TARTALOM
FENNTARTHATÓ FEJLİDÉS ÉS ATOMENERGIA
1. Néhány alapfogalom 2. Az energiahordozók készletei és azok felhasználásának alakulása 3. Az energetika és a fenntartható fejlıdés kapcsolata Fıbb ellenırzı kérdések
3. elıadás AZ ENERGETIKA ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEI 2009/2010. tanév ıszi félév
Dr. Csom Gyula professor emeritus
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3/1
1. NÉHÁNY ALAPFOGALOM
1. Kimeríthetı energiaforrások a) Megújuló energiaforrások: rövid idı alatt újratermelıdnek (pl. fa) b) Nem megújuló energiaforrások: nem vagy csak évmilliók alatt termelıdnek újra (pl. szén, szénhidrogének, urán) 2. Nem kimeríthetı energiaforrások: pl. napenergia, földhı (geotermikus energia) Energiafogyasztók Ipar, mezıgazdaság Háztartások Közlekedés
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3/2
Primer energiahordozók
Az energiaforrások csoportosítása
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
1. NÉHÁNY ALAPFOGALOM - 2
Az energiahordozók csoportosítása 1. Primer (elsıdleges) energiahordozók A természetbıl kinyert energiahordozók (szén, kıolaj, földgáz, stb.) 2. Szekunder (másodlagos) energiahordozók Átalakítás során nyert más energiafajták (kıolajtermékek, villamos energia, hidrogén, stb.)
Energia-átalakító mővek Erımővek Kıolaj-finomítók Kokszolók Hidrogén elıállítók stb.
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
3/3
a) Emberi erı (energia) İskortól napjainkig (egyre csökkenı részarányban) b) Állati erı (energia) I.e. 3200-tól napjainkig (egyre csökkenı részarányban) c) Fa İskortól napjainkig (változó részarányban) d) Szél Bizonyíték a felhasználásra: már az I.e. 3. évezredbıl (vitorlás hajó) Utána: változó részarányban Ma: fellendülıben e) Víz I.e. 3000 körül: Duzzasztógátak Egyiptomban Utána: változó részarányban 1881: elsı vízerımő Ma: a potenciálnak kb. 50%-a kihasználva
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3/4
1. NÉHÁNY ALAPFOGALOM - 3
1. NÉHÁNY ALAPFOGALOM - 4 Primer energiahordozók (folyt. 3.)
Primer energiahordozók (folyt. 1.)
i)Megújuló energiák: Közvetlen napenergia (napkollektor, napelem)
f) Földgáz I.e. 400: Kis-Ázsiában már használták („láthatatlan éghetı levegı”) 1884: Földgáz felhozatala 500 m mélyrıl Ma: Nagy jelentıségő g) Kıolaj 1823: elsı petróleumdesztilláló építése 1857: elsı olajkutató fúrások 1862: Francia szabadalom négyütemő motorra Ma: Fontos energiahordozó (különösen a közlekedésben) h) Szén I.e 4000 – I. sz. 852: Csak faszén 852-ben: Az angliai peterborough-i apátságot már külszíni fejtésbıl nyert szénnel főtötték 1113-ban: Elsı földalatti szénbánya Ettıl kezdve: nıtt a felhasználása Ma: csökkent részarány Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3/5
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA
Közvetett napenergia (szél, biomassza stb.) Földhı (geotermikus energia, pl. hıszivattyú stb.)
j) Atomenergia Elsı atomreaktor (fissziós): 1942 (USA) Elsı vill. en. termelı reaktor: 1952 (USA) Elsı atomerımő: 1954 (Szovjetunió) Ma: a villamosenergia-termelés ~16%-a atomerımőben.
Szekunder energiahordozók a) Villamos energia 1829: elsı (egyenáramú) villanymotor (Jedlik Ányos) 1882: Villanylámpák Berlin utcáin 19. sz. vége: A váltóáram kiszorítja az egyedáramot Ma: Relatív jelenısége nı
b) Hidrogén 1836: Elsı hidrogén hajtású robbanómotor Ma: nagy jövı elıtt álló energiahordozónak tekintik
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 2 Egyenlıtlenségek az egy fıre jutó primerenergia-fogyasztásban
A világ primerenergia-felhasználása a 20. sz.-ban
Reláció
2.1. ábra. A világ primerenergia-felhasználása a 20. században ⇓
Hatalmas növekedés: kb. hússzoros De: azon belül igen nagy régiónkénti egyenlıtlenség
Dr. Csom Gyula, BME NTI
17:1
Magas és alacsony jövedelmő országok között (2005)1
11:1
USA és Kína között (2006)
6:1
USA és India között (2006)
21:1
Észak-Amerikán belül Kanada és Mexikó között (2006)2
6:1
Eurázsián belül Oroszország és Grúzia között (2006)2
7:1
Európán belül Izland és Albánia között (2006)2
17:1
Közép-Keleten Katar és Jemen között2
82:1
Közép- és Dél- Amerikán belül Trinidad & Tobago és Haiti között (2006)2
23:1
Afrikán belül Seychelle Szigetek és Csád között (2006)2
520:1
Földön Katar és Csád között (2006)2
3600:1
1/Földrészek,
3/7
Fajlagos értékek aránya
Észak-Amerika és Afrika között (2006)1
2/A
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
3/6
illetve országcsoportok átlagértékeinek aránya
maximális és a minimális értékek aránya
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3/8
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 3
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 4
2.3. ábra. A villamosenergia-termelés regionális megoszlása 2.2. ábra. Összes energiafogyasztás Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3/9
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 5
2.4. ábra. A világ energiafelhasználásának megoszlása energiahordozónként Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 10
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 6
2.5. A villamosenergia-termelés üzemanyag szerinti megoszlása 3 / 11
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 12
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 7
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 8 Kıolajkészletek megoszlása (1984, 1994, 2004)
Szénkészletek megoszlása (2004)
2.7. A világ mőrevaló kıolajvagyonának régiónkénti megoszlása Barrel: US őrmérték, 1 barrel = 1 hordó = 158,98 liter = 42 gallon (USA)
2.6. A világ mőrevaló szénvagyonának régiónkénti megoszlása
1 gallom= 3,7854 liter
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 13
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA -9
2.8. A világ mőrevaló földgázvagyonának régiónkénti megoszlása
Dr. Csom Gyula, BME NTI
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 14
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA -10 Földgázkészletek megoszlása (1984, 1994, 2004)
Kıolajkészletek megoszlása (2004)
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
2.9. A földgázkészletek megoszlásának idıbeli alakulása
3/ 15
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 16
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA -11
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA -12
Földgázkészletek megoszlása (2004)
2.10. Földgázkészletek megoszlása
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
2.11. Uránkészletek megoszlása (≤ ≤130 USD/kgU, 2006) 2.11. 3 / 17
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA -13
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 18
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA -14
2.12. Az olajkészletek rendelkezésre állási ideje (készlet/éves fogyasztás) különbözı országokban 2.13. A földgázkészletek rendelkezésre állási ideje (készlet/éves fogyasztás) különbözı országokban Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 19
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 20
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 15
2. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA - 16
Energiahordozó készletek rendelkezésre állása Energiahordozó
Termelési csúcs ideje (peak of production)
Készlet élettartama
Kıolaj*
2005-2020
40 év
Földgáz*
2015-2035
65 év
Szén*
2020-2035
165 év
Urán
Mai termikus reaktorokkal
n.a.
80 év
4. generációs atomerımővekkel (zárt ü.a. ciklus)
n.a.
Néhány ezer év
Tórium 4. generációs atomerımővek (zárt ü.a. ciklus)
n.a.
Néhány ezer év
A felhasználás és a primerenergia-források régiónkénti eloszlása nagyon egyenlıtlen ⇓ A 20. század öröksége: Importfüggıség növekedése Ellátásbiztonság csökkenése A környezetszennyezés növekedése ⇓ Feszültségek Nemzetközi konfliktusok
*Forrás: Eckhard Rebhan: Challenges for Future Energy Usage http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/AKE2008FHeraeus/Vortraege/AKE2008F_E1_Rebhan_challenges-forFutureEnergy.pdf Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 21
3. AZ ENERGETIKA ÉS A FENNTARTHATÓ FEJLİDÉS KAPCSOLATA
Szoros kapcsolat van az energetika és a fenntartható fejlıdés három dimenziója között: –Energetika és gazdaság –Energetika és társadalom –Energetika és környezet A kapcsolat kétirányú
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 22
3. AZ ENERGETIKA ÉS A FENNTARTHATÓ FEJLİDÉS KAPCSOLATA - 2 Az energetika és a környezet kapcsolata: a) Fogyasztja a természeti tıkét, ezen belül az ismert természeti tıkét is. b) Szennyezi a környezetet. Atmoszféra kénszennyezése
85% !
Fosszilis anyagok égetése
Széndioxid kibocsátása az atmoszférába
75% !
Fosszilis anyagok égetése
Óceánok olajszennyezése
44%
Olajkitermelés, feldolgozás és -szállítás
Atmoszféra ólomszennyezése
41%
Fosszilis anyagok és dúsítók égetése
Részecskék kibocsátása az atmoszférába
35%
Fosszilis anyagok égetése
Nem metán jellegő szénhidrogének kibocsátása az atmoszférába
35%
Fosszilis anyagok feldolgozása és égetése
Nitrogénlekötés nitrogénoxid és ammónium formájában
30%
Fosszilis anyagok égetése.
Higanykibocsátás az atmoszférába
20%
Fosszilis anyagok égetése
Metánkibocsátás az atmoszférába
18%
Fosszilis anyagok kitermelése és égetése
Atmoszféra kadmiumszennyezése
13%
Fosszilis anyagok égetése
Nitrogénes oxidok kibocsátása az atmoszférába
12%
Fosszilis anyagok égetése
1. táblázat. A kereskedelmi energiarendszerek hozzájárulása szennyezı hatásokhoz az 1990-es évek közepén (beleértve a közlekedés hatását is) Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 23
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 24
3. AZ ENERGETIKA ÉS A FENNTARTHATÓ FEJLİDÉS KAPCSOLATA - 3 Az energetika és a környezet kapcsolata (folyt.1.)
Két irányú a kapcsolat: • Az energiahordozókhoz való hozzáférés lehetıségei és az energiafelhasználással kapcsolatos költségek alapvetıen hatnak egy ország gazdaságára, az iparra, a mezıgazdaságra és a szállításra, azok költségére és a színvonalra. • A gazdaság és az ipar mőszaki színvonala és költségei alapvetıen befolyásolják az energetika lehetıségeit.
A környezetszennyezés mértéke és formája függ: az energiahordozó formájától a fogyasztás mértékétıl a termelés, szállítás, fogyasztás hatásfokától. A hatás lehet:
Az energetika és a társadalom kapcsolata
helyi, regionális és globális ⇓
Az energetika alapvetı hatással van az emberek mindennapi életére (főtés, világítás, kulturális lehetıségek stb.) és életszínvonalára. Bármilyen zavar az energiaellátásban azonnal társadalmi, politikai következményekkel jár.
Hatása az ökoszisztémára jelentıs
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3. AZ ENERGETIKA ÉS A FENNTARTHATÓ FEJLİDÉS KAPCSOLATA - 4 Az energetika és a gazdaság kapcsolata
3 / 25
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 26
Fıbb ellenırzı kérdések 1. Mik a primer energiahordozók? 2. Mik a szekunder energiahordozók? 3. Fontosabb energiaátalakító mővek 4. Energiafogyasztók szektorai 5. Energiaátalakítási hatásfok 6. Energiahatékonyság és energiaigényesség 7. Az energetika és a környezet kapcsolatának jellege 8. A fıbb kereskedelmi energiarendszerek hozzájárulása környezet szennyezéshez 9. Az emberi és az állati erı (energia) felhasználásának alakulása a történelem folyamán 10. A fa, a szél és a vízenergia felhasználásának alakulása a történelem folyamán 11. A fosszilis energiahordozók (szén, kıolaj, földgáz) felhasználásnak alakulása a történelem folyamán 12. A nap- és az atomenergia alkalmazásának alakulása 13. A villamos energia felhasználás alakulása a történelem folyamán 14. A primerenergia-felhasználás alakulása a 20. században 15. Az összes energiafogyasztás regionális megoszlásának alakulása a 20. század utolsó negyedében 16. A villamosenergia-termelés regionális megoszlásának alakulása a 20. század utolsó negyedében 17. A világ energiafelhasználásának primerenergia-hordozók szerinti megoszlása a 20. század utolsó szakaszában 18. A világ villamosenergia-termelésének üzemanyag szerinti megoszlása a 20. század utolsó szakaszában Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 27
19. A világ mőrevaló szénvagyonának régiónkénti megoszlása 20. A világ mőrevaló kıolajvagyonának régiónkénti megoszlása 21. A világ mőrevaló földgázvagyonának régiónkénti megoszlása 22. A világ mőrevaló uránvagyonának régiónkénti megoszlása 23. A primerenergia-hordozók forrásainak egyenlıtlen regionális megoszlásából adódó fıbb feszültségek
Fenntartható fejlıdés és atomenergia
Dr. Csom Gyula, BME NTI
3 / 28