Dr. Aszódi Attila igazgató BME Nukleáris Technikai Intézet

Pécs, 2005. szeptember 16. Dr. Aszódi Attila, BME NTI 1

Az alternatív energiaforrások összehasonlítása a nukleáris

erőművekkel

Távlatok tudományos ülés

Pécs, 2005. szeptember 16.

Dr. Aszódi Attilaigazgató

BME Nukleáris Technikai Intézet

Dr. Aszódi Attila, BME NTI 2Pécs, 2005. szeptember 16.

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: …


…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!


A megújuló energiaforrásDefiníció:

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


A megújuló energiaforrások fajtái

• Víz, biomassza, szél, napenergia, • Geotermikus• Árapály, tengeri hullámzás

(A geotermikus energia kivételével mind a Nap energiájának felhasználását jelentik.)


VízenergiaErőművek 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


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


Vízenergia 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

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)


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

Vízenergia - Magyarországon ...


• 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

Szivattyús vízerőmű – egy szélsőséges példa


Energetikai célú felhasználás:– közvetlen eltüzelés

– pirolízis (elgázosítás)

– sajtolás (brikett, pellet, olaj)

– fermentálás (erjesztés - alkohol, biogáz)

Leggyakoribb a közvetlen hőtermelés

Biomassza


Biomassza-szén párharc Svédországban


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%


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


Szélerőművek terjedése

Telepített szélerőművi kapacitás Németországban, 1990-2003

Telepített szélerőművi kapacitás Németországban, előrejelzés 2010-re


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


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


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


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


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


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).


SzélenergiaA 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 szélerőmű65 m magas torony

44 m átmérőjű, háromtollú szélkerék

600 kW névleges teljesítmény

25-30 %-os telj. kihasználási tényező

Paksi Atomerőmű4 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


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”


NapenergiaHátrányok:• 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


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!


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


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


A különböző energiatermelési módok szén-dioxid kibocsátása

Az üvegházhatás, kockázatok

0.001

0.01

0.1

1

10

coal oil naturalgas

hydro nuclear

Fuel

Imm

edia

te m

orta

lity

/GW

year

maxmin

Kockázatok


Energiahordozók vizsgáznak

szén olaj gáz atom víz szél+nap biomassza

Készletek geopolitikai eloszlása

5 1 2 5 4 5 5

Stratégiai készletezhetőség

3 2 1 5 4 1 5

CO2 kibocsátás 1 1 2 5 5 5 5

Villamos energia ár 3 3 4 5 5 1 2

Árérzékenység az üzemanyagköltségre

2 1 1 5 5 5 3

Rendelkezésre állás 5 5 5 5 5 1 5

Hosszútávú elérhetőség (>50 év)

5 1 1 5 5 5 5

Externális költségek 1 2 3 5 5 3 3Lakossági elfogadottság (Magyarország)

3 4 5 4 1 4 5

Hulladékkezelés 2 2 4 3 5 5 5

Átlag 3 2,2 2,8 4,7 4,4 3,5 4,3

Rangsor 5 7 6 1 2 4 3

Osztályzatok energiahordozóknak


Mi lehet a jövő?

és megújuló (nem alternatív) energiaforrások

Atomenergia

http://www.ydinenergianuoret.fi/epr_olk_a_031014_sovite.jpg

Dr. Aszódi Attila igazgató BME Nukleáris Technikai Intézet

Documents