Kutatók éjszakája, 2010. szeptember 24.18:15 - 19:00

PTE TTK, 7624 Pécs, Ifjúság útja 6.E ép. 331. terem

Dr. Német Béla,PTE, TTK, Környzetfizika és Lézerspektroszkópia Tanszék

Hatásfok javítás fizikai és társadalmi feltételei az energia termelői-fogyasztói

rendszerekben.

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 2

SZÜKSÉGLETEINK,

ENERGIAFORRÁSOK,

GÉPEK

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 3

Szükségleteink- ÉPÜLET, JÁRMŰ (életünk 85 %-át ezekben töltjük)- tiszta LEVEGŐ, (ipar, járműközlekedés előtti összetétel,

páratartalom)- tiszta IVÓVÍZ (forrás, ártézi víz összetétel)- ENNIVALÓ (biztosítsa természetes úton a teljes ásványi

anyag és elem szükségleteinket) - FŰTÉS, HŰTÉS (21 C körüli hőmérséklet),- KÖZLEKEDÉSI ESZKÖZÖK (gyalog, jármű, üzemanyag) (a

lehető legkisebb plusz tömeg mozgatásával és legkevesebb energia felhasználásával)

- TERMÉKEK (végeredménye. hulladék)- SZOLGÁLTATÁSOK (végeredménye. hulladék)

„Szolgák” kellenek nekünk (régen rabszolgák, „modern korszakunkban” gépek, ROBOTOK) (330 MJ/nap/fő= 400 rabszolga)

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 4

Mi kell szükségleteink kielégítéséhez?

ENERGIA: munkavégző képesség

Energiaformák (fizika)

Mozgási energia (mert helyváltoztató lények vagyunk)

Hőenergia (épületeink számára) (mert létünkhöz 36,5 oC testhőmérsékletet KELL biztosítanunk)

Elektromos energia (mert környezetünkben ez a „legtisztábban működő” gépek „üzemanyaga”) DE „azon nyomban fel kell használni”.

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 5

Honnan hova jut az ENERGIA – (1)?

Energiaforrások- Fosszilisek (szén, kőolaj, földgáz)- Nukleárisok (hasadás: U235, U238, Pu, …majd

fúzió)- Nem fosszilisek (kimeríthetetlen, megújítható,

megújuló, hulladékban „raktározott”)

ENERGIA transzportálás (korpuszkuláris, elektromágneses)

„ENERGIA” tárolás

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 6

Honnan hova jut az ENERGIA – (2)?

Hőenergia előállítók

• Tüzelőberendezések, kazánok (kémiai kötések felszakítása)

• Kémiai reaktorok (kémiai kötések felszakítása: biotechnológia: fementor, pirolizáló,..)

• Atom reaktorok (magerők „felhasználása”)

Energia transzformálók: gépek, fűtőberendezések

• Hőenergia – mozgási energia (jármű motorok, turbinák áramfejlesztőkben, Közlekedési eszközökben)

• Mozgási energia – elektromos energia (generátorok)

• Elektromos energia – mozgási energia (villanymotorok)

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 7

A HATÁSFOK FOGALOM

ALKULÁSA AZ UTÓBBI 30 ÉVBEN

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 8

Hatásfok definíció - 1

Egy GÉP hatásfoka =az általa végzett munka osztvaaz ugyanazon időtartam alatt a gép „táplálására” használt

energiahordozóból „elfogyasztott” energia hányadosa.

Keletkezik: HULLADÉKHŐ

összes

hasznos

W

W

Gőzgép 16-18 %,

Robbanómotor 23-35 %

Gőzturbina 30-50 %,

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 9

Mi lesz a HULLADÉKHŐVEL?Fel kell használni → Hatásfok növelése

Gépeinkben a munka mellett hő is keletkezik.Így van ez az elektromos energia termelő berendezéseknél is.Az összenergetikai hatásfokot jelentősen javítjuk, ha egy gép hulladékhőjének minél nagyobb részét hasznosítjuk (fűtésre, vagy hűtésre).A hulladékhőt hasznosító berendezések neve:

Kapcsoltan elektromos energiát, fűtést és hűtést biztosító rendszerek. (CHP, CCHP)Még tovább növelhető az energia hasznosítás, ha a hőt és az elektromos energiát „tároljuk”.

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 10

Hatásfok definíció - 2

A Kapcsolt (elektromos energia, fűtés, hűtés) energiaszolgáltató rendszer hatásfoka:

- egész évben szolgáltatott összes energia (elektromos+hő) osztva

- az egész évben „elfogyasztott” energiaforrás energia tartalmával.

CHP 70-85 %

CCHP 83-86 %

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 11

Kapcsoltan elektromos energia és hő előállítása Combined Heat and Power (CHP) Plant

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 12

Kapcsolt fűtő, hűtő és elektromos generátor rendszer.Combined Cooling Heating and Power (CCHP) Plant

Egy forrásból több energiaforma előállítása történik (mikroturbina)

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 13

Adszorpciós hűtő

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 14

Hatásfok további növelése

1. MENETREND tartás megvalósítása

A menetrend tartás egy fogyasztói „csoport”, időben és energia összetételben változó energia igényének (a Fogyasztói Energiamixnek) folyamatos kielégítése.

2. Nem fosszilis források felhasználása.

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 15

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 16

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 17

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 18

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 19

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 20

Szükséges:

ELEKTROMOS ENERGIA TÁROLÁS

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 21

Elektromos energiatárolás

• Akkumulátor

savas-ólom akkumulátor

NiCd /nikkel-kadmium/ akkumulátor

• Víztározó – tározós vízerőmű

• Hidrogén előállítás, vízbontás

• Metanol gyártás (Oláh) CO2 + H2 --> CH3OH

• Motorokban, turbinákban történő felhasználás

• Tüzelőanyag cellák

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 22

A tüzelőanyag cellák típusai

A tüzelőanyag cellák hidrogént oxidálnak katalitikus elektrokémiai folyamat során. A felhasznált elektrolit jellege szerint különböző típusú tüzelőanyag cellákat fejlesztettek ki:

- lúgos (AFC)- savas (PAFC)- olvadó karbonátos (MCFC)- szilárd oxid (SOFC)- szilárd polimer (PEM)- közvetlen metanol (DMFC)- mikroorganikus, biokémiai

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 23

ÖSSZETETT ENERGIA SZOLGÁLTATÓ

BERENDEZÉSEK

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 24

Hibrid-kombinált rendszer megvalósítása

Kettő, vagy annál több olyan energiaforrás van egy energia mixet biztosító „szolgáltató rendszerbe” szervezve, amelyek külön-külön nem lennének elegendőek az év, vagy csak egy teljes nap folyamán a biztosítani a fogyasztó számára a változó mértékű hőt, vagy elektromos energiát.

Az ilyen rendszernek nem csak energia szolgáltató egységei, hanem energia tároló egységei is (elektromos energia és hő tárolására) vannak.

Ezek összeadják a szükséges energia mixet, ezért nevezik más néven az energia forrásokat additívaknak, az egészet Additív rendszernek, más megnevezés szerint Hibrid rendszernek.

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 25

Hibrid rendszerek; Kapcsolt rendszerek

A Hibrid rendszerek többféle forrásból egyféle energiát állítanak elő.

• szél és/vagy napenergiából (az időjárás függvényében) villamos energia.

• Diesel + napenergia -> villamos energiaA Kapcsolt vagy kombinált rendszerek egy

forrást többféle energia előállítására hasznosítják.

• Kombinált rendszer: napenergiából fotovillamoság és hő nyerése egyidejűleg, egy speciális kombinált berendezés segítségével.

Létezik hibrid-kombinált rendszer is.

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 26

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 27

Németország 2003

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 28

Napelem + szélkerék

Szélkerék + napelem + inverter + akkumulátor

Eredmény 230 V váltóáram

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 29

Példák hibrid rendszerekre. Farmer, kisközösségi szint

1. Szélkerék + AC/DC konverter + napelem + akkumulátor + DC/AC konverter =

- 230 V-os, 50 Hz-es váltóáramú fogyasztókat lát el.2. Napkollektor + hőtartály + Stirling motor + AC/DC konverter +

napelem + akkumulátor + DC/AC konverter =- nyáron HMV-t termel, 230 V-os, 50 Hz-es fogyasztókat lát el.- télen HMV-t és (padló)fűtést biztosít.3. Napkollektor + hőtartály + csövek padlóban, falban + abszorpciós

hűtő- nyáron HMV-t termel hőtartályra és abszorpciós hűtéssel

légkondicionál.- télen HMV-t és (padló)fűtést biztosít.4. Napkollektor + hőtartály + Biokazán + Stirling motor + akkumulátor - nyáron (csak a kollektor) HMV-t termel hőtartályra és abszorpciós

hűtéssel légkondicionál.- télen (főleg a biomassza kazán) HMV-t és fűtést biztosít, Stirling

motor

Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 30

SOK SIKERT KÍVÁNOK A JÖVŐ NEMZEDÉKNEK A

HATÁSFOK JAVÍTÁSÁRA és

A NEM FOSSZILIS FORRÁSOKKAL TÖRTÉNŐ ENERGIAELLÁTÁSUK EREDMÉNYES BIZTOSÍTÁSÁRA

MAGYARORSZÁGON