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

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

2. SZÜKSÉGLETEINK, ENERGIAFORRÁSOK, GÉPEK 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) 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”. 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 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) Kutatók éjszakája - 2010

7. A HATÁSFOK FOGALOM ALKULÁSA AZ UTÓBBI 30 ÉVBEN Kutatók éjszakája - 2010

8. Hatásfok definíció - 1 Egy GÉP hatásfoka = az általa végzett munkaosztva az ugyanazon időtartam alatt a gép „táplálására” használt energiahordozóból „elfogyasztott” energia hányadosa. Keletkezik: HULLADÉKHŐ 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”. 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. Kutatók éjszakája - 2010

11. Kapcsoltan elektromos energia és hő előállításaCombined Heat and Power (CHP) Plant 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) Kutatók éjszakája - 2010

13. Adszorpciós hűtő 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. Kutatók éjszakája - 2010

15. Kutatók éjszakája - 2010

16. Kutatók éjszakája - 2010

17. Kutatók éjszakája - 2010

18. Kutatók éjszakája - 2010

19. Kutatók éjszakája - 2010

20. Szükséges: ELEKTROMOS ENERGIA TÁROLÁS 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 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 Kutatók éjszakája - 2010

23. ÖSSZETETT ENERGIA SZOLGÁLTATÓ BERENDEZÉSEK Kutatók éjszakája - 2010

24. Hibrid-kombinált rendszermegvalósítása 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. 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 energia A 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. Kutatók éjszakája - 2010

26. Kutatók éjszakája - 2010

27. Németország 2003 Kutatók éjszakája - 2010

28. Napelem + szélkerék Szélkerék + napelem + inverter + akkumulátor Eredmény 230 V váltóáram 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 Kutatók éjszakája - 2010

30. SOK SIKERT KÍVÁNOK A JÖVŐ NEMZEDÉKNEK A HATÁSFOK JAVÍTÁSÁRA és A NEM FOSSZILIS FORRÁSOKKAL TÖRTÉNŐ ENERGIAELLÁTÁSUK EREDMÉNYES BIZTOSÍTÁSÁRA MAGYARORSZÁGON Kutatók éjszakája - 2010