Budapesti Gazdasági Főiskola KÜLKERESKEDELMI FŐISKOLAI KAR NEMZETKÖZI KOMMUNIKÁCIÓ SZAK. Nappali tagozat. Európai üzleti tanulmányok szakirány

BGF KKFK Elektronikus Könyvtár Az elektronikus könyvtár teljes szövegű dokumentumokat tartalmaz biztosítva a szabad információhozzáférést. A szerzői és egyéb jogok a dokumentum szerzőjét/tulajdonosát illeti. Az elektronikus könyvtár dokumentumai szabadon felhasználhatók változtatások nélkül a forrásra való megfelelő hivatkozással, de csak saját célra nem kereskedelmi jellegű alkalmazásokhoz.

Budapesti Gazdasági Főiskola KÜLKERESKEDELMI FŐISKOLAI KAR NEMZETKÖZI KOMMUNIKÁCIÓ SZAK Nappali tagozat Európai üzleti tanulmányok szakirány

MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK EURÓPAI FELHASZNÁLÁSA, KÜLÖNÖS TEKINTETTEL A GEOTERMIKUS ENERGIA MAGYARORSZÁGI HELYZETÉRE

Készítette: Szemző Péter

Budapest, 2004.


TARTALOMJEGYZÉK

Bevezető

4

1. Az energia európai helyzete

5

1.1 Az ipari szektor: kedvező uniós trend, veszélyes bővítés

5

1.2 Háztartások, szállítmányozás, tercier szektor: az olaj foglyai

5

1.3 Energia-diverzifikáció: áramellátás és fűtés

7

1.4 Korlátozott energiakészletek

8

1.5 A leláncolt óriás – az Európai Unió energiaellátottsága

10

1.6 Megújuló energiák: a kihasználatlan lehetőség

12

2. A napenergia

16

2.1 A napkollektoros rendszerek és alkalmazásaik 2.1.1 Térfűtés 2.1.2

Terményszárítás

17 18 18

2.2

Napenergia befogása sóoldattal

19

2.3

Naperőművek

20

2.4

Fényelektromos rendszerek

20

3. A biomassza

21

3.1

Biomasszatüzelés

22

3.2

Bio-üzemanyagok

23

3.2.1

A biodízel

24

3.2.2

Bioalkohol

25

3.3

Biogáz

4. A vízenergia

26 29

Vízerőművek 5. A szélenergia

30 33

Szélerőgépek 6. A geotermikus energia

34 37

6.1

Visszatekintés

37

6.2

A geotermikus energia háttere

38

6.3

Geotermikus rendszerek

40


6.4

Geotermikus erőforrások osztályzása és definiálása

6.5

A geotermikus energia kitermelése

6.6

A geotermikus energia felhasználási lehetőségei

6.7

41 42 44

6.6.1

Villamosenergia-termelés

44

6.6.2

Közvetlen hőhasznosítás

45

A geotermikus energiatermelés környezeti hatásai

7. Geotermikus energia Magyarországon

48 50

7.1

Magyarország geotermális adottságai

50

7.2

Jogi szabályozás

52

7.3

Hasznosítási helyzet

54

7.4

A geotermikus energia ideális kihasználása hazai példán bemutatva 56

Konklúzió

59

Felhasznált irodalom

61

Függelék


Bevezető A múlt század jelenleg is meghatározó felismerése, hogy mindennapos tennivalóinkat a Föld egészének egységében kell mérlegelnünk. E globális felismerés egyértelműen rávilágított arra, hogy lehetőségeink mind a források, mind pedig a kibocsátás oldaláról korlátozottak. Ennek a felismerésnek nyomán a nyersanyag- ill. energiaválság és a környezetvédelem életünk mindennapos problémájává vált. E két kérdéskör tulajdonképpen alábbi globális problémának a két oldala: további fejlődésünk csak a forrásokkal való tudatos, kérlelhetetlen takarékoskodással és a környezetünk védelmének biztosításával jelenthet jövőt az emberiség számára a Földön. Ez a fenntartható fejlődés alapja, mely az eddigi tevékenységeink újraértékelését követeli meg legfőképpen a tudomány, a technika, de általánosságban az élet minden területén dolgozóktól. Az energetikában a fenntartható fejlődés az energiával való szigorú takarékosságot és a megújuló energiaforrások minél szélesebb körű felhasználását jelenti. Ez az ún. alternatív energetika, melynek lehetőséget kell teremteni, ha a meglévő energiakészletekkel ésszerűen kívánunk takarékoskodni, és a környezetünket fenyegető veszélyeket hatékonyan akarjuk elhárítani. A Föld meglévő nyersanyag- vagy energiakészleteinek egészen pontos mértékét ugyan nem ismerjük, de a felhasználás mind jelenlegi, mind pedig prognosztizált értékével jó közelítéssel megbecsülhetjük, hogy e készletek mennyi ideig lesznek elegendők az igények fedezésére. Azonban bármiféle becslés és statisztika nélkül is kijelenthetjük: a korlátozott készletekkel való takarékosság a jövő generációja iránti kötelességünk és mindent meg kell tenni a meglévő készletek további csökkentésének, vagy a csökkentés mértékének mérséklése érdekében. Erre elvileg két lehetőség kínálkozik. Az egyik lehetőség, hogy energiaigényünket csökkentjük, azaz az igényeket kevesebb energia felhasználásával elégítjük ki. Ez energiatakarékosság és az energiahatékonyság növelése. A meglévő energiakészletek védelmére a másik lehetőséget a megújuló energiaforrások minél szélesebb körű felhasználása jelenti.1 E dolgozat célja tehát elsősorban szemléltetés és bemutatás: napjaink európai energiahelyzetéből kiindulva először megkísérli felvázolni azt a veszélyekkel teli jövőt, mely a jelenlegi állapotok konzerválódása esetén várhat az eljövendő generációkra, majd az Európai Unió mint gazdasági tömb számára lehetőségként adott preventív stratégiák közül a megújuló energiaforrások kérdéskörét részletesebben is tárgyalja. Ezt követően rátér ezen energiaforrások aprólékos bemutatására, melynek során létjogosultságuk hangsúlyozása különösen fontos tényező. Végül a hazai felhasználás tükrében legnagyobb potenciálú geotermikus energia illusztrált elemzése azt a

1

Dr. Árpási Miklós: Megújuló energiák Bács-Kiskun megyében. Tanulmány. Vác, 2001. - 1. fejezet


gondolatot közvetíti, mely szerint a megújuló energiákban rejlő lehetőségek univerzálisak és Magyarország számára éppen olyan jelentősek és kiaknázhatók, mint az integrációs tömb számára. 1.

Az energia európai helyzete2

1.1 Az ipari szektor: kedvező uniós trend, veszélyes bővítés Az Európai Unió energiaszükséglete 1986 óta körülbelül 1-2 % -kal növekszik éves szinten. Igaz ugyan, hogy az ipari szektor igénye viszonylag állandónak mondható, de a szolgáltatásorientált gazdasággá való átállásnak köszönhetően az áru-és személyszállítás, a háztartások, valamint a tercier szektor áram-és fűtési igénye mára már teljes mértékben ellensúlyozta az iparban tapasztalható csökkenő tendenciát. A bővítés méginkább felerősíti majd e folyamatokat, hiszen a csatlakozó országok energiaszükséglete – noha energia-megtakarítás terén messze elmaradnak az uniós gyakorlattól – várhatóan az Unió országaiéhoz hasonlóan fog alakulni. Ez azt jelenti, hogy 2010-ig ezen országok energiaszükségletének hirtelen növekedésével kell számolni, már csak azért is, mert gazdaságuk ezen időszakban lényegesen dinamikusabban fog növekedni, mint a tagállamoké. Modernizációs célú befektetések tehát lehetővé tették az európai ipar számára energiaigényének csökkentését. Az erőfeszítések legtudatosabban az olajtól való függés mérséklésében jelentkeztek (az olaj a teljes ipari energiafogyasztásnak ma már csak 16%-ában van jelen) diverzifikációs törekvések formájában földgáz és elektromos energia irányába. Ennek eredményeképpen a szektor energiafogyasztása 1985 és 1998 között 23%-kal csökkent, amit nemcsak az elektromos és hőenergia kombinált előállítása, hanem a már említett szolgáltatás-orientált gazdasággá való átállás is elősegített.(1.sz. Grafikon) Ez a tendencia azonban nem látszik megvalósulni a csatlakozó országokban, hiszen ahogy a múltbéli recesszió egyre kevésbé érezteti hatását, folyamatában 2020ig ipari szektoruk energiafogyasztása várhatóan mintegy 2%-os éves növekedésnek néz elébe. 1.2 Háztartások, szállítmányozás, tercier szektor : az olaj foglyai Abszolút értékekkel mérve a háztartások és a tercier szektor kétségkívül a leginkább energiaigényes területet jelenti. Az anyagi jólét szisztematikus növekedése ezen szektorok energia-felhasználásának közepes mértékű (355-ről 384 millió toe 1985 és 1998 között) növekedését vonta maga után, s ez gyakorlatilag teljesen ellensúlyozta az iparban tapasztalható kedvező csökkenést. Az egy főre jutó fogyasztás növekedése, különösen ami az áramot illeti, igen látványos. A csatlakozó országokban ez a jelenség még nem érezteti hatását, hiszen a lényegesen kisebb energia-megtakarítás ellenére az 2

„Green Paper”: Towards a European strategy for the security of energy supply.2000. p. 14-23 , 41-45


egy főre jutó energiafogyasztás jó ideig még egyértelműen elmarad az Uniós nagyságrendtől, ami a gazdasági fejlettség megkésettségével és a megfelelő beruházások hiányával magyarázható. A háztartások szükségleteit 63%-ban olaj-és földgázfelhasználásból fedezik. Jelenleg a háztartások a legnagyobb földgázfogyasztók (a teljes felhasználás egyharmadát teszik ki, szükségletük 40%-át elégítik ki földgázzal), és 18%-kal részesednek a teljes olajfogyasztásból is, ami igényeiknek mintegy negyedét elégíti ki. Az áru-és személyszállítás területe az energia jövőjében egyetlen hatalmas kérdőjel: teljes egészében a kőolajtól függő piaca (energia-szükségletének 98%-át kőolajból fedezik, ami az összesített kőolajszükséglet 67%-át teszi ki) az elmúlt időszakban hihetetlen mértékű növekedést produkált. Számokban kifejezve 1985 és 1998 között 203 millió toe-ról 298 millió toe-ra nőtt a fogyasztás, a közforgalomban és a magánszemélyek által használt járművek száma 132 millióról 189 millióra nőtt, amit a légi közlekedés hasonló méretű bővülése kísért. A szektor energiaintenzitása (azaz a GDP-hez viszonyított energiafogyasztás) a kérdéses időszakban összességében mintegy 10%-kal nőtt, s az elkövetkező évtizedben előreláthatólag 2%-os éves bővüléssel kell számolni. Az Európai Unióban a közúti forgalom 16%-os, a légi forgalom 90%-os növekedése 2010-re várhatóan az utasszállítás 19%-os bővülését vonja maga után, ám az áruszállítás 38%-os növekedése is valószínű. Noha az autóipar általános törekvései a személygépjárművek szén-dioxid-kibocsátását csökkentő technológiák általános alkalmazására kétségkívül hozzájárulnak majd ahhoz, hogy a fenti folyamatok ne járjanak szükségszerűen együtt az üzemanyag-fogyasztás ugrásszerű megemelkedésével, mindez semmiképpen sem lesz elegendő a szektor energiaszükségletének stabilizálására vagy akár csak minimális csökkentésére. Az Unió bővítése méginkább felerősíti e negatív tendenciákat: a csatlakozás után az Európai Unió területe 1.86 millió km2-rel nő majd, azonban 170 millióval több személynek kell biztosítani a mobilitást. Tekintve az Unió és a csatlakozók közötti fejlettségi szintkülönbséget, mindez a felzárkózásig számos negatív hatással jár. Bizonyos nézetek szerint ugyanis a csatlakozó országok gazdasága az elkövetkező évtizedben éves szinten 5-6%-os növekedést is produkálhat, ami nagyjából kétszeres ütemű a tagállamokéhoz képest. Ebben az esetben a személy-és áruszállítás növekedési üteme szükségszerűen meghaladja majd a gazdaságét, s e növekedés terheit jelentős részben a közúti fuvarozás szektora kényszerül majd viselni. Az igények bővülése társítva az infrastruktúra és szolgáltatás területein mutatkozó szakadékkal kétségkívül felerősíti majd a ma is létező túlnépesedési problémákat (túlzsúfolt városok, túlterhelt utak, repterek), különösen a nemzetközi fuvarozás területén. A túltelítettség problémái nemcsak


súlyos gazdasági és környezeti terheket vonnak maguk után, hanem kedvezőtlen hatást gyakorolnak az életminőségre is. Ennek alapján különböző becslések a szállítmányozásból eredeztethető környezeti externáliák mértékét a GDP 2%-ában határozzák meg a következő évtizedre. 1.3 Energia-diverzifikáció: áramellátás és fűtés Az utóbbi években az elektromos energia iránti igény minden más energiafajtánál gyorsabb ütemben nőtt, és 2020-ig várhatóan a GDP-növekedéshez hasonló mértékű lesz. A csatlakozó országokban még intenzívebb, mintegy 3%-os éve szintű emelkedésre kell számítani a kérdéses időszakban. Így az Európai Unió összkapacitása várhatóan 2020-ban fogja elérni a jelenlegi 600 GWe-hoz képest a 800-900 Gwe-t. Ennek során megközelítőleg 300 GWe teljesítménynek megfelelő létesítményt a már meglévők lecserélésének/korszerűsítésének keretében helyeznek üzembe, de ezen kívül szükség lesz még 200-300 GWe többletkapacitásra ahhoz, hogy a megnövekedett

szükségletet

fedezni

lehessen.

Átütő

technológiai

újítás

hiányában

a

többletszükséglethez mért energiát nyilván a már meglévő energiaforrások fogják biztosítani. Az áram-előállítás jelenleg azon kevés területek egyike, amelyeket modern technológiák révén nem a fosszilis energiahordozóktól való teljes függés jellemez, hiszen míg előállításában a szilárd ásványi energiahordozók 27%-kal, a földgáz 16%-kal, a kőolaj pedig mindössze 8%-kal vesz részt, addig a nukleáris energia 35%-kal, a megújuló energiaforrások 15%-kal részesednek. Azonban itt újabb problémával szembesülünk: a jövőben meglehetősen valószínűtlennek tűnik a nukleáris energia további térhódítása, tekintve, hogy részesedése nagymértékben függ a környezeti problémákat leküzdeni kívánó politikai irányzatoktól, más energiaforrásokhoz mért versenyképességétől, a köz általi elfogadottságától és az atomhulladék-kezelés problematikájának megoldhatóságától. Az adott politikai helyzet alapján (pl. néhány tagállam döntése a szektor leépítéséről) valószínű, hogy a nukleáris energia részesedése 2020-ig a mostanihoz képest jelentősen nem változik meg. A szektor lehetséges térvesztése pillanatnyilag azt valószínűsíti, hogy bár a kőolaj és szén mint energiaforrás ez esetben nem jut majd jelentősebb szerephez, a jövő erőművei többségében földgáz-alapúak lesznek, figyelmen kívül hagyva ezzel egy potenciális megoldást: a megújuló energiaforrások intenzív felhasználását, ami – mint később látni fogjuk – nem elhanyagolandó alternatíva. A csatlakozó országok elektromosenergia-termelő kapacitását igen nehéz pontosan felmérni, azonban a tendenciák nincsenek összhangban az uniós folyamatokkal. A termelő erőművek cseréje/modernizációja mindenesetre gyors ütemben zajlik, hiszen többségük már elavult. Különösen sürgető feladat a többletkapacitásra képes termikus erőművek modernizálása. A szilárd fűtőanyag alapú erőművek egy része átalakítható gáztüzelésűvé, azonban a földgáz piaci árának


esetleges tartós emelkedése az ilyetén befektetéseket megakadályozná, s ebben az esetben a szilárd energiahordozók és a nukleáris energia továbbra is központi szerepet kapna. 1.4 Korlátozott energiakészletek A fentebb vázolt, sokszor kétségkívül hipotetikus jellegű problémakörökhöz járul egy újabb, tényekkel is igazolható negatív jelenség, történetesen, hogy a primer energiahordozók európai tartalékainak optimális kinyerésére irányuló erőfeszítések ellenére ezen tartalékok mára kimerülőben vannak, kitermelésük egyre nagyobb költséggel jár. Az olajtartalékok eloszlása a világban igen egyenlőtlen, s az Európai Unió történetesen igen kevés mennyiségekkel rendelkezik. A csatlakozó országokban még rosszabbak az arányok, így – változatlan fogyasztással számolva – csak az Uniónak mindössze nyolc évre elegendő készletei vannak. A jórészt Nagy-Britanniához tartozó északi-tengeri készleteknek köszönhetően az Európai Unió ma hozzávetőlegesen 160 millió toe-t állít elő, a világ össztermelésének alig 4,5%-át. Ma egy hordó nyersolaj európai kitermelésének költsége 7 és 11 USD között mozog, míg a Közel-Keleten mindössze 1-3 USD ez az összeg. Ami a földgáztartalékokat érinti, globális szinten még egyenlőtlenebb eloszlásról beszélhetünk, de az Európai Unió a világtartalékok mindössze 2%-ával (vagy jelenlegi fogyasztást alapul véve 20 évre elegendő készletekkel) ismét csak kiemelten kedvezőtlen helyzetben van. 1997-ben körülbelül 223.2 millió toe-t termeltek ki, ami a világ össztermelésének 12%-át jelenti. A tartalékok túlnyomó része Hollandiában (56%), valamint Nagy-Britanniában (24%) koncentrálódik. Természetesen ezen források kimerítésének mértéke nemcsak nagyságuktól függ, hanem erősen befolyásolja azt a kőolaj és földgáz világpiaci árának alakulása, valamint a technológia fejlődése – minél magasabb az olaj ára, annál több cég fektet be kutatásába és felszínre hozatalába. Ennek tükrében a jelenlegi szituációról elmondható, hogy ha a kőolaj és földgáz aktuális piaci ára (30 USD körül alakult 2000-ben) huzamosabb ideig szinten tartható, akkor a költségtényezőket figyelembe véve nagymennyiségű készletek kitermelésére nyílik lehetőség. Márpedig egy biztos: már a kitermelés mostani ütemével számolva is mintegy 25 éven belül kimerülnek az északi-tengeri és Barrens-vidéki földgáz-, illetve kőolajkészletek, s a belső tartalékok helyzetén az Unió bővítése érdemlegesen semmit sem változtat. Igaz ugyanakkor, hogy ezt a meglehetősen pesszimista előrejelzést némiképpen enyhíti majd a különböző modern kinyerési technológiák alkalmazása, mellyel lehetséges lesz a készletek 20-40%-ánál közel 60%-ot visszanyerni ismételt felhasználásra.


Abszolút értékekben számolva a világ szilárd ásványi energiahordozókból meglehetősen nagy tartalékokkal rendelkezi – az olajjal összehasonlítva például négy-ötszörös mennyiséggel, vagy máshogy megfogalmazva mintegy 200 évre elegendő készletekkel. A fosszilis energiahordozók európai tartalékának 80%-át adják a szilárd ásványi energiahordozók (értve ezalatt elsősorban a fekete-és barnaszenet, tőzeget, lignitet és antracitot), azonban meggondolandó az a tény hogy minőségük rendkívül eltérő és kitermelési költségük magas. Az Unió jelenleg 1.2 millió toe-t termel ki tőzegből, 50 millió toe-t lignitből és 60 millió toe-t szénből, s ezzel a világtermelés 5%-át vallhatja magáénak. S noha a bővítés után a széntermelés akár meg is kétszereződhet, sajnálatos tény, hogy míg a tőzeg és lignit kiaknázása jövedelmező, az európai szén minőségben messze elmarad az importált széntől. A kedvezőtlen geológiai körülmények és a társadalombiztosítás uniós rendszere továbbá ahhoz vezetett, hogy az Európai Unióban a szénkitermelés átlagos költsége a nemzetközi piaci árhoz képest háromszoros-négyszeres is lehet (150 USD/tce a világpiaci 40 USD/tce-hez képest). Ebből nyilvánvalóan az következik, hogy az Európai Unió nem képes versenyezni a világ fő szénexportőreivel: az Egyesült Államokkal, Ausztráliával, Dél-Afrikával vagy Kolumbiával. A kedvezőtlen helyzet a tagállamokat szinte választási kényszer elé állította: vagy beszüntetnek mindenfajta lényegi termelést (pl. Portugália, Belgium ill. várhatóan 2005-re Franciaország), vagy az ipari szektort a bányásztevékenységek fokozatos leépítésével egyenértékű átalakításnak vetik alá (Németország, Spanyolország), vagy pedig megkísérlik az importálás előnyeit hazai termelésből biztosítani jó minőségű készletek esetén(Nagy-Britannia). Várhatóan néhány év már csak, és az Európai Unió nem túl versenyképes szénipara a szükségleteknek csak egészen kis részét lesz képes fedezni, még ha a bővítés kedvező hatásait is tekintetbe vesszük. Hiába rendelkezik Lengyelország vagy Csehország jelentős tartalékokkal, nem lesznek képesek felzárkózni a nemzetközi versenyhez és ezért kénytelenek lesznek bányásztevékenységeiket az Unió politikájához igazodva csökkenteni. Az uránról mint legfőbb nukleáris energiahordozóról elmondható, hogy a világ 3.3 millió tonna tartalékkal rendelkezik, ami jelenlegi fogyasztást véve alapul 55 év szükségletét képes fedezni. Az Európai Unió ezen tartalékok alig 2%-át birtokolja (s így a hasadóanyagok közül az urániumszükségletét saját készletekből fedezni nem tudja), de a kitermelés Franciaországban és Portugáliában a közeli jövőben teljesen meg fog szűnni, mert a készletek kimerültek és kitermelésük a világpiaci árhoz képest (~20 USD/kilo) túl drágának bizonyul. Bizonyos speciális készletek ugyanakkor olyan új lehetőségeket helyeznek kilátásba, amelyek hosszú távú megoldásként uránium kitermelését teszik lehetővé, ami az áram kilowattórára lebontott költségét ráadásul nem is növelné, mert az össztermelés igen kis hányadát érintené csak. A hasadóanyag további előnye az elsődleges energiaforrásokkal szemben, hogy a használt komponensek


újrahasznosíthatók, csökkentve ezáltal az importszükségletet: a nukleáris hulladéktól (mindössze 4%) elválasztva mind az uránium, mind pedig a plutónium ismételten alkalmas elektromos áram termelésére, valamint a használaton kívül helyezett atomfegyverek anyaga is hasznosítható. Azonban jól tudjuk, hogy a hasadóanyagok élő szervezetre való hihetetlen veszélyessége miatt a nukleáris energia hasznosítását már a kezdetektől fogva a közvélemény bizonyos mértékű ellenszenve kísérte. Így például az 1979-es Three Miles Island-i baleset az Egyesült Államokban közvetlen oka volt a svédországi népszavazásnak nukleáris energiaügyben, majd később a különböző nyomásgyakorló csoportok és pártok megjelenése a tagállamok politikai színterén, valamint az atomenergia történelmében kétségkívül legsúlyosabb 1986-os csernobili katasztrófa egyértelmű változást hozott Európa nukleáris iparának alakulásában. Öt jelentős nukleáris erőkkel bíró tagállam meghirdette a felfüggesztést, Nagy-Britannia, Franciaország és Finnország ilyen ígéretet nem tett, de új reaktor létesítésére az ő esetükben sincs kilátás az elkövetkezendő években. Olaszország még 1987-ben egy népszavazás eredményeképpen lemondott a nukleáris energia alkalmazásáról, Németország pedig az utolsó reaktor bezárását 2021-re tervezi, ahogyan Belgium 2025-re. Mindezekből arra következtethetünk, hogy a fenti hipotézissel összhangban az atomenergia szinte bizonyosan nem lesz a jövő európai útja.

1.5

A leláncolt óriás – az Európai Unió energiaellátottsága

Ma az Európai Unió a világ energiapiacának fontos szereplője, s egyúttal a legnagyobb energiaimportőr annak ellenére, hogy az első olajválság után az energiafogyasztásban bekövetkező hirtelen növekedés dacára 1973 és 1999 között 60%-ról 50%-ra tudta csökkenteni külső energiaforrásoktól való függését. Ezt részben az igen hatékony, energia-megtakarítást célzó intézkedéseinek, részben a belső források teljesebb kiaknázásának, részben pedig diverzifikációs törekvéseinek köszönhette. Azonban a hosszú távra jósolt növekedés érezhető felgyorsulása az elkövetkezendő húsz vagy harminc évben az Európai Unió külső szereplőktől való függését könnyen ismét veszélyes mértékűvé növelheti: kőolaj esetében elérheti a 90%-ot, míg földgáz esetében a 70%-os, szén esetében pedig akár a 100%-os értéket is.(2. sz. Grafikon) A bővítési folyamatok csak felerősítik ezt a tendenciát – a csatlakozó országok földgázszükségletének 60%-a helyett 90%-ot, kőolajszükségletének 90%-a helyett 94%-ot elégítenek majd ki importból. Ráadásul 2020-ra a szektor uniós átalakításával járó drasztikus hatások miatt a jelenleg nettó szénexportőrök is szükségletük mintegy 12%-át kényszerülnek majd importból előállítani. Az ebből adódó függés az adott energiahordozó nemzetközi piacát jellemző szerkezeti felépítéstől, valamint az adott tagállamtól függően számos következménnyel jár:


- A tagállamok energiaellátásában jelentkező esetleges instabilitás hatása arányosan alakul az adott külső forrástól való függés mértékével. A hatás mindenképpen nagyobb lesz akkor, ha az ellátó nemzet maga sem viseli el a geopolitikai labilitást. - Az árak alakulása az egyes energiahordozók piacának eltérő struktúrájától függ, valamint attól, hogy az importált nyersanyag milyen mértékben vett részt a nemzetközi kereskedelemben. Így például az elfogyasztott olaj 57%-a, a földgáznak már csak 20%-a, és a szénnek csupán 15%-a lett nemzetközi úton értékesítve. Az Unió külső függésének legerőteljesebb kifejezője a kőolaj helyzete, ahol is a szükséglet 76%-át külső forrásokból fedezik. Ebben az esetben hosszú távon geológiai diverzifikáció, mint tapasztalhatjuk a például a földgázkészletek eloszlását vizsgálva, aligha valósulhat meg, hiszen a világ legkiterjedtebb olajtartalékai a Közel-Kelet országaiban (Szaúd-Arábia, Irán, Irak, Kuvait, Katar) összpontosulnak. Rövid távon az energiaellátás szignifikáns növelésének lehetősége sem merülhet fel, mert Szaúd-Arábia és részint Oroszország kivételével jelenleg egyik olajexportáló országnak sincs megfelelő kapacitása többlettermelésre. Az Európai Unió közepes mértékben függ a földgázimporttól is, ami szükségletének 40%-át elégíti ki. E függőség az elkövetkező 20-30 éven belüli 70%-ra való növekedését többféle módon is ellensúlyozhatja az Unió. Mindenekelőtt azokra a viszonylag könnyen elérhető, közeli országokra (Oroszország, Norvégia) kell gondolnunk, melyek rendelkeznek korlátozott mennyiségű tartalékokkal. Megjegyzendő, hogy bizonyos nehézségek ellenére az SZSZKSZ (Szovjet Szocialista Köztársaságok Szövetsége – USSR) ill. Oroszország eddig mindig következetesen az Európai Unióval kötött hosszú távú megállapodások értelmében járt el, kötelezettségeit teljesítette. Ezen kívül jelentős energiatartalékokat fedeztek fel olyan területeken is, melyek ugyan jóval messzebb találhatók az imént említetteknél, azonban a kitermelés és szállítás költségei még így is a megtérülés határán belül alakulnak: Nigéria, Kaszpi-régió. Az Unió jelenleg szénfelhasználásának több mint 50%-át importból fedezi. Noha a szükségletek abszolút értelemben folyamatosan csökkennek, a külső forrásoktól való relatív függés az elkövetkező néhány évben bizonyosan nőni fog, s becslések szerint 2020-ra meghaladhatja a 70%ot is. A legpesszimistább előrejelzések egyenesen 100%-os függést prognosztizálnak, tekintve hogy az Unió széntermelése már most is csak jelentős szubvenciók által tarthatja fenn magát. Ez az egyetlen terület ugyanakkor, ahol – tekintve a szén világpiaci karakterisztikáit, azaz az ellátottság kedvező földrajzi/geopolitikai eloszlását ill. az ár generálta feszültségek hiányát - a növekvő függés


vélhetően nem jár majd olyan nyugtalanító következményekkel, mint a többi energiahordozó esetében. Itt ténylegesen egy stabil gazdasági és természeti ellátottságról beszélhetünk. Az atomenergia fentebb már ismertetett kedvezőtlen helyzetétől eltekintve elmondható, hogy az Unió urániumszükségletének 95%-át kénytelen külső forrásokból beszerezni. A függés azonban nem okoz komoly problémát, mert az európai nukleáris ipar mechanizmusai a szektornak kiemelkedő nemzetközi súlyt adnak és hosszú távra biztosítják a külső források széles körének rendelkezésre állását. Ráadásul a szektor jelentős hasadóanyag-tartalékokkal rendelkezik jelenleg is, ami a működő erőművek néhány éven át való biztos működésének záloga.

1.6

Megújuló energiák: a kihasználatlan lehetőség

Mégoly borúlátó szemléletről legyen is szó, a fenti adatok egyértelműen megmutatták számunkra, hogy a klasszikus szén-kőolaj-földgáz állomásokat végigjáró Európai Unió energiahelyzete hosszú távon mindenképpen kétséges jövőjű. A legtöbb területet külső forrásoktól való függés jellemzi, ami az amúgy is átalakulóban lévő gazdasági tömbre fenyegető következményekkel lehet, s ehhez belátható időn belül a fosszilis energiahordozók intenzív alkalmazásából adódó negatív környezeti hatások is hozzájárulnak. Alternatív lehetőségek közül érdemben csak a nukleáris energia merült fel és vált többé-kevésbé általánossá, azonban - mint láthattuk- csillaga leáldozóban van. A jelenlegi gazdasági-politikai törekvések miatt a fosszilis energiahordozók primátusa továbbra is megmaradni látszik. Pedig volna egy lehetőség, amelyről eddig szándékosan nem esett szó, és amely tudatosan felépített stratégiával a megoldást jelentheti számos fenyegető problémára. Ez a lehetőség nem más, mint a megújuló energiákban rejlő potenciál kiaknázása. A megújuló energiaforrások az európai ellátottság stabilitásához igen jelentős mértékben képesek hozzájárulni. Kiaknázásukhoz azonban rendkívül mélyreható politikai és gazdasági erőfeszítésekre van szükség. Ezen erőfeszítések csak akkor lehetnek eredményesek, ha az energiafogyasztás racionalizálását és stabilizálását célzó tényleges politikai törekvések és igények állnak a háttérben. Középtávon a megújulók jelentik az Európai Unió számára az egyetlen olyan energiaforrást, amely a jelenlegi feltételek mellett elég teret biztosít az ellátottság növelését célzó stratégiák kiteljesítéséhez, így ezt a lehetőséget semmiképpen sem szabad figyelmen kívül hagyni. A megújuló energiaforrások Európa energiaellátásának mintegy 6%-át teszik ki, s ezen belül a vízenergia hasznosítása egymaga 2%. Az 1985 óta folyamatosan megújított célkitűzést, azaz a megújuló energiaforrások elektromos áramtermelésben való részesedésének megkétszerezését


mindeddig nem sikerült elérni. Ehhez ugyanis a tagállamoknak saját nemzeti célként kellene kezelni e célkitűzést, s az Unióéhoz igazítva teljesíteni, ami azonban nem minden tagországban valósult meg. Egyébiránt 1985 és 1998 között a megújulók energiatermelésben való részesedésének növekedése relatív értelemben jelentős volt (+30%), ám abszolút értelemben igen jelentéktelen volt(65-ről 85 millió toe). A megújulók részesedése az energiatermelésben tagállamoktól függően eltérően alakul: Portugália (15.7 %), Finnország(21.8 %), Ausztria (23.3 %) és Svédország (28.5 %) alkalmazza a megújulókat számottevő mértékben.(3. sz. Grafikon) A megújuló energiaforrások részesedése az összfogyasztásból erősen függ az aktuális trendtől, valamint az energia-megtakarítási igényektől. Általánosságban a megújulók szektorában bekövetkező előrelépések kedvező hatását a fogyasztás gyors ütemű növekedése egyszerűen kioltja. Így hiába növekszik a szektor részesedése elvileg éves szinten 3%-kal (csak a szélenergia esetében 10 év alatt 2000%-os bővülést tapasztalhatunk), a fogyasztás növekedésének sokkal gyorsabb üteme miatt összesítésben kénytelen tartósan megállapodni a 6%-os részesedés mellett. Ezért megállapítható, hogy az ellátottság növelését célzó erőfeszítések csak a szükségletek racionalizálása mellett hozhatnak számottevő eredményt. Az valószínűnek látszik, hogy az elkövetkezendő években a megújulók részesedése az energiafogyasztásból abszolút értelemben nőni fog, azonban az energiamérlegben képviselt arányait döntően a villamosenergia-hálózatra való rácsatlakoztatása, illetve a decentralizált termelésben való versenyképessége fogja meghatározni. Az Európai Bizottság a megújulók 6%-os részesedésének 2010-re megvalósítandó megduplázását, azaz 12%-ra történő növelését tűzte ki célul már 1997-ben, ami ösztönzőleg hat a kis-és középvállalkozások működésére, illetve a fejlődő országokba exportálható

technológiák

kifejlesztéséhez

járul

hozzá.

A

megújulók

részesedésének

megkétszerezésére irányuló törekvés elvileg része az energiaellátás és a fenntartható fejlődés biztosítását célzó globális stratégiának. Azonban ez nem egyszerű feladat: az Európai Unió a kitűzött cél eléréséhez 2010-ig mintegy 165 milliárd eurós kerettel kalkulál. Továbbá igen nagy erőfeszítésekre lenne szükség az áram szektorban is ahhoz, hogy a jelenlegi 12% helyett 24% elektromos energiát állítsanak elő megújuló energiaforrások igénybevételével. Legnehezebb helyzetben van a hidroelektromos szektor, ahol egyrészt a bővülés lehetősége is eléggé korlátozott, másrészt új telephelyek létesítése rendre a lakosság ellenállásával találkozik – itt csak a kis volumenű vízenergiában rejlik távlati lehetőség. Ebből következik, hogy másfajta megújuló energia(napenergia, szélenergia, biomassza) kell, hogy produkálja a szükséges növekedést.


A biomassza például kitűnően képes az energiaellátás stabilitását hosszú távon is növelni, lévén egy elterjedt és sokoldalú megoldás, amely éppúgy használható fűtési célokra, mint áramtermelésre. Magas előállítási költsége ellenére érdemes a belőle nyerhető bio-és más alternatív üzemanyagok (vö. 3.2) folyamatos piaci jelenlétét biztosítani. A bio-üzemanyagok a biodízel és különböző alkoholok kategóriájába sorolhatók, melyekre nézve számos előállítási mód kínálkozik – ennek során leginkább preferáltak azok a külön ráfordítást nem igénylő, magas terméshozamú növények, melyek a biodiverzitást nem befolyásolják. A biodízel minden különösebb probléma nélkül helyettesítheti a hagyományos dízelolajat, s az alkoholok is 15%-os elegyet alkotva a benzinnel kiválóan alkalmazhatók anélkül, hogy a gépjárműveket bármiféle technikai átalakításnak kellene alávetni. A környezeti hatást tekintve is igen vonzó lehetőség a bio-üzemanyagok alternatívája, hiszen a fosszilis energiahordozókhoz képest 40-80%-kal kevesebb üvegházgáz-kibocsátással jár használatuk, s ugyancsak kevesebb a szén-monoxid és hidroxid emisszió. A bio-üzemanyagok alkalmazása munkahelyeket teremt vidéki területeken és fellendíti a vidék iparát, azonban ügyelni kell arra, hogy ne alakuljon ki túlfokozott mezőgazdasági termelés. Ennek ellenére a bio-üzemanyagok részesedése az ásványi olajok üzemanyagként való felhasználásából az Európai Unióban igen csekély – 1998-ban alig 0.15%-ot tett ki. Általános használatuk legfőbb akadálya a fosszilis energiahordozókhoz képest mért jelentős árkülönbség, amely adózás előtti állapotot figyelembe véve a másfélszerestől egészen a négyszeresig terjedhet. Ennek tükrében, bár a Bizottság 1997-es Fehér Könyvében a bioenergia részesedését a teljes energiafogyasztásból 2010-re 7%-ban állapította meg, azt is hangsúlyozta, hogy a bio-üzemanyagok szerepének ilyen mértékű növekedése csak akkor valósulhat meg, ha az alábbi feltételek teljesülnek: - a bio-üzemanyagok és a piac más versenyképes termékei közti árrést olyan intézkedésekkel kell csökkenteni, melyek kezdetben fiskális jellegűek - az olajvállalatoknak önként és nem közösségi rendeletek hatására kellene hozzájárulni a kiterjedt disztribúciós tevékenységekhez - a szektorban intenzívebbé kell tenni a kutatást, különös tekintettel alternatív energiaforrások felhasználási lehetőségeire, például a hidrogén bio-üzemanyagként való lehetséges alkalmazására Azonban a megújuló energiaforrás típusától függetlenül kiaknázásukat először is strukturális akadályok nehezítik meg. A gazdasági és társadalmi rendszerek ugyanis ma egyértelműen a hagyományos energiahordozók (szén, olaj, földgáz) centralizált fejlesztésére épülnek, és elsősorban áramtermelésre rendezkedtek be. A legnagyobb akadály azonban az anyagi vonzat. Általános


aggály, hogy a legtöbb megújuló jelentős kezdeti befektetést igényel – azt azonban elfelejtik, hogy a ma leginkább jövedelmező energiaforrások pontosan ezzel a kezdeti nehézséggel néztek szembe annak idején. Ezt a problémát, valamint azt, hogy a profitabilitás eléréséig a megújulók esetében hosszú távú támogatásra lehet szükség, egyes tagállamok már megoldották a megújuló energia árainak rögzítésével vagy bizonyos teljesítmény elérését célzó tenderek meghirdetésével, tehát a lehetőségek szemmel láthatóan adottak. Végül adva van egy, a szubszidiaritás kérdéskörébe tartozó probléma: a nemzeti és regionális szabályozás még nem megfelelő ahhoz, hogy a területgazdálkodás során a megújuló energiaforrásokból áramot termelő erőművek egyértelmű prioritást élvezzenek. Érdekes paradoxon, hogy míg a nukleáris energia felfedezésének kezdeti időszakában a köz nem akadályozhatta meg az atomerőművek üzembe helyezését, addig ma megvétózhatja a megújuló energiaforrásokon alapuló erőművek létesítését. Ráadásul ma már lényegesen több az adminisztratív és környezeti akadály, mint a hagyományos energiaforrások kiaknázásának és fejlesztésének korai szakaszában, s ez járulékos befektetési költségekben mutatkozik meg. Szerencsére számos területen van kibontakozóban kedvező, előremutató tendencia is: míg korábban a megújulókat egyértelműen korlátozott teljesítőképességű, decentralizált típusú energiaként tartották számon, ma az offshore-vállalkozások, szélparkok egyre nagyobb számban való megjelenése a megújulókat segíti integrálni a centralizált termelésbe és a nagy volumenű fogyasztásba. Technológiai áttörés nélkül is erősödhet a megújuló energiaforrások piaci pozíciója – például az olajár emelkedése által vagy a negatív környezeti externáliák beillesztése révén a hagyományos energiaforrásokon alapuló termelés költségeibe. Azonban a megújuló energiaforrások Európai Uniós piaca nem fejlődhet kellőképpen a különböző közszolgálati szervek középtávú és önkéntesen vállalt célkitűzései nélkül. Ezen célkitűzések által meghatározott irányvonal a megújulók támogatását célzó drasztikus fiskális intézkedésektől az áramtermelők megújuló energiaforrásokból előállított energiára tett kötelezettségvállalásán át a kutatás és finanszírozó mechanizmusok intenzív támogatásáig döntések garmadát vonják maguk után, melyek nélkül azonban egy hosszú távon gyümölcsöző lehetőség továbbra is megmarad az elképzelések és elismert lehetőségek szintjén – kihasználatlanul. A következő fejezetekben részletesen is bemutatásra kerülnek a megújuló energiaforrások és azok felhasználási lehetőségei, jól tükrözve egyrészt az Európai Unió számára rendelkezésre álló potenciál volumenét, valamint – a hazai példa révén – kiderül az is, hogy a lehetőségek éppúgy rendelkezésre állnak a csatlakozó országok számára is (sőt hazánk esetében még kedvezőbbek is a feltételek), ugyanakkor kihasználásuk jelenleg éppoly kevéssé sikeres.


2. A napenergia A Földre évente 3,2-3,8 x 1024 J napenergia sugárzódik. A Nap azonban csak a világűrben "süt" állandóan, a Föld adott területére energiája az éjszakák miatt szakaszosan és az évszakok során is eltérő mennyiségben jut, a felhősödés mértékétől és időtartamától is befolyásolva. Nagyon sok és egyre szigorúbb mérést végeztek az úgynevezett napállandó meghatározására. A napállandó az a számérték, amely megadja, hogy átlagos Föld-Nap távolságban, a légkör felső határán, a sugárzás haladási irányára merőleges egységnyi felületre időegység alatt mennyi energia esik. Ma elfogadott átlagos értéke 1353 W/m2. A legtöbb besugárzást júliusban kapjuk, annak ellenére, hogy a nappalok már valamivel rövidebbek; a Nap delelési magassága kisebb, viszont a felhőzet mennyisége csekélyebb, mint nyár elején. A Napból a Földre érkező sugárzás közvetlenül hő és villamosenergia célra hasznosítható. Ha a nap sugárzása valamilyen anyag felületét éri, akkor a sugárzási energia egy része azon abszorbeálódik. Az abszorpció összetett folyamat, és az abszorber anyagoktól függően változó, hogy melyik hatás érvényesül (szóródás, foton abszorpció, elektron felgyorsulás, többszörös ütközés), de az eredmény vége, hogy a sugárzó energia hővé alakul. A Nap sugárzásából származó ilyetén energia közvetlen felhasználása már régóta ismert az emberiség számára. Elég csak az ókori eredményekre gondolnunk, nevezetesen az Arkhimédész által előállított gyújtótükörre, vagy a még ma is korszerű Szókratész-féle napház elvére, amely szerint az épület déli oldalát kell magasabbra építeni a téli napsugárzás hasznosítása végett. 3 Napjaink kis teljesítményű napenergia-hasznosító berendezéseinek többségét a mediterrán országok háztetőin látjuk, ami általában egy napkollektorból és a hozzá tartozó melegvizes tartályból áll, és használati meleg vizet biztosít a ház lakóinak. Ezekben az országokban számos napenergiával működő gyümölcsszárító és -aszaló berendezés üzemel. A napenergia hasznosításának két fő módozatát különböztethetjük meg: a közvetlen hasznosítást és a közvetett hasznosítást – minthogy azonban a hőenergia felhasználásának időbeni szükségessége általában eltér a maximális napsütéses időszaktól, az energia tárolásával megvalósított közvetett hasznosítás inkább jellemző. Ugyanakkor ezen energia tárolása többnyire csak költségesen oldható meg, ezért a napenergia

hasznosításánál elsősorban azok a felhasználási területek jöhetnek

számításba, ahol a tárolás elmaradhat, vagy ahol a hőtárolás egyébként is szükséges. Ennek megfelelően a napenergia a különböző technológiai (elsősorban mezőgazdasági) hőigények kielégítésénél, illetve a használati melegvízellátásban jelent már ma is reális alternatívát a 3

Dr. Patkó György-Stumphauser Tamás: A napenergia-hasznosítása. Energiahatékonysági program Egerben - 2. füzet Eger, 1999


hagyományos energiaforrásokkal szemben. Az elnyelt sugárzási energia továbbá aktív vagy passzív (a napsugárzás kihasználása pusztán az épület tájolásával, épületszerkezeti elemeinek összeválogatásával külön aktív átalakító berendezés beépítése nélkül ) módon, mindig elektromos vagy hőenergia formájában aknázható ki. Az utóbbi, fototermikus megoldás azt jelenti, hogy egy alkalmas eszközön (pl. napkollektoron) folyadékot vagy levegőt áramoltatnak keresztül úgy, hogy eközben minimálisra csökentik az áramló közeg által felfogott energiának visszasugárzás vagy hővezetés általi eltávozását a készülékből. A felmelegített közeget leggyakrabban meleg víz előállítására használják fel, de természetesen egyéb megoldások is előfordulnak a gyakorlatban. A másik lehetőség, azaz a napenergia hasznosítása elektromos energiatermelésre (fotovillamos megoldás) alapvetően két eljárással valósítható meg: a napenergiát első lépésben hőenergiává (gőzzé) alakítják, majd generátorral villamos energiává, vagy a napenergiát fotovillamos átalakítóval közvetlenül villamos-energiává. Mindkét megoldásnak van létjogosultsága, de napjainkban a fotovillamos alkalmazás inkább használatos. A fotovillamos alkalmazás alapja a napelem, melynek költsége meghatározója az elterjedésnek. 4 2.1. A napkollektoros rendszerek és alkalmazásaik5 A napkollektorok formája többféle lehet, elvük azonban ugyanaz: felül fény-és hőáteresztő (üveg v. fólia), középen vagy alul fény-és hőelnyelő (fém vagy sötétszínű anyag) réteget tartalmazó zárt lapban ill. csőben egy abszorber az elnyelt energiát áramoltatott levegőnek vagy víznek adja át. A napsugárzás erősségétől és a levegő hőmérsékletétől függően a kollektorok az áramló víz ill. levegő hőmérsékletét 50-150°C-ra tudják emelni és nyáron 70%-os, télen azonban csak 10% körüli hatásfokkal működnek. Éves teljesítményük elérheti az 500 kWh/m2-t. A légáramoltatásos napkollektorok több energiát szolgáltatnak, mint a vizesek, de utóbbiak jobb hatásfokúak. A napkollektoros fűtési és vízmelegítési rendszerekkel a hagyományos energiaigénynek legfeljebb 60%-át lehet kielégíteni, ezért fontos, hogy a napenergiával működők mellett hagyományos energiatermelő berendezések is rendelkezésre álljanak. A cső- vagy hólyagalakú fóliakollektorok vízszintes helyzetük miatt reggeltől késő délutánig is meleget termelnek és olcsóbbak, mint a szögben elhelyezett, üvegszálas lapkollektorok. Télen azonban szétfagyhatnak, nyáron a nagy melegben meglágyulhatnak és az erős napon viszonylag hamar tönkremehetnek. A nyári melegben nagy a ventillációs érzékenységük is: ha túl erős az elszívás, összelapulhat a cső, ha túl gyenge, túlhevülhet és meglágyulhat. Mivel a napkollektoros rendszerek egész éven át történő üzemeltetésére kell törekedni, érdemes a hosszabb élettartamú 4 5

Dr. Árpási Miklós: Megújuló energiák Bács-Kiskun megyében. Tanulmány. Vác, 2001. - 2. fejezet Dr. Sági Ferenc: Energiahasznosítás a mezőgazdaságban. Tanulmány. OMGK


lapkollektorokat választani. Ezeknek előnye az is, hogy épületekre is felszerelhetők, tehát külön helyet nem foglalnak el. 2.1.1. Térfűtés A napkollektoros rendszereket leginkább lakóházak melegvízellátásának részleges biztosítására, télen pedig fűtésére is használják. A kollektoros térfűtési rendszerek működhetnek ventillátoros ill. szivattyús áramoltatással (hőszállító közeg: levegő ill. víz), vagy pedig az energiatakarékosabb termoszifon-elv alapján (hőszállító közeg: víz). Ennél a kollektorok a víztartálynál alacsonyabban vannak elhelyezve és a bennük felmelegedett víz fölfelé áramlik, helyére hidegebb (nagyobb fajsúlyú) víz jut a tartályból. Ez a kicserélődés mindaddig folyik, amíg a tartályban és a kollektorokban levő víz hőmérséklete ki nem egyenlítődik. Vízkivétel után a folyamat újra kezdődik. A

napenergiát

lakóház-növényház

együttesekben

is

be

lehet

fogni

hő-

és/

vagy

melegvízszolgáltatásra úgy, hogy a növényház tölti be a kollektor szerepét: fölös melegét szívják be szükség szerint a lakóházba vagy hőkicserélőn keresztül a központi víztartályba. A növényházak természetesn nemcsak kollektorként vagy hőtárolóként funkcionálhatnak, hanem maguk is fűthetők napenergiával. A kívül elhelyezett kollektorokból nappal a növényház alatti hőtároló lyukacsos vagy nagy felületű anyaggal megtöltött folyosójába jut a meleg, amit éjjel szükség szerint a fűtővíz a hőtárolóból a növényházban lévő hőkicserélőn keresztül ad le. A növényházak hőviszonyai a tetőtérben állandó folyadékáramoltatással is javíthatók. Az ilyen növényházak kettős tetőrétege között áramló folyadék hűtő-szigetelő ill. hőtároló szerepet egyaránt betölt, így a hőmérsékletet kiegyenlíti. A folyadék hűtőhatása (hőfelvétele) nagyobb, mint a vízé és a növényházban kedvező spektrális összetételű fényt biztosít. A növények így fotoszintetikusan aktív, hőenergia-szegény fényt kapnak, ezért vízhasznosításuk és szárazanyagprodukciójuk javul. 2.1.2. Terményszárítás A különböző termények hatékony szárításához nincs szükség nagyon meleg levegőre, mert a léghőmérséklet egyetlen fokkal való emelése a relatív páratartalom 7%-os csökkenését eredményezi. Néhány fokos felmelegítés tehát - amit napkollektorokkal könnyen el lehet érni - a levegő vízfelvevő képességét erősen megnöveli. Napenergiás szárítással a termények szárítására felhasznált fosszilis energiának legalább a fele megtakarítható és napenergia segítségével nemcsak szemestermények, hanem szálastakarmány, dohány és fa is szárítható. A napenergiás szárítás azonban a viszonylag kis hőmérsékletemelés mellett élénk légáramoltatást igényel. Ezért a szárítóba juttatott levegő felmelegítéséhez a teljes kollektorfelületet ki kell


használni: 1 m3 szárítandó térfogatra 4 m2 kollektorfelületet kell venni. Ilyen teljesítményu berendezéssel 4 kWh/m2/nap sugárzási energia mellett 350 kg gabona 18%-os nedvességtartalmát 14%-osra lehet csökkenteni. Egy hektár 5 tonnányi búzatermése 16 nap alatt szárítható meg. Ez az idő természetesen hosszabb, ha a szemtermés víztartalma 18%-nál nagyobb. Hőtároló beiktatásával a szárítás folyamatosabbá tehető, így a szárítási teljesítmény közel kétszeresére nőhet. Erős napsütésben a déli órák alatt a szárító levegő hőmérséklete elérheti az 50-60°C-t is, ezért ilyenkor a már száraz tételek túlhevülésére ügyelni kell. A napenergiás terményszárítás azért is előnyös, mert a betakarítás általában a nyári időszakra esik, amikor a napsugárzás teljesítménye 5-6 kWh/m2/nap. A kukorica betakarításakor a napsugárzás már csak 1-2 kWh/m2/nap teljesítményű, ezért amíg a 25%os nedvességtartalmú kukorica 10% nedvességet veszít a szárítóban, 5-6 hét is eltelhet. A napenergiás szárítás legegyszerűbben olyan fémsilókban végezhető, amelyeknek fémtetejére egy másik, feketére festett tetőt szerelnek. A két fémtető között a napsütés által felmelegített levegőt ventillátorral nyomatják a silóba. A napkollektoros rendszerek ennél természetesen jobb hatásfokúak. Ezek elhelyezhetők a szárítók mellett és csoőezetékkel csatlakoztathatók. Egy kollektor-egység két szárítót is kiszolgálhat.

2.2. Napenergia befogása sóoldattal6 Az Ohio Agricultural Research and Development Center (Ohio Mezogazdasági Kutatási és Fejlesztési Központ, USA) átal javasolt megoldásban a növényházak napenergiás fűtésére és a napenergia egyidejű tárolására szigetelt medencébe töltött sóoldatot alkalmaznak. A medencét csökkenő töménységű sóoldatok egymásra rétegezésével töltik fel: a legalsó rétegben a sókoncentráció kb. 20%, a felszíniben közel 0%. A koncentrációzónák töménységét úgy választják meg, hogy közöttük keveredés, folyadékáramlás ne alakulhasson ki. A medencét a szennyeződés megakadályozása céljából fóliaházzal kell védeni. A napsütés hatására a sóoldat felmelegszik, éspedig annál jobban, minél jobban koncentrált, tehát a legalsó, legtöményebb zóna lesz a legmelegebb (pl. 45°C). Ezt a meleget hőkicserélon át lehet növényházfutésre hasznosítani, de gőzével nyomás alatt motort is meg lehet hajtatni, ami elektromosságot termel. Ilyen napmedencés"naptavas" rendszereket ott érdemes létesíteni, ahol az éves sugárzás mennyisége nagy és ahol olcsón áll só rendelkezésre. Naptavak működnek az USA-ban és Izraelben. Párolgás miatti vízveszteségüket időnként pótolni kell, hasonlóan a sóveszteséghez. A sót bepárló tavakból lehet visszanyerni. Egy 4000 + 1200 ha-os naptórendszer évente kb. 1 milliárd kWh energiát képes előállítani, ami kb. 100 000 lakos ellátásához elegendő. A naptavak energiahányadosa 5:1, 6

Dr. Sági Ferenc: Energiahasznosítás a mezőgazdaságban. Tanulmány. OMGK


élettartamuk kb. 30 év és egy 100 ha-os naptó kb. 14 US centért termel 1 kWh energiát. A naptavakat gondosan kell szigetelni, hogy só, freon és az algásodás ellen védő vegyszer ne jusson a környezetbe és hogy kívülről se szennyeződhessenek.

2.3 Naperőművek7 A nagyenergiájú naperőművek parabolatükrökből álló rendszerek, amelyek számítógépes vezérléssel a Nap mozgását követik és a fényenergiát a gyűjtőlencse elve szerint központi torony tartályát megtöltő víz forralására koncentrálják. A keletkezett gőz turbogenerátort hajt meg, ami elektromos áramot termel. Másik változatban a koncentrált sugárnyaláb sóoldatot hevít fel, amely nyomás alatt cirkuláltatva ad le hőenergiát a generátornak. Ezek a rendszerek napi 4-6 órán át muködhetnek; toronymagasságuk 60-450 m között változik. A tükrök száma 100-2000. A tükröző felületek nagysága 1000 m2-1,6 km2, teljesítményük 60 kW-tól 500 MW-ig terjed. Energiahányadosuk erősen pozitív (10:1), de hátrányuk a nagy területigény (1 milliárd kWh/év produkciójához kb. 1100 ha), a magas beruházási költség és a veszélyesség (az irányítás meghibásodása tüzet, az erős sugárnyaláb szemkárosodást, a légi és a földi közlekedésben balesetet okozhat).

A

naperőmuvek

bekövetkezhetnek.

környezetében

Naperőmuvek

tesztelése

mikroklimatikus folyik

az

és

ökológiai

USA-ban,

változások

Francia-,

Olasz-

is és

Spanyolországban, valamint Japánban.

2.4 Fényelektromos rendszerek8 A fényelektromos rendszerek alapegysége a fényelem, a napcella. A napelemek, vagy más néven fotovillamos elemek a fotovillamos jelenséget hasznosítják. A Nap elektromágneses sugárzása a napelem alapanyagát képező félvezetőben szabad töltéshordozókat hoz létre, amelyek hatására a napelem fémelektródáin feszültségkülönbség keletkezik. Ha a fémelektródákat külső áramkörön keresztül összekapcsoljuk, akkor a napelem megvilágításának hatására a külső áramkörben azzal arányos mértékű egyenáram folyik. Az áram nagyságát a keletkezett szabad töltéshordozók száma határozza meg, a feszültség pedig az alapanyag jellegétől függ. A fényelemek az űrtechnikában régóta használatosak, földi célokra azonban lassabban terjednek, mert még mindig nem elég olcsók: gyártásukhoz nagy tisztaságú szilícium és földfémek kellenek, továbbá vékony kettős (pozitív és negatív) rétegeket kell speciális eljárással előállítani. Korszerű fényelemekkel 0,4 V feszültség és 30 mA/cm2 áramerősség érhető el, de a teljesítmény növelése és 7 8

Dr. Sági Ferenc: Energiahasznosítás a mezőgazdaságban. Tanulmány. OMGK Dr. Patkó György-Stumphauser Tamás: A napenergia-hasznosítása. Energiahatékonysági program Egerben - 2. füzet Eger, 1999


a fajlagos költség csökkentése érdekében több fényelemet kapcsolnak egymáshoz, esetleg még koncentrátoros erősítést is alkalmazva. Így a diffúz napfény is kihasználható, de erős napfényben gondoskodni kell a fényelemek hűtésérol. A felmelegedett fűtőközeg szárításra, vízmelegítésre stb. hasznosítható, miáltal a fotocellás energiatelep energiamérlege javítható. Ugyanilyen célzattal ajánlják a napkollektoros és a fényelemes rendszerek integrálását is. A fotocellás áramfejlesztők telefon és rövidhullámú összeköttetések, villanypásztorok áramigényének biztosítására kiválóan megfelelnek, de azokon a területeken, ahol a gazdaságok nagyobb elektromos energiaigénye egybeesik az öntözés csúcsigényével, ott a fényelemes vagy a kollektoros öntözőrendszereknek szintén van indokoltsága. Mindazonáltal a napelem inkább közvetett alkalmazásra ösztönöz: lakóházak, tanyák áramellátására, közszükségleti cikkek (pl. számológépek, órák, játékok, rádiók, televíziók, akkumulátortöltők) áramforrásának biztosítására, helyi telefonközpontok áramellátására vagy villamos hálózattal kapcsolatban lévő energiatermelő rendszerek kialakítására.

3. A biomassza9 “Biomassza: biológiai eredetű szervesanyag-tömeg, egy biocönózisban vagy biomban, a szárazföldön és vízben található élő és nemrég elhalt szervezetek (növények, állatok, mikroorganizmusok) testtömege; biotechnológiai iparok termékei; és a különböző transzformálók (ember, állatok, feldolgozó iparok stb.) összes biológiai eredetű terméke, hulladéka, mellékterméke. Az ember testtömegét nem szokás a biomassza fogalmába vonni. A biomassza elsődleges forrása a növények asszimilációs tevékenysége. A növényi biomassza a fitomassza, az állati biomassza a zoomassza. A termelési-felhasználási láncban elfoglalt helyük alapján a biomassza lehet elsődleges, másodlagos és harmadlagos. Az elsődleges biomassza a természetes vegetáció, szántóföldi növények, erdő, rét, legelő, kertészeti növények, vízben élő növények. A másodlagos biomassza az állatvilág,

gazdasági

haszonállatok

összessége,

továbbá

az

állattenyésztés

főtermékei,

melléktermékei, hulladékai. A harmadlagos biomassza a biológiai eredetű anyagokat felhasználó iparok termékei, melléktermékei, hulladékai, emberi települések szerves eredetű szerves hulladékai. A biomassza hasznosításának fő iránya az élelmiszertermelés, a takarmányozás, az energetikai hasznosítás és az agráripari termékek alapanyaggyártása. Az energetikai hasznosítás közül jelentős hasznosítási mód az eltüzelés, brikettálás, pirolizálás, gázosítás, és biogáz-előállítás. Az aerob biológiai szennyvíztisztításnál a mikroorganizmusok rohamos elszaporodása megy végbe a rendelkezésre álló tápanyag, a víz oxigén tartalma és a hőmérséklet függvényében. A biomasszát az 9

Dr. Sági Ferenc: Energiahasznosítás a mezőgazdaságban. Tanulmány. OMGK Monoki Ákos: Biomassza energia. Tanulmány Bai Attila: A biomassza mint energiaforrás. Tanulmány


elpusztult mikroszervezetek testtömege képezi, amit ülepítéssel vagy flotálással lehet eltávolítani (eleven-iszap). A biomassza-képződés oxigénmentes közegben anaerob mikroorganizmusok (anaerob szervezetek) révén is végbe mehet, de lényegesen kisebb sebességgel. A biomassza képződés másik formája a főleg élővizekeben, (hűtővizekben) lejátszódó algavirágzás.” (Környezetvédelmi Lexikon) A biomassza tehát, mint növényi és állati szervezetek által termelt szervesanyag a napenergia átalakított, újratermelődő formája. Az ember különböző változatokban és célokra régóta alkalmazza, de jelentősége a fosszilis energiahordozókkal való kényszerű takarékoskodás időszakába lépés óta nőtt meg. Az érdeklődés és a kapcsolatos energiacélú hasznosítási eljárások kifejlesztése napjainkra több olyan technológiát érlelt meg, amelyeket néhány évtizeddel ezelőtt még a kőolaj és a földgáz energetikai felhasználásával szemben többnyire csupán az érdekes lehetőségek csoportjába soroltak. A biomassza energiaforrásként hasznosítható: - közvetlen elégetéssel hőenergia termelésére, - levegő jelenlétében erjesztve motorhajtásra alkalmas alkoholok (bioetanol, biometanol) előállítására, - levegő kizárásával erjesztve hő- és áram termelésére lehetőséget nyújtó biogáz gyártására.

3.1 Biomasszatüzelés A biomasszában kötött energiát elégetéssel ősidők óta szabadítja fel az ember és használja melegítésre, ételkészítésre és egyéb célokra (fa- és faszéntüzelés). Ez a legegyszerűbb, de viszonylag kis hatásfokú energianyerési forma. Közvetlen tüzelésre csak a száraz vagy kis nedvességtartalmú biomassza használható: tüzifa, szalma, kukoricaszár és -csutka, napraforgószár, fahulladék, fűrészpor, állati trágya stb. Ezeknek fűtőértéke légszáraz állapotban aránylag szűk határok, tonnánként 8,4-21 KJ között mozog. A 80-as évek elején több szalma- és vegyes növényi hulladék tüzelésére alkalmas kazánféleség volt kapható a kereskedelemben, de egyidejűleg sok vita is folyt ezek hasznosságáról. A kazánokat jórészt egész szalmabálák elégetésére tervezték, azonban az ilyen kazánok egyrészt rossz hatásfokkal működtek, sok káros égésterméket bocsátottak ki, másrészt nehézkes volt táplálásuk és tisztításuk is. Emiatt a szalmatüzelés egy időre feledésbe merült. A tarlóégetés betiltása azután újra felélesztette ezt az irányzatot és alkalmasabb tüzeléstechnikai megoldásokat is kitermelt, mint például a szalmabálák megfelelő feldarabolása, az automatikus adagolás és az optimális égetés (levegőigény és hőszükséglet szerint). Ilyen korszerű berendezésekkel már lehetőség nyílt a kommunális fűtés megvalósítására is. Németországban a


Hassberge-i járás 270 lakosú Altershausen falujában 1994-ben kezdte meg muködését a biomassza fűtőmű, amit ma is szalmával, ocsúval és vegyes mezőgazdasági hulladékokkal üzemeltetnek. A fa-és szalmatüzelésű erőművek nemcsak fosszilis energiahordozókat takarítanak meg, hanem a légkörbe is kevesebb szén-dioxidot juttatnak, tehát elvileg kevésbé környezetszennyezőek, mint a szén- vagy az olajtüzelés, viszont 100-nál több káros hatású anyagot emittálnak, amelyek mérgezők, betegséget okozhatnak, ezenkívül szén-monoxidot, nitrogénoxidokat, kéndioxidot és aldehideket is kibocsátanak. Ezeknek jelentős része ugyan szurokkal megköthető, azonban a biomasszaerőműveknek így is hátránya magas bekerülési költségük, ami a nagyobb tárolótér, a nyersanyagelőkészítés, az automatikus táplálás, a mechanikus hamueltávolítás és a füstgáztisztítás számlájára írható. Emellett a biomassza-erőműveknél a karbantartási és a javítási, valamint az áramköltségek is nagyobbak és kiszolgálásuk is nagyobb személyzetet igényel. A nyersanyagok víztartalmán vagy vízszívó képességén túl a biomasszatüzelésű erőművek működtetésének költségeit növeli a biomassza viszonylag nagy térfogata. A mező- és erdőgazdasági maradványok sokkal nagyobb tömegben/térfogatban tartalmazzák az egységnyi energiát, mint a kőszén vagy a kőolaj. Ezért nemcsak a begyűjtés, hanem a szállításra és tárolásra alkalmas formába hozás (bálázás, brikettezés, préselés) is további költségtényező (speciális gépek és azok muködtetése). Ehhez jönnek még a szállítási költségek. Ez okozza, hogy a biomasszatüzelés drága, és energiamérlege nem a legkedvezőbb. Dönto azonban: a biomassza-erőmuvek nem fosszilis szénvegyületeket fogyasztanak. Ez a szempont ma már alapvető, ezért a biomassza-erőművek száma európaszerte nő. 3.2 Bio-üzemanyagok Az emlékezetes 1973. évi kőolajválság döbbentette rá először a fejlett ipari országokat a fosszilis energiától és hajtóanyagoktól való függés komoly veszélyeire. Azóta a globális felmelegedés és a környezetszennyezés mérséklésére irányuló, felerősödött törekvések is előtérbe helyezték a megújítható, biológiai eredetű, alternatív üzemanyagforrásokat. Mára a kapcsolatos kísérleti szakasz lezárult, a gyártástechnológiák készen állnak, a bio-üzemanyagok zöld utat kaptak. Két nagy csoport képviseli őket: a biodízel és a bioalkohol. Elobbi nyersanyagforrásai a növényi olajok és alkalmazását inkább Európa szorgalmazza. Utóbbit szénhidráttartalmú növényi termékekből lehet nyerni és az amerikai kontinensen részesítik előnyben. 3.2.1

A biodízel


A dízelmotorok növényi olajokkal történő üzemeltetésére irányuló intenzív kísérletek a 70-es évek végétől indultak meg több európai országban és az USA-ban. Kiderült, hogy a növényi olajok még a nehéz hajómotorok üzemeltetésére és kenőolajként is beválnak. A biodízel előállításához elvben bármely növényi olaj (napraforgó, repce, szója stb.) alkalmas, a biodízel-iparág legvalószínűbb nyersanyagforrása azonban Európában a repce és a napraforgó, az USA-ban a szója és a napraforgó, Kanadában a repce és a fenyőpulp-gyanta. A növényi olajokat dízelmotorok működtetésére csak tisztított, gyantamentes állapotban lehet használni. A hagyományos finomítással kapott biodízel ("zöld dízel") mellett metanollal észteresített változatát is előállítják. 250 kg repce– vagy 500 kg szójamagból 100 kg olaj nyerhető és 100 kg tisztított növényi olajból 11 kg metanollal észteresítve 100 kg biodízelhez és 11 kg glicerinhez lehet jutni. Emellett még fehérjedús extrahálási maradék is keletkezik. A "zöld dízel" olcsóbban állítható elő, mint az észteresített, de ekkor glicerin nem keletkezik. A biodízel üzemanyagnak és a bio-kenőolajnak számos előnye van a dízelolajjal és a kőolaj-alapú kenőanyagokkal szemben. A biodízel kipufogógáz összetétele kedvezőbb, mint a dízelolajemisszióé: kevesebb szénmonoxidot, 80%-kal kevesebb széndioxidot, kevesebb szénhidrogént és kormot tartalmaz, kéndioxidot (a savas eső egyik forrása!) gyakorlatilag nem, csupán nitrogénoxidtartalma nagyobb. Utóbbi összetevőt azonban - a többivel együtt - lényegesen csökkenteni lehet késleltetett befecsekendezéssel és oxidáló katalizátorral (dízelolajjal muködő motorokhoz nem lehet katalizátort használni, mert a dízelolaj kéntartalma a katalizátort "mérgezi"). A biodízel nemcsak kevésbé környezetszennyező hajtóanyag, hanem - a bio-kenőolajjal együtt - biológiailag lebontható, tehát fáradtolaj-problémát nem okoz, ezért például még a vízvédelmi területeken is alkalmazhatók. A biodízelnek előnyei mellett bizonyos - elviselhető - hátrányai is vannak: megtámadja a gumitömlőket, ezért a vele érintkezésbe kerülő vezetékeket polietilénre vagy fémre kell kicserélni. Ha

nem elég

tiszta

a

biodízel,

az

üzemanyagszűrők

eltömődését

okozhatja.

Egyes

próbaüzemelésekben a biodízeles motorok hidegindításával voltak bajok, ezen azonban adalékanyagokkal segíteni lehet. A biodízellel üzemelő motorok teljesítménye általában nem marad el a dízelolajos motorokétól, de tapasztaltak 5-10%-os teljesítménycsökkenést is (ennyivel nagyobb a specifikus repceolajfogyasztás is). Ezt a különbséget mindazonáltal turbófeltöltéssel és a töltőlevegő hűtésével ki lehet egyenlíteni. A teljesítménycsökkenéssel és a hidegindítással kapcsolatos problémák biodízel-dízelolaj keverék (10-30% biodízel-részarány) alkalmazásakor szintén nem jelentkeznek. A realitás is a keverék használata mellett szól, mivel az összes dízelmotoros szárazföldi és vízi jármű biodízellel történő üzemeltetéséhez sehol nem áll elegendő nyersanyag rendelkezésre, és


ebből az élelmiszeripar (étolaj), valamint a kozmetikai és más iparok igényeit is ki kell elégíteni. Ha Nagy-Britannia jelenlegi összes, 400 000 ha-t kitevő repce vetésterületének terméséből biodízelt állítanának elő, ez az éves dízelolaj-szükségletnek csak 1,2%-át fedezné. Segítene, ha a parlagonhagyási program keretében felszabaduló 630 000 ha-on is ipari repcét lehetne termeszteni, ezt azonban a GATT nem engedélyezi. 1991-ben Kanadában 6,9 millió tonna dízelolaj fogyott. Ha ennek 9%-át óhajtanák biodízellel helyettesíteni 10% bekeverési arány mellett, akkor ehhez 70 000 t növényi olaj kellene. Ezt a mennyiséget a kanadai repce- ill. szójaolajtermés 8%-át képviselő 175 000 t repcéből vagy 370 000 t szójából lehetne előállítani. 3.2.2. Bioalkohol (bioetanol, biometanol) Keményítő- és cukortartalmú növényi termékekből (gabonafélék szemtermése, cukorrépa, burgonyagumó stb.) régóta állítanak elő alkoholt, de ebből motorok hajtására nagyobb mennyiségeket csak a II. világháború előtt és alatt használtak. Ezután az olcsó motorbenzin hamar kiszorította a "motalkó"-t az üzemanyagellátásból és csak az olajválság évei, majd a környezet ólomterhelésének csökkentésére irányuló rendszabályok terelték ismét a figyelmet a bioalkoholra, mint motorhajtó anyagra. A bioetanol fő nyersanyagforrásai Európában a cukorrépa, a búza és a kukorica, Észak-Amerikában kukorica és a búza, Dél-Amerikában pedig a cukornád. Ezeknek össztermése, valamint cukor- ill. keményítőtartalma

mellett

alkoholkihozatala

is

meghatározza

bioetanol

gyártására

való

alkalmasságukat. A bioetanol előállítása többlépcsős folyamat, amelyben erősen energiaigényes lépések (cukoroldat ill. keményítőszuszpenzió főzése, az élesztos erjesztéssel kapott híg alkohol töményítése 95%-ig desztillálással) vannak. A 95%-os alkoholt vegyszeres víztelenítéssel vagy membránszűréssel lehet 99,5%-ig töményíteni; a teljes betöményítés energiaszükséglete 5363 KJ/liter. Ezért a bioetanol energiamérlege negatív (kb. 1/2), és a desztillálási maradék takarmánykénti hasznosítását beszámítva is negatív marad. A bioetanol motorhajtásra benzinhez keverve 20%-ig alkalmazható; az optimális arány 85:15. Az USA-ban 90:10 arányú keveréket lehet tankolni a "gasohol" kutaknál. A tiszta bioetanol is alkalmas üzemanyagként, de ehhez a belsőégésű motorokat át kell alakítani és az üzemanyagtartályt is meg kell növelni, mert az etanol energiatartalma kisebb a benzinénél (1 liter etanol = 0,65 liter benzin), ezért ugyanakkora távolság megtételéhez több etanol kell, mint benzin. Az etanolüzemű járműveknél azt is meg kell oldani, hogy az alkohol festék-, gumi-, és műanyag-alkatrészekkel ne kerüljön érintkezésbe. Az etanolos motoroknál hidegindítási gondok is jelentkezhetnek, kipufogó


gázukkal pedig N-oxidok, CO2, alkohol, aldehidek jutnak a levegőbe. Ugyanakkor CO- és SO2emissziójuk kisebb, az alacsonyabb üzemi hőmérséklet miatt az alkoholos motorok élettartama hosszabb, a benzin oktánszámát pedig a hozzákevert etanol növeli. A bioetanol nagyarányú termelésének elvileg korlátot szab az, hogy nyersanyagául fontos élelmiszernövények szolgálnak. Ha az USA-ban a benzinszükséglet 2%-nál nagyobb hányadát kukorica-eredetű etanollal elégítenék ki, ez nem csupán a takarmány- és élelmiszer-célú kukorica, hanem a kukoriacaalapú ipari termékek és a hús árának emelkedését is eredményezné és az USA kukoricaexportját is hátrányosan érintené. Ez jól szemlélteti a bio-üzemanyagipar és az élelmiszeripar szembenállását a területért. Kissé előnyösebb a helyzet a biometanollal. Fahulladékból, szerves kommunális hulladékból légmentes térben hevítve (pirolízis) szénmonoxid és hidrogén nyerhető, aminek nyomás alatti hevítésekor katalizátor jelenlétében metanol keletkezik. Javított technológiával ezen az úton kb. 1 ha-on produkálható 12 t szárazanyagból 7500-7600 liter metanol termelhető. A metanol 5%-ig adható a benzinhez; hozzákeverése hasonló előnyökkel és hátrányokkal jár, mint az etanolé, de nem hagyható figyelmen kívül, hogy a metanol mérgező és korrozívabb, mint az etanol és hogy energiatartalma is kisebb, mint az etanolé (1 liter metanol = 0,46 liter benzin). A biometanoltermelés sem olcsó, de nyersanyagának (hulladék) megtermelése nem vesz el területet a haszonnövényektől. 3.3 A biogáz A biogáz szerves anyagok anaerob bomlásakor, illetve a biomassza zárt térben való elgázosításakor (erjesztés, rothasztás) baktériumok közvetítésével fejlődő gáz. Összetétele kb. 30% szén-dioxid és 70% metán. Sertés hígtrágyából fejlesztet biogáz égéshője kb. 23.000 kJ/m3 . Spontán keletkezik, sőt meg is gyullad mocsarakban, lápokban ("lidércfény"), trágyakazlakban, szeméttelepeken. A nyersanyag lehet kommunális hulladék, mezőgazdasági, vagy erdőgazdasági melléktermék. Egy m3 kommunális hulladékból 60-300 m3

biogáz termelhető. A biogázfejlesztés után visszamaradó

erjesztett trágyát biotrágyának (biohumusz) nevezik, ami teljes értékű, jól kezelhető, szagtalan, kertek, parkok trágyázására jól használható anyag. Mesterségesen a 19. sz. eleje óta állítják elő. Az első biogáz generátort Indiában helyezték üzembe, 1856-ban. Azóta világszerte (főleg Ázsiában) sok millió hasonló működik, többségük "családi" méretű, de vannak nagyüzemi, "erőmű" jellegű biogáz telepek is, amelyek egész városokat látnak el energiával. Az első biogáz-előállító üzemet 1959-ben létesítették az USA-ban. A biogáz közvetlenül is felhasználható fűtésre, főzésre (a földgázhoz hasonlóan és ugyan azokkal a berendezésekkel) vagy elektromos energia termelésére, illetve járművek hajtására, robbanómotorok üzemanyagaként. A biogáz-generátorba mindenféle


szerves hulladék, trágya, konyhai és élelmiszeripari hulladék, vágóhídi és kommunális szennyvíz, mezőgazdasági hulladék konvertálható biogázzá. A biogáz képződése közben a patogén szervezetek elpusztulnak, ami közegészségügy szempontból igen jelentős. A visszamaradó komposzt minden értékes ásványi anyagot megőriz, és kitűnő szerves trágyaként használható. A biogáz előállítása történhet elsődleges és másodlagos biomassza-forrásokból, vagyis a növényi fő- és melléktermékekből, valamint bármilyen természetes eredetű szerves anyag (szerves trágya, fekália,

élelmiszer-ipari

melléktermékek,

hulladékok,

háztartási

hulladékok,

kommunális

szennyvizek és iszapjaik) egyaránt történhet. Termelésének alapfeltétele a szerves anyag, a levegőtől elzárt környezet,

valamint metánbaktériumok jelenléte. Ilyen körülmények között a

metánképződés spontán is végbemegy. Az intenzív biogáz-termeléshez azonban állandó és kiegyenlített hőmérséklet, folyamatos keverés, kellő mértékben aprított szerves anyag, metanogén és acidogén baktériumok egymással szimbiózisban tevékenykedő törzseik megfelelő aránya is szükségesek. A fő kérdés természetesen az, hogy egységnyi szervesanyagból mennyi biogáz nyerhető. Mivel a biogázfejlődés sok tényezőtől függ, ezt csak bizonyos határok között lehet megadni (1. sz.. Táblázat)10: Néhány szervesanyagból nyerhető biogáz mennyisége: Szervesanyag Marhatrágya Sertéstrágya Baromfitrágya Istállótrágya Kukoricaszár

Biogáz mennyisége m3/t 90 - 310 340 - 550 310 - 620 175 - 280 380 - 460

Az alternatív energiaforrások utáni kutatás biogáz-irányzata a 70-es évek végétől a 80-as évek közepéig állt a kutatás, az ipar és a mezőgazdaság érdeklődésének előterében. Ebben az időszakban pl. Németországban 150 mezőgazdasági biogáz-üzemet létesítettek. Ezután az érdeklődés gyorsan csökkent, mert kiderült, hogy a kulcsrakészen átadott biogáz-üzemek az olcsó fűtőolajjal működő hőtermelő berendezésekkel nem versenyképesek. Ehhez technikai problémák is társultak, ezért a 80-as évek végére a 150 németországi biogáz-üzemből 60-at le is állítottak. Időközben azonban az energiaárak emelkedése miatt ismét ráterelődött a biogázra a figyelem, amit motívált az egyre nagyobb mennyiségben termelődő, biogáz előállítására alkalmas szerves, ipari és mezőgazdasági melléktermék és hulladék is. Végül sokat fejlődtek a biogáztermeléssel kapcsolatos technikai megoldások, sőt egyes részegységek a kereskedelemben is megjelentek.

1

0 Forrás: Dr. Sági Ferenc: Energiahasznosítás a mezőgazdaságban. Tanulmány. OMGK


A biogáztermelő rendszerben a nyersanyagot nagy térfogatú tárolómedencébe gyűjtik, hogy az erjesztőkamra (reaktor) folyamatos ellátását biztosítsák. A higiéniai szempontból nem közömbös anyagokat (ételmaradék, vágóhídi hulladék) előzőleg külön aknában tárolják. A reaktor folyadék- és gázszigetelt tartály, amelyben keverőberendezés akadályozza meg a rétegeződést. Az anaerob baktériumos, gázfejlődéssel járó erjedés időtartama hőmérsékletfüggő: 30-40°C-on 15-25 nap, de 50-60°C-on ennél rövidebb. Az időtartam természetesen függ a betáplált szervesanyag mennyiségétol és minőségétől is: nagyobb rendszerekben 40-50 nap is lehet. A reaktor hőmérsékletének beállítása és fenntartása hőkicserélőn keresztül történik. A szervesanyag tárolók és az erjesztőkamrák legtöbbször betonból készülnek és a jobb hőmérséklettartás érdekében földbeágyazottak. Fűtésük is alulról történik. A termelt biogáz átmenetileg fóliazsákban tárolható; elvezetése szűrőn át megy végbe. Mivel a biogáz 6-12%-ban levegõvel keveredve robbanásveszélyes és gyúlékony is, a biogázüzemek építésénél és mûködtetésénél bizonyos elõírásokat be kell tartani. Így a gázvezetékek csatlakozási és a gázkivétel helyein viszszacsapási lángvédelmet kell megvalósítani, a mérgezõ és korróziót okozó kénhidrogént el kell távolítani (ez legegyszerûbben kevés levegõ átáramoltatásával oldható meg, amikor a kénhidrogén oxidálódik) és a túlnyomás ill. a vákuum keletkezését megakadályozó, biztosító szelepekkel és kivezetésekkel is el kell a rendszert látni. A szûrt biogázt ma leginkább áramtermelésre és fûtésre használják, ún. erõ-hõ átalakító motorok segítségével.A biogáz-üzemû motor generátort hajt meg, amely elektromos áramot termel. A motor mûködése közben termelt hõ kicserélõn keresztül lakóház, istálló és melléképületek fûtésére használható. A termelt hõnek kb. egyharmada az erjesztõtérhez jut vissza és annak hõmérsékletét tartja fönn. A generátor által termelt áram nem csupán belsõ használatra szólhat, hanem külsõ hálózathoz csatlakoztatva fölös elektromos energiát táplálhat oda, ellenszolgáltatásért. Ezáltal a hagyományos hõtermelõ egységekhez hasonlítva az elsõdleges energia kihasználása jelentõsen javul (az energiaveszteség csökken), a környezet terhelése mérséklõdik és a gazdaságosság nõ, amennyiben a berendezés egész éven át üzemel. Ez nemcsak a gázolajjal mûködõ motorokkal oldható meg, hanem a biogázos motorokkal is, de figyelembe kell venni, hogy a biogáz nyáron nagyobb mennyiségben termelhetõ, mint a hidegebb õszi-téli idõszakban. Ezért és az üzemzavar vagy a karbantartás idején bekövetkezõ kiesés pótlására a legtöbb biogáz-telephez blokkos hõaggregát (12-30 kWh) is tartozik. A biogázra alapozott energiaellátó rendszerek megépítése elõtt tehát - azok minden elõnye ellenére - ajánlatos gondos számításokat készíteni a hõ-és az áramszükséglet, az éves üzemelési idõ és


költségek, valamint a lehetséges bevételek és megtakarítások tekintetbevételével. Kiindulópontként szolgálhat az az adat, hogy egy nagyobb, 150 m2-es családi ház fûtéséhez és melegvízellátásához naponta 70-80 m3 biogázra van szükség (ebben az áramigény nem szerepel). Közösségek számára a nagy biogáztelepek jobban kifizetõdnek. Ilyenek találhatók Dániában és Németországban: a hígtrágyát és az egyéb szerves hulladékokat több gazdaság adja össze, a biogáz-üzemet közösen tartják fönn és vételeznek meleget, áramot, a kierjesztett trágyát pedig elosztják. A biogázüzemû erõmûvek értékelésénél nem hagyható figyelmen kívül az, hogy a kierjedt maradék kórokozó mikroorganizmusokat nem tartalmaz, szaga a komposztéhoz hasonló, nem kellemetlen, állaga laza, könnyen kezelhetõ, a talajra juttatva könnyen beszívódik, és N-tartalma jól érvényesül, tehát trágyaként alkalmazható.

4. A vízenergia

Egyes szakemberek szerint víz a Föld történetében mintegy 4 milliárd éve van jelen, az Archaicum elejétől. Az ősföldet egy vízgőzben gazdag légkör vette körül, amelynek lehűléséből származik a jelenleg bolygónkon található víz minden formája. A Föld különleges helyet foglal el a naprendszerben e tekintetben, mivel a Föld-Nap távolság következtében - amely átlagosan 150 millió km - a víz mindhárom formájának (gőz, víz, jég) megjelenése lehetővé válik. A víz teljes tömegét 1,4 milliárd km3-re becsüljük és ennek 97,3 %-a az óceánokban található. Ezen vízmennyiség tekintélyes része részt vesz egy nagy körforgásban, amelynek átlagos időtartama 9 napnak vehető. E körfolyamat éltető motorja a Nap, amelynek a Földre sugárzott energiájának egy jelentős részét a felszíni vizek párologtatása emészti fel. E szüntelen körforgásnak alapvető szerepe van az időjárás alakításában is. Hozzávetőleges számítások alapján a Napból Földre jutó energiamennyiségnek kb. 23 %-a a víz körforgásának fenntartására fordítódik. Ennek az energiának mintegy 99 %-a a párolgás-lecsapódás átalakulására fordítódik, amely számunkra kihasználhatatlan. A megmaradó töredék a földfelszínen mozgó víz helyzeti és mozgási energiája. Az állóvizek csak helyzeti és nyomási energiával rendelkeznek, de az áramló vizeknél ezek mellett a mozgási (kinetikai) energia is megjelenik. Vízenergián ezen energiák összességét értjük. Becslések szerint a világ hasznosítható vízenergia kapacitása kb. 20.000 TWh körül lehet. Az egész világon termelt összes vízenergia kb. 2000 TWh. Ez a műszakilag hasznosítható energia 10 %-át jelenti. 11

1

1 Göőz Lajos-Kovács Tamás: Vízenergia .Tanulmány


A víz volt az a legrégebbi erőforrás, amit arra használtak, hogy csökkentsék az emberi és állati terhet. Nem lehet tudni biztosan, mikor is találták fel a vízikereket, de az biztos, hogy a legrégebbi öntözőrendszerek kb. 5000 évesek. A vízikereket már az ókori Kelet országaiban: Egyiptomban, Kínában és Indiában is használták, vízimalmok pedig az ókori Görögországban és Rómában is működtek. A legkorábbi vízimalmok talán a függőleges tengelyű kukoricaőrlő malmok voltak, melyeket norvég ill. görög típusú malom névvel illettek. víz energiáját azonban nemcsak gabonaőrlésre használták, hanem különböző célokra: így a textiliparban, a bányászatban, bányavízkiemelésre is és később a kohók légfúvóit is vízierő hajtotta. Ám a termelői igények növekedésével a víz energiájának hasznosításával egyre nehezebbnek bizonyult megfelelő hatásfokot elérni: technikai újítások ellenére a kihasználás helyhez kötöttsége, majd pedig a gőzgépek megjelenése a XIX. századra teljesen háttérbe szorította a vízenergia alapú termelést. A fejlődésnek azonban kisvártatva óriási lendületet adott a villamos energia termelésének lehetősége, ami az energia nagyobb távolságra való szállítását is biztosította, ill. amikor egy francia mérnök feltalált egy új és sokkal hatékonyabb vízikereket, amely az első sikeres vízturbina volt számos, addig nem alkalmazott újítással. Az egyik legfontosabb, hogy a vízbe merülő turbina vezetőlapátokkal rendelkezett, amely a vizet pontosan a lapátokra irányította. Ez biztosította a víz egyenletes eloszlását ezáltal megnövelte a hatékonyságot (a víz energiájának 80 %-át alakítja hasznos mechanikai energiává). A fejlődés azonban nem állt meg, s újabb turbina típusok jelentek meg. Ilyen volt a magyar Bánki Donát által kifejlesztett és róla elnevezett Bánki-turbina, de ilyen, a mai erőművekben is alkalmazott típusok a Francis-, Pelton-, Kaplan-turbinák. Az eltérő típusú turbinák kifejlesztésével megpróbálták a különböző vízhozamú és esésmagasságú vizek energiáját a lehető legnagyobb hatásfokkal hasznosítani. 12 Vízerőművek13

A vízerőmű a vízfolyások, tavak, tengerek, mechanikai energiakészletét villamos energiává (régebben közvetlenül mechanikai energiávál) alakító műszaki létesítmény. Gyűjtőfogalomként magában foglalja mindazokat a műtárgyakat és berendezéseket, amelyek a villamosenergiatermeléshez szükségesek. A hasznosítható energia növelése érdekében a vizet duzzasztják, esetleg tárolják, és a vízerőtelepen a turbinákra ejtik, amelyek generátort hajtva termelnek villamos áramot. A hasznosítható esés (vízlépcsőmagasság nagysága szerint megkülönböztetnek kisesésű, közepes esésű és nagyesésű vízerőművet. Törpe erőműnek a 100 kW-os teljesítmény alattiakat tekintik. (Környezetvédelmi Lexikon) 1

2 Göőz Lajos-Kovács Tamás:Vízenergia .Tanulmány 3 Környezetünk Magazin. A vízenergia hasznosítása. 2004/05/05

1


A villamos vízerõmûvek mûködtetéséhez szükség van egy természetes vízforrásra, ami rendszerint egy folyóvíz szokott lenni. Ha ennek a vízhozama (m3/h) elég nagy, akkor a vizet egy kisméretû ún. elterelõ gát segítségével irányítják a vízturbinákhoz. Kisebb, és fõleg az évszakonként változó hozamú folyóvizek esetében szükségessé válik egy nagyobb méretû gát megépítése, aminek a segítségével egy kisméretû gyûjtõtavat hoznak létre, s így az ebben összegyûjtött vízzel biztosítani lehet az erõmû egyenletes mûködését akkor is, amikor a folyóvíz vízhozama csökken. A nagyteljesítményû vízerõmûvek (200-600 MW stb.) folyamatos mûködtetéséhez sokmillió m3 tárolt vízre van szükség ahhoz, hogy a természetes vízhozam csökkenése az idõben ne okozzon zavart az erõmû üzemelésében. Ilyenkor nagyméretû gyûjtõgátat építenek, amivel egy egész völgy vízkészletét fel tudják fogni, sõt még a szomszédos völgyekben található kisebb folyóvizek, patakok vizét is ide terelik mesterséges úton (külszíni csatornákkal vagy föld alatti vezetékekkel). Egy ilyen gyûjtõgátat csak olyan völgyben szabad megépíteni, ahol tömör a talajszerkezet, mert különben állandó vízveszteséggel (elfolyással) kell számolni. Végül meg kell említenünk azt az esetet, amikor a külszíni viszonyok lehetõvé teszik egy nagy gyûjtõgát megépítését, azonban az évszakonkénti nagy hõmérséklet-ingadozás miatt a gépházat, ahol a turbinák, a villamos generátorok stb. vannak, a föld alatt kell megépíteni. A víznek az erõmû hálózatán belüli, külszíni elterelésére szolgáló járatokat elterelõ csatornáknak, míg a föld alatti mesterségesen kiképzett járatokat kényszervezetékeknek nevezik. Ugyanígy nevezik azokat a vezetékeket is, amelyek külszíniek ugyan, de a víz áramlása zárt térben játszódik le. A vízerõmû egyenletes üzemelésének fenntartása végett a vízturbinák mûködtetésére szánt vizet elõzõleg egy ún. víztoronyba vezetik (ami a kiegyenlítõ készülék szerepét tölti be), ahonnan azután a kényszervezetéken keresztül, mindvégig állandó magasságból, juttatják a turbinákhoz. A föld alatti gépházzal rendelkezõ vízerõmûvek esetén a turbinákból kikerülõ vizet egy vízelvezetõ alagúton keresztül juttatják a külszíni elfolyóba. Nagy gyűjtőtavas vízerõmű Az ilyen típusú vízerőművek nagyméretű, völgyelzáró vízgyűjtőgáttal rendelkeznek. A gépház (vízturbinák és a villamos generátorok részlege) a vízgyűjtő gát alsó szintjén helyezkedik el, a gát közvetlen közelében. Ebben az esetben a kényszervezetéket tápvezetéknek nevezik. Ezeknek az erőműveknek az évi teljesítménye rendszerint meghaladja a 400 MW-ot. Ezeket az erõműveket csúcsidényben nagyon jó eredménnyel használják fel. Elterelőcsatornás és gyűjtőtavas vízerőmű


A vízgyűjtőgát ebben az esetben kisméretű, mivel az adott természetes folyóvíz hozama elég nagy, viszont évszakonként aránylag nagymértékben változik. Látható, hogy ebben az esetben a megfelelő esési magasság elérése végett a vízgyűjtőtóból a vizet egy külszíni elterelő csatornán keresztül juttatják a víztoronyba, majd onnan a kényszervezetékbe, amely a vízturbinákhoz vezet. Kisméretű, elterelő csatornával ellátott vízerõmű Ezeket az erőműveket akkor építik, amikor az igénybevett folyóvíz elég bő vízhozammal rendelkezik, ami évszakonként csak kevéssé változik. Az elterelő gát, illetve elterelő csatorna ebben az esetben csupán azt a célt szolgálja, hogy a vizet egy olyan földrajzi helyre eljuttassák, ahol biztosítható a víz kellő esési magassága. Föld alatti gépházzal rendelkezõ vízerőmű Legfőbb jellemzője, hogy gépháza a föld alatt van, aminek oka a téli alacsony hőmérséklet, valamint a nehéz geológiai viszonyok. Általában nagy teljesítményű vízerőművek. Egy ilyen erőmű üzemel az Argeş folyó mentén, Franciaország, csodálatosan szép természeti környezetben. Teljesítménye kb. 400 MW. Tározós vízerőmű Ezek valójában egy völgykatlanban, ill. elhagyott bányaüregekben kialakított mesterséges tavak, ahová vizet szivattyúznak fel azokban az időszakokban, amikor az erőművek olcsón termelnek. A villamos energia nagyipari méretekben ugyanis nem tárolható. A csúcsterhelések időszakában előnyös a gyorsan indítható tározós vízerőművi egységek használata. Az energia a víz helyzeti energiájában tárolódik. A veszteség 20-25%-os. A tározós vízerőmű turbógenerátorai két irányban működnek. Éjszaka munkagépként a hálózatból felvett villamos energia felhasználásával vizet szivattyúznak a magaslaton elhelyezett víztározóba. Nappal a csúcsterhelés időszakában a tározóból lefolyó víz hajtja meg a hidrogenerátort és termel áramot. Így páldául Luxemburgban a Viaden mellett

megépített

szívattyús

energiatárolót

éjjel

feltöltik

Németországból

vett

olcsó

villamosenergia segítségével, majd nappal vagy csúcsidőben - természetesen nappali tarifával, azaz drágábban - újra eladják a tároló leürítésével nyerhető villamos energiát. (Magyarországon a Dömsöd és Dobogó között tervezett tározós erőművet nem építették meg.) A világon kb. 200 ilyen erőmű működik. Például:Cruachan tározós erőmű Skóciában Árapály-erőmű Az árapály változását a Hold vonzása okozza, s a tengervíz szintjének periodikus ingadozását hasznosítják az árapály-erőművek. Megépítésük egyik feltétele, hogy az árapály amplitúdója


megfelelően nagy legyen (8-20 méter), s legyen olyan öbölszakasz, melynek torkolatát viszonylag rövid gáttal el lehet zárni. Az árapály erőművek turbináinak értelemszerűen mindkét irányban kell működniük. ( Ide tartoznak, ezért érdekességként megemlíthetők a hullámerőművek is. Erőműről talán még túlzás ebben az esetben beszélni, hiszen a hullámzás energiáját bóják és világítótornyok áramtermelésére használják.) Az erőművek környezeti hatása külön vizsgálatot érdemel. A vízierőművek gyakran egy-egy állam életében igen nagy szerepet játszanak az energiatermelésben, de ugyanakkor az ökológiai hatásuk rendkívül negatív, különösen hosszú távon számolva. Ha csak a brazíliai Parána folyót vesszük Argentína és Paragvay területén: itt egy egész tórendszert, tavak láncolatát alakított ki a megépült vízerőmű, és így rendkívül mélyrehatóan befolyásolta a környezetet és élővilágot. Ha például nem megfelelő az erőmű kiépítése, egyes halak nem tudnak eljutni a felső szakaszokra, hogy ott ikráikat lerakják, így veszélybe kerülhet a faj fennmaradása. A lebegő vízinövények a lelassult folyókon és a víztárolóban rendkívül elszaporodhatnak, ezzel akadályozzák a víz áramlását. Megállapítható, hogy a térségben kialakított vízrendszer, ami főleg a hajózást szolgálja (pl. ilyen a Hidrovia-terv, amely Paraguay vízrendszerét kötné össze) egy teljes mocsárvilágot fog majd kialakítani, vagy már részben kialakított. Ilyen és ehhez hasonló ökológiai hatást tapasztalunk Kelet-Afrikában, Nyugat-Afrikában és számos helyen, ahol ezek a gátak leblokkolják az üledéket és a tápanyagok áramlását. A folyótorkolatok, delták, amelyeken eddig mindig mangrove-erdők díszlettek, folyamatosan gyorsított erózióval pusztulnak el. Az üledék ellátottság csökkenése, ami helyenként viszont a tápanyag ellátást biztosította a part menti övezetekben élő földművelési kultúrák fennmaradását veszélyezteti, ill. a tengeri élővilágot is, hiszen a beáramló üledék sok állat számára jelent táplálékot, valamint a rák és kagylófélék - a meghatározott növekedési ciklusban - ivására igen távol a parttól kerülhet sor.

5. A Szélenergia

A szél a levegő földfelszínhez viszonyított mozgása (Környezetvédelmi Lexikon),mely a légkörben kialakuló nyomáskülönbségek hatására jön létre. A légkör alsó rétegeiben végbemenő légmozgást a Nap sugárzó energiája hozza létre. A légmozgás során a felmelegedett levegő ritkább, ezáltal felfelé emelkedik és helyébe hidegebb levegő áramlik. A trópusi területeken a légtömegek erősebben


felmelegszenek, ezért a levegő felemelkedik és a sarkok felé kezd áramlani (antipasszát szél). A pólusok felé haladva lehűl, nyomása megnövekszik, süllyedni kezd, végül a föld felszínén visszaáramlik az egyenlítő irányába (passzát szél). Azon a helyen ahol a meleg levegő fölfelé emelkedett vákuum alakul ki. A légnyomás süllyed és alacsony légnyomású terület keletkezik. Ott, viszont, ahol a levegő ismét a talaj felé süllyed, magas nyomású terület alakul ki. Az állandó jellegű szélrendszereken kívül időszakos és helyi jellegű szelek is vannak, melyek közül az 2. sz. Táblázat tartalmazza a legfontosabb európai szélfajtákat: Néhány periodikus jellegű helyi szélrendszer Európában Név

Elterjedési terület

Évszak

Jellege

Bóra

Dalmát tengerpart

Tél

Hideg bukószél

Főn

Alpok és északi előterük

Tavasz

Meleg bukószél

Misztrál

Dél-Franciaország

Többnyire télen és tavasszal

Sirokkó

Földközi-tenger térsége

Tavasz

Hideg, száraz bukószél Meleg afrikai, sivatagiszél

Olaszország, Görögország

száraz és poros

Bise

Svájc Ény-i része

Tél

Nemere

Erdély DK-i része

Tél

Hideg, száraz szél Száraz, hideg, keleti

Forrás: Dr. Tóth László-Horváth Gábor-Tóth Gábor: A szélenergia hasznosítása. p. 1

szél 2.számú Táblázat

A szél munkavégző képességét alapvetően a szél sebessége határozza meg. Ezért törekednek a szélsebesség mindenkori értékét minél nagyobb pontossággal rögzíteni, mert a helyi szélsebességi viszonyok alapján lehet kijelölni a felállítandó szélerőgépek legoptimálisabb helyét. A szélsebességet leggyakrabban forgókanalas mérőműszerrel, anemométerrel mérik.A mért szélsebességi értékeket az idő függvényében a sebességi görbéken rögzítik: így adódnak a v=f (t) görbék, amelyeknek energetikai szempontból legjellemzőbb adatai az időegység alatt elvégzett mérések száma, a mintavételi idő és az átlagolási időtartam. A sebességi görbékből szerkesztik az ún. szélgyakorisági görbéket, amelyeken a vizsgált szélsebesség éves előfordulása található. A gyakorisági görbéket %-os vagy h/a mértékegységben állítják elő. A gyakorisági görbe alapján pontosan megállapítható a vizsgált évben (vagy több év átlagában) az adott területen leghosszabb ideig előforduló szélsebesség, valamint az éves átlagos szélsebesség.14

1

4 Dr. Tóth László-Horváth Gábor-Tóth Gábor: A szélenergia hasznosítása. Tanulmány


Szélerőgépek

A szélenergiát örök idők óta használja az emberiség, de csak e század második felétől kezdődött el a szél, mint villamos energia előállítására alkalmas energiaforrás felhasználása. Mára viszont elmondható hogy a szélenergiát főleg ilyen célból hasznosítják. Nem könnyű mérnöki feladat egy szélgenerátor helyének és típusának kiválasztása, ezért van nagy jelentősége a helyszínen végzendő szélméréseknek és a kapott eredmények megfelelő kiértékelésének. A megújuló energiaforrásokat hasznosító berendezések ill. technológiák tervezéséhez általában nagyon szűkösek az alapadatok. Az időben változó intenzitású energiaforrások - így a szél is – esetében különösen nehéz a tervező dolga, mivel csak többnyire a meteorológiai állomások átlagadataira támaszkodhat. Ezek az adatok alkalmasak ugyan általános tendenciák meghatározásához, de nem lehet segítségükkel létesítményt vagy üzemmenetet tervezni. A mérések alapján felvett, időben változó szélenergiai áramok pontos leírásához,

elemzéséhez

statisztikai

módszerek

szükségesek,

amelyek

már

használható

információval szolgálnak a berendezések tervezéséhez és üzemeltetéséhez. Ezért a telepítendő szélgenerátor

helyén,

a

gép

megfelelő

kiválasztása

céljából

helyi

szélsebesség

és

szélirányméréseket kell végezni. Itt kell megemlíteni azt is, hogy szélgépet csak olyan helyen érdemes telepíteni, melynek környezeti viszonyai és domborzati fekvése megfelelő szélenergia kinyerésére, hiszen a domborzat és a különböző tereptárgyak nagymértékben befolyásolják a szél áramlási képét A szélsebesség méréséhez általában többpólusú szélirány érzékelővel ellátott kanalas mérőberendezést alkalmaznak, melyek analóg vagy digitális jeleket szolgáltatnak. Ma már inkább elterjedtebb a digitális adatfeldolgozás, amikor is valamilyen adatgyűjtő segítségével a kapott mérési adatokat számítógép segítségével dolgozzák fel. A szélgépekkel energiatermelés céljából 3040 méter fölé kell, de legfeljebb 100-200 méter talajszint fölötti magasságig tudunk hatolni, így csak ezen magasságtartomány jöhet szóba a szélgép telepítésekor. Mivel a mérőberendezést általában csak 10-20 méteres talajszint feletti magasságokban tudjuk elhelyezni, ezért a szélsebességet a megfelelő magasságra át kell számítani. A szélsebesség a talajszint feletti magassággal arányosan nő.

Villamos hálózat15 A szélerőműveket leggyakrabban kétféle képpen kapcsolják rá a villamos hálózatra: míg szigetüzemről akkor beszélünk, mikor a termelt villamos energiát saját célra, a közcélú 1

5 Dr. Tóth László-Horváth Gábor-Tóth Gábor: A szélenergia hasznosítása. Tanulmány.


elosztóhálózattól függetlenül hasznosítják, a villamos áram hálózatra táplálásakor közcélú elosztóhálózatra termelnek áramot szélerőgép segítségével.

Általánosságban elmondható, hogy a hálózati csatlakozásnál a következő villamos paramétereket kell folyamatosan ellenőrizni: feszültség áram frekvencia Ha bármely paraméter a megengedett értékhatárokon kívüli értéket vesz fel, a vezérlés a gépet lekapcsolja a hálózatról. A gép kiválasztás során, a kiválasztott gép konkrét adataival lehet aztán pontosabb gazdaságossági számításokat végezni. Itt kell szólni a szélenergia gazdaságosságáról is, mivel alapvetően meghatározza a telepítési volument. Hosszútávon azonban számolni kell azzal, hogy az összes energiaforrás közül a legtisztábbnak tekinthető, hiszen semmiféle hulladékot nem bocsát ki. Európai országokban a széndioxid kibocsátásországonként limitált, e szempontból jelentősen megnő a felhasználhatósága, hiszen a telepítése nemzetközi egyezmények alapján semmiféle korlátok közé nem esik.A jelenlegi árviszonyok okozta esetleges veszteségek enyhítése miatt a szélenergia szinte a világ minden országában államilag támogatott: vagy a termelt energiát támogatják, vagy a beruházást, azaz a berendezés létesítését. Ugyanakkor az is megfigyelhető, hogy sok országban a szélenergia felvásárlási tarifája megközelíti az egyéb erőművek által előállított energia tarifa értékeket. De minden országban 20-40%-al magasabb az energia-szolgáltatók által a fogyasztóknak eladott energia egységára, mint a szélenergiából nyerhető energia. Ez egyben jelzi, hogy saját célra a szélből energia előállítása ma már szinte minden országban gazdaságos.

A szélenergiából szélgenerátorokkal átalakított villamos energiát akkumulátorok töltésére is lehet használni (általában 12-14 V feszültségen). A folyamatos energia biztosítás érdekében a szélgenerátor napelemekkel is felszerelhető. Ebben az esetben a nap és a szél kitűnően kiegészítik egymást. Amikor süt a nap és nem fúj a szél, a napelemek biztosítják az energiát, míg a téli hónapokban, vagy éjszaka a szélenergia állhat rendelkezésre. Az akkumulátorokban tárolt energia 12-14 V-os egyenáramú hálózatot táplálhat, vagy váltakozó árammá alakítható, s így valamennyi háztartási eszköz üzemeltethető vele. Ha több az áram, mint ami folyamatosan felhasználható, akkor a plusz mennyiség a kereskedelmi hálózatot táplálja. Jó példa erre Dánia, ahol a családi szélgépekkel megtermelt "fölösleges" energia az országos hálózatot táplálja. Ha az akkumulátorok


feltöltött állapotban vannak és az energiára nincs szükség, a töltés szabályozó lekapcsolja a szélgenerátort az akkumulátorról. Az előállított energiát ebben az esetben hővé alakítja a rendszer, melegvízet állít elő a rendszer, ill. fűési célt szolgál. Ha a fogyasztók olyan sok áramot igényelnek, ami miatt az akkumulátor majdnem eléri a mélykisülési határértéket, a töltésszabályozó lekapcsolja a fogyasztókat ( mélykisülés elleni védelem). A szélenergia tárolásának egyik kémiai módszere lehet még a hidrogén tárolása. Ebben az esetben a szél által termelt villamos energiát vízbontásra használják fel. Az így keletkező oxigént és hidrogént palackokban tárolják.


6. Geotermikus energia16

6.1 Visszatekintés Vulkánok, hőforrások és más termális természeti jelenségek létéből vélhetően már eonokkal ezelőtt élt őseink is gyanították, hogy a Föld belseje – néhol legalábbis bizonyosan – forró lehet. Azt a tudományos tényt azonban, mely szerint a Föld belseje felé haladva a hőmérséklet mindenhol folyamatosan növekszik, csupán a 16.-17. században állapították meg egyszerű tapasztalással azok a bányászok, akik első ízben jutottak le több száz méter mélyre a föld alá. Az első termométeres méréseket valószínűleg 1740-ben végezték egy Belfort-közeli bányában, Franciaországban. 1870-re már komoly tudományos módszerekkel tanulmányozták a Föld termikus folyamatait, de a hőegyensúlyhoz hasonló komplex jelenségek teljes megértésére csak a radiogén hő XX. századi felfedezése után nyílt lehetőség. E modern hőelméletek a Föld belső hőháztartásának modellezésekor már éppúgy figyelembe vették az egyes radioaktív izotópok (urán U238, U235 ; tórium T232 ; potassium K40) bomlása által folyamatosan képződő hőmennyiséget, mint az ehhez nehezen meghatározható mértékben járuló bolygóképződési ősenergiát. Az 1980-as években végül egyértelműen kimutatták azt is, hogy bár a Föld belsejében képződő radiogén hőmennyiség és a Földről az űrbe kisugárzott hőmennyiség nincs egyensúlyban, s ez Földünk végtelenül lassú kihűléséhez vezet (három milliárd év alatt mindössze 300-350 C-t csökkent a köpeny hőmérséklete), a bolygó termális energiakészlete gyakorlatilag még így is kimeríthetetlen. S e hatalmas készletben rejlő lehetőségek kiaknázása az ember számára mindenütt adott, ahol a geológiai feltételek érvényesülnek, tehát rendelkezésre áll valamely hordozó (víz illetve gőz) a mélyben képződő geotermikus energia “kitermelésére”, ám innovatív technikák ezen a téren is új perspektívákat nyithatnak a közeli jövőben. Az élet számos területén bőven találhatunk példát arra, hogy a gyakorlati alkalmazás megelőzte a tudományos kutatást vagy a technológiafejlesztést – a geotermikus szektor is ilyen terület. A termálvizek energiatartalmát ugyanis már a XIX. század első felében igyekeztek kihasználni: az első ilyen vegyi üzem Olaszországban létesült azzal a céllal, hogy természetes vagy mesterséges sekély furatú kutak segítségével kinyerjék a geotermális vizek bórsavtartalmát. A bórsavhoz a forró fluidum vasboilerekben történő elpárologtatása révén jutottak hozzá, mely folyamathoz kezdetben a környező erdő fáit használták fel tüzelőanyagnak. 1827-ben azonban az üzem alapítója, Francesco 1

6 Mary H. Dickson-Mario Fanelli: What is geothermal energy?. Pisa, Italy p. 1-12, 16-26


Larderel, kifejlesztette azt az eljárást, amely a bórsavtartalmú víz saját hőjét alkalmazza a párologtatás során, helyettesítve az erdők gyorsan fogyó fáinak eltüzelését. Ezzel egyidejűleg kezdődött a természetes gőzben rejlő energia kiaknázása is: a helyi vegyi üzem a geotermikus gőzt kezdeti egyszerű felhasználása után igen hamar alkalmazta a fúrás során centrifugális pumpák vagy emelők meghajtásához. A technológia révén 1850 és 1875 között Larderel gyára egész Európában monopolhelyzetet élvezhetett a bórsavtermelés terén. 1910 és 1940 között az alacsony nyomású gőzt Toscana térségében már ipari és kommunális létesítmények, valamint melegházak fűtésére is használták. Villamosenergia előállítására geotermális gőzből 1904-ben történtek első ízben kísérletek ugyancsak Olaszországban, és e kísérletek egyértelmű sikere mutatta csak meg igazán a geotermikus energia értékét és szabta meg kihasználásának irányát. Az olasz példát más országok is követték: Japánban 1919-ben, az Egyesült Államokban 1921-ben fúrták az első geotermális kutakat, az első geotermális villamos erőmű pedig 1958-ban kezdte meg működését Új-Zélandon. 6.2 A geotermikus energia háttere A termálenergia tehát a Föld szilárd kérgét alkotó kőzetek belső hője, amelyet a magma felől állandó hőáramlás táplál. Az egységnyi mélységnövekedéshez tartozó hőmérsékletemelkedés az ún. geotermikus gradiens, amelynek értéke a Földön átlagosan 0,020 - 0,033 oC/m. Ennél az átlagos értéknél lényegesen nagyobb a geotermikus gradiens bizonyos kitüntetett geológiai adottságú térségekben. Ilyenek egyrészt a kontinentális lemezek alábukási zónáihoz kapcsolódó aktív vulkáni övezetek, például Kaliforniában, Japánban vagy Olaszországban. A másik előfordulás kontinentális lemezek belsejében, medencékben az aktív vulkanikus területektől távol, olyan árokrendszerek közelében van, ahol a földkéreg elvékonyodott és így a forró magma a felszínhez közelebb helyezkedik el. Jellegzetesen ilyen térség a Kárpát-medence, a Párizsi medence vagy a Kaukázustól Északra elterülő Kubányi sztyeppék. Az egységnyi mélységnövekedéshez tartozó hőmérsékletemelkedés jelensége, a tűzhányók, gejzírek mind a Föld belső hőjének látható és “tapintható” kifejeződései, azonban e hő más, közvetlenül kevésbé észlelhető folyamatokat is indukál a mélyben, melyek azonban oly hihetetlen mértékűek, hogy Földünket egyetlen roppant termikus gépezethez teszik hasonlatossá. E folyamatok átfogó jellegű leírását az ún. lemeztektonikai elmélet kísérli meg, mely – lévén elválaszthatatlan a geotermikus energia fogalmától – az alábbiakban foglalható össze: Bolygónk szerkezeti felépítését tekintve a külső réteg az ún. kéreg, mely óceáni területeken 5-6 km vastag, míg szárazföldi területeken elérheti a 20-65 km vastagságot is, ezt követi a mintegy 2900 km vastag köpeny, legbelül pedig a 3470 km átmérőjű mag helyezkedik el. (1. sz. Ábra) E rétegek


fizikai és kémiai tulajdonságai a földfelszíntől a középpont felé haladva eltérően alakulnak. Amint az ábra is mutatja, a Föld legkülső burka, a litoszféra a kérget és a köpeny felső rétegét foglalja magában – óceánnal borított területeken 80 km, kontinentális területeken pedig akár 200 km is lehet a vastagsága és egyértelműen szilárd közegként definiálható. Az alatta húzódó mintegy 200-300 km vastag asztenoszféra azonban már jóval “képlékenyebbnek” mondható, s még ha csupán földtani mércével és évmilliók távlatában szemlélve is, de bolygónknak ez a rétege valóban képes bizonyos folyamatok során folyadékhoz hasonlóan viselkedni. Az asztenoszféra egyes részei közötti hőmérsékletkülönbség több tíz millió évvel ezelőtt jelentős hőáramlási folyamatok létrejöttét eredményezte. E hihetetlenül lassú (évente mindössze néhány centiméteres), ám állandó mozgás folytonosságát a radioaktív izotópok bomláshője, valamint a Föld mélyéből sugárzó hő biztosítja. A hőáramlás során a mélyből egyúttal forró, lazább szerkezetű kőzettömegek is a felszínre emelkednek, míg a felszíni hidegebb, tömör kőzetek lesüllyednek, majd felmelegedve ismét a felszínre törnek – hasonló folyamat játszódik le például a forrásban lévő víz esetében is. Azokon a – főként óceáni – területeken, ahol a litoszféra különösen vékony, az asztenoszférából a felszín irányába áramló többé-kevésbé olvadt anyag egyszerűen átsajtolja magát a litoszférán, s e mechanizmus hozta létre illetve hozza létre ma is az ún. terjedő zátonyokat, melyek összesen 60000 km hosszan nyúlnak el az óceánfelszín alatt, néhol (Izland, Arizona) kiemelkedve. E zátonytaréj aztán természetes akadályt képez az asztenoszférából feltörő olvadt kőzeteknek: viszonylag kis mennyiség átjutva rajta gyorsan megszilárdul és új óceántalajt alkot, ám a jelentősebb rész még a litoszféra alatt szétválik és ellentétes irányú horizontális áramlásba kezd. Ezen ellentétes erőhatások illetve a folyamatos óceáni kéregképződés azt eredményezi, hogy a zátonyok szélei egymástól évente néhány centimétert távolodnak, tehát az óceáni litoszféra kiterjedése nő, a zátonyokat pedig merőleges irányú repedések szabdalják. Azonban az a rendkívül érdekes megfigyelés, mely szerint a fentebb vázolt óceáni kéregképződés ellenére a Föld felszíne nem gyarapodik, ahhoz a következtetéshez vezet, hogy e folyamatot a litoszféra arányos zsugorodása kell hogy kísérje a Föld más pontjain. És valóban, éppen ez megy végbe az ún. szubdukciós zónákban, melyeket jellegzetesen hatalmas óceánmélyi árkok jelölnek. Ezeken a területeken a litoszféra lefelé hajlik, s belecsúszva a mellette húzódó litoszférarétegbe lesüllyed az egészen mély, forró közegbe, ahol a köpeny “felemészti” és a már ismert körforgás ismét elkezdődik: a litoszféra anyagának egy része olvadt állapotban a kéreg repedésein át az árok mentén a felszínre tör, ahol magmatikus képződmények, vulkánok keletkeznek. Ha az árkok az óceánban találhatók, akkor e folyamat során vulkanikus szigetek képződnek, ha pedig a szárazföld peremén, akkor az Andokhoz hasonló vulkanikus hegyláncok jönnek létre. Fentebb leírt jelenséget híven tükrözi a 2. sz.. Ábra.


A zátonyok, törések, szubdukciós zónák komplex hálózata bolygónkat hat nagy kiterjedésű, illetve számos kisebb litoszferikus egységre, ún. lemezekre tagolja, melyek a zónák aszimmetrikus elhelyezkedése miatt folyamatosan egymásra csúsznak, pozíciójukat lassan változtatva. A lemezek szélei a gyengébb, erősen hasadt kéregrészeknek felelnek meg, melyeket erőteljes szeizmikus mozgás, nagyszámú vulkán, és felszínre törő forró anyag miatt mindenekelőtt intenzív terresztikus hőáramlás jellemez. 6.3 Geotermikus rendszerek A fentiekből következik, hogy geotermikus rendszerek az átlagos vagy azt meghaladó geotermikus gradienssel jellemezhető régiókban fordulnak elő, különös tekintettel a lemezperem-területekre, ahol a gradiens az átlagos érték többszöröse is lehet. Ilyen esetben a rendszer akár 400 °C-os hőháztartással is működhet, míg átlagosan 100 °C-kal kell számolni. Maga a geotermikus rendszer nem más, mint a földkéreg felső rétegében víz áramlása, mely egy körülhatárolható területen valamely hőforrástól alacsonyabb hőmérsékletű közegbe, rendszerint a felszínre szállítja a hőt. E rendszerek tehát mindig három összetevőből állnak: hőforrás, rezervoár és valamely fluidum együttesen alkotja őket. A hőforrás lehet magas hőmérsékletű (>600 °C) magmabetüremlés, mely viszonylag sekély rétegekbe jutott, vagy alacsony hőmérsékletű rendszerekben a normál földhő is, amely, mint láthattuk, a mélységgel arányosan növekszik. A rezervoár forró, likacsos kőzet, melyből a keringő fluidum hőt von el. E kőzetréteget általában egy másik, víz át nem eresztő réteg veszi körül, azonban a felszínnel több területen is érintkezik, ahol a csapadékvíz folyamatosan részben vagy teljes egészében pótolja a természetes módon (pl. források) illetve mesterségesen eltávozó vízmennyiséget. A geotermikus folyadék tehát víz – az esetek többségében csapadékvíz – amely hőmérséklettől és nyomástól függően folyadék illetve gőz formájában létezik és számos kemikáliát illetve különböző gázokat tartalmaz. Az ideális geotermikus rendszer működését a 3. sz. Ábra jól szemlélteti. A geotermikus rendszerek működésének alapja a víz konvekciós áramlása, amely a folyadék melegedése és gravitációs mezőben való állandó térfogat-növekedése miatt következik be, s a rendszert hajtó energia a mélyből sugárzott hő. A meleg, kisebb sűrűségű víz felfelé áramlik és átadja helyét a külső rétegből érkező hidegebb, nagyobb sűrűségű víznek, melynek következtében a rendszer felső részében a hőmérséklet nő, alsó részében pedig csökken.


A geotermikus rendszerek elemei közül a hőforrás az egyetlen, amely természetes kell hogy legyen, kedvező körülmények között a másik két alkotóelem mesterségesen is helyettesíthető. Így például a rezervoárból kinyert geotermális vizet, mely egy geotermikus erőmű turbináját hajtja, használat után mesterségesen is visszajuttathatják a porózus kőzetrétegbe speciálisan fúrt kutak segítségével. Ezáltal a rezervoár természetes újratöltődését mesterséges utánpótlással helyettesítették. Ez az ún. visszasajtolás mára általános gyakorlattá vált, mellyel a geotermikus erőművek környezetre gyakorolt káros hatása rendkívüli mértékben csökkenthető. Az 1970-es évek elején az Egyesült Államokban kidolgozott eljárás (Hot Dry Rock – HDR) olyan rendszert alkalmaz, melyben nemcsak az áramoltatott folyadék, hanem maga a rezervoár is mesterségesen létrehozott egység. Ebben az esetben mélyen fekvő, víz át nem eresztő forró kőzetrétegbe magas nyomású vizet juttatnak, melynek következtében a kőzet megreped. A víz átjárja e mesterséges töréseket, felveszi a környezet hőjét és így a kőzetréteg természetes rezervoárrá alakul, melybe később egy másik kutat is fúrnak, hogy a forró vizet kinyerjék. Meg kell jegyezni azonban, hogy bár az ilyen rendszer működőképes, üzemeltetése az eredmények tükrében túl költséges, így ez a technológia ma inkább csak elméletben létezik. 6.4 Geotermikus erőforrások osztályzása és definiálása Az osztályzás legalapvetőbb szempontja a mélyben elhelyezkedő, forró kőzetek hőjét a felszínre szállító geotermális víz entalpiaértéke. Az entalpia, mely a hőmérséklet függvényében többékevésbé arányosan változik, a fluidum hőtartalmának számszerűsített értéke, mely ezáltal azt is magában foglalja, hogy “mennyit ér” az adott erőforrás. Ennek alapján beszélhetünk alacsony, közepes és magas entalpiájú geotermikus erőforrásokról (3. sz. Táblázat), melyek azonban a kritériumoktól függően eltérő osztályokba szerveződhetnek: Muffler és Cataldi (1978) a táblázat (a)-csoportosítását, Hochstein (1990) a (b)-csoportosítást, Benderitter és Colmy (1990) a (c)csoportosítást, míg Nicholson (1993) a villamosenergia-termelésre való alkalmasság kritériuma alapján a (d)-csoportosítást tartotta megfelelőnek. Gyakran megkülönböztetik továbbá a dominánsan víz, illetve dominánsan gőz alapú geotermikus rendszereket. Előbbi esetben a folyadék az állandó, nyomásmeghatározó közeg, ahol a gőz csupán csekély

buborékképződés

formájában

van

jelen.

E

rendszerek

általánosan

elterjedtek,

hőmérsékletük <125 °C-tól a >225 °C-os tartományban mozog, s a hőmérséklettől és nyomástól függően forró víz, vízgőz-keverék, nedves gőz vagy igen ritkán száraz gőz formájában is kiaknázhatók. A dominánsan gőz alapú rendszerekben víz és gőz szintén együtt van jelen, azonban itt a gőz a folyamatos, nyomásmeghatározó közeg. E rendszerek igen ritkák (például a kaliforniai


Gejzír-mezők), rendkívül magas hőmérsékletűek és száraz ill. túlhevített gőzt termelnek. A nedves, száraz, túlhevített gőz közötti különbséget leginkább egy vízzel töltött fazék példáján lehet szemléltetni, melyben a nyomás permanens jelleggel 1 atm (=101.3 kPa). Ha elkezdjük melegíteni a vizet, akkor az 100 °C-on felforr, és lassan folyékony halmazállapotból párolgása során átalakul gáz halmazállapotúvá. Egy bizonyos idő elteltével tehát a fazék vizet és gőzt egyaránt fog tartalmazni – ezt a vízzel termodinamikai egyensúlyban lévő gőzt nevezzük nedves gőznek. Ha azonban változatlan nyomás mellett tovább melegítjük a fazekat, a víz előbb-utóbb teljesen elpárolog, s a fazékban csak gőz marad – ezt nevezzük száraz gőznek. Mind a száraz, mind pedig a nedves gőz ún. telített gőzök. Végül továbbra is 1 atm nyomás mellett továbbmelegíthetjük a fazekat mondjuk 120 °C-ra: ekkor az adott nyomáshoz tartozó forrponthoz képest 20 °C-kal túlhevített gőzt kapunk. A fentebb illusztrált jelenség más nyomás-és hőmérsékletértékekkel ugyan, de a mélyben is ugyanígy lejátszódik és meghatározza a geotermikus rendszer ismérveit. A geotermikus erőforrások csoportosításának harmadik szempontja a rezervoárban áramló folyadék és a hőtranszfer között létrejövő egyensúly minősége lehet. Dinamikus rendszerekben a rezervoár ürülése és vízutánpótlása ciklikus folyamat eredménye, melynek során a vízáramlás a hőt keringeti a rendszerben, ami egyaránt lehet magas hőmérsékletű (>150 °C) és alacsony hőmérsékletű (<150 °C). Statikus rendszerek esetében azonban a rezervoár csak kis mértékben vagy egyáltalán nem képes újratöltődni és a hőtranszfer csak átvezetéssel valósul meg. E rendszerek rezervoárja általában víz át nem eresztő, alacsony vezetőképességű kőzetbe ékelődő porózus, üledékes kőzet, amely lerakódása során forró, nagynyomású vizet ejtett csapdába. Az ilyen rendszerek hidraulikus ill. termálenergia, valamint metángáz kitermelésére alkalmasak, ám ipari célú felhasználásuk még nem valósult meg. 6.5 A Geotermikus energia kitermelése A legáltalánosabban alkalmazott rendszerekben a termálkútból feltörő vizet gáztalanítják, ülepítik és sótartalmát részben eltávolítják, majd a felhasználás helyére szivattyúzzák, a lehűlt vizet pedig valamilyen vízáramba, vízgyűjtőbe elvezetik. Ezek a rendszerek egyszerűek, megbízhatóan működnek, kis beruházási költséggel létesíthetők és olcsón üzemeltethetők, problémájuk azonban, hogy - ha a geotermikus rendszer sajátosságaiból adódóan nincs vízutánpótlásuk - a rétegenergia csökkenése következtében idővel kevesebb vizet adnak. A vízhozam csökkenése különösen jelentős lehet azokon a helyeken, ahol olaj- és földgázkutak is termelnek, vagy ahol nagy a termálkútsűrűség.


A csökkenő víznyomást kompresszorral növelni lehet ugyan, de ez kis hatásfokú és nem gazdaságos eljárás. Alkalmasabbak erre a célra a búvárszivatytyúk, amelyek jó hatásfokkal (5055%), biztonságosan dolgoznak és a nyomás csökkenését egyre mélyebbre helyezéssel kompenzálják. A legjobb megoldást azonban a kitermelt, lehűlt víz már ismertettett módon történő visszasajtolása jelenti, mert így a mély vízszint csökkenését lényegesen mérsékelni, a kutak élettartamát

nagymértékben

növelni

lehet.

A

búvárszivattyúk

előnye,

hogy

megfelelő

nyomásszinten (általában a kút felso 40-60 m-es szintjén) elhelyezve a vízkőkiválást is megakadályozzák. A korszerű megoldásokban a búvárszivattyúval felhozott termálvíz nem közvetlenül, hanem hőkicserélőn keresztül normál víznek adja át hőenergiáját. Ehhez a vízkörhöz a terhelés növekedésére is számítva (téli hidegebb időszak) más futómű melegvize csatlakoztatható, amely mezőgazdasági igénybevételeknél célszerűen biomasszakazán lehet. Ugyanakkor az egész évi kihasználás érdekében a termálvízzel és a kazán gőzével abszorpciós vagy kompresszoros hőszivattyú is muködtethető, amivel nemcsak kiegészítő hőtermelés, hanem hűtés is megvalósítható. A lehűlt víz másik kúton keresztül visszasajtolható, sótalanítás után öntözésre vagy más célra hasznosítható, de hűtésre is felhasználható, és ekkor másodlagos, kisebb hőtartalmát ismételten kamatoztatni lehet. Az USA-ban a geotermikus energia hasznosítására egyéb eljárásokat is kidolgoztak. Az egyik kísérleti - eljárásban a sekély talajrétegek hőenergiáját hasznosítják hőkicserélőként működő csőkígyóval. Egy 15 cm átmérőjű, 64 m hosszú fém csőrendszert fektettek le 1,8 m mélyen vörösagyag talajba, kivezetésekkel a csőrendszer elején és végén, valamint 15 méterenként. A csőrendszerhez egy nagynyomású, közvetlen meghajtású ipari radiálventillátort csatlakoztattak. Ezzel a rendszerrel alacsony hőmérséklet állítható elő. A Los Alamos ill. a Pacific Northwest laboratóriumok (USA) által kidolgozott ill. kivitelezett technológia a kőzetrétegek hőjére épül. A repesztéssel és robbantással fellazított és ezáltal nagy felületűvé alakított, forró kőzettömegbe mélyfúráson át vizet sajtolnak. A keletkezett gőz egy másik furaton át tör a felszínre, ahol turbogenerátort hajt meg, amely áramot termel. Ez az eljárás homokkőzetben nem alkalmazható. Geotermikus energia nyerésére a felhagyott olajkutak (szárazkutak) is felhasználhatók. De mint láthattuk, a forró, mélybeli kőzetek száraz hőjének közvetlen kitermelésére is van lehetőség. 6.6 A geotermikus energia felhasználási lehetőségei17

1

7Dr. Sági Ferenc: Energiahasznosítás a mezőgazdaságban. Tanulmány. OMGK


A geotermikus energiát sokféleképpen lehet hasznosítani: elektromos áram előállítására, belső terek fűtésére, melegvíz-szolgáltatásra, termálfürdőkben, ipari célokra és a mezőgazdaságban is. A termálvíz fűtési és melegvíz-szolgáltatási hasznosítása általános és a mezőgazdaságot is érinti (p. növényházak, fóliaházak, baromfitelepek, istállók stb. fűtése), de ebben az ágazatban lehetőség nyílik speciális alkalmazásokra a fűtési időszakon kívül is (terményszárítás, haltenyésztés). Ezeknél az alkalmazásoknál a termálvíz előnye nem csupán fűtőolaj vagy földgáz megtakarításában jelentkezik, hanem a koncentráltság és a sokrétű hasznosíthatóság miatt vállalkozások alapítására, kereskedelmi tevékenység indítására is alkalmat nyújt, valamely térség komplex fejlesztéséhez (termelés, kommunális ellátás, termálfürdő, sportuszoda) járul hozzá. Másrészről az előkezelés és szükség esetén a hőkicserélés lehetővé teszi a hagyományos fűtő- és melegvízhálózatok üzemeltetését magas hőmérsékletű hévízzel, így nincs szükség külön átviteli rendszerek kiépítésére. A geotermikus források – elsősorban víz – különböző hőmérsékleten történő felhasználási lehetőségeit a klasszikus Lindal-diagram (4. sz. Grafikon) mutatja be, mely a 85 °C fölötti tartományban ma már kiegészíthető a kettős ciklusú erőművek elektromosenergia-termelésével. A diagram a geotermikus energiaforrások lehetséges felhasználása során két fontos szempontra is felhívja a figyelmet: (a) kombinált felhasználással a geotermikus projektek valószínűleg gyorsabban megtérülnek, valamint (b) az energiaforrás hőértéke leszűkíti a lehetséges felhasználások körét. 6.6.1 Villamosenergia-termelés A

villamosenergia-termelés

a

geotermikus

forrás

természetétől

függően

megvalósulhat

hagyományos gőzturbinákkal működő vagy ún. kettős ciklusú erőművek segítségével. Hagyományos gőzturbinák működéséhez legalább 150 °C-os hőmérsékletű fluidumra van szükség és vagy egyszerű gőzkiáramlásos vagy gőzlecsapatásos rendszerű erőműként funkcionálnak. A gőzkiáramlásos rendszer egyszerű és olcsó: a száraz vagy nedves gőz (utóbbi esetben először elválasztják a feltörő termális folyadéktól) meghajtja a turbinát, majd ezt követően az atmoszférába távozik. Noha az ilyen erőművek egy megtermelt kilowattórára vonatkoztatott gőzfogyasztása majdnem duplája a gőzlecsapatásos rendszerrel működőknek, kísérleti vagy tartalék üzemekként, izolált kutakból való hőkinyeréskor kiválóan alkalmazhatók. Ugyancsak őket alkalmazzák, ha a gőz összetevői miatt gyakorlatilag nem kondenzálható. A gőzkiáramlásos rendszerek további előnye, hogy meglehetősen gyorsan felépíthetők és üzembe helyezhetők, kapacitásuk 2.5-5 MWe körül alakul. Ezzel szemben a gőzlecsapatásos rendszerű erőművek jóval bonyolultabbak, számos kiegészítő egységgel működnek, s ennek megfelelően létesítésük is hosszú folyamat keretében valósítható csak meg (2-2.5 év). Ugyanakkor gőzfogyasztásuk mindössze fele a gőzkiáramlásos rendszerekének és ezzel együtt 55-60 MWe-s teljesítményre képesek.


Az alacsony és közepes hőmérsékletű geotermális fluidum villamosenergia-termelésre való felhasználása a kettős ciklusú technológia kifejlesztése óta igen jelentős fejlődésen ment keresztül. A kettős ciklusú erőművek egy a víznél alacsonyabb forráspontú, alacsony hőmérsékleten a gőznél nagyobb gőznyomású folyadékot (rendszerint pentán vagy bután jellegű szerves vegyületeket) is alkalmaznak.: a geotermális víz hőjét mesterségesen átvezetik a másodlagos folyadékba, azt elpárologtatják, az így képződő gőzzel meghajtják a turbinát, majd a gőzt lehűtik és lecsapatják, s a körfolyamat újra lejátszódik. Megfelelő másodlagos folyadék alkalmazása esetén 85-175 °C-os geotermális víz kihasználására nyílik lehetőség. A kettős ciklusú erőművek önmagukban néhány száz kWe vagy néhány MWe teljesítményre képesek, azonban összekapcsolásuk esetén az összteljesítmény elérhet több tíz MWe -t is. Az erőmű működési költségeit a geotermikus fluidum hőmérséklete határozza meg, hiszen ennek függvényében változik a turbina mérete, a hőkicserélő és hűtőberendezés minősége is. 6.6.2 Közvetlen hőhasznosítás Termálvízzel nemcsak közösségi, iroda- és egyedi lakóépületek, kórházak, raktárak, műhelyek stb. fűthetők, hanem egész háztömbök is. Erre nemcsak az úttörő Izlandon találhatunk kiemelkedő példát, ahol a lakóövezetek geotermikus energiával való fűtése 1999-re az erőművek mintegy 1200 MWh-s összteljesítményét eredményezte, hanem akár Budapesten és az ország más, főleg alföldi városaiban már az 50-es, 60-as években is alkalmazták, évente 75-80 000 tonna fűtőolaj megtakarítását eredményezve. A termálvíz higiéniás célú használatra természetesen csak akkor alkalmas, ha minőségi és bakteriológiai paraméterei a szabványban előírtaknak megfelelnek. Ha a termálvíz hőmérséklete alacsony (pl. 60°C), akkor előnyös lehet a padló- vagy a falfűtés. Radiátoros fűtés is megfelel, ha a vízhőmérsékletet tekintetbe véve méretezik. Ilyen esetben ajánlatos kiegészítő fűtésről is gondoskodni. A nagyobb termálvizes hálózatokban az áramoltatást szivattyúzással kell biztosítani, minél kisebb hőveszteségre törekedve. Lakótelepek, egészségügyi intézmények, iskolák termálvizes fűtéséhez és vízellátásához különösen fontos a termálkutak teljesítményének hosszúlejáratú fenntartása. A geotermikus energia melegvíz formájában igen eredményesen használható növényházak és fóliasátrak fűtésére. A fűtési teljesítmény iránti igény a növényház méreteitől, hőgazdálkodási viszonyaitól, betelepítettségétől és a növénykultúrától függ. A termálvízzel fűtött növényházak beruházási költsége 15-20%-kal nagyobb, mint az olaj- vagy a gázfűtésűeké, de a kisebb üzemköltségek miatt a többletkiadás 2,5-3 éven belül megtérül. Tehát, bár a termálvíz fűtési célokra csupán növényházban is jól kihasználható, növényház-fóliasátor együttesekben még gazdaságosabb


fűtést tesz lehetővé. Ha 90°C körüli hőmérsékletű hévíz áll rendelkezésre, akkor többlépcsős hasznosításra van mód: szivattyúk közbeépítésével a vízkivételi helyhez legközelebb eső növényház(ak) légfűtéssel fűthetők. A távozó, alacsonyabb hőmérsékletű (pl. 50°C-os) termálvízzel további növényház vagy fóliaházak légtér- vagy talajfűtése végezhető. Visszakeveréses megoldással a hőlépcsőket stabilizálni lehet. A fóliaházakból kilépő 20-25°C hőmérsékletű víz még hálózati öntözővíz előmelegítésére is használható. Alacsonyabb, 50-60°C hőmérsékletű termálvízzel történő növényházfűtéskor ajánlatos a különböző fűtési lehetőségeket kombinálni a víz hőtartalmának és a fűtőfelületeknek minél jobb kihasználásával. Korszerű geotermikus növényházak fűtőcsővázasak, térfűtésüket a fűtőcsöveken kívül termoventillátorok is biztosítják, a 30-35°C-os kilépő víz pedig még talajfűtést végezve 20-25°C hőmérséklettel távozik. Nagyon hideg téli napokon, csúcsidőben az alacsony hőmérsékletű termálvizes fűtés jó kiegészítője lehet a szalma- vagy a faaprólék-tüzelésű biomasszakazánnak. Meg kell jegyezni, hogy különösen az alacsony hőmérsékletű termálvízzel fűtött növényházak esetében fontos gazdaságossági tényező a hőleadás csökkentése hőtakarókkal. Nagyobb növényházkomplexumok nyári hűtésére a hőszivattyús hűtés is alkalmazható, ha az olcsóbb árnyékolás, ventillátoros nedves levegő átszívatása nem bizonyul elengendőnek. A fóliaházakban és -sátrakban általában alacsony hőmérsékletű termálvizet használnak állandó vagy mobilis csöves rendszerekkel vagy konvektorokkal. A fóliaházak fűthetők az ún. vízfüggönyös módszerrel is, amikor kettős fóliaréteg között áramoltatnak hőtartalmától már jórészt megszabadult, előzetesen hasznosított, 20-30°C hőmérsékletű termálvizet. Az áramló langyos termálvíz nemcsak fűt, hanem hőszigetelő hatást is kifejt, azonban ennek az eljárásnak nagy a vízigénye és teljesen záró, ép fóliát igényel. További lehetőség a napapenergiás és a geotermikus fűtés kombinálása, amikor a talajba mélyesztett műanyagcsöveken a fóliaház két rétege között a nappal felmelegedett levegőt ventillátor áramoltatja át. A meleg a műanyagcsövekből átadódva felmelegíti a fóliaház alatti földréteget, amit éjjel visszaszívatnak a növényházba. Ennek a rendszernek a hatékonysága természetesen függ a nappali energiaátadás mértékétől és a földréteg hőtartó képességétől. A nagytestű (ló, szarvasmarha) vagy a nagy sűrűségben (sertés) tartott állatok istállózása jelentékeny hő- és páratermelésük miatt a 10-20°C belső hőmérséklet tartásához télen sem igényel nagy fűtőteljesítményt. Magasabb hőmérsékletre csak a nevelőkben, elletőkben van szükség. Ehhez az alacsonyabb hőmérsékletű termálvíz is elegendő. Fontos azonban a megfelelő szellőztetés, ami előmelegített külső levegővel oldható meg. A termálvíz a hagyományos bordás vagy más fűtőcsövekben keringtethető, a máshonnan elvezetett, lehűlt, 30 fokos hőmérsékletű termálvíz pedig padló- vagy falfűtésen keresztül hasznosítható. Az istállók szellőztetésére jól alkalmazható a hővisszanyeréses eljárás is. Nyáron a hővisszanyerő berendezés a szellőztető levegőt az istállóból elszívott páradús levegővel hűti, télen pedig ugyanezzel előmelegíti. Ezen az úton a termálvíz-


felhasználást csökkenteni lehet. A baromfitartásban a keltetőből kikerült fiatal állatok számára az első három héten 32-36°C-os kezdeti hőmérséklet után 28-30°C tartása szükséges, amit később lassan csökkenteni lehet. A termálvizes radiátorok, hűtőcsövek a baromfiházakban, nevelőkben éppúgy alkalmazhatók, mint a paldó-, vagy a falfűtés, amihez csökkent hőtartalmú termálvíz is megfelel. A szellőztetés az istállók szellőztetéséhez hasonlóan, termoventillátorokkal biztosítható. Az alkalmas hőmérsékletű termálvíz keltetőgépek üzemeltetésére is használható. Istállók fűtésére az alternatív energiaformákkal működő rendszerek többféle összekapcsolása is módot adhat (pl. termálvizes + biomasszafűtés, biogázos + termálvizes fűtés). Jó energiagazdálkodási megoldásokat kínálnak az istálló-növényház együttesek is. A terményszárítási feladatok túlnyomórészt a fűtésmentes nyári-koraőszi időszakra esnek, ami a termálvizek gazdaságos, minél hosszabb idejű kihasználása szempontjából kedvező. A termálvizes szárítás a korábbi szénhidrogéntüzelésű berendezésekhez képest alacsonyabb hőmérséklettel (4060°C) dolgozik, ezért a szárítási idő meghosszabbodhat, de az energiamegtakarítás ezt túlkompenzálja. Termálvízzel is különböző termékeket lehet szárítani, pl. szemes és szálas terményeket, kukoricát, paprikát, gyógynövényeket. A termálvíz fűtőcsövön át halad a boglyába rakott vagy felbálázott széna alatt, amelyen ventillátor nyomja át a leadott hőt. A nedves levegő felül távozik. Hasonló módon szárítható a csöveskukorica és a paprika is. A gravitációs szárítókban könnyen guruló szemestermények szárítása végezhető. Ezek vegyes melegvizes-földgázos fűtéssel ellátott, légáramlásos tornyok, amelyekben gravitációs úton halad a gabona, borsó stb. felülről lefelé, miközben fölös nedvességtartalmától megszabadul. A gravitációs szárítók előnye a folyamatos üzemeltetés, létesítésük azonban költségesebb, mint a terményszárítóké, emellett magasabb hőmérsékletű termálvizet is igényelnek. A termálvizes szárítók dughagyma hőkezelésére és gyümölcsök aszalására is használhatók. A termálvizes és a napenergiás terményszárítás jól kiegészítheti egymást: felhős, borult időben a kieső napenergiát a termálvíz pótolhatja. 6.7

A geotermikus energiatermelés környezeti hatásai18

Az 1960-as években, amikor a természet a mainál lényegesen épebb állapotban állt rendelkezésünkre és az emberek kevésbé foglalkoztak az egyes tevékenységekben rejlő veszélyek mértékével, a geotermikus energiát egyértelműen “tiszta” energiaként definiálták. A valóságban természetesen nem létezik az energiatermelésnek-vagy átalakításnak olyan ember által kivitelezett módozata, amely ne lenne közvetlen vagy közvetett hatással környezetünkre. A termikus energia felhasználása sem kivétel – legősibb formájának, a fa elégetésének ártalmas hatása egyértelmű, s 1

8Mary H. Dickson-Mario Fanelli: What is geothermal energy?. Pisa, Italy p. 1-12, 24-26


korunk egyik legsürgetőbb problémája, a deforesztáció, tulajdonképpen azzal kezdődött, hogy őseink fűtési célokra kivágták az első fákat. Ugyanígy a geotermikus energia kiaknázása is gyakorol kedvezőtlen hatást a környezetre, de még így is egyike a legkevésbé ártalmas technikáknak.

A geotermikus energia kitermelése rendszerint a beavatkozás nagyságával arányos mértékben fejti ki hatását a környezetre. Míg kettős ciklusú erőművek környezeti hatása a közvetlen hőhasznosításéval azonos mértékűnek tekinthető és viszonylag kicsi, a kiáramlásos vagy lecsapatásos rendszerű erőművek esetében különösen levegőminőség vonatkozásában már komolyabb következményekkel kell számolni, de még ez is elfogadhatónak tekinthető. Természetesen az “elfogadható” terminust óvatosan kell használnunk, hiszen jól tudjuk, hogy egy mégoly jelentéktelennek tűnő apró változtatás is könnyen olyan láncreakciók beindítója lehet, melyek hatását előre megjósolni lehetetlen. Példának okáért valamely üzem szennyvízelvezetéséből adódó

2-3°C-os

vízhőmérséklet-emelkedés

felboríthatja

az

egész

ökoszisztémát:

a

hőmérsékletváltozásra leginkább érzékeny növényi és állati mikroorganizmusok akár teljesen eltűnhetnek, táplálék nélkül hagyva bizonyos halfajokat. De az is elképzelhető, hogy a hőmérsékletnövekedés egyes halfajok ikráinak kifejlődését gátolja meg, s ha e halfajta történetesen egy halászfalu fő megélhetési forrását jelentette, eltűnésük máris az egész közösség sorsára kihatott. S noha e példa egyértelműen demonstratív jellegű, kétségkívül ráirányítja figyelmünket a különböző emberi tevékenységeknél oly gyakran tapasztalható könnyelmű gondolkodásra. A kitermelés során leginkább érzékelhető környezeti hatása magának a fúrásnak van függetlenül attól, hogy aktív kutakról van-e szó, vagy csupán sekély próbafúrásokat végeznek a rentábilitás felbecsülésére. Tudniillik a fúrógépezet és kiegészítőinek üzembe helyezése mindenképp maga után vonja az elérhetőséget biztosító infrastruktúra (utak) és az ún. fúrótokmány létesítését. Ez utóbbi még egy járműre szerelt kisméretű fúróegység esetén is mintegy 300-500m2-es terület megbolygatását jelenti, de közepes méretű installációnál már 1200-1500m2 is lehet ez a szám. A műveletek során e területek morfológiája jelentősen megváltozik, ami egyértelműen veszélybe sodorhatja a helyi flóra és fauna egyedeit. Fúrás során továbbá szennyeződhetnek a felszíni vizek, az atmoszférába pedig nemkívánatos gázok kerülhetnek. A geotermális fluidumok szállítására lefektetett csőrendszer a fúráshoz hasonlóan fejti ki negatív hatását a környező élővilágra, emellett elcsúfíthatja a táj képét is. Súlyosabb problémák merülhetnek fel azonban az erőművek működése során. Geotermális fluidumok (gőz és víz egyaránt) általában mind tartalmaznak bizonyos gázokat mint például széndioxid (CO2), hidrogén-szulfid (H2S), ammónia (MH3) vagy metán (MH4), de emellett nyomokban olyan eloszlatott egyéb kemikáliákat is, amelyek koncentrációja a hőmérséklet


emelkedésével növekszik és jelentős környezeti károkat okozhatnak: sósav (NaCl), bór (B), arzén (As) és higany (Hg). Légszennyezés a hagyományos erőművek áramtermelése során léphet fel. Ilyenkor az egyik legszennyezőbb komponens a kénhidrogén, hiszen a tiszta levegő elfogadható kéhidrogéntartalma 5 az egy milliárdhoz és e koncentráció csekély növekedésének is lehetnek már rejtett fiziológiai következményei. Azonban e gáz emisszióját számos eljárással lehet csökkenteni. Minthogy a geotermikus fluidumok összetevői közt megtalálható a szén-dioxid, a kibocsátás során is számolni kell vele – igaz, míg széntüzelésű erőművekben 1042g/kWh, olajtüzelésűekben 906g/kWh, gáztüzelésűekben 453g/kWh, addig geotermikus erőművekben a kibocsátás mindössze 13-380g/kWh. (Friedleifsson, 2001). A fluidum összetevőiből következik, hogy a használt víz kiürítése szintén vegyi szennyeződéseket eredményezhet, ezért külön utókezelésre vagy a rezervoárba való közvetlen visszasajtolásra van szükség. Szerencsére a közvetlen hőhasznosítás során alkalmazott alacsony hőmérsékletű termálvíz kis vegyianyag-koncentrációja ritkán okoz problémát, ezért hűtést követően a felszíni vizekkel elegyíthető. Fontos megemlítenünk a rezervoárból történő nagymennyiségű vízkinyerés által előidézett problémát, a talajsüppedést. Ez ugyan irreverzibilis és általánosan fellépő folyamat, azonban nem tekintendő katasztrofálisnak, hiszen rendkívül lassan zajlik és eloszlik a sík vidékeken. A talaj süllyedése néhány év alatt már észrevehető mértékű, legtöbbször csak néhány centiméter de olykor néhány méter is lehet. Ez már az épületek stabilitását is veszélyeztetheti, ezért a talajsüppedést gondosan monitorozni kell. A visszasajtolás jelentősen csökkentheti a folyamatot. Ugyanakkor itt kell rámutatnunk arra, hogy másrészről a visszasajtolás és vízkinyerés növelheti a térségben tapasztalható szeizmikus mozgások gyakoriságát. E mozgások azonban mikroméretűek csupán, és csak műszerrel mutathatók ki. Nagyobb földmozgásra geotermikus energia kitermelése során még nem volt példa. Végezetül minimális zajszennyezés problémája merülhet fel az elektromos áramot előállító erőművek működése során, hiszen a hűtőventillátorok, turbinák, gőzelvezetők nem dolgoznak hangtalanul. Közvetlen hőhasznosítás esetén ilyen problémáról nem beszélhetünk.

7.Geotermikus energia Magyarországon19 7.1 Magyarország geotermális adottságai

1

9 Landy Kornélné: Geotermális energiahasznosítás Magyarországon. 2002 p. 24-33


Magyarországon a földkéreg vastagsága 24-26 km, ami mintegy 10 km-rel vékonyabb, mint a szomszédos területeken. Ebből következően a geotermális gradiens 0,042 - 0,066 °C/m, a földi átlagértéknek körülbelül kétszerese. Ez kedvező geotermális adottságunk egyik összetevője. A felszíni 10°C-os hőmérsékletet figyelembe véve 1 km mélységben a kőzetek hőmérséklete 60°C, 2 km mélységben pedig már 110 °C. Amennyiben a szilárd kőzetváz vizet is tartalmaz, természetesen annak hőmérséklete ugyanilyen magas. A Pannon-medencét nagy vastagságban ( 3-5 km ) jó hőszigetelő tulajdonságú üledékek töltik ki. A medence jó vízvezető képződményeinek legnagyobb ismert mélysége eléri a 2,5 km-t, itt a kőzetek hőmérséklete már 130-150 °C. Az üledékek nagy rétegvíztartalma kedvező geotermális adottságaink másik összetevője. A magyarországi tároló képződmények két csoportba oszthatók. Van hasadékos alaphegységi (karsztos) és porózus, törmelékes medencebeli rezervoár. A karsztos előfordulás az ország területének kisebb hányadára terjed ki, délnyugatról ( Zala ) északkelet felé húzódik. Ebbe a zónába tartozik Budapest is. A karsztos tároló típusba tartoznak történelmileg is ismert hévízforrásaink. Ezeket már a rómaiak is hasznosították, majd a török hódoltság idején számos gyógyfürdő épült. Az ezeket tápláló források karszthegységeink peremén fakadnak ( Hévíz, Buda, Eger ). Az első mesterséges hévízfeltárások is a karsztos tárolókhoz kapcsolódnak: 1866-Harkány, 1867 Margitsziget, 1868-78 - Városliget. Az egyre nagyobb mélységű fúrások a felszíni karsztos hegységektől egyre távolabb is megcsapolhatják a karsztos kőzettömeg vízkészletét, hiszen a medencét kitöltő üledékek alatti mészkő és dolomit alapegység-képződmények hidraulikailag kapcsolatban állnak a felszíni kibúvásokkal. A geológiai fejlődés során a kapcsolat meg is szakadhat, ekkor utánpótlás nélküli karsztos tárolók jönnek létre ( ilyen például Bük, vagy Zalakaros ). Magyarországon karbonátos alaphegységi tárolóban nagynyomású gőzelőfordulás is ismert ( Nagyszénás, Fábiánsebestyén ). Ezek a geotermikus villamosenergia-termelés lehetőségét jelentik. Területileg nagyobb kiterjedésben – a Kisalföldön és az Alföldön – az üledékes medencék homok és homokkő képződményei jelentik a tárolókat. Ezek vastagsága helyenként a 2,5 km-t is eléri. A homokos közegben féligáteresztő, vízzáró márga- és agyagrétegek is keletkeztek az üledékképződés során. Ahogy nő a mélység, a szigetelés egyre jobb lesz. A medence peremi részein a rétegek nagy dőlése is segíti a hidraulikus kapcsolatot. Az összefüggő porózus közegben a víz állandó, lassú áramlásban van.


A karsztvíz kémiai összetételét alapvetően azok a karbonátos kőzettömegek határozzák meg, amelyek repedésein végigvándorol. Az oldási folyamat a beszivárgást követően azonnal megindul, a víz CO2 tartalma oldja a karbonátos kőzeteket, így ezek a vizek alapvetően kalcium-magnézium hidrokarbonátosak. A víz nagyobb mélységekbe jutva az ott átalakuló kőzettömegekből felszabaduló CO2-t elnyelve további oldásra lesz képes, így alakulnak ki a barlangok. A karbonátos kőzetekben található agyagásványokból alkáli elemek oldódnak ki, pirittel találkozva a szulfát tartalom nő meg. A kén ritkábban szulfid formában jelenik meg a vízben – ez jelentős gyógytényező. A porózus rezervoárok vize általában alkáli hidrogénkarbonát-tartalmú. Az oldott anyag mennyisége itt is igen tág határok között változik, és általában a nagyobb mélységű tárolókból származó fluidumokban a nagyobb. Magyarország becsült vízkészlete 500 Gm3, az összes termálkút éves vízhozama ~500 millió m3 Ezt a vízhozamot természetesen nem veszik igénybe, a becsült kitermelt évi termálvíz mennyiség ~200 millió m3. A 2000 január 1-jei állapot szerint az országban nyilvántartott, 30 °C-nál melegebb vizet adó kutak száma 1288 db. ( A 30 °C értéket az tünteti ki, hogy Magyarországon ez az érték a termálvízzé minősítés hőmérséklethatára.). A 3. sz. Táblázat adataiból látható, hogy a termálvíz kutak csaknem felének vízhőmérséklete kisebb, mint 40 °C, és a 90 °C-nál melegebb vizet adó kutak száma összesen 51 db. A termálkutak viszonylag nagy hányada, több mint 10 %-a műszaki hibás, ami azt jelenti, hogy hasznosításra már nem alkalmas. A magyarországi hévízkutak hasznosítás szerinti megoszlása a kifolyó víz hőmérsékletének függvényében Hőfok Kutak Kutak Hasznosítás ( db ) oC

db

%

F

V

M

I

K

T

R

Z

E

S

30-39,9

581

42

59

183

72

29

1

9

0

84

40

101

40-49,9

283

20

91

22

16

17

2

20

0

36

45

27

50-59,9

132

11

45

7

17

10

2

14

4

13

12

7

60-69,9

121

10

32

0

17

6

1

25

7

18

3

10

70-79,9

70

7

8

0

23

4

6

16

2

8

2

1

80-89,9

50

5

4

0

33

3

2

1

0

6

1

0

90-99,9

48

5

4

0

31

1

5

0

0

5

0

2

>100

3

0

0

0

1

0

1

0

0

1

0

0

1288

100

243

212

210

70

20

85

13

171

összesen

Forrás: Landy Kornélné: Geotermális energiahasznosítás Magyarországon. p.27

103 148

3. számú Táblázat


A táblázatban előforduló rövidítések : F : fürdő, V : ivóvízellátás, M : mezőgazdasági hasznosítás, I : ipari hasznosítás, K : kommunális ellátás, T : többcélú alkalmazás, R : visszasajtoló kút, Z : lezárt, É : figyelő kút, S : műszakilag hibás

7.2 Jogi szabályozás A felszín alatti vizek és a felszín alatti vizek természetes víztartó képződményei kizárólagos állami tulajdont képeznek. A termálvíz felszínre hozatalához szükséges kút tulajdonosa az az állami szervezet, jogi, illetve természetes személy, akinek a költségén a kút létesült és arra a tulajdoni jogot az érvényes előírások alapján bejegyeztette. A felszíni földterület tulajdonosa pedig az a természetes vagy jogi személy, akit az ingatlan-nyilvántartásba bejegyeztek. Szolgalmi jog alapján lehetséges a kút telepítése. Nem szükségszerűen egyezik meg a kút és a földterület tulajdonosa. A hévízkutatás és -termelés – a hasznosítás módjától függetlenül –a vízgazdálkodási törvény hatálya alá tartozik, a tevékenység vízjogi hatósági engedélyhez van kötve. A vízkitermelőknek vízkészlet járulékot kell fizetniük az igénybe vett vízmennyiség után. Az alap járulék 2002-ben 1,90 Ft/m3, ezt módosítja a térség vízkészletgazdálkodási helyzetén kívül a használt vízkészlet minősítése és a használat jellege. A törvény szerint nem kell vízkészlet járulékot fizetni az olyan felszín alatti víz kiemelése után, amelyet visszasajtolnak. Az energetikai hasznosításra a Bányatörvény vonatkozik (1993. évi XLVIII. tv.). A bányatörvény szerint

a

geotermikus

energiát

energetikai

céllal

kitermelőknek

bányajáradék

fizetési

kötelezettségük van. A bányajáradék összege a kitermelt geotermális energia 2%-a. A hatékonyság ösztönzése érdekében a kitermelt geotermális energia 50%-át meghaladó hasznosítás után nem kell bányajáradékot fizetni. A bányatörvény 1997. évi módosítása kimondja, hogy geotermális energiát csak vízjogi engedély birtokában, és csak a vízkészletek károsítása nélkül lehet kitermelni. Egyúttal a vízkivétellel járó energetikai hasznosítást kivette a vízügyi jogszabályok hatálya alól. A közcsatornába szennyvízbírság nélkül bevezethető összes sótartalom határértékre területi kategóriától függően 1,5 – 3,0 g/l. Ugyanez a terhelési határérték felszíni vízfolyás esetében 1,0 – 2,0 g/l. A felszíni vizeknél ezen kívül nátriumegyenérték %-ra is megállapítottak terhelési határértéket ( 45% ). Ez azt jelenti, hogy a termálvíz hasznosítók többsége szennyvízbírságot fizet.


A temálvizekre vonatkoznak még a környezetvédelmi – és vízügyi jogszabályok. A vízvisszasajtolás problémáját érinti, hogy a 33/2000. (III.17.) Korm. rendelet megtiltja kockázatos anyagoknak a felszín alatti vizekbe való közvetlen bevezetését, kivéve a geotermikus célokra használt hévizek visszajuttatását. A visszajuttatás történhet ugyanabba, vagy vele azonos célokra használt rétegbe. A visszainjektálás akkor lehetséges, ha bizonyított, hogy nem történik általa szennyezettség-növekedés. Egyébként az energetikai felhasználókat nem igazán támogatja a jelenlegi szabályozás. A már meglévő, és sikeresnek mondható – elsősorban mezőgazdasági – felhasználókat lassan megfojtják a szigorodó bírságok, és még a legnagyobbak sem rendelkeznek elég tőkével ahhoz, hogy a jogos elvárásnak, a visszasajtolás megvalósításának eleget tegyenek. Számukra valamilyen támogatás mindenképpen szükséges volna. Ám ez az ország európai uniós kötelezettségvállalása ellenére sem látszik megvalósulni, sőt éppen ellenkezőleg: a jogi szabályrendszerből is kitűnik, hogy a súlyos tehertételek, szankciók és adók nagymértékben hátráltatják a minden szempontból kívánatos fejlődést egy olyan területen, ahol egyébiránt

hazánk világviszonylatban is kiemelkedő

adottságokkal bír. Nem véletlen, hogy néhány reményteljes próbálkozás ellenére a megújuló energiaforrások, ezen belül pedig a geotermikus energia részesedése az összenergiatermelésből 1997 óta gyakorlatilag alig változott érdemben. 7.3 Hasznosítási helyzet 1997-ben a geotermális hasznosítások az ország energiamérlegében mindössze 0,26 %-ot tettek ki. A tűzifától eltekintve, a többi megújuló energia fajta részesedése még ennél is kisebb volt, ahogy azt a következő 4. sz. . Táblázat adataiból kiolvashatjuk. A megújuló energia források hasznosítása Magyarországon 1997-ben energia hőmennyiség összes energia megújulók között fajta [PJ/év] felhasználásban tűzifa

29,9

83,3

2,83

termálenergia

2,8

7,8

0,26

biomassza

2,1

5,8

0,19

háztartási hulladék

0,8

2,2

0,076

biogáz

0,2

0,6

0,019


napenergia

0,1

0,3

0,0095

összesen

35,9

100

3,38

Forrás: Landy Kornélné: Geotermális energiahasznosítás Magyarországon. P 31

4.számú. Táblázat

Ez a csekélynek tűnő részesedés az ország energiamérlegében — a legkisebb kibocsátást okozó fosszilis tüzelőanyag, azaz földgáz helyettesítéssel számolva — a következő emisszió elmaradást eredményezte : ~ 260 kt / év CO2 ~ 1,2 kt / év CO ~ 0,15 kt / év NOX mivel az 1997 - ben geotermális forrásból származó 2,8 PJ energia előállításához földgázból ~ 91,2 Mm3 elégetése lett volna szükséges, ami a fenti emissziónak megfelelő mennyiség. Az elmaradt emisszió nagyságrendjét érzékelteti, hogy ez az éves CO2 mennyiség Magyarország Kyotoban tett kötelezettség-vállalásának ~ 5,34 % -a. Magyarországon nincs geotermális erőmű, csak direkt hőhasznosítás létezik. A felszínre hozott termálvíz 1997-ben a következő módon oszlott meg a különböző típusú felhasználók között:

A termálvíz vízgazdálkodási és energetikai célú felhasználása Magyarországon (1997. december 31.)

mezőgazdaság (kertészet) 27%

kommunális fűtés és használati melegvíz ipari 5% 4%

balneológia 35% ivóvízellátás 29%


5. számú Grafikon


Az energetikai felhasználás láthatóan a vízhasznosításnak kevesebb, mint a felét jelenti. Ivóvíz célú hasznosításra általában az alacsonyabb hőmérsékletű termálvizeket használják, jobbára kényszerből. Az ivóvíz hőmérsékletére vonatkozó előírások szerint a „megfelelő” minősítésű víz hőmérsékleti határértéke 20 oC, a tűrhetőé pedig 25 oC. A balneológiai gyógyvizeknél az ásványi anyag koncentrációjának csökkentése nélkül kell hűteni, erre kínálkozik például a hőszivattyú. Az energetikai felhasználók közül a mezőgazdaság a legnagyobb. Például Szarvason halkeltetésre, Biharugrán hal előnevelésre használják a termálkút hőenergiáját. Szarvason emellett állattartó épületek fűtésére, terményszárításra is alkalmazzák. A terményszárítás több szempontból is érdekes felhasználás. Kizárólagosan erre a tevékenységre nem gazdaságos a termálenergia kitermelése, mivel az évnek csak egy rövid szakaszában van rá szükség. Viszont a szárítás jól kombinálható más tevékenységgel, például fűtéssel, mivel más időszakban van rá szükség. ( Kivétel a kukorica szárítás, amelynek időtartama már a fűtési idénybe is belenyúlik. ) Kertészeti célú termálvíz felhasználásban Magyarország világelső. A termálhő ipari alkalmazása kis volumenű. Használnak termálvizet például üvegmosásra, kenderáztatásra. A kommunális fűtés és használati melegvíz szolgáltatás részaránya is csekély, mint látható 1997-ben mindössze 5 % volt. Termálenergiát 1997-ben 94 szervezet és magánszemély, illetve 124 település – ezen belül 9 város az alaphő-ellátásban – alkalmazta. A hőszivattyús eljárás volumene jelentéktelen volt.

7.4 A geotermikus energia ideális kihasználása hazai példán bemutatva20 A hódmezővásárhelyi geotermális közmű rendszer A hódmezővásárhelyi geotermális közmű rendszer a sándorfalvai AQUAPLUS Kft. és a Hódmezővásárhelyi Vagyonkezelő és Szolgáltató Rt. által 1993-ban alapított GEOHÓD Kft. fővállalkozásában jött létre. (4. sz. Ábra) A beruházás 1994. évben tervezett költsége 274 millió forint volt, amelyre a két alapító társaság 5050%-ban vállalt kötelezettséget. A tényleges bekerülési költség végül 310 millió forint lett. Ennek megoszlása a következő volt: saját forrás 277 millió forint, külső forrás pedig – vissza nem térítendő támogatás – 33 millió forint. 2

0Landy Kornélné: Geotermális energiahasznosítás Magyarországon. 2002 p. 44-53


1994-ben kezdődött az építkezés. A teljes közmű-hálózat 5 év alatt készült el, mivel a beruházás indításakor csak a Mátyás utcai régi – fűtési ellátásba bevont – termálkút állt rendelkezésre. 1994. júliusában elkészült a Hódtói lakótelepnél a HMV-kút, majd a közelében a fűtési kút 1996. márciusában érte el a termelő szintet. A visszasajtoló-mű és vele együtt a teljes szolgáltató rendszer átadására 1998. márciusában került sor. A beruházás során a négy termálkút fúrásán kívül megépült egy 150 m3-es gáztalanító egység, 7500 méter össz-hosszúságú hőszigetelt távvezeték, a számítógépvezérlésű folyamatirányító rendszer, 6 nyomásfokozó szivattyú-telep és 3 lemezes hőcserélő-telep. A közmű hálózat teljes rendszere használatimelegvíz-előállító és fűtési részből áll. Vezérléséhez a lehető legkorszerűbb és legbiztonságosabb technikákat telepítették. Minden szivattyúcsoport vezérlése hőfok-, nyomás- vagy vízszintparaméterrel történik, így lehetőség van a mindenkori pillanatnyi igényeknek megfelelő víztovábbításra minimális energia felhasználása mellett. A teljes vezérlő egység a Hódtói távfűtőmű diszpécser-központjában van elhelyezve, a fűtőmű diszpécserei felügyelik és két mellékfoglalkozású alkalmazott ( egy technikus és egy villanyszerelő ) üzemelteti. A használati melegvíz rendszer körülbelül 3000 lakást és nyolc közintézményt – köztük a városi kórházat – szolgál ki. Alaphelyzetben az Oldalkosár úti kútnál lévő tárolóból szivattyú táplálja a négy fűtőművet összekötő távvezetékbe a vizet. Ebből a vezetékből – további nyomásfokozással – jut a kút vize három lakótelepen a fogyasztókhoz. A lakótelepen belül már a korábbi távhőelosztó vezetékek üzemelnek. A Hódtói HMV-kút látja el a Hódtói lakótelepet használati melegvízzel, szükség esetén csúcsidőben rásegít ( a nyomásesés érzékelése után ) a másik három lakótelepet összekötő távvezetékre. Az elhasznált HMV-fluidum a városi szennyvíz-hálózatba kerül. Mivel a kutak vize ( hőmérsékletétől eltekintve ) ivóvíz minőségű, ez semmilyen járulékos környezetterhelést nem jelent. A fűtési hálózat egyik ága a Hódtói és a Mátyás utcai lakótelepek fűtőműveit köti össze szigetelt távvezeték-párral. Ez a vezeték kiváltja a Mátyás utcai régi termálkútra alapozott fűtőmű hagyományos csúcskazánját, mivel a Hódtói fűtőmű szabad kapacitása elegendő a rásegítéshez. A fűtési rendszer másik ága téli időszakban 60 m3/óra termálvizet, nyári üzemmódban pedig 25-30 m3/óra mennyiséget termelnek ki búvárszivattyúval. A víz hőmérséklete 80 °C. A kút mellé telepített gáztalanító-tároló egységből a termálvíz a Hódtói fűtőműbe kerül. Energiájával hőcserélőkön keresztül pótolják a HMV rendszer cirkulációs hőveszteségét. Innen az Oldalkosár utcai fűtőműbe vezetik a termálvizet, ahol először a HMV-rendszer hőpótlását végzik vele, majd hőcserélőkön keresztül a fűtési rendszerbe juttatják energiáját. Végül továbbvezetve a távvezetéken a kórházi körzet közintézményeit direkt módon látja el hőenergiával. Innen a télen körülbelül 35-40


°C-os, nyáron az 50-55 °C-os vizet a strandra vezetik, ahol a medencék vízutánpótlását fedezi. Téli időszakban ehhez gyakorlatilag a teljes mennyiség szükséges. A felesleges víz, ami nyáron lényegesen több, a visszasajtoló berendezés átmeneti tárolójába kerül. A visszasajtoló rendszer tervezése igen nagy körültekintéssel történt. Igyekeztek okulni a térségre jellemző homokkő tárolókba történő sikertelen és félig sikertelen visszasajtolási kísérletekből. A besajtoló kút elhelyezésénél figyelembe vették, hogy legyen kölcsönhatás a termelő kutakkal azok vízutánpótlásának hatékonyságát növelendő, de ez a kölcsönhatás ne legyen túlságosan nagy, mert az veszélyezteti a visszanyomó kút nyelőképességét. A geológiai és hidrológiai ismeretek birtokában gondosan választották meg a kútszerkezetet. A kút mélyítése során kiemelt figyelmet szenteltek a vízadó és víznyelő rétegek szennyezése minimalizálásának. A felszíni vízszűrés mellett nagyon fontosnak ítélték a kút szűrési technológiáját, a perforált csőre szerelt szűrő köré még egy körülbelül 10 cm vastag kavicsszűrőt is kiépítettek. A szűrővázat kívánták kímélni azzal is, hogy a nyomás kilengéseket kerülő, „lassú” üzemeltetési technológiát választottak. A visszasajtoló-mű, bár képes a folyamatos üzemelésre, szakaszosan működik, jellemző üzemelési időszaka április 1. és november 15. között van. A visszasajtolás 1998. Július 21-én indult meg és azóta is folyik. 1998 végéig 206.408 m3 vizet sajtoltak vissza. A geotermális közmű rendszer gazdaságosan üzemel. 1999. évi árakon a hagyományos és a geotermális forrásból előállított hőenergia önköltségeit hasonlíthatjuk össze a következő, 5. sz.. Táblázatban : 1 m3 használati melegvíz

1 GJ hasznos hőenergia

önköltsége Ft-ban ( 1999. ) földgázra (számított)

207,0

850,0

termálenergia (tényleges)

48,44

271,29


5. számú Táblázat


Ezen adatok és a beruházási költség ismeretében az üzemeltetők a projekt megtérülését kevesebb, mint 6 évre becsülték. A rendszer 1999-ben közel 2 millió m3 földgáz kiváltását tette lehetővé. Az egész hálózat Hódmezővásárhely egyik legsűrűbben lakott részén helyezkedik el. Az el nem égetett 2 millió m3 földgáz légszennyezése itt nem került a levegőbe. Nem üzemel a Mátyás utcai csúcskazán-telep, amelynek alacsony kéménye a lakótelep közepén volt. A másik fontos, környezetet befolyásoló következmény az ivóvíz-bázis tehermentesítése. A hagyományos kazánokkal előállított HMV-t ennek a készletnek a vizéből állították elő. Most egy eddig nem terhelt vízadó réteget csapolnak meg. Valószínűleg hozzájárul a rendszer mind gazdasági, mind műszaki sikerességéhez, hogy nem kell a teljes kiemelt vízmennyiséget visszasajtolni. A használati melegvíz útja a kommunális szennyvíz rendszerbe vezet és ez a sorsa a fürdő medencéi leengedett vizének is. Erre a lokális termálvíz kivételesen jó minősége teremti meg a lehetőséget: a víz kémiai, biológiai tulajdonságait tekintve ivóvíz minőségű, így nincs szükség különleges kezelésre, tisztításra. Minden további beavatkozás nélkül használható bármilyen szóba jöhető módon, például háztartási, használati melegvízként, vagy a városi fürdő medencéiben. Nincs olyan mennyiségű ásványi anyag tartalma, ami miatt aztán szennyvízként különlegesen terhelné a befogadót.


Konklúzió Jelenleg egyetlen olyan szektor sincs, amely képes lenne fedezni akár a „régi”, akár a kibővült Európai Unió energiaszükségletét. Az egyes energiaforrások egymáshoz való viszonyulása részben ezért is folyamatosan és alapjaiban változik: példának okáért olaj és szén esetében elkülönülő specializációt, szén és nukleáris energia kapcsolatában pedig erősödő komplementaritást figyelhetünk meg. A földgáz minden egyéb energiahordozóval versenyben áll. A földgáz iránti globális kereslet kényszerítő ereje, az ezen energiahordozót kitermelő és exportáló országok (Algéria, Oroszország, Norvégia, Hollandia) kapacitása, a szénhidrogén-tartalékok fokozatos kimerülése, az árak lassú emelkedése, a nukleáris energia felemelkedését célzó programok nehézségei, valamint a fosszilis energiahordozók alkalmazásából eredő új környezeti kihívások valamennyien olyan körülmények, melyek az Európai Unió energiaellátottságát kedvezőtlenül befolyásolják. A jelenlegi szükségletek 41%-át olaj, 22%-át földgáz, 16%-át szén és származékai, 15%-át nukleáris energia, 6%-át megújuló energiák fedezik. Ha a közeljövőben nem történik érdemi beavatkozás, akkor az energiahelyzetet továbbra is a fosszilis energiahordozók dominanciája fogja jellemezni: 38% kőolaj, 29% földgáz, 19% szilárd ásványi anyagok, 8% megújuló energia, 6% nukleáris energia, ami egyre nagyobb gazdasági függést jelent a fosszilis tartalékokkal rendelkező exportáló országoktól, s egyúttal egyre súlyosabb környezeti terhelést is. Sajnálatos módon az Európai Unió jelenleg híján van annak a koncentrált erőnek, mellyel képes lenne az ellátottsági feltételeken javítani úgy, hogy a lehető legoptimálisabb módon valósuljon meg az energiaellátás biztonsága és állandósága. Pedig két járható út is van, de az Unió bizonytalannak látszik mindkét tekintetben. Az egyik megoldás az ellátó országokkal folytatott stratégiai együttműködés elmélyítése az energiaellátás állandóságát biztosítandó. Ilyen jellegű megállapodások érdemben főképp Oroszországgal köttettek a közúthálózat fejlesztésére és új technológiák rendelkezésre bocsátására az állandó energiaexport fejében. Ez az alternatíva legalább középtávon az Európai Unió gazdasági érdekeit szolgálja ugyan, azonban nem véletlen, hogy a figyelem ezekben az években egyre inkább a másik megoldásra terelődik, noha a kezdeményezés egyelőre várat magára.


E másik megoldás természetesen a megújuló energiaforrások intenzív bevonása az energiatermelés folyamatába, ami hosszú távon a készletek diverzifikálásának egyetlen igazán ígéretes záloga lehet. Láthattuk, hogy kezdeti támogatással a megújuló energiaforrások képesek a fosszilis energiahordozók szerepét gyakorlatilag bárhol átvenni, illetőleg remekül kombinálhatók egymással is vagy kiegészítői lehetnek a hagyományos rendszereknek. Azonban e kiegészítő források részesedésének 2020-ra tervezett megkétszerezése holt ügy, ha elmaradnak a megfelelő fiskális intézkedések, az olajvállalatok disztribúciós tevékenysége és az ipari szektor önkéntes szerepvállalása. Sajnálatos, hogy jelenleg nincsen adóharmonizáció amely például a bioüzemanyagok általános érvényesülését segítené elő (egy ilyen tartalmú javaslatot még 1992-ben függőben hagyott a Bizottság) és a kérdés másik oldalát tekintve, néhány ilyen jellegű tervezetet a jogszerűtlenség vádjával visszavontak. Akárhogyan is, az Európai Unió külső függését az energia terén mindenképpen igyekszik majd legalább

egy

hatékony

szükséglet-menedzsmenttel

csökkenteni,

ami

annál

is

inkább

elengedhetetlen, mert a jelenlegi helyzetet tekintve gyakorlatilag egyetlen módja a negatív jövőbeli tendenciák ellensúlyozásának. Ismét le kell szögeznünk tehát, ami a bevezetőben is megfogalmazásra került: a megújuló energiaforrások mára már egyértelműen bizonyított létjogosultsága csak akkor válhat felszabadító gyakorlattá, ha a jelenkor embere a jövőnek él és e szebb jövőért képes meghozni a szükséges áldozatokat – mint ahogyan tette azt sok évvel ezelőtt a fosszilis energiahordozók megszelídítésekor is.


Felhasznált irodalom 1. ÁRPÁSI MIKLÓS dr: A geotermális energiahasznosítás koncepciója. MGtE tanulmány. Budapest, 1998. 2. ÁRPÁSI, MIKLÓS dr: Geothermal development in Hungary – country update report 2000-2002. Geothermics 32. 2003. 3. ÁRPÁSI MIKLÓS dr: Megújuló energiák Bács-Kiskun megyében. Tanulmány. Vác, 2001. 4. BAI ATTILA dr:

A melléktermékek energetikai hasznosításának gazdasági összefüggései. Ph.D. értekezés, Debrecen, 1998

5. BARÓTFI ISTVÁN : A biomassza energetikai hasznosítása. Bp.: Energetikai Központ, 1998 6. H. DICKSON, MARY - What is geothermal energy? Tanulmány. FANELLI, MARIO : Olaszország, Pisa 7. „GREEN PAPER” :

Towards a European strategy for the security of energy supply. European Commission 2000. (Az energiaellátottság európai biztosítását célzó stratégia felé. EB Tanulmány. Zöld Könyv 2000)

8. KISS FERENC :

A szélenergia. www.nyf.hu/karok/ttfk/kornyezet/ /megujulo/Szelenergia/Windenergy.html

9. LANDY KORNÉLNÉ: Geotermális energia hasznosítása Magyarországon. Szakdolgozat. Kankalin, 2002.10. 10 LEDÁCS KISS ALADÁR: A szélenergia hasznosításának lehetőségei Magyarországon. Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület, 1980-1982 11. SÁGI FERENC dr : Energiahasznosítás a mezőgazdaságban. In: Mezőgazdaságunk útja az Európai Unióba 1. füzet


12. TÓTH LÁSZLÓ dr : A szélenergia hasznosítása. SZIE tanulmány http://lajli. gau.hu/~ gabesz/menu/wind/wind.html TÓTH GÁBOR. HORVÁTH GÁBOR 13. „WHITE PAPER” : Energy for the future: renewable sources of energy. Communication from Commission,1997 (A jövő energiája: megújuló energiaforrások. Európai Bizottsági közlemény. „Fehér Könyv”)

Internetes oldalak:

www.europa.eu.int/scadplus/leg/en – Union Policy: Environment www.iea.org www.wwf.panda.org www.kornyezetunk.hu/belso/mg12.html www.kornyezetunk.hu/belso/mg48.html Környezetünk Magazin 2004/05/04 www.energiaklub.hu www.atomforum.hu/megujulok.htm


Függelék


Az egyes szektorok energiafogyasztása

1. számú Grafikon

Forrás: „Green Paper”: Towards a European strategy for the security of energy supply. p. 15

Az energiahordozóktól való függés mértéke

2. számú Grafikon


Forrás:„Green Paper”: Towards a European strategy for the security of energy supply. p. 23

Energiahordozók részesedése a tagállamok energiafogyasztásában

3. számú Grafikon


Forrás:„Green Paper”: Towards a European strategy for the security of energy supply. p. 25


A Föld szerkezeti felépítése

1. sz.. Ábra

Forrás: Dickson-Fanelli: What is geothermal energy?. Pisa, Italy. p.2


A geotermikus energia háttere- vulkánképződés

2.sz. Ábra


Geotermikus rendszerek

3. sz . Ábra




Geotermikus erőforrások osztályzása entalpiaérték alapján

3.sz. táblázat

(a)

(b)

(c)

(d)

Alacsony entalpiájú források

< 90

< 125

< 100

~ 150

Közepes entalpiájú források

90 - 150

125 - 225

100 - 200

_

Magas entalpiájú források

> 150

> 225

>200

>150

(a) Muffler és Cataldi (1978).

Forrás: Dickson-Fanelli: What is geothermal energy?. Pisa, Italy. p.

33

(b) Hochstein (1990). (c) Benderitter és Cormy (1990). (d)Nicholson (1993)

Lindal-diagram

4. sz. Grafikon




4. számú Ábra A hódmezővásárhelyi geotermikus

közműrendszer sémája lakótelepi < hálózatba 5 bar <

lakótelepi hálózatba 5 bar

> <

lakótelepi hálózatba 5 bar

strandhoz

> <

Mátyásu.

<

3 bar

Hódtó

>

3 bar

Oldalkosár

3 bar

Kórház

> <

fűtési kút (régi) 86oC

HMV-kút 1106m 43oC 1100 m 80m3/h

>

fűtési kút 2000m 80oC 3 /h m 90m600

HMV-kút 1306m 52oC 80m3/h

JELMAGYARÁZAT: HMV-vezeték fűtési vezeték Forrás: Landy Kornélné: Geotermális energiahasznosítás Magyarországon. 2002. P 47

lakótelepi hálózatba 2300m 5 bar 60m3/h

970 m

Budapesti Gazdasági Főiskola KÜLKERESKEDELMI FŐISKOLAI KAR NEMZETKÖZI KOMMUNIKÁCIÓ SZAK. Nappali tagozat. Európai üzleti tanulmányok szakirány

Recommend Documents