Dr. Aszódi Attila igazgató BME Nukleáris Technikai Intézet Az alternatív energiaforrások összehasonlítása a nukleáris erőművekkel Távlatok tudományos ülés Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila igazgató BME Nukleáris Technikai Intézet Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Dr. Aszódi Attila, BME NTI alter: lat egyik (a kettő közül), a másik; még egy. alternatív: ami vagylagosan két lehetőséget kínál „alternatív energiaforrás”: egy másik energiaforrás, mely a jelenleg alkalmazott energiaforrásokat helyettesíteni tudja Figyelembe véve a kőolaj (földgáz) árát, az üvegházhatású gázok kibocsátásának és hatásának mértékét, valamint a megújuló energiaforrások kihasználhatóságát, a jelenlegi megoldás alternatívája: … Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

…AZ ATOMENERGIA Hasonlítsuk össze az atomenergiát az atomenergiával? Helytelen szóhasználat! megújuló energiaforrások  alternatív energiaforrások Ne használjuk azt a terminológiát, amelyet a zöldek – hibásan, PR okokból – az emberek fejébe akarnak sulykolni! Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

A megújuló energiaforrás Definíció: A természetes környezetben folyamatos, illetve folyamatosan ismétlődő energiaáramok formájában jelen lévő energiaforrások Hasznosítása: A teljes áram egy részének mellékágakon történő kicsatolása, átalakítása, tárolása és felhasználása útján Megújuló elsődleges energiahordozók: A felhasználás mértéke nem haladja meg a megújulásét  csak a keletkezés ütemében aknázhatók ki. Jellemzőjük, hogy nem, vagy csak részben tárolódnak Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

A megújuló energiaforrások fajtái Víz, biomassza, szél, napenergia, Geotermikus Árapály, tengeri hullámzás (A geotermikus energia kivételével mind a Nap energiájának felhasználását jelentik.) Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Dr. Aszódi Attila, BME NTI Vízenergia Erőművek jellemzői Nagy mértékű változás a környezetben (természet, települések) Magas beruházásigények Alacsony üzemeltetési költség Időszakosság (hóolvadás, esőzések) Energia hasznosítás akár 90-95 %-os hatásfokkal függ: vízhozamtól a terület csapadékviszonyaitól hóolvadás lefolyásától hosszú távú ingadozások (!) domborzattól a folyóvíz kihasználtságától Itaipu: a világ legnagyobb vízerőműve a Paraná folyón (12900 MW), a brazil-paraguayi határon Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Dr. Aszódi Attila, BME NTI Vízenergia A világ potenciális vízenergia-készlete: ~ 300 EJ ebből műszakilag elméletileg hasznosítható: ~ 160 EJ gazdaságosan kihasználható: ~ 40 EJ Kiépített: Japánban mintegy 64% Nyugat-Európában 60% USA 50% A vízerőművek kiváló elemei a villamosenergia-rendszernek Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Dr. Aszódi Attila, BME NTI Vízenergia Magyarország Legmagasabb pont 1015 m (Kékes) Legalacsonyabb pont 75 m (Tiszasziget) A terület magasság szerinti eloszlása 200 m alatt: 84% 200-400 m: 14% 400 m fölött: 2% hazánk területének 56 % -át az Alföld foglalja el Nagy kiterjedésű sík terület Csapadék: 345 mm évente Ausztria Legmagasabb pont 3798 m (Grossglockner) Legalacsonyabb pont 115 m (Fertő tó) Átlagos magasság: 910 m (Mo.: ~200 m) 70 %-át az Alpok fedi Gleccserek Nagy esésű folyók Csapadék: 790 mm évente (Mo.: ~345 mm) Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Vízenergia - Magyarországon ... Szivattyús energiatároló Energia-túltermelés idején vizet szivattyúznak egy magasan fekvő víztározóba Szükség esetén turbinákon keresztül leeresztik 75-80 %-os hatásfok Feketevág (Szlovákia) 445 m magas 3,7 millió köbméter Magyarországon lehetséges: Prédikálószék 500 m magasság 1200 MW teljesítmény Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Szivattyús vízerőmű – egy szélsőséges példa Magyarország villamosenergia-fogyasztása Éves: 41,4 TWh (2003) Napi: 113 GWh = 408  1012 J Egy napi villamos energia tárolásához 8,16 millió köbméter vizet kell 500 m magasra felpumpálni (100%-os hatásfokkal számolva) Ez a Tisza-tó víztömegének a fele A feketevági erőmű vízkapacitásának 22-szerese, Energiatároló-kapacitásának 25-szöröse 25 napi villamos energia tárolásához az egész Balatont kellene 500 m magasra feljuttatni Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Dr. Aszódi Attila, BME NTI Biomassza Energetikai célú felhasználás: közvetlen eltüzelés pirolízis (elgázosítás) sajtolás (brikett, pellet, olaj) fermentálás (erjesztés - alkohol, biogáz) Leggyakoribb a közvetlen hőtermelés Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Biomassza-szén párharc Svédországban Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Dr. Aszódi Attila, BME NTI Szélenergia A levegőmozgás jellemzői nem állandósul befolyásolja: légkör stabilitása földfelszín (műtárgyak, domborzat, növényzet) lokális jelenségek a szélsebesség talaj feletti változása Gazdasági megfontolások: ott célszerű kiaknázni a szélenergiát, ahol az éves átlagsebesség a talajszint felett 10 m-rel meghaladja a 4 m/s-ot Budapest: 1,8 m/s Debrecen: 2,5 m/s Magyaróvár: 4,9 m/s Szélmotorok elméleti maximális hatásfoka: 60% gyakorlatban maximum 45-50% Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Dr. Aszódi Attila, BME NTI Példa: Németország, 2003 Németország világelső szélenergia-hasznosításban 2003 végén 14 350 MW beépített szélerőművi kapacitás (Paks: 1860 MW, arány 7,7:1), 2004-ben ~17 000 MW 18,6 TWh termelt elektromos energia, ez a német áramigény 4 %-a (paksi átlagos termelés 14 TWh/év, arány 1,33:1; arányok aránya 5,8) Az üzemeltetők 9 eurocent / kWh áron tudták értékesíteni a „széláramot”, az „atomáram” ~3 eurocent / kWh Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Szélerőművek terjedése Telepített szélerőművi kapacitás Németországban, 1990-2003 Telepített szélerőművi kapacitás Németországban, előrejelzés 2010-re Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Dr. Aszódi Attila, BME NTI Nehézségek 2003-ban a német szélerőművek kihasználtsága 16% volt Az E.ON területén 2003 folyamán a maximális szélenergia-betáplálás 80%-a volt a beépített teljesítménynek Az átlagos betáplálás 16,4%-át tette ki az átlagos kapacitásnak, az év több mint felében a kapacitás 11%-át sem érte el A szélerőművek mögé a kapacitás 80%-ának megfelelő tartalék (hagyományos, tipikusan fosszilis) kapacitást kell biztosítani a termelés ingadozása miatt – 2003-ban az E.ON-nak 100 millio Euro többlet költség emiatt Pontatlan a szélerősség előrejelzése, így rossz a termelt energia és a villamos rendszer tervezhetősége Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Probléma: alacsony kihasználtság Az erősen változó szélerősség miatt erősen ingadozik a termelés is (az E.ON területén a napi hálózati csúcsterhelésnek 0-30%-a) Néhány óra alatt több ezer MW-os termelés-ingadozások is lehetnek (példa: 2003. 11.19. – 3640 MW csökkenés 6 óra alatt, azaz 10 MW/perc) Szélerőművek termelésének aránya a napi csúcsterhelésben Szélerőművek termelésének aránya a napi csúcsterhelésben Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Probléma: pont amikor kellene… A nagy nyári hőség (nagy légkondicionálási igény) és a tartós téli hideg (nagy fűtési igény) közös jellemzője a stabil nagynyomású időjárási rendszerek jelenléte. Ilyenkor általában nem fúj a szél… Szélerőművi részesedés a 2003-as nyári hőhullám alatt Szélerőművi részesedés egy téli hétköznapon Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Probléma: előrejelzés A hálózati frekvencia tartásához minél pontosabb termelési és terhelési (fogyasztási) előrejelzés kell A szélerőművi termelés előrejelzése a szélerősség- előrejelzés pontatlansága miatt nagyon rossz, igen pontatlan (2003-ban a rekord 300-400 MW eltérés mindkét irányba) A villamosenergia-igény előrejelzése pontos, a termelésé nem Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Dr. Aszódi Attila, BME NTI Hálózat-fejlesztés Németország szeles részein a villamos hálózat terhelése elérte határait: pl. Schleswig-Holsteinben nagyobb szélerőművi termelés lenne lehetséges, mint amennyit el tudnak szállítani az ottani távvezetékek Ok: a hagyományos erőműveket a fogyasztókhoz közel telepítették, a szélerőműveket azonban oda, ahol szél van Elektromos hálózat kiépítése szükséges a „szeles” környékeken A hálózatépítés költségeit is be kell tervezni a szélerőműpark bővítésekor, ami tovább növeli a villamosenergia-rendszer költségeit Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Szélkerék projektek régiónkban A nyugat-európai szélkerék gyártók jól megerősödtek a német és osztrák zöld kormányok alatt. Magyarországon csak néhány helyszín van, ahol a széljárás kielégítő a szélkerék építés szempontjából. Szélerőművi projektek nem rentábilisak a beruházások állami támogatása és a magas garantált átvételi áramár nélkül. A szélkerék gyártók erős lobbizással az új EU tagállamok költségvetéséből is megkísérlik a drága beruházások finanszírozását. Ezek a projektek energetikailag értelmetlenek és drágák. A német 9 eurocent/kWh széláram-ár nagy berendezés számra vonatkozik  ez jelentősen már nem csökkenthető. A fogyasztói villamosenergia-ár jelentősen nőne magas rendszerszintű szélerőművi arány esetén, és a rendszer szabályozhatóságának biztosítása (ha egyáltalán lehetséges) tovább növelné a költségeket. Magas szélerőművi arány esetén a rendszer villamosenergia-tárolás nélkül gyakorlatilag szabályozhatatlan lenne (tározós vízerőmű). Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Szélenergia 2002. április 4. A szélkerekek működése ki van szolgáltatva a széljárás szeszélyének (ha nem fúj a szél, nem működik) Kihasználtsága maximum 25-30 % Hány szélkerék kell a Paksi Atomerőmű kiváltásához? Kulcsi szélerőmű 65 m magas torony 44 m átmérőjű, háromtollú szélkerék 600 kW névleges teljesítmény 25-30 %-os telj. kihasználási tényező Paksi Atomerőmű 4  460 MW teljesítmény 85 %-os telj. kihasználási tényező 8700..10500 ilyen szélkerék kellene (minden 3 km oldalú négyzet közepére egy) Gondoskodni kell az energia tárolásáról a szélcsendes órákra Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Dr. Aszódi Attila, BME NTI Napenergia A legnagyobb jelentőségű megújuló energiaforrás A földfelszínre jutó átlagos teljesítmény: 1,35 kW/m2 A Földre jutó napenergia 1 ‰-énél többet nem lehet energetikai célokra elvonni anélkül, hogy ökológiai zavarokat ne okoznánk Alkalmazások: mezőgazdaság (fotoszintézis) melegházhatás kihasználása gyorsan növő növényi tüzelőanyagok termesztése: energiaültetvények  biomassza hő „begyűjtése” Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Dr. Aszódi Attila, BME NTI Napenergia Hátrányok: a napsugárzás változékony és szakaszos jellege  energiatárolásra van szükség kis energiasűrűség a felhasználástól és az energiaátalakítástól függően 1 kW-hoz 10-50 m2 szükséges  1 GW: 10-50 km2 ! másra nem alkalmazható területekre ott lehet versenyképes, ahol nagy a napos órák száma, és nagy az intenzitás beeső évi átlagos sugárzási energia: Magyarország: 1168-1305 kWh/ m2 Afrika: 2250-2500 kWh/ m2 Ausztráliában a maximum: 2500 kWh/ m2 Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Dr. Aszódi Attila, BME NTI Napenergia Napkollektor: használati melegvíz előállítása Jó kiegészítés a gázzal vagy az árammal előállított melegvíz mellett Villamos energia előállítására gyakorlatilag nem alkalmas Fotovoltaikus cellák: napenergia közvetlen árammá alakítása Űrtechnika Kis méretű alkalmazások ellátása (karóra, kisegítő világítás, parkolóóra, kommunikáció biztosítása a villamos hálózattól távoli helyeken) Az áram akkumulátoros tárolásában nagyon környezetszennyező anyagokat alkalmaznak! A nap- és szélenergia fejlődéséhez a költségek csökkenése mellett forradalmi energiatárolási megoldásra lenne szükség! Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Dr. Aszódi Attila, BME NTI Geotermikus energia Óriási mennyiségű hő a bolygóban radioaktív bomlás! földfelszínnél: 3 °C/100 m Nagy geotermikus potenciál, de: csak véges számú helyen lehet megcsapolni reálisan megközelíthető mélységben a hő viszonylag alacsony hőmérsékleten van jelen  10-15%-os hatásfok Lokálisan: vulkanikus övezetekben: gőzdómok, forrásvizek Magyarország: az ország területének 70%-án a geotermikus gradiens kétszerese az átlagosnak Rudas fürdő Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Geotermikus energia Termálvizek hasznosítása Mesterséges források balneológia forró termálvíz/termálgőz energetikai hasznosítása Mesterséges források Hot-Dry-Rock eljárás kísérleti erőművek: pl. Los Alamos mellett (5 MW) Brandenburg (5 MW) Hasznosíthatóság termálvizek lokálisan alkalmazhatók kiaknázás fokozza a kimerülés veszélyét (a legtöbb geotermikus erőműben fokozatosan csökken a gőznyomás) a megvalósított erőművek 70%-át száraz gőz táplálja Villamos energia termelésénél a kulcsszó: GŐZ!! Takigami - termálgőz hasznosítás Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

A különböző energiatermelési módok szén-dioxid kibocsátása Az üvegházhatás, kockázatok A különböző energiatermelési módok szén-dioxid kibocsátása Kockázatok Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Energiahordozók vizsgáznak Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Dr. Aszódi Attila, BME NTI Mi lehet a jövő? Atomenergia és megújuló (nem alternatív) energiaforrások Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI