogén. Ø A szénhidrogénkészletek közel 1/3-ában a kőolaj és a földgáz együtt van jelen. 27
28
29 A jelentős földgáz készletekkel rendelkező országok rangsora, 2010 Rangsor Ország Készlet 10 12 m 3 Részesedés, 1. Oroszország 47,6 25,02 2. Irán 29,6 15,57 3. Qatar 25,5 13,39 4. Türkmenisztán 7,5 3,95 5. Szaud-Arábia 7,5 3,92 6. USA 6,9 3,64 7. Egyesült Arab Emírség 6,1 3,19 8. Nigéria 5,2 2,76 9. Venezuela 5,0 2,62 10. Algéria 4,5 2,37 %
30 A jelentős földgáztermeléssel rendelkező országok rangsora, 2009 Rangsor Ország Termelés 10 9 m 3 Részesedés, % 1. USA 593,4 20,2 2. Oroszország 527,5 18,0 3. Kanada 161,4 5,5 4. Irán 131,2 4,5 5. Norvégia 103,5 3,5 6. Qatar 89,3 3,0 7. Kína 85,2 2,9 8. Algéria 81,4 2,8 9. Szaud-Arábia 77,5 2,6 10. Indonézia 71,9 2,4
31
32 A legnagyobb földgáz felhasználó országok rangsora, 2009 Rangsor Ország Felhasználás 10 9 m 3 Részesedés, % 1. USA 646,6 20,2 2. Oroszország 389,7 12,2 3. Irán 131,7 4,1 4. Kanada 94,7 3,0 5. Kína 88,7 2,8 6. Egyesült Királyság 86,5 2,7 7. Németország 78,0 2,4 8. Szaúd Arábia 77,5 2,4 9. Olaszország 71,6 2,2 10. Mexikó 69,6 2,2
33
34
35 A földgáz kereskedelem várható alakulása 2035-re
36
37 Magyarország földgáztermelése 8 000 000 7 000 000 Földgáztermelés (bruttó) em3 6 000 000 5 000 000 4 000 000 3 000 000 2 000 000 1 000 000 0 1937 1940 1943 1946 1949 1952 1955 1958 1961 1964 1967 1970 1973 1976 1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006
38 A földgáz cseppfolyósítása, az LNG Ø A cseppfolyós állapothoz atmoszferikus nyomáson -161 C hőmérsékletre kell hűteni a gázt. Ø Kisebb térfogat. Ø Célja a fogyasztói helyektől nagy távolságra lévő földgázkészletek gazdaságos szállítása (földrészek között tankerekben). Ø Pl. Ausztráliából Japánba
Az LNG részesedése a világ földgázfelhasználásában 39
40