Megújuló Energiahordozók

1. Megújuló Energiahordozók Hagyományos energiahordozók szerepe régen és ma a Földön. Megújuló energiahordozók gyorsabb elterjedésének okai. Van-e a Földön energiaválság? Előadó:Bölcsföldi Árpád épületgépész mérnök

2. A Naprendszer Neptunusz Szaturnusz Jupiter Plutó - törpebolygó - Kuiper-öv határa Uránusz NAP Mars Föld Kisbolygó-övezet Vénusz Merkúr

3. A Nap

4. A Nap • Naprendszer központi csillaga. • A Nap tartalmazza a Naprendszer anyagának 99.8%-át. • Óriási tömege révén a Nap hatalmas gravitációs erőt fejt ki. Ez az erő tartja együtt a naprendszert, és irányítja valamennyi bolygó és kisebb égitest mozgását is. • 73,5%-ban hidrogénből áll, amely a központjában zajló magfúzió során héliummá alakul. • A magfúzió során felszabaduló, majd a világűrbe szétsugárzott energia nélkülözhetetlen a legtöbb földi élőlény számára: fénye a növények fotoszintézisét, hője pedig az elviselhető hőmérsékletet biztosítja. Alapadatok: Átmérő: 1,392 x 106 km (109 Földnyi) Kerület: 4,373 x 106 km(109 Földnyi) Lapultság: 9 x 106 Felszín: 6,09·1012 km2 (11 900 Földnyi) Térfogat: 1,41·1018 km3 (1 300 000 Földnyi) Tömeg: 1,9891·1030 kg (332 950 Földnyi) Sűrűség: 1,408 g/cm3 Felszíni gravitáció: 273,95 m/s2 (27,9 g) • Anyagát képlékeny plazma alkotja, ezért a különböző szélességi körön lévő területei eltérő sebességgel forognak. Az egyenlítői területek 25, míg a sarkvidékek csak 35 naponként fordulnak körbe. • Az eltérés miatt erős mágneses zavarok lépnek fel, amelyek napkitörések és napfoltok kialakulásához vezetnek, amelyek száma jelentősen megnő a mágneses pólusok 11 évente bekövetkező felcserélődésének idején.

5. A NapKibocsátott energia • A Nap középpontjában a sűrűség eléri a 1,5 x 105 kg/m3, a hőmérséklet pedig a 15 x 106 kelvin értéket. A rendkívül magas hőmérséklet és nagy sűrűség hatására termonukleáris reakció (atommagfúzió) jön létre, melynek során minden négy hidrogénatom egyesüléséből egy héliumatom keletkezik, miközben energia szabadul fel. Másodpercenként átlagosan 8,9 x 1037 hidrogénatom (5 millió tonna hidrogén) egyesül, ami 3,86 x 1026 Watt energia keletkezésével jár. • A Nap energiája elsősorban közeli ibolyántúli, látható és infravörössugárzás formájában hagyja el a csillagot, de emellett a Nap kisebb mennyiségben mindenféle más sugárzást is kibocsát, a gamma- és röntgensugaraktól egészen a rádióhullámokig. • A Nap elemi részecskéket is kisugároz, amelyet napszélnek nevezünk. • A Napból másodpercenként kisugárzott energia teljes mennyiségét a Nap sugárzási teljesítményének nevezzük. Az értéke 3,86 x1026 Watt. A földi légkör 1 m2 merőlegesen beesőteljesítményeátlagosan 1353 W. Ez a mennyiség a napállandó. • Hazánk területén a napfénytartam éves összege átlagosan 1750 és 2050 óra között alakul. Jelenleg a legjellemzőbb a proton-proton reakció 4 protonból lesz 1 Hélium

6. A Föld Alapadatok: Átlagos sugár: 6 372,797 km Egyenlítői kerület: 40 075,02 km Felszín: 5,10·108 km2 Térfogat: 1,083·1010 km3 Tömeg: 5,9742·1024 kg Sűrűség: 5 515,3 kg/m3 Felszíni gravitáció: 9,78 m/s2 Szárazföld részaránya: 29,2 % Víz területek részaránya: 70,8 % Legmagasabb pont: Mount Everest (8 848 m) Legmélyebb pont: Mariana-árok (11 034 m) Magyarországon a nulla pont magasságát a Balti tenger középvízszintjéhez képest adják meg.

7. A Föld Szerkezeti felépítése

8. A Földünk Troposzféra felépítése • a Föld légkörének legalsó rétege • az atmoszféra tömegének 80 %-át tartalmazza • trópusi területeken 16-18 km magasságig, míg a sarkoknál10 km magasságig terjed • időjárási jelenségek nagy része ezen a szinten zajlik • üvegházhatás szintén ebben a rétegben játszódik le • 6 áramlási zónára oszthatjuk, amiket cellának neveznek, ezek felelősek a légkörzésért, és okozzák az uralkodó szeleket • Nyomás tengerszinten: 105 KPa (760 hgmm) • Levegő relatív sűrűsége: • tengerszinten: 1,293 kg/m3 • 8 km magsságban: ~0,905 kg/m3 (~70%) • Száraz levegő összetétele: • ~ 78 % Nitrogén • ~ 21 % Oxigén • ~ 1 % Argon • A Fő gázok közel 100 %-t adják a száraz levegőnek, csak néhány nyomgáz marad még (pl.: a legfontosabb a CO2 0,037%, de említésre méltó még: NOx-ok, SO2 és az O3) • A légköri nyomgázok sok éghajlati folyamatot meghatároznak • Száraz levegő csak elméletileg van, hiszen a levegőben sok egyéb részecske illetve vízgőz is található • A részecskék fontosak, hiszen szükségesek a felhőképződéshez és képesek leárnyékolni a Föld felszínét a napsugárzástól • A részecskék kialakulhatnakkénsavból vagy vízpárából, esetleg más összetevőből, melyek a gázfázisból kondenzálódnak ki, hacsak nem közvetlenül történt a kibocsátásuk.

9. A Földünk Vízkészletei • A víz (H2O) az egyik legfontosabb anyag a Földön. • Az élethez is nélkülözhetetlen. • A földi vízkészlet bolygónk belső anyagainak kipárolgása, kigázosodása révén keletkezett, • Az őslégkörből lecsapódva felgyűlt a földfelszín mélyedéseiben, és ott folyékony halmazállapotban tartósan megmaradt • Föld vízkészletén alapvetően két dolgot érthetünk • becslések szerint a litoszférában rejlő víz a felszíni vízkészlet 15–50% • a felszíni vízkészlet: 384 000 000 km3megoszlása az alábbi: • óceánok és tengerek (világtenger): 97,4% • magashegységi és sarkvidéki jégkészletek: 2% • a felszín alatt –4000 méterig előforduló szabad vizek (talajvíz,rétegvízstb.): 0,58% • folyók,tavak,légkör,élőlények: 0,02% • Édesvízkészletünk 90%-a a hó- és jégtakarókban van

10. A Földünk Ivóvízkészletei • A rendelkezésre álló, felhasználható készletek mennyisége egyre kevesebb annak ellenére, hogy a Föld vízkészlete évmilliók óta állandó • A fogyasztásra alkalmas készletek erősen korlátozottak viszont a fogyasztási igények fokozatos növekedése tapasztalható • A lakosság, az ipar és a mezőgazdaság számára szükséges, megfelelő minőségű készletek biztosítása egyre nehezebb feladat • A rendelkezésre álló vízkészletek minősége folyamatosan romlik világszerte (ipari-kommunális vízszennyezés, nagyüzemi mezőgazdaság) • A 21. században világméretű vízetikára lesz szükség, mert ha időben nem lépünk, kevés lesz a fogyasztásra alkalmas ivóvíz, és ez gazdasági, társadalmi feszültségekhez vezethet • Magyarországon az előző évtizedek környezetvédelmi hiányosságai miatt különösen fontos és nagy feladat a megfelelő minőségű ivóvíz előállítása. • Vízügyileg világviszonylatban nem állunk rosszul, nem fenyeget bennünket pillanatnyilag vízhiány. • Hazánk vízkészleteinek 90%-a az országhatárokon túlról származik a Kárpát-medence vízgyűjtő szerepének és csekély kiterjedésének következtében.

11. A FöldünkIvóvíz-ellátás Hazánkban ivóvíz-ellátási célokra különböző vízkészleteket használnak fel: • Talajvíz vagy felszínközeli víz: az első vízzáró réteg felett található vízkészlet, amelynek minőségét a mezőgazdasági tevékenység közvetlenül befolyásolja • Rétegvíz: az első vízzáró réteg alatt, általában két vízzáró réteg között helyezkedik el. Védett rétegvíznek is nevezték, de a szennyeződés terjedése ezt megcáfolta • Karsztvíz: mészkő- és dolomithegységek repedéshálózatában található, igen jó minőségű vízkészlet (kiváló ivóvíz) • Felszíni víz: folyók, tavak, tározók vízkészlete, amely közvetlenül ki van téve minden szennyeződésnek (csak bonyolult fizikai-kémiai eljárások után alkalmas ivóvíznek) • Parti szűrésű víz: folyók melletti ún. kavicsteraszból nyerhető víz, melynek állapotát a folyóvíz minősége és a talaj szűrőképessége határozza meg (ez adja a főváros ivóvizét)

12. A Földünkátlaghőmérséklet változása 1880–2006között, a 20. század átlagához képest

13. A Földünk Népességszámának alakulása

14. Az emberHőérzete • A hőmérsékletátadás egyik lehetséges módja a hőáramlás. • A hőérzet hőmérséklet (WCT) a nyugvó levegő azon hőmérséklete, amelynek ugyanolyan hűtő hatása van a fedetlen emberi testre, mint az adott szélsebesség és hőmérséklet mellett (angolul windchill-nek nevezik). Ennek a mértékegysége ugyan hőmérséklet, de értelmezése szerint kevésbé hőmérséklet, mint inkább egy index, ami a szél hűtő hatását segíti viszonyítani a szélcsendes körülmények léghőmérsékletéhez. • Az emberi test a hőveszteségét a vérkeringés gyorsaságának és a felszíntől való távolságának szabályozásával és vízveszteséggel éri el. • A hűtéshez a szív elkezd több vért pumpálni, a vérerek kitágulnak, hogy befogadják a megnövekedett áramlást, a vékony vérerek kötegei, amelyek a bőr külső rétegeiben vannak, működésbe lépnek. A vér a bőr felszínéhez közelebb kezd keringeni, és ezáltal kivezeti a meleged a hidegebb légkörbe. Ugyanekkor, a víz átdiffundál a bőrön mint izzadtság. A testből disszipálódó hő mintegy 90 %-át a bőr kezeli. • Az izzadás magában véve még nem hűti a testet, amíg a víz el nem tud párologni, és a magas légnedvesség hátráltatja a párolgást.

15. EnergiafelhasználásokPrimerenergia felhasználás 1985-től 2010-ig

16. EnergiafelhasználásokPrimerenergia felhasználás várható változása

17. EnergiafelhasználásokVárható primerenergia felhasználások 2060-ig

18. EnergiafelhasználásokVillamos energia felhasználás várható változása

19. Hagyományos energiahordozók • Fa: • Megkülönböztetünk kemény- és puhafát (pl.: keményfa az akác, puhafa a fenyő) • Az élő fa nedvességtartalma 40% körüli. (roston belül 10%, rostközi 30%) • Kőszén: • hőmérséklet- és nyomásnövekedés hatására átalakult, betemetett növényi anyag • felhasználás alapja: elégetésekor az az energia szabadul fel, amit a növény fejlődése során a napenergiából elraktároz • Ismertebb fajtái: lignit, barnaszén, feketeszén • Kőolaj • a Föld szilárd kérgében található természetes eredetű, élő szervezetek bomlásával, átalakulásával keletkezett, ásványi termék • fő összetevője: folyékony halmazállapotú szénhidrogének • kőolaj feldolgozásával nyert anyagok: benzin (kerozin), olajszármazékok (tüzelő-, fűtőolaj), bitumen

20. Hagyományos energiahordozók • Földgáz • a Föld szilárd kérgében található természetes eredetű, élő szervezetek bomlásával, átalakulásával keletkezett, ásványi termék • A kőzetek repedésein keresztül fedőkőzetek által határolt mezőkbe vándorolt. Ezek a nagykiterjedésű porózus kőzetekből álló – homokkő, laza szerkezetű mészkő – mezők a földfelszín alatt néhány métertől több mint 5.000 méteres mélységig találhatók. A nyomás elérheti a 300 bart, a hőmérséklet a 180°C-ot is

21. Hagyományos energiahordozókKőszéntermelés a világon

22. Hagyományos energiahordozókBizonyított szénkészletek a világon Ezer millió tonna (zárójelben a legjobb fűtőértékű energetikai szenek)

23. Hagyományos energiahordozókKőolajtermelés a világon

24. Hagyományos energiahordozókBizonyított kőolajkészletek a világon Milliard barrel -> 1 barrel(hordó) = 117,347765 liter

25. Hagyományos energiahordozókNyersolajárak alakulása 1861 és 2010 között

26. Hagyományos energiahordozókFöldgáztermelés a világon

27. Nukleáris energiaÁltalános ismeretek • a Nukleáris energia előállítása során ma a fissziós erőművekben a maghasadás során keletkező energiát használják fel (az Urán 235 és 238 számú izotópjának felhasználásával) • Általános tudnivalók: • az első közüzemi villamosenergia-termelésre készült blokkot 1954-ben helyezték üzembe • Jelenleg a 3. generációs erőművek épülhetnek • A tervezett 4. generációs erőművek jelenleg tervezés alatt állnak, számos területen teljesen új vagy megváltozott alapelveket, biztonságikövetelményeket kell kielégíteniük. • Legfontosabb a zárt üzemanyagciklus kialakítása (teljes elhasználódás után szinte nem marad semmilyen radioaktív anyag) • Legkorábban 2020-2025 körül épülhetnek. • A jelenlegi kutatások szerint hatféle reaktor jöhet számításba. • nátriumhűtéses gyorsreaktor • gyorsneutron-spektrumú • nagyon magas hőmérsékletű gázhűtéses termikus reaktor • szuperkritikus nyomású vízzel hűtött reaktor

28. Nukleáris energiaÁltalános ismeretek • Az atomerőmű előnyei a többi hőerőművel szemben: • nem bocsát ki káros gázokat • kis mennyiségű hulladék • olcsóbb a tüzelőanyag • a tüzelőanyagot könnyen lehet tárolni és szállítani • Az atomerőmű hátrányai a többi hőerőművel szemben: • a radioaktív hulladék egy része több száz évig is veszélyes • napjainkban csak nagyteljesítményű erőműtervek léteznek Vázlat egy nyomottvizes reaktorról Pakson 4 db üzemel ezen fajtából Eredetileg 4 x 440 MW = 1760 MW volt a villamos telj. Az első blokkot 1978-ban adták át. Tervezett élettartam 30 év volt.

29. Nukleáris energiatermelésének megoszlása a világon (Millió tonna olajegyenérték = Mtoe)

30. Megújuló energiák • a N A P e n e r g i a • a V Í Z e n e r g i a • a S Z É L e n e r g i a • a G E O t e r m á l i s e n e r g i a • a B I O M A S S Z A • Fatüzelés / Rönk , ág , hasított és aprított , pellet stb. / • Energetikai növények / Energiafű , energianád stb. / • Mezőgazdasági melléktermékek / Szalma , Kukorica- és napraforgó-szár stb./ • Biogáz / állattartó telepek trágyájából , szennyvíztelepek , szeméttelepek / • az Á R – A P Á L Y energia • a H U L L Á M – energia • Ezen részben érdemes foglalkozni az egyre többször szóba kerülő H Ő S Z I V A T T Y Ú -val, amelyet sokan – igaz tévesen – a megújuló energetika lehetőségei közé sorolnak !

31. Megújuló energiaforrásokrészaránya az összes energiaforrásból

32. Megújuló energiák Néhány ország kiemelkedő arányban használja a megújuló energiaforrásokat: Norvégia jelenti Európában az egyetlen olyan kivételt, amely ország a fűtési és HMV hőigényének döntő részét, kiegészítve a villamos energia előállítással, vízenergiával állítja elő.

33. Megújuló energiák Napsugárzás A Napsugárzás beesési szöge egy év folyamán a Ráktérítő és a Baktérítő közötti területen lesz mindig 90° az évszakok változása szerint.

34. Megújuló energiákNapenergia Beérkező Napsugárzás teljesítményének megoszlása (W/m2)

35. Megújuló energiákNapenergia

36. Megújuló energiákNapenergia A Napból érkező napenergia közvetlen hasznosításának több módja létezik. • Napelemek: napelem olyan fotovillamos elem, amely a Nap sugárzási energiáját közvetlenül alakítja át villamos energiává. • Napkollektorok: a Nap sugárzási energiáját nyelik el (visszasugárzás 5 – 40 %) • Egyéb: • Parabolatükrök • Napenergia-gyűjtő léggömbök

37. Megújuló energiákNapenergia Napelemek: • Azt az energiát, amely az összes Földön található és kitermelhető kőolaj-készletekben rejlik a Nap 1,5 (azaz másfél) nap alatt sugározza a Földre. Az emberiség évi energiafogyasztása megfelel 1 (egy) óra alatt kibocsátott napsugárzásnak. • A szilicium alapanyag megjelenése, a félvezető eszközök térhódítása új irányt adott a fotovillamos eszközök fejlődésének. • A fotovoltaikus elemek abban különböznek a napelemektől, hogy árnyékban is képesek áramot termelni, nem csak napsütésben.

38. Megújuló energiákNapenergia Napkollektorok:

39. Megújuló energiákNapenergia Egyéb: • Parabolatükrök • A parabolatükrök egy pontba fókuszálják a napsugarakat, hogy aztán abban a pontban megfelelően előkészített folyadékot melegítsenek fel, és végül gőzt állítsanak elő belőle. A gőzenergia turbinákat hajt meg, amelyek segítségével így közvetlenül előállítható az elektromos áram. • Napenergia-gyűjtő léggömbök • Keresztezte a léggömböket a napelemekkel, megalkotva a különleges hibrideket, amelyeket ugyanúgy héliummal töltenek fel, mint a hagyományos léggömböket, viszont a "héjuk" fotovoltaikus szövetből készül

40. Megújuló energiákSzélenergia • A szél abból keletkezik, hogy a Földet forgása következtében egyenetlenül éri a Nap hője. A pólusok kevesebb energiát kapnak, mint az egyenlítői régiók, a szárazföld gyorsabban melegszik fel és hűl le, mint a tengerek. A hőmérsékleti különbségek a földfelszíntől a sztratoszféráig terjedő rétegekben globális légáramlási rendszert tartanak mozgásban. • A szelek mozgását sok tényező befolyásolja, mint az évszakok vagy a nappal és éjszaka váltakozása, a Coriolis-erő, a föld és a víz fényvisszaverő képességének, a nedvességtartalomnak és a szélsúrlódásnak az egyenetlenségei • Felhasználása • Régi formája: a szélmalom, amelyben a szélenergia csak mechanikus szerkezetet működtetett és fizikai munkát végzett • Modern formája: a szélturbina lapátjainak forgási energiáját alakítja át elektromos árammá

41. Megújuló energiákSzélenergia • A szélturbinák sorozatgyártása 1979-ben, Dániában kezdődött • A korai turbinák sokkal kisebb teljesítményűek voltak - 20-30 kW, minta a mostaniak • Nálunk 1970-es évek végén a Bakonyban állítottak fel egy 50 KW-os szélturbinát. • Az E.ON által Kulcs községnél került telepítésre egy 680 KW-os szélturbina. • Manapság már több országban gyártanak szélturbinákat és több ezer turbina üzemel világszerte. Jelenleg az összteljesítményük: 93,8 GW • 2007-ben 19,7 GW-tal növekedett a teljes kapacitás • 2006-ban a teljes teljesítmény kb.65%-át Európában állították elő • 2007-ben a legnagyobb szélenergia-kapacitással Németország, Spanyolország, az USA, India és Dánia rendelkezett • Dánia energiaszükséglete közel egyötödét szélerőművekkel fedezi, ami a legmagasabb arány világszerte. Élen jár a szélturbinák gyártásban és használatban egyaránt, és arra törekednek, hogy ezt az arányt 50%-ra növeljék. • Magyarországon 2005-től „gyorsult fel” a telepítésük.

42. Megújuló energiákSzélenergia - szélerőművek

43. Megújuló energiákSzélenergia - szélerőművek

44. Megújuló energiatechnológiákfajlagos befektetési költségének jövőbeni alakulása

45. Összefoglalás A világ primerenergia termelésének alakulása (Millió tonna olajegyenérték = Mtoe)

46. Összefoglalás Az üvegházgáz – kibocsátások 2000-ben (eredetük szerint)

47. Összefoglalás A világ primerenergia termelésének tervezett alakulása energiafogyasztás függvényében

48. Hőveszteségekegységházon levezetve

49. Hőveszteségek

50. Szellőzés – levegő áramlása