Klímaváltozás – fenntarthatóság - energiatermelés Hogy csökkentsük a széndioxid kibocsátást? Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Az energetika főbb trendjei Egyre több nemesített energiahordozó (villamosenergia, hőszolgáltatás), Átalakítási hatásfok javítása: gőzparaméterek növelése, kombinált ciklusok, kapcsolt energiatermelés Meghatározó a fenntartható fejlődés (nem csak azóta, hogy kimondták!). Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Mi a fenntartható fejlődés? „a fenntartható fejlődés olyan fejlődés, amely kielégíti a jelen szükségleteit, anélkül, hogy veszélyeztetné a jövő nemzedékek esélyét arra, hogy ők is kielégíthessék szükségleteiket”. (Közös Jövőnk jelentés, 1987) fenntartható fejlődés gazdasági és természeti korlátok : korlátozott források, korlátozott nyelők. a lehetőségek bővülése, életminőség javulása, jólét növekedése. Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Fenntarthatóság korlátai Készletek végessége: rossz interpretáció: hány évre elegendő a készlet helyes értelmezés: a jelenleg biztosan ismert és gazdaságosan kitermelhetőnek tartott készlet aránya a jelenlegi kitermeléshez Példa: kőolaj 1973: olajválság, mert már kevesebb, mint 30 évre elég az olajkészlet (kitermelés 2.8 milliárd t/év, ár: 3 USD/bbl) 2003: a készletek már csak 35-40 évre elegendőek (kitermelés 3.7 milliárd t/év, ár: 25 - 40 USD/bbl) Fogyasztási előrejelzés 2020-ra: 5…5,5 milliárd t/év A készlet jelenleg nem kemény korlát !! Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Fenntarthatóság korlátai Nyelők (befogadók) végessége széndioxid légköri élettartama hosszú (15…100 év), az energiafelhasználás 90%-a származik tüzelésből, az antropogén széndioxid kibocsátás több mint 95%-a a tüzelőanyag felhasználásból származik, a légkör széndioxid koncentrációja folyamatosan nő (jelenleg 35%-kal magasabb, mint a XIX. sz. előtt), üvegház hatás (!?). Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék CO2 kibocsátás jövője Emisszió = népesség * GDP energia igényesség karbon intenzitás [tC/év] [fő] [USD/fő/év] [GJ/USD] [tC/GJ] Karbon intenzitás csökkentése: rövid távú lehetőségek: szén helyett földgáz, nukleáris energia, vízenergia, geotermikus energia, biomassza alkalmazás (nem minden égetés jó!), szélenergia. korlátok: korlátozott készletek, földrajzi elhelyezkedés, ellenérzések. költségek !! Energiaigényesség csökkentése: végfelhasználási (ipari, fűtési, közlekedési stb.) technikák javítása, átalakítási veszteségek csökkentése (hatásfok javítás). Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Lehetséges hosszútávú kibontakozási irányok: fosszilis tüzelőanyagok és a CO2 eltüntetése, fissziós erőművek, növelt biztonsággal, jobb anyaghasznosítással (FBR), fúziós nukleáris energiatermelés, napenergia   villamosenergia tárolással,   hidrogén tárolással,   környezeti hőmérsékletű szupravezetéssel,   űrbeli elhelyezéssel, vagy bármi más, ma még nem ismert megoldás. Megoldás van, csak még nem ismerjük. (1908-ban ki tudta megmondani, mit hoz a XX. század?) Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

CO2 csökkentés költsége: szélerőmű Beruházási támogatás: 300 eFt/kW 30%-a: 90 eFt/kW 13 500 Ft/év/kW (15%/év annuitással) 6,75 Ft/kWh (2000 h/év kihasználással) átvételi felár: 8 Ft/kWh összes támogatás: 14,75 Ft/kWh kiváltott CO2: 0,57kg/kWh (gáztüzelés, 36% (!) hatásfok) 26 eFt/t CO2 (kb. 100 EUR/t) Ír tanulmány (2004): 138 EUR/t (figyelembe veszi a gyakori terhelésváltozás miatti hatásfokromlást a CCGT-knél) Svéd tanulmány (T. Ackermann: Joined up thinking. Renewable Energy World July-August 2005.) jelenleg: 95-168 EUR/t 2015-re: 40-77 EUR/t (CO2 adótól és fosszilis energiák árától függően) Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Hőerőművek Szén helyett földgáz (hazai prognózis): fajlagos költség: 6 200 Ft/t CO2 (24 EUR/t) Atomerőmű: költségmegtakarítás! fajlagos költség (?): -11 eFt/t CO2 Biomassza (fatüzelés, energiaültetvény): sem a költség, sem a széndioxid megtakarítás nem ismert, nem egyértelmű. Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Biomassza (fatüzelés, energiaültetvény) Költségek bizonytalanságai technológiák alakulnak nincs élettartam tapasztalat mezőgazdasági stb. támogatások nem teszik áttekinthetővé a költségeket Széndioxid csökkenés bizonytalanságai erdőirtás? – dupla kár ültetvény és természetes vegetáció ültetvény, betakarítás stb. energiaigénye (gázolaj) ipari technológia energiaigénye (aprítás, feldolgozás, biogáz-, alkoholtermelés…) Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Széndioxid kivonás a füstgázból (post-combustion CO2 capture) Levegő Szén G Atmoszferikus égéstermék (1000 m3/s) Égéstermék Gőz CO2 Gőzturbina Kazán Füstgáz-tisztítás CO2 befogás További lépések G: Generátor Szükséges fejlesztések: Mosószerek/anyagok viselkedésüknek és környezetükre gyakorolt hatásuknak vizsgálata szén specifikus feltételek mellett. Folyamattesztelés kísérleti és demonstrációs léptékben. reagens: etanol-amin oldat költség: 50…60 USD/t CO2 utólag beépíthető megoldás Reducing Greenhouse Gas Emission. The Potential of Coal. IEA - CIAB, 2005 Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Széndioxid kivonás elgázosítással (pre-combustion CO2 capture) Füstgáz CO2 Gáz-turbina Elgázosító Füstgáz-tisztítás CO2 befogás További/változtatott lépések Szükséges fejlesztések: H2-ben gazdag tüzelőanyagú gázturbina, további egységek integrálása A teljes IGCC technológia műszaki/gazdasági optimalizálása CO shift Nagynyomású füstgáz (10m3/s) A technológia hozzáférhető ipari méretekben, a H2 hasznosító gázturbina kivételével. Az IGCC-k elterjedésének egyelőre gátat szab azok magas költsége. Gőz-turbina HK O2 LSZ N2 G: Generátor LSZ: Levegő szeparátor HK: Hőhasznosító kazán Levegő CO shift: (H2O)gőz + CO = CO2 + H2 Reducing Greenhouse Gas Emission. The Potential of Coal. IEA - CIAB, 2005 Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Hatásfok csökkenés Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Oxi-fuel eljárás Levegő G CO2 O2 CO2/H2O Gőz-turbina LSZ Füstgáz-tisztítás Kondenzáció További/változtatott lépések G: Generátor LSZ: Levegő szeparátor Szükséges fejlesztések és vizsgálatok: Kazántervezés az égéstermék recirkulációjával és O2/CO2 égetésével Égéstermék tisztítása, kondenzáció és vízkezelés A folyamat elemeinek összehangolása Kazán H2O, SO2 Szén Jelenleg Oxy-fuel folyamat csak elméleti modellként létezik, laboratóriumi méretekben. Megvalósíthatóságát most kell demonstrálni. tüzelés oxigénnel égéstermék: H2O + CO2 égéstermék recirkuláció kell vízgőz kondenzálás egyszerű levegő szétválasztás energiaigénye nagy Reducing Greenhouse Gas Emission. The Potential of Coal. IEA - CIAB, 2005 Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Széndioxid szállítás költsége szállítási távolság: 250 km költség, USD/t szállított mennyiség, Mt/év Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Tárolási geológiai formációkban kimerült olaj és gázmezők olaj és gáztermelés intenzifikálása mély sórétegekben metán kitermelés szénrétegekből Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Óceáni elhelyezés Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Széndioxid kivonás füstgázból erőművi többletköltség (CO2 kivonás) 20…30 EUR/t szállítás 1…10 EUR/t (erősen távolságfüggő) elhelyezés 5…50 EUR/t Összesen: 30…90 EUR/t Felhasználás: olaj- és gázkitermelés segítése 10…50 EUR/t nyereség is lehet (?!) Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Kibocsátási jog ára, EUR/t (2006-2009) Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Kvótaár 2010 – 2011 Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Kvótaár 2011 közepétől Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Kibocsátás-csökkentés költsége (egy más megközelítés) bázis: jelenlegi 150 MW szubkritikus lignittüzelésű blokk (német adatok) CCS = Carbon Capture and Storage CCS CCS CCS Coal Industry Advisory Board Reducing Greenhouse Gas Emission. The Potential of Coal. IEA - CIAB, 2005 Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék