ENERGETIKAI SZAKKOLLÉGIUM A hatékony energiagazdálkodás érdek és kötelesség - az energiahatékonyság növelési lehetőségei Larry GOOD – lgood@goodllc.com dr. ZSEBIK Albin - zsebik@energia.bme.hu Budapest, 2010. október 14.

A hatékony energiagazdálkodás – érdek ÓVJUK MEG A TERMÉSZETBEN KIALAKULT EGYENSÚLYT !

A hatékony energiagazdálkodás – kötelesség ÓVJUK MEG A TERMÉSZETBEN KIALAKULT EGYENSÚLYT !

Előadás témái Energia árak, felhasználás Az energia értéke Veszteségek csoportosítása Energiahatékonysági mutatók Példák a hatékonyság növelésre

Földgáz árak változása Magyarországon 1980-2004 (HUF) Energiagazdálkodás !

Földgáz árak változása Magyarországon 1991-2010 Energiagazdálkodás !

Az árak változásának becslése Évek 2007. 2008. 2009. 2010. 2011. 2012. 2013. 2014. 2015. 2016 2017 Fogyasztói árváltozás CPI % 4,50 3,50 2,50 2,00 CPI index 1,000 1,045 1,082 1,109 1,131 1,153 1,176 1,200 1,224 1,248 1,273 Földgáz árváltozás - lakossági 6,00 5,00 4,00 Földgáz árindex - lakossági 1,060 1,113 1,158 1,198 1,240 1,283 1,328 1,375 1,423 Földgáz árvált. - nagyfogyasztói Földgáz árindex - nagyfogyasztói Villamos energia ár változása 3,00 Villamos energia árindex

Magyarország energiafelhasználásának változása az elmúlt években

A nemzetgazdasági szintű energiafelhasználás ágazatonként a 2000 A nemzetgazdasági szintű energiafelhasználás ágazatonként a 2000. évi adatok szerint

Az energia értéke Az “érték” legáltalánosabb megfogalmazásban valaminek az a tulajdonsága, amely a társadalom és az egyén számára való fontosságát fejezi ki. A “pénz értéke” annak a viszonynak a kifejezése, hogy a pénz milyen árumennyiséggel fejezhető ki. Az “energia értéke” a felhasználhatóságát, a tetszőleges energiaformává való átalakíthatóságát jellemzi.

W = E + A Exergia és anergia Legyen az energia (W) tetszőleges formává, így munkává is alakítható része az exergia (E) (ex ergon = a munka ami kinyerhető), a nem átalakítható része anergia (A). W = E + A Hővel (hőenergiával) kapcsolatban is megállapítha-tó, hogy két egymástól elkülönített részre bontható és korlátoltan alakítható át.

Az energia értéke A táblázat 100 kJ/kg hő értékét mutatja (eq, exergia) különböző rendelkezésre állási hőmérsékleten (t), tk=15 °C környezeti hőmérséklet esetén.

Energia veszteségek Az energiaveszteségek különböző szempontok szerint csoportosíthatóak: az egyik csoportosítás szerint a veszteségek lehetnek minőségi és mennyiségi veszteségek a másik csoportosítás szerint közvetlen és közvetett veszteségek

Hőcsere exergia folyamábrája (minőségi veszteség)

Egy gőzrendszer energiafolyam ábrája (mennyiségi veszteség)

Energiahatékonysági mutatók Hatásfok Hatásosság Hatékonyság Fajlagos energiafelhasználás A rendszer fajlagos hozama

Hatásfok Az üzemviteli elemzés fontos értékmérője: ahol: η - hatásfok ( 0 < η < 1 ) Ebe - a folyamatba bevitt energiamennyiség Eki - a folyamatból kivett / nyert energiamennyiség Eveszt - a folyamat során elvesző energiamennyiség

Hatásosság A gazdálkodásra jellemző mutató, ami a lehetséges minimális energia-felhasználáshoz viszonyítja a tényleges állapotot: ahol: Etény - egy adott pillanatban ténylegesen felhasznált primer energia Emin - az ugyanekkora fogyasztás mellett minimálisan szükséges primer energia

Hatásosság Az ellenőrző felülettel körülzárt rendszerünkben valamilyen, számunkra hasznos paraméter megváltozását viszonyítja az elméletileg lehetséges legnagyobb változáshoz. Az egyik legismertebb hatásosság fogalom a hőcserélők Bosnjakovič-féle -tényezője, ami a hőcserélőben létrejövő legnagyobb tényleges hőmérsékletváltozást viszonyítja az elméletileg létrejöhető legnagyobbhoz, azaz a két közeg belépő hőmérsékletének különbségéhez: ahol az „1” index a kisebb, a „2” index a nagyobb vízértékáramú közegre utal.

Energiahatékonyság – 1. Általános megfogalmazásban: A termelési értékhez viszonyított energiaköltség, vagy ennek reciproka az ún. energia hatékonyság Műszaki szempontból: A hatékonyság azt mutatja meg, hogy egy technológiai paraméter eléréséhez mennyi energiabevitelre van szükség.

Energiahatékonyság – 2. gyártó sor: földgáz tüzelésű kemence:

Energiahatékonyság – 3. mezőgazdasági alkalmazás: soktermékes vállalatnál:

Fajlagos energiafelhasználás – 1. Az energetikai folyamatokban a felhasznált energiamennyiséget, E és a folyamatra jellemző, az energiafelhasználást befolyásoló mérőszám (technológiai mutató), T hányadosa e = E/T dimenzióját E és T dimenziója határozza meg. A téglagyártás fajlagos hőenergia szükséglete pl.: 1,25-1,88 MJ/kg.

Fajlagos energiafelhasználás – 2. Az energiagazdálkodás műszaki és szervezési színvonalának egyik fontos mutatószáma. Legfontosabb rendeltetése: adott energiafogyasztó különféle időpontbeli vagy időszakbeli energiagazdálkodási üzemállapotainak összehasonlítása, adott energiafogyasztó energiagazdálkodási üzemállapotainak összehasonlítása más – ismert, hasonló felépítésű – energiafogyasztó üzemállapotával adott energiafogyasztó energiaszükségleti tervezése létesítendő energiafogyasztó energiaszükségletének tervezése

A rendszer fajlagos hozama A legegyszerűbb mutatószám számítása: ahol: A s - a szolgáltatott energiáért kapott árbevétel KE - a vételezett energiáért kifizetett költség

Energiahatékonysági technikák – 1. Legkisebb költség tervezés ( LKT ) / Least-Cost Planning (LCP) / Minimalkostenplanung Integrált forrás gazdálkodás (IFG) / Integrated Resource Planning (IRP) / Integrierte Ressourceplanung Kereslet gazdálkodás (KEG) / Demand-Side Management (DSM) / Nachfragemanagement Kínálat gazdálkodás (KÍG) / Supply-Side Management (SSM) / Angebotsmanagement

Energiahatékonysági technikák – 2. Kapcsolt hő- és villamosenergia termelés / Cogeneration / Kraft- Wärme Kupplung Fűtés/hűtés összekapcsolása / Integration of Heating and Cooling / Integration der Heizung und Kühlung

Közvetlen hőtermelés energiafolyam ábrája

Kapcsolt energiatermelés energiafolyam ábrája

A kapcsolt hő- és villamosenergia termelés létesítése energetikai és környezetvédelmi szempontok miatt előnyös. Kedvezőtlen gazdasági környezetben háttérbe szorulhat.

A gázmotoros energiatermelés

A tüzelőanyag hasznosítása t-Q diagram t tmax Hatásfok sugárzás Qbe (Hf) Qh füstg.veszteség harmatpont Qv füstgázveszteség - el nem égett tüzelőanyag veszteség - falazati veszteség (Ha) Q

A füstgáz veszteség

Éves hatásfok

A nyomás és a túlhevítés hatása a gőz szállítóképességére 4-5% 2700 2750 2800 2850 2900 2950 3000 3050 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 p bar 140  C 160 180 200 220 240 260 280 Telített gõz  1-2% nyomás- változtatás hõmérséklet- A telített gőz entalpiája foj-tással csak kis mértékben változik A túlhevítés hatására kis mértékben nő az etalpia, de nőnek a veszteségek is A kondenzvíz hőmérsékle-tének csökkentése akár 20-30 % -al növelheti az ental-piakülönbséget

Különböző átmérőjű nyíláson kiáramló gőz vesztesége a gőznyomás függvényében

Hőtárolás – nagy vízterű kazánokban 2008. augusztus 5-6.

E = P . t kWh Energiagazdálkodási megfontolások A villamos teljesítmény (P, kW) csökkentése Az üzemidő ( t, h ) csökkentése

A fojtásos és a megkerülő ágas szabályozás veszteségei: P ↓ - hajtás

A végponti szabályozással elérhető nyomáskülönbség csökkenés szemléltetése: P ↓ - hajtás

Üzemidő csökkentés lehetőségei t ↓- hajtás Fűtési menetrend optimalizálás Fölösleges hajtások kikapcsolása HMV keringetés éjszakai szüneteltetése

Beépített teljesítmény csökkentése: P↓ - világítás

Beépített teljesítmény csökkentése: P↓ - világítás Nagy fényhasznosítás Jó hatásfokú és megfelelő kivitelű lámpatestek Kis veszteségű előtétek alkalmazása Rendszeres és tervszerű karbantartás Belső terek felületi kialakításának lehetősége A természetes fény kedvező hasznosítása

Üzemidő csökkentés lehetőségei: t csökkentése - világítás „Rugalmas” kialakítás általános és a kiemelő helyi szintű világítás alkalmazása a lámpatestek kapcsolása, kézzel, fénykapcsolóval vagy mozgásérzékelővel, ill. programozottan a szükséges megvilágítási szint lépcsőzetes, illetve folyamatos üzemű, egyéni igényeknek megfelelő kézi szabályozása,

The Batıenerji Power Plant Energy Audit by Larry Good, CEM, CEA, BEP,CSDP October 2010

The Power Plant 45 MW combined cycle 2008: 6 x 5 MW gas turbine gensets 1 x 15 MW steam turbine genset 2008: Produced 364 GWh elec. energy Consumed 855 GWh nat. gas energy Efficiency = 42.6%

The Energy Audit 2009 Goal: Increase efficiency by 1%. Managed to find 0.8% possible improvement. Recommended 8 specific ECMs - Power production - Internal consumption Total predicted investment: 316,000 EUR Total predicted annual savings: 209,000 EUR Discount rate = 10% IRR = 66% All ECMs save more than they cost in life cycle.

Summary Table

Cooling Tower Pump VFDs Internal Load Cooling Tower Pump VFDs 3 x 110 kW running at constant full speed. Cube law

Internal Load Feedwater Pump VFDs Compressed Air Lighting Pump setpoints: 70 bar HP, 20 bar LP Need only 55 bar, 8 bar Compressed Air Lighting Lights always on: Occupancy sensors Photocells 7 air leaks 5 kW waste

Internal Load Waste Heat Recovery Wasted energy from GT oil cooler & required heating energy at BATIENERJİ 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 Jan. Feb. Mar. Apr. May Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec. Time (mo) Energy ( kWh) Wasted energy Available and useful energy O. Arslan 21 Apr 2009 Turbine bearings reject much more heat than control house needs. Use waste for space heat and DHW.

Power Production Steam Traps Insulation Very important wherever have steam system. Only 5 bad traps at Batıenerji Insulation 12 steam fittings 74 m of condensate pipe 18 duct flanges

Power Production HRSG Cleaning The Grand Prize!

Power Production HRSG Cleaning Years ago burned fuel oil for a short time. No maintenance ever done on HRSG. 3% power loss at steam turbine.

Power Production HRSG Cleaning This measure alone Reduces 1180 tons/yr of CO2 emissions (whole project: 1630 tons/yr) Saves 140,000 EUR/yr (whole project: 210,000 EUR) Feasibility: NPV = 834,000 EUR (whole project 1.7 M EUR) IRR = 69% SPB = 1.4 yr

Negyedére csökkentettük egy épület energiafelhasználását – a SOLANOVA projekt dr. Zsebik Albin – Czinege Zoltán – Csata Zsolt

Korábbi nemzetközi együttműködés Előzmények A nagyarányú iparosított technológiával épült lakóépület állomány Közép- és Kelet-Európában felújításra szorul A felújítást mind az épületszerkezeti, mind az épületgépészeti rendszerek igénylik Példák vannak elhamarkodott, – a költségek alacsony szinten tartását elsődleges szempontnak tekintő - felújításokra Korábbi nemzetközi együttműködés

Felújítási koncepciók Két ellentétes koncepció: Műszakilag optimális és hosszú távon fenn-tartható, a környezeti szempontokat is figyelembe vevő koncepció – komplex felújítás Pénzügyi korlátokhoz igazodó koncepció – fokozatos felújítás: hosszú távon jóval költségesebb

A projekt célja Optimális, energiatudatos épületfelújítási módszerek kidolgozása Optimális koncepció kialakítása a Németországi eredmények és tapasztalatok felhasználásával Panelépület ultra-alacsony energiafelhasználású vagy passzív épületté alakítása (15 - 45 kWh/m2) Napenergia hasznosítása melegvíz termelésre (és fűtésre) Szociológiai kutatások a lakók megelégedettségének és igényeinek vizsgálatára (komfort, egészség, anyagi és finanszírozási lehetőségek)

Az épület várható ill. tényleges hőfelhasználása

A felújított épület várható hőfelhasználása

A kiinduló állapot

Tető szigetelés Voila! We found the most space saving solution.

Szigetelés : korábban - most Thermography shows complete elimination of heat bridges by external wall insulation.

A korábbi és az megvalósított radiátor bekötés

Tervezett megoldások

2+1 üvegezésű ablakok árnyékolóval After first survey summer comfort turned out to be a very crucial problem. We wanted to avoid electrical air-conditioning under any circumstances with the help pf passive means.

Hővisszanyerős szellőztetés – 1. Balanced ventilation. Heat recovery more than 80%, super-efficient fans.

A napkollektorok elhelyezése 1. változat Megvalósult =>

SOLANOVA ház 2008. évi energiafogyasztása Figyelem a HMV/fűtés arányára

A fűtési hőfelhasználás havi bontásban

A fűtési hőfelhasználás a felújítást követő négy fűtési időszakban

Napenergia hasznosítás 2007-ben 546 [kWh/m2/év], 2008-ban 258 [kWh/m2/év]. 2009-ben 453 kWh/m2/év volt. A tervezett érték, hasznos felületre vetítve 686 kWh/m2/év volt

Az éves energiafelhasználás Együttes meg-takarítás % 2005/2006 fűtési idényt követő években rendre 1691 GJ, 1901 GJ, 1820 GJ és 1813 GJ volt, ami 78,7%, 88,4%, 84,6% és 84,3% fűtési megtakarítás Év 2006 2007 2008 2009 Fűtés, GJ/év 329,6 257 269 270 HMV, GJ/év 302,7 314 340 292 Összesen, GJ/év 632,3 571 609 562 Együttes meg-takarítás % 76 78 77 79

A visszahatás - a 10-es házszám, 2008. január 6.

A visszahatás – a 10-es házszám, 2008. július 7. Szellőztetés

Javaslatok a korszerűsítéshez Komplex felújítás Szigetelés vastagság: fal 16 cm, pincefödém 10 cm tető 30 cm . Kétcsöves - lehetőleg vízszintes elosztású - radiátoros fűtés szigetelt felszállókkal ill. összekötő vezetékekkel. Lakás ablakok: D és Ny: 2+1 üvegezés, árnyékolás, U = 1.1; É: 2-üvegezés, U = 1.4. Földszinti ablakok: U = 1.4. Lakásonkénti, legalább 82 %-os hő visszanyerővel ellátott szellőző berendezés. A fogyasztáshoz jól illesztett napenergiával történő HMV termelés.

Amivel számolnunk kell: Az panel technológiával kialakított távfűtött épületek ala-csony hőszükségletűvé történő átalakítása hatással lesz az ország energiagazdálkodására és a távfűtésre. A hatás egyrészt a hőszükséglet és hőfelhasználás csökke-nésén keresztül, másrészt a szekunderköri névleges hőmér-sékletek csökkenése által fog megnyilvánulni. Ha a felújítás napenergia hasznosításával is párosul, nyáron a használati melegvíz termelés nagy része napenergiával fog történni. A napenergiával történő HMV termelés a nyári kapcsolt hő- és villamos energia termelés gazdaságosságát fogja csökken-teni, ezért a két környezetkímélő energiatermelési forma egymás versenyképességét csökkenti

Amit eredményezhet: Szigetelő anyag, nyílászárók, szellőző berendezések, napkollektorok hazai gyártásának fellendítését. Az építő és szerelőipar fellendítését. Jelentős mértékű energiafelhasználás csökkenést. A napenergia hasznosítás növelését. A meglevő kapacitások kihasználásával a távhőszolgáltatás bővítését. A foglalkoztatás növelését.

Energetikai Felügyelő és Irányító (Információs) rendszerek (EFIR) Célja: A termelési költségek csökkentése az anyag és energiagazdálkodás hatékonyságának növelésével. Módja: Az energia termelő, szolgáltató és felhasználó rendszerek és alrendszereik on-line irányítása (vezérlés és szabályozás) mellett az üzemvitel rövid- és hosszútávú tervezése, az üzemviteli adatok gyűjtése, tárolása és rendszeres értékelése.

Az EFIR tevékenységének csoportosítása

Az EFIR eredményének területei: teljesítménygazdálkodás – lekötött max. és min. követése energiagazdálkodás – kedvező időben történő felhasználás. A teljesítménygazdálkodás célja: A csúcsteljesítményigény csökkentése és a szerződésben rögzített teljesítménytartás az üzemvitel tervezésével és a felügyelő rendszer segítségével. A teljesítménygazdálkodás módja: A felügyelő rendszer segítségével az üzemvitelt úgy irányítják, hogy az energiaigény a tervezett és lekötött teljesítmény alatt, a meghatározott tartományban maradjon.

Hol vannak az energetikusok? Tennivalók: A hatékony tüzelőanyag- és energiagazdálko-dáshoz több szinten, - kinek-kinek a maga helyén - kell hozzájárulni. Feladata van a gazdaságpolitika alakítóinak (törvény- és rendelet-alkotóknak) az energiatermelőknek és -szolgáltatóknak (közgazdászoknak, műszakiaknak) a fogyasztóknak Hol vannak az energetikusok?

A gazdaságpolitika alakítóinak – 1. Fel kell vállalniuk a vezetékes energiahordozók költség- illetve értékarányos árainak, valamint a reális lakossági és nagyüzemi árarányoknak a kialakítását. A jelenlegi helyzet a fogyasztásra, s nem a takarékoskodásra ösztönöz. A fogyasztókat megkülönböztetett módon terheli, és meggondolatlan - a hosszú távú érdekekkel ellentétes - beruházásokra ösztönzi.

A gazdaságpolitika alakítóinak – 2. Tanulni kell az elmúlt évek hibáiból, körültekintőbben, a szakmai vélemények nagyobb figyelembevételével kell eljárni a gazdasági környezet alakításában. Arra kell törekedni, hogy a hatályos jogszabályok stabilak legyenek, a hosszú távú tervezés alapjául szolgáljanak, ezért a törvény és rendeletalkotást megelőzően részletes hatástanulmányokat kell készíteni.

Az energiatermelőknek és -szolgáltatóknak Fel kell ismerniük, hogy az energiaszolgáltatásban résztvevő felek – termelő, szolgáltató és fogyasztó – kölcsönösen egymásra utaltak, csak az alrendszerek együttes korszerűsítésével valósítható meg az energiatakarékos és környezetkímélő szolgáltatás. A kölcsönös érdekek szem előtt tartásával szervezniük és segíteniük kell a fogyasztói rendszerek korszerűsítését. A biztonságos és folyamatos üzemvitel mellett, az energiahatékonysági technikák alkalmazásával a primér energiahordozók hatékonyabb felhasználására, a belső tartalékok feltárásával költségeik csökkentésére kell törekedni.

A hatékony energiagazdálkodás – érdek és kötelesség A fogyasztóknak Saját érdekükben kell megismerniük az energiafelhasználás csökkentését eredményező intézkedéseket, kezdeményezniük és támogatniuk kell azok megvalósítását. A hatékony energiagazdálkodás – érdek és kötelesség

Alacsony ár, Nagy támogatás, Kis érdekeltség, Kis teljesítmény. Magas ár, Kis támogatás, Nagy érdekeltség, Nagy teljesítmény. Forrás: Stróbl

A hatékony energiagazdálkodás – érdek és kötelesség Szem előtt kell tartanunk, hogy a halogatásnak ára van, és ez nemcsak kiadásainkat növeli, hanem a természet egyensúlyának megbomlásához is vezethet.

A energiahatékonyság növelésének lehetőségei Szem előtt kell tartanunk, hogy a halogatásnak ára van, és ez nemcsak kiadásainkat növeli, hanem a természet egyensúlyának megbomlásához is vezethet.

ÓVJUK MEG A TERMÉSZETBEN KIALAKULT EGYENSÚLYT ! A halogatásnak ára van ! Köszönjük a figyelmet ÓVJUK MEG A TERMÉSZETBEN KIALAKULT EGYENSÚLYT !