Energiaellátás és gazdálkodás - A 0. Követelmények 1. Bevezetés, célkitűzések, területek

Követelmények Aláírás megszerzése Vizsgajegy 8. heti zh. (0..100) min. 50%-os teljesítése Szorgalmi házi feladat (csoportos, 0..50, beadás: 14. hét) Jelenléti követelmények TVSZ szerint Pótlás: pótzh a pótlási héten Vizsgajegy Szóbeli vizsga (0..100) és Évközi zh. (0..100) + HF (0..50) összege alapján < 101 elégtelen(1) 101 – 125 elégséges(2), 126 – 150 közepes(3), 151 – 175 jó(4), 176 felett jeles(5)

Főbb területek, témakörök Energiaellátás Rendszerstruktúra, jellemzők Energiaellátó rendszerek és rendszerelemek Villamos energia, Gáz, Hő Termelés – Szállítás – Felhasználás Gazdaságos energiaellátás Technológiák és folyamatok modelljei Optimális erőforrás-allokáció

Főbb területek, témakörök Paradigmaváltás az energiaellátásban Centralizált, decentralizált Fogyasztóközeli (elosztott, beágyazott) Termelő-fogyasztó (prosumer) Kockázat és megbízhatóság Energiagazdálkodás szervezési eszközei Energiaaudit Energiamenedzsment

Főbb területek, témakörök Intelligens energiaellátó rendszerek Elosztott/beágyazott technológiák A „prosumer” koncepció Smart és smartest grid

Energiaellátás Változó világ, trendek, kihívások Rendszerstruktúra és rendszerelemek

Változó energiapolitikai célgeometria A hagyományos energia-politikai célháromszög Paradigmaváltás energia-politikai célnégyszögre ellátás- biztonság környezet- , éghajlat-védelem gazdasá-gosság energia-politikai négyszög energia-politikai háromszög környezet- , éghajlat-védelem gazdasá-gosság társadalmi elfogadás ellátás- biztonság

Fenntarthatóság Környezet és Fejlődés Világbizottság (WCED): „fenntartható fejlődés olyan fejlődés, amely kielégíti a jelen szükségleteit anélkül, hogy károsítaná a jövőbeli generációk képességét saját szükségleteinek kielégítésére.” Eszközök: fenntartható használat fenntartható gazdaság fenntartható társadalom

WEC elképzelések WEC (World Energy Council): 3A Accessibility: hozzáférhetőség minden piaci szereplő számára elfogadható áron  szabályozás Availability: energiahordozók hosszú távú rendelkezésre állása  nyitottság minden energiahordozó felé Acceptability: társadalmi elfogadottság  környezetbarát és biztonságos technológiák

WEC – 3A

Energiaellátás folyamata és mérlege Összes primer energia felhasználás, G TPES Total Primary Energy Supply megújuló nem megújuló energiaforrások veszteségek és nem energetikai felhasználás energiaátalakítás energiaellátás hatásfoka: átalakítási, szállítási, tárolási és egyéb veszteségek szekunder energia TFC Total Final Consumption Végenergia felhasználás, F energiafelhasználás hatásfoka: UE Useful Energy Hasznos energia, H

Energiaellátás hatásfoka (TFC/TPES) Total final consumption x 100, % Total primary energy demand H

Magyarország a számok tükrében hazai termelés nettó import összes felhasználás import (901,7) export (177,5) készletezésre (32,3) átalakítási veszteség saját igény és veszteség végső fogyasztás nem energetikai célú energetikai fogyasztás lakosság közlekedés ipar szolgáltatás és egyéb 233,9 202,9 140,4 138,8 716,0 798,5 82,5 1126,8 81,7 246,6 434,9 724,2 Az adatok PJ-ban összes energiaforrás 1159,1 bruttó végső energiafogyasztás 716 PJ (64%) 2009 összes energia- felhasználás: 1040 PJ -7,7% 1 cm = 200 PJ (nettó = bruttó – szállítási, elosztási, veszteségek) 100% A hasadóanyag (atom) hazai forrásnak tekintve 71% Forrás: Energia Központ Kht.

A német energiamérleg 2011-ben hazai behozatal készlet-változás Az adatok PJ-ban 79 4241 11 090 15 410 összes forrás kivitel és tárolás 1887 100 % 13 523 összes felhasználás nem energetikai felhasználás 1002 12 520 összes energetikai átalakítási veszteségek -21 3291 statisztikai különbség az energiaszektor felhasználása 501 8748 65 % végső energia 2623 2575 2195 1354 ipar közlekedés háztartás egyéb Megújulók a primerenergia-felhasználásból 11,0% Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft (BWK), 64. k. 11. sz. 2012. p. 28.

Magyarország a számok tükrében 233,9 PJ 8,6% 202,9 9,9% 3,4% 2,1% 17,8% 140,3 138,8 3,7% 5,3% 10,8% 7,2% 25,4% 30,6% 94,4% 59,0% 37,0% 48,6% 5,3% 1,8% 17,8% 3,0% 8,2% 19,6% 32,7% 19,4% 28,3% Forrás: Energia Központ Kht.

Változó világ - igények A primerenergia-igény aránya az egyes régiókban Forrás: World Energy Outlook 2013

Változó világ - források A fosszilis energiahordozók kitermelése a teljes megmaradó készlet a bizonyított tartalékok az eddig kitermelt mennyiség 3050 év 233 év 178 év 142 év 61 év 54 év szén földgáz olaj Forrás: World Energy Outlook 2013

Új világ – primer igények Világ, primerenergia-igény – új politikai szcenárió Mtoe Forrás: World Energy Outlook 2013

Új világ – végső felhasználás Mtoe Forrás: World Energy Outlook 2013

Energiafüggőség – EU27 2009-ben EU-27: 54% Málta: 100% Magyarország EU-27: 54% Málta: 100% (egyedüli teljes) Dánia: -20% (egyedüli exportőr) Forrás: EU-Commission: Key Figures . 2011. június (Eurostat May 2011)

Várható változások Nemzeti primerenergia-megtakarítási tervek EU-27: 206,9 Mtoe 2020-ig a bázishoz képest Forrás: EU-Commission: Key Figures . 2011. június (Eurostat May 2011)

Energiaellátás - Áttekintő struktúra

Energiatermelés – Fogalmak Közvetlen energiatermelés (egy termék, egy technológia) hő → fűtőmű villamos energia → erőmű Kapcsolt energiatermelés (két termék, egy technológia) fűtőerőmű Kombinált ciklusú kapcsolt energiatermelés (két termék, két/több technológia) villamos energia → kombinált ciklusú erőmű vill. en. & hő → kombinált ciklusú fűtőerőmű

Közvetlen energiatermelés Mennyiségi értékelés Energiafolyam- (Sankey-) diagram Ebe Mérleg Ebe=Ehaszn.+Eveszt. Eveszt.=(1-η)Ebe Eveszt. Ehaszn. Hatásfok

Közvetlen energiatermelés Technológiai lehetőségek Fűtőművek (→hő) melegvíz (<115°C)- és forróvíz kazánok hagyományos kondenzációs gőzkazánok Gőzkörfolyamatú erőművek (→villamos en.) hagyományos (szén, olaj, földgáz) tüzelőanyagúak atomerőművek biomassza (szilárd, folyékony, gáz, komm. hull.) tüzelőanyagúak

Közvetlen energiatermelés Technológiai lehetőségek (folyt.) Gázkörfolyamatú erőművek (→villamos en.) gázturbinák belsőégésű motorok (gázmotorok) Vízerőművek (→villamos en.) folyami (duzzasztásos, átfolyós) szivattyús energiatározó Szélerőművek (→villamos en.) vízszintes tengelyű szélturbinák függőleges tengelyű szélturbinák

Közvetlen energiatermelés Technológiai lehetőségek (folyt.) Szoláris rendszerek fotovoltaikus [PV] (→villamos en.) szolár-termikus fűtés és HMV (→hő) hőkörfolyamattal (→villamos en.) Kombinált technológiák gáz+gőz körfolyamat (leggyakoribb) szoláris+biomassza stb.

Erőművek primerenergia-felhasználása Villamosenergia-termelés x 100% Összes primer energia felhasználás HU Forrás: IEA: World Energy Outlook (WEO), 2009., p. 622-654.

Villamosenergia-termelés, EU, 2010 European Network of Transmission System Operators for Electricity Európai Villamosenergia-átviteli Rendszerirányítók Szervezete Forrás: ENTSO-E. Memo 2010, 2011. április 30.

Kombinált technológiák (ciklusok) Eltérő technológiák – azonos hasznos termék Ebe RENDSZER E2,haszn. E1,veszt. 1 2 E1,haszn. E2,veszt.

Kapcsolt energiatermelés Egy technológia – több hasznos termék Részhatásfok „A” termék: Ebe „B” termék: Ehaszn.,A Eredő (bruttó) hatásfok: Ehaszn.,B Eveszt. Termékarány:

Erőműkapacitások – EU

Kapcsolt energiatermelés Előnyök hátrányok gazdasági hasznosság: olcsóbb energiaellátás társadalmi hasznosság: környezetvédelmi előny egészségvédelmi előny ellátásbiztonsági előny fenntartható fejlődés üzemeltetési problémák: kötelező átvétel – rendszerirányítás sok esetben rugalmatlan támogatást igényel hőpiac nélkül életképtelen környezetvédelemi problémák: közel van a fogyasztóhoz nem minden tüzelőanyag elfogadható

Kapcsolt energiatermelés Tüzelőhő megtakarítás Referencia fűtőmű hatásfok (pl. gázkazán): Referencia kond. erőmű hatásfok: (a VER átlagos hatásfoka, ~35..37%) Komplex értékelés kívánatos!

Energiatermelés – Fogalmak Koncentrált energiaátalakítás nagy erőművek (döntően villamos energia) fogyasztóktól távolabb → szállítás az energiarendszer alappillérei Decentralizált kis-közepes erőművek (döntően villamos energia) legtöbbször megújuló energiabázison

Energiatermelés – Fogalmak Fogyasztóközeli (beágyazott) kis-közepes teljesítmény szinte kizárólag kapcsolt fűtőerőmű a fogyasztó közvetlen szomszédságában → szennyezés (→ olcsó szállítás) „tiszta” üzemanyag a két termék miatt a szabályozás problémás lehet

Beruházási költségek A koncepcióváltás egyik oka

Energiaellátás – Fogalmak Vezetékes energiaellátás egyvezetékes kétvezetékes villamos energia villamos energia fogyasztó fogyasztó földgáz pl.: passzív házak pl.: családi házak háromvezetékes négyvezetékes villamos energia villamos energia fogyasztó távhő fogyasztó távhő földgáz pl.: iparosított technológiával készült (panel) épületek kommunális fogyasztók

Energiaellátás – Fogalmak A „negatív” energiaigényű fogyasztó (prosumer) egyvezetékes kombinált PV/termikus panel akkumulátor villamos energia fogyasztó hőszivattyú

Energiatakarékos építészet fejlődése primerenergia-igény – fűtés, kWh/m2.a minimális követelmény napenergiás ház építési gyakorlat kisenergiás ház kutatás, demonstráció 3 literes ház nullenergiás ház pluszenergiás ház Forrás: Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 60. k. 7. sz. 2010. p. 40.

Vezetékes energiaellátás Országos energiaellátó rendszerek

Vezetékes energiahordozók Földgáz infrastruktúra – rendszerelemek 8 Mm3/nap tárolás (palackos) hazai kitermelés szállítás (tartály) feldolgozás a telephelyen felhasználás fogyasztó 98,5 Mm3/nap szállítás (csővezeték) import orosz: 31 Mm3/nap nem orosz: 11 Mm3/nap 51,5 Mm3/nap földgáz gáztározó (földalatti) PB gáz, gazolin csúcsfogyasztás, -15 °C

Vezetékes energiahordozók Földgáz infrastruktúra – hálózat Forrás: FGSZ Zrt. éves jelentés (2013)

Vezetékes energiahordozók Európai – orosz földgázhálózat

Vezetékes energiahordozók Fogyasztás – termelés – tározás Forrás: Magyar Energia Hivatal

Vezetékes energiahordozók Adatok forrása: Magyar Energetikai és Közműszabályozási Hivatal

Vezetékes energiahordozók Hőellátás infrastruktúra – rendszerelemek primer en. földgáz VER vill. en. hőtermelés közvetlen (kazán) kapcsolt szállítás (csővezeték) másodlagos tároló felhasználás fogyasztó hőtároló meleg-/forróvíz, fűtés hideg-/hűtöttvíz, hűtés

Vezetékes energiahordozók Távhőellátás – termelés – fogyasztás Lakásszám: 648 ezer (állandó); hőtermelő kapacitás kihasználtság: 53% (átl., 48%60%) átlagos hőveszteség: 17% (magas) Adatok forrása: Magyar Energia Hivatal

Vezetékes energiahordozók Villamos energia infrastruktúra – rendszerelemek nemzetközi kapcsolatok piac primer energia szállítás (vezeték) elosztás villamosenergia- termelés közvetlen (erőmű) kapcsolt felhasználás fogyasztó tároló kapacitások (korlátozott) tároló kapacitások (korlátozott)

Villamosenergia-termelés A villamosenergia-termelés primer energiahordozó bázisa Adatok forrása: Magyar Energetikai és Közműszabályozási Hivatal

Villamosenergia-tárolás szivattyús tárolós óra levegő tárolós H2 NaS és más akkumulátorok Tárolási formák: a névleges teljesítmény kisütési ideje nagyüzemi energiatárolók elektromágneses szükség- áramforrások szünetmentes áramforrások elektrokémiai perc mechanikus lendkerekes tárolás másodperc kétréteges kondenzátor szupravezetős mágneses a rendszer nagysága Forrás: Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 60. k. 6. sz. 2010. p. 24.

Vezetékes energiahordozók Villamos energia infrastruktúra – termelők Forrás: MAVIR Zrt.

Vezetékes energiahordozók Villamos energia infrastruktúra – alaphálózat Forrás: MAVIR Zrt.

Villamos szinkronterületek European Network of Transmission System Operators for Electricity CH AL SCG BiH HR ALG TN MA N RO BG GB IRL S FIN L D PL A CZ SK H EE LV LT ISL F I E GR NL B P DK SLO RU FYROM BY UA M TR BI ENTSO-E Szinkronterületek: Kontinentális Európa EE NORDIC LV Nagy-Britannia LT Írország és Észak-Írország BALTIC H EU tagország egy szinkronterület = egy frekvencia Forrás: www.entso.eu

Vezetékes energiahordozók Villamos energia Termelés – Felhasználás (2012, GWh) Adatok forrása: Magyar Energetikai és Közműszabályozási Hivatal

Villamos energia Pillanatfelvétel Forrás: www.mavir.hu

Villamos energia - fogyasztás Terhelési diagram – Napi (MVER) Forrás: www.mavir.hu

Villamos energia - fogyasztás GW ENTSO-E GW tél nyár CET Forrás: ENTSO-E: Statistical Yearbook 2010, p. 120-121.

Kapcsolt energiatermelés Technológiai és energiagazdálkodási jellemzők

Kapcsolt energiatermelés A kapcsolt energiatermelés technológiája ellennyomású elvételes-kondenzációs

Kapcsolt energiatermelés Rugalmasság javítás → vegyes kapcsolás Kondenzációs blokk Ellennyomású blokk P max. üzemi tartomány kondenzációs ellenyomású min. max. min. . turbinaszabályozás; fojtás; segédhűtés; kazánszabályozás; több fűtési hőcserélő Q

Kapcsolt energiatermelés Cél a P növelése; Q és P közötti merev kapcsolat feloldása Tápvízelőmelegítő rendszer pótvíz CSGYT SK visszatérő kondenzátum t e v Tápvízelőmelegítő rendszer FH1 FH2 SH Segédkondenzáció Segédhűtés

Kapcsolt energiatermelés Energetikai értékelés – 1. Értékelhető villamos teljesítmény (ellenny.) Merev kapcsolat a hőigénnyel (ellennyomásúnál): Értékelhető (a villamosenergia-rendszer szempontjából): Általában:

Kapcsolt energiatermelés Energetikai értékelés – 1. Értékelhető villamos teljesítmény (kond.) Fajlagos kiesett villamos energia: Fajlagos kiesett villamos energia éves átlagban: Értékelhető villamos teljesítmény:

Kapcsolt energiatermelés Korszerű megoldás: gázmotoros blokkfűtőerőmű

Kapcsolt energiatermelés Gázmotor - energiafolyam Q ü Tüzelőanyaggal bevezetett energia: 100% Sugárzási veszteség Mechanikai Hő (füstgáz+hűtővíz+olaj) 1,5 % energia: 36 % 62,5 % Hűtővíz+ Füstgáz olaj 36,5 % 26 % Veszteség GENERÁTOR 1,5 % 10 % Vízhűtésű turbótöltő FÜSTGÁZ HŐCSERÉLŐ Veszteségek 4 % HŰTŐVÍZ HŐCSERÉLŐ Veszteség 0,3 % . P GM Q GM Villamos energia Hasznosítható hő 34,5% 58,2 %

Kapcsolt energiatermelés Poligeneráció – ipari parkok, plázák, korházak kompresszor villamos en. sűrített levegő kompr. hűtő gázmotor földgáz, biogáz villamos en. FOGYASZTÓ hő (meleg) villamos en. hő (hideg) hő (meleg) abszorpciós hűtő PIAC

Kapcsolt energiatermelés Egyszerűsített energetikai-gazdasági értékelés csak hő és villamos energia Mennyiségi (bruttó) hatásfok: Villamos energetikai „hatásfok”: Hőfejlesztési „hatásfok”:

Kapcsolt energiatermelés Fajlagos villamos energia: Villamos energia arány: kond. erőmű fűtőmű Fajlagos hőfelhasználás

Kapcsolt energiatermelés kapcsolt itt már rosszabb Minden haszon a hőn kapcsolt határa Minden haszon a villamos energián