energia termelÉs · 2013-02-18 · energia megmaradÁs, hatÉkonysÁg energia nem hozható létre...
TRANSCRIPT
MI AZ ENERGIA? Az energia változásokat idéz elő. Hajtóerő, mely mozgatja a testeket, gyártási folyamatokat visz végbe, előidézi az élőlények növekedését, szaporodását, mozgását, az emberi gondolkodást. A tudósok szerint az energia MUNKAVÉGZŐ KÉPESSÉG. Az energiának különböző megjelenési formáival találkozunk, de általánosan két nagy csoportba osztható: POTENCIÁLIS és KINETIKUS ENERGIÁRA POTENCIÁLIS ENERGIA Ez tárolt energia forma és helyzeti, gravitációs energia. A potenciális energiának különböző formáit ismerjük: Kémiai energia Az atomok és molekulák kötéseiben tárolt energia. Ez az energia tartja össze a részecskéket. A biomassza, a kőolaj, a földgáz jó példái a tárolt kémiai energiának. Tárolt mechanikai energia Erők alkalmazásakor a tárgyakban tárolt energia. Az összenyomott rúgó, a kinyújtott gumiszalag jó példák a tárolt mechanikai energiára. Nukleáris energia Az atomok magjában tárolt energia, mely az atommagokat alkotó nukleonokat tartja össze. Ez az energia szabadul fel, ha atommagok kapcsolódnak, vagy hasadnak. A jelenleg üzemelő atomerőművekben az urán atommagjait hasítják (hasadási energia), a napban és a jövő fúziós erőműveiben a hidrogén izotópjai egyesülnek (fúziós energia). Gravitációs energia Ez a helyzeti, vagy pozíciós energia. A hegytetőn lévő szikla a hegylábához képest gravitációs energiával rendelkezik. A magasan fekvő duzzasztó gát mögött lévő víz jó példája a helyzeti, vagy gravitációs energiának.
Dr. Pátzay György 2
KINETIKUS ENERGIA Ez a mozgási energia, a hullámok, elektronok, atomok, molekulák, anyagok és tárgyak mozgásából adódó energia. A kinetikus energiának különböző formáit ismerjük: Elektromos energia Az elektronok mozgásából adódó energia. Világunk anyagai atomokból épülnek föl. Az atomokat protonok, neutronok és elektronok alkotják. Erő hatására az elektronok mozognak. A vezetőkben mozgó elektronokat elektromos áramnak nevezzük. Az elektromos áram energiáját sok helyen, így többek között a világításban, fűtésben, mozgatásban használjuk föl. Sugárzási energia Ez elektromágneses energia, mely a transzverzális hullámokban terjed. Magában foglalja a látható fény, a röntgen sugárzás, a gamma sugárzás és a rádióhullámok tartományát. A napsugárzás a sugárzási energia jellemző példája. Termikus energia Más néven hőenergia, mely az anyag belső energiája és az anyagban lévő atomok és molekulák rezgési és mozgási energiáját jelenti. Mozgási energia Az anyag és a tárgyak mozgását jelenti egyik helyről a másik helyre. A tárgyak és anyagok mozognak, ha a newtoni törvények szerint erő hat rájuk. A szél jó példája a mozgási energiának. Hangenergia Az energia az anyagban longitudinális hullámokban (sűrűsödés és ritkulás) terjed. Hang keletkezik, ha erő hatására egy anyag vagy tárgy rezgésre kényszerül, a hangenergia az anyagban hullám formájában terjed.
Dr. Pátzay György 3
Az energia SI mértékegysége 1 J. egyéb mértékegységei 1 cal (kalória)= 4.1868 J 1 kcal= 4186.8 J 1 Btu (British thermal unit)= 1055.05 J 1 thermie= 4.184E6 J 1 ft.lbf= 1.35582 J 1 kJ= 1000 J 1 MJ= 1E6 J 1 LEh (lóerőóra)= 2.6845E6 J 1 kWh= 3.6E6 J 1 MWh= 3.6E9 J 1 eV (elektron volt)= 0.16021E-18 J 1 erg= 1E-7 J 1 Quad=1015 BTU
Dr. Pátzay György 4
ENERGIA MEGMARADÁS, HATÉKONYSÁG Energia nem hozható létre és nem semmisíthető meg. A hasznosítható energia az a felhasználható energia mennyiség, melyet egy rendszerből ki lehet nyerni. Az energia egyik formájának másik formába történő átalakításakor veszteségek lépnek föl. ENERGIAFORRÁSOK Két csoportba sorolhatók: MEGÚJULÓ és NEM-MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK.
A nem-megújuló energiaforrások: szén, a kőolaj, a földgáz, az urán. Jelenleg az emberiség energiaellátásában döntő a szerepük. A megújuló energiaforrások: a biomassza, a geotermális energia, a vizenergia, a napenergia és a szélenergia. Döntően villamos energia előállítására alkalmazzák. A villamos energia különbözik a többi energiaforrástól, mert MÁSODLAGOS ENERGIAFORRÁS. A másodlagos energiaforrás létrehozásához más ELSŐDLEGES ENERGIAFORRÁS
felhasználása szükséges.
A VILÁG ENERGIAFOGYASZTÁSÁNAK FORRÁSAI 2000-BEN
Dr. Pátzay György 5
Fosszilis tüzelőanyagok a földkéregben található szén-, olaj és földgázkincs; tehát az éghető tüzelőanyagok.
Fissziós üzemanyagok a nehéz atommagok hasításán alapuló atomreaktorokban felhasznált anyagok (pl. urán).
Fúziós üzemanyagok a könnyű atommagok egyesítésével járó energiaátalakítás energiahordozói (pl. deutérium, trícium).
Technikai rendszerek az energetikában 1. Energetikai paramétermódosító rendszerek (hőcserélő, villamos transzformátor) 2. Energiaváltoztató rendszerek (hűtőgép, villamos motor) 3. Energiaszállító rendszerek (elektromos táv-vezetékhálózat, gázvezetékhálózat) 4. Energiatároló rendszerek (akkumulátor, kondenzátor)
5. Az energetika állapottartó rendszerei (légkondicionáló) 6. Az energetika output-tartó rendszerei (feszültségstabilizátor, nyomásszabályozó)
ENERGIAHORDOZÓK -Ásványi energiahordozók Energiatartalom (MJ/kg)
Dr. Pátzay György 6
Energiaforrások, átalakítások, szállítások, elosztások,
tárolások és felhasználások kapcsolata
Dr. Pátzay György 8
ENERGIAFORMÁK ÁTALAKÍTÁSA
Energia átalakítás hatásfok (%) Elektromos melegítő 100 (elektromos/termikus)
Elektromos generátor 95 (mechanikus/elektromos) Elektromotor nagy (kicsi) 90 (65) (elektromos/mechanikus)
Akkumulátor 90 (kémiai/elektromos)
Gőzkazán 85 (kémiai/hő)
Házi gáz (olaj,szén) kályha 85(65,55) (kémiai/hő)
Gőzturbina (gázturbina) 45(30) (kémiai/mechanikai)
Gépjármű motor 25 (kémiai/mechanikai)
Fluoreszcens lámpa 20 (elektromos/fény)
Szilícium napcella 15 (nap/elektromos)
Gőzmozdony 10 (kémiai/mechanikai)
Izzólámpa 5 (elektromos/fény) Dr. Pátzay György 9
Energiaátalakító technológiák területigénye
•Nukleáris
•Szén
•Víz
•Napelem
•Szél
•Biomassza
•Geotermikus
•Gáz turbina/tüzelőanyag cella
•8,8 km2
•18,13-32,26 km2
•72,5 km2
•103,6 km2
•259 km2
•2590 km2
•7,8 km2
•Esettől függ
1000 MWe területigénye Technológia
Dr. Pátzay György 10
Területigények
Technológia Teljesítmény fajlagos
km2/GW
Kihasználtság %
Energia fajlagos Km2/GWh
Víz 4000 30 13333
Biomassza (direct fire) 4879 80 6098
Szél 242 30 806,7
Nap – PV (flat plate) 50 20 250
Szén 96 70 137
Nap – Thermal (parabolic trough) 22 34 65
Geotermikus 34 90 38
Földgáz 15 40 37,5
Olaj 7 30 23,3
Nukleáris 12 90 13,3
Forrás: “Renewable Energy Technology Characterizations,” DOE’s Office of Utility Technologies, Energy Efficiency and
Renewable Energy, and EPRI, 1997; “Generic Environmental Impact Statement for License Renewal of Nuclear
Plants,” NRC, 1996; “The Most Frequently Asked Questions About Wind Energy,” American Wind Energy Association,
2002; “PV FAQ’s,” DOE, Energy Efficiency and Renewable Energy, 2004; Capacity factors from Global
Decisions/Energy Information Administration. Dr. Pátzay György 11
0 20 40 60 80 100
Vízerőmű
Hibrid tüzelőanyag cella
Gáz-kombinált ciklus
Tüzelőanyag cella
Széntüzelésű erőmű
Gáz turbina
Nukleáris
Szélerőmű
Napelem
Geotermikus
Biomassza
1
8
10
25
33
38
43
50
58
66
80
Energiaátalakító technológiák hatásfokai
Dr. Pátzay György 12
Energiagazdálkodás
• Energiaszükségletek és rendelkezésre álló energia fajták felmérése
• Termelés és szükséglet összehangolás
• Leggazdaságosabb energiaátalakítási módszerek meghatározása
• Környezeti hatás csökkentése
(Üvegházhatású gázok!)
Dr. Pátzay György 13
Energiasűrűség (J/dm3) egy rendszerben, vagy térrészben lévő tárolt energiamennyiséget jelzi és főleg tüzelőanyagok jellemzésére alkalmazzák.
Fajlagos energiatartalom (J/kg) az egységnyi tömegben lévő energiatartalmat jelzi és főleg élelmiszerek energiatartalmának kifejezésére alkalmazzák. Fontos jellemző, mert például interkontinentális repülőgépek üzemanyagául sosem alkalmaznak földgázt, mert kis fajlagos energiatartalma mintegy ezredrésze a folyékony kerozinnak. A hegymászók nem sárgarépát, henem csokoládét visznek magukkal a hegyi megerőltető túrára.
Energia koncentráció (J/m2) az energiaforrás adott irányú sűrűsége. A kis kőolajmezők energia koncentrációja <1GJ/m2, míg a világ legkoncentráltabb olajmezőjén (al-Burkazin, Kuvait) 1TJ/m2, a kanadai olajpala koncentrációjának tízszerese. Mindenesetre az energia koncentráció jól jelzi Földünk korlátozott lehetőségeit.
Energiahatékonyság (J/J) az energiaformák átalakítását végző hatékonyságát jellemzi. A vízturbinák például a potenciális energiát közel 90%-os hatásfokkal alakítják át elektromos energiává. Lényegében hatásfokot jelöl.
Teljesítmény sűrűség (W/m2) a talaj, vagy tenger egységnyi felszínén kinyerhető vagy szükséges teljesítményt jelzi. Olajmezők, erőművek, épületek fajlagos teljesítmény leadását, vagy felvételét jelzi. Háztetőkre szerelt napkollektorokkal például nem lehetséges vaskohó hőteljesítmény igényét fedezni.
Energiaintenzitás (energia igényesség) (J/pénzegység) egységnyi termék, vagy szolgáltatás előállításához szükséges energia szükségletet jelzi. A bruttó primer energia ellátás (TPES) ás a bruttó nemzeti termék (GDP) aránya adja az energia intenzitás értékét. Sajnos gyakran hibásan határozzák meg.
Dr. Pátzay György 14
Fosszilis energiahordozók
• Szén
• Kőolaj
• Földgáz
• Fa
• Magyarországon a szénhidrogének felhasználási aránya kb. 70%
Hatásfok
• Elektromos energia kőszénből 35-40%
• Elektromos energia + gőz kőszénből ellennyomású erőműben 72%
• Gőzgép 11%
• Diesel motor 30%
• Háztartási fűtés olajkazánban 66%
Dr. Pátzay György 15
Anyag Fajlagos energia “költség”
(MJ/kg) Kiindulási anyag
alumínium 230-340 bauxit
tégla 2-5 agyag, márga
cement 5-9 agyag, mészkő
réz 60-125 szulfidos rézérc
üveg 18-35 homok, agyag, márga
vas 20-25 vasérc
mészkő 0,07-0,1 mészkő
nickel 70-230 szulfidos nikkelérc
papír 25-50 facellulóz
polietilén 87-115 nyersolaj
polisztirol 62-108 nyersolaj
PVC 85-107 nyersolaj
homok 0,08-0,1 folyómeder
szilícium 200-250 szilícium-dioxid
acél 20-50 nyersvas
kénsav 2-3 kén
titán 900-950 titánérc
víz 0,001-0,01 folyók, tavak, talajvíz
tüzifa 3-7 erdő
Dr. Pátzay György 16
SZÉN A növényi anyagok szénné alakulásának két fő szakasza van. a/ A lerakódás és az ezzel kapcsolatos felszíni átalakulás, eredménye a tőzeg. b/ A nagy nyomás és hőmérséklet hatására a földkéregben létrejövő metamorfózis, a szénülés. A szénülés során a tőzeg fokozatosan átalakul, s lignit, barnaszén, feketeszén majd antracit keletkezik. A széntartalom és a kémiailag kötött energia változását a szénülés foka szerint a következő táblázat mutatja.
C [%] Q[MJ/kg] tőzeg 55-65 6,3-7,5 lignit 60-65 7,0-8,4 barnaszén 65-80 5,4-24 feketeszén 80-93 24-32 antracit 93-98 35-37,5
Dr. Pátzay György 17
A szénülés során csökken a hidrogén és oxigéntartalom, amely a növényeknél 6, illetve 44 % körüli érték volt, az antracitnál nem éri el a 2, illetve 4 %-ot. Az ásványi szenek a karbon és hidrogén mellett más éghető és nem éghető anyagokat is tartalmaznak. Az éghető gázok (ún. illóanyagok) égéskor elégnek és eltávoznak, az éghetetlen szilárd anyag a hamu visszamarad. A magyarországi szenek leggyakoribb hamualkotói: a kovasav (SiO2), az alumíniumoxid (Al2O3), a vasoxid (Fe2O3), a foszforpentoxid (P2O5) és a kalciumoxid (CaO). A szén tüzeléstechnikai értéke annál nagyobb minél kisebb a nedvesség- és hamutartalma. A szén durva nedvességtartalma a hótól vagy a mosóműből kerül a szénbe, a higroszkopikus nedvességtartalmat pedig a szénfelület abszorbeálja, s a szénben lévő kapillárisok tárolják. A szénben három féle hamu van.
a/ Primer hamu: olyan ásványi anyag, mely még szén ősét jelentő fában is megtalálható volt. Csak különleges eljárásokkal távolítható el.
b/ Szekunder hamu: a szénülés folyamatában a geológiai rétegmozgások következtében keveredett a szénnel. Eltávolítása az ún. flotálás, mely során a flotálómedencében a szén és a meddő fajsúlykülönbségét használják fel a szétválasztásra.
c/ Tercier hamu: a bányászati folyamat során a szénbe kerülő meddő. Eltávolítása egyszerű, ez az ún. szénmosás.
Szénkitermelés: felszíni és mélyművelésű bányákban.
Dr. Pátzay György 18
Szénhidrogének KŐOLAJ A kőolaj szerves, főleg állati eredetű maradványok átalakulási terméke. A kőolaj tömeg %-ban adott összetételét a következő táblázat mutatja A kőolaj összetétele C 80-88% H 10-14% S <5% O <7% N <1,7% Hamu <0,03% A kőolaj fűtőértéke: 33-40 MJ/kg. A szénhidrogének csoportjai: paraffinok (normál- ill. izo-paraffinok), cikloalkánok (naftének), aromások. Olefinek, acetilének~0.
FÖLDGÁZ A természetben található gáznemű tüzelőanyag, szénhidrogénekből áll. A kőolaj-előfordulásnak rendszerint kisérője. Legértékesebbek azok a földgázok, melyek sok metánt tartalmaznak, de kisebb-nagyobb mennyiségben etán, propán, bután, pentán stb. is található a metán mellett. Az olyan földgázt, ami túlnyomó részt metánból áll és csak igen kevés C2-C6 – szénhidrogént tartalmaz, „száraz” földgáznak is nevezik. Az olajjal együtt feltörő földgázok rendszerint ún. „nedves” földgázok, ezek számottevő mennyiségben tartalmaznak C2-C6 szénhidrogéneket.
Dr. Pátzay György 19
CH4 26-99%, C2H6 0,1-9,5%, CnH2n+2 <16%, N2 <38%, H2S <15% (CO2 0-75%).
Energiahordozók kiaknázása
Dr. Pátzay György 20
Energiatermelés kémiai technológiái
Kémiai energia Hőenergia
CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O Égéshő: 5,55*104 kJ/kg Fűtőérték: 4,99*104 kJ/kg
Atomenergia Hőenergia
235 236 90 143
92U + n 92U* 36Kr* + 56Ba* + 3n
Atommag hasadással termelődő energia 8,21*1010 kJ / kg 235U Kémiai energiahőenergiamechanikai energiavillamos energia Atomenergiahőenergiamechanikai energiavillamos energia
Dr. Pátzay György 21
Tüzeléstechnika
• Égéshő kJ/kg 33808*C% + 144184*(H% - 1/8 O%) + 10460*S%
100
(1 g oxigénhez 1/8 g hidrogén tartozik a vízben)
• Fűtőérték kJ/kg F= É – R
R = 2510 (9*H% + nedv.%)
100 (1 g hidrogénből 9 g víz keletkezik)
Égési hőmérséklet az a maximális hőmérséklet, amely a tüzelőanyag elméleti levegőszükséglettel való elégetése során keletkezik, ha nincs hőcsere és veszteség.
Légfelesleg tényező a ténylegesen használt és az elméletileg szükséges levegő hányada.
Gyulladási hőmérséklet az a legkisebb hőmérséklet, amire ha az éghető anyagot felmelegítik levegőn, akkor magától meggyullad.
Túl gyors égés: robbanás, robbanó elegy jellemzői az alsó és felső robbanási határ.
Dr. Pátzay György 22
Levegő hozzávezetés, égéstermék elvezetés, veszteségek, robbanó elegyek
• A levegőt az égés sebességének megfelelő ütemben kell odavezetni, az égéstermékeket kellő gyorsasággal kell eltávolítani.
• Hőveszteségek: a füstgáz hőtartalma, sugárzási és vezetési hőveszteség, tökéletlen égés miatti veszteség.
• Alsó és felső robbanási határ, a már és a még robbanó tüzelőanyag-levegő elegy koncentrációja.
Dr. Pátzay György 23
Szilárd, cseppfolyós (tömeg%) és gáz (tf%) halmazállapotú tüzelőanyagok összetétele
Dr. Pátzay György 24
Hamu Víz C H S O N Égéshő (kJ/kg)
Kőszén (antracit)
4 1 85,4 3,8 1,2 2,3 2,3 33390
Kőszén (gázkőszén)
3,7 3,5 77,3 5 1 8,5 1 30000
Koksz 9 1,8 84 0,8 1 1,7 1,7 29310
Barnaszén (nyers)
2,7 59,3 23 1,9 1,6 6 6,1 8000
Benzin (könnyű)
- - 85,6 14,35 0,05 - - 43500
Tüzelőolaj (könnyű)
- 0,1 85,5 13,5 0,9 - - 42600
Tüzelőolaj (nehéz)
1 0,5 84 11,7 2,8 - - 40500
Földgáz CH4 H2 CO CO2 N2 C2H6(stb) Égéshő (kJ/kg)
Hidrogén 100 10760
Szénmonoxid 100 12640
Metán 100 35795 Földgáz (holland, olasz) 80,9 - - 0,8 14,4 3,9 32000
Kokszoló gáz 25 55 6 2 10 2 17375 Kohó (torok) gáz 0,3 2 30 8 59,7 - 3975
Tüzeléstechnikai számítások
Az égési folyamatok mennyiségi leírása a technikai tüzelőrendszerekben rendkívül nehéz. Így csak rendkívül leegyszerűsített folyamatokat vesznek figyelembe. Ezen egyszerűsített modell sémája:
A három legfontosabb elemi komponens (C, H, S) égési reakciói elméleti, sztöchiometrikus esetben: Elméleti levegőszükséglet (Lo, Nm3levegő/kg tüzelőanyag) A tüzelőanyag elemi összetételének (szén-, hidrogén- és általában kéntartalmának) ismeretében, az égési reakciók alapján kiszámítható 1kg tömegű tüzelőanyag tökéletes elégetéséhez szükséges oxigén, ill. ezen keresztül a szükséges levegő mennyisége.
SHC XXXL 32,3678,26876,80
Dr. Pátzay György 26
Elméleti (száraz és nedves) füstgáz-mennyiség (V0sz, V0n, Nm3 füstgáz/kg tüzelőanyag) Az elméleti száraz füstgáz CO2-t, SO2-t és N2-t tartalmaz, míg a nedves füstgázban a vízgőz is benne van.
Légviszony tényező (n) A tüzelőanyag tökéletes elégetéséhez az elméletinél nagyobb mennyiségű levegőt kell felhasználni. A többletlevegőt légviszony tényezővel (n) fejezzük ki, amely megadja, hogy a ténylegesen felhasznált levegő (L) hányszorosa az elméleti levegőszükségletnek (Lo).
n =L
L0
12
41,22
21
79
12
41,22)
12
41,22
21
79(
12
22,41Nm 1
41,2221
79 41,22)41,22
21
79(22,41Nm 12
21
79 C )
21
79(
3333
3333
2222
NmNmNmkg
NmNmNmkg
NONOC
SHC
n
SHC
sz
XXXV
XXXV
32,30,32876,8
32,307,21876,8
0
0
Dr. Pátzay György 27
A felesleges levegő változás nélkül halad át a tüzelőszerkezeten, a tűztér hőmérséklete nem túl magas. (Ellenkező esetben a levegő nitrogénje részben nitrogén-oxidokká alakul!). A légviszony tényezőt gyakorlatilag a füstgáz elemzési adataiból (O2 és CO2 tartalmából) tudjuk kiszámítani.
A száraz füstgázok O2-tartalmából legegyszerűbben: számíthatjuk. A száraz füstgázok CO2-tartalmából pedig: Ez utóbbi képletek használatához az elméleti levegőszükséglet (Lo) és a keletkező száraz füstgáz térfogat (Vosz) értékén kívül ismerni kell a füstgázok maximális CO2 tartalmát is (CO2max).
n =21
21-O2 mér t
mért
mértsz
O
O
L
Vn
2
2
0
0
211=
CO
Nm CO
kg szénC
kg szén
kg tüz anyag
VNm füstgáz
kg tüz anyag
sz
2
3
2
0
3max
.
.
=
22,41
12
Dr. Pátzay György 28
Vsz=V0sz+(n-1)L0 és 0,21(n-1)L0=O2(füstgázban)(V0
sz+(n-1)L0
Mivel V0sz~L0
n=21/(21-O2(füstgázban))
Tüzelőanyag %CO2max
Metán/földgáz 11,7%
LPG 13,9%
Tüzelőolaj 15,7%
Szén (100%) 21,0%
mért
mértsz
CO
COCO
L
Vn
2
2max2
0
01=
A tüzelés során képződött valódi füstgáz mennyiségek a légviszony tényező és az elméleti levegő- és füstgázmennyiség ismeretében kiszámíthatók:
00
00
1
1
LnVV
LnVV
nn
szsz
Égési folyamatokat befolyásoló paraméterek Biztosítani kell:
• elegendően nagy levegőmennyiség • elegendően magas oxigéntartalmú levegő • megfelelően kiakakított tűztér • füstgázok elvezetése • gyulladási hőmérséklet az égés beindításához • elegendően nagy égési reakciósebességek
Tüzelés során háromféle lehetséges üzemmód fordul elő:
a léghiányos tüzelés, az elméleti értékek mellett végzett tüzelés és a légfelesleges tüzelés. Fontos tüzeléstechnikai jellemző az égési hőmérséklet.
Dr. Pátzay György 29
Tüzelőanyag n
Földgáz 1,03-1,3
Tüzelőolaj 1,1-1,4
Darabos szén 1,4-2,0
Porszén 1,2-1,5
Tüzelési folyamatoknál a különböző légviszony tényező mellett végzett tüzelések hatására
a füstgáz oxigén tartalma eltérő. A tüzelőberendezések emissziós méréseinek
eredményei csak akkor hasonlíthatók össze, ha azonos füstgáz oxigén tartalmakra
vonatkoztatjuk a mért emissziós értékeket. Adott légszennyező füstgáz komponens mért
koncentrációját a következő összefüggéssel számíthatjuk át a megadott oxigén tartalomra:
)/(%)(%)(21
%)(%)(21)/(
3
2
23
22mmgC
tfOtf
tfOtfmmgC
mértref O
mért
ref
O
CO2 ref,CO2 mért- adott légszennyező anyag koncentréciója a referencia
és a mérés során létező oxigén koncentráció mellett
O2 ref, O2 mért- az összehasonlításhoz megadott és a mérési
körülmények között a füstgáz oxigén koncentrációja
A hazai és nemzetközi gyakorlatban a füstgáz referencia oxigén koncentrációja
gáztüzelésnél 3 tf%, szén- és olajtüzelésnél pedig 6 tf% vagy 7 tf%! Tehát az egyes
füstgázkomponensek koncentrációit egységesen a fenti oxigéntartalmú füstgázokra
számítjuk át.
Dr. Pátzay György 30
Dr. Pátzay György 31
Tüzeléstechnikai hatásfok (h)
(qA – füstgáz veszteség %)
qAh %100
A füstgáz veszteség tüzelőanyagtól függően két különböző formulával számítható. A
számítások alapja a füstgázhőmérséklet (tfg) és a tüzeléshez felhasznált levegő
hőmérséklete (tlev) közötti különbség.
BO
AttqA
CO
ttfqA levfg
levfg
22 21
2
szilárd tüzelőanyagnál folyékony és gáznemű tüzelőanyagnál
21
21 2max22
OCOCO
Tüzelőanyag A2 B F COmax
Tüzelőolaj 0,68 0,007 - 15,5
Földgáz 0,65 0,009 - 11,9
Foly. Gáz 0,63 0,008 - 13,9
Koksz, fa 0 0 0,74 20,0
Brikett 0 0 0,75 19,9
Barnaszén 0 0 0,90 19,2
Kőszén 0 0 0,60 18,5
Kokszgáz 0,6 0,011 - -
Városi gáz 0,63 0,011 - 11,6
Dr. Pátzay György 33
Füstgáz komponensek
Forrás termék előfordulás
•C CO2 ,(C, CO) 7-15% (50-150 ppm)
•H. H2O H2O
•N2 N2 (NO,NO2) 75-80% (<10 ppm)
•O2 O2 2-8%
•S SO2 <200 ppm
HC, hamu
Dr. Pátzay György 34
koncentráció
9 ppm Maximálisan megengedett érték rövid időtartamra élő környezetben
35 ppm Maximálisan megengedett érték 8 órás folyamatos időtartamra élő környezetben
200 ppm Maximálisan megengedett érték bármely időtartamra élő környezetben. 2-3 óra után fáradság, fejfájás, hányinger
800 ppm 45 percen belül hányinger és görcs, 2-3 órán belül halál
3200 ppm 5-10 percen belül fejfájás, hányinger, 30 percen belül halál
CO !!!!!!!!!!!
Színtelen, szagtalan, ízetlen, éghető, erősen mérgező gáz. A „csendes
gyilkos” tökéletlen égés során keletkezik, pl. nem megfelelő huzat esetén.
Tüzelőanyagok elméleti és gyakorlati tűztéri hőmérsékletei
Tüzelőanyag Fűtőérték Elméleti tűztéri hőm. Gyakorlati tűztéri hőm.
(kJ/kg) (0C) (0C)
Kőszén 30000 2300 1200...1500
Barnaszén(száraz) 20000 1500 1000...1200
Tüzelőolaj 40000 2000 1200...1500
Földgáz 36000 2000 1200...1600
Tüzelőszerkezetek
• A tüzelőanyagok elégetésére és a keletkező hő hasznosítására szolgálnak.
• Felépítésük a tüzelőanyag halmazállapotától függ.
• Működés kívánalmai: jó tüzelési hatásfok, sokféle tüzelőanyag elégetésére legyen alkalmas, jól szabályozható és gazdaságos legyen.
• Gáz, porlasztott olaj és szénpor tüzelés
Dr. Pátzay György 36
Tüzelőberendezések SZÉNTÜZELÉS
Vándorrostélyú tüzelőszerkezetben a rostély végtelen láncot képez, melyet két lánckerék mozgat. A lánc végéről a salak folyamatosan távolítható el. A tűztérbe kerülő szén fokozatosan felmelegszik, kokszolódik és végül elég.
Az alkalmazott rostélyhossz ált.
4m, az égési folyamat
1mm/sec rostélysebesség
mellett kb. 1 óra alatt megy
végbe. A vándorrostélyos
tüzelés néhány centiméteres
széndarabok tökéletes
elégését biztosítja. Maximum
100 MW termikus teljesítményű
kazánokhoz alkalmazható.
Dr. Pátzay György 37
A finomszemcsés szilárd
anyagot (szén és hamu
max. 1 cm átmérőjű
szemcséinek keverékét
levegő tartja
lebegésben. Jó
hatásfokú hőcsere megy
végbe Az égési
hômérséklet 800-900 0C
így az NOx gázok
képződése erősen
korlátozott.
A fluidizációs
tüzelőberendezések
maximum 200 MW
termikus
teljesítményértékig
alkalmazhatók.
Dr. Pátzay György 39
Cirkulációs (instacionér) fluidizációs tüzelés Az instacionér (fluidizációs) széntüzelésnél a gáz-szilárd elegyet kivezetik a
tűztérbôl és utánkapcsolt hôhasznosító berendezésen vezetik át.
Dr. Pátzay György 40
Porszéntüzelésű hőerőmű
túlhevítő porleválasztó
A szenet malomban 50 m szemcseméret alá aprítják. A porszéntüzelés biztosítja a legjobb
hőátadást, mert itt a legnagyobb a szén fajlagos felülete. Az elérhetô termikus teljesítmény
2000 MW.
Dr. Pátzay György 42
CO2 tisztításra
és kompresszióra
Tisztított füstgáz
a levegőbe
Abszorber
torony
CO2
sztripper
rebojler
füstgáz
CO2
sztripper
Szénportüzelés CO2 lekötéssel
(jelenkor)
Amin (MEA) kereskedelmileg hozzáférhető
USA-ban 3 erőmű üzemel:
MEA, <15 MWe, >90% ΔCO2
alapkövetelmények:
~20000-25000 m2 szükséges egy 600 MW erőműhöz
SO2 és NO2~0
Nagy rebojler gőzszükséglet (MEA>KS-1>Ammonia)
Sok új feltétel vált ismertté!
MEA-monoetanol amin
SCR-szelektív katalitikus redukció
ESP-elektrosztatikus por- és pernyeleválasztó Dr. Pátzay György 43
TISZTA SZÉNALAPÚ ENERGIATERMELŐ TECHNOLÓGIÁK (CCT)
Az integrált elgázosító kombinált ciklusú széntüzelés (IGCC) újtípusú széntüzelésnél a szenet oxigénnel és vízgőzzel reagáltatják és döntően szén-monoxidból és hidrogénből álló fűtőgáz keletkezik. Ezt a gázt megfelelő tisztítás után gázturbinában elégetik. A fejlődött hő jelentős részét gőzfejlesztésre használják, mely további elektromos energiát fejleszt. Az IGCC erőművek magas hatásfokkal rendelkeznek még rosszabb minőségű szenek esetén is. Jelenleg néhány kísérleti erőmű üzemel az EU országaiban, az USA-ban és Japánban. Karbonát ciklus a CO2 megkötésére:
Dr. Pátzay György 44
szén
elgázosító füstgáz tisztító
gázégő
gázturbina
generátor
elektromosság
gőzfejlesztő
Emisszió ellenőrzés
salak
gőzturnina
kondenzátor
generátor
elektromosság
tápvíz szivattyú
IGCC
gőz injektálás
IGCC Dr. Pátzay György 45
A CO2 leválasztás lehetséges útjai
Lehetséges elválasztási eljárások:
• Abszorpció
• Adszorpció
• Membrántechnika
• Kriogén eljárás Dr. Pátzay György 46
Széntüzeléseknél a CO2 megkötés lehetőségei és költségei
BoA- Brown coal power plant with
Optimized plant engineering
ALPC- Advanced Lignite Pulverized Coal
Égetés után, égetés előtt és CO2 recirkulációval
Dr. Pátzay György 48
OLAJTÜZELÉS
A tüzelőolajokat betűk és számok kombinációjával nevezik el. Így pl a TH 5/20 háztartási tüzelőolajat jelöl, mely 5 0C -on még szivattyúzható és 20 0C -on még porlasztható.
Dr. Pátzay György 49
Ahogy nő a nukleonok száma elérjük a vas környékén a kötési energia maximumát. A
nagyobb tömegű magok kevésbé stabilak. Ezért egyaránt energia nyerhető a kis magok
egyesüléséből fúziójából és a nagy magok hasadásából. Ezért jellemző az alfa-bomlás a
nehéz magok esetén.
Így energia nyerhető kétféleképpen:
Maghasadással: atomok elhasadása--> ez történik a hasadási atomreaktorokban.
•energia nyerhető, ha nagy a mag
•minél kisebb a végtermék mag, annál stabilabb
A nukleáris energiatermelés elvi alapjai
Dr. Pátzay György 52
LÁNCREAKCIÓ
Kritikus reakció:amikor éppen elegendő hasadás történik ahhoz, hogy a láncreakció
fönnmaradjon. Ez a nukleáris energiatermelés alapja.
Szuperkritikus reakció: Amikor a láncreakcióban hasítóképes neutronfelesleg keletkezik és nő
a hasadás sebessége. Ez történik az atombombákban.
KRITIKUS TÖMEG: a hasadóanyag legkisebb tömege, mely fenntartja a láncreakciót. Ez 235U
esetében 56 kg.
A NUKLEÁRIS ENERGIATERMELÉS: MAGHASADÁS
Dr. Pátzay György 53
HASADÁSI ENERGIA
A hasadási reaktorok zömében jelenleg az 235U az alkalmazott hasadóanyag.
Egy lehetséges hasadási reakció: 1n + 235U -->92Kr + 141Ba + 3 1n + energia
vagy
Egy urán atom elhasadásakor kb. 200 MeV energia szabadul föl. 100 g 235U elhasadása
8,21 .1012 J=1785 tonna TNT energiájának megfelelő energiát képvisel.
Dr. Pátzay György 54
Mag 232Th 233U 234U 235U 236U 238U 237Np 239Pu 240Pu
Átmeneti
mag
233Th 234Th 235U 236U 237U 239U 238Np 240Pu 241Pu
Neutron
energia
(MeV)
1,3 T 0,4 T 0,8 1,2 0,4 t >0
HASADÓANYAGOK
Dr. Pátzay György 55
Paksi atomerőmű 4 db 440 MWe VVER-440/213, 1 fűtőelem l=2,4 m, 99%Zr 1%Nb
1 kötegben 126 db fűtőelemrúd van, az aktív zónában 312 db köteg (42 t UO2 3,5% 235U)
ERŐMŰREAKTOROK
TERMIKUS
VÍZHŰTÉSŰ
NEHÉZVIZES (CANDU)
KÖNNYŰVIZES
NYOMOTTVIZES (PWR, VVER)
FORRALÓVIZES (BWR, RBMK)
GÁZHŰTÉSŰ
NAGY HŐMÉRSÉKLETŰ
(HTR)
GYORS
Dr. Pátzay György 57
A reaktor részei
TMI PWR (USA)
A nyomottvizes atomerőmű (PWR)
Source: U.S. Nuclear Regulatory Commission Dr. Pátzay György 58
1 Reaktor tartály 2 gőzfejlesztő 3 fűtőelem töltő
4 kiégett fűtőelem tároló medence 5 elnyelető torony
6 tápvíz előkezelés 7 védőburkolat 8 elnyelető
torony 9 permetező rendszer 10 ellenőrző csatorna
11 levegő beszívás 12 tubina 13 kondenzátor
14 turbina blokk 15 tápvíz tartály 16 előhevítő
17 turbina csarnok daru 18 elektromos
berendezések, vezérlések
A VVER-440/213 nyomottvizes reaktor
Dr. Pátzay György 59
Zárt nukleáris üzemanyagciklus
Egyszeri felhasználású nukleáris üzemanyagciklus
Nukleáris üzemanyagciklusok
Dr. Pátzay György 61
Az erőművek általában villamos energia termelésére épített létesítmények.
Az energiaforrás szerint:
• Hőerőművek • Vizerőművek • Szélerőművek • Egyéb erőművek
Dr. Pátzay György 65
HŐ Kazán
Szivattyú
Turbina
Domain
Hőerőgép. . .
HŐ
Hev
ítés
Expandálás
Hűtés
Komprimálás
Kondenzátor
Dr. Pátzay György 67
A termelt vagy szolgáltatott energia szerint: Tisztán villamos energiát szolgáltató Villamos energiát és hőenergiát szolgáltató erőművek Az erőművek kihasználása szerint: Alaperőművek, egész évben egyenletesen termel, jól kihasználja a kapacitását Menetrendtartó erőművek, igények alapján előre megszabott menetrend szerint Csúcserőművek, csak a terhelési csúcsok idején szolgáltat energiát
Kondenzációs erőmű Ellennyomásos erőmű
Dr. Pátzay György 68
A Rankine-Clausius körfolyamat
Gőzturbina
Kondenzátor
Szivattyú
Kazán (túlhevítővel)
1
3
2
4
5
6
Villamos generátor
Dr. Pátzay György 72
A Rankine-Clausius körfolyamat
1
3 2
4
5
6
T(K)
s (J/kg·K)
1
2 3
4
5 6
1-2 Folyadékhevítés
2-3 Elgőzölgés
3-4 Túlhevítés
4-5 Expanzió
5-6 Kondenzáció
6-1 Szivattyúzás
Dr. Pátzay György 73
Dr. Pátzay György 74
Ideális Rankin ciklus
1-2 reverzibilis adiabatikus szivattyúzás
2-3 hevítés állandó nyomáson (részben izoterm)
3-4 reverzibilis adiabatikus expanzió
4-1 hűtés állandó nyomáson (részben izoterm)
s
T
1
2s
3
4s
Dr. Pátzay György 75
1-2 nemizentrópiás szivattyúzás
2-3 irreverzibilis hevítés
3-4 nemizentróoiás expanzió
4-1 irreverzibilis hűtés
s
T
1
3
4
2
Reális Rankin ciklus
Hatások javítási lehetőségek
Kapcsolt energiatermelés (kogeneráció)
Dr. Pátzay György 76 Dr. Pátzay György
Ideális kapcsolt energiatermelés
tüzelő- anyag
100
villamos energia, 20
hőenergia 65
villamos energia, 20
hőenergia 65
tüzelőanyag 55
tüzelőanyag 75
kapcsolt energiatermelés
külön hő- és villamosenergia termelés
veszteség 35
veszteség 15
veszteség 10
Tüzelőhő megtakarítás:
55 + 75 – 100 = 30
Dr. Pátzay György 77
MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK Felosztás:
1. Eltüzelhető megújulók és hulladékok (CRW). -Szilárd biomasszák és állati termékek. Ilyen a fa, fahulladék, rost-hulladék, állati hulladékok és más szilárd biomasszák. A biomasszából készült faszén is ide tartozik. -A biomasszából keletkező folyékony és gáznemű energiahordozó anyagok. Ide tartozik a biogáz. -Háztartási hulladékok. Lakossági és kórházi hulladékok. -Ipari hulladékok. Szilárd és folyékony hulladékok, pl. autógumik.
2. Vízenergia A víz potenciális és kinetikus energiáját elektromos energiává alakítják a vizierőművekben.
3. Geotermális energia A föld hőjét gőz és/vagy melegvíz formájában hasznosítják közvetlen fűtésre, vagy elektromos energia előállítására.
4. Napenergia A napenergiát forró víz előállítására vagy elektromos energia előállítására alkalmazzák.
5. Szélenergia A szél kinetikus energiáját szélmotorokban elektromos energiává alakítják.
6. Árapály, hullám, óceán energia Mechanikai energiát elektromos energiává alakítanak.
Dr. Pátzay György 78
Megújuló energiaforrások - Energia jövőkép 2050
• A fosszilis energiahordozók a közeljövőben kimerülnek, vagy alkalmazásuk kérdésessé válik.
• A világ fosszilis energia termelése a következő évtizedekben csökkenni fog.
• Megnő a megújuló energiaforrások szerepe, megváltoznak a társadalmi szokások.
• Az energiakrízis előtt szükséges az energiaforrások váltása.
CRW- éghető megújulő és hulladék
Dr. Pátzay György 79
Napenergia
• A napból jövő sugárzási energia (1372 W/m2) átjut az atmoszférán és a felszínt átlagosan 345 W/m2 (Magyarországon ~170 W/m2).
• A levegő, a felhők, a pára csökkentik a felszínre jutó energiát.
• Az energia kinyerhető a sugárzás hőenergiájaként és a foto-elektromos cellák révén előállított elektromos energia formájában
Dr. Pátzay György 80
• A fényelektromos cellák a sugárzó energia ~15%-át képesek elektromos energiává alakítani (az elméleti érték ~ 21%).
• Kisfeszültségű egyenáram keletkezik, cellánként ~0,55 Volt feszültségen; a telepeket összekapcsolják ~16 V eléréséig, hogy a 12 V-os akkumulátorokat tölteni tudják.
• A cellasorokat rögzített vagy a nap mozgását követő elrendezésben. alkalmazhatják.
• Az elektromos energiát tárolni kell, hacsak nem alakítják át a megfelelő feszültségű váltóárammá.
A fényelektromos cellák (PV) árai estek, de még mindig drágák az erőműipar számára
Napenergia: fotoelektromos hatás
Dr. Pátzay György 82
Szélenergia
• Az atmoszféra hőmérsékleti egyenlőtlenségeiből származik
• A szélenergia tartalékok világszerte ingadoznak
• A kinyerhető energia a szélsebesség köbével arányos
Ref.: www.freefoto.com/pictures/general/ windfarm/index.asp?i=2
Dr. Pátzay György 86
A szélenergia a tengerpartokon, síkságokon használható fel elsősorban
• Pl. Florida partjainál 2-es szélfokozat esetén (160-240 W/m2) --- az energia kevés erőművi célra, de a vizsgálatokhoz megfelelő.
• A Sziklás-hegységben a nagy-közepes szélsebesség (300-1000 W/m2) alkalmas erőművi célokra.
• Minden földrajzi területnek meg van a széltérképe, mely alapján eldönthető a szélenergia alkalmazhatósága.
Dr. Pátzay György 87
Bioenergia (Biomassza)
• A biomassza direkt tüzelése, más tüzelőanyaggal együtt tüzelése és elgázosítása a biomassza-energiatermelés alapja.
• Etanol készíthető gabonából, vagy szójából, metanol pedig cellulózból állítható elő.
• A folyékony tüzelőanyagok nagy energiasűrűségük révén a szállító járművek hajtóanyagai.
• Tudatosan erre a célra termeszthetik (pl. nyárfák) vagy éghető hulladékot alkalmaznak
• A biomassza részben kiválthatja a fosszilis energiahordozókat, bár nem túl hatékony energiaforrás
Dr. Pátzay György 91
Vízenergia
• Az óceánok és más felszíni vizek vize a nap sugárzásának hatására részben elpárolognak, majd csapadékkén visszahullnak a föld felszínére és részben megnövekedett potenciális energiára tesz szert.
• A felszíni vizek ezen potenciális energiáját régóta használják munkavégzésre és elektromos energia előállítására
• A vizerőművek jelentős része az 1930-as években épült, de azóta többet megszüntettek
• Megépítés után alacsony költségek mellet termelik az elektromos energiát
• A világ legnagyobb vízerőművei (Bratszk, Krasznojarszk, Quebeq) 5-6 GW nagyságrendűek.
Dr. Pátzay György 94
Vízerőművek
Nagy vízerőmű: néhány MW-tól >10 GW-ig
Kis vízerőmű: 10 MW alatt, ezen belül:
Kis vízerőmű : 2 MW-10 MW Mini-vízerőmű : 0,2 MW-2 MW Mikro-vízerőmű : <0,2 MW
Költség: nagy vízerőmű: ~ 2c€/kWh kis vízerőmű: ~ 4c€/kWh
Árapályerőmű (la Rance, 240 MW) 5-10c€/kWh. Hullámveréses erőmű (1W/m2, 50 KW/m) ~ 8c€/kWh Az óceánok hőenergiája (nagyon költséges, de 100-szoros az energiája, mint a hullámverési energia
Dr. Pátzay György 96
Geotermális energia
Eredet: radioaktivitás
235U (18 J/g/y), 40K vagy Th (0,8 J/g/y), ….
• 0,06 W/m2 azaz 3500-szor kisebb, mint a napsugárzás fluxusa
• Geotermális gradiens = 3,3°C/100m
• vannak kedvezőbb területek is • Kisentalpiás fluidumok (30°C-100°C) hőhasznosítás • Közepes- és nagyentalpiás fluidumok villamos energia
termelés
•CO2,CH4,N2,H2S, vízkő(CaCO3) korrózió
Dr. Pátzay György 97
Geotermális Energia
• Az első geotermális erőmű Olaszországban épült 1903-ban
• A kaliforniai The Geysers gejzírei gőzt és melegvizet szolgáltatnak, az erőmű teljesítménye 824 MWe.
• A “Hot, dry rock” (HDR) (forró-sziklás) típusú geotermális erőművek a sziklákba préselt vízből keletkezett gőzt hasznosítják.
• Kisebb hőmérsékletek esetén egy légkondicionáló hőt von ki a talajból télen és ad le a talajnak nyáron.
Dr. Pátzay György 98
Száraz-gőzös erőmű Elpárologtatós (flash)erőmű
Bináris ciklusú erőmű
Geotermális erőműtípusok
Dr. Pátzay György 99
A világon 2000-ben 21 országban 8500 MW erőművi kapacitás mellett 71 TWe villamos energiát állítottak elő geotermikus erőművekben és 60 millió ember érintett a geotermikus energiatermeléssel és közvetlen hasznosítással kapcsolatban.
Dr. Pátzay György 100
Költségek (2000)
1993 Costs of Electricity at Power Plant (cents/kWh)
Fuel Operating Maintenance Total
Coal 1.531 0.172 0.262 1.967
Gas 2.833 0.236 0.332 3.402
Oil 2.609 0.347 0.451 3.408
Nuclear 0.602 0.962 0.587 2.152
Energiatermelési fajlagos költségek ECU/MWh Geotermikus energia 5-20 Biomassza energia 48-60 Napenergia 48-360 Tüzelőolaj 14 Földgáz 9
2000 2005 2010 2015 2020 2025 2000-2025
Coal ($/ton) 17.18 16.56 15.14 14.77 14.57 14.59 -15.08%
Oil ($/barrel) 28.35 28.65 32.51 32.95 33.02 33.05 16.58%Natural Gas ($/Mcf) 3.83 2.91 3.34 3.51 3.67 3.92 2.35%
Dr. Pátzay György 101
Erőművek teljes életciklusára vonatkoztatott költségek (US cent/kWh)
(nukleáris és szabályozási probléma mentes esetre)
Dr. Pátzay György 102
Technológia beruházási
költség
($/kWe)
fajlagos
beruházási
költség
(cent/kWh)
Nem-üza
O&M
költségek
(cent/kWh)
kapacitási
faktor (%)
összes
fajlagos
költség
(cent/kWh)
gázturbina 329 0.4 1.1 85 6.0
kombinált
ciklus 480 0.6 2.1 85 5.9
biomassza 2,630 3.3 1.1 80 8.4
geotermikus 1,765 2.7 1.1 80 3.8
Nap-termikus 3,064 9.5 1.3 42 10.8
Nap-
elektromos 4,283 19.2 0.4 28 19.6
Szél 778 3.1 0.9 31 4.0
Elektromos energia termelési költségek
Dr. Pátzay György 103
Dr. Pátzay György 106
légszennyező gáz természetes emisszió
antropogén emisszió természetes/antropogén emisszió
Mt/év Mt/év % Széndioxid (CO2) 600000 22000 3,6 Szénmonoxid (CO) 3800 550 14,5 Szénhidrogének 2600 90 3,46 Metán (CH4) 1600 110 6,87 Ammónia (NH3) 1200 7 0,58 Nitrogén-dioxid (NO2) 770 53 6,88
Dinitrogén-oxid (N2O) 145 4 2,76
Kéndioxid (SO2) 20 150 750
A természetes és antropogén emissziók éves becsült mennyiségei és az antropogén emissziók arányai
Tűztéri fokozatos égetés elve
Égetés során keletkező NOx mennyisége a
hőmérséklet függvényében
Dr. Pátzay György 108
Eljárás Szorbens Vég/mellék - termék
Nedves elnyeletés Mész / Mészkő Mész
/ Pernye
Gipsz, kalcium szulfát/szulfit
Kalcium szulfát/szulfit/pernye
Spray-száraz
elnyeletés
Mész Kalcium szulfát/szulfit
Dual - alkáli Primer: NaOH
Szekunder: mész
Kalcium szulfát/szulfit
Tengervizes Primer: tengervíz
Szekunder: mész
Waste seawater
Walther Ammónia Ammónium-szulfát
Néhány füstgáz kéntelenítő eljárás
Dr. Pátzay György 110
2
Dr. Pátzay György 111
CaCO3 + hő (825–900oC) → CaO + CO2
• Ca(OH)2 + hő → CaO + H2O • CaO + SO2 → CaSO3 + hő • CaO + SO2 + ½ O2 → CaSO4 + hő
Széndioxid emissziók Beruházás/Üzemelés/Tüzelőanyag előkészítés
(kg CO 2 / kWh)
Víz
Ge
ote
rmál
is
Szén
Föld
gáz
Bio
mas
sza/
gő
z
Nap
ele
m
Nu
kleá
ris
Szél
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
CO
2 E
mis
szió
k (k
g C
O
2 /
kWh
)
0.004 0.06
0.025
0.38
1.18
0.02
0.1
0.79 0.58
1.04
Mike Corradini, UW
Dr. Pátzay György 116
Dr. Pátzay György 117
Fajlagos CO2 emissziók
Tüzelőanyag Fajlagos emisszió (kgCO2/kWh) Realtív érték
Földgáz 0,19 100%
Tüzelőolaj 0,29 153%
Feketeszén 0,33 174%
Lignit 0,35 184%
Tüzifa 0,36 189%
Tőzeg 0,37 195%
CO2 eltávolítás Erőmű Tüzelés CO2 eltávolítás elve
Oxyfireing Szén Oxyifireing erőmű Szén/gáz oxigénes tüzelése
Tiszta CO2 füstgáz
Utóégetés Szén Porszéntüzelésű erőmű
Tüzelés levegővel Füstgázból CO2 elnyeletése Gáz Földgáztüzelés,
kombinált ciklus
Előégetés Szén IGCC H2 tüzelése levegővel
Belépő gázból CO2 elnyeletése Gáz IRCC
IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle, IRCC-Integrated Reforming Combined Cycle
CO2 elválasztási eljárások
Forrás: BWK – Brennstoff-Wärme-Kraft, 59. k. 3. sz. 2007. p. 53.
külfejtés villamos energia
Szén-dioxid-mentes szénerőművek
katalizátor
tűztér
gáz
filter
GHCS
GHCS levegőbontó
GHCS
égő
szénpor
adalék
NH3
2. huzam
3. huzam
salak
szekunder füstgáz-recirkuláció
gőzfűtésű hőcserélő nitrogén
oxigén levegő
levegő
FKM kondenzátor CO2-folyamat
primer füstgáz-recirkuláció
levegő
füstgáz-
kénmentesítő
4. fázis 1000 MW(e) 2015-2020
3. fázis 300 MW(e) 2012-2015
2. fázis 30 MW(t) 2008 közepe
1. fázis 0,5 MW(t) 2006 közepe
Dr. Pátzay György 118
50-75
12
53
2 2
56
2
19
14
4 4
10
8 7
17
So
lar-
PV
Nu
cle
ar
Gas
Co
al
Hyd
ro
Win
d B
iom
ass
Geo
therm
al
So
lar
Th
erm
al
0
5
10
15
20
25
30
35
Cost of E
lectr
icity (
cents
/kW
h)
Villamosenergia költség
(Globális átlagos) (¢/kWh)
Dr. Pátzay György 119
A VILÁG TELJES ENERGIA FELHASZNÁLÁSA (TPES)
ENERGIAHORDOZÓK SZERINT (2009)
(Mtoe)
** geo, nap, szél, hő stb.
Dr. Pátzay György 121
** Kína nélkül
A VILÁG TELJES ENERGIA FELHASZNÁLÁSA (TPES) RÉGIÓK SZERINT(2009)
(Mtoe)
Dr. Pátzay György 123
Energetikai importfüggőség az EU-25-ben
Forrás: epp.eurostat.ec.europa.eu/portal
13.0%
18.4%
37.6%
38.9%
45.0%
54.5%
55.9%
67.8%
69.3%
70.8%
80.7%
82.6%
85.1%
86.8%
90.2%
94.0%
99.0%
99.4%
56.2%
65.3%
65.1%
33.9%
63.1%
Egyesült Királyság
Lengyelország
Észtország
Csehország
Hollandia
Svédország
Franciaország
Szlovénia
EU-25
Litvánia
Németország
Magyarország
Szlovákia
Finnország
Görögország
Belgium
Ausztria
Spanyolroszág
Olaszország
Írország
Lettország
Luxemburg
Portugália
2005
100%-ig Ciprus és Málta
Nettó exportáló Dánia
Az atomenergia hazai forrásnak számítva.
Magyarország
EU-25
Dr. Pátzay György 133
Magyarország energiagazdálkodása Magyarország elsődleges energiafelhasználása 2008-ban 1126,3 PJ, millió tonna olajegyenértékben kifejezve 26,9 Mtoe-t tett ki, és szinte megegyezett a 2007. évi felhasználással (1125,4 PJ). Az összes energiaigény kielégítésére 1158,6 PJ forrás állt rendelkezésre, melynek 37,6 %-a hazai termelés 435,9 PJ (az atomerőmővi termelést hazaiként számba véve), 62,4 %-a (722,7 PJ) pedig nettó importált energia. Amennyiben az atomerőművi termelést importként kezeljük: a termelés 23,7 %-ot, a nettó import 76,3 %-ot képviselt Az energiafelhasználáson belül a szénfelhasználás aránya a 2007. évi 11,9%-kal megegyezett. Kis mértékben csökkent a kőolaj- és kőolajtermékek (27,5%-ról 27,4%-ra), 2008-ban 6,7 Mt kőolajimport mellett 0,8 Mt volt a termelés, a földgáz (39,8%-ról 39,3 %-ra), 11,4 Mrdm3 import mellett 2,6 Mrdm3 volt a termelés, valamint az import villamosenergia aránya 1,3%-ról 1,2%-ra. Az összes primer energiafelhasználáson belül az atomerőművi villamosenergia 2007-ben 14, 2%-ot, 2008-ban 14,3 % -ot képviselt. A megújuló energiafelhasználás részaránya a 2007. évi 5,1 %-ró l 5,9 %-ra növekedett.
Dr. Pátzay György 134
Dr. Pátzay György 135
A földgázfelhasználás 13,1 milliárd m3 volt. A földgáz fogyasztói csúcsigény január 04-én jelentkezett és 79,1 Mm3 volt. 2008-ban a zavartalan földgázellátást a 2,6 milliárd m3 hazai termelés és 11,4 milliárd m3 import földgázvásárlás biztosította. A magyarországi villamosenergiatermelés hőerőművekre és atomerőművekre épül első sorban. A magyarországi termelés összetétele azt mutatja, hogy hazánkban jelentős a fosszilis (szén és szénhidrogének) felhasználása. A hazai villamosenergia-termelő erőművek közül a Paksi Atomerőmű 14 TWh energiát termel évente. 1 TWh évi termelés felett van még a fosszilis energiát felhasználó Dunamenti Hőerőmű (6 TWh), a Mátrai Hőerőmű (4,1 TWh) és a Tisza II. Erőmű (3 TWh). További erőműveink, melyek energiatermelése alacsonyabb: Tiszapalkonya, Bánhida, Pécs, Oroszlány, Inota, Ajka. A kiskörei és a tiszalöki vízerőművek energiatermelése ezekhez képest elhanyagolható néhány GWh évente.
Dr. Pátzay György 138
A magyar villamosenergia-rendszer összes villamosenergia-felhasználása 2010-ben 39 TWh volt. A hazai villamosenergia-termelés 33,8 TWh; a villamosenergia-fogyasztás 34,7 TWh, melyben az import részaránya közel 15% (~5,2 TWh). A hazai bruttó villamos erőművi teljesítőképesség (9˙317 MW) import nélkül is biztonságosan kielégíti a legmagasabb havi csúcsterhelést (6˙560 MW decemberben). A villamosenergia-termelés kb. 21,5%-át a KÁT rendszerben előállított villamos energia teszi ki. A felhasznált energiaforrások tekintetében nagyjából a következő a megoszlás:
37%-a hasadóanyag, 29%-a szénhidrogén, 14%-a szén, 7%-a megújuló energiaforrás, 13%-a import.
Jelenleg a magyar villamosenergia-behozatal legjelentősebb részét a szlovák import fedezi havi 300-600 GWh-val. Ezt követi az ukrán import, 100-250 GWh. A horvát metszéken 50-500 GWh exportszállítások voltak jellemzők 2010-ben.
Dr. Pátzay György 139
Az ország energiafelhasználásának alakulása (PJ)
Erőművekben felhasznált energiahordozók (TJ)
Dr. Pátzay György 140
A GDP, a villamosenergia-felhasználás és az összes energiafelhasználás alakulása, 1970 = 100
Magyarország 2005
Magyarország megújuló
energiatermelésének megoszlása
Dr. Pátzay György 141
A villamos energia és hűtés-fűtés szektorokban felhasznált megújuló
energiahordozók megoszlása (2010)
Erőműtársaságok
Tulajdonos
Erőművek Energiaforrás
Beépített
villamos-
teljesítmény
(MW)
Bakonyi Erőmű Rt. Magyar pénzügyi befektető Ajkai Erőmű Szén 102
Bakonyi Bioenergia Biomassza 30
Budapesti Erőmű Zrt. EdF (francia) Budapesti Erőmű Rt. négy telephely Szénhidrogén 455,6
Dunamenti Erőmű Rt.* Electrabel-Suez (belga)
+ MVM (25%)
Dunamenti Erőmű Rt. Szénhidrogén 1367
Dunamenti GT. Szénhidrogén 386
EMA-Power
Dunaferr-csoport tulaj-
donosainak érdekelt-ségi köre
(ukrán)
Szénhidrogén 69
Mátrai Erőmű Rt.* RWE (német)
+ MVM (25%) Lignit 836
GTER Kft. Tüzelőolaj 410
Paksi Atomerőmű Rt. MVM Nukleáris 1866
Pannonpower Holding Rt. Dalkia (francia) Pannon Hőerőmű Szén 132
Pannon Green Biomassza 50
Csepeli Áramtermelő Kft. Atel (svájci) Csepel GT Szénhidrogén 396
AES Tisza Erőmű Rt. AES- USA Szénhidrogén 900
AES Borsodi Energetikai Rt. AES- USA Borsodi Erőmű Szén+biomassza 137
Tiszapalkonyai Erőmű Szén+biomassza 200
Vértesi Erőmű Zrt. MVM Oroszlányi Erőmű Szén 240
DKCE Kft. E.ON (német) Debreceni GT Szénhidrogén 95
Tiszai Vízerőmű Kft. ÁPV Zrt. Kisköre Víz 28
Tiszalök Víz 11,4
Hernádvíz Vízerőmű Kft. ÁPV Zrt. Víz 4,4
Engedélyköteles erőművek
összesen 7647
Kiserőművek 953
Összesen 8600
Erőműpark Magyarországon (2005)
Dr. Pátzay György 142
Dr. Pátzay György 143
A hazai erőművi társaság(csoport)ok piaci részesedése beépített kapacitás (2009) és termelés (2010) szerint
Dr. Pátzay György 144
A villamos energia tarifa árainak európai összehasonlítása a lakossági fogyasztóknál (adók nélkül, évi 2 500–5 000 kWh fogyasztás, 2010. éves adatok, euró/kWh)
Dr. Pátzay György 145
Az országos földgázfogyasztás összetétele 2010-ben (milliárd m3/év)
Az import földgázforrások elsősorban orosz eredetűek, még az ausztriai Baumgartenből érkező HAG vezetéken a Gaz de France-tól és az E.ON Ruhrgas-tól vásárolt földgáz nagy része is molekulárisan orosz eredetű. 2010-ben a hazai termelés és az import közötti megoszlás kb. 20–80% volt.
A hazai földgázrendszer maximális technikai kapacitása 2010. okt. 15-én (millió m3/nap)
A magyarországi kereskedelmi gáztárolók kapacitásainak alakulása 2010. október 15. után
Hosszú távú földgáz importszerződések és hatályuk: •Panrusgas 9000 millió m3/év 2015-ig • E.ON Ruhrgas 500 millió m3/év 2015-ig • Bothli Trade AG 900 millió m3/év 2014-ig • Gaz de France 600 millió m3/év 2012-ig
Dr. Pátzay György 146
Megújuló energiaforrásokból előállított villamos energia alakulása Magyarországon (GWh)*
Az egyes erőművek termelői árai 2004–2006 (Ft/kWh)
0 5 10 15 20 25 30
AES Borsodi erőmű
AES Tiszapalkonyai erőmű
AES Tiszai Erőmű
Bakonyi Erőmű Rt. Ajka
Budapesti Erőmű Rt.
Csepeli Áramtermelő Kft.
Debreceni Kombinált Ciklusú Erőmű Kft
Dunamenti Erőmű Rt,
EMA-POWER Kft.
Mátrai Erőmű Rt.
Paksi Atomerőmű Rt.
Pannon Hőerőmű Rt.
Vértesi Erőmű Rt. Oroszlányi erőmű
2006
2005
2004
Dr. Pátzay György 147
1) Szén 2) Kőolaj 3) Földgáz 4) Hasadó anyag 5) Megújuló + hulladék Forrás: A magyar villamosenergia-rendszer 2005. évi adatai. MVM–MAVIR, 2006.
Hasadóanyag
Földgáz
Kőolaj
Szén
A villamosenergia-termelés megoszlása energiahordozók szerint
Dr. Pátzay György 148
A hazai energia felhasználás néhány jellemzője
Az összenergia felhasználás nem változik ’92 óta (csak az időjárás változásai befolyásolják, 1992: 1057 PJ, 2002: 1055 PJ)
Az energiaintenzitás kb. évi 3-4 %-kal csökken
A földgáz a domináns primer energia forrás
A földgáz részesedése lassan, de növekszik
A földgáz szerepe egyre nő két területen:
1. Villamosenergia termelés
2. Fűtés (lakosság, kommunális és kereskedelmi szektor)
Ezért szezonalitás nő, nő a tárolási igény (beruházás igény)
Az alternatív energiaforrások visszaszorulása (árak miatt is)
Dr. Pátzay György 150