TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Környezet‐‐energetikai K+F Környezet energetikai K+F ‐ trendek, kihívások trendek, kihívások ‐‐ Beke János Beke János SZIE GÉK
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 1
Olduvai elmélet
TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 2
2
Olduvai elmélet TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Főbb kritikai megjegyzések: ¾ A jelenlegi fajlagos energiafogyasztás meghaladja az 1979‐es A j l l i f jl i f tá h l dj 1979 szintet és a növekedés trendszerű (Kína, India) ¾ A fosszilisok A fosszilisok kimerülésével évtizedek óta riogatnak kimerülésével évtizedek óta riogatnak ¾ A megújulók és a fenntarthatóság pótolhatja a fosszilisokat ¾ Új technológiákkal nem számol az elmélet
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 3
3
Olduvai elmélet TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Tüzelőanyag ffogyaszttás
A fosszilis energiahordozók várható időtartama
Szén
Gáz és olaj
0
500
1000
1500 Évek
2000
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 4
2500
3000
TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Energiahordozók várható trendje Estimated Energy Consumption
tETA
150
of People
Renewables
Nuclear
100
Renewables Renewables Natural gas
Nuclear 50
Oil
Crude oil
Coal
Natural gas 1900
2000
Coal
Heavy oil
2100
Year
Yantovska, 2004
Büki, 2006
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 5
5
TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
EU célkitűzések 20202020-ra 20 %-kal % kal csökkenteni az ÜHG kibocsátását
20 0% %-ra ra a növelni ö e a megújulók egúju ó részarányát és a á yát 20 %-kal csökkenteni a teljes primer energiafogyasztást,
javítva az energiahatékonyságot 10% bio-üzemanyag Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 6
6
TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
KÖRNYEZETI ENERGIAFORRÁSOK 9Biomassza 9Szél HAZAI 9Geotermikus 9Nap 9Hullám 9Vízierő ő Mo: 1 oC/18 m
1 oC/33 m 1 C/33 m
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 7
TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
NCST villamosenergia NCST villamosenergia‐‐termelés ( termelés (GWh GWh)) 2020 2018 2016 2014 2012 2010 0 Biomassza Szélenergia Geotermikus energia Napenergia
1000 2010 1 955 692 0 2
2000
2012 1 995 929 0 9
2014 2 525 1 303 29 20
3000 2016 1 750 1 404 57 33
2018 2 935 1 483 410 54
4000 2020 3 324 1 545 410 81
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 8
8
BIOMASSZA
TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
PRIMER (növényi) (fa fás-szárú (fa, fás szárú -, lágyszárú növények, növények termések, magok, gumók, stb.) SZEKUNDER (állati) (áll i) ((melléktermékek,, hulladékok,, stb.)) TERCIER (emberi) ( t (csatorna iszap, i ételhulladékok, ét lh ll dék k stb.) tb ) Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 9
BIOMASSZÁBÓL TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003 TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 ENERGIA és ENERGIAHORDOZÓ Hőtermelés 9Hőtermelés 9Villamos energia előállítás 9Energia Energia hordozó előállítás (olaj, alkohol, gáz, pellet) MÁSODLAGOS Á ENERGIAHORDOZÓK Ó FELHASZNÁLÁSA 9Olaj, alkohol, gáz Motorhajtóanyag 9Pellet,, apríték, p , gáz g Hőtermelés 9Apríték, gáz Villamos energia Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 10
TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Megújulók részaránya a villamos energia termelésben 2020-ra
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 11
11
TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
NCST a megújuló energia termelésre
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 12
TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
NCST a megújuló energia termelésre
2020 Össz. nettó Össz . nettó felhasználás: 823 PJ Ebből megújuló 120 57 PJ 120,57 PJ = 14,65% Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 13
13
Tüzelőanyagok TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003 jellemző átlagos fűtőértéke jellemző átlagos fűtőértéke 160 142,3
140
Caloric va alue (MJ/kg g)
120 100 80 60 42
46,5
42,5
40,2
40 27,6
27,5
20
14,5 3,35
13,5
15,2
39,8
39,8
40,5 25
15,7
5,45
G un po w de D r yn a B ro mit e w n co H ar al d co al O il N fu at ur el al M ga ai ze s st al k W oo d S B tra io w et ha no P l a S un lm flo oi l w S e oy r ab oil ea n oi R ap l e oi l B io ga M s et a H yd ne ro ge n
0
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 14
Mezőgazdasági biomassza TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003 potenciál iál Mennyiség 1000 t/év
Biomassza
Min.
Energiatartalom PJ/év
Max. Min.
Max.
I. Tüzelési célú biomassza Gabonaszalma
1.000
1.200
11,7
14,0
Kukoricaszár
2.000
2.500
24,0
30,0
Energiafű
500
600
6,0
7,0
S őlő venyige, Szőlő i gyümölcsfa ü öl f nyesedék dék
300
350
43 4,3
50 5,0
1.800
2.500
27,3
38,0
Energetikai faültetvény
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 15
Mezőgazdasági biomassza TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003 potenciál iál Mennyiség 1000 t/év
Biomassza
Min.
Energiatartalom PJ/év
Max.
Min.
Max.
II. Motorhajtóanyag előállítás Kukorica
1.200
2.000
14,4
24,0
Búza/Rozs
600
1.800
7,2
21,6
R Repce
220
460
33 3,3
70 7,0
50
200
0,8
3,2
Napraforgó
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 16
Mezőgazdasági biomassza TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003 potenciál iál
Mennyiség 1000 t/év
Biomassza
Min.
Max.
Energiatartalom PJ/év Min.
Max.
III. Biogáz előállítás Hí t á Hígtrágya, szerves hulladék h ll dék
6 000 6.000
10 000 10.000
54 5,4
90 9,0
Silókukorica, cirok
1.600
3.200
5,4
10,8
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 17
Mezőgazdasági biomassza TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003 potenciál iál Mennyiség y g 1000 t/év
Biomassza
Min.
Energiatartalom g PJ/év
Max. Min.
Max.
I. Tüzelési célú biomassza
5.600
7.150
77,3
94,0
II.. Motorhajtóanyag II M t h jtó előállítás lőállítá
2 070 2.070
4 460 4.460
25 7 25,7
55 8 55,8
III. Biogáz előállítás
7.600
13.200
10,8
19,8
15 270 15.270
24 810 24.810
113 8 113,8
169 6 169,6
9,7 %
15,0%
ÖSSZESEN
Az országos energiafelhasználás 1130 PJ %-ában
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 18
TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Fás szárú energiaültetvény betakarítása
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 19
TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 20
TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 21
TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
A préselés energiaigénye
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 22
Energetikai jellemzők TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003 Energetikai jellemzők TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 biomassza felhasználásnál biomassza felhasználásnál Bruttó biomassza Bruttó biomassza‐hozam hozam 100%, (pl. MJ) 100%, (pl. MJ) Biomasszával elérhető villamos‐erőműi hatásfok 33% Üzemanyag felhasználás 30%, (pl. MJ) Üzemanyag‐felhasználás 30%, (pl. MJ) Üzemanyaggal elérhető hatásfok 52,5% Nettó primerenergia‐‐hozam: Nettó primerenergia hozam: 100 – 30 = 70% Nettó végenergia‐‐hozam Nettó végenergia VILLANY
FŰTÉS
100x0,33 – 30x0,525 = 17% 100x0,7‐30x0,525 =54,25 % Forrás: Büki, 2007
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 23
Biogáz
TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Fajlagos biogáz kinyerés (l/kg)
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 24
Biogáz
TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
A biogáz-üzem energiamérlege
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 25
Szélenergia
TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Első közüzemi villamoshálózatra Első közüzemi villamoshálózatra kapcsolt szélerőmű P= 600 kW, Kulcs, 2002. SZIE ű SZIE műszeres mérések alapján é é k l já
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 26
26
TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Energiacélú szélmérés mérőtoronnyal 1- műszerdoboz, 2 1 2- adatrögzítő, 3- adattovábbító, 4- anemométer (kontroll), 5- anemométerek 30, 60 és 80 m-en, 6 szélirány 6éli á é érzékelő, ék lő 7 – energiaforrás (napelem, PV), 8- jelzőfény, 9- páratartalom, 10- légnyomás
S élté ké Széltérkép 10‐‐150 m magasan 10
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 27
27
Szélenergia TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
A f ej lő d é s
A múlt
A A szélenergia nagyobb arányú él i bb á ú felhasználása nélkül a 14,65 14,65 % EU % EU A jelen felhasználása nélkül a vállalásunk nem valószínű. vállalásunk nem valószínű. vállalásunk nem valószínű
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 28
Szélenergia TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 29
Geotermikus energia TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
‐ a Föld belső alkotói között hosszú bomlási idejű radioaktív izotópok bomlása, radioaktív izotópok bomlása, ‐ felső kéregben vulkáni jelenségek révén a kéregben maradó mélységi kőzetek ásványtartalmának radioaktív bomlása, ‐ a kőzetek kémiai átalakulásának hőfejlődéssel járó folyamatok h tá á k l tk ő kő t kb é ól í b tá lódó hatására keletkező, a kőzetekben és pólusvízben tárolódó termikus energia, amely folyamatosan a Föld felszíne felé áramlik. Tágabb értelemben a geotermikus energia a földi hőáram következtében a kéregben mindenütt jelenlévő, nem szoláris eredetű termikus energia. Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 30
Geotermikus energia TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
ORC
Alacsony hőfokú termálvíz hasznosítása Erőműi maradékhő hasznosítás (környezeti hőterhelés) Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 31
Geotermikus energia TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
1 a
3
b
G t Geotermikus energia hasznosítás ik i h ítá 5
m
2
Tér‐klimatizálás
h
sz
4
A hőcserélős rendszer elvi vázlata 1 – átjátszó torony, 2 – konténer, 3 – folyadék – levegő hőcserélő, 4 – folyadék – talaj hőcserélő, 5 – keringtető szivattyú, a) a konténer szélessége, b) konténer magassága, h) talaj kollektor magassága, sz) talaj kollektor szélessége, m) talaj kollektor legalsó pontja a talajban
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 32
32
Napenergia TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
10 kW-os fotovillamos erőmű (SZIE B kollégium)
Napkollektoros uszodafűtés (SZIE strand)
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 33
33
TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Hőerőművek CO2 kiváltásának lehetőségei
(Büki G.: Fosszilis erőművek. Budapest, 2005.)
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 34
34
Megjegyzések TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Biomassza Kiemelten kezelni, elsősorban hőenergia előállításra (tüzelés hő nyerés) (tüzelés, hő nyerés).
A biogáz kisebb kiaknázható potenciált jelent , de A biogáz kisebb kiaknázható potenciált jelent , de 9Környezeti, 9vidékfejlesztési szempontból kedvező és 9egyedi energetikai, 9sokoldalúan felhasználható.
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 35
Megjegyzések TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Geotermikus energia Geotermikus energia Alapvetően hőenergia felhasználás (mezőgazdaság, kommunális feladatok, (mezőgazdaság kommunális feladatok hőszivattyús rendszerek stb.)
Napenergia Hőtermelés (háztartások) Villamos energia (épületenergetika) (Fajlagosan magas beruházási költsége miatt (Fajlagosan magas beruházási költsége miatt elterjedési üteme lassúbb) Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 36
Megjegyzések TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
A megújuló energiák nagyobb arányú felhasználásához magas szintű jogi szabályozás kell (gazdasági koncepció). A kívánatos fejlődés feltétele a konkrét szabályozás (engedélyezés, elbírálás, támogatási formák), hosszú távon kiszámítható beruházási környezet és társadalmi konszenzus.
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 37
Megjegyzések TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
A kommunikációban, oktatásban tudatosítani k ll h kell, hogy a megújuló energiák felhasználása többcélú új ló iák f lh álá öbb élú (energiatermelés, környezetvédelem, fenntartható fejlődés, munkahelyteremtés, helyben tartás stb.) y , y )
Az energiatakarékosságnak és az energiarendszerek ésszerűsítésének nincs alternatívája. A fenntarthatóság érdekében csak egymást erősítő A fenntarthatóság érdekében csak eg mást erősítő törekvések fogadhatók el!
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 38
TÁMOP 4.2.1.B--11/2KMR 2011 4.2.1.B 2011--0003
TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Megújuló forrásokra alapozott energiatermelés ¾ Komplex alternatív energetikai kutató, szaktanácsadó, oktató és referenciaközpont létrehozása ¾ Környezeti energiára és szilárd biomasszára alapozott, célirányos energiatermelés és ‐felhasználás rendszerszemléletű modellezése ¾ Prioritások: kisközösségek, települések és régiók geológiai‐ és mezőgazdasági adottságai, logisztikai lehetőségeik g g g g g Modulok:
1. Környezeti energiák hasznosítása 2. Biomassza alapú energiatermelés
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 39
TÁMOP 4.2.1.B--11/2KMR 2011 4.2.1.B 2011--0003
TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
1. Környezeti energiák hasznosítása ¾ Környezeti termikus és mozgási energiák magas hatásfokú hasznosításának elméleti kidolgozása hasznosításának elméleti kidolgozása ¾ Akkreditált környezetenergetikai laboratórium létrehozása ¾ Hőszivattyús energetikai rendszerek elemeinek konstrukciós fejlesztése, a rendszer energetikai összehangolása és optimált üzemeltetési modell felépítése üzemeltetési modell felépítése ¾ Precíziós regionális széltérképek készítése, módszer kidolgozása lokális energiapotenciál időfüggő biztonságos előrejelzéséhez lokális energiapotenciál időfüggő biztonságos előrejelzéséhez
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 40
TÁMOP 4.2.1.B--11/2KMR 2011 4.2.1.B 2011--0003
TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
2. Biomassza alapú energiatermelés ¾ Biomassza égési folyamata elméletének továbbfejlesztése, az anyag‐ y g és energiatranszport folyamatok sajátosságainak feltárása g p y j g ¾ Komplex energiaellátó rendszer kidolgozásához szükséges szellemi és laboratóriumi infrastruktúra‐rendszer létrehozása ¾ Megújuló technológiák kutatása, a technológiák hatékonyságának javítása, a társadalmi beágyazódás segítése hatékonyságának javítása, a társadalmi beágyazódás segítése ¾ Modul rendszerű regionális biomassza‐termelés és energetikai hasznosítás komplex rendszerének kidolgozása hasznosítás komplex rendszerének kidolgozása, teljesítményoptimálás. Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 41
TÁMOP 4.2.1.B--11/2KMR 2011 4.2.1.B 2011--0003
TÁMOP 4 2 1 B 11/2/KMR 2011 0003 TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Tudományos műhelyek Mérnökinformatika és modellezés Vezető: Prof. Dr. Szabó István PhD
Biohajtóanyag és bio-anyagtudomány bio anyagtudomány Vezető: Prof. Dr. Jánosi László CSc
Alkalmazott anyag- és energiatranszport Vezető: Prof. Dr. Beke János DSc
Környezet-energetika Vezető: Prof.Dr. Prof Dr Beke János DSc
Környezetipar és folyamatirányítás Vezető Prof. Dr. Farkas István DSc
Műszaki Tudományi Doktori Iskola Vezető Prof. Dr. Farkas István DSc Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 42
SZIE GÉK TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Kutatóműhelyi háttér Megnevezés, helyszín Szakmúzeum épülete
Alapterület [m2]
Új szintterület létrehozása
4 455,00
Felújításra kerülő szintterület
3 263,00
Fejlesztés utáni bruttó szintterület Tanműhelyek
7 718,00
I. műhelyblokk/felújítás II. műhelyblokk/felújítás
1 231,92 1 469,80
Ö Összes t tanműhelyi űh l i felújítás f lújítá Összes felújított alapterület Új építés (bővítés)
2 701 701,72 72 5 964,72 4 455,00
Összes felújított, bővített terület
10 419,72
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 43
43
TÁMOP‐4.2.1.B‐11/2/KMR‐2011‐0003
Beke J.: Környezet‐energetikai K+F 44
44
