A megújuló energiaforrásokról általában, a Föld energia fogyasztásának szerkezete, fosszilis és megújuló energiaforrások

Előadás: 2016 június 13.

A megújuló energiaforrásokról általában, a Föld energia fogyasztásának szerkezete, fosszilis és megújuló energiaforrások Készítette: Hunyadi Sándor Energiagazdálkodási szakmérnök, CEM Természetvédelmi mérnök MSc 1

MMK szakmai továbbképzés törzsanyag

MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2016

A képzés célja • •

A szakmai továbbképzés műszaki tartalmú továbbképzés. Célja a szakterületen megjelenő új, korszerű mérnöki - szakmai ismeretek (új tervezési módszerek, eszközök, számítási metódusok; új anyagok, berendezések, technológiák; K+F+I eredmények, fejlődési trendek, stb.) megismertetése a szakmagyakorlókkal.

Forrás: 266/2013. (VII. 11.) Korm. rendelet


Energia forrásaink - lehetőségeink


Energia felhasználásunk változása


Egy kis ismétlés az adatok miatt 

SI Prefixumokból:

102 103 106 109 1012 1015 1018 

= 100 =1 000 =1 000 000 =1 000 000 000 =1 000 000 000 000 =1 000 000 000 000 000 =1 000 000 000 000 000 000

Mértékegységek átszámítása

= hekto (h) = kilo (k) = mega (M) = giga (G) = tera (T) = peta (P) = exa (E)

1 kWh = 3600 kJ [kWs] = 3,6 MJ vagy fordítva 1 MJ=0,2778 kWh 1 toe (tonna olaj egyenérték - megállapodás szerint) 1 toe = 11 668 kWh = 42 GJ = 42 000 MJ = 107 kcal 1 cal = 4,1868 J fordítva 1 J = 0,2389 cal 1 Joule = 0,2389 cal és 1[J] = 1[VAs]=1[Ws]=1 [Nm]


Egy kis ismétlés az adatok miatt  Teljesítmény

– P [W], de pl.: [kW], [J/s] egységnyi idő alatt végzett munka: P=W/t Teljesítmény (P)[W]=Munka(W)[J] / idő(t)[s] Általánosan: P=ΔE/Δt P = Energia változás/egységnyi idő alatt

 Energia

– E [J], de pl.: [Ws], [Wh], [kWh] a teljesítmény és az idő szorzata: E=P*t Energia(E)[J]=teljesítmény(P)[W]*idő(t)[s]


OECD és országai (2014) OECD országok: Organisation for Economic Cooperation and Development, azaz Gazdasági Együttműködés és Fejlesztés Szervezet (népesség 18%-a, energiafelh. 44%-a!)  Alapító tagok: Ausztria, Belgium, Dánia, Egyesült Királyság, Franciaország, Görögország, Hollandia, Írország, Izland, Luxemburg, Norvégia, NSZK, Olaszország, Portugália, Spanyolország, Svájc, Svédország, Törökország, USA és Kanada  Később csatlakozott: Ausztrália, Csehország, Dél-Korea, Finnország, Japán, Lengyelország, Magyarország, Mexikó, Szlovákia, Új-Zéland. BRICS országok: Brasil, Russia, India, China, Republic of South Africa


Energia felhasználásunk a világban

bp statistical review of world energy 2015


Energia forrásaink a világban

(Mtoe-ban nézve, világ összesen kb. 13000 Mtoe) bp statistical review of world energy 2015


Energia felhasználásunk „fejenként” Ez alapján Magyarország (kb.9,85x106 fő), azaz 9,85x106 fő x 80x109J (80GJ) = 788 PJ lenne, a valóságban kb. 840 PJ


Energia felhasználásunk „itthon” 1 Mtoe = 42 PJ, = 840,2 PJ (világ energiafelhaszn. 1 Mtoe = 42azaz PJ, 20,0 azaz Mtoe 20,0 Mtoe = 840,2 PJ (Világ energia felh.2 2ezreléke) ezreléke)



Energia forrásaink „itthon” 2014-ben összesen 20,0 Mtoe



Megújuló energia fogalma: 

A megújuló energiaforrások a természetes energiaforrásoknak azon csoportja, amelyek gazdaságilag értékelhető időn belül természetes úton megújulnak, újratermelődnek. (ZSEBIK, 2005)



Célkitűzések (EU-27)-2020: (-> Újak 2030-ra!) 20%:   

Energia hatékonyság növelése ÜHG kibocsátás csökkentése (1990-hez képest) Megújulók részarányának növelése


EU célkitűzések 2030: (Az Európai Tanács 2014. október 23–24-i ülésén)  2030-ra az 1990-es szinthez képest legalább 40%-kal csökkenteni kell az üvegházhatást okozó gázok kibocsátását az Unióban  uniós szinten a felhasznált energia legalább 27%-a megújuló energiaforrásokból származzon  az energiahatékonyság 27%-os javítására a 2030-ra előre jelzett energiafogyasztáshoz képest  a belső energiapiac kiteljesítésének támogatása a villamosenergia-hálózatok 15 %-nak összekapcsolására


MEHCST:  Magyarország

Megújuló Energia Hasznosítás Cselekvési Terve 2010-2020

 2020

évre (tervezve): 14,65% lesz a teljes bruttó hazai energia fogyasztásból a megújuló energia részarány

 Célkitűzések

területenként: Fűtés és hűtés: 18,9% Villamos energia: 10,9% Közlekedés: 10,0% (E10 benzin?)


Hol tartunk most az EU-ban ?


Megújuló energia használata:  Alkalmazásának    

Az egyre növekvő energia igények miatt Véges fosszilis energia források Környezetünk védelme (CO2 kibocsátás csökk.) Alternatív energiaforrás (ellátásbiztonság)

 Alkalmazásának 

  

módjai

Centralizált, decentralizált, lokális (szigetüzem)

 Alkalmazásának 

szükségszerűsége

korlátai

Használatuk helyi adottság függő Kis energia sűrűség Rendelkezésre állás időben, teljesítményben Rendszerbe illeszthetőségük, korlátaik


Megújuló energiák forrása:  



Gravitációs: a Föld-Hold kölcsönhatása alapján (árapály erőművek) Geotermikus: A Föld mélyében zajló (fissziós) radioaktív folyamatokból eredő hőtermelődés geotermikus (pl.: talaj hőszivattyúk ) és geotermális (pl.: termálvíz) A többi megújuló energiaforrás végső soron a Nap fúziós energiájából ered, a Föld felszínét érő napsugárzás, vagy az okozta változások hatására (ide tartozik az összes biomassza, biogáz, biohajtóanyag, szélenergia, tengeri áramlás erőmű, napelem, napkollektor, passzív alkalmazások, levegő hőszivattyúk, stb.)


Gravitációs vízenergia: Víz mozgási energiája: felszín alatti mozgások kinetikus energiája  Víz helyzeti energiája: magasságkülönbségből adódó helyzeti energia Épülőben:  Skócia, MeyGen 86-398 MW (várható üzembe helyezés: 2016-2020) http://www.meygen.com  Anglia, Swansea Bay Tidal Lagoon: 320 MW, 495 GWh/év, 10km-es gát, 16 turbina http://www.tidallagoonswanseabay.com 


Gravitációs vízenergia – világ legnagyobbja: 





Dél- Koreában, Kjonggi tartományban található, Siheung városától körülbelül 4 km-re elhelyezkedő Sihwa-tavi erőmű 254MW teljesítményével a világ legnagyobb árapályerőműve. 2003 és 2010 között építette a Daewoo Engineering & Construction Egy 12,5 kilométer hosszú tengeri gátra húzták fel, melyet 1994-ben az áradások megfékezésére és mezőgazdasági célokra hoztak létre. 2011 augusztusában nyitották meg és a Koreai Vízerőforrás Vállalat tulajdona. Éves energiatermelő képessége 552,7GWh 10 db, 25,4MW teljesítményű merülő turbina


Gravitációs vízenergia:


Geotermikus energia 



Magyarországi potenciál: 9,3 GW ~ 300 PJ/év (90-100 kW/km2 azaz 90-100 mW/m2 hőáramsűrűség, azaz hőáram) Geotermikus hőfok gradiens (Föld hőmérséklete adott mélységben: Földfelszín hőmérséklete plusz a mélység szorozva a gradienssel) Általában: 30oC/km, Magyarországon: 50oC/km http://www.kvvm.hu/szakmai/karmentes/kiadvanyok/fav/tvkm/tvkm02.htm



Kockázata: - kis energiasűrűség (Magyarországon még jobb is, mint a világ átlag - ami 78,4 kW/km2) - Villamos energia termelés jelenleg nincs Magyarországon geotermikus energiával


Megújuló energia fajták áttekintése:  Geotermikus 

energia (földhő hasznosítás):

Talaj kollektoros, talaj szondás megoldások

Szondák


Megújuló energia fajták áttekintése:  Geotermális

energia (mert kitermelem):

Termálvizek felhasználása (hűtés, fűtés, villamos energia, balneológia)  Talaj kutas hőszivattyús megoldások „Hot Dry Rock” azaz HDR technológia: EGS (Mesterséges Földhő Rendszerek) még fejlesztés alatt, de már itthon is! 


Megújuló energia fajták áttekintése: Az első magyarországi EGS erőmű Battonyán: 116 millió euróba kerül, amelyhez a NER300 program keretéből 39,3 millió euró támogatást ítéltek oda. A magyarországi projektet az Európai Bizottság geotermális kategóriában a legjobbnak minősítette, a kormány pedig nemzetgazdasági szempontból kiemelt fejlesztési programnak nyilvánította. Az erőmű teljesítménye: 12 MW elektromos és 60 megawatt hő, a projekt várható befejezése 2018. december, az időpont egy évvel hosszabbítható. (EU-Fire EGS Hungary Kft.)


Napenergia Magyarországon  Magyarországi

potenciál: 390 000 PJ/év (Közel négyszázszorosa az éves hazai energiafelhasználásnak – de ez csak elvi!)  Globálsugárzás (direkt és szórt) éves összege: 1180-1360kWh/m2 4250-4900 MJ/m2  Hasznosítás lehetőségei:  Hőenergia  Villamos

energia  Naperőművek

http://www.met.hu/eghajlat/magyarorszag_ eghajlata/altalanos_eghajlati_jellemzes/suga rzas/


Megújuló energia fajták áttekintése:  Napenergia 

közvetlen hasznosítása

Passzív hasznosítás (nappali fény is!)  Mezőgazdaság  Építészet

Direkt rendszer

(szárítás, aszalás, üvegház)

(fűtés): Trombe fal

Elkülönített naptér


Megújuló energia fajták áttekintése:  Napenergia 

közvetett hasznosítása

Aktív hasznosítása:  Napkollektor

(fűtés, meleg víz)  Napelem (villamos energia)  Naperőmű (hő és villamos energia) 

Áttételes hasznosítása:  Szél-,

víz- bioenergia


Megújuló energia fajták áttekintése:  Napkollektor 

Elsődleges hasznosítása:  Fűtés,

fűtésrásegítés  Használati meleg víz (HMV) 

Odafigyelni:  Túlhevülés  Fagyásvédelem  Kivitelezési

minőség  Belső csőkígyó kialakítás  Tárolókapacitás


Megújuló energia fajták áttekintése:  Napelem 

Elsődleges hasznosítása:  Villamosenergia

termelés (DC) – és azzal hő?  Hibrid kivitelben meleg víz is egyidejűleg 

Odafigyelni:  Inverter

(DC->AC)  Csatlakozások, lekapcsolhatóság  Túlfeszültség és villámvédelem 

Teljesítmény csökkenés (névleges: kWpeak)  Hőmérséklet

emelkedésre  Besugárzás szöge, hullámhossza  Napelem életkora (~25 év 80%)


Napelemek 



Típusok: 

Monokristályos szilícium (Si) napelemek



Polikristályos szilícium (Si) napelemek



Amorf szilícium napelemek



Gallium-Arzenid vegyület alapú napelemek



Egyéb vegyület félvezető alapú napelemek



Szerves festék alapú napelemek

Hatásfok: Átlagosan 18% (5%-25%-ig) Elméleti határ az egy p-n átmenettel rendelkező napelemek esetében 33,7%

Hibrid Napelem Meleg víz és villamos energia egyidejű termelése A napelem hatásfoka növekszik a hűtés hatására A helytakarékosság, és a hatásfok növelés miatt lehet fontos Felépítése a mellékelt ábrán.



Legnagyobb napelem park – 70 MW  A világban. Hol? : Kagosima Japán – Kyocera (http://global.kyocera.com/news/2013/1101_nnms.html)   



290 000 db napelem modul (~240W/db) 314 hektár 2013.11.-től

India 2208 MW és épít egy 4000 MW-ost! 7 év múlva lesz kész… Rajasthan provinciában


Legnagyobb napelem park – 16 MW  Magyarországon.

Hol? Gyöngyös, Mátrai erőmű, Visontától két kilométerre  2013-tól építve, beüzemelve 2015 októberben  72 480 darab, egyenként 255 Wp névleges teljesítményű polikristályos napelem  A beruházás teljes bekerülési költsége több mint 6,5 milliárd forint (kb. 406 eFt/kW)  http://www.mert.hu/atadtak-magyarorszaglegnagyobb-naperomuvet  Teljes kiépítés után 18,5 MW lesz! (Pécsi Hőerőmű-nél is van egy 10MW-os hasonló, kb. 5 milliárd Ft-ból, azaz 500 eFt/kW, 100% EU)


Legnagyobb napelem park – 16 MW

A felhagyott Őzse-völgyi zagytér tetején elhelyezkedő naperőmű az alternatív rekultiváció kiváló példája, hiszen a húsz év után megtelt és előírásoknak megfelelően lefedett harminchektáros terület a lehető legésszerűbb módon került hasznosításra, a betelepített napelemekkel.


Napelemes kiserőművek helyzete Magyarországon  2014

év végén: 8862 darab HMKE és kiserőmű (< 500 kVA) 77 MW összteljesítménnyel átvételi ár: 32,14 Ft+ÁFA/kWh  Megtérülés: 2500 kWh/év fogyasztás mellett kb. 10 év (rezsicsökkentés után)


Megújuló energia fajták áttekintése:  Naperőmű 

Elsődleges hasznosítása:  Villamos

energia termelés gőzturbinával  Koncentrált megújuló energia 

Odafigyelni:  Területfoglalás  Élővilág

védelem (vakítás, hő)  Rendszeres portalanítás  Időjárás és napszak függő a termelés, de hőtárolás van, így az energiatermelés kiegyenlített


Legnagyobb naperőmű – 392 MWe   

 

Hol? : Ivanpah - Kalifornia www.ivanpahsolar.com 3 db 137m-es torony 300 000 db 2x3m-es tükör 1600 hektár 2014. 02.-től


Telepített napelem arányok - 2014



Világ összesen telepített napelem teljesítménye: 180,4 GW Ebből az újonnan beállított napelem teljesítménye: 40,2 GW (Ez 22,3 %-os növekedés 2013-hoz képest, ebből Kína: 10,6 GW, Japán 9,7 GW, USA 6,2 GW volt) Európa újonnan beállított napelem teljesítménye: 7,2 GW (2013-ban 10,4 GW volt, 2011-ben még 22,4 GW) Németország újonnan beállított napelem telj.: 1,9 GW



Többi európai ország: UK (2,5 GW), Olasz (0,4 GW),

 



Romania (0,3 GW), Görögország (0,02 GW)

Magyarország TELJES napelem teljesítménye 2014: (azaz 0,068 GW !) Forrás: European Photovoltaic Industry Association, EPIA

68 MW


Megújuló energia fajták áttekintése: Mosonszolnok szélerőmű park (12x2MW – 9 milliárd Ft – 2007-ben indult) Szélerőmű építés:

http://www.youtube.com/watch?v=PIf Ffiv9Tng

 Szélenergia: 





Villamos energia (Lokális, villamos hálózatba termelés) Mechanikai munka (szivattyúzás - www.nyirokowatt.eu, szélmalmok ) Közlekedés (vitorlás hajók, hőlégballon, vitorlázó gép)

 Kockázat:

hang, fény, jég, tájesztétika, stb.


Megújuló energia fajták áttekintése: 

Szélenergia hasznosítás Magyarországon: 

  

Összesen 330 MW üzemelhet közüzemben 2010 júliusa óta nincs újabb kvóta! (Oka: Villamosenergia rendszer kiegyensúlyozás) Átlagos értékelhető teljesítmény (kapacitás tényező): 21-23% Változékony szélirány és erősség

Szélturbinák összteljesítményének fejlődése szűkebb környezetünkben, az EU27-ben: 2009-ben: 74 767 GW,  2010-ben: 84 651 GW,  míg 2011-ben már: 93 957 GW (offshore-tengeri és onshore-szárazföldi turbinák) 


Megújuló energia fajták áttekintése:  Vízenergia  



hasznosítás Magyarországon:

Villamos energia (jellemzően villamos hálózatba termelés) Mechanikai munka (vízimalmok, fűrésztelep) Közlekedés (hajózás)

 Kockázat:

hajózás, meder, élővilág  Elméleti vízenergia potenciál Magyarországon: kb. 1000 MW teljesítmény kihasználtság (2013): 6% (58 MW, 34 db vízturbinás egység, és több kisebb)


Vízenergia hasznosítás - közelmúlt Felsődobsza - Hernád- 940 kW (Teljesítményének duplázása 100 év után: 2013 szeptemberében)

Békésszentandrás Hármas-Körös 2013-ban indult - 2MW

http://www.bekesszentandrasivizeromu.hu/

2009: Kenyeri vízerőmű - Rába 1,542 MW (2x771 kW) http://www.kenyerivizeromu.hu


Vízenergia hasznosítás - termelés Kisköre 28 MW Minimum 39.038 MWh 1980-as év Maximum: 147.529MWh 2014-es év

Tiszalök 12,9 MW (11 MW volt eredetileg) Műszaki adatok részletesen:

www.tiszavizvizeromu.hu


Megújuló energia fajták áttekintése: Bioenergia termelése és hasznosítása Energiatermelés a mezőgazdaságban (biomassza alapú energiahordozók) Tüzeléses hasznosítású energia-hordozók

Bio hajtóanyagok

Biogáz

Célültetvények

Melléktermékek

Szántóföldi

Szántó földi

Erdei, faipari

Szőlészeti borászati

Erdei

Gyümölcs termesztési

Bioalkohol

Élelmiszer ipari

Biodízel


Biomassza – honnan származik? 

Hulladék - kizárólag energetikai célra (egyéb hasznosítás nélkül) (Erdei és egyéb hulladékok)



Energetikai hasznosítás mellett más célra is használhatjuk (Élelmezés, komposztálás, gyártás alapanyaga, stb.)



Termeljük - energetikai hasznosításra (Energia erdők, energia ültetvények)

FONTOS: a teljes folyamat energiamérlege


Magyarországi biomassza potenciál 







Dendromassza (erdei, fás) (Tűzifa, Energiaerdő, Vágástéri hulladék, Elsődleges faipari hulladék) Fitomassza (egyéb növényi fő- és melléktermék) (Gabonafélék és lágyszárú melléktermékek, termesztett lágyszárú, biohajtóanyag gyártás melléktermékei) Másodlagos biomasszák (Hígtrágya, állati hulladék és melléktermék, feldolgozási hulladékok) Harmadlagos biomasszák (Élelmiszeripari-, élelmezési hulladék, szennyvíziszap, kommunális biohulladék)

Összesen: 350 millió tonna biomassza készlet Mo-n



Biomassza (hő- és villamos energia)  Mezőgazdasági

melléktermékek, hulladékok  Erdőgazdálkodási és fafeldolgozási melléktermékek



Hamburger-Hungaria Kft. – Dunaújváros: A kapcsoltan hőt és villamos energiát előállító erőmű szilárd tüzelőanyagokat, többek között a papír-előállítás során keletkező termelési hulladékokat, valamint biomasszát és szenet használ fel 2015 év végétől. (45 milliárd forintos beruházás)



Előállított hő és 158 MW, villamos teljesítmény: 42 MW

http://www.hamburgerhungaria.com/download/presse/20140520_press_release_power_plant_hu.pdf



Biogáz (kapcsolt hő- és villamos energia) (Másodlagos és harmadlagos biomasszák)

Magyarország legnagyobb biogáz üzeme Szarvason:  4,2 MW villamos teljesítmény  4 darab gázmotor  Munkaerő szükséglet: 12 fő (24 óra)  Alapanyag: 135 000 tonna (trágya, vágóhídi hulladék, tejsavó és folyamatiszap, cukorcirok)  27 millió kWh elektromos, 17 millió kWh hőenergia  17 millió köbméter földgáz kiváltás  Végtermékkel műtrágya kiváltása 6000 hektáron



Bio hajtóanyagok (közlekedés)  Biodízel

(Napraforgóból és repcéből) 7%-ig a gázolajba keverhető  Bioetanol (Gabonafélékből, búzából, kukoricából) Felhasználható: fosszilis üzemanyag helyettesítésére (E85) vagy bekeverésére (max: 10%) Egyes források szerint a kukorica energiatartalmából égetéssel 60%, etanol gyártással 9,4% részt használunk fel (http://fizikaiszemle.hu/archivum/fsz1005/bajsz1005)


Megújuló energia tárolásra példa:

http://fizikaiszemle.hu/archivum/fsz1005/bajsz1005


Megújuló energiák értékelése, illeszthetősége más rendszerekhez:  Kapacitás  Igény  Rendelkezésre

állás  Tárolás (SZET - erőmű szivattyús energia tározós erőmű, biomassza, stb.)  Szabályozhatóság  Káros környezeti hatások  CO2 kibocsátás mentesség?  Életciklus elemzés

Németország villamos teljesítmény térképe (!)

Köszönöm: figyelmüket, kérdéseiket, véleményüket! Hunyadi Sándor Energiagazdálkodási szakmérnök, CEM [email protected] 54

MMK szakmai továbbképzés törzsanyag

A megújuló energiaforrásokról általában, a Föld energia fogyasztásának szerkezete, fosszilis és megújuló energiaforrások

Recommend Documents