Kutatk jszakja 2010 szeptember 24 18 15 19
Kutatók éjszakája, 2010. szeptember 24. 18: 15 - 19: 00 PTE TTK, 7624 Pécs, Ifjúság útja 6. E ép. 331. terem Dr. Német Béla, PTE, TTK, Környzetfizika és Lézerspektroszkópia Tanszék Hatásfok javítás fizikai és társadalmi feltételei az energia termelői-fogyasztói rendszerekben. Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010
SZÜKSÉGLETEINK, ENERGIAFORRÁSOK, GÉPEK Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 2
Szükségleteink - ÉPÜLET, JÁRMŰ (életünk 85 %-át ezekben töltjük) - tiszta LEVEGŐ, (ipar, járműközlekedés előtti összetétel, páratartalom) - tiszta IVÓVÍZ (forrás, ártézi víz összetétel) - ENNIVALÓ (biztosítsa természetes úton a teljes ásványi anyag és elem szükségleteinket) - FŰTÉS, HŰTÉS (21 C körüli hőmérséklet), - KÖZLEKEDÉSI ESZKÖZÖK (gyalog, jármű, üzemanyag) (a lehető legkisebb plusz tömeg mozgatásával és legkevesebb energia felhasználásával) - TERMÉKEK (végeredménye. hulladék) - SZOLGÁLTATÁSOK (végeredménye. hulladék) „Szolgák” kellenek nekünk (régen rabszolgák, „modern korszakunkban” gépek, ROBOTOK) (330 MJ/nap/fő= 400 rabszolga) Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 3
Mi kell szükségleteink kielégítéséhez? ENERGIA: munkavégző képesség Energiaformák (fizika) Mozgási energia (mert helyváltoztató lények vagyunk) Hőenergia (épületeink számára) (mert létünkhöz 36, 5 o. C testhőmérsékletet KELL biztosítanunk) Elektromos energia (mert környezetünkben ez a „legtisztábban működő” gépek „üzemanyaga”) DE „azon nyomban fel kell használni”. Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 4
Honnan hova jut az ENERGIA – (1)? Energiaforrások - Fosszilisek (szén, kőolaj, földgáz) - Nukleárisok (hasadás: U 235, U 238, Pu, …majd fúzió) - Nem fosszilisek (kimeríthetetlen, megújítható, megújuló, hulladékban „raktározott”) ENERGIA transzportálás (korpuszkuláris, elektromágneses) „ENERGIA” tárolás Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 5
Honnan hova jut az ENERGIA – (2)? Hőenergia előállítók • Tüzelőberendezések, kazánok (kémiai kötések felszakítása) • Kémiai reaktorok (kémiai kötések felszakítása: biotechnológia: fementor, pirolizáló, . . ) • Atom reaktorok (magerők „felhasználása”) Energia transzformálók: gépek, fűtőberendezések • Hőenergia – mozgási energia (jármű motorok, turbinák áramfejlesztőkben, Közlekedési eszközökben) • Mozgási energia – elektromos energia (generátorok) • Elektromos energia – mozgási energia (villanymotorok) Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 6
A HATÁSFOK FOGALOM ALKULÁSA AZ UTÓBBI 30 ÉVBEN Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 7
Hatásfok definíció - 1 Egy GÉP hatásfoka = az általa végzett munka osztva az ugyanazon időtartam alatt a gép „táplálására” használt energiahordozóból „elfogyasztott” energia hányadosa. Keletkezik: HULLADÉKHŐ Gőzgép Robbanómotor Gőzturbina Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 16 -18 %, 23 -35 % 30 -50 %, 8
Mi lesz a HULLADÉKHŐVEL? Fel kell használni → Hatásfok növelése Gépeinkben a munka mellett hő is keletkezik. Így van ez az elektromos energia termelő berendezéseknél is. Az összenergetikai hatásfokot jelentősen javítjuk, ha egy gép hulladékhőjének minél nagyobb részét hasznosítjuk (fűtésre, vagy hűtésre). A hulladékhőt hasznosító berendezések neve: Kapcsoltan elektromos energiát, fűtést és hűtést biztosító rendszerek. (CHP, CCHP) Még tovább növelhető az energia hasznosítás, ha a hőt és az elektromos energiát „tároljuk”. Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 9
Hatásfok definíció - 2 A Kapcsolt (elektromos energia, fűtés, hűtés) energiaszolgáltató rendszer hatásfoka: - egész évben szolgáltatott összes energia (elektromos+hő) osztva - az egész évben „elfogyasztott” energiaforrás energia tartalmával. CHP 70 -85 % CCHP 83 -86 % Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 10
Kapcsoltan elektromos energia és hő előállítása Combined Heat and Power (CHP) Plant Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 11
Kapcsolt fűtő, hűtő és elektromos generátor rendszer. Combined Cooling Heating and Power (CCHP) Plant Egy forrásból több energiaforma előállítása történik (mikroturbina) Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 12
Adszorpciós hűtő Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 13
Hatásfok további növelése 1. MENETREND tartás megvalósítása A menetrend tartás egy fogyasztói „csoport”, időben és energia összetételben változó energia igényének (a Fogyasztói Energiamixnek) folyamatos kielégítése. 2. Nem fosszilis források felhasználása. Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 14
Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 15
Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 16
Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 17
Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 18
Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 19
Szükséges: ELEKTROMOS ENERGIA TÁROLÁS Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 20
Elektromos energiatárolás • Akkumulátor savas-ólom akkumulátor Ni. Cd /nikkel-kadmium/ akkumulátor • Víztározó – tározós vízerőmű • Hidrogén előállítás, vízbontás • Metanol gyártás (Oláh) CO 2 + H 2 --> CH 3 OH • Motorokban, turbinákban történő felhasználás • Tüzelőanyag cellák Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 21
A tüzelőanyag cellák típusai A tüzelőanyag cellák hidrogént oxidálnak katalitikus elektrokémiai folyamat során. A felhasznált elektrolit jellege szerint különböző típusú tüzelőanyag cellákat fejlesztettek ki: - lúgos (AFC) - savas (PAFC) - olvadó karbonátos (MCFC) - szilárd oxid (SOFC) - szilárd polimer (PEM) - közvetlen metanol (DMFC) - mikroorganikus, biokémiai Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 22
ÖSSZETETT ENERGIA SZOLGÁLTATÓ BERENDEZÉSEK Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 23
Hibrid-kombinált rendszer megvalósítása Kettő, vagy annál több olyan energiaforrás van egy energia mixet biztosító „szolgáltató rendszerbe” szervezve, amelyek külön-külön nem lennének elegendőek az év, vagy csak egy teljes nap folyamán a biztosítani a fogyasztó számára a változó mértékű hőt, vagy elektromos energiát. Az ilyen rendszernek nem csak energia szolgáltató egységei, hanem energia tároló egységei is (elektromos energia és hő tárolására) vannak. Ezek összeadják a szükséges energia mixet, ezért nevezik más néven az energia forrásokat additívaknak, az egészet Additív rendszernek, más megnevezés szerint Hibrid rendszernek. Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 24
Hibrid rendszerek; Kapcsolt rendszerek A Hibrid rendszerek többféle forrásból egyféle energiát állítanak elő. • szél és/vagy napenergiából (az időjárás függvényében) villamos energia. • Diesel + napenergia -> villamos energia A Kapcsolt vagy kombinált rendszerek egy forrást többféle energia előállítására hasznosítják. • Kombinált rendszer: napenergiából fotovillamoság és hő nyerése egyidejűleg, egy speciális kombinált berendezés segítségével. Létezik hibrid-kombinált rendszer is. Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 25
Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 26
Németország 2003 Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 27
Napelem + szélkerék Szélkerék + napelem + inverter + akkumulátor Eredmény 230 V váltóáram Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 28
Példák hibrid rendszerekre. Farmer, kisközösségi szint 1. Szélkerék + AC/DC konverter + napelem + akkumulátor + DC/AC konverter = - 230 V-os, 50 Hz-es váltóáramú fogyasztókat lát el. 2. Napkollektor + hőtartály + Stirling motor + AC/DC konverter + napelem + akkumulátor + DC/AC konverter = - nyáron HMV-t termel, 230 V-os, 50 Hz-es fogyasztókat lát el. - télen HMV-t és (padló)fűtést biztosít. 3. Napkollektor + hőtartály + csövek padlóban, falban + abszorpciós hűtő - nyáron HMV-t termel hőtartályra és abszorpciós hűtéssel légkondicionál. - télen HMV-t és (padló)fűtést biztosít. 4. Napkollektor + hőtartály + Biokazán + Stirling motor + akkumulátor - nyáron (csak a kollektor) HMV-t termel hőtartályra és abszorpciós hűtéssel légkondicionál. - télen (főleg a biomassza kazán) HMV-t és fűtést biztosít, Stirling motor Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 29
SOK SIKERT KÍVÁNOK A JÖVŐ NEMZEDÉKNEK A HATÁSFOK JAVÍTÁSÁRA és A NEM FOSSZILIS FORRÁSOKKAL TÖRTÉNŐ ENERGIAELLÁTÁSUK EREDMÉNYES BIZTOSÍTÁSÁRA MAGYARORSZÁGON Hatásfok javítás Kutatók éjszakája - 2010 30
- Slides: 30