Megújuló energiaforrások

Az emberiség szempontjából elengedhetetlen szükségünk van energiára. Mind akár a táplálkozásunk, mind akár a mindennapi életünk során energiát használunk. Ezen energia előállítása és rendelkezésre állása alapvetően határozza meg a környezetünkkel való kapcsolatunkat. Elmondható, hogy alapjában véve a legfőbb energiaforrásunk a Nap, az innen érkező energiát használják a növények és közvetve a Nap energiája található meg a fosszilis energiaforrásokban is. Az emberiség történelme során az emberi és állati erő, majd a biomassza, az ipari forradalom kezdetétől pedig a szén volt a legfontosabb energiaforrás. A szénhidrogénekben (olaj, földgáz) rejlő energia felhasználása az elmúlt évszázadban vált a legfőbb energiaforrássá.

A Föld növekvő népessége és az egyre nagyobb energiaéhség lassan oda vezet, hogy ezen szénhidrogén energiaforrások kiapadhatnak vagy kitermelésük gazdaságtalanná válhat. Ez vezetett oda, hogy az energia megtermelésében egyre inkább előtérbe kerültek a megújuló, vagy alternatív energiaforrások is. Az emberiség létszáma meghaladta a 7 milliárdot és a prognózisok szerint 2050-re eléri a 9 milliárdot, ennyi embert a mai energiatermelési szerkezet nem lesz képes megfelelő mennyiségű energiával ellátni, feltétlenül szükség van a fosszilis energiaforrások kiegészítésére. Ehhez megfelelő energiaforrás a nukleáris és a megújulók nyújthatnak segítséget. Az atomenergia hasznosítása a megújulókkal szemben sokkal nagyobb kockázatot mutat, a nukleáris katasztrófák sokkal nagyobb károkat okoznak, mint a termelésben vett szerepük. Az elmúlt idők szerencsétlenségei (Csernobil 1986, Fukusima 2011) mind rámutattak, hogy a szükséges és pótlandó energiát a nukleáris erőművek nélkül kell az emberiségnek előállítani.

Jelenleg a fejlett országok használják a megtermelt energia 80%-át, de mindössze az emberiség 20%-a tartozik ide. Így teljesen világossá vált, hogy nem fenntartható az energiahasználatunk, elképzelhetetlen, hogy a Föld minden lakója a fejlettebb országok szintjére hozza az egy főre jutó fogyasztását.

Jelenlegi technikai tudásunk szerint egy ilyen energiaigény nem kielégíthető, ám a megoldás sem egyértelmű. Feltétlenül szükség lesz:

  • az energiatakarékosság,
  • az energiahatékonyság növelésére,
  • és az eddig fel nem fedezett vagy nem használt energiaforrások használatára,
  • mindezt úgy, hogy a környezetvédelmi szempontok minden esetben teljesüljenek, és a környezetet a lehető legkisebb mértékben károsítsuk.

Az energiaprognózisok mind az energiafelhasználás növekedését mutatják, ám a fosszilis energiák felhasználása mellett a megújuló energiák használatának növekedését vetítik előre. Az egyes országok lehetőségei szerint az alábbi megújuló energiaforrásokat vehetjük figyelembe:

  • Biomassza,
  • Termálenergia,
  • Napenergia,
  • Szélenergia,
  • Vízenergia.

A megújuló energiák legnagyobb problémája a rendelkezésre állás, hiszen többjük időben változóan állnak rendelkezésre (gondoljunk pl. a napenergiára). Így ezek termelése és a hasznosítása a megfelelő energiatárolási rendszerek nélkül nem fenntartható. Az EU 2020 stratégia energetikai célkitűzései tagország átlagaira szigorú határértékeket szabott meg.

  • 2020-ra a teljes primerenergia használatának 20%-kal való csökkentése
  • 2020-ig 20 %-kal csökkenteni az üvegházhatású gázok kibocsátást az EU-n belül
  • 2020-ig a teljes energiamixének 20 %-át fedezze, a megújuló energiaforrásokból
  • 2020-ra a bioüzemanyagoknak legalább 10 %-os arányt kell elérniük.

Magyarország felé az EU 13% megújuló részarányt írt elő. 

A megújuló energiaforrások felhasználása Magyarországon 2020-ban összesen: 186,4 PJ

A megújuló energiaforrások felhasználása a villamosenergiatermelésben 2020-ban:

9470 GWh (79,7 PJ)

A megújuló energiaforrások felhasználása a hőtermelésben 2020-ban:

87,1 PJ

A felhasznált bioüzemanyagok energiaértéke 2020-ban:

19,6 PJ

Hazai energiahelyzet

Az elmúlt 20 évben megfigyelhető, hogy a hazai primerenergia felhasználás nem nagyon változott összességében átlagosan 1100-1150 PJ-nak adódik. Az alábbi ábra a 2008-as energiafelhasználás megoszlását mutatja. Általában csökkenés tapasztalható a szén és az olajfelhasználásban, s emellett az erőművek teljesítménye 25%-ról 35%-ra növekedett.

primerenergia2

A teljes hazai energia 63%-át imprtáljuk és mindössze 37% a hazai termelés, ami jelentős függőséget és kiszolgáltatottságot mutat. Az import nagy része cseppfolyós és gáznemű energiahordozó, előbbit a vegyipar és a közlekedési szektor használja, míg utóbbit a lakossági és a villamos energia szektor. A hazai előállítás megoszlásában a legjelentősebb a villamos energia előállítása (Paksi atomerőmű)

Hazai primerenergia felhasználás:

hazaiprimerenergiafelh

Energiaforrások osztályozása:

Nem megújuló:

  • nukleáris,
  • szénféleségek (tőzeg, lignit, barnaszén, feketeszén, antracit)
  • szénhidrogének (földgáz, kőolaj)

Megújuló:

  • víz,
  • biomassza
  • szél-, napenergia

Átmeneti:

  • geotermikus energia (viszonyoktól függően 10-100 év)

Megújuló energiaforrások:

Biomassza

A fotoszintézis során a növények a légköri szenet megkötik, így í nap energiáját kémiai energiává alakítják. Magyarországon a növényzet közel háromszor annyi szenet köt meg, mint amennyi a hazai kitermelés. Így adódik, hogy az élelmiszer ellátás, takarmányozás és talajjavítás után megmaradó biomasszát energetikailag hasznosítsuk. Évente közel 10 millió tonna szerves melléktermék lenne felhasználható, mellyel 60-70 MJ energiát állíthatnánk elő. A felhasználás fő módjai lehetnek: tüzeléstechnikai hasznosítás, pirolitikus elgázisítás, biogáz (metános erjesztés), növényi olaj (biodízel) és szesz előállítása. Magyarországon környezetvédelmi szempontból a metános erjesztés a legcélszerűbb, mert így a biogáz mellet hasznos biotrágya végtermék is keletkezik, mellyel a talajjavító kezeléseknél kiváltható a műtrágya.

Tüzelési célú biomasszák

A tüzelési biomasszák igen sokfélék lehetnek. Megkülönböztethetünk lágyszárú (energiafű, energianád, gabonaszalma, kukoricaszár, pelyva, útmenti kaszálék, lomb, stb) és fásszárú (fakéreg, erdészeti hulladék, nyesedék) biomasszát. Természetesen ezek energiasűrűség eltérő, így gazdaságosság szempontjából eltérő előnyökkel rendelkeznek. Az energiacélú növénytermesztés egyik lehetősége a mezőgazdasági haszonnövények alkalmazása, hiszen termesztési módjaik, agrotechnikájuk kidolgozott és megbízhatóan, szinte állandó termésátlaggal termeszthetőek. A növények energetikai termesztése legtöbbször szembemegy az élelmiszercélú termesztéssel, nem szabad figyelmen kívül hagynunk, hogy a jó termőterületeinken elsősorban élelmiszert kell termelnünk, és csak ezen felül hasznosítsuk a kihasználatlan területeket energetikai célú növénytermesztésre.

Gabonaszalma

Energetikailag nem a legjobb tüzelőanyag, de elérhetősége és megfelelő mennyisége alkalmassá teszi felhasználását. A csökkenő állatállomány miatt megfelelő mennyiségben áll rendelkezésre és gépi begyűjtésére a technológia (bálázás) már rendelkezésre áll. Könnyen szállítható, és ésszerű határokon belül gazdaságilag kifizetődő.

szalma

Kukoricaszár

Magyarországon évente közel 15 millió tonna keletkezik, amely jó potenciált ad az energetikai hasznosítására. Hátránya a késői betakarítás, így nedvességtartalma, csak néhány hónap múlva csökken a feldogozható 20%-os szint alá.

kukoricaszár

Préselvények

Az olajos növények préselésénél visszamaradt préselvény az egyik legjobb energetikai biomassza. Alacsony szárazanyagtartalma, magas olajtartalma és magas energiasűrűsége alkalmassá teszi a felhasználását. Régebben még állati takarmányként hasznosították, de a csökkenő állomány miatt energetikai felhasználása reálissá vált. Legismertebb formái a pellet és a zúzalék, melyek közül az első amely technológiailag könnyebben hasznosítható.

Venyige, nyesedék

Tulajdonságait tekintve rendkívül jó energiaforrás, de kisebb területeken kisebb mennyiségben keletkezik, így felhasználása csak lokálisan lehet gazdaságos. Magas fűtőértéke miatt jól tüzelhető speciális berendezésekben.

venyige

Energiafű (Agropyron Elongatum), energianád (miscanthus), energiakender

Az energiafű nagy termésátlaga (10-20 t/ha) és alacsony agrotechnológia szükségletei teszik alkalmassá az energetikai célú alkalmazását. A betakarított növényből pelletet készítenek, melyet speciáli kazánokban égetnek el. Sajnos ipari felhasználása még nem megoldott, de lokális kisebb üzemekben gazdaságosan használható. Az energianád Európában magot nem termel, így szaporítása költségessé teszi termesztését. Hasonlóan az energiafűhöz magas a termésátlaga (20-40 t/ha) felhasználása pellet formában javasolt. Az energiakender a szikes talajok kivételével minden talajon termeszthető, jó gyomelnyomó-képességének köszönhetően alacsony a növényvédelmi igénye, szintén pellet formában hasznosítható.

Vágástéri hulladék, faipari melléktermékek

Magyarországon évente közel 6 millió m3 fát termelnek ki. A kitermelés során keletkezett hulladék magas fűtőértéke miatt jól hasznosítható. Évente közel 1 millió m3 vágási hulladék (gally, kéreg és egyéb famaradványok, amelyek ipari célra nem hasznosíthatóak) keletkezik, de ezek begyűjtése rendkívül nehézséges és költséges. Jelenleg gazdaságilag nem éri meg ezek begyűjtése. Faipari melléktermékként hazánkban évente félmillió tonna fűrészpor keletkezik, melyet főleg lokálisan lehet gazdaságosan felhasználni.

Energetikai ültetvényből származó biomassza

Magyarországon a legalább 3000 m2 területű ültetvényt nevezünk energetikai faültetvénynek. A temesztett növények szempontjából megkülönböztethetünk nagyon rövid vágásfordulójú (max. 5 év) és rövid vágásfordulójú (max. 15 év), hosszú vágásforduló (20-25 év) ültetvényeket. A legfontosabb fás szárú energianövények: nyár, fűzfélék, akác. A gyakoribb tüzelésre alkalmas szilárd biomasszák főbb energetikai jellemzői:

Megnevezés

Hozam (t/ha)

Fűtőérték (MJ/kg)

Bruttó energiahozam (MJ/ha)

Olajegyenérték (toe/ha)

Búza

3-5,2

15,32-17,57

45960-92360

1,097-2,205

Rozs

1,5-2,7

14,96-17,43

22440-47060

0,535-1,124

Kukorica

3,5-7,6

16,5-17,87

57750-135810

1,379-3,243

Kukoricaszár

5,2-11,4

16-17,5

83200-199500

1,987-4,764

Kukoricacsutka

-

16,16-17,4

-

-

Gabona szalma

1,5-3,5

15-16,77

22500-58690

0,537-1,401

Repceszalma

2,5-5,8

13-15

32500-87000

0,776-2,077

Repce préselvény

0,6-1,3

19,57-21,5

11740-27950

0,280-0,667

Napraforgószár

1,9-3,5

15,2-17,45

28880-61070

0,689-1,458

Napraforgó préselvény

1,1-1,5

16,6-23,75

18260-35620

0,436-0,850

Szőlővenyige

1,0-2,0

15,23-17,23

15230-34460

0,363-0,823

Gyümölcsfa nyesedék

1,0-2,0

8,4-14,7

8400-29400

0,200-0,702

Energiafű

10,0-15,0

14,78-16,84

147800-252600

3,530-6,033

Energianád

20-25

14,67-16,8

293400-420000

7,007-10,03

Energiakender

12,1-15,0

16,03-17,25

193960-258750

4,632-6,180

Cukorcirok

20,0-26,2

14,73-16,28

294600-426530

7,036-10,187

Akác

8,0-23

16,325-18,411

130600-423450

3,119-10,113

Tölgy

11,0-20,0

9,046-18,075

99500-361500

2,376-8,634

Bükk

11,0-20,0

10,530-18,156

115830-363120

2,766-8,672

Nyár

15,0-21

11,778-18,472

176670-387910

4,219-9,265

Nyír

11,0-20,0

12,933-18,917

142260-378340

3,397-9,036

Fenyő

11,0-20,0

14,226-18,659

156480-373180

3,737-8,913

Fűz

15-25

14,34-17,98

215100-449500

5,137-10,736

Erdészeti apríték

8,0-9,0

11,6-16,7

92800-150300

2,216-3,589

Vágástéri hulladék

1,5-2

11,3-14,6

16950-29200

0,404-0,697

Fűrészpor

-

12,4-17,2

-

-

Faforgács

-

11,8-17,8

-

-

 

Biogáz rendszerek

A biogáz rendszerek működésük során: a biogázt különböző szerves anyagok fermentálásával (rothasztásával) állítják elő; a termelődő gázt energetikailag hasznosítják; illetve a visszamaradó biotrágyát a talajművelésben újrahasznosítják. A biogáz rendszerek működésük során számos területen előnyösek. Segítenek a biológiai hulladékok ártalmatlanításában, anaerob működésük során csökkentik a hulladékok környezetterhelését és szén-dioxid semleges energia előállítást tesznek lehetővé. A komplex biogáz rendszerekben az összes anyag a cikluson belül marad, csak energia szabadul fel. Magyarországon a legnagyobb mennyiségben az állattenyésztésből származó szerves hulladékot használhatjuk fel energiatermelésre. Ezen hulladék főleg a trágya, ezen belül a sertéshígtrágya. A hígtrágyakezelés manapság még mindig rendkívül környezetterhelő tevékenység, ám biogázrendszerek működtetésével ez a terhelés csökkenthető és gazdaságilag előnyösen energiatermelésre fordítható.

Biogáz előállítására a kommunális hulladékok szerves része is felhasználható. Jelenleg mintegy 30-40%-a hulladéknak szerves anyag, ám nagyobb hányadát nem hasznosítjuk, hanem drágán fenntartott hulladéklerakókba, vagy hulladékégetőben helyezzük el. A hulladéklerakókban elhelyezett szerves hulladékok nem csak a lerakó kapacitását csökkentik, hanem a csapadék hatására a talajokba szivároghatnak ártalma anyagok és szennyezhetik a talajvizet is. Ezek mellett jelentősebb hulladéknak tekinthetjük a kommunális szennyvíztisztítás során megmaradt magas szervesanyag tartalmú szennyvíziszapot, mely kezelése még nem megoldott. Illetve a vágóhidakról származó állati eredetű hulladékokat. Ezek amellett, hogy veszélyes hulladéknak minősülnek, jelentős állategészségügyi veszélyforrásnak is tekinthetőek.

biogázmukodes

A biogáz előállítása

A biogáz a fent említett biológiai eredetű szerves anyagokból megfelelő hőmérsékleten, baktériumok segítségével, fermentálással állítják elő. A keletkező gáz energiatartalma mintegy 70%-a a földgáznak, 18-23 MJ/m3 körüli. Az összetételtől és a szennyezőanyagoktól függően 50-75%-a metán, 50-25 %-a szén-dioxid. Hazánkban közel 30 millió tonna szerves hulladék keletkezik, az ezekből előállítható biogáz mennyisége 2 milliárd m3/év. Biogáz a reaktorokban akkor keletkezik, ha az alábbi feltételek egyszerre teljesülnek:

  • levegőtől elzárt tárolás;
  • állandó magas hőmérséklet;
  • megfelelő metánbaktériumok jelenléte.

A biogáz termelődése során a szerves anyagok egyszerűbb vegyületekre bomlanak, majd szétesnek metánra és szén-dioxidra. A szerves anyagokból 35 fokon 25 nap alatt, 56 fokon 15 nap alatt keletkezik biogáz. A rendszerek beállítása rendkívül nehéz folyamat, nagyobb rendszereknél akár 3 hónap is eltelhet, mire a megfelelő mennyiségű gáz maximális hatásfokkal lehet kitermelni.

Biogáz hasznosítása

A biogáz többcélúan is hasznosítható megújuló energiaforrás. Egyrészt lehetséges villamos és hőenergiát is előállítani. A villamos energia előállításakor a biogázt elsősorban gázmotorok meghajtására használjuk, amely egy villamos generátort hajt meg. A gázmotorokban mechanikus energiát állítunk elő, amely agy generátorban villamos energiává alakul. A generátorok 50 Hz-es 500 V-os váltófeszültséget állítanak elő, amelyet feltranszformálva a villamos hálózatba táplálnak. A villamos energia megtermelésekor a hatásfok 30-40 %-os, a fennmaradó energia hőként jelentkezik. Ennek a további hasznosításával az összenergia akár 90%-át is hasznosíthatjuk. A biogáz elégetésével közvetlenül hőt is előállíthatunk, de ez csak a lokális felhasználás feltételeklnt adódhat gazdaságosnak. (telep fűtése, távfűtés). Nem közvetlen hasznosításaként csővezetékeken a felhasználókhoz juttathatjuk a keletkező biogázt. A közvetlen hasznosítást megelőzően a gázt tisztítani és szagosítani szükséges, ezután a hálózatba táplálható, vagy akár gázüzemű autók működtetésére is használhatjuk.

A gáz előállítása során keletkezett maradványanyagok jól hasznosíthatóak a talajjavító intézkedéseknél, helyettesítve a műtrágyákat. A rendszer működtetése a kezdeti beruházások magas ára miatt nem mindenhol gazdaságos, de ahol a megfelelő mennyiségű szerves hulladékot előállítják, ott egy ilyen beruházás hamar megtérül. Mindezekkel együtt szerves hulladékok biogáz alapanyagként történű hasznosítása teljes körű gazdasági, környezetvédelmi, hulladékkezelési és megújuló energia előállítási hasznokat hoz.

Biogáz kalkulátor.

Termál energia

A termál energia olyan energia, amelyet a Föld nagy hőmérsékletű tömegei tárolnak. A hővezetés törvényének megfelelően, a mélyebb rétegekben nagyobb az egységnyi tömegre jutó energia. A termál energia kitermelésénél ügyelni kell arra, hogy a termelés akkor hatékony, ha az energiát tartalmazó közegek minél közelebb vannak a felszínhez. Éppen ezért olyan területeken lehet gazdaságosan kitermelni, ahol az előbbi feltételek teljesülnek és ott ahol nagy fajlagos energiatartalmú, könnyen felszínre hozható, olcsó, nagy mennyiségben rendelkezésre áll, jól kezelhető. A fenti meggondolásokat figyelembe véve gazdasági szempontból a víz elégíti ki a legjobban. A Magyarországon kőzeteiben tárolt ipari termálhő készlet 8,55×1019 kJ, az elérhető energiamennyiség 4,085×1017 kJ melynek 30-40%-a hasznosítható.

A termálenergi kitermelése, azaz a Föld belső energiájának a felszínre hozása a módszereket és eszközöket figyelembe véve rokonságot mutat a fosszilis energiák kitermelésével. A termálenergia fő hordozója a víz ezért annak fizikai tulajdonságai segítségével lehet a megfelelő energiáramot a felszínre juttatni. Kutak fúrásával és a víz vagy gőz tágulása segítségével jut a felszínre a megfelelő hőmérsékletű víz vagy gőz. A magas sótartalmú lehűlt vizet régebben régebben közeli vízfolyásokba vezették, mellyel jelentős környezetkárosítást okoztak, ezzel párhuzamosan folyamatosan csökkent a kutak hozama és csökkent a hőmérséklete, így a megfelelő energia állandó kinyerésének fenntartása érdekében a lehűlt víz visszasajtolással juttatták vissza a kutakba. Ehhez számos technológiai akadályt kellett leküzdeni, a rendszerben fellépő nyomáskülönbségeket, a turbulens áramlásokat és kétfázisú keverékáramlások kezelését. A visszasajtolás folyamán is változásokra kell számítani, mind a közegben, mind a közegben fellelhető energia eloszlásában. Így a visszasajtolással történő energiatermelés megfelelő körültekintést és gondos tervezést és a részfolyamatok mennyiségi és minőségi összefüggéseinek ismertét igényli.

Termálvizek energetikai hasznosítása

A termálvizek hasznosítása alapvetően két nagy területre terjed ki, a villamos energia termelésre (amikor a hő segítségével termelünk energiát) és a közvetlen felhasználásra (átalakítás nélkül kerül felhasználásra). Ha a termálvízből villamos energiát szeretnénk kinyerni, akkor a kitermelt termálvizet le kell hűteni és az így elért hőmérséklet különbségből adódó energiát tudjuk villamos energiává alakítani. Sajnos ez az energiatermelési folyamat alacsony hatásfokú. Villamos energiatermelés csak akkor lehet nyereséges, ha az adott helyen a geológiai és a hőmérsékleti viszonyok lehetővé teszik. Magyarországon erre leginkább az Alföld déli területei alkalmasak, ahol elérhetőek a 100-200 oC-ú termálvizek. Hazánkban figyelembe kel venni, hogy jelentős plusz költséget okoz a visszasajtolás, így a keletkező alacsony hőmérsékletű vizek további energiahasznosítása nélkül nem rentábilis ez az energiatermelési mód. Célszerű kapcsolt villamos és hőenergia előállítást használni. Ha csak tisztán a villamosenergiát állítjuk elő, akkor az elérhető hatásfok csupán 10 %, ha a hőenergiát tovább hasznosítjuk, akkor a hatásfok elérheti a közel 100 %-ot.

Közvetlen hasznosítás során az alacsonyabb, 100 oC-nál kisebb hőmérsékletű vizeket vehetjük figyelembe. A közvetlen hasznosításnál földgázfelhasználást tudunk kiváltani, a termálvízzel meleg vizet állíthatunk elő illetve lakóházak és épületek fűtésére használhatjuk. Magyarországon a termálvizet már a 20-as években elkezdték ipari méretekben használni, a 60-as években hazánk már vezető termálvíz hasznosítója lett. A legjelentősebb termálenergia hasznosító szektorok: kertészet állattartás illetve távfűtés. Sajnos a termálenergia használat kérdése még mindig nem tisztázott hazánkban, és csupán az energiafelhasználás kevesebb mint 1%-a származik ebből az energiaforrásból.

Hőszivattyús rendszerek

A világ termálenergia hasznosítása 22%-ban a hőszivattyús rendszerekben történik. Ezek a rendszerek rendkívül jól és magas hatékonysággal hasznosítják az energiát, Magyarországon az elmúlt évtizedben jelentős fejlesztések és fejlődés mutatkozott az ez irányú tevékenységekben. A hőszivattyú alkalmazásához a 60-90 fokos vizek a legalkalmasabbak, ipari célra elsődlegesen a villamosenergia előállítás sorén keletkezett alacsony hőmérsékletű vizek, lakossági felhasználásban az épületek fűtése kerülhet szóba. Hatékonyságát figyelembe véve igen eltérőek a különböző rendszerek, nyilván ott célszerű alkalmazni, ahol jelentős hőmérsékleti különbségek vannak és a különböző közegeknek jó a hőátadási tulajdonsága.

A hőszivattyús rendszerek lényegében ien egyszerű szerkezetek, felépítésükeben nem nagyon különböznem az ipari vagy háztartási hűtőgépektől. A hűtőgépek működésük során hőt vonnak el és egy hőcserélőn keresztül adják át a hőenergiát a környezetnek. Az elv hasonló, ám a hőszivattyúk a környezetből vonják el a hőt és azt adják át a fűtendő közegnek. A modernebb berendezések a fordított működésük során nyáron klímaberendezésként is működhetnek.

Hőforrásként a legcélszerűbb az úgynevezett geotermikus szonda alkalmazása. Lényege egy 100 méter mély fúrt szonda, ebbe a mélységben hőmérséklet az évszaktól függetlenül állandó 10-15 °C hőmérséklet uralkodik. Ez az állandó hőmérsékletű közeg jelenti a hő forrását. Télen, amikor fűtésre használjuk, a hőszivattyú a mélyből szállítja a hőt az épületek felé, nyáron fűtésnél pedig az épületekből a szondákhoz. A keringetett közeg egy kettős hőcserélőn adja le vagy veszi fel a hőt. Régebben freont használtak szállítóközegként, de ennek ózonkárosító hatása miatt manapság már környezetbarát nem szennyező gázokat használnak. Megfelelő körülmények között a mai modern készülékek mára az 1 kW felhasznált elektromos energiából 4-5 kW fűtési energiát is képesek előállítani.

Az ipari energiafelhasználsá során mára jelentős szempont lett a szén-dioxid kibocsátás csökkentése, fokozott érdeklődés mutatkozik a geotermikus energia felhasználsára, mivel viszonylag olcsó és és legfőképp alacsony légszennyezéssel jár. Magyarországon a geotermikus hőforrások energetikai hasznosításának súlypontja a mezőgazdaság, ezért elsősorban olyan felhasználási módokat kell keresni, amelyek a mezőgazdasági termeléssel kapcsolatosan igényeket elégítenek ki, ilyen lehet a hűtés és a szárítás is. A hőszivattyús rendszerek kihasználtságában jelentős eltárás mutatkozik éven belül. Legjelentősebb a téli fűtési szezon, illetve a nyári hűtési szezon. A megfelelő tervezéssel és gondos kialakítással az üresjárási kapacitások kihasználhatóak, az energiatermelési rendszerekbe bekapcsolható energiaforrás lehet.

Napenergia hasznosítás

A Föld szempontjából a legfontosabb energiaforrás a Nap. Évente az emberiség energia szükségletének sokszorosa érkezik a Föld felszínére, ennek átlagos értéke 1 353 W/m2. A felszínre érkező sugárzás két főbb sugárzásból áll össze, a direkt és szórt sugárzásból. A ténylegesen hasznosítható napsugárzást befolyásolja a földrajzi hely, valamint évszakok és a napszakok és számos más meteorológiai tényező, így az energetikailag hasznosítható maximális energia hozzávetőlegesen 1000W/m2. Természetesen ennek csak töredéke hasznosítható valójában.

A napenergia hasznosítás legfőbb korlátozója a napsütéses órák száma, illetve napsugárzás beesési szöge. Ez utóbbit a fizikai elhelyezéssel nagyban befolyásolhatjuk, ám az évközi intenzitás nagy különbségeket mutat éven belül. Az energiahasznosítása nyáron sokkal magasabb fokú, mint télen és az átmeneti hónapokban. A napenergiát többféle módon hasznosíthatjuk. Az aktív hasznosítás fototermikus (egyszerűen termikus napkollektor) vagy fotovillamos (napelem, gyakran alkalmazott jelölése PV) módon lehetséges.

A passzív hasznosítás az épületek kialakításával és tájolásával valósítható meg.

Termikus hasznosítás

A fototermikus hasznosítás során alapvetően valamilyen energiafelvevő közeg (kollektor) segítségével a napsugárzást hővé alakítjuk. Általában melegvíz előállítására használjuk fel, de egyéb más technológiai célok is szóba jöhetnek úgymint épületek, uszodák, növényházak fűtése. A termikus kollektorok fontos eleme tároló, mivel a napenergia általában nem akkor áll rendelkezésünkre amikor éppen szükségünk van rá. A hőtárolók kialakításával szembeni követelmény, hogy jó legyen a hőszigetelésük, s ezáltal kicsi a hőveszteségük, lehetőleg egyszerű legyen a feltölthetős és leürítés.

napkollektor

Fotovillamos hasznosítás

A fotovillamos hasznosítás során a napenergiát közvetlenül villamos energiává alakítjuk. Általában ezek az eszközök (napelemek) egyenfeszültséget állítanak elő, amit vagy közvetlenül, vagy inverterek segítségével váltóárammá alakíthatunk. Az így termelt villamos energiát vagy közvetlenül a hálózatba táplálhatjuk, vagy kémiai vagy más pl hidrologiai energiatárolókban tároljuk. Fotovillamos rendszerek fontosabb alkalmazásai a következők lehetnek:

  • hálózattól távoli létesítmények,
  • farmok, épületek, istállók,
  • raktárak villamos energia ellátása (világítás, szellőztetés, vagyonvédelem stb.);
  • öntözés, vízszivattyúzás (belvíz),
  • állattartó telepek vízellátása;
  • hírközlő berendezések villamos energia ellátása,
  • közszükségleti berendezések energiaforrása.

napelem

A villamos energia tárolására számos módszer adódik. Meg kell különböztetni a sziget rendszerű (a hálózatra nem bekapcsolt egységeket) és a hálózatba kapcsolt rendszereket. A hálózatba kapcsolt rendszereknél legcélszerűbb a megtermelt energiát a villamos hálózatba táplálni és szükség esetén onnan vételezni. Ennek hátránya, hogy a betápláláshoz és vételezéshez kétirányú villanyórára van szükség és szükséges az áram szolgáltató engedélye. A szigetrendszerű működés során a megtermelt energiát tárolókban kell elhelyezni. Ez lehetséges kémiai energiaként való tárolással (akkumulátorok, hidrogén előállítása) vagy fizikai tárolás (hidrológiai, lendkerék, stb.).

Napenergia passzív hasznosítása

A napanergia passzív hasznosítása elsősorban az építészeti megoldásokban nyerhet teret. A megfelelő tájolás és árnyékolás tervezésével a napenergia a téli időszakban melegíthet az épületeket, nyáron az árnyékolás tervezésével nem melegíti fel. Alapvető tervezési szempont, hogy a lakóépületekben a legnagyobb fűtési igényű szobákat a napsugárzásból nyerhető energia és fény miatt D-DK-K-i irányba tájoljuk. Ugyanakkor a kisebb fűtési igényű helyiségekkel szigetelni, védeni célszerű a nagy fűtési igényűeket. A ferdesíkú üvegezett felületek jelentős mértékben elősegítik az épület benapozását. Passzívházakról bővebben.

Szélenergia hasznosítás

A szél egyike a legrégebben használt megújuló energiaforrásunk. Felhasználása az utóbbi időben a mechanikai energia előállítása mellett közvetve a villamos energia előállítását segíti elő. Számos technikai fejlesztés ellenére manapság a vízstintes forgástengelyű szélgenerátorok terjedetek el. Ennek oka a jelentős többlet villamosenergia termelés más műszaki megoldásokhoz képest.

A szélerőművel hatásfoka nagyban függ a meteorológiai adottságoktól, a telepítés helyétől és a szélerőművek egymáshoz viszonyított elhelyezkedésétől. A Földrajzi elhelyezkedéstől függően alapvetően a tengeri és szárazföldi erőműveket különböztetjük meg. Az energiatermelés szempontjából a szélerőmű lehet hálózati, vagy szigetüzemben, de a szélerőműpark, mint komplex energiatermelő egység is megjelenhet. Az új konstrukciós aerodinamikai megoldások kialakításán keresztül a számítástechnikai szoftverfejlesztésig minden műszaki terület dinamikus fejlődésnek indult. Jelenleg a világ szélerőmű kapacitása mintegy 160000 MW. Új lapátprofilok, nagyobb és jobb hatásfokú generátorok, magasabb tartó oszlopok, hosszabb szárnylapátok, új anyagszerkezeti megoldások, könnyebb konstrukciók, hatékonyabb és megbízhatóbb vezérlési megoldások a mai korszerű szélerőművek jellemzői.

A szél keletkezése

Keletkezése alapvetően arra épül, hogy a földfelszín által elnyelt napsugárzás nagyobb mértékű az egyenlítőnél, mint a sarkoknál és leegyszerűsített megközelítéssel a légtömegek az egyenlítőtől a sarkok felé áramlanak. Ezt a Föld forgása módosítja, s ezzel számos örvénylés alakul ki mind az északi, mind a déli féltekén. A keleties szélövekben a légkör impulzusmomentumot nyer, a nyugatias szélövben a légkör impulzusmomentumot ad le.

Energia előállítás

Minél több energiát haszniosít a szélerőmű, annál inkább csökkenti a szél mozgási energiáját. Amennyiben az összes energiát hasznosítanánk, akkor a szélerőmű mögött nullára csökkene szél sebessége, így a légtömeg végtelenségig sűrűsödne, ha viszont fékezés nélkül keresztül haladna, akkor nem termelnénk energiát. A fenit megállapításból látszik ,hogy a két szélső érték között kell lennie egy optimális energiakinyerésnek. Az ideális szélerőmű, a mindenkor uralkodó szélsebességet 2/3-ával csökkenti, tehát az összes kinyerhető energia 2/3-át hasznosíthatjuk. Egészen pontosan a Betz törvény azt mondja ki, hogy egy szélerőmű a szél kinetikus energiájának legfeljebb 16/27-ed részét (59%) tudja mechanikai energiává alakítani.

szél

Energia tárolása

A megújuló energiaforrások hasznosítása elválaszthatatlan a termelt energia átmeneti vagy hosszabb idejű tárolásától és szállításától. Az alternatív energiák számos hátránnyal rendelkeznek a fosszilis energihordozókkal szemben. Sokkal kisebb az energiasűrűségük, rendelkzésre állásuk, rosszabb a szállíthatóságuk továbbíthatóságuk és sokszor csak szakaszosan üzemelnek, energiatermelésük gyakran nem kiszámítható. Éppen ezért szükség van a megtermelt energia tárolására. A gyakorlatban alkalmazott energiatárolók néhány fajtája:

  • mechanikai akkumulátorok;
  • hőakkumulátorok;
  • villamos és elektromágneses energiatárolók;
  • elektrokémiai akkumulátorok; energiahordozók.

Mechanikai akkumulátorok

A mechanikai akkumulátorok alapvetően a helyzeti vagy mozgási energiában tárolják a megtermelt energiát. A helyzeti energia a Föld gravitációs terében vagy szilárd test rugalmas alakváltozásával tárolható. A mozgási energia leggyakrabban lendkerék forgási energiájaként tárolható. A mechanikai energiatárolást nagyobb léptékben ma egyelőre a szivattyús tározós erőmű alkalmas. A tározós erőmű alapvetően két nagy szintbeli különbséggel rendelkező tárolóból áll. Az üres időszakban egy szivattyúval vizet pumpálnak a felső tárolóban, energiaszükség esetén a víz helyzeti energiaváltozását kihasználva egy generátort hajtanak meg, ezzel előállítva a korábban betáplált villamos energiát.

Hőakkumulátorok

A hőakkumulátorok az energiát hőbevitellel halmozzák fel. A hőakkumulátorok két típusát különböztetjük meg. Az elsőnél a hőmérséklet a hőbevitel során emelkedik, a másodiknál a bevitt hő valamilyen halmazállapot-változást (leggyakrabban olvadást) idéz elő. Az első esetben a tárolt fajlagos energiát a tároló anyag hőkapacitása és a rá megengedhető hőmérsékletváltozás, a másodikban a halmazállapot-változás rejtett hője határozza meg. A hőakkumulátorok fajtája szerkezete és költsége főleg a tárolás kívánt időtartamától függ. A hőakkumulátorokban a hőt a lehető legnagyobb hőmérsékleten kell tárolni, lehetőség szerint annak a hőforrásnak a hőmérsékletéhez közel, amelynek az energiáját tárolni akarják.

Villamos és elektromágneses energiatárolók

A villamos energia tárolását kondenzátorokkal is meg lehet oldani. Elvileg végtelen nagy ellenállású kondenzátorok 100%-ban megőrzik a villamos energiát, de a valóságban sajnos kis kapacitásúak és az időben lassan elvesztik energiájukat. Ennek kiküszöbölésére fejlesztették ki az ultrakapacitásokat, amely hagyományos társaikkal szemben óriási energiát tudnak tárolni, nagyon kis veszteséggel. Előnyük közé tartozik, hogy nagyon gyorsan fel tudják venni és gyorsan le tudják adni az energiát. Az ultrakapacitás egyik fontos alkalmazási területe a villamos autó, ahol gyors energiatárolásra és leadásra alkalmazzák másodlagos energiatárolóként. Alkalmazásával megkímélhető az akkumulátoros energiaforrás a lökésszerű igénybevételektől, ezáltal nő az élettartama.

Elektrokémiai akkumulátorok

Az elektrokémiai akkumulátorok (a hétköznapi akkumulátorok, elemek) a kémiai energiatárolók külön csoportját képezik, amelyek kémiai reakció közvetlen eredményeként tárolják, adják le, vagy nyerik vissza a villamos energiát. Az akkumulátor folyékony, zselé állapotú egyes megoldásoknál szilárd elektrolittal elválasztott elektródákból épül fel. Az elektródák képezik az akkumulátor két villamos kivezetését. Az elektrolit és az elektródák anyaga olyan kémiai reakciók létrehozására képes, amelyek villamos töltések cseréjével is együtt jár. A töltés és kisütés során, a cellák aktív anyaga kémiai reakcióval, külső anyag hozzáadása nélkül átalakul, leadja az energiát és újra felépül.

Energiahordozók

Mesterséges energiahordozón, mesterséges tüzelőanyagon olyan anyagokat értünk, amelyek egymással, vagy a környezetben található, általában szervetlen anyagokkal (levegő, víz, szénsav) reakcióba lépve energiát képesek termelni. Az esetek többségében ezek a reakciók megújulhatnak, vagyis szükséges energiaráfordítás árán az anyagok állapota visszatérhet a kiinduló állapothoz. A mesterséges energiahordozók közül a hidrogén tűnik a legideálisabbnak, hiszen víz bontással könnyen előállítható, energetikai felhasználása során nem keletkeznek káros anyagok. A hidrogén a fosszilis tüzelőanyagok, benzin, olaj, földgáz, szén kiváltására leginkább alkalmas anyag. A hidrogén hátránya, hogy nehezen cseppfolyósítható gáz. A cseppfolyósításához nagyon alacsony, -252ºC hőmérséklet kell. A hidrogén cseppfolyósítása nagy energiaráfordítást igényel és a cseppfolyós állapotban tartásához elég drága és bonyolult kriosztát szükséges. Ezért az energiatárolás szempontjából helybeni felhasználásra kell törekedni. További felhasználás hátránya még, hogy szivárgás- és robbanásveszélyes, ezért a hidrogént tároló, szállító és felhasználó berendezéseket fokozott ellenőrző és biztonsági berendezésekkel kell ellátni.

Irodalomjegyzék

Bohoczky F.: 2000. Megújuló energiaforrások terjedése Magyarországon, Energiagazdálkodás, 41. évf., 12. sz., 13-15. o.

Boyle G. 1996. Renewable energy. Power for a suitainable future. Oxford University Press. Oxford. ISBN 0-19-856452-X.

Büki G.: 1997. Energetika. Egyetemi Tankönyv, Műegyetemi Kiadó, Bp.

Farkas I. /szerk./: 2003. Napenergia a mezőgazdaságban, Mezőgazda Kiadó, Budapest,

Horváth G. – Tóth L. (2001):A szélenergia hasznosítása. Magyar Tudomány. MTA Folyóirata Budapest, 11.sz.1300-1306.p.

Pecznik Pál szerk.: Megújuló energiaforrások. Mezőgazdasági vállalkozók tanácsadó füzete MGBSZ Gödöllő 2003

Szűcs M.: Passzív napenergia-hasznosítás a mezőgazdasági építészetben, Napenergia a mezőgazdaságban /szerk. Farkas I./, Mezőgazda Kiadó, Budapest, 2003, 207-240. o.

Tóth L. – Horváth G. – Schrempf N. (2004): Energetikai széltérkép készítésének metodikája; MTA AMB, K+F Tanácskozás Nr. 28 Gödöllő, 4. kötet 246-250. p

Tóth L.-Horváth G.: 2003.Alternatív energia. Szélmotorok, szélgenerátorok, Szaktudás Kiadó Ház, Budapest.

Tóth László, Schremp Norbert (2011): Energiaellátás, megújuló energiaforrások hasznosítása. Jegyzet SZIE, Gödöllő.

Facebook

kiskep

Hírek/News

Sajtóközlemény

A projekt célja magyar és angol nyelvű digitális tananyagok fejlesztése a Budapesti Corvinus Egyetem Kertészettudományi Karának hét tanszékén. Az összesen 14 tananyag (hét magyar, hét angol) a kertészmérnök Msc szak és a multiple degree képzés keretében kerül felhasználásra. A digitális tartalmak az Egyetem e-learning keretrendszerével kompatibilis formában készülnek el.

Bővebben

Sikeres pályázat

A projekt célja magyar és angol nyelvű digitális tananyagok fejlesztése a Budapesti Corvinus Egyetem Kertészettudományi Karának hét tanszékén. Az összesen 14 tananyag (hét magyar, hét angol) a kertészmérnök Msc szak és a multiple degree képzés keretében kerül felhasználásra. A digitális tartalmak az Egyetem e-learning keretrendszerével kompatibilis formában készülnek el.

A tananyagok az Új Széchenyi Terv Társadalmi Megújulás Operatív Program támogatásával készülnek.

TÁMOP-4.1.2.A/1-11/1-2011-0028

Félidő

A pályázat felidejére elkészültek a lektorált tananyagok, amelyek feltöltése folyamatban van. 

 

uszt logoTÁMOP-4.1.2.A/1-11/1-2011-0028

Utolsó frissítés: 2014 11. 13.