dr. aszódi attila igazgató bme nukleáris technikai intézet
DESCRIPTION
Az alternatív energiaforrások összehasonlítása a nukleáris erőművekkel Távlatok tudományos ülés Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila igazgató BME Nukleáris Technikai Intézet. alter : lat egyik (a kettő közül), a másik; még egy. alternatív: ami vagylagosan két lehetőséget kínál - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI 1
Az alternatív energiaforrások összehasonlítása a nukleáris
erőművekkel
Távlatok tudományos ülés
Pécs, 2005. szeptember 16.
Dr. Aszódi Attilaigazgató
BME Nukleáris Technikai Intézet
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 2Pécs, 2005. szeptember 16.
alter: lat egyik (a kettő közül), a másik; még egy.
alternatív: ami vagylagosan két lehetőséget kínál
„alternatív energiaforrás”: egy másik energiaforrás, mely a jelenleg alkalmazott energiaforrásokat helyettesíteni tudja
Figyelembe véve a kőolaj (földgáz) árát, az üvegházhatású gázok kibocsátásának és hatásának mértékét, valamint a megújuló energiaforrások kihasználhatóságát, a jelenlegi megoldás alternatívája: …
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 3Pécs, 2005. szeptember 16.
…AZ ATOMENERGIA
Hasonlítsuk össze az atomenergiát az atomenergiával?
Helytelen szóhasználat!
megújuló energiaforrások alternatív energiaforrások
Ne használjuk azt a terminológiát, amelyet a zöldek – hibásan, PR okokból –
az emberek fejébe akarnak sulykolni!
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 4Pécs, 2005. szeptember 16.
A megújuló energiaforrásDefiníció:
A természetes környezetben folyamatos, illetve folyamatosan ismétlődő energiaáramok formájában jelen lévő energiaforrások
Hasznosítása:A teljes áram egy részének mellékágakon történő kicsatolása, átalakítása, tárolása és felhasználása útján
Megújuló elsődleges energiahordozók: A felhasználás mértéke nem haladja meg a megújulásét csak a keletkezés ütemében aknázhatók ki. Jellemzőjük, hogy nem, vagy csak részben tárolódnak
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 5Pécs, 2005. szeptember 16.
A megújuló energiaforrások fajtái
• Víz, biomassza, szél, napenergia, • Geotermikus• Árapály, tengeri hullámzás
(A geotermikus energia kivételével mind a Nap energiájának felhasználását jelentik.)
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 6Pécs, 2005. szeptember 16.
VízenergiaErőművek jellemzői• Nagy mértékű változás a környezetben (természet, települések)
• Magas beruházásigények
• Alacsony üzemeltetési költség
• Időszakosság (hóolvadás, esőzések)
Energia hasznosítás– akár 90-95 %-os hatásfokkal
– függ:• vízhozamtól
– a terület csapadékviszonyaitól
– hóolvadás lefolyásától
– hosszú távú ingadozások (!)
• domborzattól
• a folyóvíz kihasználtságától Itaipu: a világ legnagyobb vízerőműve a Paraná folyón (12900 MW), a brazil-paraguayi határon
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 7Pécs, 2005. szeptember 16.
Vízenergia• A világ potenciális vízenergia-készlete:
– ~ 300 EJ– ebből műszakilag elméletileg hasznosítható: ~ 160 EJ– gazdaságosan kihasználható: ~ 40 EJ– Kiépített:
• Japánban mintegy 64%
• Nyugat-Európában 60%
• USA 50%
A vízerőművek kiváló elemei a villamosenergia-rendszernek
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 8Pécs, 2005. szeptember 16.
Vízenergia Magyarország• Legmagasabb pont 1015 m (Kékes)• Legalacsonyabb pont 75 m (Tiszasziget)• A terület magasság szerinti eloszlása
– 200 m alatt: 84%– 200-400 m: 14%– 400 m fölött: 2%
• hazánk területének 56 % -át az Alföld foglalja el
– Nagy kiterjedésű sík terület• Csapadék: 345 mm évente
Ausztria• Legmagasabb pont 3798 m (Grossglockner)• Legalacsonyabb pont 115 m (Fertő tó)
• Átlagos magasság: 910 m (Mo.: ~200 m)• 70 %-át az Alpok fedi
• Gleccserek• Nagy esésű folyók
• Csapadék: 790 mm évente (Mo.: ~345 mm)
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 9Pécs, 2005. szeptember 16.
Szivattyús energiatároló– Energia-túltermelés idején vizet szivattyúznak egy
magasan fekvő víztározóba– Szükség esetén turbinákon keresztül leeresztik– 75-80 %-os hatásfok– Feketevág (Szlovákia)
• 445 m magas• 3,7 millió köbméter
– Magyarországon lehetséges: Prédikálószék• 500 m magasság• 1200 MW teljesítmény
Vízenergia - Magyarországon ...
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 10Pécs, 2005. szeptember 16.
• Magyarország villamosenergia-fogyasztása– Éves: 41,4 TWh (2003)
– Napi: 113 GWh = 408 1012 J
• Egy napi villamos energia tárolásához 8,16 millió köbméter vizet kell 500 m magasra felpumpálni (100%-os hatásfokkal számolva)– Ez a Tisza-tó víztömegének a fele
– A feketevági erőmű vízkapacitásának 22-szerese,
– Energiatároló-kapacitásának 25-szöröse
• 25 napi villamos energia tárolásához az egész Balatont kellene500 m magasra feljuttatni
Szivattyús vízerőmű – egy szélsőséges példa
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 11Pécs, 2005. szeptember 16.
Energetikai célú felhasználás:– közvetlen eltüzelés
– pirolízis (elgázosítás)
– sajtolás (brikett, pellet, olaj)
– fermentálás (erjesztés - alkohol, biogáz)
Leggyakoribb a közvetlen hőtermelés
Biomassza
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 13Pécs, 2005. szeptember 16.
Szélenergia• A levegőmozgás jellemzői
– nem állandósul
– befolyásolja:
• légkör stabilitása
• földfelszín (műtárgyak, domborzat, növényzet)
– lokális jelenségek
– a szélsebesség talaj feletti változása
• Gazdasági megfontolások:– ott célszerű kiaknázni a szélenergiát, ahol az éves átlagsebesség a talajszint felett 10
m-rel meghaladja a 4 m/s-ot
• Budapest: 1,8 m/s
• Debrecen: 2,5 m/s
• Magyaróvár: 4,9 m/s
• Szélmotorok elméleti maximális hatásfoka: 60%– gyakorlatban maximum 45-50%
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 14Pécs, 2005. szeptember 16.
Példa: Németország, 2003• Németország világelső szélenergia-hasznosításban• 2003 végén 14 350 MW beépített szélerőművi kapacitás
(Paks: 1860 MW, arány 7,7:1), 2004-ben ~17 000 MW• 18,6 TWh termelt elektromos energia, ez a német
áramigény 4 %-a (paksi átlagos termelés 14 TWh/év,arány 1,33:1; arányok aránya 5,8)
• Az üzemeltetők 9 eurocent / kWh áron tudták értékesíteni a „széláramot”, az „atomáram” ~3 eurocent / kWh
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 15Pécs, 2005. szeptember 16.
Szélerőművek terjedése
Telepített szélerőművi kapacitás Németországban, 1990-2003
Telepített szélerőművi kapacitás Németországban, előrejelzés 2010-re
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 16Pécs, 2005. szeptember 16.
Nehézségek • 2003-ban a német szélerőművek kihasználtsága 16% volt• Az E.ON területén 2003 folyamán a maximális szélenergia-
betáplálás 80%-a volt a beépített teljesítménynek• Az átlagos betáplálás 16,4%-át tette ki az átlagos
kapacitásnak, az év több mint felében a kapacitás 11%-át sem érte el
• A szélerőművek mögé a kapacitás 80%-ának megfelelő tartalék (hagyományos, tipikusan fosszilis) kapacitást kell biztosítani a termelés ingadozása miatt – 2003-ban az E.ON-nak 100 millio Euro többlet költség emiatt
• Pontatlan a szélerősség előrejelzése, így rossz a termelt energia és a villamos rendszer tervezhetősége
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 17Pécs, 2005. szeptember 16.
Probléma: alacsony kihasználtság• Az erősen változó szélerősség miatt erősen ingadozik a
termelés is (az E.ON területén a napi hálózati csúcsterhelésnek 0-30%-a)
• Néhány óra alatt több ezer MW-os termelés-ingadozások is lehetnek (példa: 2003. 11.19. – 3640 MW csökkenés 6 óra alatt, azaz 10 MW/perc)
Szélerőművek termelésének aránya a napi csúcsterhelésben
Szélerőművek termelésének aránya a napi csúcsterhelésben
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 18Pécs, 2005. szeptember 16.
Probléma: pont amikor kellene…• A nagy nyári hőség (nagy légkondicionálási igény) és a
tartós téli hideg (nagy fűtési igény) közös jellemzője a stabil nagynyomású időjárási rendszerek jelenléte. Ilyenkor általában nem fúj a szél…
Szélerőművi részesedés a 2003-as nyári hőhullám alatt
Szélerőművi részesedés egy téli hétköznapon
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 19Pécs, 2005. szeptember 16.
Probléma: előrejelzés
• A hálózati frekvencia tartásához minél pontosabb termelési és terhelési (fogyasztási) előrejelzés kell
• A szélerőművi termelés előrejelzése a szélerősség-előrejelzés pontatlansága miatt nagyon rossz, igen pontatlan (2003-ban a rekord 300-400 MW eltérés mindkét irányba)
A villamosenergia-igény előrejelzése pontos,
a termelésé nem
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 20Pécs, 2005. szeptember 16.
Hálózat-fejlesztés• Németország szeles részein a villamos hálózat terhelése
elérte határait: pl. Schleswig-Holsteinben nagyobb szélerőművi termelés lenne lehetséges, mint amennyit el tudnak szállítani az ottani távvezetékek
• Ok: a hagyományos erőműveket a fogyasztókhoz közel telepítették, a szélerőműveket azonban oda, ahol szél van
• Elektromos hálózat kiépítése szükséges a „szeles” környékeken
• A hálózatépítés költségeit is be kell tervezni a szélerőműpark bővítésekor, ami tovább növeli a villamosenergia-rendszer költségeit
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 21Pécs, 2005. szeptember 16.
Szélkerék projektek régiónkban• A nyugat-európai szélkerék gyártók jól megerősödtek a német és
osztrák zöld kormányok alatt.• Magyarországon csak néhány helyszín van, ahol a széljárás kielégítő a
szélkerék építés szempontjából.• Szélerőművi projektek nem rentábilisak a beruházások állami
támogatása és a magas garantált átvételi áramár nélkül.• A szélkerék gyártók erős lobbizással az új EU tagállamok
költségvetéséből is megkísérlik a drága beruházások finanszírozását.• Ezek a projektek energetikailag értelmetlenek és drágák.• A német 9 eurocent/kWh széláram-ár nagy berendezés számra
vonatkozik ez jelentősen már nem csökkenthető. • A fogyasztói villamosenergia-ár jelentősen nőne magas rendszerszintű
szélerőművi arány esetén, és a rendszer szabályozhatóságának biztosítása (ha egyáltalán lehetséges) tovább növelné a költségeket.
• Magas szélerőművi arány esetén a rendszer villamosenergia-tárolás nélkül gyakorlatilag szabályozhatatlan lenne (tározós vízerőmű).
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 22Pécs, 2005. szeptember 16.
SzélenergiaA szélkerekek működése ki van szolgáltatva a széljárás szeszélyének
(ha nem fúj a szél, nem működik)– Kihasználtsága maximum 25-30 %
Hány szélkerék kell a Paksi Atomerőmű kiváltásához?
Kulcsi szélerőmű65 m magas torony
44 m átmérőjű, háromtollú szélkerék
600 kW névleges teljesítmény
25-30 %-os telj. kihasználási tényező
Paksi Atomerőmű4 460 MW teljesítmény
85 %-os telj. kihasználási tényező
8700..10500 ilyen szélkerék kellene(minden 3 km oldalú négyzet közepére egy)Gondoskodni kell az energia tárolásáról a
szélcsendes órákra
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 23Pécs, 2005. szeptember 16.
Napenergia• A legnagyobb jelentőségű megújuló energiaforrás
– A földfelszínre jutó átlagos teljesítmény: 1,35 kW/m2
– A Földre jutó napenergia 1 ‰-énél többet nem lehet energetikai célokra elvonni anélkül, hogy ökológiai zavarokat ne okoznánk
• Alkalmazások:– mezőgazdaság (fotoszintézis)
• melegházhatás kihasználása
• gyorsan növő növényi tüzelőanyagok termesztése: energiaültetvények biomassza
– hő „begyűjtése”
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 24Pécs, 2005. szeptember 16.
NapenergiaHátrányok:• a napsugárzás változékony és szakaszos jellege energiatárolásra van
szükség
• kis energiasűrűség– a felhasználástól és az energiaátalakítástól függően 1 kW-hoz 10-50 m2
szükséges 1 GW: 10-50 km2 ! másra nem alkalmazható területekre
• ott lehet versenyképes, ahol nagy a napos órák száma, és nagy az intenzitás
• beeső évi átlagos sugárzási energia:Magyarország: 1168-1305 kWh/ m2
Afrika: 2250-2500 kWh/ m2
Ausztráliában a maximum: 2500 kWh/ m2
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 25Pécs, 2005. szeptember 16.
Napenergia• Napkollektor: használati melegvíz előállítása
– Jó kiegészítés a gázzal vagy az árammal előállított melegvíz mellett
– Villamos energia előállítására gyakorlatilag nem alkalmas
• Fotovoltaikus cellák: napenergia közvetlen árammá alakítása– Űrtechnika
– Kis méretű alkalmazások ellátása (karóra, kisegítő világítás, parkolóóra, kommunikáció biztosítása a villamos hálózattól távoli helyeken)
– Az áram akkumulátoros tárolásában nagyon környezetszennyező anyagokat alkalmaznak!
• A nap- és szélenergia fejlődéséhez a költségek csökkenése mellett forradalmi energiatárolási megoldásra lenne szükség!
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 26Pécs, 2005. szeptember 16.
Geotermikus energia• Óriási mennyiségű hő a bolygóban
– radioaktív bomlás!
– földfelszínnél: 3 °C/100 m
• Nagy geotermikus potenciál, de:– csak véges számú helyen lehet megcsapolni
– reálisan megközelíthető mélységben a hő viszonylag alacsony hőmérsékleten van jelen 10-15%-os hatásfok
• Lokálisan:– vulkanikus övezetekben: gőzdómok, forrásvizek
– Magyarország: az ország területének 70%-án a geotermikus gradiens kétszerese az átlagosnak
Rudas fürdő
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 27Pécs, 2005. szeptember 16.
Geotermikus energia• Termálvizek hasznosítása
– balneológia
– forró termálvíz/termálgőz energetikai hasznosítása
• Mesterséges források– Hot-Dry-Rock eljárás
• kísérleti erőművek: pl. Los Alamos mellett (5 MW) Brandenburg (5 MW)
• Hasznosíthatóság– termálvizek lokálisan alkalmazhatók
– kiaknázás fokozza a kimerülés veszélyét (a legtöbb geotermikus erőműben fokozatosan csökken a gőznyomás)
– a megvalósított erőművek 70%-át száraz gőz táplálja
• Villamos energia termelésénél a kulcsszó: GŐZ!!
Takigami - termálgőz hasznosítás
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 28Pécs, 2005. szeptember 16.
A különböző energiatermelési módok szén-dioxid kibocsátása
Az üvegházhatás, kockázatok
0.001
0.01
0.1
1
10
coal oil naturalgas
hydro nuclear
Fuel
Imm
edia
te m
orta
lity
/GW
year
maxmin
Kockázatok
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 29Pécs, 2005. szeptember 16.
Energiahordozók vizsgáznak
szén olaj gáz atom víz szél+nap biomassza
Készletek geopolitikai eloszlása
5 1 2 5 4 5 5
Stratégiai készletezhetőség
3 2 1 5 4 1 5
CO2 kibocsátás 1 1 2 5 5 5 5
Villamos energia ár 3 3 4 5 5 1 2
Árérzékenység az üzemanyagköltségre
2 1 1 5 5 5 3
Rendelkezésre állás 5 5 5 5 5 1 5
Hosszútávú elérhetőség (>50 év)
5 1 1 5 5 5 5
Externális költségek 1 2 3 5 5 3 3Lakossági elfogadottság (Magyarország)
3 4 5 4 1 4 5
Hulladékkezelés 2 2 4 3 5 5 5
Átlag 3 2,2 2,8 4,7 4,4 3,5 4,3
Rangsor 5 7 6 1 2 4 3
Osztályzatok energiahordozóknak
Dr. Aszódi Attila, BME NTI 30Pécs, 2005. szeptember 16.
Mi lehet a jövő?
és megújuló (nem alternatív) energiaforrások
Atomenergia