Készült: 2014 A megújuló energiaforrásokról általában, a Föld energia fogyasztásának szerkezete, fosszilis és megújuló energiaforrások Készítette: Hunyadi Sándor Energiagazdálkodási szakmérnök, CEM Természetvédelmi mérnök MSc MMK szakmai továbbképzés törzsanyag

A képzés célja A szakmai továbbképzés műszaki tartalmú továbbképzés. Célja a szakterületen megjelenő új, korszerű mérnöki - szakmai ismeretek (új tervezési módszerek, eszközök, számítási metódusok; új anyagok, berendezések, technológiák; K+F+I eredmények, fejlődési trendek, stb.) megismertetése a szakmagyakorlókkal. Forrás: 266/2013. (VII. 11.) Korm. rendelet

Energia forrásaink - lehetőségeink

Energia felhasználásunk változása

Egy kis ismétlés az adatok miatt SI Prefixumokból: 102 = 100 = hekto (h) 103 =1 000 = kilo (k) 106 =1 000 000 = mega (M) 109 =1 000 000 000 = giga (G) 1012 =1 000 000 000 000 = tera (T) 1015 =1 000 000 000 000 000 = peta (P) 1018 =1 000 000 000 000 000 000 = exa (E) Mértékegységek átszámítása 1 kWh = 3600 kJ= 3,6 MJ fordítva 1 MJ=0,2778 kWh 1 toe (tonna olaj egyenérték - megállapodás szerint) 1 toe = 11 668 kWh = 42 GJ = 42 000 MJ = 107 kcal 1 cal = 4,1868 J fordítva 1 J = 0,2389 cal 1 Joule = 0,2389 cal és 1[J] = 1[VAs]=1[Ws]=1 [Nm]

Egy kis ismétlés az adatok miatt Teljesítmény – P [W], de pl.: [kW], [J/s] egységnyi idő alatt végzett munka: P=W/t Teljesítmény (P)[W]=Munka(W)[J] / idő(t)[s] Általánosan: P=ΔE/Δt P = Energia változás/egységnyi idő alatt Energia – E [J], de pl.: [Ws], [Wh], [kWh] a teljesítmény és az idő szorzata: E=P*t Energia(E)[J]=teljesítmény(P)[W]*idő(t)[s]

Energia felhasználásunk a világban 1 toe = 42 GJ, 1 Mtoe = 42 PJ, azaz 12 000 Mtoe = 504 000 PJ = 504 EJ

Energia felhasználásunk a világban Mtoe-ben (2012 összesen: 12 477 Mtoe)

Energia felhasználásunk „fejenként” Ez alapján Magyarország (kb.10x106 fő), azaz 10x106 fő x 80x109J (80GJ) = 800 PJ lenne, a valóságban kb. 1000 PJ

Energia felhasználásunk „itthon” 1 Mtoe = 42 PJ, azaz 21,9 Mtoe = 920 PJ (Világ energia felh. 2 ezreléke)

Energia felhasználásunk „itthon” (2012 összesen: 21,90 Mtoe)

Megújuló energia fogalma: A megújuló energiaforrások a természetes energiaforrásoknak azon csoportja, amelyek gazdaságilag értékelhető időn belül természetes úton megújulnak, újratermelődnek. (ZSEBIK, 2005) Célkitűzések: EU-27: 20% Magyarország: 16,6% megújuló részarány a primer energia felhasználásban

MEHCST: Magyarország Megújuló Energia Hasznosítás Cselekvési Terve 2010-2020 2020 évre: Csökkentve: 14,65% lesz a teljes bruttó hazai energia fogyasztásból a megújuló energia részarány Célkitűzések területenként: Fűtés és hűtés: 18,9% Villamos energia: 10,9% Közlekedés: 10,0%

Megújuló energia használata: Alkalmazásának szükségszerűsége Az egyre növekvő energia igények miatt Véges fosszilis energia források Környezetünk védelme (CO2 kibocsátás) Alternatív energiaforrás (ellátásbiztonság) Alkalmazásának módjai Centralizált, decentralizált, lokális (szigetüzem) Alkalmazásának korlátai Használatuk helyi adottság függő Kis energia sűrűség Rendelkezésre állás időben, teljesítményben Rendszerbe illeszthetőségük, korlátaik

Megújuló energiák forrása: Geotermikus: A Föld mélyében zajló radioaktív folyamatokból eredő hőtermelődés geotermális és geotermikus (pl.: termálvíz, talaj hőszivattyúk) Gravitációs, a Föld-Hold kölcsönhatása alapján (árapály erőművek) A többi megújuló energiaforrás végső soron a Nap fúziós energiájából ered, a Föld felszínét érő napsugárzás, vagy az okozta változások hatására (az összes biomassza, biogáz, bio-hajtóanyag, szélenergia, tengeri áramlás erőmű, napelem, napkollektor, passzív alkalmazások, levegő hőszivattyúk, stb.)

Geotermikus energia Magyarországi potenciál: 9,3 GW ~ 300 PJ/év (90-100 kW/km2 azaz 90-100 mW/m2 hőáramsűrűség) Geotermikus hőfok gradiens (Föld hőmérséklete adott mélységben: Földfelszín hőmérséklete plusz a mélység szorozva a gradienssel) Általában: 30oC/km, Magyarországon: 50oC/km http://www.kvvm.hu/szakmai/karmentes/kiadvanyok/fav/tvkm/tvkm02.htm Kockázata: - kis energiasűrűség (Magyarországon még jobb is, mint a világ átlag, ami 78,4 kW/km2) - Villamos energia termelés jelenleg100 oC kinyert hőmérséklet mellett gazdaságos

Megújuló energia fajták áttekintése: Geotermális energia (mert kitermelem): Termálvizek felhasználása (hűtés, fűtés, villamos energia, balneológia) Talaj kutas hőszivattyús megoldások „Hot Dry Rock” azaz HDR technológia: EGS rendszer fejlesztés alatt

Megújuló energia fajták áttekintése: Geotermikus energia (földhő hasznosítás): Talaj kollektoros, talaj szondás megoldások Szondák

Megújuló energia fajták áttekintése: Napenergia közvetlen hasznosítása Passzív hasznosítás Mezőgazdaság (szárítás, aszalás) Építészet (fűtés): Direkt rendszer Trombe fal Elkülönített naptér

Napenergia Magyarországon Magyarországi potenciál: 390 000 PJ/év (Majdnem négyszázszorosa az éves hazai energiafelhasználásnak – de ez csak elvi!) Fajlagos éves napsugárzási energia: 1160-1200kWh/m2 Hasznosítás lehetőségei: Hőenergia Villamos energia Naperőművek

Megújuló energia fajták áttekintése: Napenergia közvetett hasznosítása Aktív hasznosítása: Napkollektor (fűtés, meleg víz) Napelem (villamos energia) Naperőmű (hő és villamos energia) Áttételes hasznosítása: Szél-, víz- bioenergia

Megújuló energia fajták áttekintése: Napkollektor Elsődleges hasznosítása: Fűtés, fűtésrásegítés Használati meleg víz (HMV) Odafigyelni: Túlhevülés Fagyásvédelem Kivitelezési minőség Belső csőkígyó kialakítás Tárolókapacitás

Megújuló energia fajták áttekintése: Napelem Elsődleges hasznosítása: Villamosenergia termelés (DC) Kombinált kivitelben meleg víz is egyidejűleg Odafigyelni: Inverter (DC->AC) Csatlakozások Túlfeszültség és villámvédelem Teljesítmény csökkenés (névleges: kWpeak) Hőmérséklet emelkedésre Besugárzás szöge, hullámhossza Napelem életkora (~25 év 80%)

Napelemek Típusok: Monokristályos szilícium (Si) napelemek Polikristályos szilícium (Si) napelemek Amorf szilícium napelemek Gallium-Arzenid vegyület alapú napelemek Egyéb vegyület félvezető alapú napelemek Szerves festék alapú napelemek Hatásfok: Átlagosan 18% (5%-25%-ig) Elméleti határ az egy p-n átmenettel rendelkező napelemek esetében 33,7%

Legnagyobb napelem park – 70 MW Hol? : Kagosima Japán – Kyocera (http://global.kyocera.com/news/2013/1101_nnms.html) 290 000 db napelem modul (~240W/db) 314 hektár 2013.11.-től India 2208MW és épít egy 4000 MW-ost! 7 év múlva lesz kész… Rajasthan provinciában

Megújuló energia fajták áttekintése: Naperőmű Elsődleges hasznosítása: Villamosenergia termelés gőzturbinával Odafigyelni: Területfoglalás Élővilág védelem (vakítás, hő) Rendszeres portalanítás Időjárás és napszak függő, de hőtárolás van

Legnagyobb naperőmű – 392 MWe Hol? : Ivanpah - Kalifornia www.ivanpahsolar.com 3 db 137m-es torony 300 000 db 2x3m-es tükör 1600 hektár 2014. 02.-től

Telepített napelem arányok - 2013 Világ összesen telepített napelem teljesítménye: 138,9 GW Ebből az újonnan beállított napelem teljesítménye: 38,4 GW (Ez majdnem 30%-kal nőtt 2012-höz képest, ebből Kína: 11,8 GW, Japán 6,9 GW, USA 4,8 GW volt) Európa újonnan beállított napelem teljesítménye: 11 GW (2012-ben 17,7 GW volt, 2011-ben még 22,4 GW) Németország újonnan beállított napelem telj.: 3,3 GW Többi európai ország: UK (1.5 GW), Italy (1.4 GW), Romania (1.1 GW) and Greece (1.04 GW) Magyarország TELJES napelem teljesítménye: 12 MW (azaz 0,012 GW !) Forrás: European Photovoltaic Industry Association, EPIA

Megújuló energia fajták áttekintése: Mosonszolnok szélerőmű park (12x2MW – 9 milliárd Ft – 2007-ben indult) Szélenergia: Villamos energia (Lokális, villamos hálózatba termelés) Mechanikai munka (szivattyúzás, szélmalmok) Közlekedés (vitorlás hajók, hőlégballon, vitorlázó gép) Kockázat: hang, fény, jég, tájesztétika

Megújuló energia fajták áttekintése: Szélenergia Magyarországon: Összesen 330 MW üzemelhet 2010 júliusa óta nincs újabb kvóta! (Villamosenergia rendszer kiegyensúlyozás) Átlagos értékelhető teljesítmény: 20-22% Változékony szélirány és erősség Szélturbinák összteljesítménye szűkebb környezetünkben, az EU27-ben: 2009-ben: 74.767 GW, 2010-ben: 84.651 GW, míg 2011-ben már: 93.957 GW (offshore és onshore turbinák)

Megújuló energia fajták áttekintése: Hernád, Felsődobsza - 940 kW (Teljesítményének duplázása 100 év után: 2013 szeptemberében) Békésszentandrás 2013-ban indult - 2MW Vízenergia: Villamos energia (jellemzően villamos hálózatba termelés) Mechanikai munka (vízimalmok, fűrésztelep) Közlekedés (hajózás) Kockázat: hajózás, meder, élővilág

Megújuló energia fajták áttekintése: Bioenergia termelése és hasznosítása Energiatermelés a mezőgazdaságban (biomassza alapú energiahordozók) Bio hajtóanyagok Biogáz Tüzeléses hasznosítású energia-hordozók Bioalkohol Biodízel Mellék-termékek Célültetvények Gyümölcs termesztési Erdei Szántó földi Erdei, faipari Szőlészeti borászati Szántó-földi Élelmiszer ipari

Magyarországi biomassza potenciál Dendromassza (erdei, fás) (Tűzifa, Energiaerdő, Vágástéri hulladék, Elsődleges faipari hulladék) Egyéb növényi fő- és melléktermék (Gabonafélék és lágyszárú melléktermékek, termesztett lágyszárú, biohajtóanyag gyártás melléktermékei) Másodlagos biomasszák (Hígtrágya, állati hulladék és melléktermék, feldolgozási hulladékok) Harmadlagos biomasszák (Élelmiszeripari-, élelmezési hulladék, szennyvíziszap, kommunális biohulladék) Összesen: 350 millió tonna biomassza készlet

Biomassza hasznosítás Energetikai hasznosítás mellett más célra is használhatunk (Élelmezés, komposztálás, gyártás alapanyaga, stb.) Kizárólag energetikai célra – hasznosítás nélkül (Erdei és egyéb hulladékok) Energetikai hasznosításra termelnünk kell (Energia erdők, energia ültetvények) FONTOS: a teljes folyamat energiamérlege

Megújuló energia fajták áttekintése: Biomassza (hő- és villamos energia) Mezőgazdasági melléktermékek, hulladékok Erdőgazdálkodási és fafeldolgozási melléktermékek

Megújuló energia fajták áttekintése: Biogáz (kapcsolt hő- és villamos energia) (Másodlagos és harmadlagos biomasszák) Bio hajtóanyagok (közlekedés) Biodízel (Napraforgóból és repcéből) 7%-ig a gázolajba keverhető Bioetanol (Gabonafélékből, búzából, kukoricából) Felhasználható: fosszilis üzemanyag helyettesítésére (E85) vagy bekeverésére (max: 10%)

Megújuló energiák értékelése, illeszthetősége más rendszerekhez: Kapacitás Igény Rendelkezésre állás Tárolás (SZET - erőmű szivattyús energia tározós erőmű, biomassza, stb.) Szabályozhatóság Káros környezeti hatások CO2 kibocsátás mentesség? Életciklus elemzés Németország villamos teljesítmény térképe (!)

Köszönöm: figyelmüket, kérdéseiket, véleményüket! Hunyadi Sándor Energiagazdálkodási szakmérnök, CEM hunyadi.sandor@hunyadi.hu MMK szakmai továbbképzés törzsanyag