NYÍREGYHÁZI FİISKOLA MŐSZAKI ÉS MEZİGAZDASÁGI KAR JÁRMŐ- ÉS MEZİGAZDASÁGI GÉPTANI TANSZÉK MEZİGAZDASÁGI ÉS ÉLELMISZER-IPARI GÉPÉSZMÉRNÖKI SZAK NYÍREGYHÁZA
SZAKDOLGOZAT
MŐSZAKI FEJLESZTÉSI JAVASLATOK KIDOLGOZÁSA A PUSZTA KONZERV KFT. ENERGIA FELHASZNÁLÁSÁNAK CSÖKKENTÉSÉRE
Készítette:
Konzulens(ek):
Dr. Kerekes Benedek egyetemi tanár
2012
1
NYÍREGYHÁZI FİISKOLA MŐSZAKI ÉS MEZİGAZDASÁGI KAR JÁRMŐ- ÉS MEZİGAZDASÁGI GÉPTANI TANSZÉK NYÍREGYHÁZA
SZAKDOLGOZAT
Címe: Mőszaki fejlesztési javaslatok kidolgozása egy élelmiszeripari üzem energiafelhasználásának csökkentésére Készítıje: Konzulens: Dr. Kerekes Benedek Külsı konzulens:
TÉMAVÁZLAT
Bevezetés 1. A szakirodalom áttekintése 1.1. Az energiagazdálkodás rendszerének összefoglalása 1.2. Energiatermelı berendezések ismertetése (megújuló energiák hasznosítása) 2.Üzemi vizsgálatok 2.1. Az üzem energiagazdálkodási rendszerének ismertetése 2.2. Az elmúlt 5 év energia felhasználásának elemzése 3. Következtetések, mőszaki fejlesztési javaslatok. 4. Összefoglalás.
A szakdolgozati címet és témavázlatot jóváhagyom. ....................................... konzulens tanár
………………............... tanszékvezetı 2
TARTALOMJEGYZÉK
BEVEZETÉS ........................................................................................................................ 1 1. A SZAKIRODALOM ÁTTEKINTÉSE .............................................................. 2 1.1. Az energiagazdálkodás rendszerének összefoglalása................................................... 2 1.2. Energiatermelı berendezések ismertetése(megújuló energiák hasznosítása) ........... 6 1.2.1. A nem megújuló energiahordozók ................................................................................ 6 1.2.2. Megújuló energiahordozók ........................................................................... 9 2.
ÜZEMI VIZSGÁLATOK ....................................................................................... 28
2.1. Az üzem energiagazdálkodási rendszerének ismertetése .......................................... 28 2.1.1. Villamos energia felhasználás sémája ........................................................................ 28 2.1.2. A földgáz felhasználásának sémája ............................................................................ 41 2.2. Az elmúlt 5 év energiafelhasználásának elemzése...................................................... 43 2.2.1. Az üzem villamos energia felhasználásának elemzése ............................................... 43 2.2.2. Az üzem földgáz felhasználásának elemzése ............................................................. 48
3. KÖVETKEZTETÉSEK, MŐSZAKI FEJLESZTÉSI JAVASLATOK .................................................................................................................. 54 3.1. A
vállalat
téli
főtési
energia
felhasználás
szempontjából
meghatározó
létesítményeinek vizsgálata.................................................................................................... 54 3.1.1. A ……. Kft. telephelyén található létesítmények jellemzıi, hıtechnikai számítások 55 3.2. Javaslatok a villamos energia felhasználás racionalizálására................................... 61 3.3.Hálózatba visszatápláló napelemes rendszer tervezése................................................. 62 3.4.Javaslatok a gázfogyasztás csökkentésére...................................................................... 71 4.
ÖSSZEFOGLALÁS .................................................................................................. 74
FELHASZNÁLT IRODALOM ................................................................................ 75 INTERNETES FORRÁSOK ....................................................................................... 76 EGYÉB FELHASZNÁLT FORRÁSOK .................................................................. 77 MELLÉKLETEK ............................................................................................................ 78
3
BEVEZETÉS A választásom azért esett erre a témára, mert korunkban már nem lehet szemet hunyni afelett, hogy a korszerőtlen, elavult technikával mőködı gyárak, üzemek mennyire pazarlóak és ezáltal a környezetre károsak. Az egyre növekvı CO2 koncentrációt az okozza, hogy felbomlott az az egyensúlyi helyzet, amely annak képzıdése és felhasználása között már hosszú ideje fennállt. Az egyensúly lényege az, hogy a spontán, ill. az egyes élılények (többek között az emberek) tevékenysége révén képzıdı széndioxidot a fotoszintetizáló mikro- és makro-szervezetek (algák, magasabb rendő növények, stb.) megkötik, ezzel saját gyarapodásukat idézik elı, miközben csökkentik, ill. egyensúlyba tartják a légkör gázösszetételét. Miután a földi nyersanyagok felhasználása a 20. században exponenciálisan növekedésnek indult, ez magába foglalta ill. foglalja a fosszilis energiaforrások hasonló mérvő alkalmazását is. Vagyis több CO2 kerül a légkörbe a szén, az ásványolaj és földgáz eltüzelése révén, mint amennyit a civilizáció térhódítása miatt úgyis csökkenı fotoszintetizáló szervezetek fel tudnak használni. Minden embernek törekednie kellene a maga módján arra, hogy óvja a környezetét hiszen ez nem csak neki lenne fontos, hanem a gyerekeinek, a következı generációknak. Egy mérnök ember úgy tud a legtöbbet tenni ez ügy érdekében, hogy megpróbál új technológiákat kifejleszteni annak érdekében, hogy a mőködı gyárak kevésbé legyenek szennyezıek és energiapazarlók. Az EU 2020-ig 20% megújuló energia felhasználását írja elı. Több féle úton is el lehet indulni, vannak aktív és passzív megoldási módok. Az energia felhasználásának aktív csökkentési módjai. Aktív energiafelhasználás csökkentésrıl akkor beszélünk, ha a felhasznált nem megújuló energiákat alternatív megoldásokkal, megújuló energiák felhasználásával helyettesítjük. Passzív az energiafelhasználás csökkentése, mikor a már meglévı technikát korszerősítjük, modernizáljuk (pl.: új konstrukciós megoldásokkal, szigeteléssel) ezáltal az energia felhasználásának mértékét csökkentjük.
4
1. A SZAKIRODALOM ÁTTEKINTÉSE Az iparban felhasznált energiát több féle módon elı lehet állítani. Az energia nagy részét napjainkban még mindig fosszilis energiahordozók (szénhidrogének, gáznemő anyagok,) elégetésével nyerik. A környezetbarát energiák (geotermikus, biomassza, biogáz, nap, szél, víz,) felhasználásának növelése lenne a cél a jövıre nézve, ám egyes országokban még mindig az elavult technikák használata a jellemzı. 1.1.
Az energiagazdálkodás rendszerének összefoglalása
Az energiagazdálkodás célja a gazdaság különbözı területeihez tartozó energiafogyasztók gazdaságos és zavartalan ellátása minıségileg és mennyiségileg megfelelı energiával, az energiaköltségek minimális értéken tartása mellett. Az energiagazdálkodás feladata az energetikai
folyamatok
(1.
ábra)
során
fellépı
energiaveszteségek
és
ezzel
az
energiaszükséglet csökkentése (így pl. a berendezések, energiahordozók, alkalmazott technológia helyes megválasztása révén stb.). Az energiával, mint természeti erıforrással való gazdálkodáshoz kapcsolódik a rendelkezésre álló anyagi eszközökkel való gazdálkodás, az energiaköltségek csökkentése, az energetikai beruházások hatékonyságának növelése. A fentiek figyelembevételével az energiagazdálkodás a rendelkezésre álló energiaforrások és készletek leggazdaságosabb felhasználásának és kihasználásának biztosítására és megszervezésére, az energiaszükséglet gazdaságos és biztonságos
kielégítésére,
veszteségforrások
az
energiaveszteségek
megszüntetésére
irányuló
csökkentésére,
gyakorlati
tevékenységet
a
fölösleges jelenti.
Az
energiagazdálkodás keretében az energia nemcsak fizikai és mőszaki fogalomként jelentkezik, hanem mint gazdasági szükségletek kielégítésére alkalmas termelési vagy fogyasztási eszköz is. Az energiagazdálkodás természettudományi alapjait és mőszaki alkalmazását összefoglaló ismereteket
energetikának,
is
nevezik.
Az
energiagazdálkodás
tudományának
és
gyakorlatának alapjai egyrészt az energetika, másrészt a gazdaságtudományok. Az energiagazdálkodás nem foglalkozik az energetika tárgykörének teljességével, hanem csak azokkal az energetikai folyamatokkal, amelyek egyben gazdálkodási problémákat is felvetnek. Így pl. általában nem foglalkozik azokkal a változatos, de rendszerint nagyon csekély energiamennyiséget érintı energetikai folyamatokkal, amelyek egy-egy gépszerkezet vagy mechanizmus mőködését érintik, nem foglalkozik továbbá a bioenergetikai folyamatokkal, az emberi munka végzésének az ergonómia tárgykörébe tartozó kérdéseivel, 5
vagy az állati energia kifejtésének problémáival. Az energiagazdálkodás hármas mőszaki, gazdasági és környezetvédelmi
jellege végigvonul mindazon a sajátos mőveleteken és
folyamatokon, amelyek az energiagazdálkodás tárgyai. Az alapenergia a bányatermékként nyert energiahordozók energiatartalma és más természeti energiaforrások energiahozama. Az alapenergia hordozók kitermelése így a bányászat tárgykörébe, a megújuló energiaforrások hasznosítása a megújuló energiaforrás fajtájának megfelelı tárgykörbe tartozik.
Az
energiagazdálkodás határterülete az energetikai gépek és fogyasztói berendezések energiagazdálkodás szempontjából helyes szerkesztése és gyártása.
1. ábra. Energia(kör)folyam Forrás: INTERNET A 6
A fogyasztói energiagazdálkodást szoros szálak főzik az energiafelhasználási célt meghatározó ipari, mezıgazdasági, háztartási stb. technológiához. Az átalakított, ún. másodlagos energiahordozók az energiaátalakításhoz (fejlesztéshez ill. termeléshez) felhasznált
alapenergia-hordozókból
nyerik
energiatartalmukat.
Az
energiaátalakítási
folyamatokkal másodlagos energiahordozók elıállítása, a kapott energiafajta fogyasztók közti elosztása, a fogyasztói berendezések gazdaságos üzemeltetése, valamint az energiafelhasználás ellenırzése az energiagazdálkodás sajátos területei. Az energiagazdálkodás végsı rendeltetése az energiafelhasználás, amelyben nemcsak az energiagazdálkodási szempontoknak, hanem a fogyasztók szükségleteibıl kiinduló technológiai szükségleteknek is jelentısége, meghatározó szerepe van. Az energiafelhasználás célja meghatározza a szóban forgó technológiai folyamat elvégzéséhez szükséges energiafajtát. Így pl. a munkadarabok forgácsolásához mechanikai energiára, hevítéséhez hıenergiára, jármővek mozgatásához mechanikai energiára, főtéshez hıenergiára stb. van szüksége a fogyasztóknak. Egy-egy energiafajtát többféle energiahordozóval lehet szolgáltatni (pl. hıenergiát fejleszthetnek bármelyik szilárd, folyékony, vagy gáznemő tüzelıanyagból, a hı szállítható gızzel, vagy vízzel). Az energiagazdálkodás egyik alapvetı feladata, az adott célnak legjobban megfelelı mőszaki, gazdasági és környezetvédelmi szempontból optimális - energiahordozó kiválasztása. A különbözı energiahordozókhoz különféle energetikai berendezések és energiafogyasztó készülékek, az energiaellátás meghatározott rendszere tartozik. Ennek tudatában az energiagazdálkodás fontos célkitőzése az energiafogyasztók adott energiafajta szükségletének gazdaságilag és környezetvédelmi szempontból kedvezı biztonságos kielégítése
a
feltételeknek
megfelelı
és
legalkalmasabb
energiahordozóval
és
berendezésekkel. Az energiagazdálkodás többféle szempont szerint tagolható és rendszerezhetı (2. ábra). Feladata szerint az alapcsoportosítás a kitermelés (bányászat), átalakítás, elosztás és felhasználás. Tárgya szerint kiterjeszkedik az energiaforrásokra, energiafajtákra, energiahordozókra, és gépi berendezésekre. Ilyen értelemben beszélünk, pl. szén-, olaj-, gázgazdálkodásról, hı és villamos-energiagazdálkodásról stb.. Energiafogyasztók szerint megkülönböztetik a különféle gazdasági, esetleg földrajzi területek, (ipar, közület, lakossági stb.), szervezetek (üzem, vállalat, gazdasági ág), technológiai szektorok (pl.: acélgyártás, közúti szállítás), gépi berendezések (pl. kemencék, különféle munkagépek, közlekedési eszközök stb.) energiagazdálkodását ( INTERNET A).
7
2. ábra. Az energiagazdálkodás tagolása Forrás: INTERNET A
8
1.2.
Energiatermelı berendezések ismertetése(megújuló energiák hasznosítása)
1.2.1.
A nem megújuló energiahordozók
Magyarországon a fosszíliák három forrását ismerjük: Kıszén - lignit Olaj Gáznemő energiahordozók A kıszén. A hazai energiaellátásban a szén egyre kevésbé játszik fontos szerepet, de még mindig jelentıs a szénbıl elıállított villamos áram mennyisége és a lakosság szilárd tüzelıanyaggal való ellátása is döntıen a hazai szénnel és brikettel történik! A szénrıl általában Az egyes szénfajták különbözı geológiai korokból, túlnyomórészt szerves, fıként növényi anyagokból származnak. A nagytömegő növényzet levegıtıl elzárva, nagy nyomás és hımérséklet hatására fizikailag, kémiailag átalakult, elszenesedett. A hazai szénfajták közül a legidısebb a liász korú (kb. 200 millió éves) pécsi és komlói feketeszén, majd ezt követik a kréta korú (kb. 100 millió éves) ajkai barnaszén, az eocén korú (kb. 50 millió éves) dorogi, tatabányai, oroszlányi, balinkai és dudari barnaszenek, a miocén korú (kb. 20 millió éves) borsodi (berentei, lyukói, feketevölgyi, edelényi) barnaszenek és a pl. iocén korú (kb.10 millió éves) visontai és bükkábrányi lignitek. A szén felhasználása. A gazdaságos felhasználáshoz a szenet szemnagyság szerint osztályozva, részben a nem éghetı ún. meddıtartalmát csökkentve hozzák forgalomba. A szénelıkészítı mővekben a szénfajta fizikai tulajdonságai alapján száraz vagy nedves
eljárással dúsítják elsısorban a darabos szénfrakciókat. A bányák által termelt, osztályozott és részben dúsított széntermékek fı felhasználói: •villamos energia ipar (áramtermelés); •tüzelıanyag kereskedelem (lakosság); •ipari fogyasztók (kohászat, tégla- és cserépipar, cement- és mészmővek, vasút); •brikettgyártás (lakosság); 9
•egyéb felhasználók (papíripar, textilipar, mezıgazdaság, stb.). Energiaátalakítás Az energiaátalakítás lényegében a tüzelıberendezésekben történik, melyekben a szilárd energia hordozókból, azok elégetésével, hıenergiát állítunk elı. Az égés. A tüzelıanyagok égése során bonyolult vegyi folyamatok játszódnak le. Az éghetı szilárd és gáz alkotórészek hıfejlıdés és fény keletkezése közben a levegı oxigénjével egyesülve füstgázzá alakulnak. A nem éghetı ásványi eredető anyagok - szilikátok, alumínium- és vasvegyületek, mész, alkáliák, stb. a hamuban maradnak vissza. Az égésnek három alapfeltétele van: • éghetı anyag (a tüzelıanyag), • gyulladási hımérséklet, • levegı (oxigén). Bármelyik feltétel hiánya az égést lehetetlenné teszi. Az égési folyamat megindításához a tüzelıanyagokat a gyulladási hımérsékletükre kell felmelegíteni. A nagyobb gyulladási hımérséklető anyagokat nehéz közvetlenül meggyújtani. Ezeket kisebb gyulladási hımérséklető anyagok segítségével gyújtjuk meg, pl. a kályhában gyufával a papírt, ez a fát, az pedig a szenet gyújtja meg. A tüzelıberendezésben a tüzelıanyag fokozatosan melegszik fel és elıször nedvességét veszti el. A további melegedés során a gáz alakú alkotók szabadulnak fel. Ezek a gyulladási hımérsékletük elérésekor meggyulladnak. Az illó anyagok égését a kigázosodott maradék meggyulladása és égése követi. Az olaj. A tüzelı- és főtıolajok gazdaságos felhasználását a tárolási, szállítási, égetési, hıátadási folyamatokon át sok minden befolyásolhatja. A gazdaságosság, környezetvédelem és biztonság fogalmai egymástól nem választhatók el, ezért e fejezetben ezt a hármas követelményt igyekszünk együtt tárgyalni. Az olajtüzelésrıl röviden. A tüzelı- és főtıolajok közös jellemzıje, hogy könnyen szabályozható , magas hatásfokú elégetésük során felszabaduló energiájukat épületek, ipari létesítmények stb. főtésére használják. (Kazánok, kemencék, kályhák, szárítók stb. üzemeltetésére.)
10
A 60-as évek végén, a 70-es évek elején a tüzelı- és főtıolajok egyre több területrıl szorították ki a széntüzelést, mert a kıolajat olcsón lehetett termelni és gazdaságosan szállítani. Ebben a helyzetben született meg az akkori szénhidrogén-program a hazai energiahelyzet átalakítására. E program keretében megnövekedett a kıolaj feldolgozó kapacitás, tüzelıolaj eladóhálózatát az Áfor bıvítette, a „Mekalorprogram” meghirdetésével az olajtüzeléső berendezések gyártása indult meg. A gáz. Földgáz. A Magyarországon szolgáltatott vezetékes földgáz általános mőszaki adatait az MSZ 1648 szabvány tartalmazza. A szabvány tárgya az országos távvezetékes és a regionális rendszerrıl szolgáltatott, a gázenergiáról szóló törvény hatálya alá tartozó közszolgáltatású földgáz. A szabvány két földgázcsoportot különböztet meg, ezek jele: 2/H és 2/S. A szabvány a földgázcsoporton belül a földgáz égési jellemzıinek csak olyan mértékő változását engedi meg, amely a gázkészülék mőködését nem befolyásolja olyan mértékben, hogy a készülék vagy az égı megváltoztatására lenne szükség. Az adott területen szolgáltatott földgáz megváltoztatása esetén a készüléket át kell állítani, be kell szabályozni vagy alkatrészt kell cserélni a készüléktıl függıen. A szabvány elıírja, hogy a földgáz égéshıjének és főtıértékének ingadozása nem lehet több, mint a szerzıdésben rögzített érték ± 5 % -a. Propán-bután gáz A propán-butángáz minıségi elıírásait az MSZ 1601/1 sz. szabvány tartalmazza. A kereskedelmi forgalomba kerülı propán-bután gáz 74-20 tömeg % propánt és 20-80 tömeg % butánt tartalmaz. A gázellátó rendszer tervezésénél 50-50% összetétellel kell számolni. A propán-bután gáz színtelen, szagtalan a levegınél nehezebb nem mérgezı gáz. A propánbután gáz felhasználása ezért talajszintnél mélyebb padozatú helyiségben (pince, alagsor stb.) nem megengedett. A propán-bután gázt folyadék állapotban szállítják palackban vagy tartályban a felhasználás helyére. A felhasználás elıtt szintén folyadék állapotban tárolják. A felhasználáshoz (elégetés) a propán bután gázt el kell párologtatni. Az elpárologtatás hı felhasználással jár együtt, ezt a hıt vagy a környezetbıl vonják el vagy külön hıforrásból biztosítják (SINÓROS- SZABÓ, 2004).
11
Az egyedi főtések. Az egyedi (helyiségenkénti) főtések jó lehetıséget nyújtanak az energiatakarékos üzemeltetésre. Alkalmazásuk során törekedni kell az alábbiakra: -
a helyiségek hımérsékletét ne engedjük a komfort hımérséklet fölé emelkedni
(ne felejtsük el: minden 1 0C túl hımérséklet 6%-kal növeli a főtési költségeket) -
élni kell a szakaszos főtés lehetıségeivel. Különösen nagyobb hıtehetetlenségő
épületeknél a komfort színvonal számottevı csökkenése nélkül lehet ezzel a megoldással energiát megtakarítani. -
az idıszakosan vagy egyáltalán nem használt
helyiségekben a belsı
hımérsékletet csökkentsük az üzemszünet idejére. jelentıs megtakarítást eredményezhet, ha a főtıkészüléket gondosan üzemeljük és rendszeresen karbantartjuk (BARÓTFI, 1993). Grander vízélénkítı A vízélénkítı használatával eltőnnek a szennyezıdések, a szivattyúk teljesítménye javul, mert azok kevésbé erılködnek. A hőtıtornyok bádogtetején állandóan jelen lévı rozsda megszőnik, a hőtılemezeket nem kell takarítani olyan sőrőn, mert az algásodások és lerakódások eltőnnek. A konzervdobozok illetve üvegek záró fedele nem rozsdásodik. A víz tisztítása és cseréje ezen túl ritkábban szükséges (INTERNET B). 1.2.2. Megújuló energiahordozók A napenergia közvetlen hasznosítása. A Napból a Földre érkezı sugárzás közvetlenül hı és villamos energia célra, vagy közvetve, mint biomassza, víz, szél, ill. geotermikus energia hasznosítható.
Az aktív napenergia hıhasznosító rendszerek elemei. Az aktív napenergia-hasznosító rendszerek két fı eleme az elnyelı és energia átalakító egység valamint az energiatárolás egysége. Ezek a különbözı hasznosítási területeken különbözı hangsúlyt kapnak, és a rendszer üzemeléséhez szükséges egyéb egységekkel egészülhetnek ki.
12
Az aktív hıhasznosító rendszerek általában három alapvetı szerkezeti elembıl állnak: • az elnyelı szerkezet(ek)-bıl (kollektorok), • tárolóból és a
• mőködtetı szerkezetekbıl és hálózatból, a) Napkollektorok A kollektorok kettıs feladatot látnak el: • egyrészt az érkezı elektromágneses sugárzást átalakítják hıenergiává, • másrészt a keletkezett hıenergiát hıhordozó közegnek adják át.
Ezeket a feladatokat a szerkezetnek minimális sajátveszteség mellett kell ellátnia. Az elnyelı szerkezet alaptípusa alapján megkülönböztetünk sík kollektort, és koncentráló elnyelıt. A sík kollektor hıszigetelı dobozba épített elnyelı felület, melynek felszínét különbözı, a sugárzást áteresztı burkolattal (pl. üveggel) fedik. b) A napelemek, napelem modulok A napelem olyan foto-villamos elem, mely a Nap sugárzási energiáját közvetlenül alakítja át villamos energiává. A félvezetı anyagokat érı sugárzás azon része, melynek EF energiája nagyobb, mint a félvezetı anyag Eg tiltottsáv-szélessége, a félvezetı anyagban lyuk-elektron párt generálhat, amennyiben az anyag felületérıl nem verıdik vissza, illetıleg az abszorpcióhoz elegendı anyagvastagság áll rendelkezésre (SINÓROS- SZABÓ, 2004). Napelemes villamos energia termelés. A napelemek a fényenergiát közvetlenül elektromos árammá alakítják át. Mőködésük elve röviden az, hogy a félvezetık n-p átmenetén fellépı potenciál-gradiens helyét megvilágítva, a fény fotonjai energiájuk leadásával elektron-lyuk párokat keltenek. Az átmenet erıs elektromos tere az elektront az n tartományba, a lyukakat a p tartományba hajtja. Az átmenet két oldalát vezetıvel összekötve abban áram keletkezik. A napkollektorok a napenergia akár 80%-át is elnyelik, ellenben a sorozatban gyártott napelemek a fénynek mindössze 15%-át képesek villamos energiává alakítani. A 3. ábrán egy hálózatba visszatápláló napelemmel mőködı villamos energia megtakarítási rendszer felépítését láthatjuk (KACZ-NEMÉNYI, 1998). A napelemes rendszerek közül két féle létezik, a hálózatba visszatápláló és a sziget üzemő napelemes rendszer. A közüzemi villamos hálózatra visszatápláló napelemes rendszerek nagyon egyszerően és jól mőködı megújuló energiás rendszerek. Amikor süt a Nap és a 13
rendszer energiát termel, a megtermelt energiamennyiséggel két dolog történhet. Vagy rögtön elfogyasztásra kerül a napelemes rendszernek otthont adó háztartásban, ilyenkor megspórolva a lakóknak a villanyszámla erre az energiamennyiségre vonatkozó részét, vagy visszajut ez a zöld-energia a közüzemi hálózatba. Ebben az esetben a visszatáplált energia mennyisége mérésre, és késıbbi elszámolásra kerül a háztartás és az áramszolgáltató között. Egy hálózatra tápláló napelemes rendszer három fı részbıl áll: 1. napelem 2. inverter 3. termelés-fogyasztás mérı A napelemek megtermelik az energiát a napfény segítségével. Ez az energia egyenáramú, a napelemek fajtájától és számától függı feszültséggel. Ez még nem alkalmas sem a háztartás villamos fogyasztói számára,
sem
a
hálózatra
való
visszatáplálásra.
A megfelelı minıségő villamos energiává (230V, 50Hz váltakozó feszültséggé), az inverter alakítja át a napelemek energiáját. Ezenkívül az inverter ellát még nagyon sok védelmi funkciót is
és
intelligensen szinkronban
dolgozik
a
hálózattal.
Az inverteren keresztül a napelemek energiája a háztartás elektromos rendszerére kapcsolódik a villanyórán belül. A villanyóra sem marad a régi, hanem a rendszer üzembe helyezésekor az áramszolgáltató emberei kicserélik azt az úgynevezett ad-vesz órára, amely képes mérni mind a bejövı, mind a kimenı energia mennyiségét, tehát a visszatermelt és a fogyasztott energiát. A szigetüzemő napelemes rendszerek neve onnan ered, hogy önmagukban, önállóan mőködnek, mindentıl függetlenül, ellentétben a hálózatra kapcsolt napelemes rendszerekkel, melyek mőködéséhez elengedhetetlen a közüzemi villamos hálózathoz való csatlakozás. A szigetüzemő rendszereknél csak annyi energiánk van, amennyit megtermeltünk magunknak, azt pedig (egyelıre még csak) akkumulátorokban tárolhatjuk és onnan tudjuk ezt felhasználni. Kis rendszerek esetében sokszor elıfordul, hogy nem használunk invertert, mert kevés és egyszerő fogyasztónk van. Ha ezek 12 vagy 24V egyenfeszültséggel mőködnek, akkor egy jobb töltésvezérlı elektronika elirányítja a rendszerünket, védve a fogyasztókat, önmagát és az akkumulátorokat a káros terhelésektıl, üzemállapotoktól. Ha hagyományos, “konnektorba dugható” fogyasztóink vannak, akkor elı kell állítanunk nekik a szükséges 230V-os váltakozó feszültséget. Ehhez már szükséges az inverter (INTRENET C).
14
3. ábra. Napelemes villamos rendszer felépítése Forrás: INTERNET C
A 4. ábrán a SHARP cég által kifejlesztett egyik napelem moduljának felépítése látható. Nagy hatásfokú (16,5%-os) napelem cellák és az ezekbe beépített „bypass” diódás funkció jellemzi. Ez az átadódiódás védelem megszünteti a szerelt napelem modulok egyik veszélyes jelenségét: az árnyékba került cella az ellenállás-változás miatt a többiek által továbbtermelt áram hatására olyan mértékben felmelegedhet, hogy határesetben károsodhat is. Az árnyékba került cellák egyébként jelentısen csökkentik a modulról levehetı teljesítményt (KACZNEMÉNYI, 1998).
15
4. ábra. NT 50A72 E/S típusú napelem modul Forrás: KACZ-NEMÉNYI (1998), p.21
A napelem hatásfoka. A mai szilíciumból készült napelemek maximális elméleti hatásfoka 21 %. A gyakorlatban ez az érték mintegy 18 %. Ezt az okozza, hogy a cellára érkezı fényenergia csak kisebb részben alakítható elektromos árammá, a nagyobb rész a cella felületén visszaverıdik. Ezért a felületet "antireflektáló" réteggel látják el. Ez a bevonat adja a szolár celláknak a tipikus kéksötétkék színt. Energia veszteség még abból is adódhat, amikor a beérkezı foton energiája nagyobb, mint amennyi egy elektron kiszabadításához kell, és a felesleges energia hıvé alakul. Ez azért is hátrányos, mert a napelemek csak egy bizonyos hımérséklet alatt mőködnek hatékonyan. Amikor túl kicsi a foton energiája az mindenféle munkavégzés nélkül elvész. A cella tetején lévı érintkezıket úgy alakítják ki, hogy ne árnyékolják a sugarakat, itt azonban fellép egy ún. ohmikus veszteség, mely a félvezetı-fém érintkezıi közti átmeneti ellenállásból származik (BARÓTFI, 1993). Napkollektor használata Magyarország éghajlati adottságai mellett aktív napenergia-hasznosítás céljára többnyire folyadék munkaközegő napkollektorokat alkalmaznak. Az ilyen napkollektoros hıtermelı berendezések általában az alábbi fı részekbıl állnak: -
Napkollektorok, melyek elnyelik, hıvé alakítják és a folyadék munkaközegnek átadják
a napsugárzás energiáját. -
Tárolók, melyek a napkollektorokkal termelt hıt meleg víz formájában tárolják.
Mőködtetı, szabályozó, biztonsági és ellenırzı szerelvények. Ide tartozik a keringetı szivattyú, az automatika, a tágulási tartály, a biztonsági szelep, a nyomás- és hımérık, a szabályozó és váltószelepek valamint az egyéb szerelvények. -
Csıvezeték rendszer, mely a kollektorokat köti össze a tárolóval. 16
A napkollektoros rendszerek a kollektorokban felmelegedı folyadék szerint lehetnek egy vagy kétkörösek. Egykörös rendszer esetén a kollektorokban közvetlenül a felmelegítendı használati víz kering. Az ilyen rendszer elınye az egyszerőség, hátránya a fagymentes idıszakra korlátozott alkalmazhatóság, valamint a kollektorokban a vízkövesedés, lerakódás és forrás veszélye. Kétkörös rendszer esetén a kollektor kör külön zárt kör, melyet megfelelı minıségő fagyálló hıátadó folyadékkal kell feltölteni. Ekkor a kollektorokban felmelegedett fagyálló folyadék hıcserélın keresztül főti fel a tárolóban lévı vizet. Kétkörös rendszerek egész évben, tehát télen is biztonsággal használhatók. A kétkörös rendszerek elınye a nagyobb éves energiahozam, a megbízható, a kollektorok vízkövesedését kiküszöbölı üzem, míg hátrányuk a hıcserélı miatti nagyobb beruházási költség, és a bonyolultabb fel, és utántöltés. A munkaközeg szállítása szerint a napkollektoros rendszerek lehetnek gravitációs vagy szivattyús keringtetésőek. Gravitációs keringtetés esetén a tárolótartály a kollektorok fölött helyezkedik el, és a folyadék
munkaközeg
keringése
a
kollektorban
felmelegedett
folyadék
fajsúlycsökkenése miatt következik be. Az ilyen rendszerek elınye az egyszerőség, a keringetı szivattyú és automatika elmaradása, hátránya a tároló helyének kötöttsége. Gravitációs rendszereknél a keringést biztosító nyomáskülönbség viszonylag kicsi, ezért csak kis áramlási ellenállású kollektorokat és tárolókat lehet alkalmazni. Kétkörös, fagyállóval
töltött
gravitációs
rendszereknél
gyakran
főtıköpenyes
bojlereket
alkalmaznak. Szivattyús keringtetéső rendszerek esetén a hıátadó folyadékot szivattyú áramoltatja. A szivattyús rendszerek elınye, hogy a tároló bárhol elhelyezhetı, kiterjedt rendszer építhetı, melyben nem kell kis áramlási ellenállású elemeket használni, és a szivattyú ki és bekapcsolásával, esetleg a fordulatszám változtatásával jól szabályozható üzem valósítható meg. Hátrányuk a nagyobb beruházási és üzemköltség. A folyadék munkaközegő
kollektorokon kívül léteznek levegı munkaközegő,
ún. levegıs
kollektorok is. Ezek többnyire nagy felülető abszorberrel készülnek, és gravitációsan vagy ventillátorral levegıt keringtetnek rajtuk keresztül. Levegıs kollektorokat általában épületek főtésére használják (INTERNET E).
17
Az 5. ábra a kétkörös, szivattyús használati meleg víz készítı rendszer felépítését mutatja.
5. ábra. Napkollektoros meleg víz elıállítási rendszer felépítése Forrás: INTERNET E
Egy új felfedezés a napenergia átalakítására, felhasználására. Stanford mérnökei rájöttek, hogyan lehet egyszerre használni a nap fénytét és a hıjét az áramtermelésre, oly módon, hogy a napenergia termelés a már meglévı módszerek több mint kétszeres hatékonyságával bírjon, és esetlegesen elég olcsó legyen ahhoz, hogy versenyezzen az olajjal. Szemben a napelemekben jelenleg használt fotovoltaikus technológiával, ami kevésbé hatékony, amint a hımérséklet növekszik az új eljárás magasabb hımérsékleteken jeleskedik. Az úgynevezett " photon enhanced thermionic emission" – foton erısített izzókatódos kibocsátás, vagy PETE folyamat azt ígéri, hogy meghaladja
a hatékonyságát
a
meglévı
fotovoltaikus
és
termikus
átalakítási
technológiáknak. A eszköz megépítéséhez szükséges anyagok olcsóak és könnyen elérhetıek, vagyis a keletkezı áram megfizethetı lesz. A legtöbb napelem, mint például a háztetıkön használatos napelemek, szilícium félvezetı anyagot használnak a fény fotonjainak
18
elektromos árammá való átalakítására. Azonban a cellák a fény spektrumából csak egy bizonyos részt hasznosítanak, így a többi csak hıt termel. A hı a felhasználatlan napfénybıl valamint a cellák tökéletlensége több mint 50 százalékos veszteséget eredményez az cellát elérı kezdeti napenergiából. Amennyiben ezt az elpazarolt hıenergiát valahogyan hasznosítani lehetne, a napelemek sokkal hatékonyabbak lehetnének. A probléma az volt, hogy hı alapú átalakító rendszereknek magas hımérsékletre van szőkségük, mégis a napelemek hatásfoka hirtelen csökken magasabb hımérsékleteken. Mostanáig, senki sem próbálkozott azzal, hogy házasítsa a hı- és napelem átalakítási technológiákat. A kutató csoport rájött, hogy ha egy félvezetı anyagot egy vékony réteg cézium nevő fémmel vonnak be, akkor az anyag képes lesz egyszerre a fényt és a hıt is villamos energia termelésre használni. Egy új fizikai folyamatot mutattak be, ami nem a hagyományos napelemes mechanizmuson alapszik, de egy napelemhez hasonló reakciót eredményez nagyon magas hımérsékleten." Míg a legtöbb szilícium cella elérve a 100 C fokot mőködésképtelenné válik, a PETE nem éri el a csúcsteljesítményét 200 C fok alatt. Mivel a PETE a tetıtéri napelemekhez viszonyítva jóval magasabb hımérsékleten teljesít a legjobban, ezért az eszköz az olyan napenergia győjtıkben üzemel a legjobban, mint a parabola tányérok, amelyek akár a 800 C fokot is elérhetik. A tányérokat hatalmas napenergia farmokon használják, a Dél-Kaliforniai Mojave sivatagban használtakhoz hasonlóan, melyek általában tartalmaznak egy hı átalakító mechanizmust, egy újabb lehetıséget biztosítva a PETE energia termelésének, valamint a már meglévı technológiák ötvözéséhez szükséges költségek csökkentésére. A fény elıször a PETE eszközünket találná el, ahol felhasználnánk mind a beérkezı fényt és a hıt, majd a hulladék hıt a már meglévı hı átalakító rendszerekre irányítanánk át. Tehát a PETE folyamat két igazán nagy elınnyel bír a normál technológiával szemben. A napelemes rendszerek esetében sohasem termelıdik olyan forró hulladékhı ahhoz, hogy hasznosak lehessenek a hıenergia átalakításhoz, ellenben a magas hımérsékleten üzemelı PETE tökéletes hasznos magas hımérséklető hulladékhı termelésére. Számítások szerint a PETE folyamat akár 50 százalékos hatékonyságot is elérhet, sıt kombinálva a hı átalakító ciklussal 55 vagy akár 60 százalékot is majdnem megháromszorozva a létezı rendszerek hatékonyságát. A csapat úgy szeretné megtervezni az eszközt, hogy azt könnyen a meglévı rendszerekhez lehessen építeni, ezáltal az átalakítást minél költséghatékonyabbá tenni. 19
A kutatók gallium nitridet használtak félvezetıként a prototípus tesztelésekor. Az elért hatékonyság jóval az elıre kiszámított értékek alatt voltak, ahogy azt várták. Azért használtak gallium nitrid félvezetıt, mert ez volt az egyetlen olyan anyag, amely képes volt ellenállni abban a magas hımérséklet tartományban amelyben érdekeltek voltak a PETE folyamat alatt. A megfelelı anyaggal, leginkább egy félvezetıvel, mint például a gallium-arzenid, amely megtalálható számos háztartási elektronika eszközben, a kutatók számításai szerint a tényleges hatékonysága a folyamatnak elérheti akár az 50 - 60 százalékot is. Már további anyagokat is vizsgálnak, amelyek megfelelıek lehetnek. A PETE rendszer egy másik elınye, hogy egy napenergia győjtıvel kombinált eszköz megépítéséhez szükséges félvezetı anyagok mennyisége meglehetısen kicsi. Minden egyes eszközhöz mindössze egy körülbelül 6 hüvelykes félvezetı cellára lenne szőkség. Tehát az anyagköltség nem igazán probléma, szemben a nagy szilícium napelemekkel. Az anyagköltség mindig is egy hátráltató tényezıje volt a napenergia iparnak. Egy napenergia farm építéséhez szükséges befektetési tıke csökkentése tehát nagy elınyt jelent. Még ha nem is érünk el tökéletes hatékonyságot, de mondjuk ha 10 százalékos javulást érünk el a napenergia átalakításánál, akkor a 20 százalékos hatékonyságról 30-ra emeljük, és ez még mindig 50 százalékos növekedés. Ez még mindig elég nagy növekedés ahhoz, hogy a napenergiát versenyképessé tehesse az olajjal szemben (INTERNET F). A biomassza energetikai hasznosítása A mezı- és erdıgazdasági termelés tulajdonképpen a napenergia transzformációja. A Föld felszínére érkezı napenergiát a növényi klorofil kémiai energiává alakítja át, amely táplálék, élelem, nyersanyag, energiaforrás stb. A biomassza fogalom alatt • a szárazföldön és vízben található, összes élı és nemrég elhalt szervezetek
(mikroorganizmusok, növények, állatok) tömegét, • a mikrobiológiai iparok termékeit, • a transzformáció után (ember, állat, feldolgozó iparok) keletkezı valamennyi
biológiai eredető terméket, hulladékot kelt érteni. (Maga az ember is biológiai tömeg, azaz biomassza, nem tartozik bele a biomassza rendszerezésbe, de az ember által terhelt melléktermék már igen.)
20
A biomassza keletkezése alapján: • elsıdleges biomassza: a természetes vegetáció (mezıgazdasági növények, erdı,
rét, legelı, kertészeti növények, a vízben élı növények), • másodlagos
biomassza:
állatvilág,
illetve
az
állattenyésztés
fı-
és
melléktermékei, hulladékai, •harmadlagos biomassza: a feldolgozó iparok gyártási mellékterméke, az emberi életmőködés mellékterméke (SINÓROS- SZABÓ, 2004). A biomassza kémiai gázosítása energetikai célokra A kémiai gázosítás célja éghetı gázhalmazállapotú termékek elıállítása biomasszából minimális kátrány és faszén képzıdése mellett. A kisebb mérető un. farmgázosítóknak két típusa ismert, az egyirányú és az ellenáramú gázosítók. Az egyirányú gázosítókban a biomassza a levegıvel együtt felülrıl lefelé halad, a hamu eltávolítása általában forgó rostéllyal oldható meg folyamatosan. A biomassza gázosítók legnagyobb technikai problémája éppen a hamueltávolítás, mivel a nyersanyag nagy alkáli tartalma miatt a keletkezı hamu olvadáspontja nagyon lecsökken, ami a gázosító belsejében lerakódásokat, eltömıdéseket okozhat. A legtöbb biomassza esetében ez a lágyuláspont 1200-1300°C körül van. Kisebb hımérsékleten viszont megnı a kátrány mennyisége, ezért fontos a levegıadagolás szabályozása és a hamu folytonos eltávolítása. A 6. ábra egy felsıadagolású, egyszerő nyitott gázosító sematikus szerkezetét mutatja.
6. ábra. Egy felsıadagolású, egyszerő nyitott gázosító sematikus szerkezete Forrás: LÁSZLÓ-RÉCZEY (2000), p. 39
21
Az álló rostélyról egy forgó kaparó távolítja el az égési maradékot, amelynek fajsúlyos részei szintén kaparóval kerülnek folytonosan eltávolításra. Az un. szálló hamut a ciklonban választják le. A gáz innen szőrın keresztül a kimosó oszlopba kerül, amely fıként a C02 eltávolítását végzi, de emellett a kis mennyiségben keletkezı SOx és NOx is kimosódhat. A levegı beszívását a gázmotor szabályozza. A gázosító 0,5 m ágymagasságnál 100-150 kg/m2/h biomassza .adagolásnál mőködik optimálisan, az ágy maximális , hımérséklete 7001000°C. A fajlagos levegıszükséglet 1,35 Nm3/kg(biomassza szárazanyag), ekkor a fajlagos gázképzıdés 1,95 Nm3/kg(b.sz.a.), hıhasznosulás 60%. A teljes keresztmetszető levegıbeszívás megakadályozza a forró pontok kialakulását, s így egyenletesebb gázösszetétel kapható, mint a fúvókás légadagolásnál. A kismennyiségő kátrányképzıdés (általában 1 g/Nm3 alatt) miatt az ilyen típusú gázosítókat fel lehet használni un. CHP (kombinált hı- és áramtermelı) egységek kiszolgálására kisgazdaságok esetében is. A holland konstruktırök által kifejlesztett esıáramú berendezés maximális kapacitása 4 MW hıtermelés, alkalmas fa, szalma pellet, de még szén felhasználására is. A gazosító jellemzı adatai a következık: Főtıanyag: 45 kg/h Levegı: 52 Nm3/h Reaktor hıfoka: 780°C Salak: 0,4 kg/h Gázáram: 78 Nm3/h Ciklon hamu: 0,2 kg/h A kapott gáz főtıértéke: 4,7 MJ/Nm3 A gázosítás során kapott termék összetétele (térfogat %): CO: 14,7
C2H*: 0,07
H 2: 14,5
C02: 15,5
CH.: 2,5
N2: 52,3
C2H4: 0,3 A gázosítás hıfoka a felhasznált főtıanyagtól függıen 700- 1100°C között lehet, a tartózkodási idı néhány óra. A hozzákapcsolt gázmotor hatásfoka nagyobb, mint 25%, a generátor 400 kW elektromos áramot termel. A gázmotorból kikerülı füstgáz hıcserélın átvezetve alkalmas gız, vagy meleg víz elıállítására (LÁSZLÓ-RÉCZEY, 2000). 22
Biogáz Biogáz elıállításra valamennyi szerves anyag (kivéve a szerves vegyipar termékeit) alkalmas, mint pl.: trágya, fekália, élelmiszeripari melléktermékek és hulladékok (különösen a cukor-, sajt- , burgonyagyárak és üzemek), valamennyi zöld növényi rész, háztartási hulladék, kommunális szennyvizek stb. A biogáz képzıdés elıfeltétele: • a szerves anyag, • a levegıtıl, oxigéntıl elzárt körülmény, • a metanogén baktériumok jelenléte.
A biogáz „gyártáshoz” az elızı feltételeken túl még: • állandó, és kiegyenlített hımérséklet, • folyamatos keveredés, • kellıen aprított szerves anyag,
•a metanogén és acidogén baktériumok különbözı, s egymással szimbiózisban tevékenykedı törzsei is szükségesek (SINÓROS- SZABÓ, 2004).
Biogáz hasznosítása A konzervüzemekben keletkezı hulladékból biogázt lehetne elıállítani, amit erımővekben vagy konkrétan az üzemben kialakított berendezésekben, gázmotorokban kazánokban lehetne felhasználni. A mezıgazdasági termék-elıállítás folyamataiban keletkezı anyagokból azok célirányos feldolgozása során
nemcsak folyékony és szilárd, hanem gáz halmazállapotú
energiahordozók is elıállíthatok. Ezeket a gáznemő energiahordozókat két nagyobb csoportba sorolhatjuk: a biokémiai (anaerob fermentációs) eljárások eredményeként képzıdı biogáz, a termokémiai (pirolitikus és gázosítási) folyamatokban keletkezı gázok. A spontán, illetve szigorúan szabályozott technológiával mőködı biogáz reaktorokban igen eltérı a keletkezı biogáz mennyisége. Átlagos viszonyok között 200-600 liter biogáz állítható elı 1 kg szerves anyagból, az utóbbit szárazanyagban számolva. A 7. ábra a biogáz elıállításának és felhasználásának lehetıségét mutatja (KACZ- NEMÉNYI, 1998).
23
7. ábra. A biogáz elıállításának és felhasználásának lehetıségei Forrás: INTERNET G
A biogáz elıállításának és hasznosításának egy példája Két darab tartályból áll a hígtrágya elıtároló, melyek vízszigeteléssel ellátott betonból készülhetnek és keverı berendezéssel is el vannak látva. A sertés hígtrágyához javasolnak pl. m3-enként 7 kg kisajtolt repcemag hozzákeverését a szerves anyag-tartalom növelése érdekében. Természetesen egyéb szerves hulladék beadagolására is mód van. A trágyát zagyszivattyúval napi 5-6 alkalommal juttatják a fermentáló (reaktor) térbe. A reaktor térfogata 150 m3. Készülhet rozsdamentes acélból álló hengeres kialakításban, vagy vízszintes elrendezéssel (csıdigesztor) 15 mm-es acéllemez fallal. A fermentort hıszigeteléssel kell ellátni. A csıdigesztor vízszintes tengelyő keverı berendezéssel van ellátva, mely 10 percenként fordul egyet. A kirothadt trágya túlfolyón keresztül, az elıtárolókon (elımelegítés) keresztül jut az átmeneti tárolóba. A biogáz tárolására 3 ún. nedves tároló szolgál. Amint az ábrán is látható, a keletkezés helyén történı hasznosítást egy konténeres blokk mini erımővel oldják meg. A gázmotor elıtt a biogázt szőrni kell. A generátor által leadott villamos teljesítmény a közeli fogyasztók ellátását oldja meg, a felesleg betáplálható az országos hálózatba. A villamos energia mellett forró vizet is szolgáltat a technológia. Hőtıvíz hıtartalmának a hasznosításakor 90 °C az elmenı és 70 °C a visszatérı hımérséklete a közvetítı közegnek. Amennyiben a füstgáz hıtartalmát is részben hasznosítják, az elmenı hımérséklet 110 °C is lehet. A termikus hasznosítás hıközponton keresztül történik. Felhasználható a mezıgazdasági üzemen (major) belül pl. épületek főtésére, szárításra, üvegházak hőtésére. Természetesen a biogáz-termelési technológia hıigényét is kielégítheti (KACZ- NEMÉNYI, 1998).
24
Szélenergia A szélenergiát az emberiség ısidıktıl fogva hasznosítja. A hajózás mellett a legjellemzıbb hasznosítás módja i a középkorban is széles körben alkalmazott - szélmalmok. A szélenergia hasznosítás virágkorát a XVII-XVIII. század jellemezte.
A szélmotorok a korszerő szélerımővek elıdjének is tekinthetık, amelyek a földfelszín fölött fújó szél mozgási energiáját alakítják át „körforgó” mozgási energiává. Villamosáram-termelésre néhány 100 W-os teljesítménytıl 1 MW teljesítményig építenek szélgépeket. Az utóbbi önálló szélerımőnek is tekinthetı. A század elején az igen robosztus generátorokat a lábazatok mellett helyezték el, és a hajtást szöghajtómővekkel közvetítették. Az áttételi mechanizmusok kedvezıtlen hatásfoka miatt a mai gépeknél a generátorokat közvetlenül a lapátkerekek tengelyéhez kapcsolják (az oszlopok tetején.) A leggyakoribb vízhúzás és villamos áram termelés mellett a szélmotorokat hıtermelésre, szennyvíztavak levegıztetésére valamint egyéb munkavégzésre is felhasználják (SINÓROSSZABÓ, 2004). Vízenergia A víz energetikai célú hasznosítása technikailag vízgéppel történik. A vízgép olyan energia-átalakító, mely a folyadék munkavégzı képességét az ún. járókerék forgatásával mechanikai energiává alakítja át. Szerkezeti kialakításuk szempontjából többféle vízgépet (vízturbinát) ismerünk, melyek lényegében a járókerék és turbinaház kialakításában különböznek egymástól. Ezek a vízgépek mőködésükben azonosan, de méreteikben eltérıen rendkívül széles teljesítménytartományban használatosak. A vízerımővek általában egy felvízi győjtı tárolóból, nyomócsıbıl, vízturbinából, szívócsıbıl és alvízi tárolóból áll (SINÓROS- SZABÓ, 2004). Geotermikus energia Magyarország jelentıs mennyiségő termálvízzel, azaz geotermikus energiával rendelkezik. Az ország területének mintegy 40%-án tárható fel termálvíz. A kitermelhetı mennyiséget minimálisan 50, maximálisan 300 milliárd m3-re becsülik. Hazai sajátosságunk azonban, hogy geotermikus rendszerünk passzív alacsony hımérséklető és elválaszthatatlan közvetítı hordozójától, a hévízkészlettıl. A legutóbbi felmérés szerint hazánkban mintegy 620 termálkút van, melyeknek kifolyóvíz hımérséklete 35 °C-nál nagyobb és 180 darab azoknak a kutaknak a száma, amelyekbıl kifolyó víz hımérséklete eléri, ill. meghaladja a 60°C-ot és így energetikai célra már hasznosítható. 25
A gyakorlatban a termál kutak kétféle fajtáját különböztetjük meg: pozitív és negatív víz kivételőek. Gázleválasztó szükséges abban az esetben, ha a termálvíz gáztartalma a felhasználást
akadályozza
vagy
ha
az
élet
és
vagyonbiztonságot
veszélyezteti.
Kompresszorozás esetén a kútba benyomott levegı (esetleg metángáz) keveredik a vízzel, így lecsökkenti annak sőrőségét olyan mértékben, hogy a víz már kifolyik a terepszinten. A szivattyús termeltetés esetén olyan különleges „búvárszivattyúk" beépítésére kerül sor, amelyek a kútba 20-80 m mélyre leengedve biztonságosan és 70-72 % hatásfokkal dolgoznak (SINÓROS- SZABÓ, 2004). Szennyvízkezelés Az élelmiszeripar víz és környezetszennyezési problémaköre jelentıs súlyú, mivel a keletkezı szennyvizek mennyiségi-minıségi jellemzıi alapján a vegyipart követıen
a
legnagyobb szennyezıanyag-terhelést képviseli. A konzerviparban felhasznált vizeknek kb. 80...90 %-a szennyvízként jelenik meg a technológiai folyamatban, ill. az üzemek területén. Ennek térbeli és idıbeli eloszlása
mennyiségi és minıségi szempontból egyaránt
meglehetısen változatos. Ez következik abból is, hogy a konzervipar nagyszámú terméket gyárt: sokféle nyersanyag, és sokféle késztermék létezik. Mindenkor lényeges a mennyiségi és a minıségi jellemzık, ill. azok eloszlásainak ismerete. Ezek meghatározása a tervezés és az üzemeltetés során egyaránt - alapvetı mőszaki feladat. Külföldi
adatok
szerint
pl.
a
paradicsomsőrítmény
elıállítása
során
keletkezı
szennyvízmennyiség 3...8 m/t-s vízvisszaforgatással, anélkül pedig 80...100 ni /t; gyümölcsés fızelékkonzerv gyártása esetén 7...9 m3/t, ill. visszaforgatás nélkül 14 m'/t fajlagos értékek adódnak. A használt és elvezetett szennyvizek jelentıs része a közcsatorna-hálózatba jut és ez is az utóbbi idıszak fejlıdési tendenciájának minısíthetı; másfelıl azonban még mindig jelentıs mennyiségő (mintegy 25...35 %) szennyvíz terheli az élıvizeket. Kb. 5... 10 % a mezıgazdaságban hasznosul. Bírságolás szempontjából a legjelentısebb szennyezettségi mutatók: a KOI (kémiai oxigénigény), az ülepíthetı lebegı anyag tartalom, a pH és a zsírtartalom (még üzemen belüli elıkezelés esetén is). Figyelemre méltó, hogy a konzerviparban a csatorna és a szennyvízbírság mennyisége növekszik. Fentiek figyelembevételével az alkalmazható szennyvíztisztítási technológiák rendszere elıirányozható. A konzervipari szennyvizek összetételével, ill. szennyezettségével kapcsolatban irányértékek rögzíthetık. hangsúlyozva, hogy a gyakorlatban 26
a feldolgozott nyersanyagoktól és a
gyártástechnológiáktól függıen nagymértékő ingadozások lehetnek, amelyekrıl a hazai és a külföldi publikációk bıséges tájékoztatást adnak. A nagyságrendi értékeket tekintve azonban jó közelítéssel a következı adatok vehetık alapul. A konzervgyárakból elfolyó szennyvizek szennyezettsége nyersárura vonatkoztatva: KOI 1... 100 kg (átlag 18 kg/t; szerves anyag 2...40 kg/t (átlag 14 kg/t). Termékekre bontva:
-
paradicsom-feldolgozásnál: KOI 0,5... 1,5 kg/t, a szervesanyag-tartalom pedig
1,5...2,0 kg/t;
-
a zöldborsó-feldolgozásnál: KOI 10...20 kg/t; a szerves anyag 30...35 kg/t;
-
zöldbab-feldolgozásnál: KOI 2-3 kg/t, a szerves anyag 5-15 kg/t.
A technológiai folyamatokban keletkezı szennyvizek a következı fıbb csoportokba sorolhatók:
-
a nyersanyag mosása, valamint hidraulikus szállítása során keletkezett szennyezett
vizek;
-
az elıkészítı mőveletek során keletkezett szennyvizek;
-
a feldolgozás fı mőveletei során keletkezı szennyvizek, amelyek egyben a
szervesanyag-tartalom szempontjából a legnagyobb mértékben szennyezett vizek;
-
az öblítı, mosó és takarítóvizek
Amint az elızıekben bemutatott táblázatokból is látható, a konzervipar szennyvizei esetében is fennáll a térben és idıben erıteljesen változó jelleg. A minıségi változásoknak több oka van: a már említett szempontokon kívül jelentıs a technológiák hagyományos, ill. korszerő jellege; az adott üzem vízgazdálkodásának megoldásai stb. A konzervipari szennyvizekben lévı lebegıanyag tartalmat illetıen az ásványianyagtartalom, továbbá a rost és héjtartalom a jellemzı. A technológia további szakaszaiban inkább az oldott és a kolloidális szennyezıdések jelennek meg. Egészében véve jellemzı szerves
szennyezıanyag komponensek
a
fehérjék,
a szénhidrátok
és
a zsírok;
következésképpen a szennyvizek meglehetısen rothadó képesek, és egyben jelentıs oxigénigényt határoznak meg. Az alkalmazott technológiákból következıen a konzervipari szennyvizeknél mint ahogyan arra az elızıekben már utaltunk számos esetben jelentıs hıszennyezéssel is kell számolni.
27
E körülmény a befogadó, ill. a tisztítórendszerek hıterhelése szempontjából figyelemre méltó. Tekintsük a továbbiakban a szennyvíztisztítás gyakorlati megoldásait. Mindenekelıtt megállapítható: az ipán szennyvíztisztítás fı lépcsıi a mechanikai, a kémiai - (fizikaikémiai) és a biológiai eljárások a konzervipari szennyvizek kezelése és tisztítása során is alkalmazhatók. Mindenekelıtt a stabilizációs tavak használatát helyezik elıtérbe, többlépcsıs változatban (ezen belül elsı lépcsıként a levegıztetett tavak alkalmazását). E megoldást mindenképpen indokolhatja a mőködés idıszakos, szezonális jellege. Második változatként a nemzetközi tapasztalatokat figyelembe véve a csepegtetıtestes technológiát ajánlják, éspedig elsısorban mőanyagtöltető megoldással. Utóbbinak számos elınye van: a nagy fajlagos felület; a nagyobb terhelhetıség; könnyő szerkezeti kialakítás; és nem utolsósorban a könnyebb kezelhetıség. Harmadik változatként a konzervipari szennyvizek teljes biológiai tisztítása jöhet szoba, különbözı kombinált, összetett megoldásokkal. Végül a többlépcsıs eleveniszapos szennyvíztisztítás alkalmazható; fıként abban az esetben, ha állandó üzemet lehet biztosítani. (Ismeretes ugyanis, hogy az eleveniszapos rendszerek bedolgozásához sokkal hosszabb idıre van szükség, mint pl. a mőanyagtöltető csepegtetıtestek esetében.) Végül amennyiben élıvízi befogadóval kell számolni, úgy meglehetısen összetett tisztítási technológia szükséges: a mechanikai lépcsın túlmenıen rendszerint kétfokozatú biológiai tisztítás ad elfogadható megoldást. Utóbbi rendszer kialakítható a csepegtetıtestes és az eleveniszapos technológiák célszerő kombinációival. A 8. ábra a konzervipari szennyvizek kezelésének és tisztításának fıbb változatai (SZENESOLÁH, 1991).
28
8. ábra. Konzervipari szennyvizek kezelésének és tisztításának fıbb változatai Forrás: SZENES-OLÁH (1991), p. 568
Szélmotoros szennyvíz-levegıztetı Sikerült
már kifejleszteni
szennyvíztavakon
alkalmazható
oxigénbevitelre képes
szélmotorokat. A szennyvíztárolót földmedencékben alakították ki. A medencékben a szennyvíz tisztítása biológiai lebontás útján megy végbe. A szélmotor a tóban cölöpökön helyezkedik
el,
mint
ahogy azt a
9. ábra is 29
mutatja.
A vízszintes tengelyő lapátkerék szöghajtómővön keresztül függıleges tengelyő levegıztetı kereket hajt. A lapátkerék 1,8-2,0 m/s szélsebességnél indul, és a védelmi mechanizmus 10 m/s szélsebességnél lép mőködésbe. A lapátkerék maximális fordulatszáma 133/min. A levegıztetı kerék legnagyobb átmérıje 1,2 m. a vízszint idınkénti ingadozása miatt lehetıség van a kerék 150 mm-es irányú állítására (INTERNET H).
9. ábra. A szélmotoros szennyvíz levegıztetı felépítése Forrás: INTERNET H
30
FELHASZNÁLT IRODALOM
BARÓTFI I. (1993):
Energia
Felhasználói
kézikönyv.
Széchenyi
Nyomda Kft, Gyır. p. 32-48
KACZ K. – NEMÉNYI M. (1998):
Megújuló
energiaforrások.
Mezıgazdasági
Szaktudás Kiadó, Budapest. p. 23-29.
LÁSZLÓ E. – RÉCZEY I. (2000):
Megújuló nyersanyagok nem élelmiszer-ipari felhasználása.
NF-2000
Információszolgáltató
Rendszer. p. 5-8.
SIKOLYA L. (2010):
Energia Audit Jelentés Nyíregyháza
SINÓROS-SZABÓ B. (2004):
Technológia és Fejlesztés I. Nyíregyházi Fıiskola Gazdasági
és
Társadalomtudományi
Kar,
Nyíregyháza. p. 97-109
SZENES E-NÉ, - OLÁH M. (1991):
Konzervipari kézikönyv. Integra-Projekt Kft, Budapest
SZENES E-NÉ, - OLÁH M. (1991):
Konzervipari kézikönyv. Integra-Projekt Kft, Budapest, Budapest. p. 562-570
31
INTERNETES FORRÁSOK
INTERNET A
ftp://ftp.energia.bme.hu/pub/energ/Energiagazdalkodas.pdf
INTERNET B
http://www.vizelenkites.com/grander-technologia-szakteruletek/ivo-eshasznalati-viz-elenkitese/konzervgyarak
INTERNET C
http://www.tisztaenergiak.hu/
INTERNET D
http://www.greenetik.eu/hu/megoldasok/napelem#A napelemes rendszer felépítése, mőködési elve
INTERNET E
http://www.solarkollektor.hu/napkollektor_rendszerek_felepitese
INTERNET F
http://news.stanford.edu/pr/2010/pr-new-solar-method-080210.html
INTERNET G
http://www.muszakikiadvanyok.hu/lapozgatos/183.html
INTERNET H
http://www.nyf.hu/others/html/kornyezettud/megujulo/SzelEnergia/ Windenergy.html
INTERNET I
http://www.eneron.hu/megoldasok/koltseg-csokkentes/szamitas-pelda
INTERNET J
http://www.gridsolar.hu/napelem-kandelaber.html
INTERNET K
http://hu.wikipedia.org/wiki/Napelem
INTERNET L
http://www.sigsolar.hu/?menu=kalkulacio
INTERNET M
http://www.naplopo.hu/pdf/tervseg.pdf
INTERNET N
http://www.sigsolar.hu/?menu=napelemek
INTERNET O
http://www.naplopo.hu/napsug.html
32
