Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Dr. Ősz János Energetika I-II. energetikai mérnök.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Dr. Ősz János Energetika I-II. energetikai mérnök."— Előadás másolata:

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Dr. Ősz János Energetika I-II. energetikai mérnök szak energetikai BSc szak

2 1. témakör Energiaellátás és fenntartható fejlődés

3 Tartalom 1. Energiaellátás. 2. Energiamérleg. 3. Energiahatékonyság. 4. Fenntartható fejlődés.

4 Az energetika „helye”

5 1. Energiaellátás Feladata: a nemzetgazdaság (települések, ipari és mezőgazdasági üzemek, az intézmények és a lakosság) biztonságos, gazdaságos és környezetbarát ellátása. Területei: –energiahordozók előállítása, –szállítása, elosztása, tárolása, –energia-végfelhasználás. Mindhárom alrendszerben sokféleség és sokszínűség. A fogyasztók mindig teljesítményt igényelnek, melynek idő szerinti integrálját az energiát tarjuk nyilván.

6 Az energiaellátás rendszerstruktúrája

7 1.1. Energiahordozók előállítása Primer energiahordozók = tüzelőanyagok: az anyagokban kötött kémiai és nukleáris energia. Tüzelőanyagok: –szén (C), –szénhidrogének (CH): kőolaj és földgáz, –nukleáris (A): urán, (tórium). Tüzelőanyagok termelése = bányászat, mely a művelt terület elhelyezkedése szerint - külszíni, - mélyművelésű. Kitermelésnél keverék = tüzelőanyag/ok/ + egyéb anyagok, ezért szükséges a feldolgozásuk → szekunder energiahordozó előállítása.

8 1.1. Energiahordozók előállítása Megújuló energiaforrások: a természeti folyamatok által keletkező energiák. Fajtái: –napsugárzás, –szél, –víz, –árapály, –(geotermikus), –biomassza (köztük az emberi tevékenység hulladékai) → megújuló tüzelőanyagok.

9 (Megújuló) (Geotermikus): ha a föld mélyéből kivett víz visszasajtolásra kerül. (Hulladékok): az emberi tevékenység által „megújuló” (jogilag: szelektíven gyűjtött, újrahasznosítható hulladék). A gazdasági, a lakossági-kommunális szektor energetikai hasznosításra alkalmas hulladékai elsősorban a deponálandó hulladék térfogatának kb. 1/3-1/6 (tizedére) való csökkentése miatt. (A hulladékgazdálkodás feladata a hulladékok összegyűjtése, szelektálása, hasznosító művekhez való eljuttatása.) - külön kategória: veszélyes hulladékok (pl. gumiabroncs, elhullott állatok).

10 Szekunder energiahordozók Szekunder energiahordozók: szállításra (tárolásra) és felhasználásra alkalmas („kényelmes”) energiahordozók. Tüzelőanyagok: –fosszilis: kémiailag kötött energia (C, CH), –fisszilis: nukleárisan kötött energia (A). Üzemanyagok: –fosszilis: kémiailag kötött energia (CH).

11 Fosszilis tüzelőanyagok Szén: –feldolgozás nélkül és a feldolgozás maradéka → hőerőművekben villamosenergia-termelés, –feldolgozott: ipari (koksz) és lakossági szén (brikett), –szénelgázosítás → szintetikus CH 4 (földgáz) → jövő? –a bányából gáz halmazállapotú tüzelőanyag felhozatala (vizsgálat alatt).

12 Fosszilis tüzelőanyagok Kőolaj: nyersolaj feldolgozása = finomítás, melynek termékei: – ipari és – energiahordozó (motor üzemanyag, tüzelő- fűtőolaj). Földgáz: feldolgozása, melynek termékei: – ipari és – energiahordozó (földgáz (tüzelőanyag, motor üzemanyag), PB-gáz, inertes és inert gáz). A prognosztizált becslések szerint a kőolaj és a földgáz a fő energiahordozó az elkövetkező évben.

13 Fisszilis tüzelőanyagok Nukleáris: – természetes urán (U-235 (0,72 %), U-238 (99,27 %), – dúsítás (U-235 1,6, 2,4, 3,6% és nagyobb), – fűtőelem és kazetta gyártás, – kiégett fűtőelemek reprocesszálása.

14 Villamos energia Villamos energia: villamos jelenségek formájában előállított munkavégző és/vagy hőátadó képesség (legjobb használati értékű szekunder energiahordozó). A fosszilis és fisszilis tüzelőanyagokból, és elvileg az összes megújuló energiaforrásból előállítható erőművekben.

15 Hő Hő: a hőmérséklet-eloszlás inhomogénitására létrejövő transzportmennyiség: a hőhordozó hőátadó képessége. Hőhordozók: - víz (melegvíz, forróvíz, gőz), - levegő, termoolaj. A fosszilis és (fisszilis) tüzelőanyagokból, több megújuló energiaforrásból (nap, biomassza, geotermikus, hulladék tüzelőanyag) előállítható fűtőművekben, fűtőerőművekben és fűtőberendezésekben, továbbá hulladékhő- hasznosítással is.

16 1.2. Energiahordozók szállítása Elosztás – szervezeti: a primer és szekunder energiahordozók termelők és fogyasztók közötti kereskedelme, –területi = szállítás: a primer és szekunder energiahordozók eljuttatása a területileg szétszórt termelőkhöz és fogyasztóhoz. Tárolás: az energiaigények szezonális és piaci egyenlőtlenségeinek kiegyenlítése az egyenletes ütemben előállított energiahordozók felhalmozásával.

17 1.2.1.Energiahordozók szállítási módjai EnergiahordozóVasútVízKözútTávvezeték Szén xxx Nyersolaj xx Olajtermék xxx Földgáz X ( cseppfolyósított ) x PB-gáz xx Villamos energia x Hőhordozó x

18 1.3. Energia végfelhasználás Különböző statisztikai feldolgozás. Energia szerint: – hajtás (mechanikai): % (közlekedés, technológia) – hő: % (technológia, fűtés(hűtés)+hmv), – világítás, információtechnika: 3-8 %. Szektorok szerint: – gazdasági szektor (ipar, mezőgazdaság), – lakossági-kommunális szektor, – (távfűtés) – közlekedés, – egyéb.

19 A világ primerenergia-felhasználása között (25 év alatt) a világ primerenergia-felhasználása megkétszereződött, s elérte a 95, kWh/év=3, PJ/év=8, toe értéket. Az átlagos növekedés előtt 5 %/év, 1994-től 2 %/év. OECD országok: – közlekedés, szállítás: 31 %, – ipar: 34 % (vegyipar 6 %) – háztartás és mezőgazdaság: 35 %. Új nagyfogyasztók (Kína (1300 Mfő), India (1000 Mfő) megjelenése.

20 2. Energiamérleg Energiamérleg: a különböző energiahordozók, különböző veszteségek, különböző szintű, együttes mennyiségi számbavétele. Nemzetközi, országos energiamérleg: –toe [1 toe=42 GJ] vagy –PJ [10 15 J]. Mértékegységek közötti átváltás! (1 kWh=3, J)

21 Az energiaellátás folyamábrája

22 2. Energiamérleg Nemzetközi statisztikákban: –TPES (Total Primary Energy Supply): összes primerenergia-ellátás, –TFC (Total Final Consumption): összes vég(energia) felhasználás.

23 2. Energiamérleg Tervezés: a múlt tény- és a jövő becsült adatai alapján különböző (várható, optimista, pesszimista) forgatókönyvek készítése. Energiahordozók korlátozott mértékű alternativitása. Energiahordozó és végfelhasználási struktúra lassú (hosszú ideig tartó) változása. A technológiai átalakítások évtizedekben mérhetők.

24 3. Energiahatékonyság Energiahatékonyság: meghatározott energiafelhasználás mellett a gazdaság mekkora termelési értéket valósít meg. A nemzetgazdaság energiaigényessége A nemzetközi statisztikák gyakran az egy főre eső primerenergia-, villamosenergia- felhasználást adják meg.

25 Energiahatékonyság Az energiaigények, és ezáltal az energiafelhasználás csökkentése!: –Hő: jól szigetelt épületekkel, kisebb hőfelhasználású technológia. –Üzemanyag: kisebb fogyasztású autók. –Villamos energia: jobb hatásfokú erőművek, kapcsolt energiatermelés, takarékos berendezések (világítás, szórakoztató elektronika). –Fogyasztói szokások megváltozása (közlekedés, áramfogyasztók kikapcsolása)?

26 4. Fenntartható fejlődés Az ökonómia, az ökológia és a társadalmi teherviselés összhangjának koncepciója. „A fenntartható fejlődés olyan fejlődés, amely kielégíti a jelen generációk szükségleteit anélkül, hogy veszélyeztetné a jövő generációit abban, hogy ők is kielégíthessék szükségleteiket.” [Brundtland „Közös jövőnk” jelentés, ] : –Ne szennyezzük a környezetet olyan anyagokkal, amelyek nagyobb régiók és a jövő generációk életlehetőségeit veszélyeztetik. –A lehető legnagyobb mértékben takarékoskodjunk azokkal az ásványi anyagokkal, amelyek a jövő generációk nélkülözhetetlen alapanyagainak is tekinthetők. –„Ne tegyünk semmi olyant, aminek hosszú távú hatásait nem ismerjük.” → környezeti hatástanulmány, engedély.

27 4. Fenntartható fejlődés Az energetika kiemelt jelentőséggel bír a fenntartható fejlődésben: – a fejlődés feltétele, motorja és jellemzője, – ökológiai hatásai: kibocsátások, hatás a globális felmelegedésre, hatás az ózonlyuk növekedésére, hatás a biológiai sokféleségre.

28 4. Fenntartható fejlődés Jelenlegi állapot: – természeti kincsek végessége (lásd készletek), – gazdasági-társadalmi különbségek, – energetikai ellátásbiztonság, – kibocsátások és azok hatásai. A technikai fejlődés kétarcú, pozitív és negatív hatások, a fejlődés egyik mozgatóereje, csak régebben időben és térben korlátozott hatások, míg ma a hatások és a veszélyek globálisak.

29 4.1. Gazdasági-társadalmi különbségek növekedés jelenleg kb. 77 millió fő/év

30 4.1. Gazdasági-társadalmi különbségek Népesség, gazdaság növekedése egyenlőtlen, óriási különbségek. Migráció erősödése. Nemzetközi instabilitás (konfliktusok, terrorizmus). Környezetromlás, globális ökológiai problémák. Az emberiség fokozatosan felismeri a veszélyt: - mekkora a föld eltartó képessége, - az egyenlőtlenségek, a migráció, a környezetromlás hogyan csökkenthető, - a társadalmi, gazdasági és ökológiai fenntarthatóság szoros kölcsönhatásban van egymással.

31 Energetikai egyenlőtlenségek A régiók primer tüzelőhő-felhasználása (E=10 18 )

32 Energetikai egyenlőtlenségek A régiók egy főre eső energiafelhasználásának aránya

33 4.2. Energetikai ellátásbiztonság Ellátásbiztonság: az ország vagy régió indokolt energiaigényét valamennyi energiafajta esetében bármikor ki tudja elégíteni. Elemei: – megfelelő energiahordozó struktúra, – forrásdiverzifikáció, – stratégiai készletek, – ésszerű energiatakarékosság.

34 4.2. Energetikai ellátásbiztonság Nagy egyenlőtlenségek a régiók között: ott van kevés forrás, ahol nagy a felhasználás, és ott van sok forrás, ahol kevés a felhasználás. Ezért a nagy fogyasztók energiaellátásának nagy része importból → importfüggőség. Ezáltal az ellátásbiztonság sérül. Nemzetközi feltételektől való erős függés → konfliktusok lehetősége.

35 Az EU importfüggése Már ma is nagy (olaj: kb. 50 %, földgáz: kb. 40 %). Ha nem történik változás, akkor az importfüggés továbbnő (2030-ig olaj: kb. 80 %, földgáz: kb. 70 %). A bővítéssel a helyzet nem változik, esetleg romlik. Nagy gond, mert alig vannak saját eszközeink a helyzet megváltoztatására.

36 4.3. Az energetika környezeti kibocsátásai Kibocsátások és azok hatásai: – üvegházhatás, – ózon vékonyodás, – biológiai sokféleség csökkenése, – radioaktív sugárzás egészségügyi hatásai. A teljes vertikumot kell tekinteni!

37 4.3. Az energetika jelentősebb környezeti kibocsátásai

38 Üvegházhatású gázok globális szennyezés szén-dioxid (CO 2 ), metán (CH 4 ), dinitrogén-oxid (N 2 O), fluorozott szénhidrogének (HFC-k), perfluor karbonátok (PFC-k), kén-hexafluoridok (SF 6 ).

39 Szén-dioxid Globális széndioxid-kibocsátás (folytonos) és koncentráció (szaggatott) A föld átlagos hőmérsékletének változása (vastag: porkoncentráció figyelembe vétele nélkül)

40 Globális klímaváltozás a 21. században (előrejelzések)

41 Szén-dioxid Fosszilis tüzelőanyagok kibocsátásai: – szén: 130 [g CO 2 /MJ tüzelőhő, antracit], – olaj: 70-75, – földgáz: 58. Az energetika összes CO 2 -kibocsátása jelenleg kb. 27 milliárd t/év. A gépkocsi-forgalom jelentős szerepe: azokban a városokban, ahol jelentős a lakosság, ott koncentrálódik a kibocsátás.

42 A villamosenergia-termelő eljárások CO 2 -kibocsátása [kg/kWh]

43 Kén- és nitrogén-oxidok lokális szennyezés Károsítják az emberi egészséget, és hozzájárulnak a talaj, az erdők és a felszíni vizek savasodásához → regionális környezetszennyezés. Természeti víz savas (pH≈5,5) az oldott CO 2 miatt → savasodás pH<5 (SO x és NO x miatt). SO x -k kibocsátása a tüzelőanyagtól függ (2 kg SO 2 füstgáz/1 kg S tüzelőanyag): – C (1-3 %): 2-5 g/MJ, – kőolaj (gudron, 2-4 %): 1-2 g/MJ. Megoldás: fütgáz-kéntelenítés.

44 Kén- és nitrogén-oxidok NO X -k: A tüzelés során, a levegő nitrogénjéből 1100 o C hőmérséklet felett keletkezik. Előírások a kibocsátásokra: <30 mg/Nm 3. Megoldások: –NO x -szegény égők, vízbefecskendezés (földgáz- tüzelésű gázturbinák), – katalizátoros motorok, – fluid-tüzelésű kazánok (t<1000 o C).

45 Radioaktív kibocsátások Folyékony és légnemű radioaktív kibocsátások. Radioaktív hulladékok: – kisaktivitású, – közepes aktivitású, – nagyaktivitású. Megoldás: kibocsátások szigorú határértékei, hulladékfeldolgozás, elhelyezés → fűtőelemek transzmutációja.


Letölteni ppt "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Dr. Ősz János Energetika I-II. energetikai mérnök."

Hasonló előadás


Google Hirdetések