Megújuló energiaforrások Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Dr. Ősz János Megújuló energiaforrások Energetikai mérnök BSc Energetikai mérnök szak Gépészmérnök BSc

Kurzus Energetikai BSc hőenergetika szakirány (kötelező, 6. szemeszter, 2ea+1labor, évközi jegy), Energetikai mérnök (kötelező, 8. szemeszter, 2ea+1gy, vizsgajegy), Gépészmérnök BSc (választható, 2ea, évközi jegy).

Előadások Időpont Témakör Előadó febr. 14. Bevezetés Dr. Ősz János 21. Vízerőművek Dr. Kullmann L. 28. márc. 6. 13. Szélerőművek Balogh Antal 20. 27. Napenergia-hasznosítás Dr. Bitai András ápr. 3. 10. Biomassza-hasznosítás Dr. Ősz János, Kaszás Csilla 17. 24. máj. 8. Földhő-hasznosítás 15. Irásbeli beszámoló

Labor+gyakorlat Időpont Témakör Előadó febr. 22. Vízerőművek Dr. Kullmann László márc. 7. márc. 21. Szélerőművek Balogh Antal ápr. 4. Napenergia-hasznosítás Dr. Bitai András ápr. 18. Biomassza-hasznosítás Dr. Ősz János, Kaszás Csilla máj. 9.

Energiahordozók Primer ≡ tüzelőanyagok: (fosszilis és fisszilis). Megújuló energiaforrások: napsugárzás, szél, víz, árapály, földhő (geotermikus), biomassza (köztük az emberi tevékenység hulladékai) → megújuló tüzelőanyagok. Szekunder: villamos energia, hő, üzemanyagok (bio-alkohol, bio-dízel).

Az energiatermelés folyamata megújuló energiaforrásból hő villamos energia Energiaátalakító berendezés természeti energiaforrás

Energiatermelés megújuló energiaforrásokból Villamosenergia-termelés: víz, (tengeri energiák: árapály, áramlások, hullámzás), szél, nap, (geotermikus), megújuló tüzelőanyagok (biomassza, beleértve a hulladékokat is). Hőtermelés: földhő (geotermikus), megújuló tüzelőanyagok. Üzemanyag: biomassza (termesztett).

Múlt Izomerő mellett vízerő-hasznosítás (malmok), szélerő-hasznosítás (malmok), geotermikus (fűtés, melegvíz), megújuló tüzelőanyagok (hő). A múltban is voltak energiaválságok, energiahordozó-hiányok, de lokálisan (később elnéptelenedett területek).

Jelen A megújuló energiaforrások hasznosításának szükségessége → a fenntartható fejlődés feltételeinek biztosítása. Fenntartható fejlődés: energiahordozó-készletek végessége, gazdasági-társadalmi különbségek (népesség növekedése, új nagyfogyasztó országok megjelenése), energetikai ellátásbiztonság (készletek-nagyfogyasztó országok), kibocsátások (CO2) és azok hatásai. A technikai fejlődés kétarcú, pozitív és negatív hatások, a fejlődés egyik mozgatóereje, csak régebben időben és térben korlátozott hatások, míg ma a hatások és a veszélyek globálisak.

Primerenergia-megtakarítás lehetőségei

Az EU és hazánk importfüggése EU-országok: már ma is nagy (olaj: kb. 50 %, földgáz: kb. 40 %). Ha nem történik változás, akkor az importfüggés továbbnő (2030-ig olaj: kb. 80 %, földgáz: kb. 70 %). A bővítéssel a helyzet nem változott, sőt romlott. Magyarország: csökkenő hazai primerenergia készletek → egyirányú importfüggőség (1993: 54 %, azóta nő, jelenleg kb. 65 %, 2030 kb. 80%). Nagy gond, mert alig vannak saját eszközeink a helyzet megváltoztatására. Az importfüggőség csökkentésének egyik lehetősége a megújuló energiaforrások hasznosítása. Másik lehetőség az energiahatékonyság javítása, az energiafelhasználás csökkentése.

Hasznosítási célok és korlátok Az IEA becslése szerint a megújulók részaránya a világ primerenergia-felhasználásában a jelenlegi 18 %-ról 2050-re is csak 30-40 %-ot fog kitenni (főleg vízenergia és biomassza). Ugyanakkor a legszegényebb térségekben a gazdasági fejlődés együtt jár a biomassza-tüzelésről a fosszilis energiahordozókra való áttéréssel. EU a jelenlegi 6 %-ról 2010-re 12 %-ra kívánja növelni (Mo: 3,6 %-ról 7,2 %-ra) → 2020-ra 20 %. A lassú terjedést az magyarázza, hogy egyelőre gazdaságilag kevésbé versenyképesek, mert kicsi a teljesítmény- és energiasűrűségük → decentralizált energiatermelés.

Primerenergiahordozó-ellátottság [WEC]

Hasznosítási célok és korlátok Nagy létesítési költségek, ill. – a biomassza kivételével – minimális (közel zérus) üzemköltség → jelenleg támogatott (villamos energia) árak. A versenyképességet tovább csökkenti a megújuló energiaforrások időszakos rendelkezésre állása: nap: éjszaka, felhős idő; szél: szélcsend, erős szél, szélsebesség szeszélyes ingadozása; vízhozam: vízgyűjtő terület csapadékviszonyai, de jégzajlás, árvíz, aszály. Az erőmű villamos teljesítményének bizonytalan rendelkezésre állása miatt vagy tárolni kell az energiát (víztározó), vagy fosszilis energiahordozókra támaszkodó, tartalék erőművel kell biztosítani az energiaellátás folytonosságát. Mindkét megoldás többletköltséget jelent.

Erőműtípusok

Erőművek Decentralizált, kisteljesítményű erőművek (vízerőművek egy részének kivételével) + hálózat, irányítástechnika fejlesztés. Illeszkedés a VER üzemviteléhez: P(t)fogyasztók=P(t)erőművek-P(t)veszteség. Időjárásfüggő erőművek → szivattyús tározós erőmű. Vezetékhálózat- és irányítástechnika-fejlesztési feladatok. Beépített és rendelkezésre álló teljesítmény. Nemzetközi és részben hazai tudás rendelkezésre áll, a tudás, gépek átvétele.

Megújuló tüzelőanyagok: hőforrások Központi fűtés (távhőellátás) → távvezeték-hálózat (fogyasztói hőközpontok), radiátorok. Megújuló tüzelőanyag szállítása: Qüzemanyag < 1/2Qtüzelőhő. Termesztés + szállítás + tárolás logisztikája ↔ hőigény illeszkedése. A tárolás alatt a megújuló tüzelőanyag minőségének „romlása”. Kényszerek: 1 (2,5) millió ha kivonása az élelmiszer-előállításból, deponálandó hulladék térfogatának legalább harmadára csökkentése, földgáz-felhasználás csökkentése.

Üzemanyagok Motorátalakítás nélkül tüzelőanyag-keverék, kis részarányban üzemanyaggal (mindenhol!): biodízel, alkohol max. 3-4 % részarány az üzemanyagban (Brazília: átalakított motor 25% metanol + 75% benzin), 5 % felett motorátalakítás. MOL: kb 130.000 l/év (2 %) alkohol + benzin és kb. 130.000 l/év (2-3%) biodízel + dízel gázolaj. Termesztett növény → üzemanyag-gyártás (jelentős hő- és villamosenergia-igénnyel).

Várható elterjedés A fosszilis tüzelőanyagok árának várható növekedése, ellátásbiztonsági problémák megjelenése („Környezet, szűkösség, erőszak”). Fosszilis tüzelőanyagok egy részének kiváltása (hazánkban a földgáz részarányának csökkentése) + megújuló tüzelőanyagokból kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés → eszköz CO2-adó (25-35 EUR/t CO2). A megújuló energiaforrásokból előállított villamos energia kötelező átvétele, 2011-től versenyáron (2010-ig támogatott átvételi áron) → zöldbizonyítványok. És a hő? Ezek teret nyithatnak a hazai elterjedésnek.

Beruházási költség Vízerőmű: 2500-3500 EUR/kWe, Szélerőmű-park: 1500 EUR/kWe, Naperőmű: 8000-10000 EUR/kWe, GM-os biomassza kiserőmű (500-1000 kWe): 4000 EUR/kWe + ültetvény Biomassza gőzerőmű: 1500-3000 EUR/kWe + ültetvény, Geotermikus erőmű: 2000-3000 EUR/kWe. + Hálózat- és tartalék erőmű fejlesztés?

Jövő? Hidrogén? (2H2+O2=2H2O) Közvetlen villamosenergia-termelés napenergiából? Magfúzió: „szabályozott nap” 2H(D)+ 2H(D)+=4He További CO2-mentes technológiák?