Megújuló energiák

Az a megújuló energiaforrás, folyamatosan rendelkezésünkre áll, vagy jelentősebb emberi beavatkozás nélkül legfeljebb néhány éven belül újratermelődik.

A megújuló energiaforrások jelentősége, hogy használatuk nem rombolja a környezetet, ugyanakkor nem is fogják vissza az emberiség fejlődési lehetőségeit, így támogatva a fenntartható fejlődést. A nem megújuló energiaforrásokkal (kőszén, kőolaj, földgáz stb.) ellentétben, nem okoznak olyan halmozódó káros hatásokat mint az üvegházhatás, a levegőszennyezés, vagy a vízszennyezés.

A szél- és napenergia alkalmazása lehetőséget ad arra is, hogy az ember saját maga állítsa elő az otthonában használt villamos energiájának, vagy akár az egészét. A fosszilis tüzelőanyagoktól való elhatárolódás különösen fontos a globális felmelegedés megállítása és a közelgő olajhozam-csúcs fenyegetése miatt.

A legfontosabb, napjainkban legtöbbet alkalmazott megújuló energiaforrások:
napenergia (naperőmű), napelem, napkollektor, vízenergia (vízerőmű), árapály-energia, hullám energia, szélenergia, geotermikus energia, biomassza, bioetanol, biodiesel.

Napenergia

A nagy napenergiai innovációnak köszönhetően korszerű háztartási méretű rendszerek és a nagyobb naperőművek is hatékonyan és alapvetően felügyelet nélkül működnek ma világszerte.

A napenergia jelentősebb hazai alkalmazása híján, eddig főként a megtermelt mezőgazdasági termékeink szárításában, építményeink közvetlen vagy közvetett fűtésében találunk hazai referenciát. Napjainkban is családi házak vagy kisebb méretű intézmények, ipari létesítmények meleg víz ellátására, esetleg fűtésének rásegítésére használjuk. Nagyon kevés nagyobb méretű fotovillamos rendszer működik Magyarországon.

A napsütéses órák számát tekintve Magyarország kedvezőbb adottságokkal rendelkezik a napenergia-termeléshez, mint Németország. Ennek ellenére a napenergiát hasznosító berendezések nemzetközi összehasonlításban csak lassan terjednek hazánkban, amiért leginkább a viszonylag alacsony és nehezen kiszámítható támogatási források és egyéb adminisztratív akadályok tehetők felelőssé.

Becslések szerint 2011 végén összességében 110-120 000 m² körül mozoghatott a beépített napkollektor-felület Magyarországon, ahol telepített napelemek teljesítményét a szakértők 650 kWp körüli értékre becsülik.

A mai magyarországi napenergia piacon több mint 300 napenergia hasznosítással foglalkozó cég található, és számuk napról-napra nő. A napkollektorok alkalmazása viszonylag alacsony beruházási költséggel jár, ezért a használati meleg víz készítésére és a fűtésrásegítésre alkalmazható napkollektorok a lakossági megújuló energia felhasználást ösztönző programok legkedveltebb berendezésének számítanak. Tömeges elterjedésüket azonban egyelőre megakadályozza a földgáz mesterségesen alacsonyan tartott ára és a nehézkes pályázati rendszer.

Egyetlen 1-4 kW-os egység képes ellátni egy átlagos energia felhasználó háztartást, tiszta villamos energiával. Természetesen mindehhez egy jól előkészített és jól megtervezett rendszertervet kell készíteni, pontos energetikai kalkulációkkal az adott helyszínre.

A napenergia-hasznosítás lehetőségei és fő módjai:

A napenergia közvetlen hasznosításának legelterjedtebb módjait két fő csoportba szokás sorolni. Ezek egyike az aktív hasznosítás, amikor valamelyik külön erre a célra készített eszköz (kollektor, napelem) segítségével alakítjuk át a napsugárzási energiát hővé, vagy villamos energiává. A napenergia aktív hasznosítása alapvetően fototermikus vagy fotovillamos módon mehet végbe.

A másik megoldás a passzív hasznosítás, amikor külön kiegészítő eszköz, berendezés nélkül tudjuk a napenergiát hasznosítani az épületek kialakításával és tájolásával.

Szélenergia

A szél egyike azoknak a természeti energiaforrásoknak, amelynek szerepe az emberiség története során többször változott, átértékelődött.

A szelek sebessége természetesen eltérő, az enyhe légmozgástól az óránkénti 100 km/h sebességet is meghaladó szélviharokig. A különféle sebességekkel áramló levegő, mozgási energiájánál fogva képes munkavégzésre. 4-5 m/s az a legkisebb szélsebesség, amin a mai rendszerek már képesek energiatermelésre. A szélerőművek felső határa általában 32-36 km/h (9-10 m/s), ennél nagyobb szélsebesség esetén a berendezések védelmi okokból, saját magukat állítják le.

A szélenergia hasznosítása kapcsán hazánkban, jellemzően két csoportról beszélhetünk. Egyik ilyen csoport, a szélmotorok, ahol a szél energiáját vízhúzásra (szivattyúk hajtására) használjuk, másik csoport a szélgenerátorok, amik elektromos áramot termelnek.

Szélmotorok

A szélmotorokat elsősorban vízhúzásra gyártják és fejlesztik. Ezek közül az amerikai rendszerű, sűrűlapátos szélmotorokat gyártják a legnagyobb darabszámban.

Szélgenerátorok

A szélgenerátorokat három csoportba sorolhatjuk:

• A kicsi és a különálló turbinákat fűtésre és akkumulátortöltésre használják (10 kW tartomány alatt). Ezek a villamos hálózatoktól távol eső helyeken a leghatékonyabbak. Jelenleg közel 300 000 akkumulátortöltő kis szélturbina üzemel a világon, az ide tartozó szigetüzemű rendszereket is beleértve.

• a hibrid energiarendszerek közepes méretű szélturbináit (10-150 kW), más energiaforrásokkal is kombinálják, például fotovoltaikus panelekkel vagy dízelgenerátorokkal. Felhasználhatók vízhálózatok vagy akkumulátor feltöltésére és más, speciális célokra is, mint például a sótalanítás.

• a közép és nagyméretű szélturbinák teljesítménye a 80-as évek óta 100-ról 1500 – 4000 kW-ra nőtt. A hálózatba kapcsolt szélgenerátorok gyakran úgynevezett szélparkokban üzemelnek. Kontinentális viszonyok között a változó fordulatszámú megoldások számos előnnyel rendelkeznek. Egyre hatékonyabb alkalmazásukat a mikroelektronika és szoftveres vezérléstechnika nyújtotta lehetőségek és a célorientált megoldások is segítik.

Geotermia

A (termál, geotermikus stb.) termálenergia a föld szilárd kérgét alkotó kőzetek belső hője, amelynek forrása a magma felöl érkező folyamatos hőáramlás. A Föld területén megkülönböztetünk aktív, illetve passzív geotermális övezeteket. Az aktív területeken jelenleg is élő vulkáni és tektonikai tevékenység folyik (Új-Zéland, Kalifornia, Kamcsatka, Hawaii-szigetek stb.).

Magyarország a passzív geotermális övezetek között kiemelten jó adottságú terület. A kedvező geotermális adottságok egyik oka nálunk az, hogy a Kárpát-medence alatt a földkéreg mindössze 24-26 km vastag, vagyis mintegy 20 km-rel vékonyabb a világ más területeihez képest. Az a távolság, amelyen belül lefelé haladva a hőmérséklet-emelkedés 1 °C, világátlagban 33 méter, amíg a Kárpát-medencében ez csak 15 - 18 méter.

A termálenergiát a kőzetváz és benne lévő rétegvizek hordozzák, ez utóbbival kapcsolatos a másik, kedvező geotermális adottságunk, amely szerint a Kárpát-medencét nagy vastagságban (5-10 km) kitöltő üledékes kőzetekben nagymennyiségű rétegvíz-készlet található.

Néhány esetben lehetséges a tárolóból kitermelt száraz, túlhevített gőzt közvetlenül a generátorokat meghajtó gőzturbinákba vezetni.

A forró (>180 ℃) víz nyomáscsökkentéssel teljes tömegében vízgőzkeverékké alakítható. Ebből szeparátorokban a gőzfázis leválasztható és a turbinákhoz vezethető.

A bináris rendszerű erőművekben a geotermikus folyadék valamilyen alacsony forráspontú, másodlagos munkavégző közeget melegít fel és ez végzi az erőművek szokásos körfolyamatát. Ezzel a megoldással a primer közeg hőmérséklethatára nagymértékben csökkenthető, például Alaszkában 80 ℃-os forró víz működtet egy kettős közegű erőművet. A bináris erőművek is magas hőmérsékletű tárolókra telepíthetők gazdaságosan.

A kisebb (<120 ℃) hőmérsékletű előfordulásokat legtöbbször közvetlen hőhasznosítás jellemzi.

• távfűtés, nagyobb egyedi létesítmények, családi házak fűtése, klimatizálása,
• mezőgazdasági alkalmazások: üvegházak fűtése, talajfűtés, terményszárítás,
• ipari hőszolgáltatás: papír-, textil-, élelmiszeripar,
• uszodák, fürdők, gyógyfürdők üzemeltetése,
• utak, repülőterek kifutópályáinak jégtelenítése.

A geotermikus iparág új munkahelyeket és szakmákat teremt, gyorsítja a vidéki gazdaság fejlődését és a hátrányos helyzetű régiók felemelkedését indíthatja meg. Nagy megtakarítások jelentkeznek a helyi közösségeknél is.

A geotermikus energia hasznosításának vannak hátrányai is. Nagy távolságra nem szállítható, felhasználása a kitermelés helyéhez kötött. Beruházási költségei viszonylag nagyok, és ezekhez kiszámíthatatlan geológiai kockázatok társulhatnak. A víz-visszasajtolás is drágítja a beruházást és az üzemeltetést és erős energiaipari cégekkel kell versenyezni.

Hőszivattyúk

A hőszivattyús rendszerek célja, hogy egy lakás fűtését vagy melegvíz ellátását úgy biztosítsák, hogy a környezetben található hőt (kőzet, föld, víz vagy levegő) a lakásba "szivattyúzzák". A módszer négyszer annyi hőenergiát állít elő a befektetett elektromos áramból, mint a hagyományos, elektromos vízmelegítés. Mind a szükséges hőenergia, mind a befektetett elektromos energia származhat megújuló energiaforrásokból. Mindenütt van alkalmas környezeti hőforrás, amelyet csak hőszivattyúval lehet energetikailag kedvezően hasznosítani.

Hővisszanyerős szellőztető berendezések:

Ezek a berendezések a hagyományos szelőztetést helyettesítik, miközben folyamatosan friss levegővel látják el az érintett lakóteret, illetve épületrészeket.

Passzív házaknál alkalmazásuk alapkövetelmény. A szellőztetést azért érdemes erre a megoldásra "cserélni", mert miközben az ablakok és ajtók nyitásakor a meleg levegő távozik a lakásunkból és a hideg friss levegő jön a helyére, hőveszteséget könyvelhetünk el, mivel ezt a levegőt újra fel kell melegítenünk. Ezek a berendezések a kimenő meleg levegő hőjét átadják a bejövő hideg levegőnek és így jelentős energiamennyiséget lehet velük megspórolni. A fűtési költségeink 20-30%-át is megtakaríthatjuk egy hő-visszanyerős szellőztető berendezéssel. A lakásokban általában a szobákba történik a frisslevegő befújás és a konyhából, fürdőszobákból az elszívás. Az legtöbb, komolyabb műszaki tartalmú berendezés, az élettér levegőjének tisztításában, szűrésében, illetve csíramentesítésében is szervesen részt vesz.

Élettani előnyök:

A hővisszanyerős szellőztető berendezésekkel ellátott épületekben mindig friss a levegő így egészségesebb az életkörnyezet (pl. egy hálószobában alváskor, nyugodtabb alvást biztosít, ha mindig elegendő oxigénnel telt levegő van). Mivel a bejövő levegő egy többlépcsős szűrön halad át így kevesebb por és pollen jut a lakásunkba, mely az allergiás megbetegedések hatékony gyógymódja is lehet. A folyamatosan szellőztetett lakásba nem jelennek meg penészes falfelületek, ezzel nem csak épületeinket óvjuk, de az egészségünket is, mert a penész sok tüdőbetegség okozója.

Típusai:

• Lemezes hőcserélő berendezés: itt egymással szemben, vagy keresztben halad a bejövő és kimenő levegő vékonyfalú csövekben, így tudjuk visszanyerni a kívánt hőt.

• Forgódobos berendezés: egy forgódobban adja át a hőmérsékletét egymásnak a ki és bejövő levegő. Előnye, a jó hatásfoka. Hátránya, hogy a két különböző hőmérsékletűlevegő kis mértékben keveredhet egymással így esetleg a nem kívánt szagok is visszajöhetnek, de ez családi házaknál nem vehető észre, inkább nagyobb létesítmények (pl.: ipari konyhák, stb.) szelőztetésénél okozhat problémát.

Egyéb lehetőségek a rendszer funkcióinak bővítésére:

• Talaj regiszter: Ha a bejövő levegőt a talajban kb. 1 méter mélységben egy csövön vezetjük a szellőztető berendezéshez, mert így a talaj állandó hőmérsékletére melegítjük vagy hűtjük a levegőt ezzel további energiát tudunk megspórolni, sőt nyáron akár a klíma berendezést is helyettesítheti.

• Fűtés: Lehetőség van a levegő hőcserélést követő utó fűtésére, ha csak kismértékű hőmérséklet növelésre van szükségünk. (pl. a hőcserélés utáni levegőnk 18 fok, a lakás hőmérséklete 22 fok, akkor 4 fokkal kell fűtsük a levegőt, hogy a lakást ne hűtsük a szellőztetéssel) Így akár egy elektromos ráfűtésre és egyes típusokban a vizes ráfűtésre is van lehetőség. Akár a napkollektor, vagy a hőszivattyú meleg vizével vagy bármely más módon előállított meleg vízzel temperálhatjuk a bejövő levegőt. Ez csupán korlátozott fűtési lehetőséget biztosít, mert nagy tömegű meleg levegő befújása huzatot és kellemetlen érzetet kelthet.

Biomassza

A biomassza a legjelentősebb megújuló energiaforrásunk. Ez azt jelenti, hogy a biomasszát a szükséges energiaforráshoz anyagként lehet kezelni (tárolni, szállítani stb.). A biomasszának számos különböző megjelenésével és felhasználásával találkozhatunk,melyből következően energiahasznosítási technológiák rendkívül széles köre alakult ki.

Két ok miatt érdemes élelmiszernövény helyett energianövényeket termelni:

• az élelmiszernövényekhez képest magasabb biomassza terméshozam, egységnyi biomassza-produkcióra eső alacsonyabb termelési költség;
• magasabb tolerancia, az energianövények a „hagyományos" kultúrákhoz képest a kedvezőtlen adottságú (pl. szikes vagy belvizes) területeken is termeszthetők.

A tüzelési célú biomassza folyamatosan növekvő ára (a faapríték ára 2004-ről 2008-ra két és félszeresére, 2011-re háromszorosára emelkedett, de a földgáz árának növekedésével megjósolható a további árnövekedés). A fenti tényezők miatt a termelők - különösen a kedvezőtlen adottságú területeken - az energianövényekkel magasabb nyereséget tudnak elérni, mint az élelmiszernövényekkel.

A tüzeléstechnikai célú energianövények két csoportra bonthatóak:

• lágyszárú energianövények (egyéves és évelő kultúrák)
• fásszárú energiaültetvények (sarjaztatásos és hengeres állomány)

A biomassza energetikai hasznosításának energiamérlege:

A biomassza-eredetű energiahordozók általában olcsó, decentralizált energiaforrások, amelyek a közvetlen eltüzelésen kívül számos, már jelenleg is rendelkezésre álló energiaátalakítási technológia révén alkalmasak értékesebb másodlagos energiahordozók előállítására, mint pl. a bio-brikett, a folyékony és gáznemű bio-hajtóanyagok (bio-etilén, bio-dízel stb.), illetve lokális villamosenergia-termelésre is. A teljesen száraz biomassza fűtőértéke közel áll a közepes minőségű barnaszén fűtőértékéhez. Az elmúlt évtizedek folyamán több száz bioenergetikai termesztési, termelési és átalakítási technológiai eljárást fejlesztettek ki és vizsgáltak meg termelőüzemi viszonyok között, elsősorban a nyugat- és észak-európai országokban, ahol a mezőgazdasági termelés támogatási rendszere jelentős terheket ró a nemzetgazdaságokra.

A biomassza energetikai hasznosítása a megújuló energiaforrások alkalmazásának ez egyik legkedvezőbb lehetősége. Az energianövények függetlenítik a mezőgazdálkodás piaci körülményeit és az energiaellátás alapanyag-biztonságát, egyúttal kedvezők a földhasználat hatékonysága szempontjából is.

De a biomassza is kis sűrűségű energiaforrás, és keletkezése során is így áll rendelkezésre. Nagy teljesítmények csak megnövekedett szállítással elégíthetők ki, amely azon kívül, hogy rontja az egész rendszer hatékonyságát, még a környezetvédelmi problémákat is koncentráltan jeleníti meg. A biomassza nem alkalmas a hagyományos nagy rendszerek üzemeltetésére. A keletkezés helyén és környezetében kell kis és közepes teljesítményű rendszereket, például falufűtéseket kialakítani, a jelenlegi városi, városkörnyéki erőművek számának további szaporítása helyett.