Megújuló Energiahordozók

Az előadások a következő témára: "Megújuló Energiahordozók"— Előadás másolata:

1 Megújuló Energiahordozók
Hagyományos energiahordozók szerepe régen és ma a Földön. Megújuló energiahordozók gyorsabb elterjedésének okai. Van-e a Földön energiaválság? Előadó: Bölcsföldi Árpád épületgépész mérnök cím2

2 A Naprendszer NAP Neptunusz Szaturnusz Jupiter Plutó Uránusz Mars Föld
Merkúr Vénusz Föld Mars Plutó - törpebolygó - Kuiper-öv határa Jupiter Szaturnusz Uránusz Neptunusz Kisbolygó-övezet

3 A Nap

4 A Nap Naprendszer központi csillaga.
A Nap tartalmazza a Naprendszer anyagának 99.8%-át. Óriási tömege révén a Nap hatalmas gravitációs erőt fejt ki. Ez az erő tartja együtt a naprendszert, és irányítja valamennyi bolygó és kisebb égitest mozgását is. 73,5%-ban hidrogénből áll, amely a központjában zajló magfúzió során héliummá alakul. A magfúzió során felszabaduló, majd a világűrbe szétsugárzott energia nélkülözhetetlen a legtöbb földi élőlény számára: fénye a növények fotoszintézisét, hője pedig az elviselhető hőmérsékletet biztosítja. Alapadatok: Átmérő: 1,392 x 106 km (109 Földnyi) Kerület: 4,373 x 106 km(109 Földnyi) Lapultság: 9 x 106 Felszín: 6,09·1012 km2 ( Földnyi) Térfogat: 1,41·1018 km3 ( Földnyi) Tömeg: 1,9891·1030 kg ( Földnyi) Sűrűség: 1,408 g/cm3 Felszíni gravitáció: 273,95 m/s2 (27,9 g) Anyagát képlékeny plazma alkotja, ezért a különböző szélességi körön lévő területei eltérő sebességgel forognak. Az egyenlítői területek 25, míg a sarkvidékek csak 35 naponként fordulnak körbe. Az eltérés miatt erős mágneses zavarok lépnek fel, amelyek napkitörések és napfoltok kialakulásához vezetnek, amelyek száma jelentősen megnő a mágneses pólusok 11 évente bekövetkező felcserélődésének idején.

5 A Nap Kibocsátott energia
A Nap középpontjában a sűrűség eléri a 1,5 x 105 kg/m3, a hőmérséklet pedig a 15 x 106 kelvin értéket. A rendkívül magas hőmérséklet és nagy sűrűség hatására termonukleáris reakció (atommagfúzió) jön létre, melynek során minden négy hidrogénatom egyesüléséből egy héliumatom keletkezik, miközben energia szabadul fel. Másodpercenként átlagosan 8,9 x 1037 hidrogénatom (5 millió tonna hidrogén) egyesül, ami 3,86 x 1026 Watt energia keletkezésével jár. A Nap energiája elsősorban közeli ibolyántúli, látható és infravörös sugárzás formájában hagyja el a csillagot, de emellett a Nap kisebb mennyiségben mindenféle más sugárzást is kibocsát, a gamma- és röntgensugaraktól egészen a rádióhullámokig. A Nap elemi részecskéket is kisugároz, amelyet napszélnek nevezünk. A Napból másodpercenként kisugárzott energia teljes mennyiségét a Nap sugárzási teljesítményének nevezzük. Az értéke 3,86 x1026 Watt. A földi légkör 1 m2 merőlegesen beeső teljesítménye átlagosan 1353 W. Ez a mennyiség a napállandó. Hazánk területén a napfénytartam éves összege átlagosan 1750 és 2050 óra között alakul. Jelenleg a legjellemzőbb a proton-proton reakció 4 protonból lesz 1 Hélium

6 A Föld Alapadatok: Átlagos sugár: 6 372,797 km
Egyenlítői kerület: ,02 km Felszín: 5,10·108 km2 Térfogat: 1,083·1010 km3 Tömeg: 5,9742·1024 kg Sűrűség: ,3 kg/m3 Felszíni gravitáció: 9,78 m/s2 Szárazföld részaránya: ,2 % Víz területek részaránya: 70,8 % Legmagasabb pont: Mount Everest (8 848 m) Legmélyebb pont: Mariana-árok ( m) Magyarországon a nulla pont magasságát a Balti tenger középvízszintjéhez képest adják meg.

7 A Föld Szerkezeti felépítése
Troposzféra ~ 14 km-ig Sztratoszféra km Mezoszféra km Termoszféra km Exoszféra 500 km-től Kéreg: 35 km-ig Felső köpeny Köpeny 35 – km Külső mag Belső mag 2900 km-től

8 A Földünk Troposzféra felépítése
a Föld légkörének legalsó rétege az atmoszféra tömegének 80 %-át tartalmazza trópusi területeken km magasságig, míg a sarkoknál 10 km magasságig terjed időjárási jelenségek nagy része ezen a szinten zajlik üvegházhatás szintén ebben a rétegben játszódik le 6 áramlási zónára oszthatjuk, amiket cellának neveznek, ezek felelősek a légkörzésért, és okozzák az uralkodó szeleket Nyomás tengerszinten: 105 KPa (760 hgmm) Levegő relatív sűrűsége: tengerszinten: 1,293 kg/m3 8 km magsságban: ~0,905 kg/m3 (~70%) Száraz levegő összetétele: ~ 78 % Nitrogén ~ 21 % Oxigén ~ 1 % Argon A Fő gázok közel 100 %-t adják a száraz levegőnek, csak néhány nyomgáz marad még (pl.: a legfontosabb a CO2 0,037%, de említésre méltó még: NOx-ok, SO2 és az O3) A légköri nyomgázok sok éghajlati folyamatot meghatároznak Száraz levegő csak elméletileg van, hiszen a levegőben sok egyéb részecske illetve vízgőz is található A részecskék fontosak, hiszen szükségesek a felhőképződéshez és képesek leárnyékolni a Föld felszínét a napsugárzástól A részecskék kialakulhatnak kénsavból vagy vízpárából, esetleg más összetevőből, melyek a gázfázisból kondenzálódnak ki, hacsak nem közvetlenül történt a kibocsátásuk.

9 A Földünk Vízkészletei
A víz (H2O) az egyik legfontosabb anyag a Földön. Az élethez is nélkülözhetetlen. A földi vízkészlet bolygónk belső anyagainak kipárolgása, kigázosodása révén keletkezett, Az őslégkörből lecsapódva felgyűlt a földfelszín mélyedéseiben, és ott folyékony halmazállapotban tartósan megmaradt Föld vízkészletén alapvetően két dolgot érthetünk becslések szerint a litoszférában rejlő víz a felszíni vízkészlet 15–50% a felszíni vízkészlet: km megoszlása az alábbi: óceánok és tengerek (világtenger): 97,4% magashegységi és sarkvidéki jégkészletek: 2% a felszín alatt –4000 méterig előforduló szabad vizek (talajvíz, rétegvíz stb.): 0,58% folyók, tavak, légkör, élőlények: 0,02% Édesvízkészletünk 90%-a a hó- és jégtakarókban van

10 A Földünk Ivóvízkészletei
A rendelkezésre álló, felhasználható készletek mennyisége egyre kevesebb annak ellenére, hogy a Föld vízkészlete évmilliók óta állandó A fogyasztásra alkalmas készletek erősen korlátozottak viszont a fogyasztási igények fokozatos növekedése tapasztalható A lakosság, az ipar és a mezőgazdaság számára szükséges, megfelelő minőségű készletek biztosítása egyre nehezebb feladat A rendelkezésre álló vízkészletek minősége folyamatosan romlik világszerte (ipari-kommunális vízszennyezés, nagyüzemi mezőgazdaság) A 21. században világméretű vízetikára lesz szükség, mert ha időben nem lépünk, kevés lesz a fogyasztásra alkalmas ivóvíz, és ez gazdasági, társadalmi feszültségekhez vezethet Magyarországon az előző évtizedek környezetvédelmi hiányosságai miatt különösen fontos és nagy feladat a megfelelő minőségű ivóvíz előállítása. Vízügyileg világviszonylatban nem állunk rosszul, nem fenyeget bennünket pillanatnyilag vízhiány. Hazánk vízkészleteinek 90%-a az országhatárokon túlról származik a Kárpát-medence vízgyűjtő szerepének és csekély kiterjedésének következtében.

11 A Földünk Ivóvíz-ellátás
Hazánkban ivóvíz-ellátási célokra különböző vízkészleteket használnak fel: Talajvíz vagy felszínközeli víz: az első vízzáró réteg felett található vízkészlet, amelynek minőségét a mezőgazdasági tevékenység közvetlenül befolyásolja Rétegvíz: az első vízzáró réteg alatt, általában két vízzáró réteg között helyezkedik el. Védett rétegvíznek is nevezték, de a szennyeződés terjedése ezt megcáfolta Karsztvíz: mészkő- és dolomithegységek repedéshálózatában található, igen jó minőségű vízkészlet (kiváló ivóvíz) Felszíni víz: folyók, tavak, tározók vízkészlete, amely közvetlenül ki van téve minden szennyeződésnek (csak bonyolult fizikai-kémiai eljárások után alkalmas ivóvíznek) Parti szűrésű víz: folyók melletti ún. kavicsteraszból nyerhető víz, melynek állapotát a folyóvíz minősége és a talaj szűrőképessége határozza meg (ez adja a főváros ivóvizét)

12 A Földünk átlaghőmérséklet változása 1880–2006 között, a 20
A Földünk átlaghőmérséklet változása 1880–2006 között, a 20. század átlagához képest

13 A Földünk Népességszámának alakulása
Időpont Népesség (millió fő) Népesség növekedés éves átlaga (%) Várható élettartam (év) Népesség megkétszereződés (években) Kr. e körül 6 0,008 20 8369 Kr. e és Kr. sz. között 252 0,037 22 1854 Kr. u. és 1750 között 771 0,064 27 1083 Kr. u és 1950 között 2530 0,596 35 116 Kr. u és 1990 között 5292 1,845 55 38 A világ népességégének és néhány jellemzőjének alakulása Kr. e –Kr. u között

14 Az ember Hőérzete A hőmérsékletátadás egyik lehetséges módja a hőáramlás. A hőérzet hőmérséklet (WCT) a nyugvó levegő azon hőmérséklete, amelynek ugyanolyan hűtő hatása van a fedetlen emberi testre, mint az adott szélsebesség és hőmérséklet mellett (angolul windchill-nek nevezik). Ennek a mértékegysége ugyan hőmérséklet, de értelmezése szerint kevésbé hőmérséklet, mint inkább egy index, ami a szél hűtő hatását segíti viszonyítani a szélcsendes körülmények léghőmérsékletéhez. Az emberi test a hőveszteségét a vérkeringés gyorsaságának és a felszíntől való távolságának szabályozásával és vízveszteséggel éri el. A hűtéshez a szív elkezd több vért pumpálni, a vérerek kitágulnak, hogy befogadják a megnövekedett áramlást, a vékony vérerek kötegei, amelyek a bőr külső rétegeiben vannak, működésbe lépnek. A vér a bőr felszínéhez közelebb kezd keringeni, és ezáltal kivezeti a meleged a hidegebb légkörbe. Ugyanekkor, a víz átdiffundál a bőrön mint izzadtság. A testből disszipálódó hő mintegy 90 %-át a bőr kezeli. Az izzadás magában véve még nem hűti a testet, amíg a víz el nem tud párologni, és a magas légnedvesség hátráltatja a párolgást.

15 Energiafelhasználások Primerenergia felhasználás 1985-től 2010-ig

16 Energiafelhasználások Primerenergia felhasználás várható változása

17 Energiafelhasználások Várható primerenergia felhasználások 2060-ig

18 Energiafelhasználások Villamos energia felhasználás várható változása

19 Hagyományos energiahordozók
Fa: Megkülönböztetünk kemény- és puhafát (pl.: keményfa az akác, puhafa a fenyő) Az élő fa nedvességtartalma 40% körüli. (roston belül 10%, rostközi 30%) Kőszén: hőmérséklet- és nyomásnövekedés hatására átalakult, betemetett növényi anyag felhasználás alapja: elégetésekor az az energia szabadul fel, amit a növény fejlődése során a napenergiából elraktároz Ismertebb fajtái: lignit, barnaszén, feketeszén Kőolaj a Föld szilárd kérgében található természetes eredetű, élő szervezetek bomlásával, átalakulásával keletkezett, ásványi termék fő összetevője: folyékony halmazállapotú szénhidrogének kőolaj feldolgozásával nyert anyagok: benzin (kerozin), olajszármazékok (tüzelő-, fűtőolaj), bitumen

20 Hagyományos energiahordozók
Földgáz a Föld szilárd kérgében található természetes eredetű, élő szervezetek bomlásával, átalakulásával keletkezett, ásványi termék A kőzetek repedésein keresztül fedőkőzetek által határolt mezőkbe vándorolt. Ezek a nagykiterjedésű porózus kőzetekből álló – homokkő, laza szerkezetű mészkő – mezők a földfelszín alatt néhány métertől több mint méteres mélységig találhatók. A nyomás elérheti a 300 bart, a hőmérséklet a 180°C-ot is A földgáz tipikus összetétele: Metán (CH4) 97% Etán (C2H6) 0,919% Propán (C3H8) 0,363% Bután (C4H10) 0,162% Szén-dioxid (CO2) 0,527% Oxigén (O2) 0-0,08% Nitrogén (N2) 0,936% Nemesgázok (A, He, Ne, Xe) nyomelemként

21 Hagyományos energiahordozók Kőszéntermelés a világon

22 Hagyományos energiahordozók Bizonyított szénkészletek a világon
Ezer millió tonna (zárójelben a legjobb fűtőértékű energetikai szenek)

23 Hagyományos energiahordozók Kőolajtermelés a világon

24 Hagyományos energiahordozók Bizonyított kőolajkészletek a világon
Milliard barrel -> 1 barrel(hordó) = 117, liter

25 Hagyományos energiahordozók Nyersolajárak alakulása 1861 és 2010 között

26 Hagyományos energiahordozók Földgáztermelés a világon

27 Nukleáris energia Általános ismeretek
a Nukleáris energia előállítása során ma a fissziós erőművekben a maghasadás során keletkező energiát használják fel (az Urán 235 és 238 számú izotópjának felhasználásával) Általános tudnivalók: az első közüzemi villamosenergia-termelésre készült blokkot 1954-ben helyezték üzembe Jelenleg a 3. generációs erőművek épülhetnek A tervezett 4. generációs erőművek jelenleg tervezés alatt állnak, számos területen teljesen új vagy megváltozott alapelveket, biztonsági követelményeket kell kielégíteniük. Legfontosabb a zárt üzemanyagciklus kialakítása (teljes elhasználódás után szinte nem marad semmilyen radioaktív anyag) Legkorábban körül épülhetnek. A jelenlegi kutatások szerint hatféle reaktor jöhet számításba. nátriumhűtéses gyorsreaktor gyorsneutron-spektrumú nagyon magas hőmérsékletű gázhűtéses termikus reaktor szuperkritikus nyomású vízzel hűtött reaktor

28 Nukleáris energia Általános ismeretek
Az atomerőmű előnyei a többi hőerőművel szemben: nem bocsát ki káros gázokat kis mennyiségű hulladék olcsóbb a tüzelőanyag a tüzelőanyagot könnyen lehet tárolni és szállítani Az atomerőmű hátrányai a többi hőerőművel szemben: a radioaktív hulladék egy része több száz évig is veszélyes napjainkban csak nagyteljesítményű erőműtervek léteznek Vázlat egy nyomottvizes reaktorról Pakson 4 db üzemel ezen fajtából Eredetileg 4 x 440 MW = 1760 MW volt a villamos telj. Az első blokkot 1978-ban adták át. Tervezett élettartam 30 év volt.

29 Nukleáris energia termelésének megoszlása a világon
(Millió tonna olajegyenérték = Mtoe)

30 Megújuló energiák a N A P e n e r g i a a V Í Z e n e r g i a
a S Z É L e n e r g i a a G E O t e r m á l i s e n e r g i a a B I O M A S S Z A Fatüzelés / Rönk , ág , hasított és aprított , pellet stb. / Energetikai növények / Energiafű , energianád stb. / Mezőgazdasági melléktermékek / Szalma , Kukorica- és napraforgó-szár stb./ Biogáz / állattartó telepek trágyájából , szennyvíztelepek , szeméttelepek / az Á R – A P Á L Y energia a H U L L Á M – energia Ezen részben érdemes foglalkozni az egyre többször szóba kerülő H Ő S Z I V A T T Y Ú -val, amelyet sokan – igaz tévesen – a megújuló energetika lehetőségei közé sorolnak !

31 Megújuló energiaforrások részaránya az összes energiaforrásból

32 Energiafelhasználás 2000-ben Energiafelhasználás 2007-ben
Megújuló energiák Néhány ország kiemelkedő arányban használja a megújuló energiaforrásokat: Norvégia jelenti Európában az egyetlen olyan kivételt, amely ország a fűtési és HMV hőigényének döntő részét, kiegészítve a villamos energia előállítással, vízenergiával állítja elő. Energiafelhasználás 2000-ben Energiafelhasználás 2007-ben összes megújuló Ausztria 1 164 PJ 288 PJ 24,8 % 1 282 PJ 376 PJ 29,3 % Finnország 1 300 PJ 260 PJ 20,0 % 1 386 PJ 298 PJ 21,5 % Svédország 2 100 PJ 588 PJ 28,0 % 2 194 PJ 692 PJ 31,5 %

33 Megújuló energiák Napsugárzás
A Napsugárzás beesési szöge egy év folyamán a Ráktérítő és a Baktérítő közötti területen lesz mindig 90° az évszakok változása szerint.

34 Megújuló energiák Napenergia
Beérkező Napsugárzás teljesítményének megoszlása (W/m2)

35 Megújuló energiák Napenergia

36 Megújuló energiák Napenergia
A Napból érkező napenergia közvetlen hasznosításának több módja létezik. Napelemek: napelem olyan fotovillamos elem, amely a Nap sugárzási energiáját közvetlenül alakítja át villamos energiává. Napkollektorok: a Nap sugárzási energiáját nyelik el (visszasugárzás 5 – 40 %) Egyéb: Parabolatükrök Napenergia-gyűjtő léggömbök

37 Megújuló energiák Napenergia
Napelemek: Azt az energiát, amely az összes Földön található és kitermelhető kőolaj-készletekben rejlik a Nap 1,5 (azaz másfél) nap alatt sugározza a Földre. Az emberiség évi energiafogyasztása megfelel 1 (egy) óra alatt kibocsátott napsugárzásnak. A szilicium alapanyag megjelenése, a félvezető eszközök térhódítása új irányt adott a fotovillamos eszközök fejlődésének. A fotovoltaikus elemek abban különböznek a napelemektől, hogy árnyékban is képesek áramot termelni, nem csak napsütésben.

38 Megújuló energiák Napenergia
Napkollektorok:

39 Megújuló energiák Napenergia
Egyéb: Parabolatükrök A parabolatükrök egy pontba fókuszálják a napsugarakat, hogy aztán abban a pontban megfelelően előkészített folyadékot melegítsenek fel, és végül gőzt állítsanak elő belőle. A gőzenergia turbinákat hajt meg, amelyek segítségével így közvetlenül előállítható az elektromos áram. Napenergia-gyűjtő léggömbök Keresztezte a léggömböket a napelemekkel, megalkotva a különleges hibrideket, amelyeket ugyanúgy héliummal töltenek fel, mint a hagyományos léggömböket, viszont a "héjuk" fotovoltaikus szövetből készül

40 Megújuló energiák Szélenergia
A szél abból keletkezik, hogy a Földet forgása következtében egyenetlenül éri a Nap hője. A pólusok kevesebb energiát kapnak, mint az egyenlítői régiók, a szárazföld gyorsabban melegszik fel és hűl le, mint a tengerek. A hőmérsékleti különbségek a földfelszíntől a sztratoszféráig terjedő rétegekben globális légáramlási rendszert tartanak mozgásban. A szelek mozgását sok tényező befolyásolja, mint az évszakok vagy a nappal és éjszaka váltakozása, a Coriolis-erő, a föld és a víz fényvisszaverő képességének, a nedvességtartalomnak és a szélsúrlódásnak az egyenetlenségei Felhasználása Régi formája: a szélmalom, amelyben a szélenergia csak mechanikus szerkezetet működtetett és fizikai munkát végzett Modern formája: a szélturbina lapátjainak forgási energiáját alakítja át elektromos árammá

41 Megújuló energiák Szélenergia
A szélturbinák sorozatgyártása 1979-ben, Dániában kezdődött A korai turbinák sokkal kisebb teljesítményűek voltak kW, minta a mostaniak Nálunk 1970-es évek végén a Bakonyban állítottak fel egy 50 KW-os szélturbinát. Az E.ON által Kulcs községnél került telepítésre egy 680 KW-os szélturbina. Manapság már több országban gyártanak szélturbinákat és több ezer turbina üzemel világszerte. Jelenleg az összteljesítményük: 93,8 GW 2007-ben 19,7 GW-tal növekedett a teljes kapacitás 2006-ban a teljes teljesítmény kb. 65%-át Európában állították elő 2007-ben a legnagyobb szélenergia-kapacitással Németország, Spanyolország, az USA, India és Dánia rendelkezett Dánia energiaszükséglete közel egyötödét szélerőművekkel fedezi, ami a legmagasabb arány világszerte. Élen jár a szélturbinák gyártásban és használatban egyaránt, és arra törekednek, hogy ezt az arányt 50%-ra növeljék. Magyarországon 2005-től „gyorsult fel” a telepítésük.

42 Megújuló energiák Szélenergia - szélerőművek

43 Megújuló energiák Szélenergia - szélerőművek

44 Megújuló energiatechnológiák fajlagos befektetési költségének jövőbeni alakulása

45 Összefoglalás A világ primerenergia termelésének alakulása
(Millió tonna olajegyenérték = Mtoe)

46 Az üvegházgáz – kibocsátások 2000-ben (eredetük szerint)
Összefoglalás Az üvegházgáz – kibocsátások 2000-ben (eredetük szerint)

47 Összefoglalás A világ primerenergia termelésének tervezett alakulása energiafogyasztás függvényében

48 Hőveszteségek egységházon levezetve

49 Hőveszteségek

50 Szellőzés – levegő áramlása

51 Köszönöm megtisztelő figyelmüket !