Megújuló energiaforrások: a jelen és a jövő lehetőségei

Energiatermelés, -átalakítás, -szállítás és -szolgáltatás

BME OMIKK

ENERGIAELLÁTÁS, ENERGIATAKARÉKOSSÁG VILÁGSZERTE 45. k. 10. sz. 2006. p. 32–43.


Megújuló energiaforrások: a jelen és a jövő lehetőségei A megújuló energiaforrások hasznosítása hozzájárulhat a jelenbeli és távlati gazdasági/ környezetvédelmi problémák megoldásához. Akár hazai viszonyok között, már a közeljövőben is megvalósítható megoldást jelenthet a biomasszából nyert energia hasznosítása hűtési célokra, a globális környezetvédelmi célok szolgálatába állítható távlati programot pedig a sivatagokban bőven rendelkezésre álló napenergia célirányos felhasználása képviseli – összeállításunk e két út lehetőségeit és problémáit mutatja be.

Tárgyszavak: megújuló energiaforrás; biomassza; szupravezető.

A megújuló energiaforrások hasznosítása hoz-

sa képviseli – a következő összeállítás e két út

zájárulhat a jelenbeli és távlati gazdasági/ kör-

lehetőségeit és problémáit mutatja be.

nyezetvédelmi problémák megoldásához is – feltéve, hogy az adott lehetőséget szakszerűen,

Hűtés mezőgazdasági ültetvényeken keletkező biomasszából termelt energiával

a mai és a várható helyzet számításba vételével közelítik meg. Akár hazai viszonyok között, már a közeljövőben is megvalósítható megoldást jelenthet a biomasszából nyert energia hasznosítása hűtési célokra, a globális környe-

Spanyolország energetikájának szerkezete az

zetvédelmi célok szolgálatába állítható távlati

első energiaválság idején (1973) nagyon egy-

programot pedig a sivatagokban bőven rendel-

oldalú volt, amit az elsődleges energiahordo-

kezésre álló napenergia célirányos felhasználá-

zók felhasználásában megmutatkozó nagymér-

32


tékű (közel 70%-os) olajfüggés okozott. E

A biomassza hozzájárulása az ország energia-

problémát felismerve – és igazodva az Európai

termeléséhez 1998-ban már 1139,1 GWh/év, a

Unió keretében a megújuló energiaforrások

megújuló energia termeléshez pedig 50,81%

hasznosítására vonatkozó fejlesztési irányel-

volt (1. ábra), teljes működő kapacitása pedig

vekhez – 1999-ben egy 2000–2010-re szóló

188,8 MW. A fenti irányvonallal összhangban

diverzifikálási tervet hagytak jóvá. A koncep-

hűtési célokra is terveztek abszorpciós beren-

ció fő célkitűzése szerint 2010-ben az ország

dezésekre épülő rendszereket, de az itt fel-

energiafelhasználásának legalább 12%-át meg-

használt energiát nem biomasszából állították

újuló forrásokból kell fedezni. Megvalósításá-

elő, hanem elsősorban napenergiából.

ban a biomassza hasznosításának gyors felfuttatása kapja a főszerepet (a megújuló energia

A spanyol kutatók ezért a hagyományos hűtő-

58%-át szolgáltatja majd), mivel e program

berendezések kiváltására egy olyan hűtőrend-

egyszerre járul hozzá a környezetterhelés

szer létrehozását tűzték ki célul gyümölcsök

csökkentéséhez és elősegíti a vidékfejlesztést,

termelését, tárolását, konzerválását és forgal-

mert megvalósítása révén a mezőgazdaság

mazását végző mezőgazdasági vállalkozások

melléktermékei hasznosulnak.

számára, amelyben az ammónium-abszorpciós

napelemes villamos; 0,02

RSU; 3,44

geotermikus; 0,05

vízi; 43,59

biomassza; 50,81

szél; 1,72

termikus napenergia; 0,37

1. ábra Energiatermelés megújuló forrásokból Spanyolországban, 1998-ban (%)

33


Kísérleti elrendezés

hűtőberendezés kompresszora által felhasznált energiát mezőgazdasági eredetű hulladék biomasszából állítják elő. A hulladékot egy ka-

A kísérletek céljára kiválasztott 300 kW hűtő-

zánban elégetve az energia hő formájában ke-

kapacitású AK-1600-as hűtőberendezést a

rül az abszorpciós berendezés generátorába, a

Transparent Energy Systems Pvt. Ltd. cég

fölös hőt pedig villamos energia termelésére

gyártja, az általa elérhető legalacsonyabb hő-

használják fel.

mérséklet –5 °C. Az abszorpciós megoldás további előnye, hogy nem igényel intenzív

A létrehozandó létesítmény egy, a hűtőkam-

hőellátást, így ez 70–120 °C-os vízzel is meg-

rákhoz kapcsolódó kettős abszorpciós egység-

oldható, miközben 0–100% terhelésig automa-

ből és a generátora számára szükséges hőener-

tikus üzemmódban működik. A szabadban is

giát adó kazánból áll. A követelményeknek

felállítható berendezés kevés karbantartást

legjobban megfelelő hűtési rendszert több le-

igényel, élettartama pedig legalább 25 év.

hetséges megoldásból (2. ábra) választották ki. Mint az ábrán látható, a kétfokozatú NH3-H2O abszorpció a legkedvezőbb, de fontos szem-

másodlagos légellátás

pont az is, hogy ez a berendezés 0 °C-nál alacsonyabb hőmérsékletet tesz lehetővé.

I elsődleges égéstér II másodlagos égéstér elsődleges bemenő levegő

infravörös vezérlés mozgatható rács

1,6

H2O-NH3 kétfokozatú H2O-NH3 egyfokozatú

COP

1,2

Li Br kétfokozatú

0,8

3. ábra A mozgatható rácsos kazán felépítése

0,4

A hőt szolgáltató kazán mozgatható rácsosLi Br egyfokozatú 120

160

200

240

280

típusú berendezés (3. ábra), alkalmas nagy

320

víztartalmú, különböző méretre aprított és sok

vízhőmérséklet, °F

hamut tartalmazó biomassza elégetésére is. Ezen kívül különféle fa tüzelőanyagok is éget-

2. ábra LiBr-dal és NH3-val működő egyés kétfokozatú berendezések COP-értékeinek (coefficient of performance) összehasonlítása

hetők benne, a berendezés hatásfoka 70–85%. E kazántípus előnyére szolgál az is, hogy a 34


fűtőanyaghoz semmiféle más tüzelőanyag

takarítási időszak 3 hónapig tart. Ilyenkor na-

hozzáadását nem igényli, ezért a keletkező

ponta 10-50 tonna gyümölcsöt szednek le és

hamu semmiféle szennyező anyagot nem tar-

helyeznek hűtőtárolóba, hogy majd később, a

talmaz, ezért talajjavításra is felhasználható.

nagyobb kereslet idején értékesítsék. A fák metszése novemberben kezdődik, és az egyegy fáról átlagosan keletkező 5 kilogrammnyi

Eredmények és értékelés

nyesedék összesen 1650 tonna biomasszát eredményez. A metszést és a gyümölcsfák 9

A vizsgálódás tárgyát képező mezőgazdasági

évenként esedékes megújítását is beszámítva

ültetvény Extremadurában (Spanyolország dél-

az ültetvényen évente 4216 tonna biomasszá-

nyugati részén) található. Az itt közel 200 hek-

val lehet számolni.

táron nevelt, összesen mintegy 330 000 gyümölcsfából 68 000 szilva-, 42 000 körte-,

A maradványok energetikai potenciáljának

111 000 őszibarack- és szintén 110 000 nekta-

meghatározása érdekében közelítő és vegy-

rinfa. Az utóbbi két gyümölcsféle fája nagyon

elemenkénti analízist, valamint a felső fűtőér-

hasonló, energetikai tulajdonságaik közel azo-

tékre (HHV) alapozott kalkulációt is végeztek.

nosnak tekinthetők. A júniusban kezdődő be-

Az eredményeket tartalmazó 1. táblázatban 1. táblázat

Közelítő, pontos kémiai elemenkénti és HHV elemzés Minta

Gyorselemzés Páratartalom, %

Hamu, %

Illékony vegyületek, %

Pontos kémiai elemenkénti analízis Lekötött szén, %

%C

%H

%N

%S

Cl

HHV, MJ/kg

Szilvafa

31,47

2,8

50,79

14,94

42,13

5,771

0,484

0,017

1,37

13,03

Körtefa

24,29

1,5

64,21

10

36,04

4,782

1,377

0,059

0,48

13,84

Őszibarackfa

31,87

1,63

52,44

14,06

40,93

5,361

0,914

0,069

0,09

13,61

Szőlőtörköly

–

11,74

46,36

41,9

42,54

5,17

0,63

0,30

–

16,66

Fenyő

–

–

–

–

46,6

6,4

0,06

–

–

17,30

Nyírfa

–

–

–

–

50,8

6,0

0,16

–

–

16,44

RAC

–

2,8

84,9

12,3

46,9

5,6

1,2

0,0

–

–

Nyírfa

–

5,8

79,2

15,0

44,5

5,3

1,2

0,0

–

–

Fenyő

–

–

–

–

48,8

6,0

0,5

0,01

–

–

Fakéreg

–

–

–

–

49,3

6,0

0,5

0,01

–

–

Cukornád

–

–

–

–

47,2

5,6

0,3

0,07

–

–

–

–

Kőszén

–

–

–

–

49,5

6,2

0,5

0,0

Szilvafa

–

–

–

–

80,4

5,0

1,3

0,53

A táblázat több kutatás eredményeit foglalja összes, ezért szerepelnek egyes anyagok több sorban

35

–


összehasonlítás céljából más anyagokra vonat-

viszonylag alacsony nitrogéntartalom eredmé-

kozó adatok is szerepelnek. A gyorselemzés-

nyeként nitrogénoxidok is csak csekély meny-

ben szereplő kis hamutartalom általában jel-

nyiségben keletkeznek. A szilva- és a körtefák

lemző a növényi hulladékokra, ez a tulajdon-

maradványainak magas klórtartalma viszont

ság javítja az égési folyamatot. Az ültetvényen

arra utal, hogy elégetésük során sósavgáz vagy

keletkező biomassza egyes komponenseire a

alkálikloridok keletkezhetnek, amelyek kon-

HHV-módszerrel kapott fajlagos fűtőértékek:

denzálódva elszennyeződést, salakosodást és

szilvafa – 13,03 MJ/kg; körtefa – 13,84 MJ/kg

korróziót okozhatnak. Klór jelenlétében bizo-

és őszibarackfa – 13,61 MJ/kg. A táblázat első

nyos mennyiségű dioxin is keletkezhet. E rák-

három sorában szereplő viszonylag magas

keltő anyag egy, az USA Környezetvédelmi

víztartalmak annak tulajdoníthatóak, hogy az

Minisztériuma által végzett vizsgálat szerint

elemzésre nem sokkal a metszés után, kellő

szűrővászonnal mintegy 90%-ban leköthető,

szárítás nélkül került sor. A lekötött szén

mások dioxin képződését gátló kén- és nitro-

mennyisége ugyan elmarad az ásványi széné-

génvegyületek hozzáadását javasolják e prob-

től, az égési folyamathoz azonban ez is meg-

léma kezelésére.

felelő. A háromféle gyümölcsfahulladék átlagos fajA vegyelemenként végzett pontos analízis

lagos fűtőértékét 13,5 MJ/kg-nak véve a fent

szerint a vizsgált biomassza széntartalma

említett éves biomassza-mennyiség elégetésé-

(40%) némileg elmarad a más típusú alap-

ből évi 56 916 000 MJ hőenergia keletkezne –

anyagokban mért szinttől, a hidrogéntartalom

70% körüli általános hatásfokkal számolva ez

(mintegy 5%) viszont megfelel a másfajta ég-

39 841 200 MJ/év hőenergiát jelent.

hető biomasszákban mért értékeknek. Ami a kéntartalmat illeti, az ültetvény fái viszonylag

Az ültetvényen négy hűtőkamra üzemel, térfo-

keveset (0,07%) tartalmaznak, nitrogénből

gatuk 2050 m3 (16 x 16 x 8 m). A kamrák 15

viszont többet (0,484–1,337%) mutattak ki

cm vastag téglafalát további, összesen 30 cm

bennük. Az alacsony kéntartalom arra enged

vastag parafa szigetelés borítja. A három gyü-

következtetni, hogy az ültetvényen keletkező

mölcsfajta tárolásának hőmérséklete 0,5 °C,

égéstermékek nem veszélyeztetik a berendezés

lélegzési együtthatójuk pedig: szilvánál 1,67

fémrészeit, és alig járulnak hozzá a savas esők

kJ/nap, őszibaracknál 2,29 kJ/nap, körténél

képződéséhez. Mivel az itt használt kazánban

pedig 1,46 kJ/nap. A hűtéshez szükséges telje-

a hőmérséklet nem haladja meg a 650 °C-ot, a

sítmény becsléséhez számításba vették a fala36


kon keresztül, a szervizelésnél, a ki- és bera-

hőmérséklet az abszorberben 29,4 °C; a hő-

kodásnál (50 t/nap), a gyümölcsök lélegzése

mérséklet az elpárologtatóban –1,1 °C; és

kapcsán (2400 tonna tárolt mennyiségből kiin-

nyomás a párologtatóban 175 kPa.

dulva) és a szellőzés révén fellépő hőveszteséget. A hűtőkamrák feltételezett üzemi felté-

Az elpárologtató kimenetén a hűtőközeg

telek melletti hőveszteségére vonatkozó adato-

93,2% ammóniát és 6,8% vizet tartalmaz. Az

kat a 2. táblázat tartalmazza. Ezeket az ered-

adott hőmérsékleten és nyomáson a keverék

ményeket, nemkülönben a ventillátorok vesz-

nem párolog teljesen el, ezért a maradékot a

teségét, egy 10%-os üzembiztonsági együttha-

víz túlzott felhalmozódásának elkerülése érde-

tót és a kompresszor napi 16 óráig tartó üze-

kében ki kell fúvatni az elpárologtatóból. Az

melését figyelembe véve az abszorpciós be-

így eltávolított folyadék és gőz arányát ammó-

rendezés szükséges hűtési teljesítménye körül-

nia-mérleg segítségével lehet meghatározni. A

belül 271 kW.

tömegáram, illetve az entalpia kiszámításával a részleteket mellőzve és számításba véve, hogy

2. táblázat A kamrák hűtési terhelése Hőveszteségek

MJ/nap

a hűtőkamrák évente hat hónapig működnek, az ehhez szükséges hőenergia mennyisége

Megjegyzések

18 688 200 MJ/év értékre adódik. Így fennma-

Falak

5356,21

Tkülső = 40 °C

Rakodás

3594,8

50 tonna/nap

rad további 21 152 200 MJ/év energia, amit a

10% súlyveszteség

létesítmény takarításához szükséges gőz előál-

Átválogatás

535,6

Gyümölcs hőleadása

4113,12

2400 tonna

Szellőztetés

2006,4

3 légcsere/nap

lítására lehet fordítani, jelenleg ezt egy gázboj-

A ventilátorok nélkül

ler szolgáltatja.

Összesen

2 019 999,34

Ennek a hűtési kapacitásnak az eléréséhez az

Sivatagi naperőművek cseppfolyós hidrogén és a szupravezetés felhasználásával

abszorpciós berendezés generátorán szükséges hőteljesítményt a Stoecker-féle módszer és a berendezésgyártók ajánlásai alapján kalkulálták. Ennek eredményeként az adott jellegű létesítmény számára a következő üzemeltetési

Távlati energiaproblémáink kezelésének egyik

feltételek adódtak: a generátorból kilépő gőz

útja a bőségesen rendelkezésre álló napenergia

hőmérséklete 98,9 °C; a nyomás a generátor-

hasznosítása – például olymódon, hogy a siva-

ban/gőzleválasztóban 1055 kPa; a gőzleválasz-

tagos területek 4%-át kifejezetten naperőmű-

tót elhagyó hűtőközeg hőmérséklete 28,3 °C; a

vek létesítésére használjuk fel. Miért éppen 37


4%? Azért, mert az így létesítendő napenergia-

szerek kialakítására lenne szükség, de gondot

termelő rendszerek által előállított energia

okoz e megújuló energiafajta ingadozó és ne-

mennyisége éppen megfelelne a világ teljes

hezen előre jelezhető rendelkezésre állása is. A

éves elsődleges energiafelhasználásának. A

hálózati stabilitás fenntartása érdekében ké-

Szahara területének csupán 0,3%-át kellene az

szenlétben tartott elektromos hőerőművek vi-

említett módon hasznosítani ahhoz, hogy ki

szont jelentős mennyiségű fosszilis energia-

lehessen váltani Európa teljes villamosenergia-

hordozót fogyasztanak, számottevő mértékben

termelő kapacitását (700 GW). Jelenleg azon-

növelve egyben a szén-dioxid kibocsátást.

ban a legnagyobb termikus naperőmű (Solar Electric Generating System, CA) teljes villa-

A víz elektrolízise révén bőségesen előállítha-

mos teljesítménye 354 MW, a legnagyobb

tó hidrogén ígéretes technológiai lehetőséget

fotoelektromos berendezés (a németországi

képvisel az energiatárolás és továbbítás terüle-

Bavaria Solarpark) pedig 10 MW-os teljesít-

tén, a jövőben alapvető szerepet játszhat a

ménnyel üzemel. Mindazonáltal a napelemek-

fosszilis energiahordozók kiváltásában. A hid-

re épülő energiatermelés piaca gyorsan, globá-

rogén ipari méretű gyártása egyébként már ma

lis méretekben évente átlagosan 40%-kal bő-

is realitás: az USA ipara jelenleg évi 9 millió

vül, beépített kapacitásai pedig 2004-ben

tonnát gyárt belőle – főként a vegyiparban,

együttesen elérték az 1100 MW-ot. Ami pedig

olajfinomítókban, a kohászatban és a villamos

a költségeket illeti, a nemrég kifejlesztett nagy

iparban működő felhasználók számára. A hid-

hatásfokú fotoelektromos polimer anyagok a

rogént továbbító távvezetékek jelenlegi hossza

jövőben drasztikus költségcsökkentést ígérnek

Európában 1500, az USA-ban pedig 700 km. E

ezen a területen.

rugalmasan felhasználható fűtőanyag könnyen ki tudja váltani a hagyományos fajtákat, hely-

A világszerte növekvő mértékben rendelkezés-

hez kötött vagy mozgó objektumokon egyaránt

re álló száraz éghajlatú, sivatagos zónák a bő-

felhasználható. Elégetésekor csak vízgőz kerül

ven „ömlő” napsugárzás mellett a földterület

a levegőbe, és amennyiben víz elektrolízisével

olcsósága miatt jelentenek nagy vonzerőt az

állítják elő, teljes életciklusában mentes a ká-

ilyen fejlesztések számára. Problémát jelent

ros kibocsátásoktól.

azonban, hogy rendszerint messze találhatók az energiaigényes zónáktól. A potenciális lehe-

Tömegegységre vetítve a hidrogén a többi fű-

tőségek kiaknázásához ezért hatékonyan mű-

tőanyaghoz képest sokkal több energiát tartal-

ködő és nagykapacitású energiatovábbító rend-

maz (felső fűtőértéke 141,9 MJ/kg), miközben 38


kis sűrűségének köszönhetően adott mennyi-

sítva bonyolítják le (2002-ben a teljes nemzet-

ségű energiára átszámított térfogata csak mint-

közi forgalom 26%-át).

egy 25%-a a földgázénak. Tárolás céljából komprimálható (20 MPa és 288 K esetén fajlagos térfogata 14,5 kg/m3) vagy cseppfolyó-

Kísérleti létesítmény villamos energia és hidrogén szállítására a Gibraltári-szoroson keresztül

sítható (0,1 MPa és 20,4 K mellett 70,8 kg/m3). Mivel a nagyméretű és nagynyomású gáztartályok technológiai okok miatt megvalósíthatatlanok, a kompressziós megoldás nem

Olasz kutatók javasoltak egy a megújuló forrá-

jön szóba nagyméretű energiatároló rendszerek

sokból előállított energia nagy mennyiségű

esetén. A hűtőtartályok esetében azonban az

továbbítására és szétosztására szolgáló rend-

igen nagy méret sem akadálya az energia ilyen

szert, amelynek sematikus rajza a 4. ábrán

formában történő tárolásának. Ami a teljes

látható. Amennyiben a hálózati igényeknél

költségeket illeti, cseppfolyós formában a hid-

nagyobb mennyiségű megújuló forrásokból

rogén olcsóbban továbbítható, mint gázhal-

előállított energia keletkezik, a rendszer víz

mazállapotban – ez így van a földgáz esetében

elektrolízisét közbeiktatva hidrogént termel,

is, ez az oka annak, hogy ma már a földgáz-

amelyet tárolás céljából 20,4 K-ra hűtenek.

szállítások növekvő mennyiségét cseppfolyó-

Amikor viszont kevesebb megújuló elektro-

SMES szupravezető mágneses energiatároló rendszer)

megújuló energiatermelő

szupravezető egyenáramú cső- és távvezeték inverter cseppfolyósító

cseppfolyós hidrogén elosztása

hidrolízis tüzelőanyagelemek

hálózat

hidrogéngáz tárolása

4. ábra A javasolt megújuló energiaforrásokat hasznosító rendszer sémája, beleértve a hidrogén gyártását és folyékony halmazállapotú tárolását, a szupravezető távvezetéket, a hálózati csatlakozást és az elosztó hálózatokat is

39


mos energia áll rendelkezésre az igényeltnél, a

és Észak-Afrikában nagy megújuló energiafor-

hidrogén formájában tárolt energia átalakítha-

rásokat hasznosító erőművek létesítésére lenne

tó. A fölösleges cseppfolyós hidrogén olyan

lehetőség. Az 5. ábrán látható térkép szerint a

hűtött MgB2 anyagú csővezetékeken továbbít-

Gibraltári-szoros a legrövidebb útszakaszon (a

ható, amely egyidejűleg villamos energiát is

Tarifánál található mély szűkületnél) 14 kilo-

szállító szupravezető egyenáramú távvezeték-

méter hosszon és legfeljebb 800 m-es tenger-

ként működik. Egyébként egy hasonló, de nuk-

mélység mellett, a minimális tengermélységnél

leáris energiával működtetett távvezetéket ja-

(Camarinal Sillnél legfeljebb 300 m) pedig 27

vasoltak az American SuperGrid projekt szá-

kilométeren szelhető át.

hidrogén a termelt megújuló energia helyben

1. nyomvonal 2. nyomvonal

történő tárolása mellett a felhasználókhoz való energiatovábbításra is alkalmas, ez a megoldás

Atlanti -óceán

mára is. Abból kiindulva, hogy a cseppfolyós Földközitenger

energetikai szempontból hatékonyabbnak bizonyult, mint egy hasonló, 500 MW teljesítményű naperőműből és 10 km-es távvezetékből összeállított, hagyományos technológiát

0

10 km

(gáznemű hidrogént szállító vezeték vagy villamos távvezeték) alkalmazó referenciarend5. ábra A Gibraltári-szoros térképe a két feltételezett nyomvonallal (az 1-es útvonal a minimális vízmélységnél halad, a 2-es számú pedig a legrövidebb)

szer. Az energiát és hidrogént szállító kísérleti létesítményt a Gibraltári-szoroson keresztül lenne célszerű megépíteni. A 100 MW-os pilot-

A távvezeték tervezésénél az alábbi paraméte-

objektumot úgy tervezték, hogy teljesítményét

reket vették alapul:

a jövőben akár 12 GW-ra lehessen bővíteni

• névleges áramerősség: 12 kA,

azzal a céllal, hogy energetikai fővezetékül

• névleges feszültség: a kísérleti szakaszon

szolgálhasson az európai és az észak-afrikai

±4 kV (96 MWe), 12 GWe maximális

hálózatok között. Azért esett erre a helyszínre

villamos teljesítményre kibővítve pedig

a választás, mert ez a szoros keskeny; a tér-

±500 kV,

ségben előreláthatólag megnő a kellő hálózati

• a továbbítandó cseppfolyós hidrogén nettó

stabilitás melletti energiaszállítás iránti igény;

tömegárama 0–0,7 kg/s (kb. 100 MW HHV), 40


• a kábel és a kriosztát hajlékonysága: a szál-

rozták meg. A kriosztát belső és külső csövét a

lítás és a lefektetés megkönnyítése érdeké-

rugalmasság növelése érdekében hullámosított

ben a minimális görbületi sugár 1 m.

lemezből készítik. A kriosztátot többrétegű hőszigetelés fogja körül, amelyben a vákuumot

A szupravezető távvezeték-típusok közül ezút-

megfelelő getterező anyagok révén tartják fenn.

tal a bipoláris, két kriosztátos és meleg dielekt-

A kalkulált behatoló hőmennyiség 2 W/m.

rikumot alkalmazó megoldásra esett a választás. A kriosztátokat a vezeték hűtéséhez szük-

A tengeralatti vonalvezetés miatt a kriosztát-

séges cseppfolyós hidrogén nettó tömegára-

nak ellen kell állnia a külső víznyomásnak is.

mának minimális szinten tartása érdekében

A két kriosztátot ezért egy közös külső védő-

külön-külön, oda- és vissza irányuló cseppfo-

csőbe helyezték (falvastagsága az 1-es számú

lyós hidrogén-áramokat fenntartva javasolják

útvonal esetében 6 mm), mivel ez a cső átveszi

alkalmazni (recirkuláltatott áramlás).

a külső környezet hőmérsékletét, és nem érintkezik az áramló cseppfolyós hidrogénnel, ez a

Jelenleg a MgB2 anyag szalagok vagy huzalok

hagyományos

tenger-alatti

vezetékfektetési

formájában áll rendelkezésre; a kábel rugalma-

technológiákkal (pl. metán vezetékek) meg-

sabbá tétele érdekében a 2,2 mm átmérőjű hu-

oldható. Emellett a védőcső ferromágneses

zalformát választották. A névleges áramerős-

anyaga óvja a vezetékben keletkező belső erő-

ség adott értéke 27 db MgB2 huzal alkalmazá-

teret is. A 6. ábra a vezeték körüli indukciós-

sát teszi szükségessé, amikor is az öngerjesz-

teret ábrázolja, ami jóval az Európában elfo-

tett térben a technikai áramsűrűség 120 A/mm2. A kábel stabilitásának biztosításához 9 db, ugyanilyen átmérőjű rézhuzalra van szükség, az így kapott 4 x 3 x 3 sodratú kábel külső átmérője körülbelül 15 mm. A kábel közvetlenül érintkezik a szuper-szigeteléssel ellátott kriosztátban áramló cseppfolyós hidrogénnel. A kriosztát belső átmérőjét a kívánt maximális cseppfolyós hidrogénáramlási sebességből, a

6. ábra. A távvezeték körül keletkező indukciós erőtér (a Föld természetes erőtere tipikusan 40–50 µT)

vezetéken megengedett hőmérséklet-emelkedésből és nyomáscsökkenésből kiindulva hatá41


gadott határértékek alatt marad, és gyorsan a 0

alá csökken. Mivel a vázolt konstrukcióval

-300

z, m

Föld természetes erőterére jellemző 40–50 µT készülő vezeték elektromos szigetelése szára-

-600

zon és környezeti hőmérsékleten marad, a táv-

-900

vezeték ±500 kV üzemfeszültségen is legalább

0

5

10

x, km 15

20

25

7. ábra Az 1-es nyomvonal mélységi metszete a tengerfenéken

30 évig működőképes. Hogy mindeközben a hidrogén garantáltan

25

cseppfolyós állapotban, a szupravezető vezeték pedig üzemképes maradjon, a hidrogén 20

hőmérsékletének és nyomásának az alábbi

T, K

feltételeknek kell eleget tenniük: • minimális nyomás: a hidrogén forráspont-

15

jának 27 K-ra emelése érdekében 0,5 MPa;

0

5

10

• maximális hőmérséklet: 25 K, mivel efölött a MgB2 kritikus áramsűrűsége erősen le-

15 L, km

20

25

8. ábra A cseppfolyós hidrogén hőmérsékletének változása az 1-es nyomvonalon haladó vezeték oda- és vissza vezető csövében (különböző tömegáramoknál)

csökken; • maximális nyomás: ezt főként a kriosztát mechanikai szilárdsága határolja be, értéke (a kriosztát rozsdamentes acélcsövének 0,9

1,7

mm-es vastagságából kiindulva) 1,7 MPa. p, MPa

1,4

Miután a hidrogén a vezetékben közel a rá jellemző kritikus állapotban (32,9 K, 1,28 Mpa)

1,1 0,8

van, a megfelelő hőmérséklet- és nyomásgör-

0,5

béket az összenyomható viszkózus folyadé-

0

5

10

15

20

25

L, km

kokra jellemző energetikai és impulzus egyenletek integrálásával, a cseppfolyós hidrogén

9. ábra. A cseppfolyós hidrogén nyomásának változása az 1-es nyomvonalon haladó vezeték oda- és visszavezető csövében (különböző tömegáramoknál)

paramétereit felhasználva lehet felrajzolni. A 7. ábrán az 1-es nyomvonal térbeni elhelyezkedése, a 8–9-es ábrán pedig a különböző 42


tömegáramokra kalkulált hőmérséklet- és nyo-

raltári-szoroson át megépíteni javasolt rend-

másértékei láthatók. A beérkező hidrogén hő-

szer megvalósítható, a távvezeték pedig villa-

mérsékletét 15 K-on rögzítve, a maximális

mos energia és cseppfolyós hidrogén továbbí-

hőmérsékletre

tására egyaránt alkalmas létesítmény lehet.

megszabott

követelményből

0,583 kg/s-os minimális áramlási sebesség adóÖsszeállította: dr. Balog Károly

dik (8. ábra). Az áramlási sebesség növekedésével a nyomáscsökkenés fokozódik. Miután a kimenő nyomást 0,5 MPa-ban rögzítették, a Irodalom

bemeneti nyomást növelni kell. A maximális nyomást az 1,323 kg/s-os maximális áramlási

[1] Ganán Gómez, J.; Miranda, A. stb.: Viability study

sebesség szabja meg (9. ábra). A tervkalkulá-

of cold generation from biomass in an agrarian

ció szerint az áramlási sebesség 0 és 74 kg/s

exploitation. = Fuel Processing Technology, 87. k.

között változhat. Hasonló grafikonok rajzolha-

2. sz. 2006. jan. p. 129–133.

tók fel a 2-es nyomvonal esetében is.

[2] Trevisani, L.; Fabbri, M.; Negrini, F.: Long term scenarios for energy and environment: energy from the

A fentiek alapján levonható a következtetés,

desert with very large solar plants using liquid hyd-

hogy a megújuló forrásokat hasznosító ener-

rogen and superconducing technologies. = Fuel Pro-

giatermelés ingadozásainak kezelésére a Gib-

cessing Technology, 87. k. 2. sz. 2006. jan. p. 157–161

∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞ Néhány hasznos internet-cím a témával kapcsolatban: Az ENSz Élelmezési és Mezőgazdasági Szervezete (UN-FAO9 honlapja az élelmezés energetikai vonzatairól http://www.fao.org/sd/EGdirect/EGan0001.htm Térképek a Gibraltári-szorosról: http://www.embassyworld.com/maps/Maps_Of_Gibraltar.html Szupravezető egyenáramú kábelek portálja: http://www.supercables.com/Application/app_DC.html

43

Megújuló energiaforrások: a jelen és a jövő lehetőségei

Recommend Documents