Environmental protection | Studies, essays, thesises » A megújuló energiaforrások

Megújuló energiaforrások Az Magyarország villamos energia termelését az alábbiak szerint oszlik meg: Magyarország energia termelése Víz Szén Nukleáris Szénhidrogén Szén:26%; Szénhidrogén:37%; Nukleáris: 41,5%; Víz: 0,5% A fentieken kívül léteznek még kis helyi szél és naperőművek is, de ezek aránya jelentéktelen az energiarendszer egészéhez képest. Magyarország viszonylag szegény mind fosszilis, mind megújuló energiaforrásokban. Villamosenergia fogysztásunk egy részét importból fedezzük. A kapacitásaink meg lennének a teljes önellátásra, de a külföldi villamos energia olcsóbb. Az uniós csatlakozás után még inkább rászorulunk az importra: sok erőművünk nem felel meg a szigorú uniós környezetvédelmi előírásoknak, ezért be kell őket zárni. Energia függőségünk enyhítésének a legcélszerűbb és leggazdaságosabb módja egy újabb atomerőmű építése lenne, de erre a kormányzati szándék és az uralkodó

közhangulat miatt nem sok esély van. A másik, unió által is támogatott megoldás a megújuló energiaforrások hasznosítása. A megújuló energiaforrások közé tartozik a napenergia, a szélenergia, a különböző formában megjelenő biomassza, a geotermikus energia és a vízenergia. Az energiahordozók hasznosításához szükséges technológiák rendelkezésre állnak, de technikai fejlesztésük ma is folyamatos. Jelenleg az összenergia-felhasználáson belül a megújuló energiaforrások részaránya 3,6% körül mozog. Az 1993-ban elfogadott Magyar Energiapolitika szerint az ezredfordulóra 5-6%-ra kell emelni a jelenlegi értéket. Ez összhangban van a Klímaváltozási Keretegyezménnyel A továbbiakban nézzük meg milyen (nagyrészt kihasználatlan) megújuló energiaforrásokkal rendelkezik Magyarország. I. Szélenergia: A szélenergiát az emberiség ősidők óta alkalmazza, mint hajók, malmok meghajtójaként, de csak e század második felétől

kezdődött el a szél, mint villamos energia előállítására alkalmas energiaforrás felhasználása. A szélenergia hasznosításának lehetőségét korlátozza az a tény, hogy hazánkra a kis szélsebesség (másodpercenként 2-6 méteres) jellemző (6 m/s felett gazdaságos). Szélerőmű-láncolat több szélmotoros egység építésére legfeljebb néhány vízparti, tóparti lejtő volna alkalmas, de nagyobb erőmű szinte sehol sem lenne gazdaságos. Mégsem érdektelen a szélmotorok helyi, speciális célra történő telepítése, amely egy hosszabb kisfeszültségű hálózatfejlesztéshez képest, jóval gazdaságosabb lehet. A hazai gyakorlat szerint legfeljebb kisteljesítményű szélmotorok jöhetnek tehát számításba, amelyek hasonló energiahasznosítási nagyságrendet képviselhetnek, mint az egykori szélmalmok az ország jellegzetes szelesebb régióiban A hazai külterületi hasznosítási helyekre javasolható a megfelelő hosszú időszakban végzett

mérésekre alapozva a 230 W-tól 10 kW-ig terjedő skálán fellelhető bármelyik ismert szélmotoros gépegység. Ezek tanyavillamosításhoz, vízszivattyú-tápegység ellátásához (ivóvíz, öntözővíz), halastavak, szennyvíztavak dúsításához, távközlő állomás, szárítóberendezés, villanypásztor, belvízátemelő szivattyú, melegházak, fóliasátrak tápegységének ellátására hasznosíthatók. Nehéz mérnöki feladat a szélgenerátor helyének és tipusának meghatározása. Nagy jelentősége van a helyszínen végzendő szélméréseknek és a kapott eredmények megfelelő kiértékelésének. A meteorológiai mérőállomások adatai közvetlenül nem alkalmasak a rendelkezésre álló szélenergia meghatározásához - melyek szükségesek egy szélgenerátor telepítéséhez is - többek között a mérőállomások kedvezőtlen fekvése és környezeti feltételei miatt. Ezért a telepítendő szélgenerátor helyén, a gép megfelelő

kiválasztása céljából helyi szélsebesség és szélirányméréseket kell végezni. Szélgépet csak olyan helyen érdemes telepíteni, melynek környezeti viszonyai és domborzati fekvése megfelelő szélenergia kinyerésére. A domborzat és a különböző tereptárgyak nagymértékben befolyásolják a szél áramlását. A szélgenerátot által termelt elektromos áramot kétféleképpen lehet felhasználni: 1. szigetüzemben: ekkor a termelt villamos energiát saját célra, a közcélú elosztóhálózattól függetlenül hasznosítjuk. Az ilyen rendszereknél a generátor sokszor akkumlátor telepeket tölt, a fogyasztásban jelentkező csúcsok és völgyek simítása érdekében. 2. hálózatra táplálva: a szélgenerátor a közcélú villamos hálózatra termel Az áramszolgáltató rögzített áron vásárolja meg a betáplált villamos energiát, de a betáplálásnak szigorú szabályai vannak: meg kell felelni a feszültség, áram, frekvencia kritériumoknak.

Ezek értékét egy automatika figyeli és ha bármelyik eltér a szükséges értéktől, akkor lekapcsolja a hálózatról. Geotermikus energia: Föld középpontja felé haladva 1 km-enként átlag 30°C-szal emelkedik a hőmérséklet, de bizonyos területeken ennél nagyobb a hőmérsékletemelkedés, így Magyarországon is 50-60°C és 2 km mélységben már eléri a 100°C-t. A hő felszínre hozatala történhet mélyfúrással, hő formájában, a leggyakrabban azonban gőz vagy termálvíz közvetítésével. Ahol gőz hozható fel, ott a geotermikus energiával elektromos áram termelhető, de ilyen terület viszonylag kevés van (elsősorban Izlandon, Új-Zélandon és az USA-ban), szemben a szinte mindenütt található 30100°C-os termálvizes területekkel. Magyarország közismerten gazdag hévizekben: különösen a Duna-Tisza közén és a Nagyalföldön jelentős a hévízkészlet. Magyarország geotermikus energiavagyonának felmérésére több kísérlet

történt. A kapott értékek 4,2 x 1016 és 8 x 1018 KJ között vannak, tehát meglehetősen eltérőek. Hévízkészletünk legkevesebb 500 milliárd m3-re tehető, amiből kb. 50 milliárd m3 termelhető ki. A kitermelés fejlődését jól mutatja, hogy míg 1979-ben 415, 30°C-nál melegebb viző termálkút hozott vizet a felszínre, addig 1985-ben a kutak száma már 842 volt, évi 167 millió m3 hozammal, 1987-ben pedig 1016 kút működött, naponta 1,25 millió m3, évente pedig kereken 450 millió m3 termálvizet szolgáltatva. Az összkapacitás közel fele (410 m3/perc) fűtési igényt elégített ki, amiből a mezőgazdaság 253 m3/perc teljesítménnyel részesült. Hazánkban a geotermikus energiafelhasználás 1992-es adat szerint 80-90 ezer tonna kőolaj energiájával volt egyenértékű. A geotermikus energia a napenergiához hasonlóan korlátlan, el nem fogyó, de azzal ellentétben nem szakaszosan érkező, hanem folytonos, viszonylag olcsón kitermelhető és

a levegőt nem szennyezi. Termálvíz formájában nem mindig kiapadhatatlan, kivéve, ha a hőkinyerés után visszapótlása is megtörténik. A termálvizek többé-kevésbé magas sótartalmuk miatt elfolyásukkal a talaj és a befogadó vizek minőségét jelentősen ronthatják, viszont nagy előnyük, hogy számos talajvízzel szemben - ipari vagy más humán tevékenységből származó szennyezéseket nem tartalmaznak. A legáltalánosabban alkalmazott rendszerekben a feltörő termálvizet gáztalanítják, ülepítik, sótartalmát részben eltávolítják és a felhasználás helyére szivattyúzzák. A lehűlt vizet elvezetik: vízgyűjtőbe vagy folyóvízbe engedik. Ez egy olcsó, megbízható megoldás, problámája viszont, hogy idővel a víz mennyisége, nyomása csökken. Nyomását lehet ugyan növelni kompresszorral, de ez nem gazdaságos. A legjobb megoldást azonban a kitermelt, lehűlt víz visszasajtolása jelenti, mert így a mély vízszint csökkenését

lényegesen mérsékelni, a kutak élettartamát nagymértékben növelni lehet. A termálvíz komoly hátránya a már említett nagy sótartalom, ami elérheti, esetleg meg is haladhatja a 8000 mg/liter értéket. A sók 60-80%-át Na-, Ca- és Mghidrogénkarbonát alkotja, amiket a nyomás alatt levő széndioxid is segít oldatban tartani. A hévízkútban felfelé haladva a nyomás és esetleg a hőmérséklet is annyira csökkenhet, hogy az addig oldott hidrogénkarbonátok egy része vízkő formájában kiválik. A vízkőlerakódás a kút felső részénél és a csővezetékben is eltömodést, teljesítménycsökkenést okozhat. Itt érdemes megemlíteni a hőszivattyús fűtés lehetőségeit is. Áram termelésére nem alkalmas, de lakások, ipari üzemek fűtése gazdaságosan megoldható vele. Működési elvét tekintve tulajdonképpen egy kifordított hűtőszekrény: egy zárt rendszerben alacsony forráspontú gáz kering. A lakásban a fűtőrendszerben

összenyomjuk, cseppfolyósítjuk ezt a gázt egy kompresszorral. Ekkor hőt ad le Csövek segítségével levezetjük a föld alá -ahol állandó hőmérséklet uralkodik- és elpárologtatjuk: hőt von el a környezetétől. A rendszer meg is fordítható, ekkor légkondcionálóként üzemel Meg kell említeni, hogy nem csak a földbe fúrt mély lyukakkal használható. Hőleadóként jó hatásfokkal használhatunk ’fáradt’ hévizet, folyók vizeit, de akár szennyvizet is. Magyarországon kevéssé elterjedt módszer, de tőlünk nyugatabbra sok háztartást fűtenek így. Hátrány a viszonylag magas beruházási költség és az, hogy az üzemeltetéséhez elektromos energia szükséges. Napenergia: A Nap sugárzásából származó energia közvetlen felhasználása már régóta ismert az emberiség számára. Elég csak az ókori eredményekre gondolni, nevezetesen az Arkhimédész által előállított gyújtótükörre, vagy a még ma is korszerű Szókratészféle

napház elvére, amely szerint az épület déli oldalát kell magasabbra építeni a téli napsugárzás hasznosítása végett. Napjaink kis teljesítményű napenergia-hasznosító berendezéseinek többségét a mediterrán országok háztetőin látjuk, ami általában egy napkollektorból és a hozzá tartozó melegvizes tartályból áll, és használati meleg vizet biztosít a ház lakóinak. Ezekben az országokban számos napenergiával működő gyümölcsszárító és -aszaló berendezés üzemel. A Nap sugárzásából a földi élet számára elsősorban az elektromágneses sugárzás, a fény a legjelentősebb. A Nap sugárzó teljesítményének a Földet elérő része mintegy 173x1012 kW, ami többezerszeresen meghaladja az emberiség jelenlegi energiaigényét. Az átlagos intenzitás mértékéül az ún napállandót használjuk, amelynek értéke: I0=1353 W/m2. A sugárzás egy része közvetlen módon jut el a Föld felszínére, míg másik része a légkör

hatása miatt megtörik, visszaverődik, és így végül kialakul a szórt sugárzási komponens. Az energetikai hasznosítás szempontjából a két komponens összegével, vagyis a teljes sugárzással számolunk. A napenergia aktív hasznosítása, alapvetően fototermikus vagy fotovillamos módon mehet végbe. A fototermikus megoldás azt jelenti, hogy egy alkalmas eszközön (napkollektoron) folyadékot vagy levegőt áramoltatunk keresztül úgy, hogy közben minimálisra csökentjük az áramló közeg által felfogott energiának visszasugárzás vagy hővezetés általi eltávozását a készülékből. A felmelegített folyadékot leggyakrabban meleg víz előállítására használjuk fel, de természetesen egyéb megoldások is előfordulnak a gyakorlatban. A fotovillamos megoldás során napelem segítségével alakítjuk át a napenergiát közvetlenül villamos energiává. Az ily módon kapott 12 vagy 24 V-os egyenfeszültséggel közvetlenül lehet fogyasztókat (pl.

világítás, szellőztetés) működtetni. Szükség esetén 220 V-os váltóáramú hálózati fogyasztók is működtethetők egy inverteres egység közbeiktatásával. Mindkét esetben problémát jelent a begyűjtött hő- ill. villamos energia tárolása Ennek oka az, hogy az energiát sokszor éppen akkor szeretnénk felhasználni, amikor az a napsugárzás hiánya miatt nem áll rendelkezésre, vagy fordítva, akkor van energiahozam, amikor nincs igény a felhasználásra. A folyadékkal működő kollektoros hasznosítás esetén a leggyakoribb megoldás egy megfelelő méretű szigetelt tartály alkalmazása. A napelemek által szolgáltatott villamos energiát legegyszerűbben akkumulátorokban tárolhatjuk. A napelemek: más néven fotovillamos elemek a fotovillamos jelenséget hasznosítják. A Nap elektromágneses sugárzása a napelem alapanyagát képező félvezetőben szabad töltéshordozókat hoz létre, amelyek hatására a napelem fémelektródáin

feszültségkülönbség keletkezik. Ha a fémelektródákat külső áramkörön keresztül összekapcsoljuk, akkor a napelem megvilágításának hatására a külső áramkörben azzal arányos mértékű egyenáram folyik. Az áram nagyságát a keletkezett szabad töltéshordozók száma határozza meg, a feszültség pedig az alapanyag jellegétől függ. A napelem fény hatására működik, így közvetlen vagy közvetett (az égboltról érkező) napsugárzás, illetve egyéb fényforrás hatására is. Az elméleti energiaátalakítási hatásfok akár a 60 százalékot is elérheti, azonban a gyakorlatban ennél lényegesen kisebb hatásfokú napelemek készülnek. A napkollektor: a napenergia összegyűjtésre szolgáló berendezések működési hőmérséklete a felhasználási céltól függően különböző lehet: 20 és 100 °C között változik. A burkolat nélküli hőelnyelők fekete felületű műanyagból vagy fémből készülnek, megjelenési formájuk lehet

lemez, paplan, szőnyeg, cső vagy tömlő. Ezek az olcsóbb berendezések legfeljebb 40 °C-ig alkalmasak a napenergia hasznosítására, és csak a nyári időszakban működőképesek. Igen jól használhatók például uszodavíz melegítésére, vagy hőszivattyúk energiagyűjtőjeként. A napenergia hasznosításának a mezőgazdaság területén van a legnagyobb hagyománya. A kezdetben üvegezett, majd később műanyag borítású üvegházakat évek óta széles körben használják, elsősorban zöldségfélék és virágok termesztésére. Hazánkban több vidéken is igen elterjedt az ún fóliás termesztés, ami a mi éghajlati viszonyaink mellett is lehetővé teszi egyes zöldségfélék korai előállítását. A takarmányszárítás is igen fontos terület. Itt általában a környezeti hőmérsékletnél csak 5-10 fokkal melegebb levegőre van szükség, mivel magasabb hőmérsékleten szárítva a takarmány már veszítene tápértékéből. Többféle műszaki

megoldást is alkalmaznak erre a feladatra. Ma már széles körben elterjedt például az a technológia, amelynek lényege, hogy a kényszerlevegős szárítók elé nagy átmérőjű, fekete fóliából kialakított, a talajhoz rögzített csövet kapcsolnak be. A ventillátor a fekete fólián keresztül nyomja a levegőt a szárítóba. A csövön áthaladva a levegő felmelegszik, és közben feszesen "felfújva" tartja a csövet. A napenergia-hasznosító berendezések alkalmazására azok a területek a legelőnyösebbek, ahol alacsony hőmérsékletű levegőre vagy vízre van szükség. Ilyen terület például az uszodák hőellátása, ahol a használat időszaka szerencsésen egybeesik azzal az évszakkal, amelyben a Nap sugaraival a legtöbb energia érkezik a Föld felületére. A szabad téren lévő medencék hőigénye két fő részből tevődik össze. Egyik a víz felszínén a párolgásból adódó hőveszteség, a másik pedig a friss víz

felmelegítésének energiaigénye. Napsütéses időben az uszodákhoz a szükséges energia mennyiségét kollektoros vízmelegítéssel lehet biztosítani. Biomassza: A természetben állandóan keletkező biomassza megújuló energiaforrás; friss biomassza szakadatlanul termelődik, méghozzá emberi időmérték szerint rövid idő alatt (egy évtől néhány évtizedig). A biomassza energetikai célú hasznosításának lehetőségeit az előállított hordozó halmazállapota szerint tárgyalják: 1. biomassza mint szilárd energiahordozó, hőenergia-termelésre, 2. alternatív folyékony energiahordozó, hajtóanyag céljára, 3. biogáz, tüzelő és hajtóanyag céljára 1. szilárd halmazállapotú: A biomassza, mint szilárd energiahordozó tüzeléssel hőenergia-termelésre használható. Tüzelési célra a szántóföldi és erdőgazdasági melléktermékek ill. hulladékok egyaránt hasznosíthatók. Legnagyobb energetikai jelentősége a szalmának van. Az

elmúlt években közel 1,7 millió hektáron termeltek kalászos gabonát, s ennek 80%-án búzát. A statisztikai adatok szerint a gazdaságok a szalmának csak 59%-át takarították be valamilyen formában, a fennmaradó mennyiség hőtermelés céljára áll rendelkezésre. A szalma égési tulajdonságai jók, betakarításkori nedvességtartalma alacsony. A gabonaszár mellett fontos és jól használható még a kukoricaszár, kukoricacsutka, csümölcsfák nyesedéke, faipari melléktermék is. Ezek felhasználásával, elégetésével házak fűthetők, de erőművi felhasználásuk is gazdaságos. 2.folyékony halmazállapotú: A folyékony halmazállapotú biomasszát rendszerint motorhajtó anyagként alkalmazzák, vagy azt egészítik ki vele. A folyékony, ún biohajtóanyagok két csoportját különböztetik meg: a növényi eredetű alkoholokat és a növényi olajokat. Alkoholok: etanol és benzin keverésével kedvező körülmény állítható elő a motorüzem

részére, mivel a keverés során növekszik a tüzelőanyag oktánszáma és oxigéntartalma, így könnyebbé válik, és tökéletesebb lesz az égés. Az alkoholok előállításához a növény valamely részének tartalmaznia kell cukrot, keményítőt vagy cellulózt. Olajok: A növényi eredetű olajok energiahordozóként való felhasználása nem újkeletű. A növényi olajok energetikai alkalmazása elsősorban környezetvédelmi okok, másodsorban a hagyományos élelmiszert szolgáló növények túltermelése következtében, a túltermelési válságot levezető és foglalkoztatottságot segítő termelés bevezetése céljából jelentős. A növényi olajok nemcsak motorikus célokra, hanem tüzelőanyagként is számításba jöhetnek. A Magyarországon termelt növények közül igen sokféle mag tartalmaz olajat, így pl. napraforgó, repce, szója, csipkebogyó, kendermag, mogyoró, málnamag, bodzamag, ribizlimag, tökmag, lenmag, kukoricacsíra, mandula,

dinnyemag, mák, paprikamag, ricinusmag, szőlőmag, dió stb. Jelentős volumenben ezek közül a napraforgó és a repce termeszthető (korlátozottabb mértékben a szója is. A növényi olajok motorban való felhasználása szempontjából hátrányos, hogy nehezebben gyulladnak, nagyobb a viszkozitásuk, így a porlaszthatóságuk is, jelentős a kokszosodási hajlamuk, az elégetésük során keletkező anyagok rontják a motorok kenőolajának kenési tulajdonságait, emiatt gyakoribb kenőolajcserére van szükség. 3. Gáz halmazállapotú:  Biogáz előállításra alkalmas anyagok: trágya, fekália, élelmiszeripari melléktermékek és hulladékok (különösen a cukor-, sajt-, burgonyagyáraké és üzemeké), valamennyi zöld növényi rész, háztartási hulladék, kommunális szennyvizek stb. A biogázképződés előfeltétele:  a szervesanyag,  a levegőtől, oxigéntől elzárt körülmény,  a metanogén baktériumok jelenléte A kiindulási

szerves anyag – a biológiai törvények értelmében – a gyakorlatban megközelítőleg csak 50%-ban bontható le, a többi elem a hígkomposztban, illetőleg a szilárd komposztban marad vissza. A biogáz alap-energiahordozóként és átalakított energiahordozóként hasznosítható, adott energiavételezési eszközeink csekély átalakításával, a meglévő energiarendszereinkhez kapcsolhatóan – elméletileg. A biogáz éghető alkotórésze a metán (CH4), ennek fűtőértéke jelentősen függ az egyéb nem éghető alkotóelemektől (pl. N, CO2) A metántartalom aránya a szervesanyagtól, technológiától stb. függően változik A metántartalom általában 60% értékkel számítható, így fűtőértéke kb. 22,4 MJ/mł A biogáz könnyebb, mint a száraz levegő A fentiekből kiderül, hogy a fosszilis energiahordozóknak hosszú távon van alternatívája. A megújuló energiahordozók felhasználásának mértéke a jövőben várhatóan gyorsuló ütemben

nől. Térhódításukhoz ’mindössze’ elszántság és nem kevés pénz szükséges