A megújuló energiák hatékony hasznosítása

Az előadások a következő témára: "A megújuló energiák hatékony hasznosítása"— Előadás másolata:

1 A megújuló energiák hatékony hasznosítása
Dr. Büki Gergely ny. egyetemi tanár Energetikai Szakkollégium 2010. november 10

2 Megújuló energiák hasznosítása MTA tanulmány
Készült az MTA Energiastratégiai Munkabizottság keretében Ősszeállította Büki Gergely Szerkesztette Lovas Rezső, a munkabizottság vezetője

3 Megújuló energiák hasznosítása MTA tanulmány sajtóbemutatója
Lovas Rezső, Pálinkás József, Büki Gergely és Rudas János

4 Az energiaellátás rendszere

5 Végenergia- és primerenergia-felhasználás
F végenergia-felhasználás (FEC – Final Energy Consumption): - fogyasztói csoportok - energiafajták G primerenergia-felhasználás (PES, TPES) – Primary Energy Supply) Energiaellátás hatásfoka h = F/G

6 Az energiafejlesztés fő célkitüzései
Fogyasztói energiatakarékosság Energiatakarékos berendezések, magatartás Épületek, hőszigetelés, tanúsítás Energiahatékonyság növelése Hatásfok növelés, veszteség csökkentés Kapcsolt energiatermelés, hőszivattyúk Optimális energiastrutúra (energiamix) Hazai-import Környezeti hatások Medújuló energiaforrások

7 Megújuló energiák hasznosítása, PJ
Európai Unió 27 Magyarország 1997 2008 Primerenergia-felhasználás 69 822 76 658 1088 1166 Napenergia Biomassza, hulladék Geotermikus energia Vízenergia Szélenergia 14 2446 162 1201 26 73 4297 243 1182 427 17,1 3,6 0,8 0,2 63,8 4,0 Megújulók összesen – primerenergia %-a 3849 5,37 6222 8.23 21.5 1,99 69,6 6,18

8 Megújuló energiák hasznosítása = stratégiai kérdés
A megújulók 13%-os EU vállalása 2020-ig a meghatározó Ez fedezi a teljes igénynövekedést és képezi az új kapacitásnövekedést a következő évtizedben

9 EU-27 és Magyarország földgáz-felhasználása
1997 2008 Végenergia-felhasz, F PJ 46473 49083 655 715 – növekedése, 08/97 – 1 1,06 1,09 Földgáz, közvetlen felh. – közvetett (+villany, hő) % 22,0 22,3 41,3 36,1 + 5+7 48 Primerenergia-felhasz, G 69822 76658 1088 1166 1,10 1,07 Földgáz 21,3 24,6 38,4 42,2 – (import aránya) (%) (44,6) (62,0) (66,1) (82,3) Primerenerg. igényesség kJ/EUR 8576 7114 23911 16832 Energiaellátás hatásfoka, F/G 0,666 0,640 0,602 0,613

10 Földgázkíváltás és energiafelhasználás

11 Földgázkiváltás megújuló energiákkal (R = 0)
Energiamérleg U U = F = G G Fajlagos földgázkiváltás (R = 0)

12 Földgázkiváltás megújuló energiákkal ( R )
Energiamérleg U U + (R G) = F = G G Fajlagos földgázkiváltás

13 EU-27 és Magyarország épület energiafelhasználása (40%)
1997 2008 Végenergia-felhasz., F PJ 46473 49083 655 715 Ipar % 30,1 27,2 23,6 19,7 Közlekedés 28,8 32,0 17,9 28,2 Háztartás, szolgáltatás, egyéb 41,1 40,8 58,5 52,1 – (csak háztartás) (%) (26,3) (25,4) (35,2) (32,7)

14 Épületek energiaellátása
Épületek végenergia-igénye F = Qf + Qh + E  Q fogyasztói takarékosság: tanúsítás Épületek primerenergia-igénye G = Q gQ hatékonyság: hatásfok, kapcsolt és hőszivatyús termelés energiaszerkezet: megújuló energiák

15 Biomassza energetikai hasznosításának lehetőségei

16 Biomassza-felhasználás és a kimerűlőenergia-kiváltás

17 Mit termeljünk biomasszából: hőt vagy villamos energiát?
Hatásfok biomassza esetén U Hatásfok földgáz G Fajlagos földgáz- kiváltás  = U/G % Hőellátás, EU 0,86 0,90 95,5 Kapcsolt energiatermelés 70-100 Villamos energia – EU irányelv – fa- és szalmaerőmű 0,33 0,24-0,25 0,525 63 46-48

18 Biomassza célszerű hasznosítása
Felhasználható biomassza, elsősorban melléktermékek (mezőg., erdészeti) Hulladékok Közvetlenül villamos energiát ne! Hőellátás egyedi fűtés: pelletkazán – drága tüzelő biomassza távfűtés – olcsó tüzelő távhő bázisán kapcsolt energiatermelés Biogáztermelés: kevés, de egyértelmű

19 Tájékoztató energiaárak, biomassza árak
Földgáz ár: Ft/GJ Üzemanyag (gázolaj) ár: Ft/GJ Biomassza egyedi (pellet, brikett …) % Ft/GJ Biomassza központi (faapriték, szalma …) % Ft/GJ

20 Kisteljesítményű biomassza fűtőerőmű-egységek jellemzői
Mennyiségi hatásfok m Kapcsolt energiaarány  Külső hevítésű motor, Stirling-motor 0,84 0,20 Vízgőz-fűtőerőmű, ellennyomású 0,24 Organic Rankine Cycle (ORC) blokk 0,27 Kalina-körfolyamatú fűtőerőmű 0,30

21 Földgáz és biomassza alapú kapcsolt hőtermelés

22 Biomassza távfűtés – biomassza fűtőerőmű (Q)
Évi energiaköltség megtakarítás Q-ra 35756  Ft/kW,év

23 Biomassza-tüzelésű Stirling-motor

24 Biomassza termoolaj-kazán és ORC fűtőerőmű-egység

25 ORC fűtőerőmű-egység

26 Változó hőmérsékletű elgőzölögtetés (Kalina-körfolyamat)

27 ORC és Kalina-körfolyamat T-S diagramja

28 Biogáz-termelés

29 Trigeneráció: biomassza-erőmű + abszorpciós hűtőgép

30 Geotermikus energia/ földhő fogalommeghatározása
A 2009/28/EK uniós irányelv meghatározása szerint: „légtermikus energia (aerothermal energy): hő formájában a környezeti levegőben tárolt energia, geotermikus energia (geothermal energy): a szilárd talaj felszíne alatt hő formában található energia, hidrotermikus energia (hydrothermal energy): a felszíni vizekben hő formájában tárolt energia”.

31 Földfelszín hőáramsűrűsége
A Föld hőtartalma EJ, a világ évi energiafogyasztása 100 EJ. Hőáramsűrűség a világon 40 TW/510,2.106 km2=78,4 kW/km2 Magyarországon 9,3 GW/93030 km2=100 kW/km2 300 PJ/év (30%) 10 kW (családi ház)-hoz: 0,1 km2=10 ha

32 Geotermikus hőfokgradiens és hőmérséklet
Átlagértéke: 30 °C/km Kedvező: °C/km Extrém: °C/km 500 m °C 1000 m °C 2000 m °C >5000 m >200 °C

33 Geotermikus energia/földhő hőmérsékletszíntjei

34 Földhő energetikai hasznosításának lehetőségei

35 Hő- és villamos energia termálvízből

36 Mit termeljünk termálvízből: hőt vagy villamos energiát?
hasznosítás hatásfoka A Hatásfok földgáz esetén fg Fajlagos földgáz-kiváltás  = A/fg Hőellátás 1 0,9 1,11 Villamos-energia-termelés 0,1 0,525 0,19

37 A földhő célszerű hasznosítása
Villamosenergia-termelést ne tervezzük – ez még kutatási feladat Két főirány: A termálvíz közvetlen hőhasznosítása – vitathatatlan a balneológiai és turisztikai szempontok elsőbbsége mellett A földhő (talaj, felszíni víz és levegő) hőszivattyúzása

38 Geotermikus villamosenergia-termelés (víz kigőzölögtetés)

39 Geotermikus villamosenergia-termelés (ORC)

40 Geotermikus villamosenergia-termelés (Kalina-körfolyamat)

41 Nagymélységű hőkihozatal (EGS rendszer)

42 Termálvíz komplex, kaszkád hasznosítása

43 Termálvizes magas és alacsony hőmérsékletű távfűtés

44 Magas és alacsony hőmérsékletű távfűtés és hőszivattyúzás

45 Termálvizes közvetlen fűtés és hőszivattyús utófűtés

46 Termálvíz utóhűtése hőszivattyúval

47 A hőszivattyú rendszerstruktúrája

48 Szakmakultúra és a magyar nyelv
Fűtési (teljesítmény)tényező (Évi) átlagos fűtési tényező Nem vagy-vagy, Angol, nemzetközi Coefficient of Performance Seasonal Performance Factor SPF = Q / E hanem is-is!

49 Talajhő zárt hőszivattyúzása: földkollektor és földszonda
a)b)EHS EHS Q Te Tv TA1 TA2 QA QAa)b)EHS

50 Talajvíz hőszivattyúzása: kétkutas és egykutas rendszer

51 Levegő/levegő és levegő/víz hőszivattyúk

52 Felszíni vizek hőszivattyúzása: tó és folyó esetén

53 Gázmotoros hőszivattyú

54 Külső hőmérséklet – környezeti hő

55 Kűlső hőmérséklet – fűtési hő

56 Hőszivattyúzás energia- és költségfelhasználása

57 Hőszivattyús hőtermelés földhő- és villamosenergia-felhasználása

58 A földhő hőszivattyús hasznosításának hatásfoka

59 Földhő-hőszivattyúzás fejlődése
1995 2010 2010/ Geotermikus hőellátás TJ 96 699 (100%) 3,4 Hőszivattyús hőellátás 14 617 214 782 (65,3%) 14,7 Nem hőszivattyús hőellátás 82 082 114 257 (34,7%) 1,4 IV. World Geothermal Congress, Tóth A., 2010

60 Napenergia-hasznosítás
Részaránya jelenleg a legkisebb! Napkollektorok: használati melegvíz-termelés - felzárkozás Épitészeti (passzív) hasznosítás: hőigények csökkenése Napelemek: autonóm villamosenergia-ellátás – kutatás-fejlesztés

61 Szélenergia-hasznosítás
Dinamikusan fejlődik (a tengerparton!) Felülvizsgálat szükséges: hazai szélviszonyok - gazdaságosság hazai érdekek: gyártás, munkahely támogatás: ki kit támogasson? Feltételek, pl. szivattyús tározós erőmű

62 Vízenergia-hasznosítás
Gyakran kihagyják – de nem szabadna kihagyni! Bős-Nagymaros trauma, tervezési hibák: határfolyón oldalcsatornás erőmű – ez nem korrigálható csúcsrajáratás – javítható Vízerőművek a Dunán ( MW), Tiszán stb. Szivattyús tározós vízerőmű

63 Megújulók - összegzés 2010, bázis 2020-re javasolt Q PJ E MWh G
– villamosenergia-termelés 1800 18,4 15-18 – egyedi fűtés (pellet) 28,6 33,6 20-30 24-35 – távhő, kapcsolt villany 28-41 – biogáz 0,85 85 1,8 6-8 10-14 – hulladék-tüzelés 0,7 110 1,95 1-2 2-4 Biomassza összesen 30,15 1995 55,75 47-70 79-112 – közvetlen hőellátás 4,5 9-10 – hőszivattyús hőtermelés 5-8 8-11 Földhő összesen 14-18 17-21 Napenergia, napkollektor 0,25 Szélenergia 450 1,6 6-12 Vízenergia 215 0,8 2-22 Termelt végenergia összesen 34,9 2660 62-90 44,5 76-121

64 Megújuló program: állami feladatok
Stratégiai vizsgálatok, irányok, stratégiai döntések Gazdasági, társadalmi hatások munkahelyteremtés hazai gyártás (biomassza-fűtőmű/erőmű, HSZ) hazai vállalkozók helyzetbehozása vidékfejlesztés Támogatás alapja az energiamegtakarítás érdekeltek a hőfogyasztók a létesítést kell támogatni

65 Értelmiségi felelősség
Egy gondolat: Értelmiségi felelősség = összefogás + építés!

66 Köszönöm a megtisztelő figyelmet!