A TISZTA SZÉN TECHNOLÓGIA ÉS AZ ENERGIATÁROLÁS EGYÜTTES LEHETŐSÉGE AZ ENERGETIKAI SZÉN-DIOXID KIBOCSÁTÁS CSÖKKENTÉSÉRE dr. habil. Raisz Iván
2014.09.27.
2014 09.25.
2014.09.27.
2014 09.25.
Vizsgáljuk meg, hogy e négy szereplőcsoportból összeállt rendszer működésében milyen nehézségek vannak (Dr. Szeredi István:* A Villamos EnergiaRendszer Szabályozása Terén Tapasztalható Trend. MVM Közleményei XLVIII. évfolyam _ 2011. 1. szám):
1. A rendszerszabályozási feladatokat jelenleg más funkcióra, állandó terhelésű „alapüzemre” épített 30-40 éves erőművek látják el, amelyek sem a koruk, sem az üzemi jellemzőik alapján nem jelentenek hosszú távú megoldást. A jelenlegi reguláció szerint nincs olyan piaci szereplő Magyarországon, akinek ellátási kötelezettsége és ilyen formán motivációja lenne szabályozó erőművek építésére. 2. A rendszerszabályozási feladatok ellátását jelenleg főként a részterheléssel üzemelő gáztüzelésű egységek vállalják. A folyamatosan részterhelésű üzem alacsonyabb hatásfokából eredő többlet tüzelőanyag-költségek és szabályozási kapacitás rendelkezésre állásának biztosításához szükséges kényszerüzem energiamennyiségének költsége a végfelhasználókat terheli. 2014.09.27.
2014 09.25.
3. A rendszer „merevsége” növekedett a bekövetkezett változások miatt is: a piacnyitás és a megújuló energiát használó, kötelező átvétel alá eső termelés részarányának növekedése. Hiszen a rendszer üzeméből ily módon fokozatosan kiszorultak a szabályozási képességekkel rendelkező gáztüzelésű termelő blokkok.
4. A magyar villamos energiarendszerből hagyományosan hiányzik a modern szabályozó kapacitás a megfelelő rugalmassággal és a szükséges terhelésváltási sebességekkel. A jelenlegi kapacitások terhelésváltási lehetőségei túlságosan alacsonyak, átlagban nem érik el az 5 MW/perc sebességet. Ennek eredményeképp a magyar villamos energiarendszer az utóbbi években nem tudta maradéktalanul teljesíteni az európai rendszeregyesülés (UCTE) követelményeit.
5. Az éjszakai terhelési minimumok is nehezen kezelhetők. Ennek következtében a rendszer minden nagyobb termelő blokkját – gazdaságilag indokolatlanul és a piaci szándékokkal ellentétesen – rendszeresen vissza kell terhelni. Példaként említhető, hogy a Paksi Atom erőmű 2009 első negyedében 44 alkalommal került visszaterhelésre.
6. Megkerülhetetlen előfeltételt jelent a rendszerrugalmasság megteremtése a megújuló energia hasznosítás sokak által remélt további növekedéséhez. 2014.09.27.
2014 09.25.
MEGOLDÁS A hatékony támogató rendszer biztosítja a rendszer rugalmasságát, ami a különböző időtartamú változások zavartalan áthidalását eredményezi. Az alkalmas eszközök többsége az energia tároláson alapul, és lényegében a rendelkezésre álló villamos energia felhasználását helyezi át más időpontokra. A tárolt energia mennyisége, illetve a tárolási képesség időtartama tág határok között változhat.
A közepes időtartamú tároló képesség néhány perctől néhány óráig terjed. Itt említhető a frekvenciaszabályozás a gyors mobilizálású tartalék teljesítmények biztosítása, illetve a megújuló forrást hasznosító termelők véletlenszerű termelésének korrigálása. Ugyancsak ide sorolható a terhelési csúcsok levágása.
Az energia tárolás minőségét az élettartam és a ciklushatásfok szempontja szerint vizsgálják. Eljárásunk főbb jellemzői alapján felveszi versenyt a szivattyús energia tárolással. A reverzibilis elektrokémiai akkumulátorok megengedhető terhelési ciklusainak száma mindössze töredéke a megengedettnek. 2014.09.27.
2014 09.25.
2014.09.27.
2014 09.25.
Mi az elvi alapja a szén-dioxid felhasználásával metanolon keresztüli energia tárolásnak? A völgy és mélyvölgy időszakban megtermelt,, valamint a megújuló forrásokban keletkezett, a rendszer által az adott igény mellett fel nem vehető, villamos energiával hidrogén gázt állítunk elő nyomás alatti alkalikus vízbontó készülékben. A megtermelt hidrogént tárolás és nyomás változás nélkül a rendelkezésre álló 30 bar nyomású szén-dioxiddal azonnal metanollá alakítjuk át. Az üvegházgáz hatás csökkentésére az erőművi füstgázokból kivont cseppfolyós szén-dioxid alapanyag és a megtermelt folyékony metanol egyaránt kockázat nélkül tárolható és szállítható. A megtermelt metanol a kívánt helyen és időben villamos energiává alakítható kogenerációs rendszerben a hő hasznosításával. Az elektrolízis során melléktermékként keletkezett oxigén szükséges alapanyag a tiszta szén technológiához. 2014.09.27.
2014 09.25.
Metanol termelő rendszer 2 perc felfutási idő
Transzformátor Egyenirányító 10.5 MWh
Input energia
Alkáli elektrolizáló vízbontó rendszer
Oxigén 30 bar, 1600 kg/h
Ionmentes víz
Retur
víz
Metanol víz szeparátor
Metanol tartály
2014.09.27.
Hidrogén 30 bar, 200 kg/h Metanol reaktor 30 bar, 210 °C
Gáz turbina
2014 09.25.
Szén-dioxid
Output energia
Oxigén tartály 30 bar nyomás
TISZTA SZÉN TECHNOLÓGIA Szén-dioxid TSA technológiai kinyerés, Teljes oxigén igény biztosítás, Nincs szén-dioxid kibocsátás.
2014.09.27.
2014 09.25.
2014.09.27.
2014 09.25.
MIT KEZDÜNK A NYERT METILALKOHOLLAL? Felhasználása során energetikai és vegyipari alkalmazások jöhetnek szóba. Europe (Valid July 1, 2014 - September 30, 2014) Methanex European Posted Contract Price: Euro 322/MT Égéshő 22 MJ/kg. Energetikai felhasználás lehet motorhajtó anyagként tisztán, vagy megújuló adalékként. Áramfejlesztésre robbanó motorban, vagy gázturbinában. Gázturbina: Mikro turbinák 25-500 kW tartományban, Makro turbinák 75 MW tartományig.
Mikrogrid rendszerekben alkalmazva szállítási vesztesége 1%/100 km. 2014.09.27.
2014 09.25.
GAZDASÁGOSSÁGI VIZSGÁLATOK KÖZLEKEDÉSI ALKALMAZÁSOKRA M. Specht, A. Baudi, M. Elser, F. Staiss vizsgálati eredményei: 100 km megtételére felhasznált energia és kibocsátott CO2 Üzemanyag
Fogyasztás, l/100km
Energia felhasználás, kWh/100 km
Szén-dioxid kibocsátás, kg/100 km
Benzin
8,2
73,1
21,7
M100
15,2
65,1
16,6
8 (10,9%)
5,1 (27%)
Megtakarítás 2014.09.27.
2014 09.25.
Szén-dioxid kibocsátás alakulása Szén: Kőolaj:
0,980 tonna/1 MWh
Rendszerünk felhasznál Szekunder fajlagos kibocsátás 2014.09.27.
1,037 tonna/1 MWh
146,7 kg//MWh felvett energia 282 kg/MWh termelt energia 2014 09.25.
Termikus energia termelési fajlagos szén-dioxid emisszió eltérő alapanyagokhoz (EU norma 2008). Tüzelőanyag Kőszén Barnaszén Tüzelőolaj Egyéb olajok Gáz 2014.09.27.
CO2 emissziós CO2 emissziós faktor, faktor, (kg/GJ) (kg/MWh) 94,6 340, 6 101, 0 363,6 77,4 278,6 74,1 266,8 56,1 202,0 2014 09.25.
Termikus energia termelési fajlagos nitrogén-oxid emisszió eltérő alapanyagokhoz (EU norma 2008). NOx emissziós NOx emissziós Tüzelőanyag faktor, faktor, (kg/GJ) (kg/MWh) Kőszén 292 1051 Barnaszén 183 659 Tüzelőolaj 195 702 Egyéb olajok 129 464 Gáz 93,3 336
2014.09.27.
2014 09.25.
ERŐMŰVEK ÉLETCIKLUS ALATT KIBOCSÁTOTT FAJLAGOS SZÉN-DIOXID MENNYISÉGE, VILLAMOS ENERGIÁRA.
SZÉN
FÖLDGÁZ
MAGHASADÁS
FÚZIÓ
SZÉL
S.W.White – W.H.Readcliffe-G.L.Kulcinski: Life Cycle Energy Cost of Wind and Gas-Turbine Power . 2014.09.27.
2014 09.25.
AZ EGÉSZSÉGRE ÉS A KÖRNYEZETRE GYAKOROLT HATÁS Alapanyag Kőolaj Fekete és barna szén Biomassza Földgáz Napelem Szél Metanol
Externália CO2 nélkül, cent/kWh
CO2 externália, cent/kWh
5 3 3 1 0,7 0,1 1
3 3 0 1 0 0 0,5
Németországban az EU 2003 évi közleménye szerint 2014.09.27.
2014 09.25.
2014.09.27.
2014 09.25.
MI A TEENDŐ? CÉL: a hazai nyersanyag felhasználás növelése és a karbon kibocsátás csökkentése, az energia termelés növelésével, beleértve a környezetet kevésbé terhelő motorhajtó anyagokkal. • 1 MWh szenes erőmüvi energia termelés 1,037 tonna szén-dioxidot bocsát ki, amit mi metanol gyártásra felhasználunk. Ebből 3,6 MWh energia tartalmú metanolt bocsátunk ki. Az összes így megtermelt energia (szén erőmű pluszt tárolt energia) fajlagos CO2 emissziója 225,4 kg/MWh. • Ez kevesebb mint a földgázzal működő erőművek. • Elmarad a Nitrogén-oxid kibocsátás. • A növekvő szél- és napenergia felhasználás az energetikából kiszoríthatja az import szénhidrogéneket. Növekvő ipari termelés növekvő energia felhasználással jár, de a szén-dioxid kibocsátást csökkenteni vállaltuk. Nyereséges ipari termelés olcsóbb energiát igényel. . 2014.09.27.
2014 Szerencs Tudománybarátok Köre
KÖSZÖNÖM SZÍVES FIGYELMŰKET.
2014.09.27.
2014 09.25.
