Készítette: Hunyadi Sándor Energiagazdálkodási szakmérnök, CEM Természetvédelmi mérnök MSc

1

A megújuló energiaforrásokról általában, a Föld energia fogyasztásának szerkezete, fosszilis és megújuló energiaforrások

Készítette: Hunyadi SándorEnergiagazdálkodási szakmérnök, CEMTermészetvédelmi mérnök MSc

Készült: 2014

MMK szakmai továbbképzés törzsanyag

A képzés célja

MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013

• A szakmai továbbképzés műszaki tartalmú továbbképzés.

• Célja a szakterületen megjelenő új, korszerű mérnöki - szakmai ismeretek (új tervezési módszerek, eszközök, számítási metódusok; új anyagok, berendezések, technológiák; K+F+I eredmények, fejlődési trendek, stb.) megismertetése a szakmagyakorlókkal.

Forrás: 266/2013. (VII. 11.) Korm. rendelet

Energia forrásaink - lehetőségeink


Energia felhasználásunk változása


Egy kis ismétlés az adatok miatt


SI Prefixumokból:102 = 100 = hekto (h)103 =1 000 = kilo (k)106 =1 000 000 = mega (M)109 =1 000 000 000 = giga (G)1012 =1 000 000 000 000 = tera (T)1015 =1 000 000 000 000 000 = peta (P)1018 =1 000 000 000 000 000 000 = exa (E)

Mértékegységek átszámítása

1 kWh = 3600 kJ= 3,6 MJ fordítva 1 MJ=0,2778 kWh1 toe (tonna olaj egyenérték - megállapodás szerint)1 toe = 11 668 kWh = 42 GJ = 42 000 MJ = 107 kcal1 cal = 4,1868 J fordítva 1 J = 0,2389 cal1 Joule = 0,2389 cal és 1[J] = 1[VAs]=1[Ws]=1 [Nm]

Egy kis ismétlés az adatok miatt


Teljesítmény – P [W], de pl.: [kW], [J/s]egységnyi idő alatt végzett munka:P=W/t Teljesítmény (P)[W]=Munka(W)[J] / idő(t)[s]

Általánosan: P=ΔE/ΔtP = Energia változás/egységnyi idő alatt

Energia – E [J], de pl.: [Ws], [Wh], [kWh]a teljesítmény és az idő szorzata:E=P*t Energia(E)[J]=teljesítmény(P)[W]*idő(t)[s]

Energia felhasználásunk a világban


1 toe = 42 GJ, 1 Mtoe = 42 PJ, azaz 12 000 Mtoe = 504 000 PJ = 504 EJ

Energia felhasználásunk a világban


Mtoe-ben (2012 összesen: 12 477 Mtoe)

Energia felhasználásunk „fejenként”


Ez alapján Magyarország (kb.10x106 fő), azaz 10x106 fő x 80x109J (80GJ) = 800 PJ lenne, a valóságban kb. 1000 PJ

Energia felhasználásunk „itthon”


1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

2007

2009

2011

0

5

10

15

20

25

30

35

Magyarország primer energia felhasználása (Mtoe)

bp statistical review of world energy june 2013

1 Mtoe = 42 PJ, azaz 21,9 Mtoe = 920 PJ (Világ energia felh. 2 ezreléke)

Energia felhasználásunk „itthon”


(2012 összesen: 21,90 Mtoe)

Megújuló energia fogalma:


A megújuló energiaforrások a természetes energiaforrásoknak azon csoportja, amelyek gazdaságilag értékelhető időn belül természetes úton megújulnak, újratermelődnek. (ZSEBIK, 2005)

Célkitűzések: EU-27: 20%Magyarország: 16,6% megújuló részarány a primer energia felhasználásban

MEHCST:


Magyarország Megújuló Energia Hasznosítás Cselekvési Terve 2010-2020

2020 évre:Csökkentve: 14,65% lesz a teljes bruttó hazai energia fogyasztásból a megújuló energia részarány

Célkitűzések területenként: Fűtés és hűtés: 18,9%Villamos energia: 10,9%Közlekedés: 10,0%

Megújuló energia használata:


Alkalmazásának szükségszerűsége Az egyre növekvő energia igények miatt Véges fosszilis energia források Környezetünk védelme (CO2 kibocsátás) Alternatív energiaforrás (ellátásbiztonság)

Alkalmazásának módjai Centralizált, decentralizált, lokális

(szigetüzem)

Alkalmazásának korlátai Használatuk helyi adottság függő Kis energia sűrűség Rendelkezésre állás időben, teljesítményben Rendszerbe illeszthetőségük, korlátaik

Megújuló energiák forrása:


Geotermikus: A Föld mélyében zajló radioaktív folyamatokból eredő hőtermelődés geotermális és geotermikus(pl.: termálvíz, talaj hőszivattyúk)

Gravitációs, a Föld-Hold kölcsönhatása alapján (árapály erőművek)

A többi megújuló energiaforrás végső soron a Nap fúziós energiájából ered, a Föld felszínét érő napsugárzás, vagy az okozta változások hatására(az összes biomassza, biogáz, bio-hajtóanyag, szélenergia, tengeri áramlás erőmű, napelem, napkollektor, passzív alkalmazások, levegő hőszivattyúk, stb.)

Geotermikus energia


Magyarországi potenciál: 9,3 GW ~ 300 PJ/év(90-100 kW/km2 azaz 90-100 mW/m2

hőáramsűrűség) Geotermikus hőfok gradiens

(Föld hőmérséklete adott mélységben: Földfelszín hőmérséklete plusz a mélység szorozva a gradienssel)Általában: 30oC/km, Magyarországon: 50oC/kmhttp://www.kvvm.hu/szakmai/karmentes/kiadvanyok/fav/tvkm/tvkm02.htm

Kockázata:- kis energiasűrűség (Magyarországon még jobb is, mint a világ átlag, ami 78,4 kW/km2)- Villamos energia termelés jelenleg100 oC kinyert hőmérséklet mellett gazdaságos

Megújuló energia fajták áttekintése:


Geotermális energia (mert kitermelem): Termálvizek felhasználása

(hűtés, fűtés, villamos energia, balneológia)

Talaj kutas hőszivattyús megoldások

„Hot Dry Rock” azaz HDR technológia:

EGS rendszer fejlesztésalatt



Geotermikus energia (földhő hasznosítás): Talaj kollektoros, talaj szondás

megoldások

Szondák



Napenergia közvetlen hasznosítása Passzív hasznosítás

Mezőgazdaság (szárítás, aszalás) Építészet (fűtés):

Direkt rendszerTrombe fal Elkülönített naptér

Napenergia Magyarországon


Magyarországi potenciál: 390 000 PJ/év (Majdnem négyszázszorosa az éves hazai energiafelhasználásnak – de ez csak elvi!)

Fajlagos éves napsugárzási energia:

1160-1200kWh/m2 Hasznosítás

lehetőségei: Hőenergia Villamos energia Naperőművek



Napenergia közvetett hasznosítása Aktív hasznosítása:

Napkollektor (fűtés, meleg víz) Napelem (villamos energia) Naperőmű (hő és villamos energia)

Áttételes hasznosítása: Szél-, víz- bioenergia



Napkollektor Elsődleges hasznosítása:

Fűtés, fűtésrásegítés Használati meleg víz (HMV)

Odafigyelni: Túlhevülés Fagyásvédelem Kivitelezési minőség Belső csőkígyó kialakítás Tárolókapacitás



Napelem Elsődleges hasznosítása:

Villamosenergia termelés (DC) Kombinált kivitelben meleg víz is

egyidejűleg Odafigyelni:

Inverter (DC->AC) Csatlakozások Túlfeszültség és villámvédelem

Teljesítmény csökkenés (névleges: kWpeak) Hőmérséklet emelkedésre Besugárzás szöge, hullámhossza Napelem életkora (~25 év 80%)

Napelemek


Típusok:

Monokristályos szilícium (Si) napelemek

Polikristályos szilícium (Si) napelemek

Amorf szilícium napelemek

Gallium-Arzenid vegyület alapú napelemek

Egyéb vegyület félvezető alapú napelemek

Szerves festék alapú napelemek

Hatásfok:Átlagosan 18% (5%-25%-ig)Elméleti határ az egy p-n átmenettel rendelkező napelemek esetében 33,7%

Legnagyobb napelem park – 70 MW


Hol? : Kagosima Japán – Kyocera(http://global.kyocera.com/news/2013/1101_nnms.html) 290 000 db napelem modul

(~240W/db) 314 hektár 2013.11.-től

India 2208MWés épít egy4000 MW-ost!7 év múlvalesz kész…Rajasthan provinciában



Naperőmű Elsődleges hasznosítása:

Villamosenergia termelés gőzturbinával

Odafigyelni: Területfoglalás Élővilág védelem (vakítás, hő) Rendszeres portalanítás Időjárás és napszak függő, de hőtárolás van

Legnagyobb naperőmű – 392 MWe


Hol? : Ivanpah - Kalifornia www.ivanpahsolar.com

3 db 137m-es torony

300 000 db2x3m-es tükör

1600 hektár 2014. 02.-től

Telepített napelem arányok - 2013


Világ összesen telepített napelem teljesítménye: 138,9 GW

Ebből az újonnan beállított napelem teljesítménye: 38,4 GW

(Ez majdnem 30%-kal nőtt 2012-höz képest, ebbőlKína: 11,8 GW, Japán 6,9 GW, USA 4,8 GW volt) Európa újonnan beállított napelem teljesítménye: 11

GW(2012-ben 17,7 GW volt, 2011-ben még 22,4 GW)

Németország újonnan beállított napelem telj.: 3,3 GW Többi európai ország: UK (1.5 GW), Italy (1.4 GW),

Romania (1.1 GW) and Greece (1.04 GW)Magyarország TELJES napelem teljesítménye: 12 MW(azaz 0,012 GW !)

Forrás: European Photovoltaic Industry Association, EPIA



Szélenergia: Villamos energia

(Lokális, villamos hálózatba termelés) Mechanikai munka

(szivattyúzás, szélmalmok) Közlekedés

(vitorlás hajók, hőlégballon, vitorlázó gép) Kockázat: hang, fény, jég, tájesztétika

Mosonszolnok szélerőmű park(12x2MW – 9 milliárd Ft – 2007-ben indult)



Szélenergia Magyarországon: Összesen 330 MW üzemelhet

2010 júliusa óta nincs újabb kvóta!(Villamosenergia rendszer kiegyensúlyozás)

Átlagos értékelhető teljesítmény: 20-22% Változékony szélirány és erősség

Szélturbinák összteljesítménye szűkebb környezetünkben, az EU27-ben: 2009-ben: 74.767 GW, 2010-ben: 84.651 GW, míg 2011-ben már: 93.957 GW(offshore és onshore turbinák)



Vízenergia: Villamos energia

(jellemzően villamos hálózatba termelés) Mechanikai munka

(vízimalmok, fűrésztelep) Közlekedés

(hajózás) Kockázat: hajózás, meder, élővilág

Hernád, Felsődobsza - 940 kW(Teljesítményének duplázása 100 év után: 2013 szeptemberében)

Békésszentandrás 2013-ban indult - 2MW



Energiatermelés a mezőgazdaságban (biomassza alapú energiahordozók)

Bio hajtóanyagokBiogáz

Tüzeléses hasznosítású

energia-hordozók

Bioalkohol Biodízel

Mellék-termékek

Célültetvények

Gyümölcs termesztési

Erdei

Szántó földi

Erdei, faipari

Szőlészetiborászati

Szántó-földi

Élelmiszeripari

Bioenergia termelése és hasznosítása

Magyarországi biomassza potenciál


Dendromassza (erdei, fás)(Tűzifa, Energiaerdő, Vágástéri hulladék, Elsődleges faipari hulladék)

Egyéb növényi fő- és melléktermék(Gabonafélék és lágyszárú melléktermékek, termesztett lágyszárú, biohajtóanyag gyártás melléktermékei)

Másodlagos biomasszák(Hígtrágya, állati hulladék és melléktermék, feldolgozási hulladékok)

Harmadlagos biomasszák(Élelmiszeripari-, élelmezési hulladék, szennyvíziszap, kommunális biohulladék)

Összesen: 350 millió tonna biomassza készlet

Biomassza hasznosítás


Energetikai hasznosítás mellett más célra is használhatunk(Élelmezés, komposztálás, gyártás alapanyaga, stb.)

Kizárólag energetikai célra – hasznosítás nélkül(Erdei és egyéb hulladékok)

Energetikai hasznosításra termelnünk kell(Energia erdők, energia ültetvények)

FONTOS: a teljes folyamat energiamérlege



Biomassza (hő- és villamos energia) Mezőgazdasági melléktermékek, hulladékok Erdőgazdálkodási és fafeldolgozási

melléktermékek



Biogáz (kapcsolt hő- és villamos energia)(Másodlagos és harmadlagos biomasszák)

Bio hajtóanyagok (közlekedés) Biodízel

(Napraforgóból és repcéből)7%-ig a gázolajba keverhető

Bioetanol(Gabonafélékből, búzából, kukoricából)Felhasználható: fosszilis üzemanyag helyettesítésére (E85) vagy bekeverésére (max: 10%)

Megújuló energiák értékelése, illeszthetősége más rendszerekhez:


Kapacitás Igény Rendelkezésre állás Tárolás (SZET - erőmű

szivattyús energia tározós erőmű, biomassza, stb.)

Szabályozhatóság Káros környezeti hatások CO2 kibocsátás mentesség? Életciklus elemzés

Németország villamos teljesítmény térképe (!)

38

Köszönöm:figyelmüket,kérdéseiket,véleményüket!

Hunyadi SándorEnergiagazdálkodási szakmérnök, [email protected]

MMK szakmai továbbképzés törzsanyag

Documents

Készítette: Hunyadi Sándor Energiagazdálkodási szakmérnök, CEM Természetvédelmi mérnök MSc