Klímaváltozás – fenntarthatóság - energiatermelés

1. Klímaváltozás – fenntarthatóság - energiatermelés Hogy csökkentsük a széndioxid kibocsátást? Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

2. Egyre több nemesített energiahordozó (villamosenergia, hőszolgáltatás), Átalakítási hatásfok javítása: gőzparaméterek növelése, kombinált ciklusok, kapcsolt energiatermelés Meghatározó a fenntartható fejlődés (nem csak azóta, hogy kimondták!). Az energetika főbb trendjei Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

3. Mi a fenntartható fejlődés? „a fenntartható fejlődés olyan fejlődés, amely kielégíti a jelen szükségleteit, anélkül, hogy veszélyeztetné a jövő nemzedékek esélyét arra, hogy ők is kielégíthessék szükségleteiket”. (Közös Jövőnk jelentés, 1987) fenntartható fejlődés • gazdasági és • természeti korlátok : • korlátozott források, • korlátozott nyelők. • a lehetőségek bővülése, • életminőség javulása, • jólét növekedése. Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

4. Fenntarthatóság korlátai Készletek végessége: rossz interpretáció: hány évre elegendő a készlet helyes értelmezés: a jelenleg biztosan ismert és gazdaságosan kitermelhetőnek tartott készlet aránya a jelenlegi kitermeléshez Példa: kőolaj 1973: olajválság, mert már kevesebb, mint 30 évre elég az olajkészlet (kitermelés 2.8 milliárd t/év, ár: 3 USD/bbl) 2003: a készletek már csak 35-40 évre elegendőek (kitermelés 3.7 milliárd t/év, ár: 25 - 40 USD/bbl) Fogyasztási előrejelzés 2020-ra: 5…5,5 milliárd t/év A készlet jelenleg nem kemény korlát !! Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

5. Fenntarthatóság korlátai Nyelők (befogadók) végessége • széndioxid légköri élettartama hosszú (15…100 év), • az energiafelhasználás 90%-a származik tüzelésből, • az antropogén széndioxid kibocsátás több mint 95%-a a tüzelőanyag felhasználásból származik, • a légkör széndioxid koncentrációja folyamatosan nő (jelenleg 35%-kal magasabb, mint a XIX. sz. előtt), • üvegház hatás (!?). Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

6. CO2 kibocsátás jövője Karbon intenzitás csökkentése: rövid távú lehetőségek: • szén helyett földgáz, • nukleáris energia, • vízenergia, • geotermikus energia, • biomassza alkalmazás (nem minden égetés jó!), • szélenergia. korlátok: • korlátozott készletek, • földrajzi elhelyezkedés, • ellenérzések. • költségek !! • Energiaigényesség csökkentése: • végfelhasználási (ipari, fűtési, közlekedési stb.) technikák javítása, • átalakítási veszteségek csökkentése (hatásfok javítás). Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

7. Lehetséges hosszútávú kibontakozási irányok: • fosszilis tüzelőanyagok és a CO2 eltüntetése, • fissziós erőművek, növelt biztonsággal, jobb anyaghasznosítással (FBR), • fúziós nukleáris energiatermelés, • napenergia •   villamosenergia tárolással, •   hidrogén tárolással, •   környezeti hőmérsékletű szupravezetéssel, •   űrbeli elhelyezéssel, • vagy bármi más, ma még nem ismert megoldás. Megoldás van, csak még nem ismerjük. (1908-ban ki tudta megmondani, mit hoz a XX. század?) Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

8. CO2 csökkentés költsége: szélerőmű • Beruházási támogatás: 300 eFt/kW 30%-a: 90 eFt/kW • 13 500 Ft/év/kW (15%/év annuitással) • 6,75 Ft/kWh (2000 h/év kihasználással) • átvételi felár: 8 Ft/kWh • összes támogatás: 14,75 Ft/kWh • kiváltott CO2: 0,57kg/kWh (gáztüzelés, 36% (!) hatásfok) • 26 eFt/t CO2 (kb. 100 EUR/t) • Ír tanulmány (2004): 138 EUR/t(figyelembe veszi a gyakori terhelésváltozás miatti hatásfokromlást a CCGT-knél) • Svéd tanulmány (T. Ackermann: Joined up thinking. Renewable Energy World July-August 2005.)jelenleg: 95-168EUR/t2015-re: 40-77EUR/t(CO2 adótól és fosszilis energiák árától függően) Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

9. Szén helyett földgáz (hazai prognózis):fajlagos költség: 6 200 Ft/t CO2(24 EUR/t) Atomerőmű: költségmegtakarítás!fajlagos költség (?): -11 eFt/t CO2 Biomassza (fatüzelés, energiaültetvény):sem a költség, sem a széndioxid megtakarítás nem ismert, nem egyértelmű. Hőerőművek Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

10. Költségek bizonytalanságai technológiák alakulnak nincs élettartam tapasztalat mezőgazdasági stb. támogatások nem teszik áttekinthetővé a költségeket Széndioxid csökkenés bizonytalanságai erdőirtás? – dupla kár ültetvény és természetes vegetáció ültetvény, betakarítás stb. energiaigénye (gázolaj) ipari technológia energiaigénye (aprítás, feldolgozás, biogáz-, alkoholtermelés…) Biomassza (fatüzelés, energiaültetvény) Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

11. Kazán Füstgáz-tisztítás CO2 befogás Levegő Égéstermék Szén Atmoszferikus égéstermék (1000 m3/s) Gőzturbina G Gőz CO2 További lépések G: Generátor • Szükséges fejlesztések: • Mosószerek/anyagok viselkedésüknek és környezetükre gyakorolt hatásuknak vizsgálata szén specifikus feltételek mellett. • Folyamattesztelés kísérleti és demonstrációs léptékben. Széndioxid kivonás a füstgázból(post-combustion CO2 capture) reagens: etanol-amin oldat költség: 50…60 USD/t CO2 utólag beépíthető megoldás Reducing Greenhouse Gas Emission. The Potential of Coal. IEA - CIAB, 2005 Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

12. LSZ G: Generátor LSZ: Levegő szeparátor HK: Hőhasznosító kazán Levegő N2 Nagynyomású füstgáz (10m3/s) O2 Gáz-turbina HK Elgázosító Füstgáz-tisztítás CO shift CO2 befogás Füstgáz Szén Gőz-turbina G G CO2 További/változtatott lépések CO shift: (H2O)gőz + CO = CO2 + H2 • Szükséges fejlesztések: • H2-ben gazdag tüzelőanyagú gázturbina, további egységek integrálása • A teljes IGCC technológia műszaki/gazdasági optimalizálása A technológia hozzáférhető ipari méretekben, a H2 hasznosító gázturbina kivételével. Az IGCC-k elterjedésének egyelőre gátat szab azok magas költsége. Széndioxid kivonás elgázosítással(pre-combustion CO2 capture) Reducing Greenhouse Gas Emission. The Potential of Coal. IEA - CIAB, 2005 Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

13. Hatásfok csökkenés Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

14. Szén LSZ Kazán Füstgáz-tisztítás CO2/H2O Kondenzáció CO2 Levegő O2 Gőz-turbina H2O, SO2 G További/változtatott lépések G: Generátor LSZ: Levegő szeparátor • Szükséges fejlesztések és vizsgálatok: • Kazántervezés az égéstermék recirkulációjával és O2/CO2 égetésével • Égéstermék tisztítása, kondenzáció és vízkezelés • A folyamat elemeinek összehangolása Jelenleg Oxy-fuel folyamat csak elméleti modellként létezik, laboratóriumi méretekben. Megvalósíthatóságát most kell demonstrálni. Oxi-fuel eljárás tüzelés oxigénnel égéstermék: H2O + CO2 égéstermék recirkuláció kell vízgőz kondenzálás egyszerű levegő szétválasztás energiaigénye nagy Reducing Greenhouse Gas Emission. The Potential of Coal. IEA - CIAB, 2005 Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

15. Széndioxid szállítás költsége szállítási távolság: 250 km költség, USD/t szállított mennyiség, Mt/év Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

16. Tárolási geológiai formációkban • kimerült olaj és gázmezők • olaj és gáztermelés intenzifikálása • mély sórétegekben • metán kitermelés szénrétegekből Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

17. Óceáni elhelyezés Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

18. erőművi többletköltség (CO2 kivonás) 20…30 EUR/t szállítás 1…10 EUR/t (erősen távolságfüggő) elhelyezés 5…50 EUR/t Összesen: 30…90 EUR/t Felhasználás: olaj- és gázkitermelés segítése 10…50 EUR/t nyereség is lehet (?!) Széndioxid kivonás füstgázból Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

19. Kibocsátási jog ára, EUR/t (2006-2009) Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

20. Kvótaár 2010 – 2011 Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

21. Kvótaár 2011 közepétől Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

22. Kibocsátás-csökkentés költsége (egy más megközelítés) bázis: jelenlegi 150 MW szubkritikus lignittüzelésű blokk (német adatok) CCS = Carbon Capture and Storage CCS CCS CCS Coal Industry Advisory Board Reducing Greenhouse Gas Emission. The Potential of Coal. IEA - CIAB, 2005 Dr. Gács Iván, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék