Energia-termelési módok környezeti hatásai Részletek konferencia előadásokból és tanulmányból: Gács Iván: Energia-termelési módok környezeti hatásai. Paks, április 8. Dr. Gács Iván, Bihari Péter: Gázmotorok levegőkörnyezeti hatása. MicroCAD konferencia, Miskolci Egyetem március 6. Klímaváltozás: az energetika szerepe (tények, mítoszok, kételyek és kilátások). ETE, Bp december 8. Az új magyar energiapolitika tézisei a közötti időszakra. 9. fejezet

2/35 Gázmotor és levegőminőség Egy példa gázmotoros fűtőműre (12 MW e ) A gázmotoros fűtőmű levegőkörnyezeti hatása terjedésszámítás alapján (MSz) A modell bizonytalanságai és annak következményei Megoldási lehetőségek

3/35 A gázmotoros fűtőmű jellemzői Villamos teljesítmény: 4 db 3 MW-os Kipufogógáz motoronként m 3 /h = 4 m 3 /s, 120 o C, 9% O 2 NO x kibocsátás: 500 mg/m 3, (normál állapot, 5% O 2 )  1.5 g/s motoronként Hőkibocsátás: 625 kW motoronként Kémény: 4 db, 15 m magas

4/35 Környezet jellemzői Sík terület, városi környezet Beépítési magasság 15 m (max. 5 szint) Legközelebbi épület távolsága 100…500 m Az ellenőrzést a legközelebbi épületek legfelső szintjére kell elvégezni!

5/35 Kritikus szennyezőanyag Kritikus szennyezőanyag: nitrogénoxid Megengedett rövididejű koncentráció határérték: 200  g/m 3 (14/2001. (V. 9.) KöM-EüM-FVM együttes rendelet) Alapterhelés: általában 20…50  g/m 3 Okozható maximális koncentráció: 150…180  g/m 3

6/35 Számított immisszió (z = 15 m) s/u [m/s]

7/35 A számítás bizonytalanságai és annak következményei Modellbizonytalanság Effektív forrásmagasság számítása A füstfáklya emelkedő szakasza

8/35 Modellbizonytalanság A modell magas (!) pontforrásokból kibocsátott szennyezők terjedésének számítására alkalmas magas = a geometriai forrásmagasság eléri vagy meghaladja a környezeti elemek (domborzat, beépítettség) magasságának szeresét (érdesség vagy akadály) az eltérésnek még az előjelét sem lehet a matematikai modell alapján megítélni

9/35 Effektív forrásmagasság számítása Szabvány szerint: CONCAWE Kis teljesítménynél mások lehetnek pontosak Példák: (Q h =625 kW, u=3 m/s, d=0.8 m) Modell (nagy kémények) H, mModell (kis kémények) H, m CONCAWE43Holland7.2 USA EPA24Stümke1515 egysz. Briggs65Moses és Carlson2121 Következmény: az effektív forrásmagasság valószínűleg kisebb!!

10/35 Holland formulával számolva

11/35 Füstfáklya emelkedő szakasza füstfáklya számított tengelye füstfáklya valódi tengelye (kb. 10 * Δh)

12/35 Megoldási lehetőségek Számítás különböző – reálisnak elfogadott – járulékos kéménymagasság formulákkal, a közepes értékek tekinthetők valószínűbbnek Kémények összevonása nagyobb hőkibocsátás  nagyobb füstfáklya magasság Magasabb kémény nem terheli a járulékos kéménymagasság formulák és az emelkedő szakasz miatti bizonytalanság

13/35 Formula és kéményszám hatása Jelölés: formula és kémény darabszám (h = 15 m, s = 6, u = 3 m/s)

14/35 Kéménymagasság hatása Kémény magasítása (s = 6, u = 3 m/s, 4 kémény)

15/35 Következtetések A jelenlegi gyakorlat levegőszennyezettség szempontjából megengedhetetlen megoldásokhoz vezethet Megvizsgálandó az alkalmazható járulékos kéménymagasság formula A gyűjtőkémény javít a helyzeten, de önmagában nem ad megoldást Feltétlenül magasabb kémény kell, ekkor a járulékos kéménymagassággal kapcsolatok bizonytalanságok (formula, emelkedő szakasz) jelentősége is kisebb lesz

/41 Távhőellátás – egyedi fűtés Immisszíó egyedi fűtésnél Bármilyen szélirány esetén a házak többsége ki van téve a füstfáklyák közvetlen hatásának

/41 Távhőellátás – egyedi fűtés Immisszió távhőellátásnál 1. Egyes szélirányok esetén érinti a lakott területet a füstfáklya …

/41 … más szélirányok esetén nem (ez a gyakoribb) Távhőellátás – egyedi fűtés Immisszió távhőellátásnál 1.

/41 Immisziók összehasonlítása koncentráció időtartam egyedi fűtés távfűtés magas kémény távfűtés közepes kémény

20/35 Megújulók rendelkezésre állása Értékelhető teljesítő-képsség:  az a teljesítőképesség, amivel az erőmű évi átlagban, csúcsidőben a rendszer rendelkezésére áll,  az a megengedhető csúcsigény növekedés, ami az új erőmű belépése után nem okozza az ellátásbiztonság csökkenését. Napenergiát hasznosító erőművek: Villamos csúcsidőben (sötétedés után) nem adnak teljesítményt. Nappal átlagosan a csúcsteljesítményük 20-40%-át tudják teljesíteni (a terület meteorológiai viszonyaitól függően).

21/35 Kulcsi szélerőmű Teljesítmény adatok: Indítási szélsebesség: 0 kW 2,5 m/s (9 km/h) 50% terhelés 300 kW 8 m/s (28,8 km/h) Névleges teljesítmény: 600 kW12 m/s (43,2 km/h) Biztonsági leállás: 0 kW25 m/s (90 km/h) Magyarországon az átlagos szélsebesség: m magasságban:3-3,5 m/s 63 m magasságban:4-5 m/s Beruházási költség: 180 mFt (300 eFt/kW) ebből GM32,5 MFt támogatás, KvM65 MFt támogatás, melynek fele vissza térítendő

Szélenergia rendelkezésre állása 0 100% névleges terhelés, 12…14 m/s indulási szélsebesség, 3…5 m/s u, m/s p(u) du u, m/s g(u) Szélkerék jelleggörbe: tengerparti telepítés MWh/év MW h/év

23/35 Szélerőmű Magyarországon Elérhető kihasználási tényező: 11,3% (kb h/év) P névl = 600 kW, P ért = 67 kW 15 m magasságra érvényes széladatok

24/35 Környezeti hatás, terület használat Naperőmű: nagy anyagszükséglet (beton 6-szor, fém szer annyi, mint egy fosszilis erőműben. Szélerőmű: zajhatás. Vízerőmű: lehetséges ökológiai változások. Geotermikus erőmű: magas sótartalom kerülhet a felszíni vizekbe. Biomassza tüzelés: a zéró CO 2 kibocsátás csak energia- ültetvény esetén igaz. Erdőirtás esetén duplán növeli a légköri CO 2 -t: termel és nyelőt csökkent. Mindegyik: nagy területigény

25/35 Területigény Energia-forrásFajlagos, m 2 /kW 8000 MW- hoz, km 2 Az ország területének %-a Hőerőmű (bánya nélkül) Vízerőmű Naperőmű (PV, termikus) Szélerőmű telep Energia ültetvény

26/35

27/35

Villamosenergia-termelés 2009-ben fosszilis: 67,9% ebből tüzeléssel: 42,3% forrás: hőkörfolyamattal: 81.7%

29/35 Az energetika szerepe Emisszi ó = n é pess é g * GDP * energia ig é nyess é g * karbon intenzit á s [tC/y][fő][USD/fő/ é v][GJ/USD][tC/GJ] Karbon intenzitás csökkentése: rövid távú lehetőségek: ► szén helyett földgáz, ► nukleáris energia, ► vízenergia, ► geotermikus energia, ► biomassza alkalmazás (nem minden égetés jó!), ► szélenergia. korlátok: ► korlátozott készletek, ► földrajzi elhelyezkedés, ► ellenérzések. ► költségek !!

2007. április 26.Gács Iván BME energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék 30/35 Alapenergia struktúra változtatás Háztartási, ipari, közlekedési felhasználás kevéssé rugalmas, módosítási lehetőségét nem vizsgáltunk (kissé módosítható), Villamosenergia-termelés alapenergia struktúrája rugalmas

2007. április 26.Gács Iván BME energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék 31/35 Vizsgált változatok 1. Gáz- erőműves Földgázalapú változat: 2030-ig 500 MW megújuló energia- forrásokból, paksi atomerőmű üzemidő-hosszabbítása megvalósul, összes többi új erőmű földgáztüzelésű lesz. Megújuló Megújuló energiaforrások nagyobb igénybevétele: 2030-ig 1000 MW megújuló energiaforrásokból (270 MW biomassza, 730 MW szélerőmű), paksi atomerőmű üzemidő-hosszabbítása, az összes többi földgáztüzelésű lesz. Megújuló Megújuló energiaforrások fokozottabb igény-bevétele: 2030-ig 1500 MW megújuló energia-forrásokból (505 MW biomassza, 890 MW szélerőmű, 105 MW kisvízerőmű), paksi atomerőmű üzemidő-hosszabbítása, az összes többi földgáztüzelésű lesz. Paks nélkülPaksi Atomerőmű üzemidő-hosszabbítása elmarad: Paksi atomerőmű blokkjait a 30 év élettartam lejártakor ( között) véglegesen leállítják. Egyébként azonos az 1. változattal (azaz fokozott földgázalapú változat).

2007. április 26.Gács Iván BME energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék 32/35 Vizsgált változatok 2. Kevés CO 2 Kis széndioxid-kibocsátású változat: 2030-ig 1500 MW megújuló energiaforrásokból, paksi atomerőmű üzemidő-hosszabbítás, 1200 MW új atomerőművi kapacitás az összes többi földgáztüzelésű lesz. Lignit + atom Lignit- és atomerőműves (nagyerőműves) változat: 2030-ig 500 MW megújuló energiaforrásokból, paksi atomerőmű üzemidő- hosszabbítása, 1200 MW új atomerőművi kapacitás, 4x500 MW lignittüzelésű erőmű, összes többi földgáztüzelésű lesz. Szén + atom Szén- és atomerőműves (nagyerőműves) változat: mint előző, csak lignit helyett import szén. Kis importKis importigényű változat: 2030-ig 1500 MW megújuló energiaforrásokból, paksi atomerőmű üzemidő-hosszabbítása, 1200 MW új atomerőművi kapacitás, 4x500 MW lignittüzelésű erőmű, összes többi földgáztüzelésű lesz.

2007. április 26.Gács Iván BME energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék 33/17 Építendő új kapacitás

34/35 Széndioxid emisszió különböző energetikai szcenáriók esetén

35/35 Importfüggőség különböző energetikai szcenáriók esetén

36/35 Lehetséges hosszútávú kibontakozási irányok:  fosszilis tüzelőanyagok és a CO 2 eltüntetése,  fissziós erőművek, növelt biztonsággal (IV. generáció), jobb anyaghasznosítással (FBR),  fúziós energiatermelés,  napenergia  villamosenergia tárolással,  hidrogén tárolással,  környezeti hőmérsékletű szupravezetéssel,  űrbeli elhelyezéssel,  vagy bármi más, ma még nem ismert megoldás. Megoldás van, csak még nem ismerjük. (1904-ben ki tudta megmondani, mit hoz a XX. század?)

37/35 Következtetés Mondottam: ember küzdj, és bízva bízzál… (Madách Imre: Az ember tragédiája) …a műszaki fejlesztésben (Gács Iván) Köszönöm a figyelmet