Megújuló energiák

Bevezetés.

Juhász Árpád: A megújuló energiaforrásoké a jövő?

5

Láng István: A biomassza hasznosítása: villamos energia, hőenergia, hajtóanyag

9

1.

A bioszféra és az ökoszisztémák

9

2.

A megújuló erőforrások

13

3.

A biomassza fogalma és csoportosítása

14

4.

A globális klímaváltozás és a megújuló energiaforrások használata

15

5.

A biomassza a világ energiafelhasználásában

19

6.

A nagy dilemma: élelem vagy hajtóanyag

23

7.

Második generációs bioüzemanyagok

24

8.

A biomassza képződése Magyarországon

25

9.

A biomassza jelenlegi hasznosítása Magyarországon

28

10.

Összegzés

33

Nagy Zoltán: A napenergia hasznosítása

35

1.

Kitekintés

36

2.

A napenergia forrása

40

3.

A napsugárzás útja a Föld felszínéig

44

3.1.

A fotoszférától a Föld légköréig

44

3.2.

A sugárzás útja a légkörben a Föld felszínéig

46

4.

A Föld felszínére érkező napsugárzást meghatározó földrajzi tényezők

49

4.1.

Egy kis szférikus csillagászat

51

5.

Sugárzási komponensek a légkörben és a meteorológiai sugárzástan alapvető mérőeszközei

55

6.

A napenergia-hasznosítás számára rendelkezésre álló energia Magyarországon

62

7.

A napenergia gyakorlati hasznosításának technikai lehetőségei

69

8.

A passzív napenergia-hasznosítás

70

9.

Az aktív napenergia-hasznosítás

75

9.1.

Napelemek

75

9.2.

Napelemek típusai

81

10.

Aktív napenergia-hasznosítás napkollektoros rendszerekkel

84

10.1.

A napkollektorok felépítése és működése

85

10.2.

A napkollektorok típusai

90

10.3.

Naperőművek

98

Dobi Ildikó: Szélenergia-hasznosítás

103

1.

A szél mint energiaforrás jellemzői

104

2.

A szélenergia-hasznosítás kezdetei

106

3.

Szélerőművek napjainkban

108

3.1.

Energiabecslés

111

3.2.

Szélerőmű-beruházás előkészítése, kivitelezése

113

3.3.

Üzemeltetés, jogi szabályozás, gazdaságosság

115

4.

A szélenergia-hasznosítás lehetőségei, korlátai és alternatívái

117

Szépszó Gabriella és Horányi András: Magyarországi szélinformációk előállítási lehetőségei energetikai alkalmazásokhoz

121

1.

Bevezetés

121

2.

Szélklimatológiai információk előállításának lehetőségei

123

2.1.

A statisztikai módszer

123

2.2.

A dinamikai leskálázás módszere

124

2.2.1.

A számszerű időjárás-előrejelzés alapjai

124

2.2.2.

A kiindulási adatok

126

2.2.3.

A leskálázás lépései

126

2.2.4.

A dinamikai leskálázás eredményei és azok megbízhatósága

127

3.

A szél rövid távú előrejelzése a szélerőművek energiatermelésének tervezéséhez

131

3.1.

Az ALADIN modellel készített szélelőrejelzések

132

4.

Kitekintés

135

5.

Összegzés

136

Juhász Árpád: A geotermikus energia

141

Blaskovics Gyula: Vízenergia

149

1.

Néhány gondolat a vízgépekről

149

2.

A vízerő-hasznosítás történetének áttekintése

151

3.

Vízerőműveink múltja és jelene

159

4.

Magyarország vízenergia-készlete

168

5.

Vízerőmű: beavatkozás a természet ősi rendjébe

171

6.

Vízerőmű vagy hőerőmű

174

7.

Világválasz a vízerőmű vagy más erőmű kérdésére

178

8.

Vízerőmű kontra természetvédelem Magyarországon

180

9.

Vízgazdálkodásunk várható válasza a globális felmelegedésre

183

10.

Vízenergia-hasznosításunk jövőbeni lehetőségei

186

Mika János: A klímaváltozás és a megújuló energiák kölcsönhatása

189

1.

Bevezetés

189

2.

Globális klímaváltozás, okok, hatások, perspektívák

191

2.1.

Globális változások

191

2.1.1.

A légkör összetételének változásai

191

2.1.2.

A klímaváltozás bizonyítékai

192

2.1.3.

Földünk éghajlatának alternatívái

192

2.1.4.

A földi változás mintázata

194

2.2.

Változások a Kárpát-medencében

196

2.3.

A klímaváltozás következményei

198

2.4.

Meddig kell (lehet) megfékezni a változást?

201

3.

A klímaváltozás mérséklése

204

3.1.

Az üvegházgáz-kibocsátás csökkentésének lehetőségei

204

3.2.

A megújuló energiaforrások szerepe a csökkentésben

208

4.

A klímaváltozás hatása a megújuló energiakészletre

210

4.1.

Hatás a nap- szélenergia-készletre

211

4.2.

Közvetett hatás a vízi és a bioenergiákra

213

4.2.1.

Változások az Alpok és a Kárpátok csapadékában

217

4.2.2.

Bioenergia-változások

217

5.

Megújuló energiák és kibocsátásmérsékelés a Nemzetközi Éghajlatváltozási Stratégiában (2008)

222

5.1.

A NÉS a kibocsátás korlátozásáról

223

6.

Összegzés

225

Ábrák jegyzéke

Nagy Zoltán: A napenergia

hasznosítása

1.

ábra: Egyes megújuló energiaforrások által képviselt összenergia nagysága

37

2.

ábra: A megújuló energiák felhasználásának az egymáshoz és a teljes felhasználáshoz viszonyított részaránya

37

3.

ábra: A telepített naperőművek kapacitásának megoszlása a világban

38

4.

ábra: A világ naperőmű-kapacitásának alakulása

39

5.

ábra: A beépített napkollektor-felület alakulása az EU-ban

40

6.

ábra: Az EU napenergia-piaca, 2004

41

7.

ábra: Az 1000 lakosra jutó napenergia-felhasználás az EU-ban, 2004

42

8.

ábra: A Nap szerkezete

43

9.

ábra: Különböző hőmérsékletekhez tartozó Planck-függvények

45

10.

ábra: A különböző méretű részecskék szórási tulajdonsága

47

11.

ábra: A napsugárzás spektrális eloszlása a légkörön kívül és a földfelszínen 300-1100m közötti tartományban

49

12.

ábra: A napsugárzás beesési szögének és a nappalok hosszának változása a földrajzi szélesség függvényében

50

13.

ábra: A horizontális égi koordináta-rendszer jellemzői

52

14.

ábra: Az egyenlítői égi koordináta-rendszer jellemzői

53

15.

ábra: Átszámítás a horizontális és az egyenlítői égi koordináta-rendszerek jellemző polárszögei között

55

16.

ábra: A napsugárzás rövidhullámú komponenseinek napi menete egy derült nyári napon

58

17.

ábra: A napsugárzás rövidhullámú komponenseinek spektrális eloszlása egy derült nyári napon

58

18.

ábra: A globál sugárzás eloszlása a Földön

63

19.

ábra: A napfénytartam éves összegének területi eloszlása Magyarországon

64

20.

ábra: A globál sugárzás éves összegének területi eloszlása Magyarországon

64

21.

ábra: A globál sugárzás napi menete különböző földrajzi elhelyezkedésű állomásokon

65

22.

ábra: A globál sugárzás havi összegeinek és a maximális napi összegek éves menete

65

23.

ábra: A direkt sugárzás napi menete egy derült nyári és téli napon

66

24.

ábra: A diffúz és globál sugárzás havi összegeinek aránya

67

25.

ábra: A globál sugárzás éves összegeinek időbeni menete, Budapest, 1936-2004

68

26.

ábra: A téli és a nyári időszak sugárzásösszegeinek átlagtól való eltérése

68

27/a.

ábra: A globál sugárzás és a hosszúhullámú komponensek napi menete egy derült nyári napon

70

27/b.

ábra: A globál sugárzás és a hosszúhullámú komponensek napi menete egy derült téli napon

70

28.

ábra: A tömegfal felépítése, működése

73

29.

ábra: A trombe-fal felépítése, működése

74

30.

ábra: A transzparens fal felépítése, működése

75

31.

ábra: A tiltott sáv szélessége különböző vezetőképességű anyagok esetén

77

32/a.

ábra: A töltéshordozók eloszlása egy p-n típusú félvezetőben

80

32/b.

ábra: A töltéshordozók mozgása fotonok hatására egy p-n típusú határrétegben

80

33.

ábra: Napelemek felépítése

81

34/a.

ábra: Monokristályos napelem

82

34/b.

ábra: Polikristályos napelem

82

34/c.

ábra: Amorf típusú napelem

82

35/a.

ábra: Napelemek sziget üzemmódban

83

35/b.

ábra: Napelemek hálózati üzemmódban

83

36.

ábra: Egy síkkollektor általános felépítése

84

37/a.

ábra: A szelektív bevonat hatása a visszasugárzásra

87

37/b.

ábra: A szelektív bevonat szerkezete

87

38.

ábra: Egy szelektív síkkollektor hatásfokát befolyásoló tényezők

88

39.

ábra: Egy szelektív síkkollektor hatásfokgörbéje

89

40.

ábra: Szelektív napkollektor hatásfoka különböző feltételek esetén

89

41.

ábra: Egy vákuumos szelektív napkollektor felépítése

91

42/a.

ábra: Vákuumcsöves kollektor

91

42/b.

ábra: Vákuumcső felépítése

91

43.

ábra: Egy egyszerű és egy kettősfalú vákuumcső

92

44.

ábra: A vákuumcsövek működési hatékonyságát növelő megoldások

93

45.

ábra: A hőcsöves vákuumcső felépítése

93

46.

ábra: Különböző típusú napkollektorok hatásfokgörbéje

94

47.

ábra: A szükséges napkollektor-felület és tárolókapacitás tervezése

95

48.

ábra: Használati meleg vizet készítő napkollektoros rendszer falikazánnal

96

49.

ábra: Használati meleg vizet készítő napkollektoros berendezés drain-back rendszerben

97

Dobi Ildikó: Szélenergia-hasznosítás

1.

ábra: Térkép az egykori, ma még fellelhető szélmalmokról

107

2.

ábra: 2008. áprilisig átadott szélerőművek Magyarországon

109

Szépszó Gabriella és Horányi András: Magyarországi szélinformációk előállítási lehetőségei energetikai alkalmazásokhoz

1.

ábra: A dinamikai leskálázással számított átlagos szélsebesség (m/s-ban)75 méteres magasságban az 1961-1990 időszakra vonatkozóan. Az alkalmazott térbeli horizontális felbontás 5 km.

129

2.

ábra: A dinamikai leskálázással számított és a meteorológiai mérésekből származtatott éves átlagszél különbsége (m/s-ban) 10 méteres magasságban az 1992-2001 időszakra vonatkozóan.

129

3.

ábra: A dinamikai leskálázással számított és a meteorológiai mérésekből a 0,1 fokos felbontású szabályos rácsra származtatott éves átlagszél különbsége (m/s-ban) 10 méteres magasságban az 1992-2001 időszakra vonatkozóan. Az összehasonlítás az interpolált megfigyelések 0,1 fokos felbontású rácsán történt

130

4.

ábra: A dinamikai leskálázással számított (első és harmadik diagram), illetve a meteorológiai mérésekből származtatott (második és negyedik diagram) szél átlagos irány szerinti eloszlása 10 méteres magasságban, két mérési pontban (bal oldalon Sopron, jobb oldalon Szeged) az 1992-2001 időszakra vonatkozóan. A modelleredmények esetében az állomáshoz legközelebbi rácspontot tekintettük.

130

5.

ábra: Példa egy ALADIN modellel, speciális utófeldolgozás alkalmazásával 10 méteres magasságra készített szélelőrejelzésre 5 km-es horizontális felbontáson, az előrejelzés 2006. augusztus 20-án 18 UTC időpontra vonatkozik. A háttérben az alkalmazott finom felbontású modell-domborzat látható.

133

6.

ábra: Az ALADIN modell hatóránkénti utófeldolgozott szélelőrejelzéseiből számított átlagos szélsebesség (m/s-ban) 75 méteres magasságban a 2003-2007 időszakra vonatkozóan. Az előrejelzések utófeldolgozása 5 km-es horizontális felbontáson történt.

134

7.

ábra: Az évi átlagos szélsebesség változása (m/s-ban) 10 méteres magasságban egy regionális klímamodell (nevezetesen a REMO modell) eredményei alapján a 2021-2050 időszakra, referencia: 1961-1990. A regionális modell horizontális felbontása 0,22 fok.

134

Blaskovics Gyula:

Vízenergia

1.

ábra: Körös-völgyi Vízpótló Rendszer

166

Mika János: A klímaváltozás és a megújuló energiák

kölcsönhatása

1.

ábra: Az energiaigény alakulása (Mtoe) a Föld egyes régióiban, 1971-2003

190

2.

ábra: A globális átlaghőmérséklet előrejelzése.

193

3.

ábra: A hőmérséklet és a csapadék változásai 2071-2100-ra az 1981-2000 évekhez képest Európában.

195

4.

ábra: A földi átlaghőmérséklet maximális változása hat különböző kibocsátási forgatókönyvcsalád esetén.

203

5.

ábra: A szén-dioxid-kibocsátást meghatározó formula szerinti tényezők alakulása (1870-2005)

205

6.

ábra: A különféle megoldások viszonylagos szerepe a szén-dioxid-kibocsátás mérséklésében közép- (2000-2030), illetve hosszú távon

211

7.

ábra: A tengerszint légnyomás téli változási trendje 1955 és 2005

között.

8.

ábra: A tengerszinti légnyomás és a felszínközeli (10 méteren mért) szélsebesség szimulált változásai évi átlagban a 2071-2100 évek, illetve az 161-1990 referencia-időszak különbségeként, az A2 globális kibocsátási forgatókönyv mellett.

214

9.

ábra: 0,5 K félgömbi melegedésre átszámított, százalékos változásmezők az éves csapadékösszegben, a nyári, illetve a téli félévben, a 25 év (1974-1998) átlagában

218

Táblázatok jegyzéke

Láng István: A biomassza hasznosítása: villamos energia, hőenergia,

hajtóanyag

1.

táblázat: Éves primer növényi produkció a világ szárazföldi területén

11

2.

táblázat: Energiafelhasználás valamennyi forrásból

20

3.

táblázat: Az energiaforrások aránya az összes energiafelhasználás százalékában

21

4.

táblázat: Elsődleges biomassza-produkció Magyarországon

27

5.

táblázat: Az elsődleges biomassza megoszlása fő és melléktermékre

27

Nagy Zoltán: A napenergia

hasznosítása

1.

táblázat: A meteorológiai sugárzástanban használatos legfontosabb sugárzási komponensek

57

Blaskovics Gyula:

Vízenergia

1.

táblázat: A világ vízenergia-hasznosításának helyzete és tervei

158

Mika János: A klímaváltozás és a megújuló energiák

kölcsönhatása

1.

táblázat: Várható változások Magyarországon 2030-ra, az 1961-1990 évek átlagához képest.

197

2.

táblázat: A földi éghajlat kritikus billenőpontjai

202

3.

táblázat: Becsült vízkészlet-gazdálkodási változások

216

4.

táblázat: Becsült növény-ökológiai változások

221

Képek jegyzéke

Nagy Zoltán: A napenergia

hasznosítása

1.

kép: Kipp&Zonen gyártmányú, CM11 piranométer

60

2.

kép: Kipp&Zonen gyártmányú, CH1 típusú pirheliométer

60

3.

kép: Kipp&Zonen gyártmányú, CG4 típusú pirgenométer

61

4.

kép: Eppley gyártmányú, HF típusú abszolút pirheliométer

61

5.

kép: Napház

76

6.

kép: Parabolavályús rendszerű naperőmű

99

7.

kép: Parabolatányéros rendszerű naperőmű

99

8.

kép: Naptorony rendszerű naperőmű

99

Juhász Árpád: A geotermikus

energia

1.

kép: Geotermikus kutatófúrás a Reykjanes-félsziget délnyugati végén. A termálvizek nagy részét Izlandon elsősorban lakások, üvegházak fűtésére használják. Az erőművekben előállított elektromos energia mindössze 7%-a Izland áramigényének, az elektromos energia többségét Izlandon vízerőművekben termelik.

143

2.

kép: A Krafla geotermikus erőművét 1974-ben helyezték üzembe. Eredetileg nagyobbra tervezték, de a megépítése utáni vulkánkitörések miatt ma csak 30 megawatt elektromos energiát termel.

144