8. Energia és környezet

Széchenyi István Egyetem

Környezetvédelem (NGB_KM002_1)

8. Energia és környezet

2008/2009. tanév I. félév Buruzs Adrienn egyetemi tanársegéd [email protected] SZE MTK BGÉKI Környezetmérnöki Tanszék 1


Az energetika felelőssége, a világ energiaellátása, globális problémák „ A természet hatalmas, az ember parányi. Ezért aztán az ember léte attól függ, milyen kapcsolatot tud teremteni a természettel, mennyire érti meg, és hogyan használja fel erőit saját hasznára…” /Szent-Györgyi Albert/ 1750. évtől napjainkig 970 Gt CO2 mennyiségnek a fele 1975 óta került az atmoszférába.

2

1


A világ energiaellátása, globális problémák • Energiafelhasználás struktúrája: – – – – –

35 % olaj 23,4 % szén 21,1 % földgáz 6,9 % nukleáris energia 13,5 % megújuló energia

• Korlátozott, véges erőforrások • Ellátás biztonsági kérdések • Ma 2 milliárd ember energiaellátása nincs megoldva • Üvegház hatású gázok koncentrációjának növekedése, üvegházhatás felerősödése, globális felmelegedés, klímaváltozás 3


A világ energiaellátása, globális problémák

• A világ energiafelhasználása 2050ben: 20 Gtoe (1 kg oe = 41,869 MJ) • Környezetbarát forgatókönyv szerint – A termelés szerkezetének átalakítása – Mértéktartó energiafelhasználás – Várható energiafelhasználás 2050-ben: 14 Gtoe, megújuló energiaforrások részaránya: 39 %

4

2


A világ energiaellátása, globális problémák

• Erős gazdasági növekedés esetén – Várható energiafelhasználás 2050-ben: 25 Gtoe

• A globális porblémák (üvegházhatás, globális felmelegedés, ózonpajzs elvékonyodása) miatt a megoldás is globális mértékben keresendő

5


A világ energiafelhasználása 2004,2030

8,5 6,5

683

448

47%

81% 37%

77%

63% 23%

19%

2004

2030

fejlődő és átalakuló országok

2004

53%

2030

iparilag fejlett országok

6

3


A világ jövőbeli energiaellátása 2060-ig

7


Az egy főre jutó primer energiafelhasználás (2004, 2030)

8

4


Üvegházhatású gázok, CO2 emissziók alakulása

• CO2-koncentráció jelentős és folyamatos növekedése • 1750. évi: 278 ppm → 1998. évi: 365 ppm • Legnagyobb CO2-kibocsátó országok: USA, Kína – elzárkóztak a Kiotói Jegyzőkönyv aláírásától 9


Üvegházhatású gázok, CO2 emissziók alakulása

10

5


EU 25 főbb energetikai mutatóinak alakulása 2030-ig

11


EU 25 primer energiaigénye 2000, 2030

2000 Mtoe

2030 %

Mtoe

Évi ütem %

%

Szilárd tüzelőanyagok

303

18,4

296

15,0

-0,1

Folyékony tüzelőanyagok

634

38,4

684

34,9

0,3

Földgáz

376

22,9

630

32,1

1,7

Nukleáris energia

238

14,4

185

9,4

-0,8

97

5,9

170

8,6

1,9

Összesen

1 648

100,0

1966

100,0

0,6

EU 15-ök

1 451

88,0

1717

87,3

0,6

EU 10-ek

197

12,0

249

12,7

0,8

Megújuló energiaforrások

12

6


Környezetvédelem, energiahatékonyság, energiatakarékosság az EU-ban

• Energia termelése, szállítása és felhasználása: környezetszennyező tevékenység • A környezetvédelem az EU-ban prioritást élvez az energetikai döntésekben • Kiotói Konferencia (1997): – EU vállalása: 2003-2012: 8 %-os csökkentés (bázisév: 1990) 13


Környezetvédelem, energiahatékonyság, energiatakarékosság az EU-ban • Fehér Könyv: az EU-ban a megújuló energiák felhasználásának részaránya: – 6 % → 8 % (2010)

• 2001/77/EK: 2000. évi 14 % → 2010: 22,1 % • Közlekedés: bio-üzemanyagok – 2003/30/EK: bio-üzemanyagok részesedése szállításban: >5,75 % (2010) – Villamos és hibrid-meghajtás – 2020: üzemanyagokban a H részesedése: 5 %

• 2002/91 EK: épületek energiahatékonyságának javítása (Zöld Könyv)

14

7


A világ energiafelhasználásának struktúrája

12% 11%

23%

2%

2%

24%

5%

6%

21%

24% 36%

34%

összesen 448 EJ

szén

olaj

összesen 682 EJ

gáz

atom

víz

megújulók

15


Magyarország energiapolitikája

• A Magyar Energiapolitika fő célja: – Az egységes európai energiapiac részeként működő hazai energiapiac létrehozása – Az energiaellátás biztonságának megőrzése és növelése – A FF biztosítása érdekében az energiahatékonyság és a környezetvédelmi követelmények érvényesítése – Nyilvánosság, közösségi tájékoztatás – Hosszabb távra előrejelzett energiafelhasználás, gazdasági szerkezetváltás, energiahatékonyság, takarékosság 16

8


Magyarország energiapolitikájának célkitűzései az EU csatlakozás után • A megújuló energiák felhasználásának növelése • Az üvegházhatású gázok kibocsátásának 6 %-os csökkentése • Az energiahatékonyság és –takarékosság javítása • Az energiaellátás biztonságának növelése, új földgáztároló-kapacitások építése • Légszennyezés savas komponenseinek csökkentése (SO2, NOx) • Az üzemanyagok környzetvédelmi követelményeinek megfelelő minőség szabályozása • A megújuló energiaforrások részarányának növelése a hajtóanyagokban

17


Magyarország energiaellátása, energiapolitikája

Magyarország energiafelhasználása, gazdasági fejlődés 1990-2003

18

9


Az energiaellátással kapcsolatos környezetvédelmi kérdések

• Lokális és • Regionális szint (légszennyezés) • 2003/87/EK: emissziós jogok nemzetközi kereskedelme, Nemzeti Kiosztási Terv (iparágak ∑ kibocsátásának felső határa) • 2008-2012: 6 % • 2020-ig: 7-22 % • Energiapolitika + környezetvédelmi politika 19


Megújuló energiaforrások

• Nap ill. Föld energiájából – folyamatosan megújulnak; fosszilis tüzelőanyagok (szén, kőolaj, földgáz) kiváltására alkalmasak • Környezetvédelmi szempontból energiakinyerési alternatíva • Megújuló energiaforrások (napenergia, biomassza, vízenergia...) • Legfontosabb indokok – Üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése – Importfüggőség csökkentése – Munkahelyteremtés, vidékfejlesztés – Mezőgazdasági túltermelés levezetése – Innovatív energiatermelési technológiák elterjesztése 20

10


A megújuló energiaforrások fajtái - napenergia

• Napenergia passzív hasznosítása • Klímatervezés, épületek tájolása • Épületek szerkezetésenk megválasztása, természetes világítás helyes megtervezése • Hatásfoka: 15-30 %

• A Nap sugárzási teljesítménye: 4,5x1023 kW (egy év alatt: >10000x-ese a világ jelenlegi energiafelhasználásának) • Érkező sugárzás: 47,4 %-a éri el a földfelszínt (0,0005 %) • A napenergia energetikai hasznosítása: 1,11x106 MWh • Magyarország: 1,16x1014 kWh (2900x-os)

21


A megújuló energiaforrások fajtái napenergia • A passzív hasznosítás befolyásoló tényezői – Tájolás, üvegezett felületek megválasztása – Épületek hőtárolása – Hőforgalom szabályozása

• Napenergia aktív hasznosítása – Napkollektoros berendezések (vízmelegítésre, fűtésre-hűtésre)

• Napenergia fotovillamos hasznosítása – Villamos energiatermelés kis/nagy teljesítményű készülékekkel

22

11


A megújuló energiaforrások fajtái biomassza

• Fotoszintézis (élet fenntartása, energetikai célok) • Napsugárzás éves mennyisége: 2,6x1024 J/év energiájú • 0,002 %-e 5,7x1021 J/év energiaértékű •Hazánkban évente 54-58 biomassza (3 %-a műszakilag millió tonna növényi hasznosítható (primer szervesanyag – fele hulladék energiafelhasználás (25-26 millió t mezőgazdasági és 1-2 fele) millió t erdészeti melléktermék (3,5<x<6-8 millió t szerves anyag) 23


A megújuló energiaforrások fajtái biomassza • A biomassza energetikai célú hasznosítása: – Tüzelőanyagként történő felhasználás (fa-biomassza = dendromassza) • Hulladék • Melléktermék • Céltermék

– Erőművi felhasználás – Környezetvédelmi előnyök • • • • • • •

Zárt ciklus (CO2-kibocsátás) Melléktermék Szállítás Fűtőérték Hamutartalom (2-8 %) Komfortosság FF 24

12



25



26

13


A megújuló energiaforrások fajtái biogáz •

Mezőgazdasági biomassza anerob fermentálása → biogáz Célirányos feldolgozás – gáz halmazállapotú energiahordozók

• – –

•

Biokémiai eljárások Termokémiai folyamatok (tőkeigényes)

A biogázképződés folyamata 1.

Fermentációs biokémiai folyamat (savas erjedés), mezofil/termofil 2. Egyszerűbb molekulák leépítése (oldható zsírsavak, alkoholok, CO2) → a folyamat eredménye: biogáz (CH4 + CO2) 27


A megújuló energiaforrások fajtái biogáz •

Hasznosítás – – – – –

Szerves hulladék ártalmatlanítása Hulladéklerakók tehermentesíte-sítése Energiatermelés hulladékból Integrált hulladékgazdál-kodási körfolyamatok zárása Gazdasági előnyök

28

14


A megújuló energiaforrások fajtái biogáz

29


A megújuló energiaforrások fajtái – bioüzemanyagok • 1973. kőolajválság (függőség veszélye) • Kísérleti szakasz lezárult • Biodízel és bioalkohol

30

15


A megújuló energiaforrások fajtái – vízenergia • Hagyományos a megújulók között • Kedvező hidrológiai adottság • Világ villamosenergia-termelésének 18-19 %-a • Elméleti vízenergiakészlet: szföldre hullott csapadék ill. a tengerek közötti átlagos szintkülönbség • Kihasználás (Európa: >40 %, Afrika: <2 %) • Magyarország: ~ 1000 MW (Dunán: 72 %, Tiszán: 10 %, Dráván: 9 %, Rába, Hernád: 5%)

31


A megújuló energiaforrások fajtái – vízenergia • Vízerőművek: azok az energia-átalakító létesítmények, melyek a vízfolyás vagy magasabban fekvő medence vagy tenger vizének a mechanikai energiakészletét alakítják át villamos energiává. • A világ legnagyobb vízerőművei: – – – –

Panama folyón (10000 MW) Krasznojarszk (6000 MW) Tenessee (4000 MW) Kína (20000 MW)

32

16


A megújuló energiaforrások fajtái – vízenergia

33


A megújuló energiaforrások fajtái – vízenergia

• Tengerek energiája: – Hatalmas vízáramlatok (Golf-áramlat: 50 km széles, 100 m mély, igen lassú folyó) – Az áramlás teljes mozgási energiája: 25000 MW

34

17


A megújuló energiaforrások fajtái – vízenergia • Ár-apály energia: – Föld-Hold vonzása – 12 órás periódus – Vízszintmozgás (csak óceánokban) – Velence, Hollandia, Anglia (vízimalmok) – Tengervíz szintjének átl. mozgása: 1 m, Kanadában: 15-20 m, Franciaország és Anglia: 13-14 m) – Alig egy tucat ilyen hely a világon – Gazdaságosság kérdése

35


A megújuló energiaforrások fajtái – vízenergia • Tenger alatti árapály-minierőmű Norvégiában – egy norvég kisváros lakónegyedének energiaellátását biztosítja – Az erőmű évente 700 ezer kilowattóra áramot termel, amivel 30 lakás éves energiaigényét tudja biztosítani

36

18


A megújuló energiaforrások fajtái – geotermikus energia • Kőzetek radioaktív bomlásából származó hő • Geotermikus gradiens – – – – – – – –

Földi átlagban: 25 °C/km Kontinensünkön: 30 °C/km Magyarországon: 50 °C/km Geotermikus hőáramsűrűség (értéke földi átlagban: 50 kW/km2, hazánk: világátlag 2x-ese) Koncentráltság Meleg vagy forró vizet termelő hőforrások Gőz (Izland, USA, Új-Zéland) Hasznosítás: fűtés, mg, balneológia

37


A megújuló energiaforrások fajtái – geotermikus energia – Hazai potenciál: kb. 40000 km2 területen (20000 elméleti fúrás) – Termálvíz-hasznosítás: • >1000 működő hévízkút (1/3-a fürdők vízellátása), mg-i hőhasznosítás (202 kút), kommunális cél: 21 kút, ipari cél: 68 kút

– Felhasználási területek: • Gyógyfürdők, gyógyvíz-palackozás, ivóvíz-ellátás, ipari víz, használati melegvíz, lakások fűtése, növényházak fűtése

– Környezetvédelmi előnyei: • • • • • •

Egy fogyasztó akár 100 %-os igényének kielégítése Komplex megvalósítás CO2 elhanyagolható Szállítás Visszavezethető Tájkép

38

19


A megújuló energiaforrások fajtái – geotermikus energia

39


A megújuló energiaforrások fajtái – Magyarország hévizei

40

20


A megújuló energiaforrások fajtái – szélenergia • Egyik legfontosabb, környezetet nem szennyező • Ősidők óta (vitrolás hajók, szélmalmok) • Hasznosítása – Versenyképesség – Nincs üzemanyag-szükséglete, ingyen, kimeríthetetlen – Tiszta technológia – Kontinentális feltételek mellett is gazdaságos – Gyors kivitelezhetőség – Mg-i tevékenység folytatható – Nincs káros környezeti hatás

41


A megújuló energiaforrások fajtái – szélenergia

• Hasznosítása – Lokális felhasználás (szélmotorok) – Nagyteljesítményű szélerőművek

42

21


A megújuló energiaforrások fajtái – szélenergia – 2006. elejére: világ összteljesítménye 58000 MW (72,4 %-a Európában – 19 millió átlagos háztartás energiaigénye) – Piac nőtt, fajlagos beruházási ktg csökkent – Előállított villamos-energia termelési ktg-ei 50 %kal csökkentek

• Célkitűzések: – 2020-ig a világban: 158000 MW teljesítmény (2003. évi 19x-ese) – 2020-ra tervezett kumm. CO2-csökkenés: 10771 millió t – 2040-re tervezett kumm. CO2-csökkenés: 88857 millió t

43


Szélenergia és Magyarország

•

Telepítést az adottságok határozzák meg –

Legfontosabb: • •

– 1. 2. 3. 4. – –

Szél intenzitása (> 6 km/s a tengelymagasságban) Szél megbízhatósága

Van kinyerhető szélenergia-kincsünk, helyfüggő Inota (2000. ősz) 250 kW Kulcs (2001. május) 600 kW Mosonszolnok (2002. dec., 2 db) 600 kW Mosonmagyaróvár (2003. júl., 2 db) 600 kW Háromlapátos rotor, átmérője: 44 m, tengelymagassága: 65 m 2005. hazánk széltérképe 44

22


Magyarország széltérképe

45

23

8. Energia és környezet

Recommend Documents