A megújuló energiák hatékony hasznosítása Dr. Büki Gergely ny. egyetemi tanár Energetikai Szakkollégium 2010. november 10

Megújuló energiák hasznosítása MTA tanulmány Készült az MTA Energiastratégiai Munkabizottság keretében Ősszeállította Büki Gergely Szerkesztette Lovas Rezső, a munkabizottság vezetője

Megújuló energiák hasznosítása MTA tanulmány sajtóbemutatója Lovas Rezső, Pálinkás József, Büki Gergely és Rudas János

Az energiaellátás rendszere

Végenergia- és primerenergia-felhasználás F végenergia-felhasználás (FEC – Final Energy Consumption): - fogyasztói csoportok - energiafajták G primerenergia-felhasználás (PES, TPES) – Primary Energy Supply) Energiaellátás hatásfoka h = F/G

Az energiafejlesztés fő célkitüzései Fogyasztói energiatakarékosság Energiatakarékos berendezések, magatartás Épületek, hőszigetelés, tanúsítás Energiahatékonyság növelése Hatásfok növelés, veszteség csökkentés Kapcsolt energiatermelés, hőszivattyúk Optimális energiastrutúra (energiamix) Hazai-import Környezeti hatások Medújuló energiaforrások

Megújuló energiák hasznosítása, PJ Európai Unió 27 Magyarország 1997 2008 Primerenergia-felhasználás 69 822 76 658 1088 1166 Napenergia Biomassza, hulladék Geotermikus energia Vízenergia Szélenergia 14 2446 162 1201 26 73 4297 243 1182 427 17,1 3,6 0,8 0,2 63,8 4,0 Megújulók összesen – primerenergia %-a 3849 5,37 6222 8.23 21.5 1,99 69,6 6,18

Megújuló energiák hasznosítása = stratégiai kérdés A megújulók 13%-os EU vállalása 2020-ig a meghatározó Ez fedezi a teljes igénynövekedést és képezi az új kapacitásnövekedést a következő évtizedben

EU-27 és Magyarország földgáz-felhasználása 1997 2008 Végenergia-felhasz, F PJ 46473 49083 655 715 – növekedése, 08/97 – 1 1,06 1,09 Földgáz, közvetlen felh. – közvetett (+villany, hő) % 22,0 22,3 41,3 36,1 + 5+7 48 Primerenergia-felhasz, G 69822 76658 1088 1166 1,10 1,07 Földgáz 21,3 24,6 38,4 42,2 – (import aránya) (%) (44,6) (62,0) (66,1) (82,3) Primerenerg. igényesség kJ/EUR 8576 7114 23911 16832 Energiaellátás hatásfoka, F/G 0,666 0,640 0,602 0,613

Földgázkíváltás és energiafelhasználás

Földgázkiváltás megújuló energiákkal (R = 0) Energiamérleg U U = F = G G Fajlagos földgázkiváltás (R = 0)

Földgázkiváltás megújuló energiákkal ( R ) Energiamérleg U U + (R G) = F = G G Fajlagos földgázkiváltás

EU-27 és Magyarország épület energiafelhasználása (40%) 1997 2008 Végenergia-felhasz., F PJ 46473 49083 655 715 Ipar % 30,1 27,2 23,6 19,7 Közlekedés 28,8 32,0 17,9 28,2 Háztartás, szolgáltatás, egyéb 41,1 40,8 58,5 52,1 – (csak háztartás) (%) (26,3) (25,4) (35,2) (32,7)

Épületek energiaellátása Épületek végenergia-igénye F = Qf + Qh + E  Q fogyasztói takarékosság: tanúsítás Épületek primerenergia-igénye G = Q gQ hatékonyság: hatásfok, kapcsolt és hőszivatyús termelés energiaszerkezet: megújuló energiák

Biomassza energetikai hasznosításának lehetőségei

Biomassza-felhasználás és a kimerűlőenergia-kiváltás

Mit termeljünk biomasszából: hőt vagy villamos energiát?   Hatásfok biomassza esetén U Hatásfok földgáz G Fajlagos földgáz- kiváltás  = U/G % Hőellátás, EU 0,86 0,90 95,5 Kapcsolt energiatermelés 70-100 Villamos energia – EU irányelv – fa- és szalmaerőmű 0,33 0,24-0,25 0,525 63 46-48

Biomassza célszerű hasznosítása Felhasználható biomassza, elsősorban melléktermékek (mezőg., erdészeti) Hulladékok Közvetlenül villamos energiát ne! Hőellátás egyedi fűtés: pelletkazán – drága tüzelő biomassza távfűtés – olcsó tüzelő távhő bázisán kapcsolt energiatermelés Biogáztermelés: kevés, de egyértelmű

Tájékoztató energiaárak, biomassza árak Földgáz ár: 3600 Ft/GJ Üzemanyag (gázolaj) ár: 7500 Ft/GJ Biomassza egyedi (pellet, brikett …) 2200 + 4% 7500 2500 Ft/GJ Biomassza központi (faapriték, szalma …) 800 + 2% 7500 950 Ft/GJ

Kisteljesítményű biomassza fűtőerőmű-egységek jellemzői Mennyiségi hatásfok m Kapcsolt energiaarány  Külső hevítésű motor, Stirling-motor 0,84 0,20 Vízgőz-fűtőerőmű, ellennyomású 0,24 Organic Rankine Cycle (ORC) blokk 0,27 Kalina-körfolyamatú fűtőerőmű 0,30

Földgáz és biomassza alapú kapcsolt hőtermelés

Biomassza távfűtés – biomassza fűtőerőmű (Q) Évi energiaköltség megtakarítás Q-ra 35756  Ft/kW,év

Biomassza-tüzelésű Stirling-motor

Biomassza termoolaj-kazán és ORC fűtőerőmű-egység

ORC fűtőerőmű-egység

Változó hőmérsékletű elgőzölögtetés (Kalina-körfolyamat)

ORC és Kalina-körfolyamat T-S diagramja

Biogáz-termelés

Trigeneráció: biomassza-erőmű + abszorpciós hűtőgép

Geotermikus energia/ földhő fogalommeghatározása A 2009/28/EK uniós irányelv meghatározása szerint: „légtermikus energia (aerothermal energy): hő formájában a környezeti levegőben tárolt energia, geotermikus energia (geothermal energy): a szilárd talaj felszíne alatt hő formában található energia, hidrotermikus energia (hydrothermal energy): a felszíni vizekben hő formájában tárolt energia”.

Földfelszín hőáramsűrűsége A Föld hőtartalma 100.1015 EJ, a világ évi energiafogyasztása 100 EJ. Hőáramsűrűség a világon 40 TW/510,2.106 km2=78,4 kW/km2 Magyarországon 9,3 GW/93030 km2=100 kW/km2 300 PJ/év (30%) 10 kW (családi ház)-hoz: 0,1 km2=10 ha

Geotermikus hőfokgradiens és hőmérséklet Átlagértéke: 30 °C/km Kedvező: 45-60 °C/km Extrém: 200-300 °C/km 500 m 35-40 °C 1000 m 55-60 °C 2000 m 100-110 °C >5000 m >200 °C

Geotermikus energia/földhő hőmérsékletszíntjei

Földhő energetikai hasznosításának lehetőségei

Hő- és villamos energia termálvízből

Mit termeljünk termálvízből: hőt vagy villamos energiát? hasznosítás hatásfoka A Hatásfok földgáz esetén fg Fajlagos földgáz-kiváltás  = A/fg Hőellátás 1 0,9 1,11 Villamos-energia-termelés 0,1 0,525 0,19

A földhő célszerű hasznosítása Villamosenergia-termelést ne tervezzük – ez még kutatási feladat Két főirány: A termálvíz közvetlen hőhasznosítása – vitathatatlan a balneológiai és turisztikai szempontok elsőbbsége mellett A földhő (talaj, felszíni víz és levegő) hőszivattyúzása

Geotermikus villamosenergia-termelés (víz kigőzölögtetés)

Geotermikus villamosenergia-termelés (ORC)

Geotermikus villamosenergia-termelés (Kalina-körfolyamat)

Nagymélységű hőkihozatal (EGS rendszer)

Termálvíz komplex, kaszkád hasznosítása

Termálvizes magas és alacsony hőmérsékletű távfűtés

Magas és alacsony hőmérsékletű távfűtés és hőszivattyúzás

Termálvizes közvetlen fűtés és hőszivattyús utófűtés

Termálvíz utóhűtése hőszivattyúval

A hőszivattyú rendszerstruktúrája

Szakmakultúra és a magyar nyelv Fűtési (teljesítmény)tényező (Évi) átlagos fűtési tényező Nem vagy-vagy, Angol, nemzetközi Coefficient of Performance Seasonal Performance Factor SPF = Q / E hanem is-is!

Talajhő zárt hőszivattyúzása: földkollektor és földszonda a)b)EHS EHS Q Te Tv TA1 TA2 QA QAa)b)EHS

Talajvíz hőszivattyúzása: kétkutas és egykutas rendszer

Levegő/levegő és levegő/víz hőszivattyúk

Felszíni vizek hőszivattyúzása: tó és folyó esetén

Gázmotoros hőszivattyú

Külső hőmérséklet – környezeti hő

Kűlső hőmérséklet – fűtési hő

Hőszivattyúzás energia- és költségfelhasználása

Hőszivattyús hőtermelés földhő- és villamosenergia-felhasználása

A földhő hőszivattyús hasznosításának hatásfoka

Földhő-hőszivattyúzás fejlődése 1995 2010 2010/ Geotermikus hőellátás TJ 96 699 329 029 (100%) 3,4 Hőszivattyús hőellátás 14 617 214 782 (65,3%) 14,7 Nem hőszivattyús hőellátás 82 082 114 257 (34,7%) 1,4 IV. World Geothermal Congress, Tóth A., 2010

Napenergia-hasznosítás Részaránya jelenleg a legkisebb! Napkollektorok: használati melegvíz-termelés - felzárkozás Épitészeti (passzív) hasznosítás: hőigények csökkenése Napelemek: autonóm villamosenergia-ellátás – kutatás-fejlesztés

Szélenergia-hasznosítás Dinamikusan fejlődik (a tengerparton!) Felülvizsgálat szükséges: hazai szélviszonyok - gazdaságosság hazai érdekek: gyártás, munkahely támogatás: ki kit támogasson? Feltételek, pl. szivattyús tározós erőmű

Vízenergia-hasznosítás Gyakran kihagyják – de nem szabadna kihagyni! Bős-Nagymaros trauma, tervezési hibák: határfolyón oldalcsatornás erőmű – ez nem korrigálható csúcsrajáratás – javítható Vízerőművek a Dunán (150 +170 MW), Tiszán stb. Szivattyús tározós vízerőmű

Megújulók - összegzés 2010, bázis 2020-re javasolt Q PJ E MWh G – villamosenergia-termelés 1800 18,4 1500-1800 15-18 – egyedi fűtés (pellet) 28,6 33,6 20-30 24-35 – távhő, kapcsolt villany 800-1200 28-41 – biogáz 0,85 85 1,8 6-8 600-800 10-14 – hulladék-tüzelés 0,7 110 1,95 1-2 100-200 2-4 Biomassza összesen 30,15 1995 55,75 47-70 3000-4000 79-112 – közvetlen hőellátás 4,5 9-10 – hőszivattyús hőtermelés 5-8 8-11 Földhő összesen 14-18 17-21 Napenergia, napkollektor 0,25 Szélenergia 450 1,6 800-1600 6-12 Vízenergia 215 0,8 250-3000 2-22 Termelt végenergia összesen 34,9 2660 62-90 4050-8600 44,5 76-121

Megújuló program: állami feladatok Stratégiai vizsgálatok, irányok, stratégiai döntések Gazdasági, társadalmi hatások munkahelyteremtés hazai gyártás (biomassza-fűtőmű/erőmű, HSZ) hazai vállalkozók helyzetbehozása vidékfejlesztés Támogatás alapja az energiamegtakarítás érdekeltek a hőfogyasztók a létesítést kell támogatni

Értelmiségi felelősség Egy gondolat: Értelmiségi felelősség = összefogás + építés!

Köszönöm a megtisztelő figyelmet! bukibt@t-online.hu