A geotermikus energia és a megújuló energiák Dr. Büki Gergely
Geotermikus Aktualitások Magyar Termálenergia Társaság Hódmezővásárhely, 2010. nov.10
Megújuló energiák hasznosítása MTA tanulmány Készült az MTA Energiastratégiai Munkabizottság keretében Ősszeállította Büki Gergely Szerkesztette Lovas Rezső, a munkabizottság vezetője
Megújuló energiák hasznosítása MTA tanulmány sajtóbemutatója
Lovas Rezső, Pálinkás József, Büki Gergely és Rudas János
Megújulók az energiaellátás rendszerben V égenergia -felhasználás, F Háztar tások Tüzelőanyag
Ipar
Fogyasztói energiatakar ékosság Ener gia takar ékos bere ndezések, hő szige telés, e ner g iatakaréko s ma gata rtás
Közlekedés Egyéb
Villany
Távhő Üzemanyag
Szekunder energiahordozók
Ve zeté kes e nerg iaell átáso k
En ergiaha tékonys ág növelése
V
H atásf oknö velés , k apcsolt e nergiaterm elés , hőszivatt yúk
E nergiaátala kitás Erőművek, fűtőművek, fűtőerőművek, finomítók, pelletgyártás stb.
Primer ener giaho rdozó k
Fö ldgáz
Kőolaj
Szén
Primerene rgia-felhas ználás, G
Biomassza
Földhő
Napenergia
Atom
Me gújuló en ergiák U
Vízenergia
Szélenergia
Optimális ener gi astruktúra Hazai -import, környe zeti h atások, m egújuló energiaforrások
Megújuló energiák hasznosítása, PJ
Primerenergiafelhasználás Napenergia Biomassza, hulladék Geotermikus energia Vízenergia Szélenergia Megújulók összesen – primerenergia %-a
Európai Unió 27 1997 2008 69 822 76 658 14 2446 162 1201 26 3849 5,37
73 4297 243 1182 427 6222 8.23
Magyarország 1997 2008 1088 1166 0 17,1 3,6 0,8 0 21.5 1,99
0,2 63,8 4,0 0,8 0,8 69,6 6,18
Megújuló energiák hasznosítása = stratégiai kérdés • A megújulók 13%-os EU vállalása 2020-ig a meghatározó • Ez fedezi a teljes igénynövekedést és képezi az új kapacitásnövekedést a következő évtizedben
F
F
U
1 3%
F- U
2020
2 010 F
F U
1 3%
F - U
2 010
2020
EU-27 és Magyarország EUföldgáz--felhasználása földgáz EU–27 Végenergia-felhasz, F – növekedése, 08/97
Magyarország
1997
2008
1997
2008
PJ 46473
49083
655
715
–
1
1,06
1
1,09
Földgáz, közvetlen felh. – közvetett (+villany, hő)
% %
22,0
22,3
41,3
36,1 + 5+7 ≈48 ≈
Primerenergia-felhasz, G
PJ 69822
76658
1088
1166
– növekedése, 08/97 Földgáz – (import aránya)
–
1
1,10
1
1,07
%
21,3
24,6
38,4
42,2
(62,0)
(66,1)
(82,3)
(%) (44,6)
Primerenerg. igényesség kJ/EUR
8576
7114
23911
16832
Energiaellátás hatásfoka, F/G
0,666
0,640
0,602
0,613
–
Földgázkiváltás megújuló energiákkal Energiamérleg
U ηU + (R ηG) = F = G ηG Fajlagos földgázkiváltás (R = 0)
G ηU γ = = U ηG
Épületek energiaellátása Épületek végenergia-igénye F = Qf + Qh + E ≈ Q takarékosság: tanúsítás
Épületek primerenergia-igénye G = Q gQ hatékonyság: hatásfok, kapcsolt és hőszivatyús termelés energiaszerkezet: megújuló energiák
Biomassza energeikai hasznosításának lehetőségei Végen ergia-felhasználás, F Tüzelőanyag
Tüzel őanyag gy árt ás
Villany
Távhő
Kond. F űtőerőmű Fűtőmű g áz , gő z, ORC , K al ina erőmű
Fűtőerőmű GM G á z t erm e l é s
T ü ze lé s
Föld gáz
Kőolaj
Üzemanyag
Szén
Primerenergia-felhasználás, G
At om
Üzem anyag gyárt ás
Biomassza B
Biomassza célszerű hasznosítása Felhasználható biomassza, elsősorban • melléktermékek (mezőg., erdészeti) • Hulladékok Közvetlenül villamos energiát ne! Hőellátás • egyedi fűtés: pelletkazán – drága tüzelő • biomassza távfűtés – olcsó tüzelő • távhő bázisán kapcsolt energiatermelés Biogáztermelés: kevés, de egyértelmű
Napenergia--hasznosítás Napenergia • Részaránya jelenleg a legkisebb! • Napkollektorok: használati melegvíztermelés - felzárkozás • Épitészeti (passzív) hasznosítás: hőigények csökkenése • Napelemek: autonóm villamosenergiaellátás – kutatás-fejlesztés
Geotermikus energia/ földhő szininim fogalmak A 2009/28/EK uniós irányelv meghatározása szerint: • „légtermikus energia (aerothermal energy): hő formájában a környezeti levegőben tárolt energia, • geotermikus energia (geothermal energy): a szilárd talaj felszíne alatt hő formában található energia, • hidrotermikus energia (hydrothermal energy): a felszíni vizekben hő formájában tárolt energia”.
Ter má lví z
Föl dhő / Geotermi kkus energia
Geotermikus energia/földhő hőmérsékletszíntjei 1 40 °C 1 20 1 00
> 120 °C
H + E?
8 0 - 12 0 °C
H
40 - 8 0 °C
H + HSZ
80 60 40
Levegő hő Talajhő Felszíni víz hő
20 0 -20
0 - 4 0 °C
HSZ HS < 0 °C
Földhő energetikai hasznosításának lehetőségei Végen ergia-felh aszn álás, F Tüzelőanyag
E
Fö ldgáz
Villany
H
Távhő
H
Kőolaj
Üz emanyag
HSZ
Szén
Primerenerg ia-felhasz nálás, G
Atom
HSZ
Földhő A
Hő-- és villamos energia termálvízből Hő T
TT
T (=1 20 °C)
T (= 120 °C)
T =
m& c
~ 0 °C
S&1
TE (=80 °C)
P
m& c T h (=40 °C)
Q& E
T 2 (= 300 K)
~ 0 °C
Hőtermelés
0K
Po o Villa mosener giaterm elés
T h (=40 °C)
Q& & Q
T −T (=3 72,6 K) l n(T /T )
Hőtermelés
S& h
0K
S&
S& 1
S& E
S& h S&
Mit termeljünk termálvízből: hőt vagy villamos energiát? Termálvíz Hatásfok hasznosítás földgáz hatásfoka esetén
ηA
ηfg
Fajlagos földgázkiváltás γ = ηA/ηfg
Hőellátás
1
0,9
1,11
Villamosenergiatermelés
0,1
0,525
0,19
A földhő célszerű hasznosítása Villamosenergia-termelést ne tervezzük – ez még kutatási feladat Két főirány: • A termálvíz közvetlen hőhasznosítása – vitathatatlan a balneológiai és turisztikai szempontok elsőbbsége mellett • A földhő (talaj, felszíni víz és levegő) hőszivattyúzása
Termálvíz komplex, kaszkád hasznosítása QHS Z Qf T be
T1 = áll.
Balneológi ai hasznosítás
Tb u T0
Termálvizes magas és alacsony hőmérsékletű távfűtés T
T
Th′
Te
Te
T
Tv
T’e
Tv
T’ e
Th′
Th T’v
T’v
Th
Magas és alacsony hőmérsékletű távfűtés és hőszivattyúzás T T1 (=120 °C)
m& c
Th′ (=60 °C) Th (=40 °C) Közvetlen hőellátás + HS
m& c
~0 °C
To Normál fűtési rends zer
Alacsony hőmérsékletű fűtési rendszer
T e r m á l v í z
0K
S& 1
S& h
S&o S&
Termálvizes közvetlen fűtés és hőszivattyús utófűtés Tfe
Q& HS
T fv
PHS
εf Th m& T1
To
Termálvíz utóhűtése hőszivattyúval T
T 50 °C T = 318 ,0 K 40 °C 40 °C
T
50 °C
T = 318 ,0 K
40 °C
= 302,9 K 20 °C
40 °C
T = 292, 5 K
~0 °C
T e r m á l v í z +HS
0K
S&
S&
A hőszivattyú rendszerstruktúrája Q Tv
Te
Q
EQ
QH S
E
EHS
K
TK
QR
QK
R
E
QA
T
EA
A TA1
TA2 QA
Szakmakultúra és a magyar nyelv Magyar
Angol, nemzetközi
Fűtési (teljesítmény)tényező
Coefficient of Performance
ε f = Q& / P (Évi) átlagos fűtési tényező
εf = Q /E Nem vagy-vagy,
COP = Q& / P Seasonal Performance Factor
SPF = Q / E hanem is-is!
Talajvíz egyegy- és kétkutas hőszivattyúzása Te
Q
Tv
EHS
Te
Tv
EHS
QA T A1 a)
Q
QA TA2
T A2
T A1 b)
Talajhő zárt hőszivattyúzása: földkollektor és földszonda Te
Q
Tv
EHS
Te
Q
Tv
EH S
QA T A1
QA T A1
T A2
a)
b)
TA2
Levegő/levegő és levegő/víz hőszivattyúk Te
Q
Tv
EHS
Te
Q
Tv
EHS
b)
a)
QA T A1
QA TA2
T A1
T A2
Felszíni vizek hőszivattyúzása: tó és folyó esetén Te
Q
Tv
EHS
Te
Q
Tv
EHS b)
QA a)
T A2
QA
TA2
T A1 T A1
Közvetlen és hőszivattyús hőtermelés energetikai mutatói 1,2 0,3
1,0 Gfg/Q 0,8
0,4 0,4
0,2
40 E/Q 20
0
0 2
GA /Q
60
0,4
3
4
ε
f
5
0 20
Gfg/Q
ηΕ=0 ,5
0,6
Q = áll.
10 0 % 80
40 GA /Q 60 80
E/Q
2
3
4
εf
5
% 100
GK /Q
1,2 1,1 1,0 0,9
ηΚ
Hőszivattyúzás energiaenergia- és költségfelhasználása 1,5 gK =1/0,9 1,0
ηE = 0,3
0,4
0,5
0,5
Kazán
gHS
0,6 1 ε f ηE
g HS =
0 5 000 Ft/GJ 4 000
kFG=g KpFG
k E = 40 Ft/kW h 30
3 000
Földgáz-ár
20
k HS 2 000 10 1 000
k HS = 0
2
kE εf 3
4
εf
5
A földhő hőszivattyús hasznosításának hatásfoka 10 0 % 80 ηE = 0,6
60
ηΑ
0,5
40
0,4
20
0,3
0 2
3
4
εf
5
Az MTA tanulmány prognózisa 2010
Villamosenergiatermelés Közvetlen hőellátás Hőszivattyús hőtermelés Összesen
2020
Hő PJ
Földhő PJ 0
Hő PJ
4,5
4,5
9-10
4,5
5-8 (10-16) 14-18
4,5
Földhő PJ 0 Kutatás 9-10 8-11 17-21
Köszönöm a megtisztelő figyelmet!
[email protected]
