Energia(termelés) és - PowerPoint Presentation

Slide1

Energia(termelés) és környezetBMEGEENAEK7 és BMEGEENAKM1

Üvegházhatás, klímaváltozás, fenntarthatóság

Előadó: Szilágyi Artúr

Slide2

TÉMÁKAz éghajlatváltozások természettudományos háttereAz emberi tevékenység

KibocsátáskereskedelemMegoldhatja-e a megújuló

energia, CO2 leválasztás stb. a problémát?

Slide3

1. mítosz:Közeli globális felmelegedés

Közkeletű vélekedésAlapja az egyes részleteiben jól ismert mechanizmus:növekvő energiafelhasználás,növekvő széndioxid kibocsátás,növekvő légköri széndioxid koncentráció,

üvegházhatás.

Slide4

Mit tudunk – hogy tálaljuk? Klímapornó

95% a valószínűsége, hogy a melegedés kevesebb 8 foknál

és a legvalószínűbb érték?

kb. 10 éve:

3,4 fok

±

70%

csak a bizonytalanság nőtt

Napilap elsőoldalas cikke 2005-ben

Slide5

2. mítosz: globális lehűlés„ …

Az elkövetkező évtizedben az éghajlat drasztikus változásával számol a Pentagon meteorológiai előrejelzése. A tanulmány szerint az új, megjósolt jégkorszak világméretű konfliktusokat válthat ki. Paradox módon az évtizedek óta tartó

felmelegedés okozná a nagy lehűlést az északi féltekén… A globális felmelegedés 2010-re véget ér, bekövetkezik a hirtelen lehűlés.. A tengerek hőáramlása teljesen felborul, az olyan „szállítószalagok”, mint a Golf-áram, összeomlanak.

Jéghegyek jelennek meg Portugália magasságában is

.”

Origó – Tudomány, 2004. április

Slide6

Hőmérséklet történet

}

O

2

tartalmú

légkör

kialakulása

Slide7

A Földi Tátlag az utolsó 1 millió évben

Riss

Würm

Homo erectus

H. erectus paleohungaricus (Vértesszőlős)

H. presapiens

Slide8

A Földi Tátlag az utolsó 100.000 évben

Würm jégkorszak

H. presapiens

H. Sapiens Neanderthalensis

H. Sapiens Sapiens

(cromagnoni ember)

Slide9

A Földi Tátlag az utolsó 10.000 évben

időszámítás kezdete

honfoglalás

Róma alapítása

Mükéné, Kréta

Tassili hegység

Mezopotámia

Babilon

Egyiptom

Hettiták

Mátyás király

Slide10

A FöldI Tátlag 1860-2005 években

t,

º

C

eltérés az 1961-90 évek átlagától

Slide11

Az utolsó évek trendje

Slide12

Az utolsó évek trendje

Slide13

Budapest évi középhőmérséklete

Slide14

Üvegházhatásüvegházhatású gázok:rövidhullámú sugárzást átengedikhosszúhullámú

sugárzást gyengítik H2O (75%), CO2, N

2O, O3, CH4, freonok jelenlegi hatás: kb. 33-35 K

(Földfelszín

átlaghőmérséklete 288 K, gázburok nélkül kb. 253-255 K lenne

)

Slide15

Légköri CO2 koncentráció

Slide16

Átlagos hőáramok a légkörben

Slide17

Vulkánkitörések

Slide18

A legfontosabb ÜHG-k jellemzői

* ppb=10

-6

ppm

** Gt/

év

Relatív hatás

: egy molekula hányszor akkora hatást fejt ki, mint

egy

CO

2

molekula.

Hozzájárulás

: szerep a 2000-ig bekövetkezett üvegházhatás

növekedésben

.

E gázok összes részesedése kb. 96%

Slide19

Üvegházhatás, veszélyekáltalános felmelegedés sarki jég, gleccserek olvadása tengerszint emelkedése meteorológiai zónák átrendeződése erős meteorológiai jelenségek

(?)

Slide20

CO2 és hőmérséklet kapcsolata

Slide21

CO2 és hőmérséklet kapcsolata

1. CO

2

tovább nő, de

T növekedése megáll

,

2. CO

2

még állandó, de

T csökkenni kezd

,

3. CO

2

csökkenni kezd

(15

000 évvel később

)

4.

a

CO

2

csúcs kb.

10

-15

ezer évet késik

Slide22

CO2 és hőmérséklet kapcsolata

energiafelhasználásából:

1950-ig 20%

utána 80%

1940

hőmérséklet

CO

2

60%

40%

30%

70%

Slide23

Ok okozati kapcsolatmi okozza a 100 000 évenkénti ciklusokat

Az okozat nem előzheti meg időben az okot.Ha a széndioxid az ok:

mi okozza a széndioxid koncentráció ciklikus változását?hogyan hat a széndioxid koncentráció a hőmérsékletre?Ha a hőmérséklet az ok:mi okozza a hőmérséklet ciklikus változását?

hogyan hat a hőmérséklet a széndioxid koncentrációjára?

???

üvegházhatás

Broecker

konvejor

, vulkánkitörések

stb

gázok oldhatósága

Slide24

Milankovitch-ciklusok

Ekcentricitás Tengelyferdeség Precesszió

100.000 év

41.000 év

26.000

Slide25

Milankovitch-ciklus vs. Klíma

Slide26

Broecker-conveyor elméletA hőszállítást

a „Nagy Óceáni Szállítószalag” (Broecker-conveyor) végzi: felszíni áramlás

: Indiai Óceánról Afrikát megkerülve, Közép-Amerikát érintve Észak-atlanti (Golf-) áramlat,

lesüllyedés

: a párolgás miatt a Golf-áramlat

sótartalma

magas az Atlanti Óceán északi részén lehűl

,

sarki jég olvadásának hatására alacsony

sótartalmú környezetben

lesüllyed (

konvejor

motorja), mélységi áramlás: Afrikát megkerülve vissza az

Indiai Óceánba.

Slide27

Felszíni és mélységi áramlások az óceánok térségében

Slide28

Broecker-conveyor elméletCiklikusság: Arktisz jege a hőszállítás

miatt olvad, majd elfogy, a lesüllyedés elmarad, a konvejor leáll,hőmérséklet átbillenés, sarkvidék lehűl,

jég gyarapodás a sarkvidéken,beáll a dinamikus egyensúly (gyarapodás – olvadás),az olvadás hatására újraindul a lesüllyedés,megindul

a vízkörzés, újabb hőmérséklet átbillenés,

fogyásnak

indul a jég,

Slide29

Pozitív visszacsatolásokErdő és tőzeglápok pusztulása, pl. erdőtüzek stb

Slide30

Pozitív visszacsatolásokErdő és tőzeglápok pusztulása, sivatagosodás

Slide31

Pozitív visszacsatolásokMelegedés => Párolgás nő => páratartalom nő => üvegházhatás nő Sarkköri permafrost olvadás: 50...70 milliárd t CH4 (jelenleg összesen kb. 4 milliárd t van)

Fagyott metán-hidrát a sarkköri tengerfenékenJég olvadás => emelkedő víz, földrengések => instabil jég => jég olvadásJégolvadás – albedó csökkenés

Slide32

Negatív visszacsatolásokÓceánok savasodása Kémiai mállásFotoszintézis

Fekete-test sugárzás

Slide33

KlímamodellezésExtrém bonyolultságUSA National Center for Atmospheric Research (NCAR): 2017-től Cheyenne szuperszámítógép: 5.35 millió GHz-es processzor

Slide34

A légköri széndioxid változásaForrásokNyelők

Slide35

Előző rész tartalmából

Slide36

Előző rész tartalmábólA klíma a Földön mindig változott

Sokféle kiváltó ok, sokféle visszacsatolás => rendkívül bonyolult modellezniA jelenlegi klímaváltozást 95%-nál nagyobb eséllyel az ember okozza

Slide37

Slide38

A legfontosabb ÜHG-k jellemzői

* ppb=10

-6

ppm

** Gt/

év

Relatív hatás

: egy molekula hányszor akkora hatást fejt ki, mint

egy

CO

2

molekula.

Hozzájárulás

: szerep a 2000-ig bekövetkezett üvegházhatás

növekedésben

.

E gázok összes részesedése kb. 96%

Slide39

Karbon ciklus

Slide40

Antropogén növekmény

+4,5

%

Gt/év

ppm

+45%

Slide41

Antropogén kibocsátás

4%

2%

a természetes kibocsátás arányában

Összes 1900-2009: kb. 340

Gt

C

Slide42

Antropogén kibocsátás

Slide43

Emberiség ÜHg kibocsátásai

Slide44

Emberiség ÜHg kibocsátásai

Slide45

Emberiség ÜHg kibocsátásai

Kb.

6

00 eFt / hó

Slide46

Erdőirtás (-50%)

Slide47

Erdőterület változás 1990-2000Afrika -8%Kongó -4%Szudán -14%

Ázsia -1%Indonézia -12%Európa +1%Dél-Amerika -2%Brazília

-4%Argentína -8%Világ -2%Forrás:

State

of the World’s Forests 2005

,

FAO

F

orestry

Department

Slide48

Élővilág

Slide49

Légköri többletAz ábra alapján 1900-2010. évek antropogén kibocsátása: kb. 340 Gt CNASA felmérés szerint az esőerdők tárolt

karbontartalma 247 Gt (2010 körüli időszak)A XX. században az esőerdők minimum fele eltűnt, azaz legalább

247 Gt karbon szabadult fel.Ez majdnem annyi, mint a kibocsátás!!Légköri növekmény kb. 270 Gt

C

Slide50

Emberiség ÜHg kibocsátásai

Slide51

CO2 kibocsátás jövője

Emisszi

ó

=

n

é

pess

é

g

*

GDP

*

energia

igényesség

*

karbon

intenzitás

[tC/év]

[fő]

[USD/fő/

é

v]

[GJ/USD]

[

tC

/GJ]

Slide52

Slide53

Klímaváltozás – fenntarthatóság – energiatermelés

Hogy csökkentsük a széndioxid kibocsátást?

Slide54

Hogyan kezeljük a problémát?

Slide55

Nem veszünk róla tudomást?

Slide56

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)

fejlődés

fenntartható

gazdasági

és természeti

korlátok

:

korlátozott források,

korlátozott nyelők

.

a lehetőségek bővülése,

életminőség javulása,

jólét növekedése.

Slide57

Az energetika főbb trendjeiEgyre több nemesített energiahordozó (villamosenergia, hőszolgáltatás),Átalakítási hatásfok javítása: gőzparaméterek növelése,

kombinált ciklusok, kapcsolt energiatermelésMeghatározó a fenntartható fejlődés (nem csak azóta, hogy kimondták!).

Slide58

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)

A készlet jelenleg nem kemény korlát !!

Fogyasztási előrejelzés

2020

-ra: 5…5,5 milliárd t/év

Slide59

Fenntarthatóság korlátaiNyelők (befogadók) végességeszéndioxid

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 45%-kal magasabb, mint a XIX. sz. előtt), üvegház hatás (!?).

Slide60

CO2 kibocsátás jövőjeKarbon intenzitás csökkentése:

rövid távú lehetőségek: szén helyett földgáz, nukleáris energia, vízenergia, geotermikus energia,

biomassza alkalmazás (nem minden égetés jó!), szélenergia.

Emisszi

ó

=

n

é

pess

é

g

*

GDP

*

energia

igényesség

*

karbon

intenzitás

[tC/év]

[fő]

[USD/fő/

é

v]

[GJ/USD]

[

tC

/GJ]

Energiaigényesség csökkentése:

végfelhasználási (ipari, fűtési, közlekedési stb.) technikák javítása,

átalakítási veszteségek csökkentése (hatásfok javítás).

korlátok:

korlátozott készletek,

földrajzi elhelyezkedés,

ellenérzések.

költségek !!

Slide61

CO2 kibocsátás jövője

Slide62

CO2 kibocsátás jövője

Ford T Modell vs. Ford Explorer

12l vs. 16l

Slide63

CO2 kibocsátás jövője

Nagyobb E fogyasztás

Nagyobb E fogyasztás

Hosszabb / gyorsabb utak

Kisebb fogyasztás

Több pénz utazásra

Kevesebb pénz tankolásra

Közvetett

Közvetlen

Gyártás energiaigénye

Kisebb E fogyasztás

Slide64

CO2 csökkentés

Slide65

CO2 csökkentés

Slide66

CO2 csökkentés

Slide67

Lehetséges hosszútávú kibontakozási irányok

fosszilis tüzelőanyagok és a CO2 eltüntetése, (középtáv)fissziós erőművek, növelt biztonsággal, jobb

anyaghasznosítással (FBR),fúziós nukleáris energiatermelés,napenergiavillamosenergia

tárolással,

hidrogén

tárolással,

környezeti

hőmérsékletű szupravezetéssel,

űrbeli

elhelyezéssel,

vagy

bármi más, ma még nem ismert megoldás.

Megoldás van, csak még nem ismerjük.

(

1914-ben

ki tudta megmondani, mit hoz a XX. század?)

Slide68

CO2 csökkentés költsége: szélerőműBeruházási támogatás: 300 eFt

/kW 30%-a: 90 eFt/kW13 500 Ft/év/kW (15%/év annuitással)6,75 Ft/kWh (2000 h/év kihasználással)

átvételi felár: 8 Ft/kWhösszes támogatás: 14,75 Ft/kWhkiváltott CO2: 0,57kg/kWh (gáztüzelés, 36%

(!)

hatásfok)

26

eFt

/t CO2 (

kb. 85 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.)2000 körül:

95-168 EUR/t 2015-re:

40-77 EUR/t (CO2 adótól és fosszilis energiák árától függően)

2005 körüli árak

Slide69

HőerőművekSzén helyett földgáz (hazai prognózis): fajlagos költség: 6 200 Ft/t CO2 (

24 EUR/t)Atomerőmű: költségmegtakarítás! fajlagos költség (?): 0 … -15 eFt/t CO2Biomassza (fatüzelés, energiaültetvény):

sem a költség, sem a széndioxid megtakarítás nem ismert,nem egyértelmű.

Slide70

Széndioxid kivonás a füstgázbólpost-combustion CO

2 capture

Reducing Greenhouse Gas Emission. The Potential of Coal. IEA - CIAB, 2005

reagens

: etanol-amin oldat

költség

: 50…60 USD/t CO

2

utólag beépíthető megoldás

Levegő

Szén

G

Atmoszferikus égéstermék (1000 m

3

/s)

Égéstermék

Gőz

CO

2

Gőzturbina

Kazán

Füstgáz-tisztítás

CO

2

befogás

További lépések G: Generátor

Szükséges fejlesztések:

Mosószerek/anyagok

viselkedésüknek és környezetükre gyakorolt hatásuknak vizsgálata szén specifikus feltételek mellett.

Folyamattesztelés

kísérleti és demonstrációs léptékben.

Slide71

Széndioxid kivonás elgázosítássalpre-combustion CO2

capture

Reducing Greenhouse Gas Emission. The Potential of Coal. IEA - CIAB, 2005

Szén

G

Füstgáz

CO

2

Gáz-turbina

Elgázosító

Füstgáz-tisztítás

CO

2

befogás

További/változtatott lépések

Szükséges fejlesztések:

H

2

-ben gazdag tüzelőanyagú gázturbina, további egységek integrálása

A teljes IGCC technológia műszaki/gazdasági optimalizálása

CO shift

Nagynyomású füstgáz (10m

3

/s)

A technológia hozzáférhető ipari méretekben, a H

2

hasznosító gázturbina kivételével.

Az

IGCC-k

elterjedésének egyelőre gátat szab azok magas költsége.

Gőz-turbina

HK

G

O

2

LSZ

N

2

G: Generátor

LSZ: Levegő szeparátor

HK: Hőhasznosító kazán

Levegő

CO shift: (H

2

O)

gőz

+ CO = CO

2

+ H

2

Slide72

Oxi-fuel eljárás

Reducing Greenhouse Gas Emission. The Potential of Coal. IEA - CIAB, 2005

tüzelés oxigénnelégéstermék: H

2

O + CO

2

égéstermék recirkuláció kell

vízgőz kondenzálás egyszerű

levegő szétválasztás energiaigénye nagy

Levegő

G

CO

2

O

2

CO

2

/H

2

O

Gőz-turbina

LSZ

Füstgáz-tisztítás

Kondenzáció

További/változtatott lépések

G

:

Generátor

LSZ: Levegő szeparátor

Szükséges fejlesztések és vizsgálatok:

Kazántervezés az égéstermék

recirkulációjával

és O

2

/CO

2

égetésével

Égéstermék tisztítása, kondenzáció és vízkezelés

A folyamat elemeinek összehangolása

Kazán

H

2

O, SO

2

Szén

Jelenleg

Oxy-fuel

folyamat csak elméleti modellként létezik, laboratóriumi méretekben. Megvalósíthatóságát most kell demonstrálni.

Slide73

Széndioxid szállítás költsége

szállított mennyiség, Mt/év

költség, USD/t

szállítási távolság: 250 km

Slide74

Tárolási geológiai formációkban

kimerült olaj és gázmezők

olaj és gáztermelés intenzifikálásamély sórétegekbenmetán kitermelés szénrétegekből

Slide75

Óceáni elhelyezés

Slide76

Széndioxid kivonás füstgázbólerőművi többletköltség (CO2 kivonás) 20…30 EUR/t

szállítás 1…10 EUR/t (erősen távolságfüggő)elhelyezés 5…50 EUR/t Összesen: 30…90 EUR/tFelhasználás

: olaj- és gázkitermelés segítése 10…50 EUR/t nyereség is lehet (?!)

Slide77

Nemzetközi szerződésekKibocsátáskereskedelem

Slide78

Környezetvédelmi szabályozás

Slide79

Kibocsátás-kereskedelmi piacok

Slide80

Alapok: IPCC1972 Stockholm – ENSZ konferencia ENSZ konferencia az emberi környezetről19

79 GenfElső éghajlati világkonferenciaBizottság felállítása az éghajlati rendszer működésére

1984 Brundtland BizottságAz éghajlatváltozás következményeinek elemzéseÜHG csökkentés nemzetközi irányelvei1988 TorontoElővigyázatosság elveIPCC (Intragovernmental Panel on Climate Change)

Slide81

Alapok: UNFCCC1992 Rio de JaneiroUnited Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC)

ÜHG-k légköri koncentrációjának stabilizálása olyan szinten, hogy elkerülhető legyen a veszélyes mértékű éghajlatváltozás kialakulása.

„közös, de megkülönböztetett felelősség”, elismeri a fejlődő országok jogát a további fejlődéshez.

1995

Berlin

:

Megmozdul

valami: kis szigetországok, G77 (fejlődő országok),

fejlett

országok megosztottsága (nem vállalják fel az USA gondját), biztosítási ágazat

Slide82

Alapok: KiotóKiotó 1997: 1990-hez viszonyítva -5.2% 2012-igAz aláíráskor már 4.6% teljesült...

EU: -8% (Mo.: -6%, 1987-88-hoz)2012-ig szól (2020-ig meghosszabítva)Ratifikáció (életbe lép): 2005, Oroszország csatlakozásávalAláíró országok csökkentést vállalnak, de vannak rugalmassági mechanizmusok: ET (Emission Trade - AAU), JI (Joint Implementation - ERU), CDM (Clean Development Mechanism - CER)

1 egység = 1 t CO2eKoordináló szerv: UNFCCC

Slide83

Alapok: Párizs 20152°C alatt, de „megpróbálják” 1.5°C alatt tartani a melegedést; 2020-ig évi 100 Md. USD-ra emelik a fejlődő országok fejlesztését;

Az aláírók önkéntes vállalásokat tesznek;A Föld összes országa aláírta, kivéve: Nicaragua, SzíriaVisszalépett: USA2017: BONN

Slide84

EU-ETSEuropean Emission Trading SchemeOrszágonkénti kiosztás a nagy ipari kibocsátókra (a teljes kibocsátás kb. ~50%-a)

Országon belül további kiosztás, illetve árverés

Slide85

EU-ETS Történet

Slide86

EU-ETS Adatok>12000 üzem, 31 országban (EU27+CH, NO, IS, L)Cementgyárak, HŐERŐMŰVEK, acél-, üveg-, papírgyárak, vegyi üzemek, légitársaságokMagyarországon: kb. 160-170 üzem, évi 19 Gg

http://klima.kormany.hu/download/8/11/00000/FE%2004%2028%20%20A%20nemzetgazdas%C3%A1gi%20miniszter%20k%C3%B6zlem%C3%A9nye_vegleges_v1%20%282%29.pdf1 EUA = 1 t CO2e

Slide87

JogszabályokENSZ: éghajlatváltozási keretegyezmény (1992)Kiotói Jk, 1997, 2005, Dohai módosítás: 2012EU: 2003/87/EK irányelv

389/2013/EU bizottsági rendelet: Forgalmi Jegyzék600-601/2012/EU bizottsági rendelet: hitelesítés, nyomonkövetésMagyarország: 2012. évi CCXVII. Tv.,

410/2012. (XII. 28.) Korm. rendelet

Slide88

Nemzeti Kiosztás + JegyzékNemzeti kiosztási terv (NKT) => BizottságNemzeti kiosztási lista => létesítmények listájaForgalmi Jegyzék számla (Union) - Registry

European Commission Authentication Service (ECAS)https://ets-registry.webgate.ec.europa.eu/euregistry/HU/index.xhtml

Jegyzékkezelő: OKTF

Slide89

Forgalmi jegyzék

Slide90

Kereskedelem, tőzsdeKarbon tőzsdék European Energy Exchange, Lipcse, Németország eex.com

Intercontionental Exchange (ICE) Futures EuropeSzámos trader, tőzsdecégek: Ecoway, Saga, Redshaw, VertisMagyarországon: Vertis

Slide91

Kereskedelem, tőzsdeKarbon tőzsde, Lipcse, Németország eex.comSzámos trader, tőzsdecégekMagyarországon: Vertis

Slide92

EU-ETS Határidők

Kibocsátási egységek kiosztása a köv. Évre

Február 28.

Éves kibocsátási jelentés elkészítése

Monitoring időszak vége

December 31

Hitelesített monitoring jelentés

hatóságnak

Március 31

Kibocsátási egységek levétele a számlákról

Április 30

Teljesítményfejlesztési jelentés a hatóságnak

Június 30

Éves hitelesítési folyamat elindítása

Június

A kibocsátási terv és engedélyek

felülvizsgálata

November

December

Slide93

Kibocsátási jog ára, EUR/t (2006-2009)

Slide94

Kvótaár 2012 – 2018

https://www.eex.com/en/market-

data/environmental-markets/spot-market/

european-emission-allowances

Slide95

CO2 csökkentés

Slide96

Kibocsátás-csökkentés költsége egy más megközelítés

Reducing Greenhouse Gas Emission. The Potential of Coal. IEA - CIAB, 2005

bázis: jelenlegi 150 MW

szubkritikus

lignittüzelésű blokk

(német adatok)

CCS =

C

arbon

C

apture and

S

torage

CCS

CCS

CCS

Coal Industry Advisory Board

Slide97

Önkéntes karbon piacSzabályozatlan, de legalább szexiGold Standard, Verified Carbon Standard