|
Napenergia
A megújuló energiaforrások általában közvetlenül vagy közvetett módon a Napból származnak. Közvetlen módon a napenergiát alapvetően három területen hasznosíthatjuk: a napkollektorokat a fűtés és használati melegvíz készítés területén, napelemeket elektromos áram előállításához, valamint az építészetben (ún. passzív napenergia-hasznosítás). Közvetett módon a napenergiából származik a szél- és a vízenergia, valamint a biomassza is.
Magyarországon a napos órák száma 1900-2200 óra/év (földrajzi fekvéstől függően), vagyis jobb adottságokkal rendelkezik, mint Hollandia, Dánia, Németország vagy Ausztria, melyek ma világviszonylatban vezető helyen vannak a napenergia-hasznosítás terén.
Napkollektor
A napkollektorok lényege, hogy a napfény áthalad a napkollektor üveglapján, és egy hőelnyelőlemezre (abszorber) esik. Ez a lemez elnyeli a napfény nagy részét, és hőjét átadja a csövekben keringő folyadéknak. A visszatükröződésből származó veszteséget az üveglap hátoldalán található hővisszaverő réteg hivatott csökkenteni. A csöveket elhagyva a hőhordozó folyadék (ritkább esetben levegő) átadja a hőjét egy különálló, megfelelően szigetelt, vízzel teli hőtároló tartálynak. Ebből a tartályból vagy használati melegvízként vagy a fűtési rendszerhez kapcsolódva hasznosul a melegvíz, a lehűlt hőhordozó közeg pedig visszakerül a napkollektorba.
 
Síkkollektor
Használatban leggyakrabban az ún. síkkollektorral találkozunk, amely a nevét sík elnyelő felületéről kapta. Általában 2 m2 körüli felülettel, 1x2 m-es méretben készül. A másik gyakori fajta a vákuumcsöves napkollektor, amely nevét a jól kirajzolódó csövekről, illetve a benne lévő vákuumról kapta. A vákuum a jobb szigetelést szolgálja, míg a hengeralaknak köszönhetően a napsugárzás nagyobb szögben éri a hőhordozó közeget, mint a síkkollektor esetében. Ugyanakkor a csövek közti üres rések miatt a vákuumcsöves kollektor nettó, azaz hasznos felülete - azonos panelméret esetében - így is kisebb mint a síkkollektorné! A kétfajta napkollektor hatékonyságát összehasonlítva el lehet mondani, hogy a vákuumcsöves kollektor a téli hidegben lehet előnyösebb, akkor, amikor nagyobb a különbség a napkollektor középhőmérséklete és a környező levegő hőmérséklete között. Kisebb hőmérséklet-különbség esetén azonban a különbség kiegyenlítődik, és a nagyobb nettó felületnek köszönhetően nyáron, valamint meleg tavaszi és őszi napokon a síkkollektor termel több hőt.
 
Vákuumcsöves kollektor
A nagyobb forgalmazók általában 10 év garanciát vállalnak a napkollektorokra, a rendszerek élettartama kb. 30 év. Az éves energiahozam kb. 800 kWh/m2, ami azt jelenti, hogy egy megfelelően kivitelezett rendszer az éves használati melegvíz-igény akár 80%-át, és a fűtési igény akár 35-40%-át is fedezni tudja. Az értékek természetesen háztartásonként eltérőek lehetnek a fogyasztási szokásoktól, a beépített rendszerektől, illetve az épület állapotától függően.
Fontos megjegyezni, hogy napkollektor alkalmazása akkor ésszerű, ha a következő feltételek teljesülnek:
-
az épület fajlagos hővesztesége csekély (jó hőszigetelés, kompakt épületforma, jó légzárás)
-
az épület fűtőtesteit, fűtési rendszerét alacsony hőhordozó hőmérsékletre tervezték
a kollektormező elhelyezése jól megoldható (megfelelő tájolás és dőlésszög)
-
a beépített kapacitás nyáron is kihasználható (használati melegvíz, medencevíz)
Az ár mellett figyeljünk oda a termék minőségére is! Napkollektorok esetében a Blue Angel vagy a Solar Keymark minősítések garantálják, hogy jó terméket választottunk.
vissza a listához
Napelem
A napelem abban különbözik a napkollektortól, hogy nem hőt, hanem elektromos áramot termel. Régebben is találkoztunk napelemmel pl. a számológépekben, de mára már háztartások, épületek energiaellátásához is hozzá tud járulni. A napelemek a nap elektromágneses sugárzásának felhasználásával, kémiai folyamat révén egyenáramot termelnek. Ezt az egyenáramot egy ún. inverter alakítja át 230V-os szinuszos váltakozófeszültséggé, a normál háztartási fogyasztók ellátására. Amikor a napelem modulok termelnek, ellátják a fogyasztót árammal, amikor nem, a szükséges energiát a normál hálózatról lehet felvenni. Amikor több energia termelődik, mint amennyit felhasználunk, a maradék energiát akkumulátor segítségével tárolhatjuk, vagy a megfelelő csatlakozás kiépítése után a normál hálózatra táplálhatjuk vissza.
A ma gyártott és a napelemes áramforrásokban tömegesen alkalmazott napelemek legnagyobb része szilícium alapanyagból készülnek. Más anyagokból és egyéb eljárásokkal is készülnek napelemek, pl. amorf szilíciumból, vagy Gallium-Arzenid (GaAs), vagy Réz-Indium-Diszelenid (CuInSe2) anyagokból.
Új módszer az ún. vékonyfilmes technológia, mely során nagyon vékony, általában néhány mikrométer vastagságú rétegben viszik fel a félvezető anyagot, így jelentősen csökkenthető a drága és korlátozottan rendelkezésre álló szilícium alapanyag igénye.
A napelemmodulok mérete a néhány száz négyzetcentimétertől a néhány négyzetméteres tartományba esik. Névleges teljesítményük néhány watt és néhány száz watt között mozog.
A modern napelemek a gyártásuk során felhasznált energiát 1,5-7 év alatt termelik meg.
A korszerű napelem modulok energiaátalakítási hatásfoka 15%, élettartamuk legalább 30 év. A minőségi napelemmodul-gyártók általában 10 év garanciával szállítanak, de lehet napelemmodulokat kapni 20 éves teljesítménygaranciával is.
vissza a listához
Passzív napenergia-felhasználás
A passzív napenergia-hasznosítás azokat az építészeti megoldásokat fogja össze, melyek segítenek épületeinkben a napenergia minél hatékonyabb felhasználásában. Egy jól megtervezett, megfelelően tájolt szolárházban a fűtési és világítási energia jelentős részét megtakaríthatjuk. A megoldások általában az üvegházhatást használják ki. Az ún. passzívházak a napenergia hasznosításán kívül megfelelő építőanyagok és szigetelés, szellőztető rendszerek, és napkollektorok segítségével érik el a rendkívül alacsony, legfeljebb 15 kWh/m2/év (a darmstadti Passivhaus Institut feltétele) energiafelhasználást. Egy magyarországi átlagos lakóépület energiaigénye durván (az épület kialakításától is függően) 250-450 kWh/m2 év.
vissza a listához
Szélenergia
A szélenergia felhasználható villamosenergia-termelésre (ezeket a berendezéseket nevezzük szélturbinának, szélgenerátornak vagy szélerőműnek) és mozgási energia előállítására is. Utóbbi az ún. szélerőgép, amelynek klasszikus formája a szélmalom. A szélerőgépeket napjainkban is leginkább a mezőgazdaságban használják vízszivattyúzásra, öntözésre, vagy pl. halastavak levegőztetésére.
Magyarország európai viszonylatban mérsékelten szeles terület, az átlagos földfelszíni szélsebesség 3-5 m/s körül mozog. Az ország nyugati felében, főleg a Pozsony melletti hegyek által formált ún. „dévényi szélkapuban”, vagy nagy vízfelületek közelében alakulnak ki jelentős szelek, melyek elérik, vagy meghaladják a szélenergia gazdaságos hasznosításához szükséges 6 m/s-os sebességet.
Azonban így is jelentősnek tekinthető a szélenergiában rejlő potenciál. A szél „ereje” a tengerszint feletti magasság növekedésével köbösen növekszik, ráadásul intenzitása is stabilabb. Így tehát különböző potenciálokkal számolhatunk, attól függően, hogy milyen magasságban mérjük a szelet. Az OMSZ ábráján a ma már átlagos toronymagasságnak számító 100 méteres magasságra számolt potenciált láthatjuk.
Szélturbina
A szélturbinával nyert villamos energia termelési elve viszonylag egyszerű, a mozgó légtömegek megmozgatják a lapátokat (ún. rotorokat), így forgási energiát nyerünk, amit generátorok alakítanak árammá. A szélturbinákat ma általában ipari méretekben, nagy csoportokban építik egymás mellé a szélfarmokon. Ezek a villamosenergia-hálózatba táplálják a keletkezett, és a k középfeszültségűvé transzformált áramot. Viszonylag ritkábbak Magyarországon a kis, háztáji turbinák. Ezeknek különösen olyan környezetben lehet nagy hasznuk, ahol nincs hálózati villamosenergia-szolgáltatás, hiszen ilyenkor olcsóbb lehet egy kis szélturbina felállítása, mint a hálózatra való csatlakozás (pl. tanyák esetében). Ezek a turbinák a termelt villamos energiát akkumulátorok segítségével tárolják.
Az itthoni, viszonylag alacsony szélsebességek miatt különösen fontosak a szakszerű szélmérések, és olyan berendezéseket kell alkalmazni, amelyek a helyi viszonyoknak megfelelnek. A gazdaságossági számításokhoz minimum egy éves szélmérési eredményeket használnak.
Az ún. off-shore szélerőműveket a tengerre telepítik. A magasabb és állandóbb szélsebességek révén ezek energiahozama mintegy 40%-kal magasabb a szárazföldi szélturbinákénál, azonban a telepítésük drágább az extrém építési körülmények, és a hálózati csatlakozás kiépítésének magasabb költségei miatt.
A szélturbinák teljesítménye az utóbbi évtizedekben rohamosan nőtt, így ma már a néhány 10 kW és 5-6 MW között mozog az egyes típusok teljesítménye, a rotor átmérője pedig 40-120 m-ig változhat. A gyakorlatban a hatásfokuk 10 és 30% között változik.
A kis „házi” turbinák teljesítménye általában nem haladja meg az 1 kW-ot, és rotorátmérőjük sem több 0,5-3m-nél.
vissza a listához
Szélerőgép
Az általában sűrűlapátozású rotorral ellátott szélerőgépek kiválóan használhatók vízkiemelésre. Ezekből Magyarországon kevesebbet látni, hiszen itthon inkább gémeskutakat használtak ugyanerre a célra. Működési elve szerint a szél által megforgatott rotor vízszintes tengelyének forgását egy átalakító segítségével függőleges mozgássá alakítják, mely így már alkalmas szivattyúzásra. Az így nyert vizet általában öntözésre, állatok itatására, kommunális vízellátásra használják. A viszonylag folyamatos működtetés érdekében a szélerőgépeket úgy alakítják ki, hogy már alacsony szélsebesség (2 m/s) esetén is üzemeljenek.
vissza a listához
Biomassza
A biomassza kifejezés alatt tágabb értelemben a Földön lévő összes élő tömeget értjük. Megújuló energiaforrásként a leggyakrabban a következő értelemben használjuk: energetikailag hasznosítható növények, termések, melléktermékek, növényi és állati hulladékok. A biomassza jelentősége, hogy rövid időn belül (ált. egy vagy néhány év alatt) újratermelődik. Biomassza égetésével hő és villamos energia állítható elő, erjesztéssel biogáz, melyből szintén hő, villamos energia vagy üzemanyag nyerhető, emellett speciális technológiák segítségével biomasszából folyékony üzemanyagot (biodízel vagy bioetanol) is kaphatunk. Újabb technológiának számít a szilárd biomassza elgázosítása, majd a forró füstgáz felhasználása hő- és villamosenergia-termelésre. Emellett meg kell említeni, hogy az energetikai felhasználás mellett jelentős szerepe lehet a jövőben a biomasszából előállított műanyagoknak, mint pl. a keményítő, cellulóz, vagy cukor alapú, biológiailag lebomló szatyroknak, csomagoló- és szigetelőanyagoknak.
Gyakori érv a biomassza alapú termékek energetikai felhasználása mellett, hogy elégetésükkor nem járulnak hozzá az üvegházhatáshoz, mivel ilyenkor ugyanazt a mennyiségű széndioxidot bocsátják ki, amelyet a növények a növekedésük során megkötöttek. Azt azonban hangsúlyozni kell, hogy a biomassza alapanyag előállítása (mezőgazdaság), szállítása, feldolgozása energiát igényel, melyet ma még döntően fosszilis energiahordozókból nyernek, így ezek a folyamatok károsanyag-kibocsátással is járnak.
Szilárd biomassza elégetése
A szilárd biomassza hasznosítása többcélú lehet, különböző technológiák alkalmazásával. Egyrészt rövid feldolgozás után azonnal elégethető (pl. fa, szalma), másrészt átalakítható biotüzelőanyaggá tömörített brikett, pellet vagy forgács formájában. A viszonylag kis energiasűrűség növelésére használják az előző tömörítő eljárásokat, azonban ezek energiaigénye felülmúlhatja a megtermelhető energiamennyiségét. A többi megújuló energiához hasonlóan tehát a biomasszát is érdemesebb helyben, magas hatásfokú berendezésekkel hasznosítani. Nagy hatásfokot érhetünk el, ha hőt és villamos energiát is termelünk. Kizárólag villamos energia előállítása alacsony hatásfokkal (max. 30-40%) valósulhat meg. Ezért biomasszaerőművet inkább hőigény kiszolgálására javasolt telepíteni, és emellett érdemes kapcsoltan villamos energiát is előállítani.
A tüzelésre az egyes egyévi növényfajok (gabonafélék, kender, kukorica, repce), az évente aratott évelő fajok (nádak) és a gyorsan növő fafajták (nyár, akác, fűz) a legalkalmasabbak, de felhasználhatók a hosszú rotációs idejű fafajok is.
vissza a listához
Biogáz
A biogáz szerves anyagokból savtermelõ baktériumcsoport közreműködésével, levegőtől elzárt, nedves környezetben, 0 és 70 °C hőmérséklet között, rothadással képződik. Az alapanyag híg és szilárd trágya mellett lehet növénytermesztésből származó kukorica, gabonafélék vagy a gyep, de kiválóan használhatók az élelmiszeriparban keletkező melléktermékek is, mint például a húsipari hulladékok, a törköly, cukorrépaszelet, éttermi hulladékok stb.
Biogáz-fermentor
A rothadás során keletkezett anyag körülbelül 45-70% metánt, 30-55% szén-dioxidot, nitrogént, hidrogént, kénhidrogént és egyéb maradványgázokat tartalmaz. A biogázfejlesztés után visszamaradó erjesztett trágyát biotrágyának (biohumusz) nevezik, ami teljes értékű, jól kezelhető, szagtalan, kertek, parkok trágyázására jól használható anyag.
A biogázt először szennyvíztisztítókban és hulladéklerakókon fogták fel és használták az üzemek energiafelhasználásában. A mezőgazdasági hulladékok és melléktermékek hasznosítása csak később indult meg. A gazdák számára nyújtott előnyök: feldolgozásra kerülnek az egyébként gondot okozó melléktermékek, csökken a kellemetlen szag, a visszamaradt iszap trágyaként kiválóan felhasználható, ugyanakkor a trágya lerakása esetében a szabadon légkörbe távozó üvegházhatású metán kontrollált folyamatba kerül. A keletkezett biogáz égetéssel hőenergiává, gázmotor segítségével pedig villamos energiává alakítható.
Megfelelő tisztítás után a gáz alkalmas lehet a földgázhálózatba történő betáplálásra és üzemanyagként (bioüzemanyag) is használható.
vissza a listához
Folyékony bioüzemanyagok
A kőolaj alapú hagyományos folyékony üzemanyagok helyettesítésére lehetnek alkalmasak a növényi olajok, a bioetanol és a biodízel.
A növényi olajok (pl. repceolaj) nem csak a biodízel alapanyagai lehetnek, hanem finomítás nélkül önmagukban is alkalmasak a gépkocsik, gépek meghajtására. Ehhez azonban az eltérő viszkozitás és égési tulajdonságok miatt a motorok átalakítása szükséges.
A biodízel az Európában eddig legelterjedtebb bioüzemanyag. Előállításához magas olajtartalmú növények szükségesek, mint pl. a repce, olíva, napraforgó, melyek olajából magas hőmérsékleten finomítással keletkezik a biodízel. Előnye, hogy a motorok átalakítása nélkül használható, max. 5%-os bekeverés esetén. 1 liter biodízel 0,91 liter hagyományos dízelt vált ki, és eközben 70%-kal alacsonyabb a CO2 kibocsátás.
A bioetanol (bioalkohol) a benzint tudja helyettesíteni. Magas cukortartalmú (pl. cukorrépa, cukornád), magas keményítő tartalmú (kukorica, búza, burgonya) vagy sok cellulózt (fa, gabona- és fűfélék) tartalmazó növényekből állítható elő. 5-15%-os keverési arány esetén a bioetanol tankolása sem igényli a motorok átalakítását. Az etanol energiatermelése azonban jelentősen elmarad a benziné mögött, 1 liter bioetanollal csak 0,66 liter benzint lehet kiváltani. Emellett az előállítása is energiaigényesebb, mint a biodízel esetében.
Az üvegházhatású gázok alacsonyabb kibocsátása ellenére a bioüzemanyagokkal kapcsolatosan gyakran többféle aggály merül fel. A fent említett magas előállítási energiaigény miatt egyes tanulmányok szerint negatív, vagy éppen csak pozitív a bioüzemanyagok energiamérlege. A hagyományos üzemanyagok csak csekély mértékű helyettesítéséhez is óriási termőterület szükséges. Ez veszélyeztetheti az élelmiszer- illetve takarmánycélú növénytermesztést. A bioüzemanyagok alapanyagait általában intenzív mezőgazdasági gyakorlattal, gépesítve, műtrágya és növényvédőszerek felhasználásával állítják elő. Ezek a folyamatok nem csak energiaigényesek, de sok szennyező anyagot is juttatnak a talajba. A bioüzemanyagok felhasználásával kapcsolatban keletkező környezeti hatások 90 százaléka a növénytermesztés során lép fel. Ezen bizonytalanságok ellenére az Európai Unió 2020-ig 10%-ra kívánja növelni a megújulók arányát a közlekedési szektorban, ami a bioüzemanyag-felhasználás jelentős növelést okozza majd.
Enyhítést jelenthetnek a fenti problémára az ún. második generációs, vagy szintetikus bioüzemanyagok, amelyek azonban még csak fejlesztési fázisban vannak. Ezek közé tartozik a hidrogén, a metanol, a BtL (biomass-to-liquide) vagy a butanol. Előnyük, hogy pl. a BtL esetében a növények széles köre felhasználható lesz, valamint a hatékonyabb technológia miatt nem csak a területigény, hanem az előállítás energiaigénye is csökken.
vissza a listához
Geotermikus energia
Geotermikus energiának nevezzük a földkéreg természetes hőjét. A geotermikus energia kinyerésére általában a föld mélyebb porózus kőzetrétegeiben jelenlévő vizet használják. A geotermikus folyadékot egy furaton keresztül emelik ki, majd egy másik furaton keresztül sajtolják vissza. Néhány esetben a kiemelt termálvizet használat után a felszíni vizekbe engedik, ez azonban a víz magas ásványianyag-tartalma miatt ökológiai katasztrófát is okozhat az élővizekben. Magyarországon tilos a kiemelt termálvizet a felszíni vizekbe engedni.
A geotermikus energia gazdaságos kinyerését az utánpótlódó víz, az alkalmas víztartó, valamint a geotermikus gradiens (gg) határozza meg. A gg azt jelenti, hogy a Föld középpontja felé 100 m-enként hány fokkal nő a hőmérséklet. A köznapi életben ennek a reciprokát szokás használni, mértékegysége a m/°C. Különösen magas lehet a geotermikus grádiens azokon a területen, ahol viszonylag vékony a földkéreg (pl. Kárpát-medence), illetve vulkáni tevékenység (pl. Izland) vagy vízszintes hévízmozgás esetében.
Magyarországon a geotermikus gradiens az európai átlag másfélszerese, 100 m-enként legalább 5-7ºC-ot emelkedik a földkéreg belseje felé a hőmérséklet. A 50-150oC hőmérsékletű, vízzáró rétegekben természetesen előforduló víz távfűtési, kertészeti és gyógyászati célokra használható fel. Villamos energia termeléséhez 150oC-nál magasabb hőmérsékletű víz szükséges. (A geotermikus energiát áramtermelésre elsőként Olaszországban használták, 1913-ban.) Az ún. Hot Dry Rock technológia lényege, hogy forró, mélységi kőzetekbe vizet injektálnak, mely a forró kőzettel érintkezve gőzzé válik. Ez a feltörő gőz alkalmas gőzturbina meghajtására, így villamosenergia-termelésre.
Hőszivattyú
A hőszivattyú a környezetének hőjét használja fel, ezzel hűtésre, fűtésre és melegvíz előállításra egyaránt alkalmas. Leggyakrabban a geotermikus energiával kapcsolatban emlegetik, azonban a mélyebb kőzetrétegek hőjén kívül pár fok hőmérsékletkülönbség is elegendő a gazdaságos használathoz. Így kivonható a hő a talajból, a vízfelületekből vagy a levegőből is. Működési elvét egy kifordított hűtőszekrényhez is szokták hasonlítani. A hőszivattyú működtetése a beépített kompresszor miatt villamos energiát is igényel. Ideális esetben egy hőszivattyú a felhasznált villamos energia legalább négyszeresének megfelelő mennyiségű hőenergiát állít elő.
A hőszivattyú a háztartások számára is egész évben működtethető, télen fűtésre, nyáron hűtésre használható technológia. A több száz kW, illetve pár MW teljesítményű ipari méretű hőszivattyúk azonban már települések távfűtésére, uszodák vagy melegházak fűtésére is alkalmasak.
Vízenergia
A vízenergia hasznosításakor általában a víztömeg mozgási energiáját alakítják át villamos energiává. Történhet ez nagy folyókra telepített vízierőművekkel, kisebb folyamokra, patakokra épített ún. törpe vízierőművekkel (ezek teljesítménye kisebb, mint 10 kW), vagy a tengerek mozgását kihasználó árapály erőművekkel.
A fent említettek közül az árapályerőműveket és a törpe vízierőműveket nevezik fenntartható energiatermelőknek. A nagy duzzasztógátak rendkívül ártalmasak a környezetre, mivel építésekor a folyók elterelése megváltoztatja az eredeti folyómeder ökoszisztémáját, az elárasztott területek szerves maradványai pedig jelentős mennyiségű metánt termelhetnek.
Magyarországon nem jelentős a vízenergia-termelés, mindössze évi 330 GWh (1,188 PJ) nagyságú (az évi villamosenergia-fogyasztás Magyarországon 40 000 GWh felett van). Ennek 90%-át a négy jelentősebb vízerőmű (Kisköre, Tiszalök, Kesznyéten, Ikervár) termeli meg, a többi törpeerőművekből származik.
Valamennyi technológiáról további részletes információk találhatóak itt: www.zoldtech.hu, www.kekenergia.hu
|
