MEGÚJULÓ ENERGIÁK Dr. Fülöp László
főiskolai tanár PTE--Pollack Mihály Műszaki Kar PTE
[email protected]
Mi a megújuló energia ? „Ami nem fogy el, kimeríthetetlen, újratermelődik” • A felhasználás üteme kisebb, mint az előállításé • Külső forrás: Nap • Természeti erőforrások, időjárási jelenségek pl. szél,, vízienergia p g (többnyire ( y itt is a Nap p a forrás) • Hulladék
1
Mi a megújuló energia ? • Ha a hasznosítás során nem csökken a forrás, • a későbbiekben ké őbbi kb ugyanolyan l módon ód termelhető t lh tő belőle b lől energia, • mert a természeti folyamatok során folyamatosan rendelkezésre áll, vagy újratermelődik. ((pl: l napenergia, i szélenergia, él i biomassza bi (növényi ( ö é i és é állati eredetű szerves anyagok), geotermikus energia, vízenergia)
A megújuló energiák formái • • • •
Napenergia, hidrogéntechnológia Biomassza (szilárd, (szilárd folyékony, folyékony gáznemű) „Hulladék” Geotermikus (bizonyos feltételekkel!) (termálvíz, forró kőzet technológia) • Vízienergia (mechanikai) (magastárolós elektromos energia tárolás) • Szél • Környezeti hőenergia: levegő, talaj, vizek Hasznosításuk: hőszivattyú A megújuló energia is okozhat környezeti terhelést!
2
Mi az első lépés ? Energia-hatékonyság Energia hatékonyság, jó hatásfok! • A lehető legkisebb fajlagos energia-fogyasztás Pl. fűtött légtérfogatra, termelési egységre vetített energia-fogyasztás alapterületre p vetített világítási g energia-fogyasztás g gy ...
Napenergia hasznosítás • Közvetlen hőhasznosítás Aktív (napkollektorok): elsősorban melegvízellátás, fókuszáló rendszerek Passzív (építészeti eszközök) üvegházhatás, fűtés M ző zd sá i hasznosítás Mezőgazdasági h szn sítás (üvegházak, szárítók) • Fotovillamos: napelemek
3
Napkollektor hőhordozó közeg • Napkollektor: • folyadék hordozóközeg: vízmelegítés • levegő hordozóközeg: fűtés, szellőző levegő előmelegítése
Napsütéses órák száma
4
Napenergia területi eloszlása (OMH)
Napenergia területi eloszlása Bella Sz., Major Gy., Nagy Z. 1997-2002
5
Napkollektor
Napkollektor hatásfok diagram
6
Úszómedence fűtés: üvegezés nélküli műanyag vagy gumiabszorber
Használati melegvízkészítés éves energiamérlege
7
Fűtés napkollektorral ?
Naperőmű
8
Napfűtéses terményszárítók különböző kollektorokkal Baloldalt középen: meleglevegős, kőzúzalékos hőtárolóval ellátott kollektor Fölötte: 30 m hosszú kettős csőkollektor külső cső: átlátszó fólia, belső cső: fekete fólia Legfelső L f l ő szárító: á ító hólyaghól kollektor A különálló, jobboldali nagyobb szárítóhoz kettős meleglevegős lapkollektor csatlakozik.
Passzív szolár: építészeti eszközök, energiatudatos építészet • Kompakt formálás • Tájolás • Helyiségek védőzónás elrendezése • Üvegezési arányok • Speciális eszközök
9
A nappálya • A sugárzási energiahozam legnagyobb a sugárzásra merőleges f l l felületen • A nappálya függ a földrajzi helytől
A nappálya és a sugárzási energia Budapesten
10
Benapozási és árnyékolási elemzések
• Télen: benapozás p kívánatos. Kedvező tájolási irányok: D, DK, DNY • Nyáron: benapozás nem kívánatos. Kedvező tájolási irányok: É, D, DK, DNY É • Kedvezőtlen: NY, K
Kedvezőtlen (I.), és egyre kedvezőbb település terv Nincs déli homlokzat
Kis déli homlokzat, délelőtt beárnyékolt
Délelőtti vagy délutáni benapozás
Mint III., de jobb szélvédettség
Jobb felület/térfogat arány
Nagy déli homlokzat
11
Üvegezett tömegfal • Az üvegezés átengedi a napsugárzást p g • A napsugárzás felmelegít a falat • A fal hővesztesége kezdetben csökken, majd fűti a helyiséget • A fal a légrést is melegíti • A hővédő-árnyékolót éjszakára leengedve csökken a fal hővesztesége • Az árnyékolót nyáron leengedve megakadályozzuk a túlfűtést
TrombeTrombe -fal
• Télen a légrésben felmelegedett levegőt bevezetjük az épületbe, éjszakára bezárjuk a nyílásokat és leengedjük az árnyékolót • Nyáron nappalra leengedjük az árnyékolót, éjszakára felhúzzuk és a falat a szabadba kihűtjük
12
Tömegfal és Trombe Trombe-fal példák
Transzparens hőszigetelés
• A napsugárzást átengedi, átengedi • A falat hővesztesége csökken, majd fűti a helyiséget • Hőszigetelő képességének köszönhetően a begyűjtött hőt megőrzi • Nyáron árnyékolni kell
13
Transzparens hőszigetelés példák N á Nyáron az árnyékoló á ék ló lá látszik k
Transzparens vakolat
A transzparens vakolat a téli alacsony napállás sugárzását beengedi, nyáron a magas napállásnál visszaveri
14
Példa transzparens vakolatra • A transzparens vakolat transzparens hőszigeteléssel jól alkalmazható régi épületeken • Olcsóbb, de alacsonyabb hatásfokú is, mint a „szakipari” változat
Az épülethez kapcsolt üvegház, télikert • Télen, borult időben is csökkenti a hőveszteséget • Napos időben fűti az épületet • Nyárra árnyékolni kell, esetleg (részben) eltávolítani
15
Kapcsolt üvegházak, télikertek • A télikert növényzettel is árnyékolható • Üvegezése lehet egyrétegű, vagy hőszigetelt • Az épülethez sokféleképpen csatlakozhat • Kapcsolódjon minél több helyiséghez • Ha az épület többszintes, csatlakozzon a felső szinthez is • A meleg levegőt fújjuk be a fűtött terekbe
Diagonális elrendezésű télikert: Bucsa, (Hortobágy) Építész: Dr. Kuba Gellért
16
É
Bucsa
Földszint alaprajz
Bucsa
Télikert Meleg levegő bevezető rácsok a felső háromszögekben
17
Pécsi napház Fő jellemzők: • Két szintes teljesen üvegezett déli homlokzat. • Félig kiugró télikert. (5m széles, belül két szint magas • Termoszifon Trombe-fal a télikert mindkét oldalán, 3-3 m széles, 6 m magas. M Meleg l levegő l ő bevezetés b té a felső f l ő szinten i t • Lekerekített sarkok a hőhidak csökkentésére • Automatizált függöny téli/nyári üzem • Központi, kavics töltetű hőtároló, ventilátorral • Szellőző levegő bevezetés földbe fektetett légcsatornán keresztül
Építész: Szász János, Szolár: Fülöp László
Pécsi napház
18
Pécsi napház
Pécsi napház
19
Pécsi napház A termoszifon Trombe-fal téli nappali működése
Pécsi napház A termoszifon Trombe-fal nyári nappali működése NEHÉZ ZÖLDTETŐ KÉSLELTETÉS: TÖBB, MINT 1 NAP
20
Pécsi napház A naptér és a belső hőtároló téli nappali kapcsolata
Pécsi napház Nyári nappali átszellőztetés
21
Pécsi napház télikert belülről
A pécsi napház ÉszakÉszak-Nyugatról
22
Beüvegezett loggiák, mint télikertek régi belvárosban
Több eszközt alkalmazó épületek
23
Ördögszikla-ház, Budapest. Építész: Koppányi Imre.
Ördögszikla ház
Felső szint alaprajz
24
Ördögszikla-ház, metszet
A napelem
25
Kisteljesítményű napelemes lámpák, rádiók ...
Napelemmel táplált kis hálózat
26
3 kWkW-os 220V 220V-os rendszer
10 - 100 kW mini erőmű
27
Alkalmazások: • A hálózattól távol levő berendezések, útjelzők, segélykérő él ké ő telefonok t l f n k ... • Kemping felszerelések • Vízi járművek • Hálózatra táplálás
• ...
Gazdaságosság A jelenlegi hazai villamos energia árat és az átlagos hálózatkiépítési költséget figyelembe véve a napelemes berendezései olcsóbban termelik a villamos energiát, ha az igényelt éves villamos energia igény és a villamos hálózat messzebb van mint • 50 kWh 60 m • 100 kWh 110 m • 200 kWh 210 m • 500 kWh 520 m • 1000 kWh 1 km • 5000 kWh 5 km
28
SZÉLENERGIA
• A szélsebesség a talajtól távolodva növekszik, de ennek mértékét erősen befolyásolja a környezet. • Magyarországon a szélenergia nem mindenütt elegendő. Helyi vizsgálat szükséges.
Átlagos szélsebesség 75 m magasságban (OMSZ)
29
Telepített szélenergia kapacitás Magyarországon
SZÉLKEREKEK Fő részeik: • állvány • generátor (kivéve ha közvetlenül a mechanikai munkát hasznosítjuk) • sebességváltó rendszer • vezérlőegység • esetleg g fék
30
A szélkerekek fő típusai • Ví Vízszintes i t ttengelyű l ű szélkerék: iránybaállító mechanizmus szükséges • Függőleges tengelyűnél nem szükséges • Soklapátos vagy k é l á kevéslapátos
31
SZÉLKEREKEK Előnyök - hátrányok Előnyök: • A terület t ül t más á célra él is hasznosítható • Önellátó rendszerekben jól kiegészítheti a napenergia hasznosító berendezéseket
Hátrányok: • Ár Á - megtérülés é lé • Zajhatás • Tájképrontó (?) • Madárpusztító hatás
32
HIDROGÉN TECHNOLÓGIA • A víz bontása hidrogénre és oxigénre Pl.napelemekkel, szélgenerátorral … • A hidrogén cseppfolyósítása, tárolása, szállítása • A hidrogén elégetése rögzített berendezésekben • Vagy inkább gépjárművek hajtása: üzemanyagcella • A megújuló forrás sztohasztikussága kevesebb problémát jelent, p j , mint a hálózatra táplálás p esetében
VIZIENERGIA • Folyók helyzeti energiája Helyi adottságoktól és méretektől függően lehet kis, de nagy környezeti hatású Általában kis méretű, nagy magasságkülönbségű kedvező • Ár-apály Á pál erőmű őmű • Hullámzás energiája
33
Vizierőművek Magyarországon Erőmű
Teljesítmény (MWe)
Folyó
Hernádviz Kisköre
4,4 28
Hernád Tisza
Ti Tiszalök lök
11 4 11,4
Ti Tisza
Leállított építés! (Duna)
M.o. nem akarja! (Dráva)
34
35
GEOTERMIKUS ENERGIA
• Hévizek • Talajhő
(hőszivattyú)
36
Spas and fountains Hungary 1. Karsztosodott mezozóos képződmények 2. Nem karsztos mezozoikum (Penninikum, homokkövek, márgák és vulkanitok) 3 Karsztosodott ópeleozóos képződmények (Bük, 3. (Bük Polgárdi, Polgárdi Szendrői-hg.) 4. Nem karsztos paleozóos és prekambriumi képződmények a: felszíni b: fedett előfordulások 5. Termálkarsztvizes hévízkút vagy kútcsoport 6. Alaphegységi geotermikus energiahasznosítási projekt 7. Nagyobb termális karsztforrás 8. Koncentrált hideg-karsztvíz-kitermelés
37
Országos jelentőségű Regionális Helyi
Távfűtési rendszerek: Szentes, Hódmezővásárhely, Szeged
Felsőpannon vízbázisú termálfürdők Magyarországon 1-2. Országos gyógyfürdő (elsődlegesen felsőpannon-, illetve termálkarsztos vízbázissal) 3. Körzeti gyógyfürdő 4 Helyi 4. H l i gyógyfürdő ó fü dő és é egyéb éb termálfürdők t álfü dők 5. A felsőpannon összletből feltárható hévíz maximális kifolyóvízhőmérséklete (oC) 6. A pliocén-felsőpannon rétegek elterjedési határa Idősebb képződmények felszíni kibúvásai: 7. Neogén vulkanitok 8. Mezozóos képződmények 9. Paleozóos képződmények 10. Granitoidok
Országos jelentőségű Regionális Helyi
Távfűtési rendszerek: Szentes, Hódmezővásárhely, Szeged
38
A hévizek „vertikális” felhasználása • Hűtés = hőenergia kivétel (szükség szerint) pl. fűtés • Egészségügyi felhasználás • Alacsony hőmérsékletű, hőcserélős hőkivétel (pl. hidegvíz előmelegítés, fóliasátrak, istállók fűtése stb.) • Hőszivattyús hőkivétel
GEOTERMIKUS ENERGIA
39
Termálkutak Magyarországon (2002) Hőm. o ( C)
Kutak sz. (db)
.
.
Hasznosítás (Kutak száma) (M űködő kutak száma: 850)
% .
F
Iv
M
Ip
L
T
V
Z
P
M
30 39 9 30-39,9
584 44,8 44 8
60 183
73
29
1
9
0
87
40 102
40-49,9
289 22,2
93
23
16
18
2
20
0
43
45
29
50-59,9
137 10,5
46
9
17
10
2
14
4
16
12
8
60-69,9
121
9,4
34
0
17
6
1
25
7
18
3
10
70,79,9
70
5,4
8
0
23
4
6
16
2
8
2
1
80-89,9
50
3,8
4
0
33
3
2
1
0
6
1
0
90-99,9
48
3,7
4
0
31
1
5
0
0
5
0
2
3
0,2
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
100 249 215 211 100 19 17 16
71 5,4
20 1,5
85 6,5
13 1
187 14,1
>100
Össz.: 1303 Kihaszn. %
103 153 7,9 12
F-Fürdő Iv-Ivóvíz M-Mezőgazd. Ip-Ipari L-Lakossági T-Többcélú V-Visszasajtolás Z-Lezárva P-Próbafúrás M-Megszűntetve
Talajvíz hőhasznosítása hőszivattyúval
40
Talajba fektetett csővezeték
HULLADÉK HASZNOSÍTÁS • • • •
Szelektív hulladékgyűjtés F lh Felhasználható álh tó anyagok k újrahasznosítása új h ítá Hulladéktüzelés Depóniagáz fejlesztés
41
Szemétégetőmű Helyszín Dorog (Komárom-Esztergom Megye)
Biomassza • Szilárd: fa, (termesztett, hulladék) mezőgazdasági hulladék, hulladék energiaenergia ültetvények: élelmiszer-termesztésre nem alkalmas területek • Folyékony: biodízel, bio-alkohol • Gáznemű: szerves szemétből (depóniagáz) szennyvízből í ből (h (hajthat h gázmotort, á tisztítás í á után csatlakozhat a földgáz hálózathoz)
42
ENERGIANYERÉS BIOMASSZÁBÓL A biomassza növényi és állati szervezetek által termelt szerves anyag újratermelődő formája. Szilárd, folyékony, gáznemű – közvetlen elégetéssel hőenergia termelés – levegő jelenlétében erjesztve motorhajtásra alkalmas alkoholok (bioetanol, biometanol) előállítása g kizárásával erjesztve j hő- és áram termelésére – levegő lehetőséget nyújtó biogáz gyártása További hasznosítási módok: pirolízis, gázosítás, szerves vegyületek előállítása
FATÜZELÉS • A fatüzelés CO2 kibocsátás szempontjából semleges • Energiaerdő • Fahulladék • Fahasáb faapríték, pellet, biobrikett, tüzelés
43
Fahasáb tüzelésű kazán
Faapríték tüzelés
44
Pellet tüzelés
45
Szalmabála tüzelő berendezés
BIODÍZEL • Előállításához elvben bármely növényi olaj (napraforgó, repce, szója stb.) alkalmas • Dízelmotorok működtetésére csak tisztított, tisztított gyantamentes állapotban lehet használni • Fehérjedús extrahálási maradék is keletkezik • Kipufogógáz összetétele kedvezőbb, mint a dízelolajemisszióé • Biológiailag g g lebontható,, tehát fáradtolaj-problémát j p nem okoz, ezért még a vízvédelmi területeken is alkalmazható
46
BIOALKOHOL • Fő nyersanyagforrásai Európában a cukorrépa, a búza és a kukorica • A bioetanol előállítása többlépcsős folyamat, erősen energiaigényes • A bioetanol motorhajtásra benzinhez keverve 20%-ig alkalmazható; az optimális arány 85:15 • CO- és SO2-emissziójuk kisebb • Az alacsonyabb üzemi hőmérséklet miatt az alkoholos motorok élettartama hosszabb
47
BIOGÁZ Stall = istálló Rührwerk = keverőberendezés Gärgrube = erjesztőtartály Gasspeicher = gáztároló Vergorene Gülle = kierjedt hígtrágya
48
49
50
