A megújuló energiahordozók használatának helyzete

Kategória: Európai Unió | Szerző: Dr. Tóth László professzor emeritus, SZIE GEK, 2015/11/26

A Föld népessége túlhaladta 7 milliárdot, és a prognózisok szerint további növekedés várható. A fejlett országokban él a népesség mintegy 20%-a, amely a Föld összes energiafelhasználásából közel 80%-ban részesedik. Ez a jelentős aránytalanság elsősorban az ipari és az általános emberi fejlődés eltérő üteméből, a jelenlegi fejlettségi szintek egyenetlenségéből adódik, és csak kisebb részben a kontinensek közötti eltérő éghajlati viszonyok következménye.

A szakemberek véleménye szerint elképzelhetetlen, hogy a föld teljes népessége a jelenlegi fejlett országok energiafelhasználási szintjére fokozza egy főre jutó energiafelhasználását.

A tudomány és a technika jelenlegi fejlettségi szintjén az energiaigény tartósan nem lesz kielégíthető.

Az energiatermelés (az energia átalakítása, szállítása és felhasználása) nélkülözhetetlen eleme életünknek, de eközben környezetünk szennyezésének is jelentős forrása. A jövő energiafelhasználásával szemben támasztott legfontosabb követelmény azonban az, hogy a lehető legkisebb mértékben károsítsa a környezetet.

Az energiagazdálkodás hatékonyságának növelése, a tiszta megújuló energiák mind nagyobb mértékű felhasználása egyrészt környezetvédelmi feladat, másrészt gazdasági érdek. Környezetvédelmi feladat, mert a hatékonyság növelése által megtakarítható energiát nem kell környezetünk rovására megtermelni.

Az EU vállalása és feladatai

A tagországokkal szemben alapvető követelmény, hogy a meglévő nemzetközi adottságok mellett a lehető legkisebb ráfordítással lehessen biztosítani a gazdaság működéséhez és a fenntartható fejlődéshez szükséges energiát.

A környezetterhelés csökkentésére irányuló törekvések egyre meghatározóbbak. A legfontosabb területek:

• a levegőtisztaság védelme,
• a vízszennyezés csökkentése,
• a talajszennyezés csökkentése,
• az üvegházhatás csökkentése.

Az energiahatékonyság növelésére, a fajlagos energiafelhasználás csökkentésére az élet szinte minden területén nyílik lehetőség. A legfontosabb fejlesztési területek az alábbiak szerint csoportosíthatók:

• az ipari technológiák energiahatékonyságának növelése;
• településeken a fűtési célú energiafelhasználás hatékonyságának növelése (szigetelés, hővisszanyerés, jobb hatásfokú fűtőberendezések stb.);
• a szállítás energiaigényének csökkentése;
  energiafelügyeleti és -szabályozó rendszerek a fenti területeken.

Ma már egyre több ország él azzal a lehetőséggel, hogy a rendelkezésére álló megújuló energiaforrásokat szinte erején felül hasznosítsa.

Az illető országok adottságaitól függően elsősorban az alábbi megújuló energiaforrások hasznosításáról beszélhetünk:

• napenergia,
• szélenergia,
• biomassza,
• földhő,
• vízenergia,
• hullámenergia stb.

Az EU-s energiapolitika fókuszában (nem a teljesség igényével) a következő témakörök kapnak kiemelt szerepet:

• az ellátásbiztonság,
• az európai energiapiac integrációja,
• a megújuló energiaforrások felhasználásának növelése,
• az energiahatékonyság, takarékosság ösztönzése. Az EU előírása 2020-ra az összes tagország átlagára vonatkoztatva:
• a primerenergia-használás 20%-os csökkentése;
• 20%-kal csökkenjen az üvegházhatású gázok kibocsátása;
• az összes energiamix 20%-át fedezzék a megújuló energiaforrások.

Műszaki fejlesztési feladatok, irányok

A fentieken túl igen fontosak az energiatárolás terén szükséges technológiai fejlesztések, amelyek révén megoldhatók lennének az időjárásfüggő megújuló energiatermelés rendszerszabályozással kapcsolatos nehézségei.

A villamos energia elterjedt tárolási módszere az akkumulátor, amelyet nagy valószínűséggel az üzemanyagcellák váltanak majd fel (a közlekedésben és a telekommunikációban meghatározóan).

Küszöbön van a hidrogén- és metanolalapú gazdaság kiépítése. Ma ezek üzemanyagként történő gyakorlati felhasználása áll világviszonylatban a kutatások fókuszában, de meghatározó szerepet játszhat az energiatárolásban is. Ennek egyik példája, amikor például szélerőművek által termelt árammal elektrolízis révén hidrogént állítanak elő, amely tárolható és szállítható. Nap- és szélenergiából előállított villamos energia nyújt legtisztább – üvegházi gázkibocsátást nem növelő – megoldást az említett hidrogén vagy metanol előállításához.

A hazai energiahelyzet

A hazai energiaszektor már az elmúlt évtizedben jelentősen csökkentette káros kibocsátását.

Gazdaságunk fajlagos energiafelhasználása mérséklődött, ami a versenyképességünkben is meghatározó, s eközben a környezetterhelés is csökkent.

Az erőműveink összetétele (strukturálisan) s ezzel a hatékonysága az elmúlt 50 évben jelentős mértékben változott. A hatásfokuk 22–24%-ról 35–38%-ra növekedett. Jelentősen csökkent erőműveink károsanyag-kibocsátása.

A kén-dioxid kibocsátás töredékére mérséklődött, de ma már mind a szilárd anyag, és a nitrogén-oxid-kibocsátásban is alacsony szinten vannak az erőműveink.

A prognózisok szerint a jövőben a végső energiafelhasználásban a hőenergia csökken, a villamos energia részaránya jobban nő – részben a hőpiacon, részben a közlekedésben való nagyobb szerepvállalása miatt. Az üzemanyag részaránya nem vagy keveset változik, viszont a felhasználásában szerepet kap több alternatíva is.

Az ágazati felhasználások

2010-ban a végfelhasználóknál az ún. végenergia felhasználását a gazdaság alapvető ágazataiban az 1. ábra mutatja.

Az Agrárium lap olvasóközönségére figyelemmel kiemelem a mezőgazdaságot. A mezőgazdaság, erdőgazdálkodás és halászat energiafelhasználásának aránya erőteljesen visszaesett az utóbbi tíz-tizennégy évben, aminek a növekvő környezettudatosság mellett gazdasági okai is vannak (2. ábra).

A végenergia-hordozók szerint az agrárium energiafelhasználásának megoszlását a 3. ábra szemlélteti.

A diagramból kitűnik, hogy a mezőgazdaságban a legnagyobb energiafogyasztás gázolajból és földgázból van. Ha a felhasználási helyeket is vizsgáljuk, megállapítható, hogy a gázolaj felhasználás a legnagyobb, s egyben rámutat arra is, hogy a növénytermesztés a legnagyobb energiafogyasztó, de még egyértelműbb, ha ide számítjuk a szárítást is, ami csak részben szolgálja az állattartás igényeit. Egyéb felhasználók között igen jelentős a kertészeti ágazat, főként a zárttéri hajtatás.

A mezőgazdaság hazai 3%-nyi energiafelhasználásból bármekkora csökkenés is az összes energiában jelentéktelen mértékben jelenik meg. Mindenesetre ezt a 32–36 PJ-nyi igényt a mezőgazdaság csak biomasszából képes fedezni, sőt többletet állíthat elő, tehát a mezőgazdaság a nemzetgazdaság energia igényét, még jelentős fejlesztése mellett sem befolyásolja. A két fő felhasználó: erőgépek (traktorok, tehergépkocsik, magajáró gépegységek) és a szárítógépek (4. ábra).

E területeken számottevő eltérés a jövőben sem várható.

A Nemzeti Cselekvési Terv

Magyarország is csatlakozott az EU megújuló energiák felhasználására kitűzött (3 × 20%-os arány) célokhoz, és összességében 14,65%-ra kívánja növelni a megújulóenergiafelhasználást a bruttó energia részarányaként (a kormány 1002/2011.1.14 határozata). Kimondja, hogy a megújuló energiák 2020-ra bruttó értékben 165–180 PJ-t tesznek ki. Ezt lapvetően 3 ágazatban, a villamosenergia-ellátásra, a közlekedésre, valamint fűtési és hűtési célokra kívánja felhasználni.

Magyarországon a primerenergia-felhasználás 1160–1200 PJ-t jelent. Ennél a végső energiafelhasználás 30–35%-kal kevesebb.

A becslésekhez különféle szcenáriók készültek a 2020–2030 és 2050-es évekre, a végső energiafelhasználás vonatkozásában. A becslésnél számoltak a korábbi évek GDP- és energiafelhasználás-regressziójával.

Magyarországon a megújuló villamosenergia- előállítás és -felhasználás 2010-ig számottevő mértékben a biomassza-felhasználás révén növekedett. A megújuló villamos energia 2010-re elérte a 2600–2900 GWh/év értéket, ami a hazai nettó villamosenergia-termelés 7,1%-át tette ki. Az EU-nál a vállalásunk 2010- re 3,6% volt. Tehát jelentősen túlteljesítettük.

A biomassza jelentősebb villamos ipari célú felhasználása 2004-ben kezdődött. Források hiányában csupán a hagyományos szenes erőműveket alakította át vegyes tüzelésűre. Ezzel igen alacsony, 20–25%-os energia-transzformálási hatásfokot értek el. Ennek ellenére, mivel megújuló energiának jelölték meg, a 2008– 2010 években 25–30 milliárd forintot tett ki a biomasszából előállított villamos energiára fordított támogatás és csupán 8–8,5 milliárd forint fordítódott az egyéb megújulókra (szél, geotermikus, nap és egyéb energiákra).

A kormányzat a helyenkénti túlzott erdőirtást látva, valamint az alacsony hatásfokú transzformáció miatt 2011-ben megvonta a támogatást.

Ezzel közel 500 GWh/év mértékkel csökkent a villamosenergia-előállítás.

Energetikai értelemben ténylegesen azt kell vizsgálni, hogy mennyi lesz az ún. nettó végenergia- hozam. A biomassza/villany (Output/ Input – O/I) aránya a szállítási távolságoktól és a szállított anyag energiasűrűségétől függően 1–2–3.0 adódik. Csak hőenergia-előállításnál (fűtésnél) el lehet érni (70–90%-os tüzelési hatásfok) mellett az O/I = 6 értéket is.

Ez mindjárt jelzi is, hogy önállóan csak villamosenergia- előállításra biomasszát nem célszerű felhasználni. Akkor már megfontolandó s előnyös lehet a kapcsolt (CHP, kogenerációs) termelés, amikor a termelt villany mellett az összes hőt is felhasználjuk. Ekkor a hőenergiatermeléshez közel azonos az arányt kapunk.

Tehát a hasznosítható végenergia szempontjából a teljes folyamatot figyelembe kell venni: a biomassza előállítását, előkészítését az átalakításra és az átalakítás hatékonyságát. Ez kihat a biomassza-felhasználással elérhető végső CO2-megtakarításra is.

Ökológiai fenntarthatóság

A mezőgazdasággal és a talajerő-gazdálkodással foglalkozó szakemberek a gabonaszalma, kukoricaszár energiacélú felhasználását kritizálják, hiszen vallják, hogy ökológiailag a talaj termőképességének fenntartásához, a talaj, mint élő szervezet „táplálásához” ezekre a szerves anyagokra szükség van. Tehát jelentős mennyiségüket vissza kell „dolgozni” a talajba, hogy „fenn tudják tartani” a talaj eredeti struktúráját, a víztározó képességét, és biztosítva legyen számos a növényi élethez szükséges anyag (szén, ásványi sók, mikroelemek stb.). Vallják, hogyha a termést folyamatosan csak elvisszük a területről, akkor a talajt degradáljuk, csökken a termőképessége, s romlik a termelt növények a tápanyagértéke is.

De néhány esetben önmagában az energetikai szempontok is korlátot jelentenek.

Egyes melléktermékek, például a szőlővenyige, gyümölcsnyesedékek elvétele ökológiailag nem számottevő, de ugyanakkor energiaipari célból sem jelentősek, hiszen nem feldolgozott formában az energiasűrűségük olyan csekély mértékű, hogy a szállításuk 15–20 km-nél nagyobb távolságra már semmiféleképpen sem gazdaságos. Tehát ezeknél a helyi decentralizált energiatermelés lehet a jó megoldás.

Ahogy említettük, biomasszából csak abban az esetben célszerű villamos energiát termelni, ha a folyamat során egyidejűleg termelt hő is felhasználásra kerül (CHP rendszerben) Mivel a hőfelhasználás, a hőátadási sajátosságok miatt térben korlátozott, a villamosenergia-termelést kell a hőfelhasználáshoz igazítani. Éppen ezért a településeken egyre növekszik a kisebb méretű decentralizált kogenerációs egységek létesítése iránti igény. Ezeket az egységeket az elektromos rendszer indításvezérléséhez kell rendelni, a párhuzamos hálózati együttműködésnek megfelelően.

A várható tendenciák

A megújuló energiákra vonatkozó NCST a felhasználás formáit 3 fő részre bontja:

• hőtermelés (beletartozik a fűtési és a hűtési energia is);
• közlekedés;
• és villamos energia.

A nemzetközi trendekhez igazodva (5. ábra) összességében folyamatosan a megújulóenergiafelhasználás növekedését irányozza elő. 2010- től 2015-ig egy kevésbé meredek növekedési trendet javasolt, viszont 2016-tól 2020-ig már intenzívebb időszakot határozott meg.

Közlekedés

Az összes megújulófogyasztás növekedése mellett a közlekedés aránya a másik kettő rovására 11%-ról 18%-ra nő (6. ábra). Az arányváltozás ilyen trendje nem valószínű, ha csupán az etanollal vagy a biodízellel számolunk, mivel ezek előállítása az O/I energiaaránya miatt jelentősen nem növelhető, de az élelmiszerek árarányának növekedésével is számolni kell.

A tervezők feltehetően a villamos- vagy hidrogénalapú hajtások terjedésére (e-mobilizációra) számítanak. Megítélésem szerin erre az időszakra – még jelentősebb erőfeszítések, például az ELMŰ e-mobilitás céljai ellenére sem – okoz ekkora arányeltolódást, mivel nem annyira az energia, hanem az infrastruktúra igen jelentős költségei határozzák meg a terjedést.

Az akkumulátorok töltésére alapozott elektromos autózás a nagyvárosokban jelentősen mérsékelheti a károsanyag, főként a CO2-kibocsátást, de valódi és globális CO2- kibocsátás-mérséklést akkor jelente, ha a töltési villamos energia is CO2-mentes energiaforrásokból származna. Az utóbbi alapon lehet beszélni az egyre többször emlegetett hidrogén-, vagy metanolgazdaságról is

Hő- és villamos energia

Az összes megújulóenergia-felhasználásból a legnagyobb arányt a hőtermelés teszi ki. A hőtermelés a legkevésbé ellenőrizhető egy adott időszakban, így a jelen pillanatban sem, mivel a hőtermelésnek két alapvető bázisa lehetséges:

• biomasszából tüzeléssel nyert hőenergia;
• és geotermikus energia.

A geotermikus energiából nyert hő kedvelt és jelentősebb fejlesztése a 2015 utáni években valószínű. Mind az NCST, mind az EUprognózis ezt vetíti előre.

A tüzelési célú biomassza-felhasználás a nagyobb fal usi vagy városi fűtőművekben (ipari, közüzemi, lakossági) valósulhat meg. Ezek legnagyobb része az energiahatékonyság szempontjából kedvező CHP, azaz kogenerációs rendszer lehet. Az ilyen létesítmények hosszabb ideig, jobban kihasználhatók (ez vonatkozik a munkaerő- felhasználásra is) és a befektetett tőke megtérülése is reálisabb. Tehát decentralizált, kisebb teljesítményű kapcsolt biomassza (tűzifával és mezőgazdasági hulladékokkal) kiserőműveket lenne célszerű felépíteni. Ide sorolhatók a ma még sok esetben kísérleti szintű, de sok előnnyel kecsegtető, ún. pirolízis erőművek, amelyek jobb hatásfokkal hő- és villamos energia előállítására is alkalmasak. A 30–500 kW teljesítményükkel egyéni vállalkozásokban is megvalósíthatók.

Biogáznál az előrehaladás volumene megfelelő, de sajnos az erőművek jelentős része gondokkal küszködik. Gyakoriak az alapanyaghiányok, de számos műszaki probléma is felmerül.

Tervezési hiányosság, hogy a keletkező hőenergia felhasználását nem megfelelően oldották meg, holott egyértelmű, hogy a biogázüzemek kogenerációban csak akkor működhetnek gazdaságosan, ha a keletkező hőenergia lehetséges mennyiségét maradéktalanul felhasználják.

Összefoglalva

A megújuló energiaforrások felhasználásában az NCST-ben vállalt arányhoz képest sajnos lemaradás tapasztalható.

Amint bemutattuk, 2010-ben a hazai villamosenergia- felhasználás 7,1%-át nyertük megújulókból, ami az említett okok miatt 2014 végére 3,9%-ra csökkent (forrás: MEKH 2014).

De a tetemes változáshoz hozzájárult, hogy szélerőműparkunk az elmúlt 5 évben nem gyarapodott, a tervezettől 150 MW kapacitás az elmaradás. A napenergia növekedési üteme is jelentősen lemaradt, csak az utóbbi hetekben van számottevő változás a Gyöngyös-Visontán létesült 16 MW-os naperőműparkkal, de ezzel is az elmaradás 25–30MW.

A fennálló realitásokból következik, hogy a vállalt 14,65%-os bruttó megújulóenergiarészesedést a biomassza vagyonunk ésszerű felhasználása mellett csak a szél-, nap- és geotermikus energia jelentős növelésével érhetjük el. Néhány további szempont:

A biológiai alapú energiahordozók felhasználása az energetikai oldalról növelhető.

Korlátokat jelenthet a rendelkezésre álló beruházási forrásigény, mivel támogatások nélkül a beruházóknak az alapanyag és a végenergia- termelés nem lesz gazdaságos.

Meg kell határozni a felhasználható mennyiségeket, a talajerő-gazdálkodás, az ökológiai fenntarthatóság figyelembevételével. De beruházástámogatást is csak biztos alapanyagbázison kapjanak a létesítmények. Feltételek:

• a támogatások jelenleginél konkrétabb és hosszú távú szabályozása;
• a létesítmények engedélyezésének egyszerűsítése, objektív elbírálása.

Jelentős és hosszú távú megújuló energetikai beruházások csak úgy valósíthatók meg, ha stabil törvényekkel kiszámíthatóvá teszik a beruházások megtérülését.

A Közös Agrárpolitikában megfogalmazott alapelve szerint az éghajlatváltozás tényét alátámasztó egyre nagyobb számú bizonyíték, valamint a növekvő energiafüggőség megerősíti az Európai Unió (EU) azon elhatározását, hogy alacsony energiafogyasztású gazdaságot építsen ki, ugyanakkor biztonságossá, versenyképessé, helyi forrásokból előállíthatóvá és fenntarthatóvá tegye az általunk elfogyasztott energiát. Ebben a korábbiaknál jelentősebb szerepet szánnak a bioenergiának. Az EU energiapolitikája biztosítja az Unió energiapiacának hatékony működését, továbbá elősegíti az energiahálózatok összekapcsolását és az energia hatékony felhasználását. Az energiapolitika kiterjed az energiaforrások minden válfajára a fosszilis tüzelőanyagoktól az atomenergiáig és a megújuló energiákig (a nap-, szél-, biomassza , geotermikus, víz- és árapályenergiáig). Az Európai Unió működéséről szóló szerződés 194. cikke külön jogalapot hozott létre, amelynek révén az Unió és a tagállamok az energetikai kérdésekben megosztott hatáskörök szerint működnek együtt.

Ajánlott kiadványokDr. Hajdú József:
A 21. század traktoraiDr. Kukovics Sándor szerk.:
A bárány- és juhhús fenntarthatóságaDr. Bai Attila (szerk.):
A biogázBai Attila - Lakner Zoltán - Marosvölgyi Béla - Nábrádi András:
A biomassza felhasználása

Ez is érdekelhetiA káposztafélék gépi betakarításaParlament előtt a 2025. év adózását meghatározó őszi adócsomagA lovak jólléte: a gondos lótartás eszközei és szabályai