2020. március: jegyzet, közlekedés, biztonságtechnika, automatizálás, portré, agykutatás, Nemzeti Agykutatási Program, disszemináció, tudomány, genomika, diagnosztika, kémia, orvostudomány, etológia, mesterséges intelligencia, biológia, fizika, innováció, egyetem, anyagtudomány, egészségipar, agrárium, energiagazdálkodás, hulladékgazdálkodás, környezetvédelem, zöldkörnyezet, paragrafus, it, kriptográfia, okostechnológia, mikroszkópia

A hő- és áramtermelés együtt többre képes

A fűtési célú hőenergia és az elektromos áram termelése gyakran ugyanabból az energia­hordozóból indul ki, és hasonló részfolyamatokat kíván. Emiatt nem is feltétlenül kell a kettőt elválasztani egymástól. Az áramtermelés sokszor első lépésben hő előállítását feltételezi, és az ezután maradó hulladékhő fűtésre még kiválóan alkalmas lehet. Ezen a felismerésen alapul a kapcsolt energiatermelés. Noha korábban előnyösebb volt e szegmens támogatása Magyarországon – így nagyobb részarányt foglalt el a kapcsolt energia a piacon –, a fejlesztéseknek és az innovációnak köszönhetően részesedése mára stabillá és fenntarthatóvá vált. Sőt még tartalékok is lehetnek benne a klímaváltozás elleni harcban.


A minap adták ki a kombinált hő- és elektromosságtermelő (Combined Heat and Power; CHP) rendszerek piacának 2020–2025 között várható alakulásáról szóló előrejelzést, amely dinamikus bővülést jósol. A Market Insights Reports üzleti elemzőcég tanulmánya megállapítja, hogy a CHP-rendszerek piaca a következő öt esztendőben évente átlagosan 7,9 százalékos növekedésre számíthat. A teljes piac értéke a tavalyi 3,79 milliárd dollárról 2025-re 5,13 milliárdra emelkedhet.

A tanulmány a várt növekedés hátterében azt látja, hogy „a CHP-rendszerek nagy hatékonysággal hasznosítják hőtermelésre az áram előállításakor melléktermékként keletkező hőenergiát. A hő és elektromosság párhuzamos termelése révén akár 30 százalékkal is csökkenthető a szénkibocsátás, összehasonlítva azzal, mint ha egymástól szeparáltan, a konvencionális kazánokban és erőművekben folyna az energiatermelés.”

Úgy látják, hogy ezen a területen (is) Délkelet-Ázsia fogja diktálni a tempót az elkövetkező években, minthogy a földgáz részesedése az energiamixben nő Kínában, Japánban és Dél-Koreában is, illetve természetesen nő az energiahatékonyság iránti igény. Ugyanakkor az egész világon bővülés várható az iparágban. De miről is szól a kapcsolt energiatermelés a gyakorlatban?

A hulladékhő második élete

Amikor a tüzelőanyagból villamos energiát állítunk elő, ezt a fizika törvényei miatt nem tudjuk tökéletesen, százszázalékos hatásfokkal megtenni. Vagyis a villamosenergia-termelés során keletkezett hő egy része veszendőbe megy. Pontosabban menne, hiszen ennek még jó részét hasznosítani lehet, ezért alakult ki a kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés, amely a hulladékhő nagy részét felhasználja, javítva ezzel az erőmű összhatásfokát. A kapcsolt erőművek jellemzően távhőrendszereket, lakóépületeket, ipari üzemeket lát­nak el hőenergiával. Természetesen így sem lehet a hulladékhő egészét felhasználni, de mennyisége jelentősen csökkenthető.

A villamosenergia-terme­lés során keletkezett hő egy része veszendőbe megy. Ennek hasz­nosítá­sára ala­kult ki a kapcsolt hő- és villamos­energia-­ter­me­lés, amely a hulladék­hő nagy részét felhasználja, ja­vítva ezzel az erőmű össz­hatás­fokát. Így sem lehet a hulladékhő egészét felhasználni, de mennyi­sége jelentősen csökkenthető.

Felmerül a kérdés, hogy miért nem hasznosítják a hulladékhő nagyobb részét a villamos energia termelésére. Nos, a villamosenergia-termelés során keletkezett hulladékhőnek meg kell haladnia egy bizonyos hőmérsékletet, ami szükséges ahhoz, hogy még alkalmas legyen gőztermelésre, melyből gőzturbinák segítségével villamos energiát lehet előállítani. Ez alatt az áramtermelés hatásfoka már vészesen csökkenni fog, illetve lehetetlenné is válik. Viszont a kissé alacsonyabb hőfokú füstgázt fűtési célú hőtermelésre még hasznosítani lehet.

Egy modern gázmotoros kapcsolt erőművel így akár 85 százalékos energiahasznosítási összhatásfokot is el lehet érni. A legmodernebb kombinált ciklusú erőművek hatásfoka meghaladja a 65 százalékot, de ezek sem képesek a 120 Celsius-foknál alacsonyabb hőmérsékletű füstgázt hasznosítani. Ehhez képest a leghatékonyabb kondenzációs kazánokban már a kilépő füstgáz hőmérséklete 50-60 Celsius-fokos. Ebből jól látszik, hogy az áramtermeléshez és a fűtésre milyen eltérő hőfokú közeg hasznosít­ható. Ez a kapcsolt energiatermelés alapja.

„Magyarországon jelenleg sajnos igen alacsony a fűtési energiahatékonyság. Ennek részben az az oka, hogy sok helyütt gyakran korszerűtlen, fatüzelésű egyedi fűtést használnak, noha a közösségi fűtés jelentősen hatékonyabb és környezetbarátabb lenne. A hőtermelést sok helyütt hozzá lehetne kapcsolni az elektromos energia előállításához – mondja Papp András, a Magyar Kapcsolt Energia Társaság elnöke. – Ha ezt megtennék, összességében akár 10-15 százalékkal is lehetne csökkenteni a primer tüzelőanyag-felhasználást.”

A 10-15 százalékos tüzelőanyag-megtakarítás nagyságrendileg ugyanennyi szén-dioxid-emisszió csökkenést eredményez, vagyis ennyivel mindenképpen környezetbarátabbak a kapcsolt rendszerek. Az egyértelmű, hogy a kapcsolt energiatermelő rendszerek hatás­foka összességében jobb, mint ha ugyanazt az energiatermelést szeparált rendszerekkel oldanánk meg. Ennek legfőbb oka, hogy a kapcsolt rendszereknél kisebb a veszendőbe menő energia aránya. Azt ugyanakkor nehéz megmondani, hogy pontosan mekkora is a hatékonyság­növeke­dés, hiszen attól függ, hogy a villamos- és hőenergia-termelést külön-külön milyen benchmark-hatásfokkal számoljuk.

Támogatás nélkül nem megy?

A Mátrai Erőmű esetében Papp András szerint például nagyjából 30 százalékos összhatásfokról beszélhetünk, míg egy kombinált ciklusú erőmű hatásfoka elérheti a 65 százalékot is. Ezekhez kell viszonyítani a kapcsolt erőművek akár 85 százalékos összhatásfokát. Minél jobb ugyanis az elsődleges villamosenergia-termelés hatásfoka, annál kevesebb a veszteség, ami a hozzá kapcsolt hőtermelésre fordítható, illetve fordítva. Ezért, mielőtt efféle rendszereket építünk ki, mindig meg kell vizsgálni, hogy milyen stratégiával érhetjük el a leghatékonyabb és ezáltal a leggazdaságosabb üzemeltetést.

Jóllehet elsőre is kitűnik, hogy ha a villamosenergia-termelő erőművek által már nem hasznosítható hő egy másik célra (hőtermelésre, vagyis fűtésre) felhasználható, az alapvetően jó és követendő dolog. Hazánkban ennek ellenére nem mindenhol tekinthető általánosan elterjedtnek ez a megoldás. Vajon mi lehet ennek az oka? Nos, az okok összetettek, de fontos köztük az, hogy az efféle megoldások kiépítése nem mindenhol éri meg, például az infrastruktúra elégtelensége vagy a villamos energia ára miatt.

„Európában számos tényező torzítja a villamos energia árát. A zöld (vagyis megújuló, környezetbarátnak tekintett) energia termelését támogatások segítik. Ezáltal verseny­képe­sebb lesz. A támogatás indokolt lehet, de ettől még ez torzítja a piaci versenyt. Az az energia, amit olyan országokból importálunk, például Ukrajnából, amelyek nincsenek benne az európai szén-dioxid-kvótakereskedelmi körben, ezért a kvótáért nem kell fizetniük, így olcsóbban termelnek
– érvel Papp András. – Azt azonban el lehet mondani egész Európára vonatkozóan, hogy nem nagyon létezik olyan energiatermelési mód, amelynek költségeit pusztán piaci eszközökkel ki lehetne gazdálkodni. Vagyis a legtöbb országban támogatják valamilyen módon a villamosenergia-termelést.”

Csakhogy az ár nem az egyetlen fokmérője egy termék értékének. Igaz ez az energiatermelésre is – sőt erre talán még inkább igaz, mint egyéb termékekre. Az energiatermelés ugyanis szükségszerűen környezeti terheléssel jár, emiatt az a termelési mód, amelynek adott esetben ugyan magasabbak az azonnali költségei, hosszú távon mégis előnyösebb lehet. Például a környezetszennyezés csökkentése révén. A kapcsolt energiatermelő rendszerek által megtermelt energia fajlagos szén-dioxid-költsége a jobb hatásfoknak köszönhetően kisebb.

Ez az oka annak is, hogy számos európai országban a kapcsolt energiatermelés plusztámogatásban is részesül, derül ki a Magyar Kapcsolt Energia Társaság által készített tanulmányból. A támogatások igen sokféleképpen valósulhatnak meg. Van ország, ahol beruházási, máshol működési, megint máshol adótámogatást kaphatnak a kapcsolt energiatermelők. Magyarországon azonban ilyen jellegű támogatás 2011 óta nincsen.

A lakótelep kívánatos közelsége

Nemcsak gazdasági, hanem technológiai feltételei is vannak annak, hogy a villamosenergia-termelő erőműhöz hőtermelést lehessen (vagy legyen érdemes) kapcsolni. Általánosságban elmondható, hogy olyan helyeken érdemes kapcsolt energiatermelést létesíteni, ahol a közelben jelentős hőigény jelentkezik. Ez lehet lakossági hőfelhasználás (például egy lakótelep) vagy ipari hőigény is – utóbbi gyakran olaj-, vegyipari vagy gyógyszeripari üzemeket jelent, hiszen ezekhez a technológiai folyamatokhoz számottevő mennyiségű hőre van szükség.

A kapcsolt energiatermelő rendszerek jelentősége Papp András szerint jóval túlnyúlik a megtermelt energia árának és az eközben kibocsátott szén-dioxid mennyiségének kérdésén. E rendszerek révén ugyanis energiafüggőségünket is csökkenthetjük. Minél kevesebb energiabefektetéssel tudjuk előállítani a szükséges elektromos, illetve hőenergiát, annál kevesebb primer energiahordozót (illetve magát az energiát) kell külföldről importálnunk. Ezáltal csökken a külföldi partnerektől való függés.

Ott érdemes kapcsolt energiatermelést létesíteni, ahol a közelben jelentős hőigény jelentkezik. Ez lehet lakossági hőfelhasználás (például egy lakótelep) vagy ipari hőigény is – utóbbi gyakran olaj-, vegyipari vagy gyógyszeripari üzemeket jelent, hiszen ezekhez a technológiai folyamatokhoz számottevő mennyiségű hőre van szükség.

A levegő minőségére is pozitív hatást gyakorolna az, hogy akár falusi körülmények között is áttérnének a kapcsoltan termelt közösségi fűtésre. Ma ez Magyarország legtöbb nagyvárosában megvalósul, de a kisebb településeken és iparvállalatoknál még nem gyakorlat. Ausztriában viszont sok faluban egy-egy kis méretű, gyakran biomassza-, azaz megújuló alapú kapcsolt erőmű szolgáltatja az áramot, illetve a fűtést. Hazánkban ezzel szemben a legtöbb kistelepülésen egyénileg fűtenek, sokszor kis hatékonyságú kályhákkal, amelyek rengeteg szennyező anyagot juttatnak a légkörbe. Emiatt telente gyakran előfordul, hogy a falvak levegője több egészségre káros szennyező anyagot tartalmaz, mint a (távfűtést üzemeltető) nagyvárosoké.

De a kapcsolt energiatermelő rendszereknek vannak az egész elektromos ellátóhálózat működése szempontjából is fontos előnyei.
„A kapcsolt berendezések – nyilván a hő adta kereteken belül – nagyon rugalmasan szabályozhatók. Vagyis a pillanatnyi termelés az aktuális rendszerigényeknek megfelelően módosítható, ez pedig további előnnyel jár – magyarázza Papp András. – Magyarországon nagyon sok energiatermelő egység szabályozóközpontokba tömörült, és így nyújtanak a Mavir (Magyar Villamosenergia-ipari Átviteli Rendszerirányító Zrt. – a szerk.) részére szabályozási szolgáltatásokat. Ezért a szolgáltatásért további bevételekhez juthatnak, hiszen a szabályozási energia ára magasabb, mint a „base load” (zsinór) villamos energia ára.”

Az elektromos hálózat stabilitásának védelmében

A megújuló energiaforrások egyre nagyobb aránya az elektromos energia előállításában ugyanis óhatatlanul a termelési teljesítmény kiszámíthatóságát csökkenti. Noha ezt a tényt gyakran a megújulók használata ellen érvelve hozzák fel, valójában ez inkább egy – ténylegesen létező – nehézség, amelyet kezelni kell. Megoldást jelenthet a különféle forrásokat hasznosító energiatermelő módok párhuzamos alkalmazása az áram-előállító rendszerben, és itt kaphatnak szerepet a megbízhatóan termelő, a szokásosnál mégis energiahatékonyabb és kevesebb környezeti terheléssel járó és rugalmas kapcsolt rendszerek is.

A kapcsolt energiatermelés a biomassza-, illetve a hulladékhasznosítással is összekapcsolható, ezáltal még inkább hozzájárulhat a minél kisebb környezetterheléssel járó energiatermeléshez. Papp András szerint hazánk nem áll rosszul nemzetközi összehasonlításban a kapcsolt energiatermelés elterjedése szempontjából, „de állhatna jobban is”. Jelenleg az elektromosenergia-termelés nagyjából 10 százalékához van hőtermelés is kapcsolva. A 2000-es évek végén ez az arány a 20 százalékot is meghaladta, azóta azonban jelentős csökkenés tapasztalható.

Hogy lehet ez – kaphatja fel a fejét az olvasó, hiszen itt egy hatékonyabb, környezetbarátabb, vagyis terjedésre „ítélt” technológiáról van elméletben szó. Nos, a csökkenés mögött főként az áll, hogy a legrosszabb hatásfokú, legnagyobb energiaveszteséggel termelő (például meghaladott technológiát alkalmazó vagy rosszul méretezett) berendezéseket azóta bezárták. Emellett a támogatási környezet átalakulása is megváltoztatta a viszonyokat. Bizonyos berendezések a régi támogatások miatt sokkal többet üzemeltek, mint manapság (hiszen mostanra az üzemelésük jóval gazdaságtalanabb lett).

A levegő minőségére is pozitív hatást gyakorolna az, hogy akár falusi körülmények között is áttérnének a kapcsoltan termelt közösségi fűtésre. Ausztriában sok faluban egy-egy kis méretű, gyakran biomassza-, azaz megújuló alapú kapcsolt erőmű szolgáltatja az áramot, illetve a fűtést. Hazánkban a legtöbb kistelepülésen egyénileg fűtenek, sokszor kis hatékonyságú kályhákkal, amelyek rengeteg szennyező anyagot juttatnak a légkörbe.

A kapcsolt energiatermelő rendszerek további elterjedését a technológiai fejlődés is elősegítheti. Bár a felhasznált rendszerek mögött rejlő mérnöki megoldások alapjai már régóta rendelke­zésre állnak, a hatékonyságuk jelentős növelése a legutóbbi évek-évtizedek fejlesztéseinek az eredménye.

Az általunk megkérdezett másik iparági vezető egyetért abban, hogy a támogatási környezet megváltozása alapvető hatást gyakorolt a kapcsolt energia hazai történetére.

„Amikor 2010 körül bekerültem az energiatermelés e szegmensébe, még jelentősebb támogatások voltak ezen a területen: a kapcsolt energiatermő egységek a kötelező átvételi rendszerbe, a KÁT-ba termeltek, és fénykorát élte a kapcsolt energiatermelés Magyar­országon. Ma a támogatások csökkenése után sokan azt gondolják, hogy a terület stagnál vagy csökken – válaszolta kérdésünkre Deme Roland, az E.ON Energiatermelő Kft. ügyvezetője. – 2012-ben rá voltunk kényszerítve, hogy találjunk a kieső támogatások okozta helyzetre megoldást, hiszen az E.ON Hungária cégcsoportnak jelentős saját tulajdonú erőmű-portfóliója volt. És sikerült is olyan megoldást találnunk, amellyel fenn tudtuk tartani az energiatermelő egységeink életképességét, az üzletág jövedelmezőségét.”

A megoldást egy szabályozóközpont kialakítása jelentette, amely egy virtuális erőműbe integrálta a cég tucatnyi különböző városban működő berendezéseit. Az E.ON virtuális erőművének teljesítménye nagyságrendileg 60 megawatt, és hasonlóból van még hat másik a piacon. A cég kapcsolt energiát termelő erőművei gázmotoros egységekből állnak, másoknak vannak gőzturbi­náik vagy kombinált ciklusú erőműveik is. A szabályozóközpontokkal a nehéz helyzetbe került cégek el tudták érni, hogy az addig alapvetően hőtermelés-vezérelt erőművek pluszbevételt termeljenek (a hozzájuk kapcsolt villamosenergia-termelés rendszerszintű pia­con történő értékesítése révén). A megtermelt villamos energiát a nagykereskedelmi piacon adják el, illetve a Mavirnak nyújtanak rugalmassági szolgáltatást.

A magyar villamosenergia-rendszerben időről időre egyenetlenségek alakulnak ki a kereslet és a kínálat fáziseltolódása miatt (magyarul az emberek nem feltétlenül akkor akarnak áramot fogyasztani, amikor azt például a megújuló energiaforrásokon alapuló erőművek megtermelik). Deme Roland úgy látja, hogy a rugalmassági szolgáltatásokra egyre nagyobb lesz az igény a jövőben, a megújulók miatt a Mavir igényei egyre speciálisabbá és egyedibbé válnak. Ezt az igényt pedig az ügyvezető véleménye szerint a gázmotoros egységekből felépülő szabályozóközpontok hatékonyan ki tudják elégíteni. Ezeket az eszközöket nevezik az iparágban CHP-knek.

A CHP-k hőoldalon hatósági ármegállapítás alá esnek, ami azt jelenti, hogy az állam a fűtési szezon előtt minden évben meghatározza, hogy abban az évben milyen maximált áron vehetik át a távhőtermelők által megtermelt hőt a távhőszolgáltatói engedélyesek. Vagyis a hőenergia árában nincs mozgásterük a termelőknek. Technikailag ezek az egységek alapvetően a gázmotoro­kon alapulnak. Miközben ezek eltüzelik a jellemzően földgázalapú üzemanyagot, egyszerre termelnek hőenergiát, illetve hajtanak meg egy generátort, amely áramot termel. Tehát itt nem egymás után kapcsolt energiatermelő egységek üzemelnek, hanem a kétféle művelet gyakorlatilag egy lépésben, párhuzamosan megy végbe.

„Úgy gondolom, hogy a 2011 előtti támogatási rendszer megszüntetése racionális döntés volt, mert a kapcsoltak akkori 20 százalékos villamosenergia-termelési piaci részesedése, annak támogatási terhével nem volt fenntartható. A mostani 10 százalékos részesedést viszont stabilan és piaci alapokon el lehet érni – érvel Deme Roland. – Itt felmerül az a nemzetgazdasági kérdés, hogy a két éra közötti nagyságrendileg 10 százaléknyi piaci részesedés – amelyet a nagyobb támogatáson keresztül 2011-ig sikerült fenntartaniuk a kapcsoltaknak – megérte-e. Mert nyilván jóval előnyösebb volt az a környezetvédelmi, szén-dioxid-kibocsátási szempontból nagy hatékonyságú kapcsolt termelés, de jelentős költségekkel járt. Én nem ismerek olyan elemzést, amely azt vizsgálta volna, hogy a KÁT-os rendszerben működő kapcsolt termelés támogatása mennyire váltotta be a hozzá fűzött elvárásokat, pedig nagyon érdekelne az eredménye.”

Az erősen támogatott környezetben az ügyvezető úgy tapasztalta, hogy nyáron (amikor alacsonyabb a lakossági hőigény) a kapcsolt energiatermelő eszközök 65 százalékos hatásfokon üzemeltek (amelyet előírásba is foglaltak minimumértékként), míg télen, amikor fűtési szezon van, ez a hatásfok erősen közelítette a teljes hőértékesítéssel elérhető 85-90 százalékot. Ehhez képest manapság, támogatás nélkül viszont lényegesen hatékonyabb, informatikai rendszerek által támogatott szabályozással és innovatív rendszerirányítással sikerül ezt éves szinten 80 százalék körül tartani, ami rendkívül magas érték.

Ennek alapja, hogy a termelők akkor termelnek, amikor ez számukra, illetve a vevő számára racionális, vagyis akkor, amikor az értékesíthető termékekből származó bevétel összességében meghaladja a felmerülő költségeket. Deme Roland a jövőt illetően elmondta, hogy a kapcsolt energiatermelés hozzá tud járulni a klímavédelmi célok megvalósításához, vagyis általa növelni lehet az energiahatékonyságot, és csökkenteni a károsanyag-kibocsátást. További beruházási ösztönzőt jelent, hogy a CHP-k – elsősorban a hatékony távhőszolgáltatásba integrálva – az energiahatékonysági irányelv alapján támogathatók.

A magyar villamosenergia-rendszerben időről időre egyenetlenségek alakulnak ki a kereslet és a kínálat fáziseltolódása miatt, hiszen az emberek nem feltétlenül akkor akarnak áramot fogyasztani, amikor azt például a megújuló energiaforrásokon alapuló erőművek megtermelik. A jövőben a megújulók elterjedése miatt egyre nagyobb lesz az igény a rugalmassági szolgáltatásokra, melyet a gázmotoros egységekből felépülő szabályozóközpontok hatékonyan ki tudnak elégíteni.

„A kapcsolt energiatermelés képes kihasználni azokat a különféle rendszerekben rejlő szinergiákat, amire például a napelemes rendszerek nem képesek. Annak ellenére, hogy az elektrifikációé a jövő, a magyarországi lakossági energiafelhasználás nagy része még ma is hőenergiát jelent” – állítja Deme Roland. A CHP-k téli időszaki termelési felfutása optimálisan egészíti ki a nyári időszakban magasabb szinten termelő fotovoltaikus erőműveket.

Érdemes megfontolni, hogy amennyiben olyan berendezések használatát kezdenénk újra támogatni, amelyek mindkét energia­termelésben képesek lennének javítani a hatékonyságon, akkor ezzel egyszerre több oldalról lehetne hozzáadott értéket terem­teni, mint ha csak a villamos energia oldalát fejlesztenénk.•

 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018  2019  2020

Innotéka