Dr. Aszódi Attila igazgató BME Nukleáris Technikai Intézet

1. Az alternatív energiaforrások összehasonlítása a nukleáris erőművekkelTávlatok tudományos ülésPécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila igazgató BME Nukleáris Technikai Intézet Dr. Aszódi Attila, BME NTI

2. 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

3. …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

4. A megújuló energiaforrás Definíció: 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

5. 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

6. Vízenergia Erőművek 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

7. 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

8. Vízenergia 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) 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 Dr. Aszódi Attila, BME NTI

9. Vízenergia - Magyarországon ... 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 Dr. Aszódi Attila, BME NTI

10. Szivattyús vízerőmű – egy szélsőséges példa • 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 Dr. Aszódi Attila, BME NTI

11. Biomassza Energetikai célú felhasználás: • közvetlen eltüzelés • pirolízis (elgázosítás) • sajtolás (brikett, pellet, olaj) • fermentálás (erjesztés - alkohol, biogáz) Leggyakoribb a közvetlen hőtermelés Dr. Aszódi Attila, BME NTI

12. Biomassza-szén párharc Svédországban Dr. Aszódi Attila, BME NTI

13. 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

14. 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

15. Szélerőművek terjedése Telepített szélerőművi kapacitás Németországban, 1990-2003 Telepített szélerőművi kapacitás Németországban, előrejelzés 2010-re Dr. Aszódi Attila, BME NTI

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

17. 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

18. 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

19. 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

20. 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

21. 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

22. Szélenergia A 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 szélerőmű 65 m magas torony 44 m átmérőjű, háromtollú szélkerék 600 kW névleges teljesítmény 25-30 %-os telj. kihasználási tényező Paksi Atomerőmű 4  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

23. 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

24. Napenergia Hátrányok: • 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

25. 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

26. 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

27. 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

28. Az üvegházhatás,kockázatok A különböző energiatermelési módok szén-dioxid kibocsátása Kockázatok Dr. Aszódi Attila, BME NTI

29. Energiahordozók vizsgáznak Dr. Aszódi Attila, BME NTI

30. Mi lehet a jövő? Atomenergia ésmegújuló (nem alternatív) energiaforrások Dr. Aszódi Attila, BME NTI