Ugrás a tartalomhoz

Energetika – Energiamenedzsment

Dr. Benkő Zsolt István, Dr. Pitrik József (2011)

7. fejezet - Energiatermelés rendszere

7. fejezet - Energiatermelés rendszere

Az energiatermelés az emberrel összefüggő fogalom. Az ember energetikai szükségleteinek kielégítésére irányuló tevékenység. Az energiatermelés során az ember számára használhatóbb állapotú energiahordozót hoz létre. Ahhoz, hogy a különféle energiahordozókat hasznosíthatóvá alakítsuk, „egy sor technikai tevékenységre, értékteremtő munkára van szükség.”[49]

Az energiatermelés lényegileg az energiahordozó állapotának átalakítása. Az állapotváltoztatások energiafelhasználással járnak, azaz az átalakítás hatásfoka kisebb, mint 100%.

Az életfunkciók ellátásához szükséges energiát táplálékkal viszi be az ember a szervezetébe. Ennek energiatartalma naponta 10–13 MJ. Ez fedezi a belső életfunkciók energiáját, a test hőmérsékletét, a fizikai mozgást, a munkavégzést. Az ember naponta ~3 MJ munkavégzésre képes. Az emberi izomerő teljesítménye optimálisan: 100 W. [50]

Az ember igényei egyre inkább nőttek, ezért az izomerő már nem felelt meg a szükségletek kielégítésére. Ezek: az anyagok mechanikai, kémiai, fizikai átalakítása, szállítása, világítás, hő felhasználása,… Az alapvető szükségletek mellett mind előtérbe kerültek a kényelmi (és a luxus) szükségletek, amelyek kielégítése a természeti erőforrások kiaknázásával, felhasználásával történt. Az embernek nem az energiára, hanem az energia nyújtotta szolgáltatásokra van szüksége. Az emberi fejlődés során mindig újabb és újabb szükségletek lépnek fel, s ezek az energiapotenciál mind jobb felismerésére és kihasználására ösztönzi az emberiséget, az egyes országokat.

Az emberi izomerő „kímélésére” kezdetben az állati vonóerőt alkalmazták, majd a szél és a víz energiáját hasznosították, elsősorban a szállítás, és az anyagok megmunkálása területén. A tűz energiáját melegedésre, főzésre, világításra, információ továbbításra is használták. A tüzelőanyagot a lakókörnyezet közelében gyűjtötték, a növények megújulását nem gátolták. A Nap energiáját szárításra, tartósításra, melegedésre közvetlenül hasznosították, de közvetett alkalmazások (víz melegítése, „fotoszintézis tudatos alkalmazása”) is kezdtek előtérbe kerülni. A rövid történeti összefoglalóból is világosan látható, hogy az ember – az ipari forradalomig – a megújuló energiákat használta, nem megújuló energiaforrásokat csak esetenként alkalmazta.

Energiatermelés szerkezete

Az energiatermelés tehát tudatos tevékenységek együttese, amely tartalmazza az energiaforrás megismerését, felismerését, a kiaknázás megoldását, a szükséges átalakítások tervét és időben, térben való rendelkezésre állását. Ha az energiahordozó közvetlenül igénybe vehető, akkor elsődleges (primér) forrásokról beszélünk. Ha átalakítás után használjuk fel: másodlagos, harmadlagos,… energiahordozónak tekintjük. Így valamely alap energiahordozóból kiinduló energiaátalakítási láncot vertikumnak nevezzük. Mivel az energiahordozók egy jelentős része makro szinten is „tanulmányozható”, ezért a kiindulást jelentő nyersanyagenergia kapcsolatot felismerhetjük, jellemezhetjük.

Tűzifa

Történeti példaként említhetjük, hogy az ember környezetében lévő természetes erdőségek terméseit élelmezésre, a lehullott leveleket, ágakat égetésre, füstölésre használták, a fatörzsekből használati tárgyakat (bútorokat, csónakokat, házakat, …) készítettek, gondosan ügyelve arra, hogy az erdő ökoszisztéma a lehető legkevésbé sérüljön. A fejlődés felgyorsulása következtében mind több fatörzset tüzeltek el, így a megújulás lehetőségét gátolták. Az egyes energiatermelési módok tehát folyamatosan változtak. Az ember tudat alatti (ösztönös) vagy tudatos környezeti szemléletének függvényében úgy is átalakíthatta környezetét, hogy az hosszabb távon is „rendelkezésére” álljon. A mai tudatos erdőgazdálkodás fontos elemei: az élőfa készlet változás adatbázisa, a fahozamok ismerete és a termelési módok és megoszlásuk ismerete (7.1. kép).

Egy adott – faanyag kitermelést szolgáló – erdőterületen az alábbi kitermelési módok lehetségesek (7.1. táblázat):

  • Minőségi fatermelési cél esetén legalább 25 cm (kéreg nélküli) mell­magassági átlagátmérő elérése és a bruttó fakészlet 20%-ának I. osztályú fűrészrönkként és falemezipari alapanyagként való felhasználása.

  • Mennyiségi fatermelési cél esetén (kéreg nélküli) mell­magassági átmérő nem érheti el a 18 cm-t és a kivehető rönk aránya a bruttó fakészlet 15%-alatt marad.

  • Alternatív fatermelési cél: esetén az adottságok jobbak a mennyiségi fatermelési célnál.[51]

7.1. táblázat - Fatermelési cél szerinti területmegoszlás hazánkban, 2001-ben[a]

Ezer hektár Minőségi fatermelés Alternatív fatermelés Mennyiségi fatermelés Készlet megőrzés Összes erdő
Mindösszesen 90,1 594,5 487,9 2 1174,5
% 7.7% 50,6 41,5 0,2 100%

[a] Állami Erdészeti Szolgálat: Magyarország erdőállományai 2001. Állami Erdészeti Szolgálat, Budapest, 2002. pp.58–63.


7.1. ábra - Tüzelési célú rönkök átmeneti tárolása (Fotó: Révész T.)

Tüzelési célú rönkök átmeneti tárolása (Fotó: Révész T.)


A biomassza és ezen belül a tűzifa közvetlen energetikai felhasználása az utóbbi évtizedekben visszaszorul. A fahulladék hasznosítására fabrikettet és fagranulátumot (pellet) állítanak elő (7.2. kép). Ezek korszerű tüzeléstechnikai eszközökben jó hatásfokkal eltüzelhetők. Mivel a fa energetikai hasznosítása megújuló energiaforrásnak tekinthető, ezért az utóbbi években alternatív és kapcsolt rendszerekben alkalmazzák. Alapvető tulajdonságaik: a tömör szerkezet, kis víztartalom, magas fűtőérték és jó kezelhetőség.

7.2. ábra - Fabrikett és pellet (Forrás: http://brikett.ewk.hu/a-rikettalasról)

Fabrikett és pellet (Forrás: http://brikett.ewk.hu/a-rikettalasról)


Szén

Az ásványi szén főként mocsár- és láperdőségekből katasztrófa (földkéreg mozgások, jégkorszakok) hatására keletkezik speciális feltételek (nagy nyomás és hőmérséklet) mellett. A lebontást a rárakodott ásványi anyagok gátolják, szabályozzák. Az ún. szénülés folyamatában az illó anyagok egy része eltávozik, a széntartalom növekszik, a víz és meddő tartalom csökken.

A víz egy része a szállítás és feldolgozás során kerül a szénbe, másik része a higroszkopikus víz, amelyet a szén felülete abszorbeál és a kapillárisokban tárol. A nedvességtartalom gátolja az égést, elpárologtatására hőt von el, így az égés bizonytalanná válik. A nedvességtartalom közvetlenül és közvetve is (az SO2 és az SO3) kénessavvá és kénsavvá való átalakulása) korróziót hozhat létre.

Az égés utáni szilárd maradék a hamu, amely származhat az eredeti fatestekből (primér), a letakaró rétegekből (szekunder) és a fejtésből-szállításból (tercier). A szén hamutartalmának fő alkotói: [52]

SiO2 – kovasav: 11–60%

Al2O3 – alumínium-oxid: 6–35%

Fe2O3 – vas-oxid: 2–35%

MgO – magnézium-oxid: 0,3–9%

P2O5 – foszfor-pentoxid: 0–3% CaO – kálcium-oxid: 1–30%.

A szenek kora néhány millió évtől mintegy 0,6 milliárd évig terjedhet. A legfiatalabb hazai szén a lignit, melynek szerkezete még fás jellegű. A barnaszeneink 60–75 millió évesek, míg a feketeszenek kora 300–350 millió év.

A szeneket különböző telepkibúvások révén régóta ismeri az ember, de szervezett felhasználása az ipari fejlődés következménye. Hazánkban 1753-ban Brennbergbányán nyitották az első bányát. Ezt továbbiak követték: Verőce – 1768; Dorog – 1782; Vasas – 1786; Sajókaza – 1786.[53] Kőszeneket és külszíni fejtést mutat a 7.4. kép.

A termelt kőszén mennyiségét a 7.3. ábra mutatja 1765-től 1997-ig. A hazai termelés legnagyobb értéke a hatvanas években: ~31 millió t/év. 1765– 1997-ig a termelés meghaladta a az 1,6 milliárd tonnát, amely a jelenleg ismert hazai szénvagyon (~ 10000 millió tonna) ~ 16%-a.[54] A hazai primér és szekunder energiaforrások fontosabb jellemzőit a 7.2. táblázat foglalja össze.

7.3. ábra - Magyarország kőszéntermelése

Magyarország kőszéntermelése


7.2. táblázat - Primér és szekunder energiahordozók fűtőértéke

Fűtőérték, MJ/kg, Nedvességtartalom, %
Fafajták
Frissen vágott 6,8
Bükk 15,12 15
Tölgy 15,12 15
Akác 14,76 15
Gyertyán 15,12 15
Nyár 15,12 15
Lucfenyő 15,84 15
Fabrikett 16–19
Pellet 18
Biobrikettek 14,5
Búzaszalma 15,42 6,3
Kukoricaszár 15,49 6,2
Napraforgóhéj 17,22 7,1
Repce, szója 14,87 8,7
Fűrészpor 16,84 6,1
Szenek
Lignit 3,5–10
Barnaszén 10–17
Feketeszén 17–33
Szén brikett 20
Koksz 23,5
Kőolaj 44
Benzin 42,5
Gázolaj 44,5
Petróleum 42
Földgáz 39,5
PB-gáz 52
Hidrogén gáz 120,5
Biodízel 37


7.4. ábra - Gyöngyösvisontai külszíni fejtés

Gyöngyösvisontai külszíni fejtés


Kőolaj, földgáz

A kőolaj és a földgáz különböző szénhidrogén vegyületek keverékéből áll. A szénhidrogének a tengerekben és tavakban lerakódó üledékek szerves eredetű anyagaiból keletkeznek, betemetődés és magas hőmérséklet (70–150 °C) esetén. A szénhidrogénre a vándorlás jellemző, amely addig tart, amíg a folyékony részek mozgását zárórétegek meg nem akadályozzák. A csapdába került gáz, kőolaj és víz a tároló kőzetekben víz-, kőolaj- és földgáztesteket alkot.

A szénhidrogéneket – mai ismereteink szerint – Mezopotámiában és Kínában használták először: kötőanyagként (aszfalt), víztaszító, világító és fűtési anyagként. Pennszilvániában Edwin L. Drake ezredes 220 m-re fúrt, s onnét naponta 20–25 hordó (42 gallonos (=159 liter)) kőolajat termelt. Hazánkban 1075-ben a szurok, 1309-ben az olaj szavakat említik írásbeli források. 1536-ban éghető „ragacsos” földről tesznek említést, azzal a megjegyzéssel, hogy szaga kellemetlen. Megismerésére mind több „energiát” fordítottak, 1860-ban megjelentek az első petróleum lámpák, majd olajfinomítók létesültek, amelyek külföldi olajakat dolgoztak fel. A hazai kutatások és termelés 1937-ben indult el Budafapusztán (=Bázakerettye). Főbb szénhidrogénmezők: Lovászi – 1940, Nagylengyel –1951, Hajdúszoboszló – 1958, Üllés – 1962, Zsana – 1978, …[55] [56]

2007. évi hazai adatokat tekintve:[57]

– Földtani kőolajvagyon 207,0 Mt
– Még kitermelhető kőolajvagyon 19,2 Mt
– 2007-ben kitermelt kőolaj 1,9 Mt
– Földtani földgázvagyon 5307,05 Gm3
– Még kitermelhető földgázvagyon 3355,29 Gm3
– 2007-ben kitermelt földgáz 2,65 Gm3


[49] Szűcs Ervin–Schiller István: technika és energia II. Tankönyvkiadó, 1987. pp. 28–86.

[50] Vajda György: Energiapolitika. MTA, Budapest, 2001. pp. 13–15.

[51] Állami Erdészeti Szolgálat: Magyarország erdőállományai 2001. Állami Erdészeti Szolgálat, Budapest, 2002. pp.58–63.

[52] Szűcs Ervin–Schiller István: Technika és energia II. Tankönyvkiadó, 1987. pp. 28–86.

[53] Mészáros E.–Schweitzer F. (szerkesztők): Magyar Tudománytár – Föld, Víz, Levegő. MTA Társadalomkutató Központ – Kossuth Kiadó, Budapest, 2002. pp. 297–306.

[54] Mészáros E.–Schweitzer F. (szerkesztők): Magyar Tudománytár – Föld, Víz, Levegő. MTA Társadalomkutató Központ – Kossuth Kiadó, Budapest, 2002. pp. 297–306.

[55] Mészáros E.–Schweitzer F. (szerkesztők): Magyar Tudománytár – Föld, Víz, Levegő. MTA Társadalomkutató Központ – Kossuth Kiadó, Budapest, 2002. pp. 297–306.

[56] E-jegyzet: Optimalizálás az olajiparban. Pannon Egyetem-BME, 2008. pp. 1–17.

[57] Magyar Bányászati és Földtani Hivatal: http://www.mbfh.hu