Transcript letölt - MK Nonprofit Kft.

Készült: 2014
A megújuló energiaforrásokról
általában, a Föld energia
fogyasztásának szerkezete,
fosszilis és megújuló energiaforrások
Készítette: Hunyadi Sándor
Energiagazdálkodási
szakmérnök, CEM
Természetvédelmi mérnök MSc
1
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
A képzés célja
•
•
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
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Energia forrásaink - lehetőségeink
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Energia felhasználásunk változása
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Egy kis ismétlés az adatok miatt

SI Prefixumokból:
102
103
106
109
1012
1015
1018

= 100
=1 000
=1 000 000
=1 000 000 000
=1 000 000 000 000
=1 000 000 000 000 000
=1 000 000 000 000 000 000
Mértékegységek átszámítása
= hekto (h)
= kilo (k)
= mega (M)
= giga (G)
= tera (T)
= peta (P)
= exa (E)
1 kWh = 3600 kJ= 3,6 MJ fordítva 1 MJ=0,2778 kWh
1 toe (tonna olaj egyenérték - megállapodás szerint)
1 toe = 11 668 kWh = 42 GJ = 42 000 MJ = 107 kcal
1 cal = 4,1868 J fordítva 1 J = 0,2389 cal
1 Joule = 0,2389 cal és 1[J] = 1[VAs]=1[Ws]=1 [Nm]
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
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/Δt
P = 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]
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Energia felhasználásunk a világban
1 toe = 42 GJ, 1 Mtoe = 42 PJ, azaz 12 000 Mtoe = 504 000 PJ = 504 EJ
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Energia felhasználásunk a világban
Mtoe-ben (2012 összesen: 12 477 Mtoe)
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Energia felhasználásunk „fejenként”
Ez alapján Magyarország (kb.10x106 fő),
azaz 10x106 fő x 80x109J (80GJ) = 800 PJ
lenne, a valóságban kb. 1000 PJ
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Energia felhasználásunk „itthon”
Magyarország primer energia felhasználása (Mtoe)
35
1 Mtoe = 42 PJ, azaz 21,9 Mtoe = 920 PJ (Világ energia felh. 2 ezreléke)
30
25
20
15
10
5
bp statistical review of world energy
1965
1966
1967
1968
1969
1970
1971
1972
1973
1974
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
0
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Energia felhasználásunk „itthon”
(2012 összesen: 21,90 Mtoe)
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
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
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
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%
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Megújuló energia használata:
 Alkalmazásának




Az egyre növekvő energia igények miatt
Véges fosszilis energia források
Környezetünk védelme (CO2 kibocsátás)
Alternatív energiaforrás (ellátásbiztonság)
 Alkalmazásának




módjai
Centralizált, decentralizált, lokális (szigetüzem)
 Alkalmazásának

szükségszerűsége
korlátai
Használatuk helyi adottság függő
Kis energia sűrűség
Rendelkezésre állás időben, teljesítményben
Rendszerbe illeszthetőségük, korlátaik
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
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.)
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
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/km
http://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
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
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 fejlesztés
alatt
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Megújuló energia fajták áttekintése:
 Geotermikus

energia (földhő hasznosítás):
Talaj kollektoros, talaj szondás megoldások
Szondák
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Megújuló energia fajták áttekintése:
 Napenergia

közvetlen hasznosítása
Passzív hasznosítás
 Mezőgazdaság
 Építészet
Direkt rendszer
(szárítás, aszalás)
(fűtés):
Trombe fal
Elkülönített naptér
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
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
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Megújuló energia fajták áttekintése:
 Napenergia

közvetett hasznosítása
Aktív hasznosítása:
 Napkollektor
(fűtés, meleg víz)
 Napelem (villamos energia)
 Naperőmű (hő és villamos energia)

Áttételes hasznosítása:
 Szél-,
víz- bioenergia
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Megújuló energia fajták áttekintése:
 Napkollektor

Elsődleges hasznosítása:
 Fűtés,
fűtésrásegítés
 Használati meleg víz (HMV)

Odafigyelni:
 Túlhevülés
 Fagyásvédelem
 Kivitelezési
minőség
 Belső csőkígyó kialakítás
 Tárolókapacitás
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Megújuló energia fajták áttekintése:
 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%)
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
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%
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
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 2208MW
és épít egy
4000 MW-ost!
7 év múlva
lesz kész…
Rajasthan
provinciában
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Megújuló energia fajták áttekintése:
 Naperőmű

Elsődleges hasznosítása:
 Villamosenergia

termelés gőzturbinával
Odafigyelni:
 Területfoglalás
 Élővilág
védelem (vakítás, hő)
 Rendszeres portalanítás
 Időjárás és napszak függő, de hőtárolás van
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Legnagyobb naperőmű – 392 MWe





Hol? : Ivanpah - Kalifornia
www.ivanpahsolar.com
3 db 137m-es
torony
300 000 db
2x3m-es
tükör
1600 hektár
2014. 02.-től
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
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, ebből
Kína: 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:
(azaz 0,012 GW !)
Forrás: European Photovoltaic Industry Association, EPIA
12 MW
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Megújuló energia fajták áttekintése:
Mosonszolnok szélerőmű park
(12x2MW – 9 milliárd Ft – 2007-ben indult)
 Szélenergia:



Villamos energia
(Lokális, villamos hálózatba termelés)
Mechanikai munka
(szivattyúzás, szélmalmok)
Közlekedés
(vitorlás hajók, hőlégballon, vitorlázó gép)
 Kockázat:
hang, fény, jég, tájesztétika
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Megújuló energia fajták áttekintése:
 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)

MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Megújuló energia fajták áttekintése:
Hernád, Felsődobsza - 940 kW
(Teljesítményének duplázása 100 év
után: 2013 szeptemberében)
Békésszentandrás
2013-ban indult - 2MW
 Vízenergia:



Villamos energia
(jellemzően villamos hálózatba termelés)
Mechanikai munka
(vízimalmok, fűrésztelep)
Közlekedés
(hajózás)
 Kockázat:
hajózás, meder, élővilág
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Megújuló energia fajták áttekintése:
Bioenergia termelése és hasznosítása
Energiatermelés a
mezőgazdaságban
(biomassza alapú
energiahordozók)
Tüzeléses
hasznosítású
energia-hordozók
Bio
hajtóanyagok
Biogáz
Célültetvények
Melléktermékek
Szántóföldi
Szántó
földi
Erdei,
faipari
Szőlészeti
borászati
Erdei
Gyümölcs
termesztési
Bioalkohol
Élelmiszer
ipari
Biodízel
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
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
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
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
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Megújuló energia fajták áttekintése:

Biomassza (hő- és villamos energia)
 Mezőgazdasági
melléktermékek, hulladékok
 Erdőgazdálkodási és fafeldolgozási
melléktermékek
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
Megújuló energia fajták áttekintése:

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%)
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag 2013
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 (!)
Köszönöm:
figyelmüket,
kérdéseiket,
véleményüket!
Hunyadi Sándor
Energiagazdálkodási
szakmérnök, CEM
[email protected]
38
MMK szakmai továbbképzés törzsanyag