Kutatók éjszakája, 2010. szeptember 24. 18:15 - 19:00 PTE TTK, 7624 Pécs, Ifjúság útja 6. E ép. 331. terem Dr. Német Béla, PTE, TTK, Környezetfizika és.

Az előadások a következő témára: "Kutatók éjszakája, 2010. szeptember 24. 18:15 - 19:00 PTE TTK, 7624 Pécs, Ifjúság útja 6. E ép. 331. terem Dr. Német Béla, PTE, TTK, Környezetfizika és."— Előadás másolata:

1 Kutatók éjszakája, 2010. szeptember 24. 18:15 - 19:00 PTE TTK, 7624 Pécs, Ifjúság útja 6. E ép. 331. terem Dr. Német Béla, PTE, TTK, Környezetfizika és Lézerspektroszkópia Tanszék "Hatásfokjavítás az energia termelői- fogyasztói rendszerekben. Ennek fizikai és társadalmi feltételei”

2 Az előadás felépítése - MIBŐL mi kell nekünk? Szükségleteink. - Mi kell életünk szükségleteinek kielégítéséhez? - Energiaforrások, transzportálás, tárolás. - Hőenergia előállítók, felhasználók, transzformálók: gépek, fűtőberendezések - Összenergetikai hatásfoknövelés-1. Kapcsolt energiaszolgáltató berendezések (CHP, CCHP) - Összenergetikai hatásfoknövelés-2. Az energia fogyasztói MENETREND és a szolgáltatói rendszer összehangolásával. Integrált (hibrid) energetikai rendszerek létrehozása. - Autonóm energia (elektromos energia, fűtés, hűtés, üzemanyagok) ellátás mértéke. Decentralizálás. Szigetüzem. Flották. - A nem-fosszilis energiaforrások (NFE) csak „együttesen, összekapcsolva” JÓK: Jelenlegi energetikai igényeink kielégítéséhez NFE-vel, szükséges tevékenységünk országos, regionális, kis közösségi, családi összehangolása.

3 SZÜKSÉGLETEINKRŐL, ENERGIAFORRÁSORÓL, GÉPEKRŐL,

4 Szükségleteink Hogyan élünk? „Szolgák” kellenek nekünk (régen rabszolgák, „modern korszakunkban” gépek, ROBOTOK) (330 MJ/nap/fő= 400 rabszolga) Szükségleteink: - ÉPÜLET, JÁRMŰ (életünk 85 %-át ezekben töltjük) - tiszta LEVEGŐ, (ipar, járműközlekedés előtti összetétel, páratartalom) - tiszta IVÓVÍZ (forrás, ártézi víz összetétel) - ENNIVALÓ (biztosítsa természetes úton a teljes ásványi anyag és elem szükségleteinket) - FŰTÉS, HŰTÉS (21 C körüli hőmérséklet), - KÖZLEKEDÉSI ESZKÖZÖK (gyalog, jármű, üzemanyag) (a lehető legkisebb plusz tömeg mozgatásával és legkevesebb energia felhasználásával) - TERMÉKEK (végeredménye. hulladék) - SZOLGÁLTATÁSOK (végeredménye. hulladék)

5 Mi kell életünk szükségleteinek kielégítéséhez? ENERGIA: munkavégző képesség Energiaformák (fizika) Mozgási energia (mert helyváltoztató lények vagyunk) Hőenergia (felvétel, leadás) (mert a 36,5 +- 0,4 oC testhőmérsékletet KELL biztosítanunk létünkhöz) Elektromos energia (mert közvetlen közelünkben ez a „legtisztább” gépek „üzemanyaga”) DE „rögtön felhasználandó”,

6 Mi kell életünk szükségleteinek kielégítéséhez? Energiaforrások (helyzeti, mozgási, kémiai kötés, magerők) - Fosszilisek (szén, kőolaj, földgáz) - Nukleárisok (hasadás: U235, U238, Pu, …majd fúzió) - Nem fosszilisek (kimeríthetetlen, megújítható, megújuló, hulladékban „raktározott”) ENERGIA (korpuszkuláris, elektromágneses) transzportálás Szállító járművekkel Csővezetéken, Távvezetéken „ENERGIA” tárolástechnológiák Ha korpuszkuláris (meg tudom fogni): szilárd, cseppfolyós, légnemű halmazállapotú: TARTÁLYBA teszem, Ha elektromágneses (villany, napsütés, hő). Korpuszkulárisba át kell alakítani

7 Mi kell életünk szükségleteinek kielégítéséhez? Hőenergia előállítók Tüzelőberendezések, kazánok (kémiai kötések felszakítása) Kémiai reaktorok (kémiai kötések felszakítása: biotechnológia: fementor, pirolizáló,..) Atom reaktorok (magerők „felhasználása”) Hőenergia felhasználók, transzformálók: gépek, fűtőberendezések Hőenergia – mozgási energia (jármű motorok, turbinák áramfejlesztőkben, Közlekedési eszközökben) Mozgási energia – elektromos energia (generátorok) Elektromos energia – mozgási energia (villanymotorok)

8 Szükségleteink kielégítésének (globális) TECHNOLÓGIÁJA - a források a Föld adott pontjain vannak („pontszerűek”), - a források feldolgozást igényelnek (nem közvetlenül felhasználhatók) - időszakos tárolás szükséges - a felhasználók az egész Földön „eloszolva”, - rengetek szállítás,

9 Hatásfok definíciók-1 Egy gép hatásfoka = az általa végzett munka osztva az ugyanazon időtartam alatt a gép „táplálására” használt energiahordozóból „elfogyasztott” energia hányadosa.

10 Hulladékhő Mindegyik esetben a munka mellett hő keletkezik. Az elektromos energia termelő berendezések elektromos energia termelésének hatásfoka 25-45 % közötti. A „hulladékhővel” két évtizeddel korábban nem nagyon foglalkoztunk. Azonban, ha egy gép hőjének minél nagyobb részét tudjuk (vagy fűtésre, vagy hűtésre) hasznosítani, akkor az ilyen energia termelői-fogyasztói rendszerben az egész éves energetikai hatásfok elérheti a 83 %-ot is. Az ehhez szükséges berendezések már léteznek, ezt kapcsoltan elektromos energiát, hőt és hűtést biztosító berendezésnek nevezik. Fontos mindehhez a hő és az elektromos energia „tárolásának” széleskörű fizikai kémiai és biológiai módszereinek alkalmazása is.

11 Hatásfok definíciók-2 Kapcsoltan (elektromos energia, fűtés, hűtés) energiaszolgáltató rendszer Egész évben szolgáltatott összenergia osztva az egész évben „elfogyasztott” energiaforrás energia tartalmának hányadosa Gőzgép16-18 %, Robbanómotor23-35 % Gőzturbina30-50 %, CHP70-85 % CCHP83-86 %

12 Hatásfok definíciók Stirling motor, fosszilis, nem fosszilis tüzelőanyaga

13 Munkagépeink (8): ORC turbina ORC-turbina, fosszilis, nem fosszilis tüzelőanyaga Szerves anyagot használ munkaközegként, például pentánt vagy butánt vízgőz helyett. A szerves munkaközegeknek alacsony a forráspontja: n-Butan C 4 H 10 : 0 o C; n-Pentan C 5 H 12 : 35 o C; alacsony a kritikus pont: 150 o C; 197 o C) alacsony a hőlépcső (70-150 °C) (még: iso-bután vagy iso-petán).ButanPentan A hatásfoka is alacsony (15-18 %), viszont a költségek (beruházási és üzemeltetési) alacsony volta miatt, mégis nagyon kedvező feltételek mellett lehet elektromos energiát előállítani. Ezek a közegek lehetővé teszik azt, hogy alacsony hőmérsékletű hőforrások energiáját is hasznosítani lehessen. Hőforrások lehetnek, növényi tüzelésű kazán, kőzethő, napsugárzás összegyűjtve. (biomassza kazánnal fűtött-, Naphőt hasznosító-, kőzethőt hasznosító ORC minierőművek).

14 ÖSSZETETT (KAPCSOLT) ENERGIA SZOLGÁLTATÓ BERENDEZÉSEK

15 A hatásfok növelés eszköze (1) Kapcsolt elektromos energia és hő előállítása Combined Heat and Power (CHP) Plant

16 A hatásfok növelés eszköze (2) Kapcsolt fűtő, hűtő és erőműi rendszer. Combined Cooling Heating and Power (CCHP) Plant Egy forrásból több energiaforma előállítása történik (mikroturbina)

17 A hatásfok növelés eszköze (3) Az energia fogyasztói MENETREND és a szolgáltató összehangolása. Hibrid-kombinált rendszer. A menetrend tartás adott szintű, decentralizált fogyasztói „csoport”, időben és energia összetételben változó energia igényének (a Fogyasztói Energiamixnek) folyamatos kielégítése nem fosszilis forrásokkal, minél kisebb veszteséggel, minél összehangoltabban, minél magasabb energetikai hatásfokkal.

18 Hibrid-kombinált rendszer. Kettő, vagy annál több olyan energiaforrás van egy energia mixet biztosító „szolgáltató rendszerbe” szervezve, amelyek külön-külön nem lennének elegendőek az év, vagy csak egy teljes nap folyamán a biztosítani a fogyasztó számára a változó mértékű hőt, vagy elektromos energiát. Az ilyen rendszernek nem csak energia szolgáltató egységei, hanem energia tároló egységei is (elektromos energia és hő tárolására) is vannak. Ezek összeadják a szükséges energia mixet, ezért nevezik más néven az energia forrásokat additívaknak, az egészet Additív rendszernek, más megnevezés szerint Hibrid rendszernek.

19 Példák hibrid rendszerekre. Farmer, kisközösségi szint 1. Szélkerék + AC/DC konverter + napelem + akkumulátor + DC/AC konverter = - 230 V-os, 50 Hz-es váltóáramú fogyasztókat lát el. 2. Napkollektor + hőtartály + Stirling motor + AC/DC konverter + napelem + akkumulátor + DC/AC konverter = - nyáron HMV-t termel, 230 V-os, 50 Hz-es fogyasztókat lát el. - télen HMV-t és (padló)fűtést biztosít. 3. Napkollektor + hőtartály + csövek padlóban, falban + abszorpciós hűtő - nyáron HMV-t termel hőtartályra és abszorpciós hűtéssel légkondicionál. - télen HMV-t és (padló)fűtést biztosít. 4. Napkollektor + hőtartály + Biokazán + Stirling motor + akkumulátor - nyáron (csak a kollektor) HMV-t termel hőtartályra és abszorpciós hűtéssel légkondicionál. - télen (főleg a biomassza kazán) HMV-t és fűtést biztosít, Stirling motor

20 Jelenlegi energetikai igényeink kielégítésének feltételei nem fosszilis forrásokkal A minél magasabb energetikai hatásfok eléréséhez először meg kell határozni az adott szintű fogyasztói csoport adott „energia formákból” történő fogyasztásának időfüggvényét. Ezután meg kell adni a nem fosszilis forrásokat felhasználó energetikai berendezések azon együttesét, rendszerét, amellyel ez az időfüggvény kielégíthető. Meg kell valósítani a menetrendtartást, ezzel is hozzájárulva az Energia előállítói - fogyasztó rendszer hatásfokának maximalizálásához. Valóságos emberi kis közösségekben meg kell szervezni azokat a szigetüzemeket, amelyekben az energetikai „önellátás”, autonóm módon megvalósítható Nagyobb közösségekben (pl. városi tömegközlekedés) meg kell határozni azt a flottát, amellyel együttműködve („kívülről”) folyamatosan és az igényeknek megfelelően történik az energiaforrás(ok) biztosítása.

21 SOK SIKERT KÍVÁNOK A JÖVŐ NEMZEDÉKNEK A NEM FOSSZILIS FORRÁSOKKAL TÖRTÉNŐ ENERGIAELLÁTÁSUK EREDMÉNYES BIZTOSÍTÁSÁRA MAGYARORSZÁGON