Ugrás a tartalomhoz

A természeti erőforrások gazdaságtana

Dr. Kajati György (2011)

EKF ttk

A tananyag kifejtése

A tananyag kifejtése

A megújuló energiáról általánosan

Megújuló energiahordozók vagy energiaforrások alatt azokat az energiaforrásokat értjük, amelyek hasznosítása közben a forrás nem csökken, hanem azonos ütemben újratermelődik, vagyis megújul. Alapvetően a napenergia, a szélenergia, a geotermikus energia, a vízenergia és a biomassza tartozik a megújuló energiaforrások közé.

Felhasználásuk igen sokoldalú lehet. Hagyományosan legfontosabb alkalmazási területük a fűtési célú hőenergia-termelés, az utóbbi időben azonban a villamosenergia-termelés vált hangsúlyossá. Felmerült célként az is, hogy jelentős szerepet kapjanak a jövőben az üzemanyagként való felhasználásban is. Ez utóbbi két terület jelentősége nemzetközi és hazai viszonylatban is meghaladhatja a megújuló energiahordozók villamosenergia-termelésben játszott szerepét. 

Az említett alkalmazási lehetőségek ma a fosszilis energiahordozó felhasználás elsődleges területei, amelyek megújuló energiahordozókkal való kiváltása jelentős gazdasági és társadalmi előnyökkel járhat. A megújuló energiaforrások egyik legfontosabb és legkedvezőbb tulajdonsága, hogy a fosszilis energiahordozókhoz képest lényegesen kisebb a környezetszennyező hatásuk.

A környezetvédelmi szempontokon túl, a fosszilis energiahordozók árának folyamatos növekedése miatt is előtérbe kerül a megújuló energiaforrások hasznosítása. Ehhez a tendenciához járul hozzá továbbá a készletek csökkenése, valamint az atomenergiával kapcsolatos félelmek is. Annak ellenére, hogy a megújuló energiaforrások használata nagy múltra tekint vissza, európai méretekben meglehetősen szerény a részesedése az összes energiafelhasználásból. A nagy részben importból származó fosszilis energiaforrások túlsúlya miatt az ellátásbiztonság kérdése egyre fokozottabban az Európai Unió energiapolitikai törekvéseinek középpontjába került.

A megújuló energiaforrások közé tartozik a napenergia, a szélenergia, a különböző formában megjelenő biomassza, a geotermikus energia és a vízenergia (12. táblázat).

12. táblázat: A megújuló energiaforrások alkalmazási lehetőségei

Forrás: MTA RKK ATI, 2007

A napenergia

Napenergia alatt azt az energiát érjük, mely a Nap különböző sugárzásaiból ered és közvetlenül éri a Földfelszínt. Különösebb részletekbe bocsátkozás nélkül annyit kell erről tudnunk, hogy a látható fény ennek az energiának csak töredéke, és ennél jóval nagyobb energiatartalmú sugárzás is ér minket minden nap. Nagyszerűsége pont ebben a mindennapi elérésben rejlik, hiszen ezzel a Földön csaknem minden élőlénynek lételemévé vált a napsugárzás, így a napenergia.

Mivel szabadon hozzáférhető, és gyakorlatilag környezeti terhelés nélkül kinyerhető, egyértelmű előnyei vannak a fosszilis energiahordozókból nyert energiával szemben. Mivel hosszútávra jelent(het) megoldást használata –hiszen a számítások szerint a Nap a következő 4,5 milliárd évben is sugározni fog- mára a legígéretesebb energiaforrásnak tekinthető.

A Napból érkező sugárzás Földet érő része körülbelül 173 x 1012 kW-ot jelent, érzékeltetésképpen ez 60 milliárd (!) tonna kőolaj elégetésével megtermelhető energia. Másképp megfogalmazva: az összes energiát, mely a Földön található fosszilis energiahordozóból kinyerhető a Nap 1,5 nap alatt sugározza a Földre.

Érdekes módon, egészen az elmúlt évtizedekig nem tudták kinyerni megfelelő hatásfokkal az energiáját, de mára egyre jobban elterjedni látszanak a különböző erre alkalmas szerkezetek. Ezeknek két fő típusa van: a napelemek és a napkollektorok. Fontos ezek között különbséget tenni, hiszen két alapjaiban eltérő szerkezetről van szó. A napelem célja az elektromos áram termelése a beérkező napsugárzás által, míg a napkollektor hőt termel a beérkező hősugárzás összegyűjtésével (Szalóki T. 2010).

Magyarország adottságai a napenergia-hasznosítás szempontjából kedvezőbbek, mint sok európai országé: az évi napsütéses órák száma 1900−2200, a beeső napsugárzás éves összege átlagosan 1300 kWh/m2. Az érkező napsugárzás szempontjából legjobb helyzetű az Alföld középső és déli része, kevésbé jó a nyugati és északi határhoz közeli hegyvidék. Az ország földrajzi helyzetéből adódóan azonban – szemben a mediterrán országokkal – jelentős különbség van a téli és a nyári napsugárzási adatok között, ezért a Nap hőenergiája a téli idényben fűtésre csak korlátozottan használható fel, és a berendezéseknek fagy esetén is működőképeseknek kell lenniük. Léteznek ún. szezonális (akár 100 000 m3 térfogatú) hőtárolók, amelyek a téli fűtési igény kielégítésében jelentős szerepet játszhatnak.

A ma korszerűnek mondható termikus napenergia-hasznosító berendezések Magyarországon leggazdaságosabban melegvíz készítésére alkalmasak, és éves átlagban 30−50%-os hatásfokkal hasznosítják a napenergiát, ha megfelelő tájolású, dőlésszögű és árnyékmentes helyen működnek az energiát átalakító napkollektorok. A lakossági és intézményi melegvízigény ellátásában az éves fogyasztás 60−70% a fedezhető napenergiából, így csak a fennmaradó 30−40% ot kell fedezni hagyományos energiahordozókkal. A legnagyobb sugárzási időszakban, a kempingek, szállodák, panziók esetén a szezonális hasznosítás hatásfoka elérheti a 90%-ot is, ezért ilyen létesítményekben a legjobbak az alkalmazás lehetőségei. A ma használatos napenergia-hasznosító technológiák átlagos hőenergia-hozama Magyarországon kb. 1500 MJ/m2 évente, ami 417 kWh/m2 éves értéknek felel meg. Az így kiváltott hagyományos energiahordozók mennyisége és energiatartalma azok fajtájától, a berendezések hatásfokától függően az említett érték két-háromszorosa is lehet. A csak nyári üzemre alkalmas berendezések átlagos hőenergia-hozama az öt legmelegebb hónap (május-szeptember) alatt 300−350 kWh/m2 (Farkas I. 2010).

A szélenergia

A napenergia másodlagos formája szélenergiaként is megjelenik azzal, hogy a földet érő napsugarak a légkört különböző mértékben felmelegítve légnyomáskülönbséget okoznak. Ez a nyomáskülönbség és a Föld forgása miatti ún. Coriolis-erő hatására a levegő mozgásba jön, szél támad. 1000 m felett a szél viszonylag állandó, de a földfelszín közelében a különböző terepeken a súrlódás ingadozásokat, örvényléseket okoz, ezért a szél iránya és sebessége időben erősen változik. A Földet érő évi napenergiának csak 1,5-2,5%-a fordítódik a levegőmozgás fenntartására, s ebből elméletileg is legfeljebb 3%-a hasznosítható bolygónkon. A szél mozgási energiája sebességfüggő. Legerősebb a nyílt vidéken, tengerpartokon, lapos dombokon, fennsíkokon. Biztonságos hasznosítása – szélmotoros formában – az évi lineáris 6 m/s átlagsebesség felett ajánlott (Duray B. et al. 2010).

A szélenergia hasznosítása világszerte dinamikusan fejlődik. Például az USA-ban 27,2 GW a szélerőmű-kapacitás (ebből 2008-ban telepített 8,4 GW), Németországé 23,9 GW (ebből 2008-ban 1,7 GW), Kínáé 12,2 GW (2008-ban telepítette a felét). A világon évente üzembe helyezett kapacitást a 11. ábra mutatja. A megújuló energiák közül 2008-ban a szélenergiából ruháztak be messze a legtöbbet a kontinensünkön (13. táblázat).

Figyelemreméltó, hogy míg néhány évvel ezelőtt az évenkénti európai telepítés többszöröse volt az észak-amerikainak és nagyságrenddel több az ázsiainál, addig 2008-ban a három kontinens lényegében hasonló teljesítményt létesített. A világ többi részében létrehozott szélerőmű-teljesítmény a fenti három régióhoz viszonyítva elenyésző. Európában a fejlesztési környezetet kedvezően befolyásolja az Európai Unió döntése, amely pontos ütemterv szerint egyre nagyobb arányban kívánja az energiát megújulókból előállítani, és amely döntést Magyarországnak is figyelembe kell vennie (Szalai et al. 2010).

.

11. ábra A világban évente beépített szélerőmű-teljesítmény MW-ban

Forrás: Szalai et al.,2010

13. táblázat A 2008-ban, Európában beépített erőmű-teljesítmények

Az erőmű típusa

Teljesítmény (GW)

Szél

8,484

Gáz

6,932

Olaj

2,495

Szén

0,762

Víz

0,473

Biomassza

0,296

Egyéb

0,149

Nukleáris

0,060

Összesen

19,651

Forrás: Szalai et al.,2010

Magyarországon a szélsebesség éves átlaga 2−4 m/s között van (a felszíntől 10 m magasságban). Magyarországon szélesebb körben, elsősorban az olyan kis szélmotorok alkalmazása jöhet szóba, amelyek vízszivattyúkat, áramfejlesztőket, víz-szellőztető berendezéseket működtetnek, 5 m/s szélsebességre méretezve, 2 4 m átmérőjű szélkerékkel, 7-10 m magasságú állványokon. A szél nagy térbeli változékonysága miatt egy átlagosan nem nagy szélsebességű térségben is előfordulhatnak jelentős sebességnövekedések (12. ábra). Ezért kell erőmű-telepítés esetén mindig helyi méréseket is végezni.

12. ábra Az éves szélsebesség 10 m-en, statisztikai módszerrel interpolálva,

0,1 m érdességgel számolva

Forrás: Szalai et al.,2010

A megújuló energiahordozókkal termelt villamos energia kötelező átvétele és kedvező ára, valamint a beruházási támogatások hatására Magyarországon 2005-ben megindult a szélerőmű-építések folyamata (13. ábra). Az ország első 6 szélerőműve a következő: Kulcson 600 kW, Inotán 200 kW, Mosonszolnokon 2 x 600 kW, továbbá Mosonmagyaróváron 2 x 600 kW. A szélerőmű létesítése – a megújuló energiaforrások között – viszonylag kedvező. Egy 600 kW-os egység beruházása 180-200 MFt, megtérülése 10-12 év a jelenlegi árak mellett. Ennek tudható be, hogy Magyarországon mintegy 180 tervezett szélturbina beruházás kapott beleegyező nyilatkozatot az illetékes környezetvédelmi hatóságoktól, így napjainkban felgyorsult a szélenergia-hasznosítás hazai folyamata. A széllel termelt villamos energia 2009-ben 62,4%-kal szárnyalta túl az egy évvel korábbi mennyiséget és meghaladta a 330 GWh-t. A korábbi 330 MW engedélyezett szélerőművi kapacitásból 176 MW valósult meg 2009 végéig, a fennmaradó kapacitás megvalósulása 2010 végére várható.

13. ábra Évente installált szélerőművek kapacitása Magyarországon

Forrás: Szalai et al.,2010

A vízenergia

A vízenergia hasznosítása a leghosszabb múltú a természeti erőforrások közül. A mechanikai energia hasznosításaként már az ókorban is jelen volt, a villamosenergia-szolgáltatásnak pedig a kezdetektől fontos szereplője. A vízenergia hasznosításának a villamosenergia-rendszerben betöltött szerepe alapján két lényeges funkciója különíthető el.

Primer megújuló energiaforrásként a vízenergia az áramszolgáltatás kezdetétől villamos energia előállítására szolgál. Jellegénél fogva szerepe a villamosenergia-ellátás terén elsődleges. A ma ismert trendek alapján fontossága e tekintetben a jövőben is hasonló marad. A klímavédelmi törekvések felértékelték a vízenergia szerepét. A vízenergia ugyanis megújuló és tiszta energia. A Kiotói Nyilatkozat, majd a johannesburgi WSSD-világtalálkozó állásfoglalása értelmében a vízenergia hasznosítását növelni kell.

Termelés- és fejlesztéstámogató eszközként a vízenergia is bekerült a villamosenergia-szolgáltatás biztonságát támogató rendszerekbe, a termelőkapacitás és a csúcsigények közötti differencia áthidalására. A megfelelő tározókapacitású vízerőművek a csúcsidei teljesítményigények teljesítésére használhatók. Emellett a vízerőművek és a szivattyús energiatározók a rendszerirányítás gyors reagálású, flexibilis eszközeivé váltak.

Teljesítményük szerint a vízerőművek lehetnek nagy- és kisvízerőművek. A regionális rendszerek részét képező nagyvízerőművek eszközül szolgálnak a termelés egészének emisszió csökkentéséhez. A kisvízerőművek a decentralizált villamosenergia-termelés részét alkotják, és kulcsfontosságúak sok ország vidékfejlesztésében. A víztározó léte, nagysága szerint két fő csoport különböztethető meg. Az átfolyó vízerőművek a vízfolyáson érkező vízhozamot visszatartás nélkül áteresztik, lényeges tározó nélkül. A tározós vízerőművekhez a tervezett üzemükhöz szükséges napi, heti vagy szezonális kiegyenlítést biztosító nagyságú tározó tartozik. Ennek speciális változata a szivattyús energiatározó, amelynek feltöltését nem, vagy nemcsak természetes hozzáfolyás, hanem szivattyúzás biztosítja (Szeredi et al. 2010). A vízenergia előnyeinek és hátrányainak mérlege a 14. táblázatban látható.

14. táblázat A vízenergia előnyeinek és hátrányainak mérlege

Forrás: Szeredi at al. 2010

A vízenergia a jelenleg legnagyobb mértékben hasznosított megújuló villamosenergia-forrás. Több mint 150 országban játszik meghatározó szerepet a villamosenergia-szolgáltatás terén, és ötvennél több országban a fogyasztás több mint felét a vízenergiára alapozzák.

A vízenergia hasznosítása primer energiaforrásként jelenleg a világ villamosenergia-termelésének ötöd-hatod részét teszi ki a termelés vagy a beépített teljesítmény arányában. A beépített teljesítmény 2007-ben elérte a 850 GW-ot, és a termelt villamos energia 3045 TWh volt. A jelenleg hasznosított vízenergia kevesebb mint a fele a gazdaságilag hasznosítható mennyiségnek, és kb. negyede a műszakilag hasznosíthatónak. A meglévő kapacitás és a termelés kb. fele Európában és Észak-Amerikában van. Az arányok folyamatosan változnak, főleg az Ázsiában és Dél-Amerikában épülő vízerőművek miatt.

Egyes országokban a vízenergia-hasznosítás kiemelt ütemű fejlesztésével más energiahordozók kiváltását teszik lehetővé, például Ausztria a nukleáris energiát, Norvégia pedig a földgáz villamosenergia-termelési célú használatát helyettesíti. A világ vízenergia-termelésének több mint felét öt ország (Brazília, Kanada, Kína, Oroszország, USA) végzi (Szeredi et al. 2010).

Magyarország elméleti vízerő-készlete mintegy 7,5 TWh eszmei energiamennyiséggel jellemezhető, amelynek megoszlása folyónként a következő:

Duna 72%

Tisza és Dráva 19%

Hernád és Rába 4,5%

Egyéb (338 db) kis vízfolyás 4,5%

Összesen 100%

A kis vízfolyások vízerő készlete mintegy 40 MW elméleti teljesítmény és 0,32 TWh/év elméleti energiatartalmat képvisel. A kis vízfolyások közül 54 jöhet a gyakorlatban számításba, amelyek elméletileg hasznosítható vízerő-készlete 10 MW, illetve 90 GWh/év.

A fenti értékek ellenére szükséges leszögezni, hogy az ország vízerő-hasznosítási adottságai nem kedvezőek. Vízerő-hasznosítási adottságainkat jól jellemzi a fajlagos, potenciális vízerő-készlet, amely nálunk 110 ezer kWh/km2. Ez az érték európai összehasonlításban az utolsó előtti, csak Hollandia adottságai rosszabbak ennél. A fajlagos, potenciális vízerő-készlet mutatószám részben és fordított arányban a fajlagos beruházási költségeket is jellemzi, ugyanis minél magasabb ez a szám, annál alacsonyabb a fajlagos beruházási költség.

A jelenleg meglévő 31 vízerőmű összteljesítménye 55 MW, villamosenergia-termelése 180 GWh/év, ami a teljes hazai villamosenergia-rendszerhez viszonyítva mintegy 0,5%-ot képvisel. A 31 meglévő vízerőműből 23 telephelyen folyik jelenleg villamosenergia-termelés, 8 telephely kis erőművei üzemen kívül vannak. Az előállított vízerőművi villamos energia közel 90%-át a 4 jelentősebb vízerőmű (Kiskörei, Tiszalöki, Kesznyéteni és az Ikervári erőművek) termeli meg.

Ma a vízenergia primer energiaforrásként a világban megújuló forrásból előállított villamos energia többségét biztosítja, rendszerszabályozási eszközként pedig a megújuló energia hasznosítások rendszerbe illesztésének legkiforrottabb eszköze. Ezzel szemben a magyar gyakorlat lényegében nemlétezőként kezeli a vízenergiát. A tárgyilagos helyzetfelmérés kísérlete sem mindig mentes a szélsőséges megnyilvánulásoktól. A szakma háttérbe szorult és hallgat. A tapasztalatok és ismeretek hiánya mellett vélelmek, feltételezések keverednek a bulvársajtó eszköztárával. A tények iránt a fogadókészség sem látszik biztosítottnak. A rendszerváltás után húsz évvel megengedhetetlen, hogy a hazai vízenergia kérdése kizárólag politikai ügy legyen elfogulatlan szakmai elemzés nélkül (Szeredi et al. 2010).

Elfogadhatatlan, hogy a mai magyarországi villamosenergia-fogyasztás 10–12%-át kitevő hazai vízenergia-potenciál energetikai hasznosításáról úgy mondjon le az ország, hogy e lemondást nem alapozta meg energetikai, környezeti, vízgazdálkodási, hajózási, mezőgazdasági, gazdasági, nemzetközi jogi stb. szempontokra kiterjedő, tudományos igényű, komplex vizsgálat. Az sem indokolható, hogy a megújuló forrásból termelt villamos energia részarányának előirányzott növelésében a villamosenergia-fogyasztókra és a lakosságra valószínűleg a legkisebb gazdasági terhet hárító vízenergia-hasznosítás még vizsgálat tárgyát sem képezi. A vízenergia hasznosításának kérdésében több mint fél évszázada nem készült átfogó vizsgálat, pedig a műszaki, gazdasági és környezeti feltételek megváltoztak. A megalapozott, racionális álláspont kialakításához le kellene lépni a vélelmek, feltételezések és emlékek bázisáról. Tudományos igényű, komplex vizsgálatokra van szükség (Szeredi et al. 2010).

A magyar villamosenergia-rendszerben a rendszer fejlődésére visszavezethető okokból hiányzó rendszerszabályozási kapacitás következtében a piac növekvő költségekre vezet, magas terheket hárít a fogyasztókra, anélkül, hogy a keletkező problémák hosszú távú megoldásához eszközül szolgálna. A komplex szolgáltatást és rendszerszabályozást biztosító szivattyús energiatározó gazdasági szempontból erős és megfelelő profitot biztosító befektetés a beruházó részére, versenyképes piaci pozíció mellett. Megvalósításához nem szükséges gazdasági támogatás, ezért vonzó célpontja a szakmai és nem szakmai befektetők érdeklődésének. Lényeges és eldöntendő stratégiai kérdés, hogy a magyar villamosenergia-rendszer kulcsfontosságú irányítási eszközét a nagyfeszültségű hálózathoz hasonlóan az állam diszpozíciójában kell-e tartani. Szükség van olyan rugalmas üzemű nagyerőműre, amit a szabályozásra alkalmas módon alakítottak ki. A szivattyús energiatározó belépésével a rendszerirányító egyrészt az árak stabilizálásával, másrészt pedig a projekt megfelelő használata esetén a rendszerszintű szolgáltatások iránti igény mérséklésével csökkenti a költségeit. Összességében a villamosenergia-szolgáltatás költségeit mérsékelné, biztonságát pedig növelné – tehát a villamosenergia-fogyasztók érdekét szolgálja (Szeredi et al. 2010).

A geotermikus energia

A geotermikus energia a földkéreg, a köpeny és a mag nagy hőmérsékletű tömegei által tárolt belső energia. Mivel a Föld belsejében sokkal magasabb a hőmérséklet, mint a felszínen, a belső energia szakadatlanul áramlik a nagy mélységű forró zónákból a felszín felé. Ez a földi hőáram. A földkéreg hőmérséklete a hővezetés törvényének megfelelően növekszik a mélységgel, így az egységnyi tömegű anyag energiatartalma is nő a mélységgel. Nyilvánvalóan annál alkalmasabbak a körülmények a geotermikus energia kitermelésére, minél közelebb van a felszínhez a magas hőmérsékletű közeg. Ez az egységnyi mélységre eső hőmérséklet-növekedéssel, a geotermikus gradienssel jellemezhető. A gazdaságosan kitermelhető geotermikusenergia-készlet a természeti, műszaki és gazdasági feltételek által meghatározott, az időben változó mennyiség.

A geotermikus energiáról alkotott értékítéletek sokszor túlzottan derűlátók, vagy túlzottan lebecsülők. Ebben a geotermikus energia kétarcúságának is szerepe van, ha bizonyos tulajdonságait egyoldalúan emeljük ki. A geotermikus energiakészletek szinte elképzelhetetlenül nagyok: a földkéreg felső tíz kilométere több mint ötvenezerszer annyi energiát tartalmaz, mint a ma ismert olaj- és földgázkészletek. Ugyanakkor a fajlagos energiatartalom viszonylag kicsiny. Amíg 1 kg földgáz elégetésekor 50 MJ energia szabadul fel, 1 kg 100 oC-os forró víz hasznosítható belsőenergia-tartalma a 15 oC-os környezeti szint fölött csupán 356 kJ. A földkérget fűtő földi hőáram teljesítménysűrűsége igen kicsiny, átlaga a Pannon-medencében közelítőleg 0,1 W/m2. Ez globálisan jelentős, hiszen Magyarország 93 000 km2 területén 9300 MW a hőutánpótlás teljesítménye. Lokálisan viszont egy adott geotermikus mezőre csak 100 kW/km2 jut. Erről a területről egy átlagos termálkúttal is mintegy 5 MW hőteljesítmény termelhető ki, tehát a geotermikus energia csak részben megújuló. Igazi értéke a hatalmas készletekben, környezetbarát jellegében, évszaktól, napszaktól és a fosszilis energiahordozók áremelkedésétől való függetlenségében rejlik (Bobok E. – Tóth A. 2010).

A geotermikus energia hasznosítása a huszadik század elején kezdődött. 1904-ben, az olaszországi Larderellóban létesült a világ első geotermikus gőzre telepített, villamos energiát termelő berendezése, 1926-ban pedig Reykjavík hévíz-bázisú távfűtő rendszere. 1950-től rohamos volt a fejlődés, viszont az 1990-es években az olcsó olajár egy évtizedes megtorpanást hozott. Azóta újra gyors a fejlődés mind az elektromos energia termelése, mind a közvetlen hőhasznosítás területén. Az elektromos erőművek huszonnégy országban, 2008-ban beépített kapacitása meghaladta a 10 GW-ot. A legjelentősebb termelők: USA (2,96 GW beépített teljesítmény, 19 TWh/év megtermelt energia), Fülöp-szigetek (2 GW, 10 TWh/év), Indonézia (1 GW, 6,5 TWh/év), Mexikó (0,95 GW, 6,3 TWh/év), Olaszország (0,81 GW, 5,3 TWh/év). A közvetlen hőhasznosítás hetvenkét országban összesen 29 GW hőteljesítményű, ami 76 TWh/év energiát jelent, ez 20 millió t olaj energiatartalmával egyenértékű. A legjelentősebb hőhasznosítók: Kína (3,7 GW beépített teljesítmény, 12,6 TWh/év megtermelt energia), Svédország (3,84 GW, 10 TWh/év), USA (9 GW, 9,7 TWh/év), Törökország (1,5 GW, 6,9 TWh/év), Izland (1,85 GW, 6,8 TWh/év) (Bobok E. – Tóth A. 2010).

Magyarország természeti adottságai rendkívül kedvezőek a geotermikus energia hasznosítására. Az elvékonyodott kéreg a Kárpát-medencében a kontinentális átlagnál nagyobb földi hőáramot és geotermikus gradienst eredményez. A jelenleg hasznosított hidrotermális rendszerek hőmérséklete általában a közvetlen hőhasznosítást teszi indokolttá. A geotermikus energia mezőgazdasági célú felhasználásában a világ élmezőnyében vagyunk. Ma Magyarországon 193 működő termálkúttal, 67 ha területű üvegház és 232 ha fóliasátor fűtése van megoldva. Az állattartás területén ötvenkét helyszínen hasznosítjuk a geotermikus energiát halastavak, baromfikeltetők, istállók temperálására. A szentesi Árpád-Agrár Zrt. 65 MW kitermelt hőteljesítményével a legnagyobb koncentrált fogyasztónk. A rendelkezésre álló hőlépcső kihasználása jelentősen javítható lenne. A mezőgazdaságban 212 MWt beépített kapacitással 1871 TJ/év geotermikus energia hasznosul.

Magyarországon negyven településen több mint 9000 lakást fűtenek geotermikus energiával. Ennek 118,6 MWt beépített teljesítménye 1162 TJ/év energiát jelent, amelynek 80%-a a távfűtő rendszerekben, 20%-a egyedi fűtőrendszerekben hasznosul. Magyarország legkorszerűbb, 10 MW hőteljesítményű geotermikus távfűtő rendszere Hódmezővásárhelyen üzemel jó hatásfokkal és gazdaságosan. A sikeresen megoldott vízvisszasajtolás költségei ellenére a távfűtés költsége a gáztüzelésű távfűtéséhez képest 40%-kal kisebb.

Magyarországon is építhetők geotermikus villamos erőművek, de nem véletlen, hogy napjainkig erre nem került sor. A nagy (<200 ºC) hőmérsékletű túlnyomásos tárolók termelésbe állításának műszaki feltételei nem minden részletükben megoldottak. Az extrém nagy nyomás és oldottanyag-tartalom egyaránt további alap- és alkalmazott kutatásokat tesz szükségessé. Ezek megoldható problémák, de nem megkerülhetőek (Bobok E. – Tóth A. 2010).

A biomassza

A biomassza egy biocönózisban vagy biomban, a szárazföldön és vízben található élő és nemrég elhalt szervezetek (növények, állatok, mikroorganizmusok) tömege, biotechnológiai iparok termékei és a transzformálók (ember, állat, feldolgozóipar stb.) biológiai eredetű termékei, melléktermékei, hulladékai. Az ember testtömegét nem szokás a biomassza fogalmába vonni. A biomassza elsődleges forrása a növények asszimilációs tevékenysége. Keletkezésének folyamata a produkcióbiológia fő témája. A növényi biomassza a fitomassza, az állati biomassza a zoomassza. A termelési-felhasználási láncban elfoglalt helye alapján a biomassza lehet elsődleges (természetes vegetáció, szántóföldi növények, erdő, rét, legelő, kertészeti és vízben élő növények), másodlagos (az állatvilág, a gazdasági haszonállatok összessége, továbbá az állattenyésztés fő- és melléktermékei, hulladékai) és harmadlagos (biológiai eredetű anyagokat felhasználó iparok termékei, melléktermékei, hulladékai, emberi települések szerves eredetűszerves hulladékai).

A mezőgazdasági eredetű biomassza energiaforrások osztályozása: szilárd biomassza, folyékony bioüzemanyagok, biogáz. A biomassza hasznosításának fő iránya az élelmiszer-termelés, a takarmányozás, az energetikai hasznosítás és az agráripari termékek alapanyaggyártása. Az energetikai hasznosítási módok közül jelentős a termokémiai, biokémiai és a mechanikai átalakítás(14. ábra) A világ negyedik legelterjedtebb energiaforrása jelenleg a szén, a kőolaj és a földgáz után a biomassza. A klasszikus és új biomassza-energia együtt jelenleg a felhasznált energia 14%-át fedezi világátlagban.

A biomasszára alapuló energetikai alapanyag-termesztés területei:

• Fás szárú, különböző vágásfordulójú ültetvények telepítése (akác, éger, fűz, nemes nyár stb.);

• Lágy szárú növények szántóföldi termesztése (energiafű, nádfélék stb.);

• Biodízel előállításához olajos magvú növények termesztése (napraforgó, repce stb.);

• Etanol előállítására alkalmas növények termesztése (árpa, búza, kukorica stb.) (Dinya L. 2010).

14. ábra A biomassza energetikai hasznosítása

Forrás: Dinya L. 2010

Szilárd halmazállapotú, energiahordozóként használható biomassza (15. táblázat)

Az energetikai célra szilárd halmazállapotban használatos biomassza mező- erdőgazdaság, vagy faipar melléktermékeként, hulladékaként, vagy célszerűen erre a célra termesztett növényként (ún. energianövényként) állhat rendelkezésre. Minden olyan növény alkalmas energiahordozónak, melynek a nedvességtartalma kicsi és így az energiaátalakítás során energianyereségre lehet szert tenni. Magyarországon ez azt jelenti, hogy a betakarításkori nedvességtartalma 40 %-nál kisebb, vagy mesterséges energiaráfordítás nélküli szárítással ilyen értékre csökkenthető.

Energiaültetvények és -erdők telepítésével – megfelelő ösztönzési rendszer mellett – a szilárd biomassza hazai mennyisége jelentősen növelhető. Jelentősebb energiaültetvény beruházás Magyarországon még nem valósult meg, egyelőre kísérleti telepítések történtek.

A kedvező tüzelőanyag, illetve villamosenergia-árak mellett több, jelentősebb beruházás valósult meg, illetve indult meg Magyarországon. Ezek közül kiemelendőek az alábbiak:

  1. Szigetváron 2 MW kapacitású távhőtermelés,

  2. Mátészalkán 5 MW kapacitású távhőtermelés,

  3. Körmenden 5 MW kapacitású távhőtermelés, valamint

  4. Szombathelyen 7 MW kapacitású távhőtermelés.

A fahulladékra alapozott távhőtermelő beruházások mellett Papkeszin 5 MW kapacitású gőztermelő berendezés lépett üzembe, továbbá Szentendrén hő- és villamosenergia-termelő beruházás valósult meg. Jelentősen növelni fogják a hazai megújuló energiával történő villamosenergia-termelést a kazincbarcikai, ajkai és pécsi erőművekben létesülő, összesen 100 MW kapacitású beruházások, amelyek főként szintén fahulladék-tüzeléssel fognak üzemelni.

Tüzelőanyag-váltás történt több erőműben, ahol a szenet a gáz és a biomassza váltotta fel vagy kiegészíti (Ajkai Erőmű, Kazincbarcikai Erőmű, Pécsi Erőmű, Tiszapalkonyai Erőmű, Mátrai Erőmű)

15. táblázat: A főbb biomassza energiahordozók mennyisége különböző szakmai becslések szerint

Melléktermék

Szalma

Kukorica szár és

csutka

Napraforgó

Venyige

Nyesedék

Venyige

Fa

hulladék

Termelt mennyiség

(106 t/év)

4,5-7,5

10,0-13,0

1,0-1,2

1,0-1,2

1,0-1,5

Eltüzelhető mennyiség

(106 t/év)

2,0-3,0

elméletileg a teljes mennyiség

elméletileg a teljes mennyiség

elméletileg a teljes mennyiség

0,5-0,7

Fűtőérték MJ/kg

(18% nedvességtart.-nál)

13,5

13,0

11,5

14,8

15,0

Folyékony halmazállapotú energiahordozóként használt biomassza

A biológiai eredetű folyékony energiahordozók alapanyagaként felhasználható növények általában nem melléktermékek, az alkalmazás pedig a közvetlen hőtermelésen kívül üzemanyagként a hagyományos energiahordozók helyett, illetve azokkal keverve is lehetséges. A folyékony ún. bio-üzemanyagok két csoportját különböztetik meg: a növényi eredetű alkoholokat (bioetanolt) és a növényi olajokat (a biodízelt).

A biodízel (a kémiailag – észterezéssel – átalakított repce és/vagy napraforgó olaj) alkalmazása történhet tisztán és bekeveréssel. Az állami támogatással elindított beruházási program keretében két üzem – Mátészalkán és Kunhegyesen – építésének indítására került sor. Mátészalkán az üzem tervezett befejezése 2004. március 30-ig történik meg. Kunhegyesen az üzem felépült, megvolt a próbaüzem, de a zárt rendszerű forgalmazás miatt a „0” jövedéki adó és a 30 Ft/l felhasználói támogatás mellett is veszteséges volt a termelés, így leállt az üzem. Az első működő, kísérleti üzem azt bizonyította, hogy az olajmag alapú motorhajtóanyag-termelés zárt forgalmazási rendje ilyen feltételek között nem működik.

Bioetanol gyártáshoz a desztilláló kapacitások jelenleg is rendelkezésre állnak. Jelenleg 40-55 millió liter/év a szabad kapacitás, ami a Budafoki Üzem rekonstrukciójával 60-80 millió liter/évre is növelhető lenne.

Gáz halmazállapotú energiahordozóként használt biomassza

Biogáz előállításra valamennyi szerves anyag (kivéve a szerves vegyipar termékeit) alkalmas, mint pl. a trágya, fekália, élelmiszeripari melléktermékek és hulladékok, valamennyi zöld növényi rész, háztartási hulladékok, kommunális szennyvizek, stb.

A nedves biogáz-gyártás alapanyaga általában hígtrágya, vagy élelmiszeripari szervesanyag-tartalmú folyadék, melyeknek szárazanyag-tartalma 2-8%, és a szervesanyag-tartalom 40-60% között van. 2003-ban kezdte el teljes kapacitással a működését a Nyírbátorban felépült, európai viszonylatban is jelentős, állattartási és mezőgazdasági hulladékra alapozott biogáz-üzem. Az 1,6 MW-os villamosenergia-termelési kapacitású üzem 2003-ban mintegy 7 GWh villamos energiát termelt biogáz alapon.

A biogáz termelődés egy sajátos helyszíne a települési szilárd hulladék-lerakó, ahol az ún. depóniagáz spontán keletkezik. A régi lerakókat megfúrják, becsövezik és az összekötött csővezetéken elvezetik a biogázt (az új hulladék-lerakókat már a telepítésnél gázgyűjtő rendszerrel kell ellátni), amelyet legtöbbször elfáklyáznak. A lerakókban keletkező biogáz energetikai hasznosítására a hulladékgazdálkodási előírások következtében (lerakásra kerülő hulladékok szervesanyag tartalmának kötelező csökkentése miatt) kevésbé lehet majd számolni a jövőben, így a szelektív hulladékkezelés széles körű bevezetésének a következtében a lerakókban spontán keletkező biogáz mennyiségnek a csökkenése várható.

A megújuló energiahordozók szerepének növelése Magyarországon

Hazánk nemzetközi kötelezettségvállalása, hogy 2010-re a megújuló energiaforrásokból előállított villamos energia részarányát 3,6%-ra növeli. A rendszerváltáskor a megújulókat szinte kizárólag a vízenergia képviselte, áttörő változás 2003-ban indult meg (15. ábra). 2005-ben a megújulókból termelt villamos energia az összesnek a 4,17 %-a, ezek közül a legjelentősebb energiaforrásunk a biomassza.

15. ábra Magyarország megújuló villamosenergia-termelése

A megújuló energiaforrásokhoz és a kapcsoltan termelt villamos energia kötelező átvételéhez kapcsolódó kompenzációs célú pénzeszköz (KÁP) kifizetés 31,6 milliárd forint volt 2005-ben, mely közel kétszerese az előző évi és négyszerese a 2003. évi kifizetésnek (16. ábra). Mivel a KÁP értéke beépül a villamosenergia-árba, így jelentős árdrágító tényező.

16. ábra: A kompenzációs célú pénzeszköz (KÁP) és egyes termelési módok alakulása