1. Energiahordozók
1. Referencia értékek ● EU referencia-hatásfokok [%] hőtermelés (gőz/forróvíz)
villamosenergia-termelés (2006-)
fűtőérték [MJ/kg]
Szilárd tüzelőanyagok kőszén, koksz barnaszén, brikett tőzeg, brikett fa mezőgazdasági biomassza
88 86 86 86 80
44,2 41,8 39 33 25
20-28 10,0-18,0 <10 10-16 f=(ω)
települési és ipari hulladék
80
25
olajpala Folyékony tüzelőanyagok fűtőolaj, PB-gáz bio-tüzelőanyagok hulladékok Gázalakú tüzelőanyagok földgáz finomítói gáz, hidrogén biogáz
86
38,9
89 89 80
44,2 44,2 25
40-45 25-35 22-28
90 89 70
52,5 44,2 42
47
kohó és hulladékgáz
80
35
6-14 f=(összetétel)
15-25 f(CO2) 10-20 f(összetétel)
● EU referencia-értékek kapcsolt energiatermelésre [σ=E/Q] Fűtőerőművek kombinált gáz-gőz ellennyomású/elvételes gőz gázmotor gázturbina
forróvíz 0,95 0,45 0,75 0,55
1
gőz 0,75 0,3 0,4 0,6
● MEH referencia-értékek [%] 2008. január 3-ig: BT>50 MW e
BT<50 MW e <5 MW e
5-10 MW e
10-50 MW e
Kondenzációs gőzerőművek Kőszén Barnaszén Lignit Szénhidrogén Biomassza
42 40 38 42 25
17
17
22
Gázturbinás erőművek Földgáz Olaj
34 32
24 22
28 26
30 28
Kombinált gáz-gőz erőmű Földgáz + kondenzációs Olaj + kondenzációs
50 48
30 28
35 30
42 40
30
34
36
75 50
75 50
75 50
Gázmotor Hőhasznosítással Gázmotor? Biomassza
75 50
BT – beépített teljesítmény 2008. január 3-tól: hőtermelés (gőz/forróvíz)
villamosenergia-termelés (2006-2011)
fűtőérték [MJ/kg]
Szilárd tüzelőanyagok kőszén, koksz barnaszén, brikett tőzeg, brikett fa mezőgazdasági biomassza
88 86 86 86 80
44,2 41,8 39 33 25
20-28 10,0-18,0 <10 10-16 f=(ω)
települési és ipari hulladék
80
25
olajpala Folyékony tüzelőanyagok fűtőolaj, PB-gáz bio-tüzelőanyagok hulladékok Gázalakú tüzelőanyagok földgáz finomítói gáz, hidrogén biogáz
86
39
89 89 80
44,2 44,2 25
40-45 25-35 22-28
90 89 70
52,5 44,2 42
47
kohó és hulladékgáz
80
35
2
6-14 f=(összetétel)
15-25 f(CO2) 10-20 f(összetétel)
● MEH referencia-értékek kapcsolt energiatermelésre [σ=E/Q] Fűtőerőművek kombinált gáz-gőz ellennyomású/elvételes gőz gázmotor gázturbina
σ 0,95 0,45 0,75 0,55
Nincs különbség σ-ban a kiadott hőhordozó típusa (forróvíz vagy gőz) szerint, holott a gőz esetén jelentkező nagyobb veszteségek (pl.: kondenzáció) indokolttá tennék.
2. Tüzelőanyag mennyiségek P=100 MWe, ill. E=700 GWh/év Tüzelőhő-teljesítmény [MWth]: P Q ü
E
Tüzelőanyag tömegáram [kg/s]
m ü
Q ü [ MJ / s] H ü [ MJ / kg]
Tüzelőanyag mennyiség [t/év], τ =7000 h/év
M ü m ü [kg / s]
3600[ s / h] [h / év] 1000[kg / t ]
Eredmények tüzelőanyagonként összefoglalva: Szilárd tüzelőanyagok kőszén, koksz barnaszén, brikett tőzeg, brikett fa mezőgazdasági biomassza települési és ipari hulladék olajpala Folyékony tüzelőanyagok fűtőolaj, PB-gáz bio-tüzelőanyagok hulladékok Gázalakú tüzelőanyagok földgáz finomítói gáz, hidrogén biogáz kohó és hulladékgáz
fűtőérték [MJ/kg]
Qü [MW th]
mü [kg/s]
Mü [t/év]
23 18 7 11 10 9 20
226 239 256 303 400 400 257
9,837 13,291 36,630 27,548 40,000 44,444 12,853
247’885 334’928 923’077 694’215 1’008’000 1’120’000 323’907
40 30 25
226 226 400
5,656 7,541 16,000
142’534 190’045 403’200
47 40 20 15
190 226 238 286
4,053 5,656 11,905 19,048
102’128 142’534 300’000 480’000
3
Nukleáris fűtőelem Kiégési szint (Hü): 30’000-40’000 kWthnap/kg = (2,6-3,4)∙1012 J/kg = (2,6-3,4)∙106 MJ/kg Referencia hatásfok: Tüzelőhő-teljesítmény: Tüzelőanyag tömegáram: Tüzelőanyag mennyiség:
ηE=33 %, Q ü =303 MWth, m ü =1,01∙10-4 kg/s, Mü=2,54 t/év.
3. Szén-dioxid kibocsátás, mérleg A „tiszta” tüzelő- és üzemanyagok fajlagos széndioxid-kibocsátása „Tiszta” tüzelőanyag Szén
Reakcióegyenlet
Mérleg Kibocsátás Moláris [g/mol] Tömeg [kg] [tCO2/GJü] C+O2=CO2+qü 12+32= 1+2,66= 0,108 44+qü =3,66+33,8 MJ Benzin 2C8H18+25O2=16CO2+18H2O+qü 228+800= 1+3,51= 0,063 (oktán)1 =704+324+qü 3,09+1,42+48,8 MJ Metán CH4+2O2=CO2+2H2O+qü 16+64= 1+4= 0,055 (földgáz) =44+36+qü 2,75+2,25+49,5MJ Biomassza C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+qü 180+192= 1+1,07= 0,082 (glükóz) =264+108+qü 1,47+0,6+18 MJ Hidrogén 2H2+O2=2H2O+qü =4+32=36+qü 1+8=9+119,6 MJ 0,0 1 A gázolaj fajlagos CO2-kibocsátása – a nagyobb széntartalom miatt feltételesen a gázolaj (ρ=0,82 kg/m3) és a benzin (ρ=0,737 kg/m3) sűrűségének hányadosával (1,11) korrigálva – 0,07 t CO2/GJü. A fűtőolaj fajlagos CO2-kibocsátása – a nagyobb széntartalom miatt feltételesen a fűtőolaj (ρ=0,92 kg/m3) és a benzin (ρ=0,737 kg/m3) sűrűségének hányadosával (1,25) korrigálva – 0,079 t CO2/GJü.
A villamos energia fajlagos széndioxid-kibocsátása Hőerőmű
A villamosenergiatermelés hatásfoka [%]
Fajlagos tüzelőhőfelhasználása [GJ/MWhe]
Széntüzelésű gőzerőmű Fűtőolaj-tüzelésű gőzerőmű Földgáztüzelésű gázturbina Földgáztüzelésű gázmotor Földgáztüzelésű gőzerőmű Földgáztüzelésű kombinált gázgőz erőmű
25-44 28-36 22-38 32-42 30-44 48-58
14,4-8,2 12,9-10,0 16,4-9,5 11,3-8,6 12-8,2 7,5-6,2
Fajlagos kibocsátás [t CO2/MWhe] 1,56-0,88 1,02-0,79 0,9-0,52 0,62-0,47 0,66-0,45 0,41-0,34
Magyarországon 2006-ban 1,5∙Mt/év 95-oktánszámú benzint (48,8 GJ/t) és 2,5 Mt/év gázolajat (44 GJ/t) tankoltak, tehát az üzemanyagok felhasználása 4,6 + 7,7 ≈ 12,3 Mt/év CO2kibocsátással járt. Fosszilis tüzelőanyagú erőműveink 84 PJ/év tüzelőhőjű szénből 7 TWh/év villamos energiát állítottak elő (12 kJü/kWhe), ami 9,1 Mt/év CO2 kibocsátással járt, valamint 136 PJ/év tüzelőhőjű földgázból 13,3 TWh/év villamos energiát (10,2 kJü/kWhe), ami 7,5 Mt/év CO2 4
kibocsátással járt. Tehát a fosszilis tüzelőanyagú hőerőműveinkben előállított villamos energia 16,6 Mt/év CO2 kibocsátással járt. Közvetlen hőtermelésre 302 PJ/év földgázt és 40 PJ/év szenet és fűtőolajat (szénként figyelembe véve) használtunk, tehát a fűtés és hmv CO2-kibocsátása 16,6+4,3=20,9 Mt/év volt. Az energetika CO2-kibocsátása 2006-ban ~49,8 Mt/év volt, aminek 24,7 %-a üzemanyag, 33,3 %-a villamos energia és 42,0 %-a fűtés és hmv hő volt. 3.1. Mennyi növénnyel egyenértékű az évi kibocsátott CO2? A ma mezőgazdasága energia- és üzemanyag-felhasználó, ezért üvegházhatású gázokat (ÜHG) kibocsátó, élelmiszer-termelő ágazat. A holnap mezőgazdasága kis (vagy negatív) karbon-tartalmú energiát felhasználó, egyre több élelmiszert előállító ágazat lesz, aminek „megoldása” zárt hurkú („zérushulladékú”) rendszer: - input: ÜHG kibocsátás, - output: ezt „megkötő” élelmiszertömeg a felhasznált energia és üzemanyag levonásával. (A fosszilis üzemanyag referencia értéke 83,8 g CO2ekv/MJü.) A legnagyobb CO2-megkötő és O2-termelő képessége a szőlőcukornak van, a szőlőcukorból felépülő bonyolultabb szervas anyagoknak (pl. keményítő) kisebb. ● Glükóz (szőlőcukor) 6CO2 + 12H2O 264 g/mol + 216 g/mol 1 kg + 0,82 kg
+ fény = C6H12O6 + fény = 180 g/mol + fény = 0,68 kg
+ 6H2O +108 g/mol +0,41 kg
+ + +
6O2 192 g/mol 0,73 kg.
● keményítő n(6CO2+5H2O) → (C6H10O5)n +6nO2 n-polimerizációs faktor (amilóz keményítő 1000 körül, amilopektin keményítő 5000 körül), a mérlegnél n-nek nincs szerepe. 6CO2 + 5H2O = C6H10O5 + 6O2 264 g/mol + 90 g/mol = 162 g/mol + 192 g/mol 1 kg + 0,34 kg = 0,61 kg + 0,73 kg. Az energetika ~50 Mt/év CO2-kibocsátását 34 Mt/év glükóz, ami 36,5 Mt/év termelt oxigént eredményez. Ugyanez keményítővel 30,5 Mt/év, 36,5 Mt/év oxigén. Ezek a számok hogyan viszonyulnak a hazai növénytermesztéshez (az erdőkkel együtt)?
5
4. Magyarország statisztikai adatok Villamos energia, hő (földgáz) és üzemanyag Energiahordozók Bruttó primerenergia-felhasználás Ebből villamos energia Primer villamos energia [PJ/év] [TWh/év] Atom [PJ/év] [TWh/év] Átlagos hatásfok Víz+szél [PJ/év] [TWh/év] Átlagos hatásfok Import [PJ/év] [TWh/év] Megújuló és hulladék tüzelőanyagok [PJ/év] [TWh/év] Átlagos hatásfok Szénerőművek [PJ/év] [TWh/év] Átlagos hatásfok Földgázerőművek [PJ/év] [TWh/év] Átlagos hatásfok Ebből kapcsolt villamos energia közvetlen villamos energia Villamos energia primer tüzelőhő [PJ/év] Termel+import villamos energia [TWh/év] Átlagos hatásfok Ebből földgáz Földgáz felhasználás [PJ/év] [milliárd Nm3/év] Ebből hőtermelés [PJ/év] [milliárd Nm3/év] Ebből lakosság [milliárd Nm3/év] Üzemanyag [PJ/év] 1,5 Mt/év benzin (48,8 GJ/t) 2,5 Mt/év gázolaj (44,0 GJ/t) Szilárd tüzelőanyagok+kőolaj (vegyipari termék és feldolgozási veszteségek) [PJ/év]
6
2005 1153,2
2006 1152
2007 1125,4
2008 1126,3
2009 1040
173,9 20,3 150,8 13,834 0,330 0,7 0,213 1,095 22,4 6,2 31,496 1,929 0,220 83,519 6,977 0,301 127,4 12,803 0,362 5,716 7,087 416,3 42,0 0,363
173,5 20,9 146,7 13,461 0,330 0,8 0,229 1,031 26 7,2 29,487 1,69 0,206 79,524 6,967 0,315 132,7 13,511 0,367 6,28 7,231 415,2 43,1 0,374
175,8 19,0 160 14,677 0,330 1,2 0,32 0,960 14,4 4,0 27,734 1,828 0,237 83,813 7,35 0,316 144,5 15,784 0,393 6,267 9,517 431,8 44,0 0,366
177,1 19,2 161,5 14,818 0,330 1,5 0,418 1,003 14,1 3,9 29,588 2,19 0,266 83,762 6,928 0,298 148,7 15,672 0,379 7,072 8,6 439,2 43,9 0,360
190 21,5 168,1 15,426 0,330 2 0,559 1,006 19,9 5,5 34,398 2,444 0,256 71,137 6,346 0,321 106 11,034 0,375
506,2 14,888 378,8 11,141 4,746
481,1 14,150 348,4 10,247 4,585 183,2 73,2 110
447,7 13,168 303,2 8,918 4,013
442,7 13,021 294 8,647 4,043
385,6 11,341 279,6 8,224 3,653
174,9
205,2
207,2
210,0
175,7
401,5 41,3 0,371
Távhő Jellemzők Távhőrendszerek száma [db] Hőtermelő létesítmények kapacitása [MWth] Távfűtött lakások száma [ezer db] Összes távfűtési csúcshőigény [MWth] Lakossági fűtés [TJ/év] Közületi fűtés [TJ/év] Fűtési hő [TJ/év] Lakossági használati melegvíz [TJ/év] Közületi használati melegvíz [TJ/év] Használati melegvíz hő [TJ/év] Ipari hő [TJ/év] Távhő [TJ/év] Csúcskihasználási óraszám [h/év]
2006 271 9734 653 5634 20265 4386 24651 6463 460 6923 14656 46230 2279
7
2007 268 9768 650 5266 17279 3894 21173 6017 423 6440 12836 40449 2134
2008 269 9312 652 5007 17556 4187 21743 5823 468 6291 9760 37794 2097
