ENERGIA TERMELÉS · 2013-02-18 · ENERGIA MEGMARADÁS, HATÉKONYSÁG Energia nem hozható létre és nem semmisíthető meg. A hasznosítható energia az a felhasználható energia

ENERGIATERMELÉS

Dr. Pátzay György

MI AZ ENERGIA? Az energia változásokat idéz elő. Hajtóerő, mely mozgatja a testeket, gyártási folyamatokat visz végbe, előidézi az élőlények növekedését, szaporodását, mozgását, az emberi gondolkodást. A tudósok szerint az energia MUNKAVÉGZŐ KÉPESSÉG. Az energiának különböző megjelenési formáival találkozunk, de általánosan két nagy csoportba osztható: POTENCIÁLIS és KINETIKUS ENERGIÁRA POTENCIÁLIS ENERGIA Ez tárolt energia forma és helyzeti, gravitációs energia. A potenciális energiának különböző formáit ismerjük: Kémiai energia Az atomok és molekulák kötéseiben tárolt energia. Ez az energia tartja össze a részecskéket. A biomassza, a kőolaj, a földgáz jó példái a tárolt kémiai energiának. Tárolt mechanikai energia Erők alkalmazásakor a tárgyakban tárolt energia. Az összenyomott rúgó, a kinyújtott gumiszalag jó példák a tárolt mechanikai energiára. Nukleáris energia Az atomok magjában tárolt energia, mely az atommagokat alkotó nukleonokat tartja össze. Ez az energia szabadul fel, ha atommagok kapcsolódnak, vagy hasadnak. A jelenleg üzemelő atomerőművekben az urán atommagjait hasítják (hasadási energia), a napban és a jövő fúziós erőműveiben a hidrogén izotópjai egyesülnek (fúziós energia). Gravitációs energia Ez a helyzeti, vagy pozíciós energia. A hegytetőn lévő szikla a hegylábához képest gravitációs energiával rendelkezik. A magasan fekvő duzzasztó gát mögött lévő víz jó példája a helyzeti, vagy gravitációs energiának.

Dr. Pátzay György 2

KINETIKUS ENERGIA Ez a mozgási energia, a hullámok, elektronok, atomok, molekulák, anyagok és tárgyak mozgásából adódó energia. A kinetikus energiának különböző formáit ismerjük: Elektromos energia Az elektronok mozgásából adódó energia. Világunk anyagai atomokból épülnek föl. Az atomokat protonok, neutronok és elektronok alkotják. Erő hatására az elektronok mozognak. A vezetőkben mozgó elektronokat elektromos áramnak nevezzük. Az elektromos áram energiáját sok helyen, így többek között a világításban, fűtésben, mozgatásban használjuk föl. Sugárzási energia Ez elektromágneses energia, mely a transzverzális hullámokban terjed. Magában foglalja a látható fény, a röntgen sugárzás, a gamma sugárzás és a rádióhullámok tartományát. A napsugárzás a sugárzási energia jellemző példája. Termikus energia Más néven hőenergia, mely az anyag belső energiája és az anyagban lévő atomok és molekulák rezgési és mozgási energiáját jelenti. Mozgási energia Az anyag és a tárgyak mozgását jelenti egyik helyről a másik helyre. A tárgyak és anyagok mozognak, ha a newtoni törvények szerint erő hat rájuk. A szél jó példája a mozgási energiának. Hangenergia Az energia az anyagban longitudinális hullámokban (sűrűsödés és ritkulás) terjed. Hang keletkezik, ha erő hatására egy anyag vagy tárgy rezgésre kényszerül, a hangenergia az anyagban hullám formájában terjed.


Az energia SI mértékegysége 1 J. egyéb mértékegységei 1 cal (kalória)= 4.1868 J 1 kcal= 4186.8 J 1 Btu (British thermal unit)= 1055.05 J 1 thermie= 4.184E6 J 1 ft.lbf= 1.35582 J 1 kJ= 1000 J 1 MJ= 1E6 J 1 LEh (lóerőóra)= 2.6845E6 J 1 kWh= 3.6E6 J 1 MWh= 3.6E9 J 1 eV (elektron volt)= 0.16021E-18 J 1 erg= 1E-7 J 1 Quad=1015 BTU


ENERGIA MEGMARADÁS, HATÉKONYSÁG Energia nem hozható létre és nem semmisíthető meg. A hasznosítható energia az a felhasználható energia mennyiség, melyet egy rendszerből ki lehet nyerni. Az energia egyik formájának másik formába történő átalakításakor veszteségek lépnek föl. ENERGIAFORRÁSOK Két csoportba sorolhatók: MEGÚJULÓ és NEM-MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK.

A nem-megújuló energiaforrások: szén, a kőolaj, a földgáz, az urán. Jelenleg az emberiség energiaellátásában döntő a szerepük. A megújuló energiaforrások: a biomassza, a geotermális energia, a vizenergia, a napenergia és a szélenergia. Döntően villamos energia előállítására alkalmazzák. A villamos energia különbözik a többi energiaforrástól, mert MÁSODLAGOS ENERGIAFORRÁS. A másodlagos energiaforrás létrehozásához más ELSŐDLEGES ENERGIAFORRÁS

felhasználása szükséges.

A VILÁG ENERGIAFOGYASZTÁSÁNAK FORRÁSAI 2000-BEN


Fosszilis tüzelőanyagok a földkéregben található szén-, olaj és földgázkincs; tehát az éghető tüzelőanyagok.

Fissziós üzemanyagok a nehéz atommagok hasításán alapuló atomreaktorokban felhasznált anyagok (pl. urán).

Fúziós üzemanyagok a könnyű atommagok egyesítésével járó energiaátalakítás energiahordozói (pl. deutérium, trícium).

Technikai rendszerek az energetikában 1. Energetikai paramétermódosító rendszerek (hőcserélő, villamos transzformátor) 2. Energiaváltoztató rendszerek (hűtőgép, villamos motor) 3. Energiaszállító rendszerek (elektromos táv-vezetékhálózat, gázvezetékhálózat) 4. Energiatároló rendszerek (akkumulátor, kondenzátor)

5. Az energetika állapottartó rendszerei (légkondicionáló) 6. Az energetika output-tartó rendszerei (feszültségstabilizátor, nyomásszabályozó)

ENERGIAHORDOZÓK -Ásványi energiahordozók Energiatartalom (MJ/kg)



Energiaforrások, átalakítások, szállítások, elosztások,

tárolások és felhasználások kapcsolata


ENERGIAFORMÁK ÁTALAKÍTÁSA

Energia átalakítás hatásfok (%) Elektromos melegítő 100 (elektromos/termikus)

Elektromos generátor 95 (mechanikus/elektromos) Elektromotor nagy (kicsi) 90 (65) (elektromos/mechanikus)

Akkumulátor 90 (kémiai/elektromos)

Gőzkazán 85 (kémiai/hő)

Házi gáz (olaj,szén) kályha 85(65,55) (kémiai/hő)

Gőzturbina (gázturbina) 45(30) (kémiai/mechanikai)

Gépjármű motor 25 (kémiai/mechanikai)

Fluoreszcens lámpa 20 (elektromos/fény)

Szilícium napcella 15 (nap/elektromos)

Gőzmozdony 10 (kémiai/mechanikai)

Izzólámpa 5 (elektromos/fény) Dr. Pátzay György 9

Energiaátalakító technológiák területigénye

•Nukleáris

•Szén

•Víz

•Napelem

•Szél

•Biomassza

•Geotermikus

•Gáz turbina/tüzelőanyag cella

•8,8 km2

•18,13-32,26 km2

•72,5 km2

•103,6 km2

•259 km2

•2590 km2

•7,8 km2

•Esettől függ

1000 MWe területigénye Technológia


Területigények

Technológia Teljesítmény fajlagos

km2/GW

Kihasználtság %

Energia fajlagos Km2/GWh

Víz 4000 30 13333

Biomassza (direct fire) 4879 80 6098

Szél 242 30 806,7

Nap – PV (flat plate) 50 20 250

Szén 96 70 137

Nap – Thermal (parabolic trough) 22 34 65

Geotermikus 34 90 38

Földgáz 15 40 37,5

Olaj 7 30 23,3

Nukleáris 12 90 13,3

Forrás: “Renewable Energy Technology Characterizations,” DOE’s Office of Utility Technologies, Energy Efficiency and

Renewable Energy, and EPRI, 1997; “Generic Environmental Impact Statement for License Renewal of Nuclear

Plants,” NRC, 1996; “The Most Frequently Asked Questions About Wind Energy,” American Wind Energy Association,

2002; “PV FAQ’s,” DOE, Energy Efficiency and Renewable Energy, 2004; Capacity factors from Global

Decisions/Energy Information Administration. Dr. Pátzay György 11

0 20 40 60 80 100

Vízerőmű

Hibrid tüzelőanyag cella

Gáz-kombinált ciklus

Tüzelőanyag cella

Széntüzelésű erőmű

Gáz turbina

Nukleáris

Szélerőmű

Napelem

Geotermikus

Biomassza

1

8

10

25

33

38

43

50

58

66

80

Energiaátalakító technológiák hatásfokai


Energiagazdálkodás

• Energiaszükségletek és rendelkezésre álló energia fajták felmérése

• Termelés és szükséglet összehangolás

• Leggazdaságosabb energiaátalakítási módszerek meghatározása

• Környezeti hatás csökkentése

(Üvegházhatású gázok!)


Energiasűrűség (J/dm3) egy rendszerben, vagy térrészben lévő tárolt energiamennyiséget jelzi és főleg tüzelőanyagok jellemzésére alkalmazzák.

Fajlagos energiatartalom (J/kg) az egységnyi tömegben lévő energiatartalmat jelzi és főleg élelmiszerek energiatartalmának kifejezésére alkalmazzák. Fontos jellemző, mert például interkontinentális repülőgépek üzemanyagául sosem alkalmaznak földgázt, mert kis fajlagos energiatartalma mintegy ezredrésze a folyékony kerozinnak. A hegymászók nem sárgarépát, henem csokoládét visznek magukkal a hegyi megerőltető túrára.

Energia koncentráció (J/m2) az energiaforrás adott irányú sűrűsége. A kis kőolajmezők energia koncentrációja <1GJ/m2, míg a világ legkoncentráltabb olajmezőjén (al-Burkazin, Kuvait) 1TJ/m2, a kanadai olajpala koncentrációjának tízszerese. Mindenesetre az energia koncentráció jól jelzi Földünk korlátozott lehetőségeit.

Energiahatékonyság (J/J) az energiaformák átalakítását végző hatékonyságát jellemzi. A vízturbinák például a potenciális energiát közel 90%-os hatásfokkal alakítják át elektromos energiává. Lényegében hatásfokot jelöl.

Teljesítmény sűrűség (W/m2) a talaj, vagy tenger egységnyi felszínén kinyerhető vagy szükséges teljesítményt jelzi. Olajmezők, erőművek, épületek fajlagos teljesítmény leadását, vagy felvételét jelzi. Háztetőkre szerelt napkollektorokkal például nem lehetséges vaskohó hőteljesítmény igényét fedezni.

Energiaintenzitás (energia igényesség) (J/pénzegység) egységnyi termék, vagy szolgáltatás előállításához szükséges energia szükségletet jelzi. A bruttó primer energia ellátás (TPES) ás a bruttó nemzeti termék (GDP) aránya adja az energia intenzitás értékét. Sajnos gyakran hibásan határozzák meg.


Fosszilis energiahordozók

• Szén

• Kőolaj

• Földgáz

• Fa

• Magyarországon a szénhidrogének felhasználási aránya kb. 70%

Hatásfok

• Elektromos energia kőszénből 35-40%

• Elektromos energia + gőz kőszénből ellennyomású erőműben 72%

• Gőzgép 11%

• Diesel motor 30%

• Háztartási fűtés olajkazánban 66%


Anyag Fajlagos energia “költség”

(MJ/kg) Kiindulási anyag

alumínium 230-340 bauxit

tégla 2-5 agyag, márga

cement 5-9 agyag, mészkő

réz 60-125 szulfidos rézérc

üveg 18-35 homok, agyag, márga

vas 20-25 vasérc

mészkő 0,07-0,1 mészkő

nickel 70-230 szulfidos nikkelérc

papír 25-50 facellulóz

polietilén 87-115 nyersolaj

polisztirol 62-108 nyersolaj

PVC 85-107 nyersolaj

homok 0,08-0,1 folyómeder

szilícium 200-250 szilícium-dioxid

acél 20-50 nyersvas

kénsav 2-3 kén

titán 900-950 titánérc

víz 0,001-0,01 folyók, tavak, talajvíz

tüzifa 3-7 erdő


SZÉN A növényi anyagok szénné alakulásának két fő szakasza van. a/ A lerakódás és az ezzel kapcsolatos felszíni átalakulás, eredménye a tőzeg. b/ A nagy nyomás és hőmérséklet hatására a földkéregben létrejövő metamorfózis, a szénülés. A szénülés során a tőzeg fokozatosan átalakul, s lignit, barnaszén, feketeszén majd antracit keletkezik. A széntartalom és a kémiailag kötött energia változását a szénülés foka szerint a következő táblázat mutatja.

C [%] Q[MJ/kg] tőzeg 55-65 6,3-7,5 lignit 60-65 7,0-8,4 barnaszén 65-80 5,4-24 feketeszén 80-93 24-32 antracit 93-98 35-37,5


A szénülés során csökken a hidrogén és oxigéntartalom, amely a növényeknél 6, illetve 44 % körüli érték volt, az antracitnál nem éri el a 2, illetve 4 %-ot. Az ásványi szenek a karbon és hidrogén mellett más éghető és nem éghető anyagokat is tartalmaznak. Az éghető gázok (ún. illóanyagok) égéskor elégnek és eltávoznak, az éghetetlen szilárd anyag a hamu visszamarad. A magyarországi szenek leggyakoribb hamualkotói: a kovasav (SiO2), az alumíniumoxid (Al2O3), a vasoxid (Fe2O3), a foszforpentoxid (P2O5) és a kalciumoxid (CaO). A szén tüzeléstechnikai értéke annál nagyobb minél kisebb a nedvesség- és hamutartalma. A szén durva nedvességtartalma a hótól vagy a mosóműből kerül a szénbe, a higroszkopikus nedvességtartalmat pedig a szénfelület abszorbeálja, s a szénben lévő kapillárisok tárolják. A szénben három féle hamu van.

a/ Primer hamu: olyan ásványi anyag, mely még szén ősét jelentő fában is megtalálható volt. Csak különleges eljárásokkal távolítható el.

b/ Szekunder hamu: a szénülés folyamatában a geológiai rétegmozgások következtében keveredett a szénnel. Eltávolítása az ún. flotálás, mely során a flotálómedencében a szén és a meddő fajsúlykülönbségét használják fel a szétválasztásra.

c/ Tercier hamu: a bányászati folyamat során a szénbe kerülő meddő. Eltávolítása egyszerű, ez az ún. szénmosás.

Szénkitermelés: felszíni és mélyművelésű bányákban.


Szénhidrogének KŐOLAJ A kőolaj szerves, főleg állati eredetű maradványok átalakulási terméke. A kőolaj tömeg %-ban adott összetételét a következő táblázat mutatja A kőolaj összetétele C 80-88% H 10-14% S <5% O <7% N <1,7% Hamu <0,03% A kőolaj fűtőértéke: 33-40 MJ/kg. A szénhidrogének csoportjai: paraffinok (normál- ill. izo-paraffinok), cikloalkánok (naftének), aromások. Olefinek, acetilének~0.

FÖLDGÁZ A természetben található gáznemű tüzelőanyag, szénhidrogénekből áll. A kőolaj-előfordulásnak rendszerint kisérője. Legértékesebbek azok a földgázok, melyek sok metánt tartalmaznak, de kisebb-nagyobb mennyiségben etán, propán, bután, pentán stb. is található a metán mellett. Az olyan földgázt, ami túlnyomó részt metánból áll és csak igen kevés C2-C6 – szénhidrogént tartalmaz, „száraz” földgáznak is nevezik. Az olajjal együtt feltörő földgázok rendszerint ún. „nedves” földgázok, ezek számottevő mennyiségben tartalmaznak C2-C6 szénhidrogéneket.


CH4 26-99%, C2H6 0,1-9,5%, CnH2n+2 <16%, N2 <38%, H2S <15% (CO2 0-75%).

Energiahordozók kiaknázása


Energiatermelés kémiai technológiái

Kémiai energia Hőenergia

CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O Égéshő: 5,55*104 kJ/kg Fűtőérték: 4,99*104 kJ/kg

Atomenergia Hőenergia

235 236 90 143

92U + n 92U* 36Kr* + 56Ba* + 3n

Atommag hasadással termelődő energia 8,21*1010 kJ / kg 235U Kémiai energiahőenergiamechanikai energiavillamos energia Atomenergiahőenergiamechanikai energiavillamos energia


Tüzeléstechnika

• Égéshő kJ/kg 33808*C% + 144184*(H% - 1/8 O%) + 10460*S%

100

(1 g oxigénhez 1/8 g hidrogén tartozik a vízben)

• Fűtőérték kJ/kg F= É – R

R = 2510 (9*H% + nedv.%)

100 (1 g hidrogénből 9 g víz keletkezik)

Égési hőmérséklet az a maximális hőmérséklet, amely a tüzelőanyag elméleti levegőszükséglettel való elégetése során keletkezik, ha nincs hőcsere és veszteség.

Légfelesleg tényező a ténylegesen használt és az elméletileg szükséges levegő hányada.

Gyulladási hőmérséklet az a legkisebb hőmérséklet, amire ha az éghető anyagot felmelegítik levegőn, akkor magától meggyullad.

Túl gyors égés: robbanás, robbanó elegy jellemzői az alsó és felső robbanási határ.


Levegő hozzávezetés, égéstermék elvezetés, veszteségek, robbanó elegyek

• A levegőt az égés sebességének megfelelő ütemben kell odavezetni, az égéstermékeket kellő gyorsasággal kell eltávolítani.

• Hőveszteségek: a füstgáz hőtartalma, sugárzási és vezetési hőveszteség, tökéletlen égés miatti veszteség.

• Alsó és felső robbanási határ, a már és a még robbanó tüzelőanyag-levegő elegy koncentrációja.


Szilárd, cseppfolyós (tömeg%) és gáz (tf%) halmazállapotú tüzelőanyagok összetétele


Hamu Víz C H S O N Égéshő (kJ/kg)

Kőszén (antracit)

4 1 85,4 3,8 1,2 2,3 2,3 33390

Kőszén (gázkőszén)

3,7 3,5 77,3 5 1 8,5 1 30000

Koksz 9 1,8 84 0,8 1 1,7 1,7 29310

Barnaszén (nyers)

2,7 59,3 23 1,9 1,6 6 6,1 8000

Benzin (könnyű)

- - 85,6 14,35 0,05 - - 43500

Tüzelőolaj (könnyű)

- 0,1 85,5 13,5 0,9 - - 42600

Tüzelőolaj (nehéz)

1 0,5 84 11,7 2,8 - - 40500

Földgáz CH4 H2 CO CO2 N2 C2H6(stb) Égéshő (kJ/kg)

Hidrogén 100 10760

Szénmonoxid 100 12640

Metán 100 35795 Földgáz (holland, olasz) 80,9 - - 0,8 14,4 3,9 32000

Kokszoló gáz 25 55 6 2 10 2 17375 Kohó (torok) gáz 0,3 2 30 8 59,7 - 3975


Ideális tüzelés

Reális tüzelés

Tüzeléstechnikai számítások

Az égési folyamatok mennyiségi leírása a technikai tüzelőrendszerekben rendkívül nehéz. Így csak rendkívül leegyszerűsített folyamatokat vesznek figyelembe. Ezen egyszerűsített modell sémája:

A három legfontosabb elemi komponens (C, H, S) égési reakciói elméleti, sztöchiometrikus esetben: Elméleti levegőszükséglet (Lo, Nm3levegő/kg tüzelőanyag) A tüzelőanyag elemi összetételének (szén-, hidrogén- és általában kéntartalmának) ismeretében, az égési reakciók alapján kiszámítható 1kg tömegű tüzelőanyag tökéletes elégetéséhez szükséges oxigén, ill. ezen keresztül a szükséges levegő mennyisége.

SHC XXXL 32,3678,26876,80


Elméleti (száraz és nedves) füstgáz-mennyiség (V0sz, V0n, Nm3 füstgáz/kg tüzelőanyag) Az elméleti száraz füstgáz CO2-t, SO2-t és N2-t tartalmaz, míg a nedves füstgázban a vízgőz is benne van.

Légviszony tényező (n) A tüzelőanyag tökéletes elégetéséhez az elméletinél nagyobb mennyiségű levegőt kell felhasználni. A többletlevegőt légviszony tényezővel (n) fejezzük ki, amely megadja, hogy a ténylegesen felhasznált levegő (L) hányszorosa az elméleti levegőszükségletnek (Lo).

n =L

L0

12

41,22

21

79

12

41,22)

12

41,22

21

79(

12

22,41Nm 1

41,2221

79 41,22)41,22

21

79(22,41Nm 12

21

79 C )

21

79(

3333

3333

2222

NmNmNmkg

NmNmNmkg

NONOC

SHC

n

SHC

sz

XXXV

XXXV

32,30,32876,8

32,307,21876,8

0

0


A felesleges levegő változás nélkül halad át a tüzelőszerkezeten, a tűztér hőmérséklete nem túl magas. (Ellenkező esetben a levegő nitrogénje részben nitrogén-oxidokká alakul!). A légviszony tényezőt gyakorlatilag a füstgáz elemzési adataiból (O2 és CO2 tartalmából) tudjuk kiszámítani.

A száraz füstgázok O2-tartalmából legegyszerűbben: számíthatjuk. A száraz füstgázok CO2-tartalmából pedig: Ez utóbbi képletek használatához az elméleti levegőszükséglet (Lo) és a keletkező száraz füstgáz térfogat (Vosz) értékén kívül ismerni kell a füstgázok maximális CO2 tartalmát is (CO2max).

n =21

21-O2 mér t

mért

mértsz

O

O

L

Vn

2

2

0

0

211=

CO

Nm CO

kg szénC

kg szén

kg tüz anyag

VNm füstgáz

kg tüz anyag

sz

2

3

2

0

3max

.

.

=

22,41

12


Vsz=V0sz+(n-1)L0 és 0,21(n-1)L0=O2(füstgázban)(V0

sz+(n-1)L0

Mivel V0sz~L0

n=21/(21-O2(füstgázban))

Tüzelőanyag %CO2max

Metán/földgáz 11,7%

LPG 13,9%

Tüzelőolaj 15,7%

Szén (100%) 21,0%

mért

mértsz

CO

COCO

L

Vn

2

2max2

0

01=

A tüzelés során képződött valódi füstgáz mennyiségek a légviszony tényező és az elméleti levegő- és füstgázmennyiség ismeretében kiszámíthatók:

00

00

1

1

LnVV

LnVV

nn

szsz

Égési folyamatokat befolyásoló paraméterek Biztosítani kell:

• elegendően nagy levegőmennyiség • elegendően magas oxigéntartalmú levegő • megfelelően kiakakított tűztér • füstgázok elvezetése • gyulladási hőmérséklet az égés beindításához • elegendően nagy égési reakciósebességek

Tüzelés során háromféle lehetséges üzemmód fordul elő:

a léghiányos tüzelés, az elméleti értékek mellett végzett tüzelés és a légfelesleges tüzelés. Fontos tüzeléstechnikai jellemző az égési hőmérséklet.


Tüzelőanyag n

Földgáz 1,03-1,3

Tüzelőolaj 1,1-1,4

Darabos szén 1,4-2,0

Porszén 1,2-1,5

Tüzelési folyamatoknál a különböző légviszony tényező mellett végzett tüzelések hatására

a füstgáz oxigén tartalma eltérő. A tüzelőberendezések emissziós méréseinek

eredményei csak akkor hasonlíthatók össze, ha azonos füstgáz oxigén tartalmakra

vonatkoztatjuk a mért emissziós értékeket. Adott légszennyező füstgáz komponens mért

koncentrációját a következő összefüggéssel számíthatjuk át a megadott oxigén tartalomra:

)/(%)(%)(21

%)(%)(21)/(

3

2

23

22mmgC

tfOtf

tfOtfmmgC

mértref O

mért

ref

O

CO2 ref,CO2 mért- adott légszennyező anyag koncentréciója a referencia

és a mérés során létező oxigén koncentráció mellett

O2 ref, O2 mért- az összehasonlításhoz megadott és a mérési

körülmények között a füstgáz oxigén koncentrációja

A hazai és nemzetközi gyakorlatban a füstgáz referencia oxigén koncentrációja

gáztüzelésnél 3 tf%, szén- és olajtüzelésnél pedig 6 tf% vagy 7 tf%! Tehát az egyes

füstgázkomponensek koncentrációit egységesen a fenti oxigéntartalmú füstgázokra

számítjuk át.



Tüzeléstechnikai hatásfok (h)

(qA – füstgáz veszteség %)

qAh %100

A füstgáz veszteség tüzelőanyagtól függően két különböző formulával számítható. A

számítások alapja a füstgázhőmérséklet (tfg) és a tüzeléshez felhasznált levegő

hőmérséklete (tlev) közötti különbség.

BO

AttqA

CO

ttfqA levfg

levfg

22 21

2

szilárd tüzelőanyagnál folyékony és gáznemű tüzelőanyagnál

21

21 2max22

OCOCO

Tüzelőanyag A2 B F COmax

Tüzelőolaj 0,68 0,007 - 15,5

Földgáz 0,65 0,009 - 11,9

Foly. Gáz 0,63 0,008 - 13,9

Koksz, fa 0 0 0,74 20,0

Brikett 0 0 0,75 19,9

Barnaszén 0 0 0,90 19,2

Kőszén 0 0 0,60 18,5

Kokszgáz 0,6 0,011 - -

Városi gáz 0,63 0,011 - 11,6



Füstgáz komponensek

Forrás termék előfordulás

•C CO2 ,(C, CO) 7-15% (50-150 ppm)

•H. H2O H2O

•N2 N2 (NO,NO2) 75-80% (<10 ppm)

•O2 O2 2-8%

•S SO2 <200 ppm

HC, hamu


koncentráció

9 ppm Maximálisan megengedett érték rövid időtartamra élő környezetben

35 ppm Maximálisan megengedett érték 8 órás folyamatos időtartamra élő környezetben

200 ppm Maximálisan megengedett érték bármely időtartamra élő környezetben. 2-3 óra után fáradság, fejfájás, hányinger

800 ppm 45 percen belül hányinger és görcs, 2-3 órán belül halál

3200 ppm 5-10 percen belül fejfájás, hányinger, 30 percen belül halál

CO !!!!!!!!!!!

Színtelen, szagtalan, ízetlen, éghető, erősen mérgező gáz. A „csendes

gyilkos” tökéletlen égés során keletkezik, pl. nem megfelelő huzat esetén.


Tüzelőanyagok elméleti és gyakorlati tűztéri hőmérsékletei

Tüzelőanyag Fűtőérték Elméleti tűztéri hőm. Gyakorlati tűztéri hőm.

(kJ/kg) (0C) (0C)

Kőszén 30000 2300 1200...1500

Barnaszén(száraz) 20000 1500 1000...1200

Tüzelőolaj 40000 2000 1200...1500

Földgáz 36000 2000 1200...1600

Tüzelőszerkezetek

• A tüzelőanyagok elégetésére és a keletkező hő hasznosítására szolgálnak.

• Felépítésük a tüzelőanyag halmazállapotától függ.

• Működés kívánalmai: jó tüzelési hatásfok, sokféle tüzelőanyag elégetésére legyen alkalmas, jól szabályozható és gazdaságos legyen.

• Gáz, porlasztott olaj és szénpor tüzelés


Tüzelőberendezések SZÉNTÜZELÉS

Vándorrostélyú tüzelőszerkezetben a rostély végtelen láncot képez, melyet két lánckerék mozgat. A lánc végéről a salak folyamatosan távolítható el. A tűztérbe kerülő szén fokozatosan felmelegszik, kokszolódik és végül elég.

Az alkalmazott rostélyhossz ált.

4m, az égési folyamat

1mm/sec rostélysebesség

mellett kb. 1 óra alatt megy

végbe. A vándorrostélyos

tüzelés néhány centiméteres

széndarabok tökéletes

elégését biztosítja. Maximum

100 MW termikus teljesítményű

kazánokhoz alkalmazható.


Dr. Pátzay György 38 Dr. Pátzay György

A finomszemcsés szilárd

anyagot (szén és hamu

max. 1 cm átmérőjű

szemcséinek keverékét

levegő tartja

lebegésben. Jó

hatásfokú hőcsere megy

végbe Az égési

hômérséklet 800-900 0C

így az NOx gázok

képződése erősen

korlátozott.

A fluidizációs

tüzelőberendezések

maximum 200 MW

termikus

teljesítményértékig

alkalmazhatók.


Cirkulációs (instacionér) fluidizációs tüzelés Az instacionér (fluidizációs) széntüzelésnél a gáz-szilárd elegyet kivezetik a

tűztérbôl és utánkapcsolt hôhasznosító berendezésen vezetik át.



Porszéntüzelésű hőerőmű

túlhevítő porleválasztó

A szenet malomban 50 m szemcseméret alá aprítják. A porszéntüzelés biztosítja a legjobb

hőátadást, mert itt a legnagyobb a szén fajlagos felülete. Az elérhetô termikus teljesítmény

2000 MW.


CO2 tisztításra

és kompresszióra

Tisztított füstgáz

a levegőbe

Abszorber

torony

CO2

sztripper

rebojler

füstgáz

CO2

sztripper

Szénportüzelés CO2 lekötéssel

(jelenkor)

Amin (MEA) kereskedelmileg hozzáférhető

USA-ban 3 erőmű üzemel:

MEA, <15 MWe, >90% ΔCO2

alapkövetelmények:

~20000-25000 m2 szükséges egy 600 MW erőműhöz

SO2 és NO2~0

Nagy rebojler gőzszükséglet (MEA>KS-1>Ammonia)

Sok új feltétel vált ismertté!

MEA-monoetanol amin

SCR-szelektív katalitikus redukció

ESP-elektrosztatikus por- és pernyeleválasztó Dr. Pátzay György 43

TISZTA SZÉNALAPÚ ENERGIATERMELŐ TECHNOLÓGIÁK (CCT)

Az integrált elgázosító kombinált ciklusú széntüzelés (IGCC) újtípusú széntüzelésnél a szenet oxigénnel és vízgőzzel reagáltatják és döntően szén-monoxidból és hidrogénből álló fűtőgáz keletkezik. Ezt a gázt megfelelő tisztítás után gázturbinában elégetik. A fejlődött hő jelentős részét gőzfejlesztésre használják, mely további elektromos energiát fejleszt. Az IGCC erőművek magas hatásfokkal rendelkeznek még rosszabb minőségű szenek esetén is. Jelenleg néhány kísérleti erőmű üzemel az EU országaiban, az USA-ban és Japánban. Karbonát ciklus a CO2 megkötésére:


szén

elgázosító füstgáz tisztító

gázégő

gázturbina

generátor

elektromosság

gőzfejlesztő

Emisszió ellenőrzés

salak

gőzturnina

kondenzátor

generátor

elektromosság

tápvíz szivattyú

IGCC

gőz injektálás

IGCC Dr. Pátzay György 45

A CO2 leválasztás lehetséges útjai

Lehetséges elválasztási eljárások:

• Abszorpció

• Adszorpció

• Membrántechnika

• Kriogén eljárás Dr. Pátzay György 46

A leválasztott CO2 lehetséges tárolása, elhelyezése


Széntüzeléseknél a CO2 megkötés lehetőségei és költségei

BoA- Brown coal power plant with

Optimized plant engineering

ALPC- Advanced Lignite Pulverized Coal

Égetés után, égetés előtt és CO2 recirkulációval


OLAJTÜZELÉS

A tüzelőolajokat betűk és számok kombinációjával nevezik el. Így pl a TH 5/20 háztartási tüzelőolajat jelöl, mely 5 0C -on még szivattyúzható és 20 0C -on még porlasztható.


GB-GANZ gázégők választéka

GÁZTÜZELÉS



Ahogy nő a nukleonok száma elérjük a vas környékén a kötési energia maximumát. A

nagyobb tömegű magok kevésbé stabilak. Ezért egyaránt energia nyerhető a kis magok

egyesüléséből fúziójából és a nagy magok hasadásából. Ezért jellemző az alfa-bomlás a

nehéz magok esetén.

Így energia nyerhető kétféleképpen:

Maghasadással: atomok elhasadása--> ez történik a hasadási atomreaktorokban.

•energia nyerhető, ha nagy a mag

•minél kisebb a végtermék mag, annál stabilabb

A nukleáris energiatermelés elvi alapjai


LÁNCREAKCIÓ

Kritikus reakció:amikor éppen elegendő hasadás történik ahhoz, hogy a láncreakció

fönnmaradjon. Ez a nukleáris energiatermelés alapja.

Szuperkritikus reakció: Amikor a láncreakcióban hasítóképes neutronfelesleg keletkezik és nő

a hasadás sebessége. Ez történik az atombombákban.

KRITIKUS TÖMEG: a hasadóanyag legkisebb tömege, mely fenntartja a láncreakciót. Ez 235U

esetében 56 kg.

A NUKLEÁRIS ENERGIATERMELÉS: MAGHASADÁS


HASADÁSI ENERGIA

A hasadási reaktorok zömében jelenleg az 235U az alkalmazott hasadóanyag.

Egy lehetséges hasadási reakció: 1n + 235U -->92Kr + 141Ba + 3 1n + energia

vagy

Egy urán atom elhasadásakor kb. 200 MeV energia szabadul föl. 100 g 235U elhasadása

8,21 .1012 J=1785 tonna TNT energiájának megfelelő energiát képvisel.


Mag 232Th 233U 234U 235U 236U 238U 237Np 239Pu 240Pu

Átmeneti

mag

233Th 234Th 235U 236U 237U 239U 238Np 240Pu 241Pu

Neutron

energia

(MeV)

1,3 T 0,4 T 0,8 1,2 0,4 t >0

HASADÓANYAGOK



Paksi atomerőmű 4 db 440 MWe VVER-440/213, 1 fűtőelem l=2,4 m, 99%Zr 1%Nb

1 kötegben 126 db fűtőelemrúd van, az aktív zónában 312 db köteg (42 t UO2 3,5% 235U)

ERŐMŰREAKTOROK

TERMIKUS

VÍZHŰTÉSŰ

NEHÉZVIZES (CANDU)

KÖNNYŰVIZES

NYOMOTTVIZES (PWR, VVER)

FORRALÓVIZES (BWR, RBMK)

GÁZHŰTÉSŰ

NAGY HŐMÉRSÉKLETŰ

(HTR)

GYORS


A reaktor részei

TMI PWR (USA)

A nyomottvizes atomerőmű (PWR)

Source: U.S. Nuclear Regulatory Commission Dr. Pátzay György 58

1 Reaktor tartály 2 gőzfejlesztő 3 fűtőelem töltő

4 kiégett fűtőelem tároló medence 5 elnyelető torony

6 tápvíz előkezelés 7 védőburkolat 8 elnyelető

torony 9 permetező rendszer 10 ellenőrző csatorna

11 levegő beszívás 12 tubina 13 kondenzátor

14 turbina blokk 15 tápvíz tartály 16 előhevítő

17 turbina csarnok daru 18 elektromos

berendezések, vezérlések

A VVER-440/213 nyomottvizes reaktor



Zárt nukleáris üzemanyagciklus

Egyszeri felhasználású nukleáris üzemanyagciklus

Nukleáris üzemanyagciklusok




1 GW.év elektromos energia termeléséhez tartozó hasadóanyag felhasználások


Az erőművek általában villamos energia termelésére épített létesítmények.

Az energiaforrás szerint:

• Hőerőművek • Vizerőművek • Szélerőművek • Egyéb erőművek


HŐ Kazán

Szivattyú

Turbina

Domain

Hőerőgép. . .

HŐ

Hev

ítés

Expandálás

Hűtés

Komprimálás

Kondenzátor


A termelt vagy szolgáltatott energia szerint: Tisztán villamos energiát szolgáltató Villamos energiát és hőenergiát szolgáltató erőművek Az erőművek kihasználása szerint: Alaperőművek, egész évben egyenletesen termel, jól kihasználja a kapacitását Menetrendtartó erőművek, igények alapján előre megszabott menetrend szerint Csúcserőművek, csak a terhelési csúcsok idején szolgáltat energiát

Kondenzációs erőmű Ellennyomásos erőmű


Elvételes kondenzációs erőmű Egyszerű vízgőzős Rankin-Clausius körfolymat



Olajtüzelésű kazán

A Carnot-ciklus a p-v és T-s diagramokban

h

lh

T

TTCarnot hatásfok:


A Rankine-Clausius körfolyamat

Gőzturbina

Kondenzátor

Szivattyú

Kazán (túlhevítővel)

1

3

2

4

5

6

Villamos generátor


A Rankine-Clausius körfolyamat

1

3 2

4

5

6

T(K)

s (J/kg·K)

1

2 3

4

5 6

1-2 Folyadékhevítés

2-3 Elgőzölgés

3-4 Túlhevítés

4-5 Expanzió

5-6 Kondenzáció

6-1 Szivattyúzás



Ideális Rankin ciklus

1-2 reverzibilis adiabatikus szivattyúzás

2-3 hevítés állandó nyomáson (részben izoterm)

3-4 reverzibilis adiabatikus expanzió

4-1 hűtés állandó nyomáson (részben izoterm)

s

T

1

2s

3

4s


1-2 nemizentrópiás szivattyúzás

2-3 irreverzibilis hevítés

3-4 nemizentróoiás expanzió

4-1 irreverzibilis hűtés

s

T

1

3

4

2

Reális Rankin ciklus

Hatások javítási lehetőségek

Kapcsolt energiatermelés (kogeneráció)

Dr. Pátzay György 76 Dr. Pátzay György

Ideális kapcsolt energiatermelés

tüzelő- anyag

100

villamos energia, 20

hőenergia 65

villamos energia, 20

hőenergia 65

tüzelőanyag 55

tüzelőanyag 75

kapcsolt energiatermelés

külön hő- és villamosenergia termelés

veszteség 35

veszteség 15

veszteség 10

Tüzelőhő megtakarítás:

55 + 75 – 100 = 30


MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK Felosztás:

1. Eltüzelhető megújulók és hulladékok (CRW). -Szilárd biomasszák és állati termékek. Ilyen a fa, fahulladék, rost-hulladék, állati hulladékok és más szilárd biomasszák. A biomasszából készült faszén is ide tartozik. -A biomasszából keletkező folyékony és gáznemű energiahordozó anyagok. Ide tartozik a biogáz. -Háztartási hulladékok. Lakossági és kórházi hulladékok. -Ipari hulladékok. Szilárd és folyékony hulladékok, pl. autógumik.

2. Vízenergia A víz potenciális és kinetikus energiáját elektromos energiává alakítják a vizierőművekben.

3. Geotermális energia A föld hőjét gőz és/vagy melegvíz formájában hasznosítják közvetlen fűtésre, vagy elektromos energia előállítására.

4. Napenergia A napenergiát forró víz előállítására vagy elektromos energia előállítására alkalmazzák.

5. Szélenergia A szél kinetikus energiáját szélmotorokban elektromos energiává alakítják.

6. Árapály, hullám, óceán energia Mechanikai energiát elektromos energiává alakítanak.


Megújuló energiaforrások - Energia jövőkép 2050

• A fosszilis energiahordozók a közeljövőben kimerülnek, vagy alkalmazásuk kérdésessé válik.

• A világ fosszilis energia termelése a következő évtizedekben csökkenni fog.

• Megnő a megújuló energiaforrások szerepe, megváltoznak a társadalmi szokások.

• Az energiakrízis előtt szükséges az energiaforrások váltása.

CRW- éghető megújulő és hulladék


Napenergia

• A napból jövő sugárzási energia (1372 W/m2) átjut az atmoszférán és a felszínt átlagosan 345 W/m2 (Magyarországon ~170 W/m2).

• A levegő, a felhők, a pára csökkentik a felszínre jutó energiát.

• Az energia kinyerhető a sugárzás hőenergiájaként és a foto-elektromos cellák révén előállított elektromos energia formájában


Integrált kombinált ciklusú naperőmű vázlata


• A fényelektromos cellák a sugárzó energia ~15%-át képesek elektromos energiává alakítani (az elméleti érték ~ 21%).

• Kisfeszültségű egyenáram keletkezik, cellánként ~0,55 Volt feszültségen; a telepeket összekapcsolják ~16 V eléréséig, hogy a 12 V-os akkumulátorokat tölteni tudják.

• A cellasorokat rögzített vagy a nap mozgását követő elrendezésben. alkalmazhatják.

• Az elektromos energiát tárolni kell, hacsak nem alakítják át a megfelelő feszültségű váltóárammá.

A fényelektromos cellák (PV) árai estek, de még mindig drágák az erőműipar számára

Napenergia: fotoelektromos hatás


Megújuló energiák Németországban 1990-2006


Napenergia fotovoltaikus alkalmazása Németországban 1990-2006


Napenergia napkollektoros alkalmazása

Németországban 1990-2006


Szélenergia

• Az atmoszféra hőmérsékleti egyenlőtlenségeiből származik

• A szélenergia tartalékok világszerte ingadoznak

• A kinyerhető energia a szélsebesség köbével arányos

Ref.: www.freefoto.com/pictures/general/ windfarm/index.asp?i=2


http://www.nyf.hu/karok/ttfk/kornyezet/haz/szelgeneratorok naple_.htm

A szélenergia a tengerpartokon, síkságokon használható fel elsősorban

• Pl. Florida partjainál 2-es szélfokozat esetén (160-240 W/m2) --- az energia kevés erőművi célra, de a vizsgálatokhoz megfelelő.

• A Sziklás-hegységben a nagy-közepes szélsebesség (300-1000 W/m2) alkalmas erőművi célokra.

• Minden földrajzi területnek meg van a széltérképe, mely alapján eldönthető a szélenergia alkalmazhatósága.


Szélerőművek fejlődése


Szélenergia Németországban 1990-2006



Bioenergia (Biomassza)

• A biomassza direkt tüzelése, más tüzelőanyaggal együtt tüzelése és elgázosítása a biomassza-energiatermelés alapja.

• Etanol készíthető gabonából, vagy szójából, metanol pedig cellulózból állítható elő.

• A folyékony tüzelőanyagok nagy energiasűrűségük révén a szállító járművek hajtóanyagai.

• Tudatosan erre a célra termeszthetik (pl. nyárfák) vagy éghető hulladékot alkalmaznak

• A biomassza részben kiválthatja a fosszilis energiahordozókat, bár nem túl hatékony energiaforrás


Bioüzemanyagok Németországban 1996-2006


ÜZEMANYAGCELLÁK


Vízenergia

• Az óceánok és más felszíni vizek vize a nap sugárzásának hatására részben elpárolognak, majd csapadékkén visszahullnak a föld felszínére és részben megnövekedett potenciális energiára tesz szert.

• A felszíni vizek ezen potenciális energiáját régóta használják munkavégzésre és elektromos energia előállítására

• A vizerőművek jelentős része az 1930-as években épült, de azóta többet megszüntettek

• Megépítés után alacsony költségek mellet termelik az elektromos energiát

• A világ legnagyobb vízerőművei (Bratszk, Krasznojarszk, Quebeq) 5-6 GW nagyságrendűek.


Vízenergia

www.srh.noaa.gov/tlh/cpm/ chattahoochee.html

Bánki turbina


Vízerőművek

Nagy vízerőmű: néhány MW-tól >10 GW-ig

Kis vízerőmű: 10 MW alatt, ezen belül:

Kis vízerőmű : 2 MW-10 MW Mini-vízerőmű : 0,2 MW-2 MW Mikro-vízerőmű : <0,2 MW

Költség: nagy vízerőmű: ~ 2c€/kWh kis vízerőmű: ~ 4c€/kWh

Árapályerőmű (la Rance, 240 MW) 5-10c€/kWh. Hullámveréses erőmű (1W/m2, 50 KW/m) ~ 8c€/kWh Az óceánok hőenergiája (nagyon költséges, de 100-szoros az energiája, mint a hullámverési energia


Geotermális energia

Eredet: radioaktivitás

235U (18 J/g/y), 40K vagy Th (0,8 J/g/y), ….

• 0,06 W/m2 azaz 3500-szor kisebb, mint a napsugárzás fluxusa

• Geotermális gradiens = 3,3°C/100m

• vannak kedvezőbb területek is • Kisentalpiás fluidumok (30°C-100°C) hőhasznosítás • Közepes- és nagyentalpiás fluidumok villamos energia

termelés

•CO2,CH4,N2,H2S, vízkő(CaCO3) korrózió


Geotermális Energia

• Az első geotermális erőmű Olaszországban épült 1903-ban

• A kaliforniai The Geysers gejzírei gőzt és melegvizet szolgáltatnak, az erőmű teljesítménye 824 MWe.

• A “Hot, dry rock” (HDR) (forró-sziklás) típusú geotermális erőművek a sziklákba préselt vízből keletkezett gőzt hasznosítják.

• Kisebb hőmérsékletek esetén egy légkondicionáló hőt von ki a talajból télen és ad le a talajnak nyáron.


Száraz-gőzös erőmű Elpárologtatós (flash)erőmű

Bináris ciklusú erőmű

Geotermális erőműtípusok


A világon 2000-ben 21 országban 8500 MW erőművi kapacitás mellett 71 TWe villamos energiát állítottak elő geotermikus erőművekben és 60 millió ember érintett a geotermikus energiatermeléssel és közvetlen hasznosítással kapcsolatban.


Költségek (2000)

1993 Costs of Electricity at Power Plant (cents/kWh)

Fuel Operating Maintenance Total

Coal 1.531 0.172 0.262 1.967

Gas 2.833 0.236 0.332 3.402

Oil 2.609 0.347 0.451 3.408

Nuclear 0.602 0.962 0.587 2.152

Energiatermelési fajlagos költségek ECU/MWh Geotermikus energia 5-20 Biomassza energia 48-60 Napenergia 48-360 Tüzelőolaj 14 Földgáz 9

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2000-2025

Coal ($/ton) 17.18 16.56 15.14 14.77 14.57 14.59 -15.08%

Oil ($/barrel) 28.35 28.65 32.51 32.95 33.02 33.05 16.58%Natural Gas ($/Mcf) 3.83 2.91 3.34 3.51 3.67 3.92 2.35%


Erőművek teljes életciklusára vonatkoztatott költségek (US cent/kWh)

(nukleáris és szabályozási probléma mentes esetre)


Technológia beruházási

költség

($/kWe)

fajlagos

beruházási

költség

(cent/kWh)

Nem-üza

O&M

költségek

(cent/kWh)

kapacitási

faktor (%)

összes

fajlagos

költség

(cent/kWh)

gázturbina 329 0.4 1.1 85 6.0

kombinált

ciklus 480 0.6 2.1 85 5.9

biomassza 2,630 3.3 1.1 80 8.4

geotermikus 1,765 2.7 1.1 80 3.8

Nap-termikus 3,064 9.5 1.3 42 10.8

Nap-

elektromos 4,283 19.2 0.4 28 19.6

Szél 778 3.1 0.9 31 4.0

Elektromos energia termelési költségek



Energiatermelés és a környezet



légszennyező gáz természetes emisszió

antropogén emisszió természetes/antropogén emisszió

Mt/év Mt/év % Széndioxid (CO2) 600000 22000 3,6 Szénmonoxid (CO) 3800 550 14,5 Szénhidrogének 2600 90 3,46 Metán (CH4) 1600 110 6,87 Ammónia (NH3) 1200 7 0,58 Nitrogén-dioxid (NO2) 770 53 6,88

Dinitrogén-oxid (N2O) 145 4 2,76

Kéndioxid (SO2) 20 150 750

A természetes és antropogén emissziók éves becsült mennyiségei és az antropogén emissziók arányai

Energiahordozók fajlagos CO2 kibocsátása


Tűztéri fokozatos égetés elve

Égetés során keletkező NOx mennyisége a

hőmérséklet függvényében



Eljárás Szorbens Vég/mellék - termék

Nedves elnyeletés Mész / Mészkő Mész

/ Pernye

Gipsz, kalcium szulfát/szulfit

Kalcium szulfát/szulfit/pernye

Spray-száraz

elnyeletés

Mész Kalcium szulfát/szulfit

Dual - alkáli Primer: NaOH

Szekunder: mész

Kalcium szulfát/szulfit

Tengervizes Primer: tengervíz

Szekunder: mész

Waste seawater

Walther Ammónia Ammónium-szulfát

Néhány füstgáz kéntelenítő eljárás


2


CaCO3 + hő (825–900oC) → CaO + CO2

• Ca(OH)2 + hő → CaO + H2O • CaO + SO2 → CaSO3 + hő • CaO + SO2 + ½ O2 → CaSO4 + hő


Áramtermelő technológiák fajlagos emissziói




Széndioxid emissziók Beruházás/Üzemelés/Tüzelőanyag előkészítés

(kg CO 2 / kWh)

Víz

Ge

ote

rmál

is

Szén

Föld

gáz

Bio

mas

sza/

gő

z

Nap

ele

m

Nu

kleá

ris

Szél

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

CO

2 E

mis

szió

k (k

g C

O

2 /

kWh

)

0.004 0.06

0.025

0.38

1.18

0.02

0.1

0.79 0.58

1.04

Mike Corradini, UW



Fajlagos CO2 emissziók

Tüzelőanyag Fajlagos emisszió (kgCO2/kWh) Realtív érték

Földgáz 0,19 100%

Tüzelőolaj 0,29 153%

Feketeszén 0,33 174%

Lignit 0,35 184%

Tüzifa 0,36 189%

Tőzeg 0,37 195%

CO2 eltávolítás Erőmű Tüzelés CO2 eltávolítás elve

Oxyfireing Szén Oxyifireing erőmű Szén/gáz oxigénes tüzelése

Tiszta CO2 füstgáz

Utóégetés Szén Porszéntüzelésű erőmű

Tüzelés levegővel Füstgázból CO2 elnyeletése Gáz Földgáztüzelés,

kombinált ciklus

Előégetés Szén IGCC H2 tüzelése levegővel

Belépő gázból CO2 elnyeletése Gáz IRCC

IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle, IRCC-Integrated Reforming Combined Cycle

CO2 elválasztási eljárások

Forrás: BWK – Brennstoff-Wärme-Kraft, 59. k. 3. sz. 2007. p. 53.

külfejtés villamos energia

Szén-dioxid-mentes szénerőművek

katalizátor

tűztér

gáz

filter

GHCS

GHCS levegőbontó

GHCS

égő

szénpor

adalék

NH3

2. huzam

3. huzam

salak

szekunder füstgáz-recirkuláció

gőzfűtésű hőcserélő nitrogén

oxigén levegő

levegő

FKM kondenzátor CO2-folyamat

primer füstgáz-recirkuláció

levegő

füstgáz-

kénmentesítő

4. fázis 1000 MW(e) 2015-2020

3. fázis 300 MW(e) 2012-2015

2. fázis 30 MW(t) 2008 közepe

1. fázis 0,5 MW(t) 2006 közepe


50-75

12

53

2 2

56

2

19

14

4 4

10

8 7

17

So

lar-

PV

Nu

cle

ar

Gas

Co

al

Hyd

ro

Win

d B

iom

ass

Geo

therm

al

So

lar

Th

erm

al

0

5

10

15

20

25

30

35

Cost of E

lectr

icity (

cents

/kW

h)

Villamosenergia költség

(Globális átlagos) (¢/kWh)


Fajlagos hulladékképződés az energiatermelésben


A VILÁG TELJES ENERGIA FELHASZNÁLÁSA (TPES)

ENERGIAHORDOZÓK SZERINT (2009)

(Mtoe)

** geo, nap, szél, hő stb.



A világ primerenergia felhasználása energiahordozók szerint

1995-2010

** Kína nélkül

A VILÁG TELJES ENERGIA FELHASZNÁLÁSA (TPES) RÉGIÓK SZERINT(2009)

(Mtoe)


Széntermelők, exportálók, importálók 2010


Kőolajtermelők, exportálók, importálók 2009-2010


Földgáztermelők, exportálók, importálók 2010


NUKLEÁRIS ENERGIATERMELÉS A VILÁGON 2009


VIZENERGIA TERMELÉS A VILÁGON 2008-2009


Villamosenergia termelés tüzelőanyag szerint 2009



Reális és nominális kőolajárak



2004 A világ teljes primer energia fogyasztásának (TPES) mgoszlása

Energetikai importfüggőség az EU-25-ben

Forrás: epp.eurostat.ec.europa.eu/portal

13.0%

18.4%

37.6%

38.9%

45.0%

54.5%

55.9%

67.8%

69.3%

70.8%

80.7%

82.6%

85.1%

86.8%

90.2%

94.0%

99.0%

99.4%

56.2%

65.3%

65.1%

33.9%

63.1%

Egyesült Királyság

Lengyelország

Észtország

Csehország

Hollandia

Svédország

Franciaország

Szlovénia

EU-25

Litvánia

Németország

Magyarország

Szlovákia

Finnország

Görögország

Belgium

Ausztria

Spanyolroszág

Olaszország

Írország

Lettország

Luxemburg

Portugália

2005

100%-ig Ciprus és Málta

Nettó exportáló Dánia

Az atomenergia hazai forrásnak számítva.

Magyarország

EU-25


Magyarország energiagazdálkodása Magyarország elsődleges energiafelhasználása 2008-ban 1126,3 PJ, millió tonna olajegyenértékben kifejezve 26,9 Mtoe-t tett ki, és szinte megegyezett a 2007. évi felhasználással (1125,4 PJ). Az összes energiaigény kielégítésére 1158,6 PJ forrás állt rendelkezésre, melynek 37,6 %-a hazai termelés 435,9 PJ (az atomerőmővi termelést hazaiként számba véve), 62,4 %-a (722,7 PJ) pedig nettó importált energia. Amennyiben az atomerőművi termelést importként kezeljük: a termelés 23,7 %-ot, a nettó import 76,3 %-ot képviselt Az energiafelhasználáson belül a szénfelhasználás aránya a 2007. évi 11,9%-kal megegyezett. Kis mértékben csökkent a kőolaj- és kőolajtermékek (27,5%-ról 27,4%-ra), 2008-ban 6,7 Mt kőolajimport mellett 0,8 Mt volt a termelés, a földgáz (39,8%-ról 39,3 %-ra), 11,4 Mrdm3 import mellett 2,6 Mrdm3 volt a termelés, valamint az import villamosenergia aránya 1,3%-ról 1,2%-ra. Az összes primer energiafelhasználáson belül az atomerőművi villamosenergia 2007-ben 14, 2%-ot, 2008-ban 14,3 % -ot képviselt. A megújuló energiafelhasználás részaránya a 2007. évi 5,1 %-ró l 5,9 %-ra növekedett.



A földgázfelhasználás 13,1 milliárd m3 volt. A földgáz fogyasztói csúcsigény január 04-én jelentkezett és 79,1 Mm3 volt. 2008-ban a zavartalan földgázellátást a 2,6 milliárd m3 hazai termelés és 11,4 milliárd m3 import földgázvásárlás biztosította. A magyarországi villamosenergiatermelés hőerőművekre és atomerőművekre épül első sorban. A magyarországi termelés összetétele azt mutatja, hogy hazánkban jelentős a fosszilis (szén és szénhidrogének) felhasználása. A hazai villamosenergia-termelő erőművek közül a Paksi Atomerőmű 14 TWh energiát termel évente. 1 TWh évi termelés felett van még a fosszilis energiát felhasználó Dunamenti Hőerőmű (6 TWh), a Mátrai Hőerőmű (4,1 TWh) és a Tisza II. Erőmű (3 TWh). További erőműveink, melyek energiatermelése alacsonyabb: Tiszapalkonya, Bánhida, Pécs, Oroszlány, Inota, Ajka. A kiskörei és a tiszalöki vízerőművek energiatermelése ezekhez képest elhanyagolható néhány GWh évente.




A magyar villamosenergia-rendszer összes villamosenergia-felhasználása 2010-ben 39 TWh volt. A hazai villamosenergia-termelés 33,8 TWh; a villamosenergia-fogyasztás 34,7 TWh, melyben az import részaránya közel 15% (~5,2 TWh). A hazai bruttó villamos erőművi teljesítőképesség (9˙317 MW) import nélkül is biztonságosan kielégíti a legmagasabb havi csúcsterhelést (6˙560 MW decemberben). A villamosenergia-termelés kb. 21,5%-át a KÁT rendszerben előállított villamos energia teszi ki. A felhasznált energiaforrások tekintetében nagyjából a következő a megoszlás:

37%-a hasadóanyag, 29%-a szénhidrogén, 14%-a szén, 7%-a megújuló energiaforrás, 13%-a import.

Jelenleg a magyar villamosenergia-behozatal legjelentősebb részét a szlovák import fedezi havi 300-600 GWh-val. Ezt követi az ukrán import, 100-250 GWh. A horvát metszéken 50-500 GWh exportszállítások voltak jellemzők 2010-ben.


Az ország energiafelhasználásának alakulása (PJ)

Erőművekben felhasznált energiahordozók (TJ)


A GDP, a villamosenergia-felhasználás és az összes energiafelhasználás alakulása, 1970 = 100

Magyarország 2005

Magyarország megújuló

energiatermelésének megoszlása


A villamos energia és hűtés-fűtés szektorokban felhasznált megújuló

energiahordozók megoszlása (2010)

Erőműtársaságok

Tulajdonos

Erőművek Energiaforrás

Beépített

villamos-

teljesítmény

(MW)

Bakonyi Erőmű Rt. Magyar pénzügyi befektető Ajkai Erőmű Szén 102

Bakonyi Bioenergia Biomassza 30

Budapesti Erőmű Zrt. EdF (francia) Budapesti Erőmű Rt. négy telephely Szénhidrogén 455,6

Dunamenti Erőmű Rt.* Electrabel-Suez (belga)

+ MVM (25%)

Dunamenti Erőmű Rt. Szénhidrogén 1367

Dunamenti GT. Szénhidrogén 386

EMA-Power

Dunaferr-csoport tulaj-

donosainak érdekelt-ségi köre

(ukrán)

Szénhidrogén 69

Mátrai Erőmű Rt.* RWE (német)

+ MVM (25%) Lignit 836

GTER Kft. Tüzelőolaj 410

Paksi Atomerőmű Rt. MVM Nukleáris 1866

Pannonpower Holding Rt. Dalkia (francia) Pannon Hőerőmű Szén 132

Pannon Green Biomassza 50

Csepeli Áramtermelő Kft. Atel (svájci) Csepel GT Szénhidrogén 396

AES Tisza Erőmű Rt. AES- USA Szénhidrogén 900

AES Borsodi Energetikai Rt. AES- USA Borsodi Erőmű Szén+biomassza 137

Tiszapalkonyai Erőmű Szén+biomassza 200

Vértesi Erőmű Zrt. MVM Oroszlányi Erőmű Szén 240

DKCE Kft. E.ON (német) Debreceni GT Szénhidrogén 95

Tiszai Vízerőmű Kft. ÁPV Zrt. Kisköre Víz 28

Tiszalök Víz 11,4

Hernádvíz Vízerőmű Kft. ÁPV Zrt. Víz 4,4

Engedélyköteles erőművek

összesen 7647

Kiserőművek 953

Összesen 8600

Erőműpark Magyarországon (2005)



A hazai erőművi társaság(csoport)ok piaci részesedése beépített kapacitás (2009) és termelés (2010) szerint


A villamos energia tarifa árainak európai összehasonlítása a lakossági fogyasztóknál (adók nélkül, évi 2 500–5 000 kWh fogyasztás, 2010. éves adatok, euró/kWh)

http://www.eh.gov.hu/gcpimages/201009/mavir_atv_hal_2010_09.jpg


Az országos földgázfogyasztás összetétele 2010-ben (milliárd m3/év)

Az import földgázforrások elsősorban orosz eredetűek, még az ausztriai Baumgartenből érkező HAG vezetéken a Gaz de France-tól és az E.ON Ruhrgas-tól vásárolt földgáz nagy része is molekulárisan orosz eredetű. 2010-ben a hazai termelés és az import közötti megoszlás kb. 20–80% volt.

A hazai földgázrendszer maximális technikai kapacitása 2010. okt. 15-én (millió m3/nap)

A magyarországi kereskedelmi gáztárolók kapacitásainak alakulása 2010. október 15. után

Hosszú távú földgáz importszerződések és hatályuk: •Panrusgas 9000 millió m3/év 2015-ig • E.ON Ruhrgas 500 millió m3/év 2015-ig • Bothli Trade AG 900 millió m3/év 2014-ig • Gaz de France 600 millió m3/év 2012-ig


Megújuló energiaforrásokból előállított villamos energia alakulása Magyarországon (GWh)*

Az egyes erőművek termelői árai 2004–2006 (Ft/kWh)

0 5 10 15 20 25 30

AES Borsodi erőmű

AES Tiszapalkonyai erőmű

AES Tiszai Erőmű

Bakonyi Erőmű Rt. Ajka

Budapesti Erőmű Rt.

Csepeli Áramtermelő Kft.

Debreceni Kombinált Ciklusú Erőmű Kft

Dunamenti Erőmű Rt,

EMA-POWER Kft.

Mátrai Erőmű Rt.

Paksi Atomerőmű Rt.

Pannon Hőerőmű Rt.

Vértesi Erőmű Rt. Oroszlányi erőmű

2006

2005

2004


1) Szén 2) Kőolaj 3) Földgáz 4) Hasadó anyag 5) Megújuló + hulladék Forrás: A magyar villamosenergia-rendszer 2005. évi adatai. MVM–MAVIR, 2006.

Hasadóanyag

Földgáz

Kőolaj

Szén

A villamosenergia-termelés megoszlása energiahordozók szerint


Széndioxid emisszió tüzelőanyagonként és szektoronként


A hazai energia felhasználás néhány jellemzője

Az összenergia felhasználás nem változik ’92 óta (csak az időjárás változásai befolyásolják, 1992: 1057 PJ, 2002: 1055 PJ)

Az energiaintenzitás kb. évi 3-4 %-kal csökken

A földgáz a domináns primer energia forrás

A földgáz részesedése lassan, de növekszik

A földgáz szerepe egyre nő két területen:

1. Villamosenergia termelés

2. Fűtés (lakosság, kommunális és kereskedelmi szektor)

Ezért szezonalitás nő, nő a tárolási igény (beruházás igény)

Az alternatív energiaforrások visszaszorulása (árak miatt is)


Documents

ENERGIA TERMELÉS · 2013-02-18 · ENERGIA MEGMARADÁS, HATÉKONYSÁG Energia nem hozható létre és nem semmisíthető meg. A hasznosítható energia az a felhasználható energia