2. Az energiatermelés és –ellátás és gazdaságtana.

Az előadások a következő témára: "2. Az energiatermelés és –ellátás és gazdaságtana."— Előadás másolata:

1 2. Az energiatermelés és –ellátás és gazdaságtana

2 Állandó költségek (éves): Fajlagos állandó költség: Termelt energia:

3 Fajlagos állandó költség:

4 Üzemi tartalékok (r ÜT )  Feladatok:  váratlan hiányok (kiesések) kompenzálása  kereskedelmi mérleg helyreállítás  gazdaságos üzemvitel  korlátozások megelőzése  Típusok:  primer  szekunder  tercier

5 Korlátozás és tartaléktartás költsége C P ÜT P ÜT,opt

6

7 Primer szabályozási tartalék  cél: frekvenciacsökkenés megakadályozása, rendszer stabilizálása  eszköz: forgó gép, ún. meleg tartalék – szolidaritási elv  idő: másodperces  nagyság: E/E SZZ =0,013 P p,SZZ =~5000 MW

8 Szekunder szabályozási tartalék  cél: frekvencia visszaállítása előírt értékre  eszköz: forgó gép, ún. meleg tartalék vagy gyorsan indítható szek. tart. gép – „saját” gép  idő: perces-tízperces  nagyság: a=10 MW; b=150 MW P VER,max =~7500 MW

9 Tercier szabályozási tartalék  cél: gazdaságos munkapont visszaállítás, szekunder szabályozás újra elérhetővé tétel  eszköz: terheléselosztás (  külön témakör)  idő: tízperces-órás  nagyság: nincs előírt érték

10 Szabályozások működési időtartamai

11 Szinkronidő szabályozás  cél: frekvencia előírt értéken tartás (50 Hz)  eszköz: frekvencia alapjel () beállítás  módszer: szinkronidő (frekvencia alapján) és UTC (egyezményes koordinált világidő) különbsége alapján: ▪ 20 s: elfogadható ▪ 30 s: normál üzem ▪ 60 s: kiterjedt hálózati zavarok UTC: nem rövidítés csak betűjel angolul: coordinated universal time franciául: temps universel coordonné

12  Nem maximális teljesítményen üzemelő hőerőművi egységek felterhelése.  Gyorsan indítható berendezések:  speciális gázturbinák,  vízerőművi egységek (tározós és átfolyós rendszerű).  Lekapcsolható nagyfogyasztó(k).  Vásárolt (import) szekunder tartalék.

13 Karbantartási tartalék (r TMK ) Nagysága: éves karbantartási terv szerint Üzemzavar- elhárítás Tervszerű megelőző karbantartás Állapotfüggő karbantartás Megbízhatóság alapú karbantartás TPMTQM Világ- színvonal 1950 1960197019801990 Teljeskörű Hatékony Karbantartás (Total Productive Maintenance) ISO 9001 ERŐMŰVEK

14  Változó hiány (ν VH, csak becsülni lehet)  környezeti feltételek változása (időjárás)  hőszolgáltatás  Önfogyasztás (ε, erősen technológiafüggő)  vízerőmű, szélerőmű: ~0%  gázturbina: 1..3%  gőzerőmű: 4..5%  szén, biomassza, hulladék: 8..15..20%  geotermális: 45..55%

15 Üzemidőtől való függés üzemidő, h CvCv 8760 csúcserőművek menetrendtartók alaperőművek cvcv

16 A fajlagos (átlagos) költség üzemidő függése üzemidő, h 8760 c=C/E cvcv cfcf érdekeltség a jobb kihasználásban ha τ cs növekszik, akkor c f csökken

17 Szűrőgörbe (Screening Curve) az éves csúcskihasználási óraszám (τ cs ) függvényében az egységnyi (P BT ) teljesítőképességre vonatkoztatott összes (éves) költség Meghatározása:

18 Szűrőgörbe ábrázolása kihasználási óraszám, τ cs, h/a kapacitás kihasználási tényező, CF 8760 1 c p =C/P BT 0000 fix költségrész meredekség = változó költség

19 Jellemző szűrőgörbék kihasználási óraszám, τ cs, h/a kapacitás kihasználási tényező, CF 8760 1 c p =C/P BT 0000 atomerőmű gázturbina szénerőmű (nagy) kombinált ciklusú gáz+gőz szénerőmű (kicsi)

20 Alkalmazás: előzetes rendszerszintű becslésre („technológiamix”) P τ c p =C/P BT

21 Gazdaságos terheléselosztás üzemelő létesítmények között

22 Feladatok és célok 1. igények kielégítése 2. korlátok betartása 3. cél elérése

23 Matematikai módszerek – operációkutatás Lágy számítási módszerek

24 Alapvetések Üzemvitel csak a változó költséget módosíthatja. Cél: villamosenergia-igény kielégítése minimális (változó) költség mellett Évi (évi átlagos) változó költség: Pillanatnyi változó költség:

25 Klasszikus módszer – két blokk esetére Célfüggvény: a két blokk összes változó költségének minimuma Feltétel: az igényeket ki kell elégíteni Szélsőérték megkeresése: mert a feltételi egyenletből:

26 Differenciális növekmény költség Rövid távú határköltség mennyi többletköltséget okoz 1 kWh (1 GJ) többlet villamos energia megtermelése vezessük be a fajlagos hőfogyasztás (q) fogalmát: ezzel:

27 Növekmény hőfogyasztás

28 Növekmény hőfogyasztás és növekmény költség optimális terhelés

29 Jellegzetes erőművi jelleggörbék – CH tüzelésű gőzerőmű

30 Jellegzetes erőművi jelleggörbék – széntüzelésű gőzerőmű Coal fired steam power plant 250 300 350 400 450 500 550 600 650 100125150175200225 Load, MW Average fuel factor (fuel consumption), MW 2 2,25 2,5 2,75 3 3,25 3,5 3,75 4 Marginal fuel factor, q Δ AFFMFFq

31 Jellegzetes erőművi jelleggörbék – gáz/gőz kimbiciklus CCGT power plant 175 200 225 250 275 300 325 350 60,085,0110,0135,0160,0 Load, MW Average fuel factor (fuel consumption), MW 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 Marginal fuel factor; q Δ AFFMFFq

32 Feltételes szélsőérték-keresés Lagrange-multiplikátorral Célfüggvény: Feltételi egyenlet: Módosított célfüggvény:

33 Feltételes szélsőérték-keresés Lagrange-multiplikátorral Megoldás

34 Grafikus módszer

35 Korszerű lágy számítási módszerek - Evolúciós algoritmus ▪ kiterjedt keresési tér, ▪ nemlineáris egyenletek ▪ kiterjedt korlátozó feltételek

36 Genetikus algoritmus

37 További lágy számítási módszerek:  Differenciál evolúciós algoritmus - (differential evolution, DE)  Továbbfejlesztett diff. evolúciós alg. - (improved differential evolution, IDE)  Tabu kereső (tabu search, TS) - Többszörös tabu kereső (multiple tabu search, MTS)  Részecske raj optimálás (particle swarm optimization, PSO) Lényeg: (meta)herurisztika

38 Tabu, és többszörös tabu keresés Differenciál evolúciós eljárások

39 keresési tér egyed, x legjobb szomszéd egyed, x nb legrosszabb szomszéd egyed  TL Legjobbnak számít, ha E(x nb )>E(x b ), x b a globálisan eddigi legjobb, ekkor x b =x nb lesz a legrosszabb a TL-re kerül

40  Kifejezetten terheléselosztáshoz kifejlesztett (ELD, Economic Load Dispatch, gazdaságos terheléselosztás)  Robosztus (konvergens)  Mindig megtalálja a globálisan optimális megoldást  Relatíve lassú

41 1. lépés: Kezdeti populáció

42 2. lépés: Differencia-vektor létrehozás

43 3. lépés: Új vektor (egyed) létrehozása 0<F<1: skálázó faktor (véletlenszám) u i : az új populáció egyedei Kiértékelés minden u-ra Kilépési feltétel ellenőrzése

44  Előnyök:  egyszerű és kompakt struktúra,  kevés kontrol paraméter,  magas konvergálási valószínűség a populációs optimalizálások esetén,  nagyon robosztus felépítés,  alkalmazási tapasztalat a gépészet, vegyipar, kommunikáció és biológia területén,  nem ragad meg a lokális optimumban más keresési algoritmusokhoz képest.  Hátrányok:  a kiválasztás során az algoritmus nem valós számokat használ, hanem vektorokat  a többi számítási módszerhez képest lassabb, de sokkal biztosabb. Differenciál evolúciós algoritmus

45 Tabu kereső és diff. evolúciós hibrid eljárás  N termelő egység  egységenként P min, P max, (dP/dt) min és (dP/dt) max  dinamikusan változó felbontás: ΔP, azaz F  keresési tér nagysága: [(P max -P min )/ ΔP] N  tabu lista: (dP/dt) min és (dP/dt) max alapján  célfüggvény: C var  MIN!  korlát: P F =Σ N P i

46 Az energiatermelés külső (környezeti) költségei

47 Közjavak A környezeti problémák egy része a közjavak létével hozható összefüggésbe. Közjavak jellemzői: – Fogyasztásuk oszthatatlan – Mindenki számára hozzáférhető – Hasznukból senki sem zárható ki

48 Közjavak Közjavak problémái: Mivel a közjavak hasznából senki sem zárható ki, ezért a piac nem képes biztosítani a hatékony kereslet létrejöttét, vagyis nagy a nem hatékony felhasználás veszélye.

49 Piac: Ahol a kereslet és a kínálat találkozik. Piac jellemzői: – Kompetitív, azaz versengő magatartásra épül. – Valamennyi résztvevő teljes mértékben tájékozott a piaci feltételekről. – Valamennyi vagyoni érték magántulajdonban van anélkül, hogy sértenék a kompetitív jelleget.

50 Külső költségek (külső gazdasági hatás): Pénzügyileg önálló egység (vállalkozás) közvetlenül befolyásolja egy másik pénzügyileg önálló egység (vállalkozó v. fogyasztó) helyzetét anélkül, hogy a piacon kerülnének kapcsolatba. Alfred Marshall Külső költségek hatásai: Pozitív, negatív, érintheti a fogyasztót vagy a termelőt. Alfred Marshall (1842-1924), angol közgazdász

51 Externáliák: Gazdaságon kívül rekedt hatások. Externáliák jellemzői: – Tevékenység valamely harmadik személy jóléti függvényét módosítja – Jóléti függvény módosítása nem kényszeríti a harmadik felet az anyagi kártérítésre, vagy nem élhet követeléssel. – Harmadik fél részére előidézett hatás létrehozása nem tudatos. Méhész  kaptár a gyümölcsösben (beporzás, rovarirtó).

52 Reverzibilis externália W - hulladék mennyisége a -hulladékasszimilációs ráta Ha W túllépi a max -ot, akkor a max hanyatlani kezd, mert a fölött már képtelen megbirkózni a szennyezéssel, de adott időszak után a visszatér a max -ba t a max a min W

53 Irreverzibilis externália Ha W túllépi a max -ot, akkor a max hanyatlani kezd. Amennyiben az asszimilációs működés károsodik, akkor maga a max is károsodik t a max a min W a max,új =a min,régi

54 Környezetszennyezés: Amennyiben a hulladék mennyisége meghaladja azt a mennyiséget, amit a környezet ártalmatlanítani képes, környezetszennyezésről beszélünk. Típusai: – szétoszló (flow típusú); – felhalmozódó (stock típusú)

55 Környezetszennyezés folyamata Gazdasági aktivitás Káros emisszió kijut a környezetbe Szennyezés egy része elnyelődik ártalmatlan formában Nem abszorbeált emisszió Felhalmozódó szennyezés Szennyezés lebontása okozta kár Szennyező készlet okozta kár Szétoszló szennyeződés okozta kár Szennyezési kár

56 Flow (szétoszló) típusú szennyezés Károsítás mértéke az emissziótól függ és csak egyszeri, a következő szennyezés nem adódik hozzá az előzőhöz, mert az feloszlik. (Zajszennyezés) Hígulási, kémiai, biológiai folyamatok révén szétoszlik és a jövőre vonatkozóan elveszti környezete károsító természetét. Reverzibilis, negatív externália.

57 Stock (felhalmozódó) típusú szennyezés Stabil, maradéktalanul felhalmozódó szennyezés, ahol a koncentráció folyamatosan nő. (nehézfémek) Lassan, de mégis lebomló szennyezések. (műanyaghulladékok, radioaktív izotópok)

58 Externális hatások figyelmen kívül hagyásának következményei Szennyezést okozó tevékenység túlzott lesz túltermelés a piacra. Semmi sem ösztönzi a szennyezés csökkenésére rossz hatásfok Szennyezést okozó szolgáltatás ára túl alacsony túlzott kereslet a piacon Szennyezés környezetbe juttatása olcsó gazdasági értelemben gátolja az újrahasznosítást

59 Optimális környezetszennyezés Amennyiben a környezetszennyezés nő, a komfortérzet csökken, így a társadalmi jólét is csökken. A neoklasszikus gazdaságtan szerint nem a környezetszennyezés megszüntetése a cél, hanem annak gazdaságilag optimális szinten való tartása. Az externáliának létezik egy optimális nagysága, amely társadalmi méretekben maximálja a hasznok és költségek különbségét.

60 Optimális környezetszennyezés Szabad versenyt feltételezve A kínálat összevont magánköltsége lényegesen alacsonyabb, mint a társadalmi költsége. Vagyis: P m <P * Q * <Q m Ár, költség P*P* PmPm Termelés Q*Q* QmQm Kínálat társadalmi költsége Kínálat magánköltsége Kereslet

61 Optimális környezetszennyezés MCA: szennyezés csökkentés hatkts, MSB: társadalmi határhaszon MPB: egyéni határhaszon EC: külső határköltség M: marginal C: cost A: abatement S: social P: personal B: benefit

62 Arthur C. Pigou (1877-1959) Cambridge University tanára, a Jóléti gazdaságtan c. munkájában (1920) levezette, hogy szükséges a szennyezés megadóztatása. Ronald H. Coase (1910- ): Társadalmi költségek c. munkájában (1960) Pigou munkájához képest tesz komoly előrelépéseket. Közgazdasági Nobel-díj: 1991.

63 A Pigou-féle adó (Pigouvian tax) Alapelv: „szennyező fizet” egységesen kivetett adó, egy külső,nem piaci szereplő által szennyező termelés egységére t * nagyságú adót vetnek ki, ami arra ösztönöz, hogy Q m -ről Q * -ra csökkenjen a termelés. Költségek, hasznok Gazdasági aktivitás Q*Q* QmQm Externális határköltségek (MEC) Károsult költsége Egyéni tiszta határhaszon (MNPB) Szennyező haszna Termelő egységes adóval csökkentett határhaszna t*t*

64 A Pigou-féle adó: Hogyan? kibocsátás eredeti adóztatott ár MSC MPC+t MPC ár, határköltség adó adóbevétel A társadalmi költségek fedezete az adó.

65 A Pigou-féle adó: Problémák Fizessen a szennyező, vagy védekezzen az áldozat? A szennyezés megadóztatásával befolyó pénzek szétosztásának problémája.  hatásterület A beszedett adóra szükség van, az externáliák társadalmilag elfogadott szinten való tartásához, azonban ezt a megelőzésre, nem pedig a károsultaknak való visszaosztásra kell fordítani. megelőzés ↔ kártalanítás

66 Alapelv: Nincs szükség állami beavatkozásra, adók kivetésére, mivel a tulajdonosi köröktől függetlenül alku útján elérhető az externáliák társadalmi optimuma. Költségek, hasznok Gazdasági aktivitás Q*Q* QmQm Externális határköltségek (MEC) Károsult költsége Egyéni tiszta határhaszon (MNPB) Szennyező haszna Tulajdonjog a károsultnál a b c d h i g f szennyező elbukott profitja Tulajdonjog a szennyezőnél 0 Példa: Folyó mellett fafeldolgozó Gombaölővel történő impregnálással folyó szennyezése Folyó egy tóba ömlik, így a parti szálloda vonzereje csökken.

67 Hibái: A modell nagyon távol áll a valós világtól. – az alku sohasem kétszereplős – sokszor nehéz megmondani, hogy kik a károsultak és kik a szennyezők – a kármeghatározáshoz nem mindig elégségesek az információk Az alku költségei meghaladhatják az alku hasznát A felek ritkán hajlandók alkura, inkább megpróbálják áthárítani az alku megoldását a társadalomra.

68 Pigou-féle adó: termék- és eljárási díjak Kibocsátási (környezetterhelési) díjak: ösztönző és forrásteremtő eszközként egyaránt alkalmazható. Ezeket a díjakat a szennyezőanyag levegőbe, vízbe vagy talajba történő juttatása vagy zajáratlom miatt szabják ki, a szennyezőanyagok minősége és mennyisége alapján. Felhasználói (szolgáltatási) díjak: a díjjal szemben ténylegesen nyújtott szolgáltatás áll. (pl. szennyvíztisztítás, hulladékszállítás, -ártalmatlantás)

69 Pigou-féle adó: termék- és eljárási díjak Eljárási díjak: illeték jellegűek, mert bizonyos hatósági tevékenységek adminisztrációs költségeinek fedezését szolgálják. Megkülönböztetünk engedélyezési és ellenőrzési, illetve regisztrálási díjat. Termékdíjak vagy adók: olyan termék árába épülnek be, amelyek életciklusuk valamelyik szakaszában (termelési, fogyasztási és hulladékfázis) szennyezik a környezetet. Pl. üzemanyagok, kenőanyagok, akkumulátorok, csomagolóeszközök stb.

70 Pigou-féle adó: termék- és eljárási díjak Betéti díjak (letétvisszatérítés): a díj összegét, vagy annak egy részét a befizető visszakapja, ha a díjköteles terméket használat után meghatározott módon visszaadja (pl. üvegbetét.).

71 Költségfeltárás célkitűzései:  Technológiák összehasonlítása, a verseny előmozdítása  Valamennyi költség feltárása  A „legkisebb társadalmi költség” elvének érvényesítése  A környezeti erőforrásokkal való gazdálkodás segítése  A környezet védelmének előmozdítása

72 Értékelési módszerek – áttekintés Módszerek Forrás oldaliKörnyezetközpontú Károsodás elvű „fentről-lefelé” Életciklus alapú „lentről-felfelé” Egyszerűsített fent: környezeti elemek (amik károsodnak) lent: szennyezőforrások (amik károsodást okoznak)

73 Károsodás elvű megközelítések

74 Életciklus alapú megközelítések

75 Hatáslánc-módszer (Impact Pathway Approach, IPA) Forrás modell a kibocsátás leírására Terjedési modell

76 Dózis-hatás (kár) modell a környezeti károk leírására Kár-költség modell a környezeti károk pénzértékben való kifejezésére

77 A dózis-hatás (dose-response) függvény lineáris logisztikus probit

78 Optimális környezetterhelés

79 Fajlagos külső költségek