Page 1

ENERGIAGAZDÁLKODÁS Az Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület szakfolyóirata Journal of the Hungarian Scientific Society of Energy Economics Zeitschrift des Energiewirtschaftlichen Wissenschaftlichen Verein

52. évfolyam (2011) Különszám

Year 52. (2011) Special edition Jahrgang 52. (2011) Sondern Ausdruck

A magyar energiagazdaság problémáit tárgyaló tudományos és gyakorlati folyóirat Scientific and practical journal analyzing problems of the Hungarian energy economics Wissenschaftliche und praktische Zeitschrift zu den Problemen der ungarischen Energiewirtschaft

Útközben - A BME kutatóegyetemi pályán 9.30-11.00 Plenáris előadások Q1 Simonyi Károly terem 10.30-11.00 Sajtótájékoztató Q épület QB F14 11.00-11.30 Kávészünet Q épület aula 11.30-13.00 Szakmai előadások a Q épület előadóiban 13.00-14.30 Büféebéd, konzultáció a Q épület aulájában 14.00-16.30 Szatelit rendezvények az egyetem teljes területén

www.kutatas.bme.hu MŰEGYETEM 1782

Fenntartható energetika – szakmai előadások – QA F15 terem Levezető elnök: Becker Gábor, dékán, Építészmérnöki Kar Moderátorok: Katona Tamás, címzetes tudományos igazgató, PA Zrt. Gróf Gyula, a kiemelt kutatási terület vezetője, egy. docens, tanszékvezető 11:30 Megújuló energia alkalmazás hatása a nagyvárosi – Budapest – tömbök jövőjére Alföldi György egy. adjunktus, ÉPK Urbanisztika Tanszék 11:50 Kutatási eredményeink a fenntartható atomenergetika területén Szieberth Máté egy. adjunktus, TTK Atomenergetika Tanszék 12:10 Fenntartható energetika - Villamos energetikai kutatások Dán András egy. tanár, VIK Villamos Energetika Tanszék 12:30 Az alap-energiahordozó struktúra hatáselemzése Bihari Péter egy. docens, GPK Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

14:30-16:30 Fenntartható energetika – szatellit rendezvények: 1. Megújuló energia Eszközök és módszerek a jövő nemzedékeinek oktatásában • az Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Felújított Nap-energia labor bemutatása

• Solar Decathlon csapat bemutatkozás

D épület 6. em., tetőszint, nyugati lépcsőház 2. Energiaigények és felhasználás városi környezetben • Szociológia Tanszék és az Urbanisztika Tanszék közös fórum rendezvénye

QA F15

3. Okos hálózat – Okos mérés • Okos hálózat és mérés - MEE Munkabizottság bemutatkozása

• Laboratóriumi bemutató az Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszéken Q épület QB 203.

4. Nukleáris Technika Intézet laboratóriumlátogatás • Termohidraulikai Labor (folyamatosan fogadnak vendégeket) R438 (D. épület felől)

• Oktatóreaktor (max. 2 db. 20 fős csoport) délelőtt regisztrálni kell. 1. csoport: 14:30, 2. csoport 15:30

5. A távhőellátás árképzési kérdései – fórum R épület 110-111. 6. Kutatási eredmények az épületenergetika területén • Épületek energiaracionalizálásának műszaki eszközei

• Új épületek, megtartandó homlokzatú épületek épületszerkezetek • Épületenergetika laboratórium bemutató K épület 201.

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

2011. 1. szám

1


2

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

2011. 1. szám


ENERGIAGAZDÁLKODÁS Az Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület szakfolyóirata

52. évfolyam 2011. különszám

A magyar energiagazdaság problémáit tárgyaló tudományos és gyakorlati folyóirat

TARTALOM • CONTENTS • INHALT

Főszerkesztő: Dr. Zsebik Albin Felelős szerkesztő: Dr. Gróf Gyula Szerkesztőség vezető: Szigeti Edit Szerkesztőbizottság:

Dr. Balikó Sándor, Bányai István, Dr. Bihari Péter, Czinege Zoltán, Dr. Csűrök Tibor, Dr. Dezső György, Eörsi-Tóta Gábor, Gerse Pál, Juhász Sándor, Korcsog György, Kőhalmi-Monfils Csilla Kövesdi Zsolt, Mezei Károly, Dr. Molnár László, Németh Bálint, Romsics László, Szabó Benjámin István, Szebeni Márton, Dr. Szilágyi Zsombor, Vancsó Tamás, Végh László

Honlap szerkesztő: Csernyánszky Marianne www.ete-net.hu www.energiamedia.hu Kiadja: Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület Felelős kiadó: Bakács István, az ETE elnöke A szekesztőség címe: BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3. D épület 222 sz. Telefon: +36 1 353 2751, +36 1 353 2627, +36 30 278 2694, +36 1 463 2981. Telefax: +36 1 353 3894. E-mail: enga@ete-net.hu Megjelenik kéthavonta. Előfizetési díj egy évre: 3780 Ft Egy szám ára: 630 Ft Előfizethető a díj átutalásával a 10200830-32310267-00000000 számlaszámra a postázási és számlázási cím megadásával, valamint az „Energiagazdálkodás” megjegyzéssel ISSN 0021-0757 Tipográfia: Büki Bt. bukibt@t-online.hu Nyomdai munkák: Innova-Print Kft.

Lapunkat rendszeresen szemlézi Magyarország legnagyobb médiafigyelője, az

Gróf Gyula Köszöntő

2

Települési energiagazdálkodás Alföldi György A megújuló energia hatása a nagyvárosi – budapesti – tömbök jövőjére Impacts of the renewable energy on the future of the metropolitan – Budapest – blocks

3

Villamos energetika Hartmann Bálint, Dán András Szélerőművi termelés menetrendi hibájának csökkentése energiatárolóval – van-e kellő motíváció? Keeping preliminary scheduled wind power generation by means of energy storage – is there enough motivation? Divényi Dániel, Dán András Rendszerszintű tartalékképzés kiserőművek bevonásával Application of the distributed power generation as the system level reserve

7

11

Atomenergia Szieberth Máté Kutatási eredmények a fenntartható atomenergetika területén Research results in the field of sustainable nuclear energy

15

Energetika Bihari Péter, Gács Iván Az energiahordozó-forrásszerkezet alakításának lehetőségei Possibilities in the framing of the energy carrier resource structure

20

Energiahatékonyság Janky Béla, Könczöl Sándor, Dúll Andrea Háztartási áramfogyasztás: lehetőségek és döntések – egy kérdőíves felmérés tanulságai Domestic electricity consumption: possibilities and decisions – experiences from a survey by means of a questionnaire

25

Épületenergetika Ábrahám György, Sztrancsik Zsolt Árnyékoló fóliák összehasonlító mérése Comparative study of the windows films

30

Varga Tamás Solar Decathlon 2012 Solar Decathlon Europe 2012

34

A folyóirat szerkesztésénél különös figyelmet fordítottunk a környezetvédelmi szempontokra!

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

1


KÖSZÖNTŐ

Tisztelt Olvasó! Az Energiagazdálkodás különszámát tartja a kezében, amely a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem egy évvel ezelőtt útjára indított kutató egyetemi programjának Fenntartható Energetika kiemelt kutatási területéhez tartozó témakörökben végzett munkát ismerteti, azaz a program meghirdetése óta eltelt időszakban elért eredményekből mutat be egy válogatást, törekedve a kutatási tevékenység sokszínűségének illusztrálására is. Az Energiagazdálkodás 2011 évi 1. számában a BME Kutató Egyetemi program „Fenntartható Energetika” kiemelt kutatási terület stratégiáját ismertettük. A kutatási stratégia kidolgozásakor azonosított kihívások miatt szükséges megoldások megtalálásához és kidolgozásához, globális és Magyarországot érintő vonatkozásokban egyaránt, a BME az érintett részterületeken folytatott tudományos kutatásokkal, illetve azok eredményeivel járulhat hozzá. E folyamat része, hogy a szűk szakmai nyilvánosságon túl is ismertetjük a kutatások irányait, témaköreit és eredményeit. Ennek a különszámnak a közreadásával ezt a folyamatot is szolgáljuk. Az energetika területét érintő kutatási program – Fenntartható Energetika – tartalmi vonatkozásában fontos kiemelni, hogy az ezt a területet érintő, a közbeszédben eléggé elterjedten megjelent állásponttal szemben nem arról van szó, hogy az energetikai kérdések a szűken vett értelmezésű fenntarthatóságnak mintegy alárendelésre kerültek. A stratégia kidolgozásakor megállapítottuk és a kutatási program végrehajtásakor figyelembe vesszük, hogy a versenyképesség, az ellátás biztonság és a környezet és klímavédelem hármas követelményét harmonizáltan, együttesen megvalósító cselekvéssorozatot, gondolkodásmódot, politikát tartjuk „fenntarthatónak”. Az ebben számban megjelenő nyolc szakmai közlemény olyan fontos területeket érint, mint az atomenergetika, a villamos energia rendszer irányítási kérdései vagy az épület energetika. A megújuló energiaforrások szerepének növekedése számos járulékos probléma megvitatását, közmegegyezéses megoldás megtalálását igényli. Ilyen kérdés például az e kiadványban közvetlenül nem tárgyalt (tározós vagy tradicionális) vízerőművek témaköre vagy a rendszerbe állítható szélerőmű kapacitás mértéke. A megújuló energiaforrások alkalmazása nem lehet öncél, ezeknek a megoldásoknak az alkalmazásánál éppen úgy tekintettel kell lenni (társadalmi méretekben) a gazdaságosságra, mint a tradicionális energiatechnológiák esetén. A stratégiai kérdésekkel kapcsolatosan, a megoldások kidolgozásában csak a szakmai párbeszéd, az érvek és ellenérvek tudományos megközelítése vezethet „fenntartható” megoldásokhoz még akkor is, ha ez az út hosszú és fáradságos. Az „Útközben - a BME kutatóegyetemi pályán” rendezvénye egy jó alkalmat teremt e párbeszédre, kérem az energetikusok szakmai közösségét éljen ezzel a lehetőséggel a szakmai előadásokon és az un. szatellit rendezvényeken! Az eredményes kutatási tevékenység egyik legfontosabb jellemzője az együttműködés. A BME tanszékei, karai közötti kooperáció elősegítésének, erősítésének fontosságát a kutatási stratégia dokumentumainak több fejezetének kidolgozásakor is hangsúlyoztuk, az ezzel kapcsolatos erőfeszítések már az eltelt, a kutatási projektek idősíkjához képest, rövid idő alatt is megmutatkoztak. Ennek bemutatására a Szociológia és Kommunikáció Tanszék és az Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék együttműködésének egyik eredménye e lapszámban megjelenő publikáció, ami a vezérelt villamos energiafogyasztás apropóján világít rá a fogyasztói attitűd kérdésének fontosságára. Annak ellenére, hogy az Európai Unióban a tagállamok energiapolitikái kevéssé harmonizáltak, a felismert globális kihívásokra az energetikai kutatások területén számos uniós program került megfogalmazásra (pl. FP7 keretprogram, SET Plan). A BME-n folyó kutatások illeszkednek a nemzetközi trendekhez, a BME szervezeti egységei aktív partnerei külföldi kutatóintézeteknek, egyetemeknek uniós szintű oktatási és kutatási programokban. Mindezt jól példázza a Nukleáris Technika Intézet fenntartható atomenergetikai kutatásait bemutató cikkünk. A megújuló energiaforrások jövőbeli alkalmazásának kulcs eleme, hogy az oktatásban a mérnöki szakterületek valamennyi területén hogyan tudjuk átadni a fenntarthatósághoz társított tudást, szemléletmódot, amelyre támaszkodva a jövő mérnökei – a mostani hallgatóink – kidolgozzák és alkalmazzák az innovatív megoldásokat. A tradicionális oktatási formák mellett a projekt orientált tevékenység az, ahol a részvevő hallgatók a feladat kidolgozásakor a mérnöki munka sokszínűségével találkoznak. A nemzetközi programokban való részvétel az egyik legjobb megmérettetés a részvevők és az őket segítő tanároknak egyaránt. Az U.S. Department of Energy által 2002-ben meghirdetett Solar Decathlon program a napenergiával működő épület megvalósítására hív egyetemi hallgatói csapatokat. 2007-től ennek a versenynek európai megfelelője a Solar Decathlon Europe melyre a BME hallgatói elsőként közép-európából nyújtottak be sikeres, a megvalósításra is kijelölt programot, ennek a csapatnak mentora az Építészmérnöki Kar. Az eddig végzett munkát, az előttük álló kihívásokat ismerhetjük meg publikációjukból. Az épületek szigetelése, a nyílászárók cseréje sok helyen nem jár együtt korszerű épületgépészeti rendszer kialakításával elsősorban gazdasági okok miatt. Ezek az épületek a nyáron nagymértékben képesek felmelegedni. Kézenfekvő az ablakok sugárzásvédő fóliával való bevonása. A Mechatronikai Optikai és Gépészeti Rendszertechnika Tanszék összehasonlító helyszíni vizsgálatai azt mutatják, hogy pusztán laboratóriumi eredmények alapján nem választható ki a legjobb megoldás. Remélem olvasóink hasznosnak tartják ezt a különszámot, kérem jutassák el észrevételeiket a szerkesztőségünkhöz és bízom abban, hogy sokukkal találkozunk a Fenntartható Energetika program rendezvényein! Dr. Gróf Gyula BME Fenntartható Energetika kiemelt kutatási terület vezetője

2

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


TELEPÜLÉSI ENERGIAGAZDÁLKODÁS

A megújuló energia hatása a nagyvárosi – budapesti – tömbök jövőjére Alföldi György egyetemi docens, BME Urbanisztika Tanszék, alfoldi.gyorgy@urbanisztika.bme.hu

Az Urbanisztika Tanszéken folyó munka része a BME kutató egyetemi programon belül a „Fenntartható Energetika” (FE) keretei között zajlik. Ebben a kutatási főirányban, az interdiszciplináris környezeten belül, az Építészmérnöki Kar szerepe, kettős, egyrészt a háztartásokhoz kapcsolódó energia felhasználás – a Föld energiafogyasztásának közel 40%-a – alapvető szerkezeteivel foglalkozik; másrészt az energiatermelés – szállítás – felhasználás változásaiból származó környezeti hatások, és az emberi társadalom közötti kapcsolatot vizsgálja. A cikk röviden ismerteti a kutatás egyetemi kereteit, a kari kutatás céljait és rendszerét. A cikk bemutatja azt a munkát, és gondolkodást mely 2010 nyarán indult meg az Urbanisztika Tanszéken. * A significant part of research activities of Urban Planning and Urban Design Department are included within the framework of special research field such as Sustainable Energy (FE) at the Budapest University of Technology and Economics. The Faculty of Architecture has a dual role in this interdisciplinary mainstream of research. On the one hand the Faculty is responsible for analysing the fundamental structures of energy used by households which is approximately 40 percent of the energy consumption of the Humanity. On the other hand the Team focuses on evaluating the environmental effects of changes of energy production/transport/consumption and their relationships with human society as well. Present article draws up the details of academic research emphasized the objectives and the system of faculty’s research work. The study demonstrates the activities and the new thinking of Urban Planning and Urban Design Department which was formed last summer. ***

ka az egyetem kitűzött öt kiemelt kutatási területén belül a „Fenntartható Energetika” (FE) keretei között zajlik. Ebben a kutatási főirányban, az interdiszciplináris környezeten belül, az Építészmérnöki Kar szerepe, kettős, egyrészt a háztartásokhoz kapcsolódó energia felhasználás – a Föld energiafogyasztásának közel 40%-a – alapvető szerkezeteivel foglalkozik; másrészt az energiatermelés – szállítás – felhasználás változásaiból származó környezeti hatások, és az emberi társadalom közötti kapcsolatot vizsgálja. A cikk röviden ismerteti a kutatás egyetemi kereteit, a kari kutatás céljait és rendszerét. A cikk bemutatja azt a munkát, és gondolkodást mely 2010 nyarán indult meg az Urbanisztika Tanszéken.

Az építészek mindig egyik alapvető feladatuknak tartották a jövő városi lehetőségeinek kutatását. Milyen lesz a jövő városa, a jövő Budapestje. Amikor a ma építészeti és környezetalakítási párbeszédeit folytatjuk, a múlt értékeinek féltése jelenik meg az érvekben. Ezekben a vitákban ugyanakkor még kevéssé jelennek meg a jövőt alapvetően meghatározó környezeti feltételek végiggondolása, az üvegházhatás elkerülése, vagy a fosszilis energiahordozók korlátossága. Ezért különösen izgalmas és felelősséggel telt annak a kérdésnek a vizsgálata, hogy például Budapest belső városrészeinek képe, hogyan alakul e kettős feltételrendszer keretei között. Ha a témától egy kicsit elemelkedve akarnám megfogalmazni a kérdést, lehet-e Budapest nagytávlatú jövőjét tervezni. Kutatásunk célja Budapest 2050 utáni életének – fejlődésének kereteit meghatározni, a fenntarthatóságra tekintettel. Az Urbanisztika Tanszéken folyó munka része az egyetemen zajló „Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen” TÁMOP-4.2.1/B-09/11/KMR2010-0002. jelű kutatásnak1. A tanszéki és az Építészmérnök Kari mun-

A Műegyetemen zajló kutatási program fő célja kettős: „kreatív, innovatív, K+F problémák megoldása, új termékek kidolgozása és kivitelezése, valamint vállalkozásra is képes reálértelmiségiek magas színvonalú képzése.”2 Az egyetem csak akkor válik képessé céljai elérésére, ha élvonalbeli, egyes területeken pedig nemzetközileg is jegyzett kutató és alkotó hellyé válik. Az egyetemi program öt kiemelt kutatási területet azonosított: „fenntartható energetika”; „járműtechnika, közlekedés és logisztika”; „biotechnológia, egészség- és környezetvédelem”; „nanofizika, nanotechnológia és anyagtudomány”; intelligens környezetek és e-technológiák”. A „Fenntartható Energetika” kiemelt terület „fő kihívásai – a globális energiakereslet növekedés, a hagyományos olaj- és földgáztartalékok véges volta, az éghajlatváltozást okozó „üvegházgázok” kibocsátásának csökkentése, az olajárak romboló ingadozási hajlama és a forrásrégiók geopolitikai instabilitása – indokolják a megoldások megkeresésének és

1

2

A munka szakmai tartalma kapcsolódik a “Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Mű-

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

(Gb) 1300

1230 Gb

1200

21,477 Mtoe

1100

teljes energiafogyasztás

1000

980 Gb olajtartalékok

900 800

18000 16000 14000

700

12000

600 500

7,100 Mtoe szénfogyasztás

400 300

gázfogyasztás

200

1900

1920

1940

1960

1980

2000

2020

2040

10000 8000 6000 4000

olajfogyasztás

100 0

(Mtoe) 20000

2000 2060

2080

2100

0

A világ népessége (Forrás: Egyesült Nemzetek, 2003)

Egyetemi keretek

egyetemen” c. projekt szakmai célkitűzéseinek megvalósításához. A projekt megvalósítását az Új Széchenyi Terv TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002 programja támogatja. Hogyan tovább Műegyetem? A BME kutatóegyetemi stratégiájának kivonata; Budapest, 2010; 3 o.

3


Alföldi Gy.: A megújuló energia hatása a nagyvárosi – budapesti – tömbök jövőjére kidolgozásának sürgősségét.” 3 Ennek megfelelően a kutatás – összhangban a nemzetközi trendekkel – a hazai energiaellátás hatékonyabbá tételére, az energetika környezetvédelemi feladatainak teljesítésére és az ellátás biztonságának fokozására, a fenntartható energetika harmonikus egységét kifejező hármas követelmény megvalósulására irányulnak. Az Építészmérnöki Kar szerepe a kutatásban, kettős egyrészt az energetikai változások környezeti hatásait, másrészt a változások társadalmi összefüggéseit vizsgálja.

Az Építészmérnök Kari kutatás alapjai A kari kutatás, a „Fenntartható Energetika” kiemelt terület részeként, célul tűzi ki, hogy kutatási aktivitása megújuljon a környezetünket érintő tárgykörökben, és a 21. századi változásoknak megfeleljen. A 2010 utáni években a karnak jelentős kihívásokkal kell szembe néznie. Mind a két kutatási főirány közvetlenül érinti környezetünket, amelyre egyre inkább, mint az egységes ökoszisztéma részeként kell tekintenünk. Így az épített környezet alakítása során is az egységes ökoszisztémában kell gondolkodnunk, tervezéskor, kutatáskor, oktatáskor a Föld újra elő nem állítható forrásaival (termőföld, levegő, víz) való gazdálkodásnak kell áthatnia tevékenységünket. Ezen belül a kar egyik legfontosabb feladata Magyarország forrásaival, értékeivel való gazdálkodás. Környezetünk alakítása talán sohasem igényelte ennyire a fokozott figyelmet, és nem volt ennyire rászorulva az interdiszciplináris együttműködésre. A Föld ökoszisztémájának a fennmaradása az épített környezettel foglalkozó szakemberek nagy feladata. Városi és a természeti környezetünk állandóan változik. 2050-re jelentősen megváltozik Földünk energia előállításának, szállításának, és felhasználásának rendszere. Ez ös�szefüggésben van a népességnövekedéssel – 2050-re óvatos becslések szerint is 9 milliárd ember fog élni a Földön4 – az energiafogyasztás növekedéssel, a hagyományos olaj- és földgáz készletek kifogyásával, és a klímaváltozást okozó „üvegházgázok” (CO2) kibocsátásának mindenáron, való csökkentésének igényével.

10

2004

(14 milliárd ember) 15

(milliárd ember)

14 milliárd ember

legerősebb szcenárió

14

Az épületek szerkezeti, technikai újításán túl a társadalom egészére, országunk településszerkezetére, és városainkra is ki kell terjednie gondolkodásunknak. Az új rendszerek alkalmazása, az egyénektől és a társadalomtól is magasabb szintű felelősségvállalást és alkalmazási képességeket igényel. A fenntarthatóságot érintő megújulás ugyanakkor csak a társadalom teherbíró képességével összhangban tud létrejönni, viszont egyes társadalmi rétegek-csoportok közötti feszültség növekedés veszélyeztetheti a változásokat. A változások – az energiaszállítás és termelő hálózati elemek, az egyre növekvő információs hálózatok – kutatásával a Műegyetem társkarai foglalkoznak. Ezekből a kutatásokból rengeteg alapadatot nyerünk saját munkánkhoz. Az Építészmérnöki Kar felelőssége annak kutatása, hogy a technikai változások, és innovációk melyek érintik mindennapi környezetünket a háztól a városig, hogyan kerülnek integrálódásra az emberi környezetbe. Az élhető emberi környezet mindig több volt, mint pusztán a technikák összessége, ezért ezeknek az új tér igényeknek az emocionális hatásával és jelentésével is foglalkozni kell. A társadalmi és a fizikai tér összeillesztése is az építészmérnökök feladata, hiszen erős a kölcsönhatás a két tér között. A kutatásoknak ugyanakkor együtt kell haladnia a települési környezetben a demográfiai és migrációs változásokból, a versenyképes gazdaság koncentrálódásából, a fizikai hálózatok avulásából, és a környezetszennyezésből származó kihívásokkal is. A Fenntartható Energetika kutatásában együttműködők közül, míg a társkarok elsősorban az energia előállításán, szállításán, és ipari felhasználásán dolgoznak addig a karunknak az új rendszereknek a környezetbe – épített és természeti egyaránt – integrálásának, a kialakuló új hálózatoknak a városi környezetre és társadalomra gyakorolt hatásának, és az épületekben történő felhasználásának a kutatása a feladata. Ezek a kutatások új városi és épület térigényeket, valamint új szerkezeti igényeket és gondolkodást fogalmaznak meg. Karunk kutatási irányát tehát két irányból kell felvenni – társadalmi, és technikai –, hogy egyetemi kutatócsoportokban az integrált társadalmi, és ökoszisztémában való gondolkodás és felelősség alapján a környezeti visszacsatolást biztosítsuk.

8

13 12 11

6

középső szcenárió

10

9,1 milliárd ember

9

4

8 7

6,4 milliárd ember

6 5

7,4 milliárd ember leggyengébb szcenárió

4

2

5,5 milliárd ember

0

3 2 0

1900

1920

1940

1960

1980

2000

2020

2040

2060

2080

2100

Népességnövekedés (forrás: Egyesült Nemzetek, New York, 2003)

Az energiaellátás fenntarthatóságának biztosítása, jelentősen átrendezi természeti és települési környezetünket. Új energia-, termelő, szállító hálózatok alakulnak ki, és az energia felhasználó egységeknek – a városoknak, az épületeknek, és a háztartásoknak is képessé kell válniuk a változások fogadására. 3

Műegyetem – Kutatóegyetem, K+F+I Stratégia, Fenntartható energetika, Kiemelt Kutatási Terület

4

Forrás: ENSZ, New York, 2003, in: Global trends, Berlage Institute/MVRDV, 2004; in: MVRDV KM3, ACTAR, Barcelona, 2005.

4

1970

1950 vidéki térségekben

1

1990

2010

2030

városi térségekben

Teljes energiafogyasztás, fosszilis üzemanyag energiafogyasztás, olajellátás

forrás: American Association of Petroleum Geologist Bulletin, Vol. 81.(8) (1997), http://www.hubbertpeak.com/laherrere/iiasa_reserves.pdf, http://www.cpast.org/Articles/fetch.adp?topicnum=14

Az Építészmérnöki Kari kutatások A karon négy témacsoportban – SZERKEZET/GÉPÉSZET; VÁROS/HÁZ –, és két főirányba haladnak kutatások: az egyik az épített környezet és a társadalom összefüggéseit, míg a másik az épületek változásoknak megfelelő szerkezeti és gépészeti rendszereit vizsgálják.

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


Alföldi Gy.: A megújuló energia hatása a nagyvárosi – budapesti – tömbök jövőjére A SZERKEZET PROJEKT5 az épületek energia felhasználását alapvetően meghatározó szerkezeteket kutatja, melyet eddig nem, vagy hiányosan érintett az építőanyag gyártók innovációs tevékenysége. A jövőben épülő házak energia hatékony kialakításának kutatása mellett egyre nagyobb jelentősége van a meglévő épületek energia felhasználásának csökkentését célzó vizsgálatoknak. Budapest épületeinek jelentős részét képezik a megőrzendő homlokzatú 19. század végi és 20. század eleji épületek, illetve 20. század közepén épült házgyári technológiájú paneles házak. Ezeknek szerkezeti vizsgálatát tartalmazza a program annak érdekében, hogy általánosan alkalmazható szempontok, javaslatok kidolgozásával támogassa hosszú távon is hatékony felújításukat. Az újonnan épülő alacsony energiafelhasználású házak szerkezetei jelentős mértékben térnek el az építéskor illetve a jelenleg alkalmazott megoldásoktól. Az új szerkezetek hazai bevezetéséhez részletes előzetes elemzésekre van szükség. A SZERKEZET PROJEKT és a VÁROS PROJEKT szorosan együttműködik a budapesti tömbök fenntarthatósági kritériumainak kidolgozásában. A jövőt meghatározó elemek egyik legfontosabb szegmense a meglévő épületállomány szerkezeti állapotának felülvizsgálata, és a felújítási alternatívák, valamint az épületek energiafelhasználását csökkentő megoldások elemzése, különösen megtartandó homlokzatú házak esetében melyek bontása elképzelhetetlen. A SZERKEZET PROJEKT kutatási témái: Az iparosított technológiával épült (lakó) épületek, energiatudatos felújításának járulékos hatásai és környezetterhelés csökkentési lehetőségei; Alacsony energiafelhasználású épületek akusztikai minősége; Alacsony energiafelhasználású épületek tűzvédelme; Megtartandó homlokzatú lakóépületek utólagos hőszigetelése. AGÉPÉSZET PROJEKT6 kutatási célja a magyarországi geotermális energiák hasznosításának előmozdítása épület- és település nagyságrendben, figyelembe véve a növekvő épületenergetikai követelményeket és a 21. századi változásokból származó új építészeti igényeket. A meglévő gépészeti rendszerek tanulmányozása és bench-marking után, egyedi teljes szezonon keresztül zajló mérésekkel épül fel a kutatás alapját képező adatbázis. Ennek az adatbázisnak a különböző elvek szerinti elemzése adja a kutatás eredményét. A GÉPÉSZET PROJEKT több ponton működik együtt a kutatási projektekhez, a laborban az energetikai célú számítások és mérések elvégzésben, az épületgépészet, az energetika, a megújuló energiák, a világítás, az energiatermelés és a passzív házak témakörökben részfeladatok elvégzésében. A kari kutatások közül a VÁROS PROJEKT és a HÁZ PROJEKT is a települési környezet, és a társadalmi változások viszonyát vizsgálja. A VÁROS PROJEKT – részletesen a következő fejezetben – a nagyvárosi, elsősorban a budapesti belváros tömbjeinek lehetőségeivel foglalkozik, míg a HÁZ PROJEKT7 a kistelepülési változásokat kívánja felismerni, és építészeti – társadalmi kérdések vizsgálatán keresztül eljutni a kutatás során a lehetséges alternatívákhoz. Ezen összefogott célokon kívül célja a falusi, a kisvárosi, és a nagyvárosi – barnaövezetek, iparterületek – épített környezet egyes pusztulófélben levő épületeinek a jövő igényei – fenntarthatóság – szerinti kiértékelése és a lehetséges előremutató megoldások vizsgálata. A kutatás során fontos cél a helyi döntéshozói szintek feltérképezése, a Fenntartható Energetika kutatás keretei között, az önkormányzatoknak a lakosság lokális megtartásához, munkahelyteremtéshez, a helyi közösségek megerősítéséhez szükséges, el5

sősorban környezetalakítási, eszközök kidolgozása. A cél természetesen itt is az, hogy a jövő építészei elkötelezett módon tudjanak dolgozni az integrált települési környezetben, ennek az egyetemen ismerjék meg és sajátítsák el képességeit, összhangban az EU irányelveivel, s a nemzetközi városépítészeti és építészeti folyamatokkal. A HÁZ PROJEKT része, a hallgatókkal, és a társdiszciplínákkal történő szoros együttműködés, és a kutatás eredményeire épülő, a Solar Decathlon Europa 2012 nemzetközi pályázat keretében megvalósuló, családi ház, mely képes megtermelni a működéséhez szükséges energiákat, káros anyag kibocsátása nincs, az alkalmazott építőanyagok ökológiai szempontból is megfelelőek.

A VÁROS PROJEKT alap megközelítése Az Építészmérnöki Kar Urbanisztika Tanszékén folyó kutatás 8 Budapest belső városrészei megőrzésének kereteit vizsgálja, a 19. század végén és a 20. század elején épült kiemelten értékes és a város egyik alapvető identitását adó városszövet megmaradásának a társadalmi – gazdasági – építészeti kritériumait kívánja meghatározni, a 21. századi nagyvárosi kihívásokra, első sorban a megváltozó energetikai helyzetre tekintettel. A századunkban zajló nagyléptékű és gyors változások jelentős mértékben fogják átalakítani környezetünket. A század végére az urbanizáció mértéke – a föld lakosságának több mint 70%-a fog városokban élni9 – jelentősen átformálja a városok és környezetük téri rendszereit, strukturális összefüggéseit. Európa fejlett részének térképére tekintve már ma is az egyes urbanizált területek szinte összeérnek, a városok „metropolitan” területekké alakulnak. A változások a nagyvárosok társadalmi – környezeti – gazdasági rendszereinek is jelentős kihívást jelentenek. Az urbánus megújulás alapkérdése, hogy a változó környezet meg tud-e majd felelni az emberi társadalom fennmaradásához szükséges igényeknek. A fenntarthatósági alapkérdéseket nagyvárosi környezetben komplexen kell értelmezni, a technikai-fizikai környezet mellett, az egyes területek gazdasági és társadalmi potenciálja is jelentős befolyásoló tényező.

Belső-Józsefváros (forrás: Józsefváros Önkormányzat/Rév8 Zrt, 2004)

Budapest városfejlődésének egyik kulcs kérdése, hogy a pesti történelmi városmag a következő 20-40 alatt, a jelentős változások – energia, társadalom – hatására, milyen irányba fejlődik. A tradíciókat hordozó városi tömbök továbbra is megtudnak-e maradni a budapesti élet alapegységeinek. A VÁROS PROJEKT azt kutatja, hogy a pesti tömbök élettel teli megmaradásának melyek a feltételei.

A kutatás vezetője: dr. Fülöp Zsuzsanna/BME Építészmérnöki Kar, Épületszerkezettani Tanszék

6

A kutatás vezetője: Viczai János / BME Építészmérnöki Kar, Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék

8

A kutatás vezetője: Alföldi György DLA / BME Építészmérnöki Kar, Urbanisztika Tanszék

7

A kutatás vezetője: Varga Tamás DLA / BME Építészmérnöki Kar, Lakóépülettervezési Tanszék

9

Forrás: The City in 2050: Creating Blueprints for Change, Urban Land Institute, Washington, 2008

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

5


Alföldi Gy.: A megújuló energia hatása a nagyvárosi – budapesti – tömbök jövőjére A PROJEKT alaphipotézise az, hogy 2050-re Budapest akkor tartja meg identitását, ha megőrződnek, elsősorban a pesti, városi-tömbjei. Hipotézisünk bizonyításához két komplex feltételt állítottunk fel: a) technikai- fenntarthatósági, b) társadalmi-megfizethetőségi. Ennek a két feltételnek az együttes teljesülése esetén tekintjük bizonyítottnak alapállításunkat. A kutatás során akkor tekintjük megmaradónak a tömböket, ha megőrzik formájukat, és identitást hordozó építészeti értékeiket; ha maradéktalan meg tudnak felelni a hosszú távú technikai – fenntarthatósági feltételeknek; és ezeknek a változásoknak árát a társadalom képes lesz megfizetni úgy, hogy a társadalom nem válik kétpólusúvá.

A VÁROS PROJEKT kutatási keretei A PROJEKT időbeni kereteit tekintve, a 2050-es évekre kíván kritériumokat kidolgozni. A 2010 és 2050 közötti időszak városfejlődési folyamataira, csak a kutatás után – a megcélzott időszak státuszának meghatározása alapján – tud, és akar célokat, feladatokat és lépéseket definiálni. Területi lehatárolását tekintve a PROJEKT Pest belvárosának egységes tömbökkel lefedett részét – Dráva utca, Dózsa György út, Fiumei út, Orczy út, Haller utca és a Duna által határolt terület – vizsgálja és annak egy kiemelt tömbjét, az ún. 255-öst10 részletesebben. Pest belvárosában (a megadott határok között) mintegy 13 km2 területen – amely a teljes városterület 0,2%-a – él Budapest lakosságának 20%-a és található meg a fővárosi lakások 20%-a. Ebben a városrészben közel 7500 telek helyezkedik el, 700 városi tömbben, és 7000 lakóház található.11 A kutatás azt feltételezi, hogy a 2050-es időszakban Budapesten belül a belváros lesz a leginkább esélyes arra, hogy megtartsa a városi pozíciót lakónépesség és gazdasági aktivitás szempontjából. Pest belvárosának, akárcsak ma is, a vizsgált időszakban is az egyik legsérülékenyebb része lesz, társadalmi-megfizethetőségi szempontból, a kijelölt határ mentén fekvő tömbök, ezért került a 255-ös tömb kiválasztásra. A tömb jelen veszélyeztetett társadalmi státuszát jelzi, hogy míg Pest belvárosában a 25 év feletti egyetemet végzettek aránya 23.6% (a budapesti átlag 24.9%) addig ebben a tömbben 9% alatt van ez a szám12. A kutatás ugyanakkor azzal számol, hogy a lakhatás támogatása a fenntarthatósági beruházásokra, az infrastruktúra támogatására fog irányulni a jövőben, és az állami, és városi egyéb lakhatási támogatások tartani fognak a zéróhoz. Jelen kutatás nem terjed ki az energetikán túl mutató feltételek vizsgálatára, mint a közlekedés, vagy Budapest és az agglomeráció viszonyára, valamint a terület és Budapest egyéb területeinek a viszonyára.

Középső-Józsefváros (forrás: Józsefváros Önkormányzat / Rév8 Zrt, 2004) 10

11

Forrás: KSH 2001 adatbázis alapján szerző

12

6

255-ös tömböt a Teleki tér, a Dobozi utca, Magdolna utca, és a Lujza utca határolja. Forrás: KSH 2001 adatbázis alapján, ifj Erdősi S./Rév8 Zrt.

A VÁROS PROJEKT kutatás első lépései Budapest 2050 utáni jövőjének kutatása az Urbanisztika Tanszék, de az urbanisztikával foglalkozó szakemberek számára is az elkövetkező évek egyik legfontosabb alapfeladata. A VÁROS PROJEKT eredményeit 2012-ben kell bemutatni, de ezek a hosszú kutatómunkának csak az első lépéseit jelentik. A városaink jövőbeli átalakulásának végig gondolása előzetesen felvet több elméleti kérdést is. Lehet-e a városoknak mint „nyitott rendszereknek” pontosan megjósolni a jövőjét? Napjainkig jelentős szakirodalma van a városi – társadalmi, utópiáknak, vízióknak, és miben különböznek ezek az ún. „backcasting” tervezési metódustól melyet a fenntarthatósággal foglalkozó szakemberek egy része használ? Ezeket a kérdéseket is feltettük magunknak a kutatás megkezdésekor és ezek elemzése is zajlik. A fenntarthatósággal kapcsolatos gondolkodás, mind a hazai, mind a nemzetközi gyakorlatban egyre inkább előtérbe kerül, a technikai és technológia kísérletek standardizálása megindult. Egyes városok – mint például Koppenhága – jelentős eredményeket ért el a „zöld” gondolkodás egyes részterületeinek a rendszerbeállításával. Teljes városi szinten, főleg belvárosi városrészeket illetően, kevés példát lehet találni. A kutatás ezért megpróbálja áttekinteni a jelenleg folyó legfontosabb nemzetközi urbánus kísérleteket is, de megalapozásul az európai városi tömbök – közte a budapesti tömbök – a kialakulását, és jelenlegi városépítészeti státuszát – társadalmi, fizikai – is rögzítjük. Ebben a munkában együttműködnek az Építészmérnöki Kar kutatócsoportjai, és a „Fenntartható Energetika” kiemelt kutatásban résztvevő egyetemi társkari szakemberek. A részletes elemzés a 255-ös tömböt vizsgálja, amely Józsefváros olyan városrészében, helyezkedik el ahol, hat éve indult meg az integrált város-rehabilitáció13, melynek lakóház megújítási program is része volt. Ez a program társadalmi és gazdasági céljait tekintve korszerű elveken alapul, de műszaki tartalmát tekintve, fenntarthatósági szempontból elmarad a 21. századi elvárásoktól. A kutatás ennek a tömbnek a műszaki, energetikai, társadalmi státuszát vizsgálja, több időpontban. A felújítás előtti kiindulási állapot mellett a rehabilitáció utáni változások hatása is rögzítésre kerül és ezek az adatok együttesen jelentik a 2011es vizsgálatok bázisát. Az első szakaszban a referencia pontok, és a változásokat leíró indikátorok (műszaki-energetika; költségek-megfizethetőség; és társadalmi változások) kerülnek meghatározásra, míg a második szakaszban a jelenlegi felújítások eredményei és a változások kerülnek feldolgozásra (műszaki elemek: alkalmazott szerkezetek, energetikai rendszerek, közüzemi hálózatok; gazdasági elemek: beruházási költségek, fenntartási költségek, üzemelési költségek, megfizethetőség; társadalmi elemek: státuszváltozások, munkanélküliség változás, identitásváltozás). Ezzel párhuzamosan zajlik a külföldi első sorban francia, német, osztrák, és skandináv példák elemzése, és az összehasonlítási felületek kialakítása. A kar társtanszékeinek bevonásával kerül sor a kutatási területre értelmezett fenntarthatósági kritériumok kidolgozására. A VÁROS PROJEKT egymás mellett vizsgálja a műszaki, gazdasági és társadalmi elveket. A kutatás várható eredménye, hogy Budapest belső városrészének egy tömbjére létrejöjjön egy modell, amely alapja lehet a kutatók és gyakorlati szakemberek további munkájának, és mérési pontokkal szolgáljon a fenntarthatósági kutatások számára, és az ország számára pedig fenntarthatósági például szolgáljon a jövő tervezéséhez. 13

Magdolna Negyed Program I-II; Rév8 Zrt, Budapest, 2004-2008; A program és stratégia szerzői: Alföldi György, Sárkány Csilla, ifj. Erdősi Sándor, Horváth Dániel

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


V I LLAM O S E N E R G E T I KA

Szélerőművi termelés menetrendi hibájának csökkentése energiatárolóval – van-e kellő motiváció? Hartmann Bálint doktoráns, BME Villamos Energetika Tanszék, hartmann.balint@vet.bme.hu Dán András egyetemi tanár, BME Villamos Energetika Tanszék, dan.andras@vet.bme.hu

A Nemzeti Fejlesztési Minisztérium 2011. január 7-én hozta nyilvánosságra Magyarország Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Tervének (NCST) végső változatát [1], mely a 2010 és 2020 közötti időszakot helyezi középpontba. A NCST célja, hogy Magyarország természeti, gazdasági, társadalmi, kulturális és geopolitikai adottságaira építve a lehető legnagyobb össztársadalmi hasznot biztosítsa. A kormány igen ambiciózus célokat tűzött ki a megújulók területén; igaz ez a szélenergia hasznosításra is. A 2010-es év végén az ország beépített szélkapacitása 295,325 MW volt, az NCST ehhez képest 10 éven belül mind a beépített teljesítmény, mind a termelt energia terén az adatok megduplázását tűzi ki célul, ahogy ez az 1. ábrán is látható. Valószínűsíthető, hogy a már most is igen széles körű vitákat kiváltó szélenergia hasznosítás az elkövetkezendő években is fókuszban fog maradni, elsősorban a kötelező átvétel, valamint a sztochasztikus termelés kapcsán. Ezen problémákra szolgáltathat egy megoldást az energiatárolás alkalmazása, mellyel jelen cikk is foglalkozik.

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

Beépített kapacitás

Éves termelés

1600 Beépített kapacitás [MW] Éves termelés [GWh]

A cikkben a szerzők egy saját fejlesztésű szimulációs programot mutatnak be, illetve demonstrálják annak működését. A MATLAB környezetben készült szimuláció képes egy hálózatra kapcsolt szélerőmű, és egy vele kooperációban működő energiatároló berendezés vezérlésére úgy, hogy azok együttes leadott teljesítménye az előzetes menetrendben leadott teljesítmény meghatározott környezetében maradjon, elkerülve ezzel a szabályozási pótdíjakat. A cikk első felében rövid áttekintést nyújtunk a magyarországi szabályozási rendszerről, valamint a vizsgálatok idején érvényben lévő átvételi tarifákról és szabályozási pótdíjakról. A második részben három különböző szemszögön keresztül próbáljuk meg bemutatni egy lehetséges energiatároló berendezés hatásait, a 2010. évi tényleges menetrendek, illetve termelési adatok felhasználásával. * Present paper introduces and demonstrates the operation of a simulation tool developed by the authors. The software, based on MATLAB, is suitable to simulate the cooperation of a grid connected wind farm and a generic energy storage, aiming to keep their combined output inside the allowed range of the scheduled power, avoiding penalty-tariffs so. The first part of the paper gives a brief overview on the Hungarian legislation system, and the tariff structure of the obligatory electricity offtake system. In the second part three different scenarios were selected to demonstrate the possible effects of the different operation of energy storage, using the actual schedule and production data of 2010. ***

1400 1200 1000 800 600 400 200 0 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

1. ábra. A NCST által meghatározott szélkapacitás- és szélenergia termelés-növekedés mértéke [1]

A magyarországi jogszabályi háttér áttekintése A Magyar villamosenergia-rendszer kötelező átvételi mechanizmusának első átfogó törvényi szabályozását a 2001. évi CX törvény (Villamos Energia Törvény), valamint a hozzá szervesen kapcsolódó 180/2002. Korm. rendelet adta. Meghatározásra került azon termelőknek a köre, akik támogatásra voltak jogosultak, valamint rögzítésre kerültek az átvételi árak is. Az első átdolgozást a 2007. évi LXXXVI törvény, valamint a 273/2007. és 389/2007. Korm. rendeletek jelentették, melyek lényegében lefektették a ma is érvényben lévő szabályozási kereteket. Hatásukra a megújuló energiaforrásokat (szél, víz, nap) hasznosító erőművek számára is kötelezővé vált a termelési menetrend adása 15 perces bontásban – ekkor még egy hónapra előre. Amennyiben a tényleges termelés a menetrendben leadott értékhez képest vett adott tartományon (±5% hagyományos, ±30% szélerőművek esetén) kívülre került, a termelőnek szabályozási pótdíjat kellett fizetnie, melynek mértéke 5 Ft/kWh volt a teljes eltérésre. Amennyiben a menetrend nem került leadásra, a pótdíj mértéke 7 Ft/kWh volt. Részben a szakma igen heves ellenállása következtében a 287/2008. Korm. rendelettel módosították a menetrendadás feltételeit; már elég volt egy nappal előre menetrendet adni, a szabályozási pótdíj tartományát a ±30%-ról felemelték ±50%-ra, fizetni pedig csak a tolerancia sáv feletti eltérésre szükséges. Mindezek mellett lehetségessé vált a csoportos menetrendadás, mely lényegesen jobb lehetőség a szélerőművek szempontjából, mint az egyedi menetrendadás. A 2010. évre meghatározott átvételi árak a következőek voltak: 32,10 Ft/kWh csúcs-, 28,72 Ft/ kWh völgy- és 11,72 Ft/kWh mélyvölgy időszakban [2].

A vizsgálati módszertan A szerzők által az elmúlt évek során kifejlesztésre került egy olyan szimulációs szoftver, mely képes szélerőművek egy tetszőleges csoportja,

7


Hartmann B., Dán A.: Szélerőművi termelés menetrendi hibájának csökkentése energiatárolóval – van- e kellő motiváció?

Szimulációs eredmények Ahogy a cikk előző részében is bemutattuk, a szélenergia hasznosítás területén igen gyakran találkozhatunk egymással ellentétes érdekekkel, ennek pedig egyik oka egyértelműen a tarifarendszer. A következőkben három különböző szempontot kívánunk megvizsgálni, melynek eredményeként értékelhetjük a jelenlegi – és a korábbi szabályozást.

100,30% 100,20% 100,10% 100,00% 99,90% 80

60 40 20 0

20

40

60

99,80%

Bevétel-szabályozási pótdíj [%]

jelenlegi szabályozási környezetben egy adott névleges teljesítményű és kapacitású energiatároló berendezés használata milyen irányban módosítaná a szélerőművek profitját.

80

valamint egy energiatároló berendezés kooperatív működésének modellezésére. A program első változatát [3] ismerteti, azóta az számos fejlesztésen esett át, melyek célja elsődlegesen az volt, hogy a működést minél inkább közelítsük a valós életben tapasztalhatóhoz. A szimulációs szoftver egyszerű, szabály-alapú működést valósít meg, elsődleges célja pedig az, hogy a szélerőmű és az energiatároló együttes teljesítményét a leadott menetrend megengedett tartományán belül tartsa. A szoftver részletes bemutatása megtalálható [4] hivatkozásban. A szimulációs program működésének bemutatásához a magyar villamosenergia-rendszer adatait használtuk fel, mely adatok túlnyomó többsége már online felületeken elérhető. A MAVIR Zrt. honlapján például megtalálható a szélerőművek által menetrendben leadott teljesítmény és a tényleges teljesítmény is, 15 perces bontásban. A kiegyenlítő energia árai is elérhetőek több hónapra visszamenőleg, míg az átvételi árakat a korábban már említett módon a Magyar Energia Hivatal teszi rendszeren közzé. Ezeket az adatokat felhasználva a teljes 2010-es évet vizsgáltuk szimulációinkkal. Az átvételi árakat időbélyegnek megfelelően igazítottuk a termelési adatokhoz, így kiszámíthatóvá vált a szélerőművek virtuális bevétele és szabályozási pótdíja. A kiegyenlítő energia ára átlagként került kiszámításra a 2010. évi adatok alapján. Utóbbi közelítésre nyilvánvalóan szükségünk van, hiszen a tényadatokat nézve több olyan időszakot is találunk, amikor nem jelentkezett igény kiegyenlítő energiára. Ezeket a számításokat elvégezve a felszabályozási energia ára 32,82 Ft/kWh-ra, a leszabályozási energia ára -0,16 Ft/kWh-ra adódott. Ezeknek a számításoknak az elvégzésével már egy közel reális képet tudtunk alkotni a jelenlegi helyzetről, amikor semmilyen energiatároló berendezés nem működik a rendszerünkben. Következő lépésként felhasználva saját szimulációs szoftverünket, vizsgáltuk, hogy milyen pozitív hatásai lehetnek egy energiatároló berendezés rendszerbe iktatásának. A szimuláció során az energiatároló berendezés névleges teljesítményét és kapacitását rendre 1 MW-os és 1 MWh-os lépésekben emeltük, míg az átalakítási ciklus hatásfokát 75%-os értéken rögzítettük. A szélerőművek esetén a teljes magyarországi beépített kapacitást (295,325 MW) vettük figyelembe.

Pnévleges [MW]

Enévleges [MWh]

2. ábra. A szélerőművek profitja energiatároló használata esetén, η=75%

Az ábrán jól látható, hogy a kiindulási értékhez képest is mindössze 0,5% alatti javulást várhatunk, míg bizonyos esetben a tároló használata akár csökkenést is eredményezhet a profitunkban (ne feledjük, utóbbi beruházási és üzemeltetési költségeivel ekkor még nem számoltunk). Az eredmények két folyamattal magyarázhatóak. Egyrészt a szélerőmű üzemeltetőjének bevétele csökken, hiszen minél több energiát kell a tározón keresztül a hálózatra adni, annál nagyobb lesz a veszteségünk. Másrészt már egy viszonylag kis méretű tárolóval is jelentősen csökkenthető a szabályozási pótdíj mértéke, ahogy ezt a 3-4 MW-os teljesítménynél látható maximum is mutatja. Ha a pénzügyi oldalt vesszük figyelembe, a tárolás nélkül a szélerőművek bevétele 12877 M Ft-ot tesz ki, míg az általuk fizetett szabályozási pótdíj nagysága 179 M Ft, azaz kb. a bevétel 1,39%-a. (Fontos persze megjegyeznünk, hogy a szimuláció során az összes szélerőművet egy mérlegkörként kezeltük, így a megszokottnál lényegesen nagyobb időben maradtak az engedélyezett tartományon belül.) A kettő különbségeként 12698 M Ft adódik, ez jelenti tehát az ábrán a 100%nak megfelelő értéket. A 0,2%-os javulás ehhez képest eves szinten tehát 25,396 M Ft bevétel-növekedést jelent. A 3. ábrán ugyanennek a számításnak az eredményei láthatók, ha a 2007-es évi feltételekkel végezzük el ugyanezt a szimulációt, azaz a menetrendben leadott teljesítmény ±30%-os tartományában kell belül maradni.

102,50%

8

102,00% 101,50% 101,00% 100,50% 80

60 40 20 0

20

40

60

100,00% 80

Elsőként nézzük a szélerőművek tulajdonosainak érdekét. Alapvetően egy tulajdonos a tarifarendszer két elemével kerül kapcsolatba; részesedik a kötelező átvételi kasszából a saját termelésének megfelelő mennyiségben, valamint szabályozási pótdíjat fizet a megengedettnél nagyobb menetrendi eltérései után. Az ő szemszögéből nézve a legfontosabb az előbbi tétel maximalizálása valamint utóbbi tétel minimalizálása. Emellett feltételezzük, hogy a termelő „jó szándékú”, azaz az energiatároló berendezés használatával a célja nem kizárólag a profitmaximalizálás, hanem az is, hogy saját leadott menetrendjét minél jobban tartsa. Utóbbit feltétlenül ki kell kötnünk, hiszen egy lehetséges üzemeltetési szempont lenne például a mélyvölgy termelés csúcsidőszakban hálózatra adása, mely az átalakítási veszteségek elhanyagolásával 20,38 Ft többletbevételt jelentene minden kWh termelés után. Ezt elvetve kizárólag a szabályozási pótdíj minimalizálást kell szem előtt tartanunk. A 2. ábrán látható, hogy a

Bevétel-szabályozási pótdíj [%]

A szélerőmű üzemeltetőjének szempontjai

Pnévleges [MW]

Enévleges [MWh]

3. ábra. A szélerőművek profitja energiatároló használata esetén, η=75%, 2007. évi szabályozás

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


Hartmann B., Dán A.: Szélerőművi termelés menetrendi hibájának csökkentése energiatárolóval – van- e kellő motiváció?

100,00% 95,00% 90,00%

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

40 60 80

80

60

31,80 31,60

0

31,40 20 Pnévleges [MW]

Enévleges [MWh]

A szélenergia járulékos fajlagos költsége [Ft/kWh]

32,20 32,00

40

A 4. ábrán is jól látható, hogy a legnagyobb mértékű javulást egy viszonylag kis névleges teljesítményű tárolóval érhetjük el, amit a kiegyenlítő energia okoz elsődlegesen. Az energiatároló használata tulajdonképpen a menetrend hibájának az eloszlását módosítja, mégpedig olyan módon, hogy csökkenti annak szórását, azonban mediánját negatív irányba tolja el (jóllehet az alul menetrendezés miatt az már eredendően negatív). Minél nagyobb teljesítményű és kapacitású az energiatároló, annál jobban tapasztalható ez a hatás. A hibaeloszlás mediánjának negatív értéke műszaki szempontból azt jelenti, hogy a rendszerben nagyobb a felszabályozási-energia igény, mint a leszabályozási-energia igény. Gyakorlatilag nem történik más, mint hogy a rendszerirányító szempontjából egy túl nagy teljesítményű tároló a működésének egy része során fölöslegesen avatkozik be. Pénzügyi szempontból nézve a költségek csökkenése elérheti a 6-8%-ot. Az energiatárolás nélküli állapotban a kiegyenlítő energia költségeit számításaink 2333 M Ft-ra teszik, míg a befizetett szabályozási pótdíj a már említett 179 M Ft-os érték. A kettő különbsége (az ábra 100%-os szintje)

60

4. ábra. A kiegyenlítő energia és a szabályozási pótdíj különbsége, η=75%

Harmadik vizsgálati szempontként egy semleges, mégis talán mindenkit érintő szempontot választottunk: megpróbáltuk a szélenergia járulékos költségeit közelíteni. Ezt is két költségelem felhasználásával tettük meg. Egyik elemként a kötelező átvételi rendszerből kifizetett forrásokat számoltuk, másik elemként pedig a már említett kiegyenlítő energia költ-

80

Enévleges [MWh]

A szélenergia járulékos költségei

80

20 60

40

Pnévleges [MW]

80

80

60

40

20

0

90,00%

60

92,00%

Az akkori szabályozás a rendszerirányító szempontjait figyelve a szabályozási pótdíj kivetésének tartományát tekintve tért el lényegesen a jelenlegitől. Emellett persze a kiegyenlítő energia igény is eltérő, hiszen ezúttal a szimuláció a ±30%-os tartományra szabályoz. Látható, hogy akár 10%-os javulás is elérhető energiatároló alkalmazásával. Pénzügyi szempontból nézve a kiegyenlítő energia költsége 2333 M Ft, a szabályozási pótdíj pedig 1326 M Ft. A kettő különbsége adja a 100%-os szintet az ábrán, ez 1007 M Ft-nak felel meg. Ehhez képest egy kb. 10%-os javulás 100,7 M Ft éves kiadáscsökkentést jelentene. Ha össze kívánjuk foglalni a vizsgálatok eredményeit, azt láthatjuk, hogy ugyan a régi szabályozási rendszer hordozta magában a legnagyobb fejlődési lehetőséget, a jelenlegi szabályozás biztosítja a legnagyobb anyagi motivációt, ami a szélerőmű beruházást illeti.

40

96,00% 94,00%

Enévleges [MWh]

5. ábra. A kiegyenlítő energia és a szabályozási pótdíj különbsége, η=75%, 2007. évi szabályozás

20

98,00%

Pnévleges [MW]

0

100,00%

Kiegyenlítő energia költségeszabályozási pótdíj [%]

Másodikként a rendszerirányító szempontjait kívánjuk bemutatni. Két költségelemet vettünk figyelembe ebben az esetben is, mely a tényleges kötelező átvételi rendszernek egy egyszerűsítése, véleményünk szerint azonban nagyságrendileg helyes közelítést ad. Egy költségtételként számoltunk a kiegyenlítő energia mennyiségével (illetve árával), melyre szükség van a leadott menetrend és a termelés közötti eltérés kiegyensúlyozásához. Második tételként a szabályozási pótdíjból származó bevétellel számoltunk, mely a rendszerirányító oldalán bevételként jelentkezik. A 4. ábrán látható ennek a két tételnek a különbsége, azaz a rendszerirányító költsége adott teljesítményű és kapacitású energiatároló alkalmazása esetén.

40

20

A rendszerirányító szempontjai

20

0

85,00%

Kiegyenlítő energia költségeszabályozási pótdíj [%]

2154 M Ft, azaz 6%-os javulás éves szinten 129,24 M Ft-os kiadáscsökkenést jelentene. Az 5. ábrán látható az energiatároló alkalmazásának eredménye a 2007. évi szabályozási környezetben.

0

Az eredmények jól láthatóan más jelleget vesznek fel, itt már bármekkora energiatároló használata többletbevételt jelentene, a javulás mértéke pedig kb. 2%. Pénzügyi szempontból az előző esethez hasonlóan a szélerőművek bevétele 12 877 M Ft volt, azonban 1326 M Ft-nyi szabályozási pótdíjat kellett volna fizetniük, ami a bevételüknek már 10,3%-át tette volna ki. A kettő különbsége adja ismét az ábra 100%-os értékét, ez 11 551 M Ft, így a 2%-os növekmény évi 231 M Ft többletbevételnek felelne meg. Ha összehasonlítjuk a két szabályozást, egyértelmű, hogy a régi rendszerben lényegesen erősebb motiváció volt a szélerőművek tulajdonosai számára, hogy egy esetleges energiatároló alkalmazásával javítsák menetrendtartásukat.

6. ábra. A szélenergia járulékos fajlagos költségei, η=75%

9


Hartmann B., Dán A.: Szélerőművi termelés menetrendi hibájának csökkentése energiatárolóval – van- e kellő motiváció?

32,20 32,00 31,80 31,60

20 60

40

Pnévleges [MW]

80

80

60

40

20

0

0

31,40

A szélenergia járulékos fajlagos költségei [Ft/kWh]

séget, amelyet a sztochasztikus termelés von maga után. A két költségelem összegét elosztottuk a hálózatba adott (ténylegesen felhasználható) energia mennyiségével – így véve figyelembe az energiatároló átalakítási veszteségeit –, így fajlagos költségeket kaptunk. Az eredményeket az 6. ábra mutatja. Az ábrán látható eredményeket nézve ismét megállapíthatjuk, hogy pozitív hatásai lennének az energiatárolás alkalmazásának. A jelenlegi állapotokat nézve az átvételért kifizetett 12 877 M Ft és a kiegyenlítő energia beszerzéséért kifizetett 2333 M Ft összesen 15210 M Ft költséget jelent. Ezt ha elosztjuk az éves termeléssel (472,7 GWh), megkapjuk a fajlagos költséget, ami 32,18 Ft/kWh-ra adódik. Érdemes ezt az eredményt is összehasonlítanunk a 2007. évi szabályozással, ezt mutatja a 7. ábra.

Enévleges [MWh]

7. ábra. A szélenergia járulékos fajlagos költségei, η=75%, 2007. évi szabályozás Valamivel nagyobb lehetőséget rejtett magában ez a szabályozás, de a fajlagos energiaköltségek csökkenése ez esetben sem haladja meg a kb. 0,5 Ft/kWh-át. A két vizsgálat eredményeként megállapítható, hogy az energiatárolás alkalmazása gyakorlatilag a szabályozási rendszertől függetlenül alkalmas eszköz arra, hogy a szélenergia járulékos költségeit csökkentsük, ugyanakkor ez a csökkenés nem feltétlenül ellensúlyozza a beruházási költséget.

átalakított szabályozásnak. Ami egyértelműnek látszik, az az, hogy az anyagi motiváció mindkét esetben igen alacsony. Így hiába mondhatjuk el, hogy pozitív hatása lenne egy energiatároló alkalmazásának mindhárom szempont szerint vizsgálva, egy ilyen beruházás lényegesen (esetenként több nagyságrenddel) nagyobb költségvonzattal járna, mint az általa eredményezett haszon. A másik egyértelmű megállapításként az látszik, hogy a szabályozási rendszer által eredményezett, pénzügyi szempontból vizsgált optimumok igen távol állnak a műszaki optimumtól (ti. a termelés ne térjen el a leadott menetrendtől a megengedettnél nagyobb mértékben). Számszerűsítve: a 2010-es évet tekintve ha az összes szélerőművet egy mérlegkörnek tekintjük, a szimulációs modell szerint az idő 56,42%-ban voltak belül a ±50%-os tartományon, ez az érték pedig magasabb mint az egyes szélerőművek hasonló értéke. Ha a termelők szempontjait nézzük, és az ottani számításoknál költségek szerint optimálisnak tekintett, 3-4 MW-os névleges teljesítményű energiatárolót használunk, ez az 56,42%, kb. 61,3%-ra növelhető, ami semmiképp sem tekinthető lényegi változásnak a rendszer szempontjából. Általános tapasztalatként megfogalmazhatjuk, hogy a jelenlegi tarifális és szabályozási rendszer nem jelent érdemi motivációt energiatároló működtetésére, így a szerzők véleménye szerint a legközelebbi felülvizsgálat során ezeknek a szempontoknak nagyobb hangsúlyt kell kapniuk.

Köszönetnyilvánítás A munka szakmai tartalma kapcsolódik a „Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen” c. projekt szakmai célkitűzéseinek megvalósításához. (ÚMFT TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002 programja támogatja).

Irodalom [1] “Hungarian Renewable Energy Utilization Action Plan 2010-2020” (“Magyarország megújuló energia hasznosítási cselekvési terve 2010-2020”), Hungarian Ministry of National Development, 2011, [Online]. [2] Hungarian Energy Office, Electricity feed-in tariffs from 1st January 2008, [Online]. Available: http://www.eh.gov.hu/gcpdocs/201101/honlaprafeedintariffshu_ from_20110101_105.xlsx

Összefoglalás Ha összegezni szeretnénk vizsgálataink eredményeit, nem tudunk egyik szabályozási rendszer mellett sem egyértelműen állást foglalni. Más előnyei és hátrányai voltak/vannak a 2007-ben bevezetett, majd 2008-ban

10

[3] B. Hartmann, Zs. Csetvei, A. Dán, Dr., “The Scheduling Methods of Wind Generator Production, and Use of Storage Technologies to Avoid Penalty Tariffs” in Proc. 2nd International Youth Conference on Energetics 2009 [4] B. Hartmann, A. Dán, Dr., “Wind Power Prediction, System Regulation Cost and CO2 Emission as Function of Energy Storage – Simulation Tool for Problem Solving”, IEEE PES Trondheim PowerTech 2011

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


V I LLAM O S E N E R G E T I KA

Rendszerszintű tartalékképzés kiserőművek bevonásával Divényi Dániel doktoráns, BME Villamos Energetika Tanszék, divenyi.daniel@vet.bme.hu Dán András egyetemi tanár, BME Villamos Energetika Tanszék, dan.andras@vet.bme.hu A kiserőművek központi szabályozásba való bevonása jelentős mértékben enyhítené a magyar villamosenergia-rendszerirányító szabályozási gondjait. Az elosztott energiatermelés szimulációjára egy multiágens alapú modellt hoztunk létre, amely alkalmas különböző technológiájú erőművek számos szempontból való vizsgálatára. * Integrating the distibuted generation into the power system control would considerably alleviate the balancing problem of the Hungarian transmission system operator. A multiagent model, able to handle different technologies, was developed in order to facilitate simulations of the above investigations. ***

Az elmúlt évtizedben jelentős mértékben megnövekedett az elosztott energiatermelés részaránya a hazai villamosenergia-termelésben, így a rendszeregyensúly fenntartása érdekében elengedhetetlenné vált a kiserőművek integrációja a központi szabályozásba. A lehetőségek megvizsgálásának céljából egy multiágens alapú modellt mutatunk be, amellyel a különböző technológiájú, kapcsolt és megújuló energiaforrást alkalmazó kiserőművek üzemvitele is jól modellezhető. Az egyes kiserőműveket ágensek üzemeltetik, amelyek önálló, kommunikációra, tanulásra és döntéshozásra képes egységek. A különböző technológiájú (gázmotoros, gázturbinás, biomasszás, kombinált ciklusú stb.) kiserőművek modellezésére létrehoztunk egy állapotalapú algoritmust, amelynek célja az erőmű számára leghasznosabb üzemállapot kiválasztása. Az egyes állapotok hasznosságát különböző szempontok szerint – hőszolgáltatás, üzemanyag-fogyasztás, nyereség, gépegység optimalizálás – stratégiák számítják. A validált modell segítségével meghatároztuk, hogy csupán a kapcsolt erőművek bevonásával milyen szintű javulást lehet elérni a rendszerszintű szabályozást illetően. Szimulációk segítségével megvizsgáltuk az elérhető szabályozási tartalékok mennyiségét, illetve különböző tényezők (pl. tartalék igény időtartama) hatását. A jól strukturált modell azonban további – akár még nem is ismert – kérdések vizsgálatára is alkalmas.

Kiserőművek elterjedésének hatása a hazai tartalékpiacra Az elmúlt évtizedben jelentős mértékben terjedtek el a különböző technológiájú kiserőművek. Mivel egy-egy kiserőmű beépített villamos teljesítménye a teljes villamosenergia-rendszer beépített kapacitásához képest (körülbelül 9 GW) elhanyagolható, a kiserőművek rendszerszintű szabályozásba való bevonása eddig nem merült fel. Azonban mára a kiserőművek összes teljesítőképessége (1433 MW) már eléri a teljes beépített kapacitás 16%-át [1]. Az elterjedés egyik mozgatóereje a hamarosan átalakuló kötelező átvételi rendszer (KÁT) volt, amely – bizonyos kritériumok teljesülése esetén – biztosította a megtermelt villamos energia támogatott áron való átvételét.

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

Elsősorban a gázmotoros, illetve egyéb kapcsolt technológiát alkalmazó erőművek terjedtek el, amelyek a villamosenergia-termelés mellett keletkező hő hasznosításával magas hatásfokot tudnak elérni (a KÁT jogosultság feltétele jogszabályba rögzített éves és havi hatásfok, [2]). A kogenerációs egységeken túl a szélerőmű-pályázatoknak köszönhetően a szélenergiából előállított villamos energia aránya is megnövekedett (253 MW, [1]). A KÁT jogosult erőművek elterjedésével a villamosenergia-piac szabályozhatósága egyre nagyobb nehézségekbe ütközött. A támogatott árnak köszönhetően a KÁT erőművek a termelés maximalizálásában voltak érdekeltek, míg a megtermelt energiának kötelező átvétele a szabályozható erőműveket szorította ki a piacról. A szabályozási tartalékpiacra érkező ajánlatok száma így csökkent, s ennek következtében a rendszerirányító jelenleg is szabályozási problémákkal küzd. Az európai uniós előírásokban szereplő kötelező tartalék mennyiségek napi lekötése többször is gondot okoz. A villamosenergia-rendszer szabályozhatóságának javítása érdekében a kiserőművek bevonása a rendszerszintű szabályozásba elengedhetetlen. A decentralizált energiatermelés integrálása azonban magas szintű infrastruktúrát kíván, amelynek kiépítése a rendszerirányító számára szükségtelenül nagy feladat. Ezért inkább úgynevezett szabályozási központok (virtuális erőmű, erőműkoncentrátor) felállítását támogatják, melyek belső működéséért a résztvevő erőművek felelnek, és amelyek így a rendszerirányító számára csak egy, nagyteljesítménnyel rendelkező erőműként jelennek meg. Sikerként könyvelhető el, hogy az elmúlt években már két ilyen szabályozási központ is megalakult. A kötelező átvételi rendszer átalakulásával a kiserőművek piaci helyzete azonban megváltozik, így a kérdés más szempontok szerinti vizsgálata még mindig aktuális.

Modellezés intelligens ágensekkel Az elosztott energiatermelés általános modellezése a bevezetésben ismertetett célokon túl további kérdések megválaszolására is hasznos lehet: Smart Grid rendszerek, elosztott energiatermelés az áramtőzsdén, tárolási lehetőségek stb. Ezért a következőkben bemutatandó modellt igyekeztünk úgy kialakítani, hogy könnyen áttekinthető és bővíthető legyen jövőbeli, ma még nem ismert feladatok megoldásához, további kutatásokhoz is.

Intelligens ágensek A modellben az egyes kiserőműveket intelligens ágensek üzemeltetik. Az intelligens ágens a mesterséges intelligencia egyik alapvető eszköze [3]. Az ágensek olyan önálló egységek, amelyek érzékelőik (sensors) segítségével érzékelik környezetük változásait, és aktoraik (actuators) alkalmazásával be tudnak avatkozni környezetük, illetve saját állapotuk

11


Divényi D., Dán A.: Rendszerszintű tartalékképzés kiserőművek bevonásával

Állapot-alapú algoritmus A modellezés legfőbb nehézségét az elosztott energiatermelés technológiai sokszínűsége jelenti. A kapcsolt erőművek között legjellemzőbb a gázmotorok alkalmazása, esetleges segédkazánokkal és hőtárolóval, amelyek leggyakrabban a lakossági hőszolgáltatásban vesznek részt. Az ipari hőigények kielégítése jellemzően gázturbinákkal vagy gőzturbinákkal történik. Továbbá az országban megtalálható már néhány modernebb kombinált ciklusú gázturbina, illetve számos biomassza tüzelőanyagon alapuló erőmű is. A modellezést így igen megnehezíti az a tény, hogy az elterjedt kogenerációs erőművek között a fenti egységek (gázmotor, gőzturbina, gázturbina, ka-

12

A különböző technológiák állapottere jellegében is jelentősen eltérhet (2. ábra), de mivel az ágensprogram csak a lehetséges állapotok közül választja ki a leghasznosabbat, ezért ugyanazon elven működhet bármelyik erőmű esetében.

3,6

2 gázmotor

rh el

és

3,3

sz

te

2,5 2,5

A fentiek alapján igen tágak azok az ágens technológia adta keretek: szinte bármi lehet ágens, amit annak akarunk nevezni. Az ágensprogramon belül sincs további megkötés, hogy milyen optimalizálási módszer alkalmazandó, miként kell a hasznosságot számítani stb... Ezért az ágenstechnológiát sokkal inkább egy megközelítésnek nevezhetjük, egy modellezési módszernek, amelynek keretein belül különféle technikák alkalmazhatók a cselekvést meghatározó algoritmusokra, a tanulás módszertanára, vagy a környezet tulajdonságainak jellemzésére. Az implementált modellben az ágensek célja az optimális üzem szerinti működés. A lehetséges üzemállapotok diszkretizálásával (ld. 2.2. fejezet) az ágenseknek megszámlálható cselekvés (üzemállapot) közül kell kiválasztani a leghasznosabbat. Az egyes cselekvések (üzemállapotok) hasznosságát különböző stratégiák számítják (ld. 2.3. fejezet). Így egy áttekinthető, de új szempontok szerint könnyen bővíthető modellt készíthetünk. Az ágensek környezete a kiserőművektől független paraméterek összessége, illetve ezeknek sztochasztikus generálása (ld. 2.4. fejezet), mely a fenti jellemzők szerint egy részlegesen megfigyelhető, sztochasztikus, sorozatszerű, statikus sokágenses (multiágens) környezet.

zán) szinte bármilyen kombinációja megtalálható. Az egyes technológiák azonban nemcsak műszaki specifikációjukban térnek el (teljesítmények, fel-, illetve átterhelési idők, ajánlott indítási ciklusok száma, karbantartási igények), hanem a különböző egységek egymásra hatását is figyelembe kell venni. Például egy gőzturbina nem működhet bejövő hő nélkül, vagy kombinált ciklusú erőműben a gázturbina, a kazán és a gőzturbina üzemállapotai szoros kapcsolatban vannak egymással. A kapcsolt technológiákon túl a modellt megújuló energiaforrást használó erőművek modellezésére is alkalmassá kellett tenni. Ugyan jelenleg a modell csak az országban legelterjedtebb szélerőművek szimulációjára képes, a víz-, illetve naperőművek szimulációja is a közeljövő tervei közt szerepel. A modell áttekinthetőségét nagymértékben elősegíti, hogy az ágensek döntési/tanulási mechanizmusát az általa felügyelt kiserőmű technológiájától függetleníti, amit az üzemállapotok (cselekvések) általánosítása tett lehetővé. A kiserőmű gépegységeinek adatai alapján minden erőmű számára legenerálható egy ún. állapottér, amely azokat a diszkrét üzemállapotokat tartalmazza, amelyekben az adott rendszer üzemelni képes. Az 1. ábra két gázmotorral rendelkező kiserőmű állapotterét ábrázolja. (Az állapotok lehetnének folytonosak is a térben, de ennek kialakítása nagy számítási kapacitást igényelne.) Az így generált állapotok olyan általánosított tulajdonságokat tartalmaznak, amelyek elegendőek az ágensprogram számára a leghasznosabb cselekvés (üzemállapot) kiválasztására: ● a különböző egységek aktuális teljesítményei (villamos, hasznos hő, elengedett hő, turbinára vitt hő…, tüzelőanyag), ● az üzemállapotban működő különböző egységek száma ● az állapot terhelésidő-potenciálja, ami a fel- és átterhelésekhez szükséges idő kiszámításához szükséges. ● szükséges környezeti feltételek (pl. szélsebesség)

Villamos teljesítmény [MW]

megváltoztatása érdekében. Egy racionális ágens az érzékelések következtében szükséges cselekvéseit saját teljesítménymértékének (performance measure) maximalizálásával határozza meg. Ezt az érzékelés– cselekvés viszonyt az ágensfüggvény (agent-function) írja le, amelynek konkrét implementációját ágensprogramnak (agent-program) nevezzük. A modellben alkalmazott hasznosságorientált ágensek ágensprogramja vázlatosan a következő lépésekből áll [3]: 1. Érzékelés alapján a környezetről alkotott állapot revideálása. 2. Lehetséges cselekvések hatásainak becslése. 3. A becsült hatások hasznosságának megállapítása. 4. A leghasznosabb cselekvés kiválasztása és végrehajtása. Az ágensprogram 2. és 3. pontjainak végrehajtása folyamán az ágens belső tudásbázisát használja, amelynek tartalma tanulással javítható. Az ágenskörnyezet – amelynek változásait az ágens érzékeli, és azokra cselekvésekkel reagál – igen sokféle lehet. A környezetek csoportosítására [3] az alábbi jellemzőket használja: ● teljesen megfigyelhető/részlegesen megfigyelhető (mit érzékelhet az ágens?) ● determinisztikus/sztochasztikus (miként hat az ágens cselekvése a környezetre?) ● epizódszerű/sorozatszerű (milyen a környezet jellege?) ● statikus/dinamikus (ágens „gondolkodása” alatt változik-e a környezet?) ● diszkrét/folytonos ● egyágenses/sokágenses

2,2 hő a bypass ágon

1,8

1 gázmotor

1,5 1,1 0,7 0,4 0,0

0 gázmotor 0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

Hőteljesítmény [MW] 1. ábra. Két gázmotorral rendelkező erőmű állapottere

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


44,8

15,0

5,7

40,3

13,5

5,1 4,5 3,8 3,2 6,6 1,9 1,3

35,9 31,4 26,9 22,4 17,9 13,4 9,0

0,6

4,5

0,0

0,0 0,0 2,6 5,2

7,8 10,4 13,0

Hőteljesítmény [MW] a) 6 gázmotor, 2 segédkazán

Villamos teljesítmény [MW]

6,4 Villamos teljesítmény [MW]

Villamos teljesítmény [MW]

Divényi D., Dán A.: Rendszerszintű tartalékképzés kiserőművek bevonásával

12,0 10,5 9,0 7,5 6,0 4,5 3,0 1,5 0,0

0,0 9,4 18,8 28,2 37,6 Hőteljesítmény [MW] b) kombinált ciklusú gázturbina

0

6

12

18

24

30

Szélsebesség [m/sec] c) szélerőműpark (6 torony)

2. ábra. Különböző technológiájú kiserőművek állapottere

Ágensprogram: stratégiák működése Az ágensprogram feladata az erőmű lehetséges üzemállapotai közül a leghasznosabb cselekvés kiválasztása. Az egyes cselekvések hasznosságát különböző stratégiák értékelik, majd ezen részhasznosságok súlyozott összegeként kapjuk meg a cselekvések teljes hasznosságát. A stratégiák megfelelő kiválasztásával különböző szempontok egyszerre vehetők figyelembe az ágensprogram futása során. Jelenleg a modell az alábbi stratégiákat tartalmazza: profit-, hőszolgáltatás-, üzemanyag-fogyasztási- és gépegység-felügyeleti stratégia. Kialakítás alatt áll a környezeti-, villanyszolgáltatás- és tárolókezelő-stratégia. A következő fejezetben ismertetett szimulációban az ágenseknek hatásfokstratégiája is volt, ezt a közeledő KÁT átalakítás miatt már nem vesszük figyelembe. Az ágensprogramot három esemény inicializálhatja, amikor az ágens üzemállapot változásra/tervezésre kényszerül: menetrendtervezés a következő napra, váratlan gépegység kiesés pótlása, rendszerszintű tartalékigény kérés teljesítése mindhárom esetben ugyanaz a felépítésű ágensprogram fut le, eltérések a stratégiák paraméterezéséből adódhatnak csak. Az ágensprogram főbb lépései: 1. Szűrés: azon üzemállapotok kiszűrése, amelyek fizikailag nem elérhetők. 2. Minősítés: azon üzemállapotok prioritásának növelése, amelyek végleges kiválasztása valószínű. 3. Hasznosságszámítás: a minősített üzemállapotok tényleges hasznosságának számítása, a leghasznosabb állapot kiválasztása. Szűrési képességgel a gépegység-felügyeleti és környezeti stratégia rendelkezik. Az előbbi azokat az állapotokat szűri, amelyek alkalmazásához nem áll rendelkezésre megfelelő számú és típusú üzemképes egység (pl. a két gázmotoros példában az egyik gázmotor üzemhibája/karbantartása esetén az állapotok fele nem alkalmazható), az utóbbi azokat az állapotokat szűri, amelyek a környezeti feltételek miatt (pl. szélcsend) nem választhatók. A minősítés célja az ágensprogram meggyorsítása, mely során azon állapotok kerülnek kiválasztásra, amelyek kiválasztása különösen is valószínű. Például menetrendadás esetén a hőigénynek közel megfelelő állapotok, vagy tartalékszolgáltatás esetén az igényelt villamos teljesítmény szerint lehet minősíteni. Az ágensprogram utolsó lépése a szűrt és minősített állapotok hasznosságának kiszámítása. A különböző stratégiák az alábbi szempontok szerint értékelik egy-egy állapot hasznosságát: ● hőszolgáltatás: a hőigény megfelelő kiszolgálása, figyelembe véve a környezet modellezett hőigényét, a rendszer hő tehetetlenségét és a szerződésben rögzített elvárásokat is,

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

● profit: minél nagyobb nyereség / minél kisebb veszteség realizálása, ● gépegység-felügyelet: egységek gyakori szabályozásának, ki-bekapcsolásának kerülése, ● üzemanyag-fogyasztás: a bejelentett üzemanyagfogyasztási-menetrend tartása ösztönöz, ● hatásfok (közeljövőben figyelmen kívül kerül): a KÁT hatásfok kritériumainak teljesítése kapcsolt erőművek esetén. A hasznosságszámító stratégiák egy normalizált értékkel jellemzik egy-egy cselekvés hasznosságát, amelyet súlyozva az egyes szempontok hordereje állítható.

Környezeti változók modellezése Az ágenskörnyezet modellezi azokat a sztochasztikusan változókat, amelyek értéke az ágensektől független: hőigény, hőmérséklet, szélsebesség, gépegységek váratlan kiesése, illetve a rendszerszintű tartalékok igénylése. A változók értékeit mind valós értékeken alapuló véletlenszám-generátorok állítják elő. Modell működésének igazolása A kiserőművek tényleges menetrendi és termelési adatait összehasonlítva a modell által számolt értékekkel megállapíthatjuk, hogy modell jól becsli az elosztott energiatermelés működését. A validációra itt nem térünk ki részletesen, bővebb kifejtés a [4] referenciában található.

Rendszerszintű tartalékképzési lehetőségek A modell segítségével szimulációkat végeztünk a kapcsolt kiserőművek rendszerszintű tartalékszolgáltatási jellemzőinek megvizsgálása céljából. A szimulációban 28 kiserőművet szimuláltunk, a szabályozási tartalékigényeket a 2009-es év alapján generáltuk. Az elemzések során a problémát úgy közelítettük meg, hogy az így 450 MW összteljesítmén�nyel rendelkező szabályozási központ milyen mértékben tudná a felmerülő igényeket teljesíteni.

Bemeneti adatok A szimuláció számos bemeneti adatot igényel, amelyeket lehetőség szerint hivatalos forrásból szereztünk be, ahol ez nem állt rendelkezésre, ott

13


100%

Teljesítő képesség [%]

Teljesítő képesség [%]

Divényi D., Dán A.: Rendszerszintű tartalékképzés kiserőművek bevonásával

80% 60% 40% 20% 0%

100% 80% 60% 40% 20% 0%

0

48

96

144

192

240

0

Legutóbbi igény óta eltelt idő [h]

2

4

6

8

Szabályozási igény időtartama [h]

4. ábra. Legutóbbi igény óta eltelt idő, és az igény időtartamának hatása a szabályozási központ teljesítőképességére

becsléssel pótoltuk a hiányosságokat. A kiserőművek adatait egy korábbi kutatás [5] valamint a Magyar Energia Hivatal honlapjáról letölthető kiserőművi engedélyek [6] alapján határoztuk meg. A hőmérséklet értékeket az Országos Meteorológia Szolgálat mérései alapján generáltuk [7], a hőigényeket pedig ebből kiindulva a [8] jegyzet alapján.

Eredmények vizsgálata A szabályozási központ által teljesített tartalékigényeket ábrázolja a 3. ábra. Látható, hogy a legtöbb tartalék igény az átmenetben jellemző, télen és nyáron kevesebb (2009-es adatok). A szimulációban a szabályozási központ a rendszerirányítótól érkező leszabályozási igények nagy részét teljesíteni tudta, függetlenül az évszakoktól. Felszabályozási tartalékokkal azonban lényegében nem rendelkezik, ami főként a KÁT támogatás és hőszolgáltatási elvárások miatti rendszeres maximális teljesítményen való üzemelés következménye.

(GWh)

Szabályozási tartalékenergia

Teljesített felszabályozási tart.

Teljesített leszabályozási tart.

6 4 2 0 -2 -4

Összefoglalás és kitekintés A kiserőművek elterjedésével aktuálissá vált rendszerszintű szabályozásba való bevonásuk. Ennek vizsgálatára létrehoztunk egy ágensalapú modellt, amelyben az erőművek irányítását hasznosságorientált ágensprogrammal rendelkező intelligens egységek modellezik. A kifejlesztett, áttekinthető és könnyen bővíthető modell nemcsak a rendszerszintű szabályozással kapcsolatos vizsgálatok lefolytatására alkalmas, hanem az elosztott energiatermeléssel kapcsolatban felmerülő más kérdések szimulációjára is. A modell segítségével megvizsgáltuk az elosztott energiatermelésben rejlő szabályozási lehetőségeket, s különösen a leszabályozási tartalékok tekintetében a kiserőművek bevonása egyértelmű előrelépést jelentene a rendszer szabályozási gondjainak enyhítésében. A jövőben a modell továbbfejlesztésével különböző tárolási lehetőségek vizsgálatát, valamint a villamos autók elterjedésével lehetséges töltőközpontok modellezését tervezzük elvégezni, amely eszközök várhatóan jelentősen növelik majd a felszabályozási tartalékokat is.

Köszönetnyilvánítás

-6 -8 -10 tél

átmenet

nyár

3. ábra. Szabályozási központ által teljesített szabályozási tartalékigények

A következőkben azt vizsgáltuk, hogy milyen hatással vannak egyes tényezők a szabályozási központ teljesítőképességére. A teljesítőképesség alatt azt értjük, hogy milyen arányban képes a központ a rendszerirányítótól érkező igények kielégítésére. A 4. ábrán feketével a felszabályozási, szürkével a leszabályozási igényeket jelöltük. A kön�nyebb áttekinthetőség érdekében az egyes értékek lineáris trendvonalát is felvettük. A leszabályozási tartalékok tekintetében – amelyből a 3. ábra szerint jelentős mennyiség rendelkezésre áll – inkább a szabályozási igény időtartamának van negatív hatása: hosszabb időtartamhoz, vélhetően a hőszolgáltatási korlátok miatt, kisebb teljesítőképesség tartozik. Azonban a legutóbbi igény óta eltelt időnek lényegében nincs hatása a teljesítőképességre, vagyis a szabályozási központ kellő tartalékkal rendelkezik

14

ahhoz, hogy sűrű igények esetén más-más erőműveket szabályozzon le. A felszabályozási igények elemzésétől az eleve kevés rendelkezésre álló tartalékmennyiség miatt most eltekintünk.

A munka szakmai tartalma kapcsolódik a „Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen” c. projekt szakmai célkitűzéseinek megvalósításához. (ÚMFT TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002 programja támogatja).

Irodalom [1] MAVIR Zrt. Kapacitástervezési Osztály, „A villamosenergia-rendszer rövid, közép- és hosszútávú forrásoldali kapacitásmérlege (4. kiadás),” Budapest, MAVIR-KTO-DOK-0037-00-2009-11-06, 2009. [2] 2007. évi LXXXVI. törvény a villamos energiáról, 2007. [3] Russel, S., Norvig, P.: Mesterséges intelligencia - Modern megközelítésben (2. kiadás). Budapest: Panem Könyvkiadó, 2005. [4] Divényi D., Dán A.: „Multiagent Systems for Distributed Generation Modeling,” IEEE Transactions on Power Systems, (under review). [5] Dán A., Vajta L.: „4 MW-ot meghaladó egyedi teljesítményű gázmotorok szabályozására szolgáló informatikai rendszer tervének kialakítása,” Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Budapest, Kutatási jelentés 2008. [6] Magyar Energia Hivatal. (2010, Aug.) Villamosenergia-határozatok/Kiserőművi engedélyesek. [Online]. www.eh.gov.hu [7] Országos Meteorológiai Szolgálat. (2009, June) Éghajlati adatsorok. [Online]. http://www.met.hu/eghajlat/eghajlati_adatsorok/bp/Navig/Index2_EN.htm [8] Zsebik A.: „Távhőszolgáltatás,” Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Budapest, Oktatási segédlet 2004.

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


ATO M E N E R G ETI KA

Kutatási eredményeink a fenntartható atomenergetika területén Szieberth Máté, Aszódi Attila, Fehér Sándor, Kiss Attila, Reiss Tibor, Szalóki Imre, Tóth Sándor, Yamaji Bogdán Kapcsolattartó szerző: szieberth@reak.bme.hu A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) kutatóegyetemi programjának „Fenntartható energetika” kiemelt kutatási területén megfogalmazott feladatok között szerepelnek a karbonsemleges technológiákkal, köztük az atomenergetikával kapcsolatos fejlesztések. Az ezen a területen a Nukleáris Technikai Intézetben (NTI) zajló kutatások két fontos iránya a ma üzemelő és tervezett hazai atomerőművek biztonságos, környezetbarát és gazdaságos üzemelésének támogatása, valamint a bekapcsolódás az atomenergetika fenntarthatóságának javítását célzó nemzetközi erőfeszítésekbe. Ebben a cikkben bemutatjuk az e két stratégiai területen zajló legfontosabb kutatásainkat és az utóbbi évben elért legérdekesebb eredményeinket. * The development of low-carbon technologies including nuclear energy are among the tasks in the „Sustainable Energy” priority research area of the research-university program of the Budapest University of Technology and Economics. The research performed in this field at the Institute of Nuclear Techniques follows two important directions: to support the safe, environment-friendly and economical operation of the operating and planned nuclear power plants at Hungary and to contribute to the international efforts aiming the improvement of the sustainability of the nuclear energy. This paper presents the most important research topics and the most interesting achievements on this field during the last year. *** Az Európai Unióban a 2008-ban elfogadott Strategic Energy Technology Plan (SET Plan) [1] jelöli ki a legfontosabb stratégiai célokat az energetika területén, amelyek között kiemelkedő szerepet tölt be széndioxid-kibocsátás csökkentése. Ennek érdekében célul tűzi ki a karbonsemleges technológiák, köztük az atomenergetika fejlesztését. A SET Planhez kapcsolódó iparági kezdeményezések közül a Sustainable Nuclear Energy Technology Platform (SNE TP) fogalmazta meg a az atomenergetika fejlesztésénél követendő prioritásokat [2]. Ezek a jelenleg üzemelő és tervezett (II. és III. generációs) könnyűvizes atomreaktorok biztonságosságának és versenyképességének fenntartása; a zárt üzemanyagciklussal működő IV. generációs reaktortípusok fejlesztése; valamint az új termelési célok (pl. folyamathő, hidrogén) bevezetése az atomenergetikába. Ezek közül a hazai atomenergetikai kutatás-fejlesztésben érdekelt intézetek és ipari partnereik részvételével 2010-ben megalakult Fenntartható Atomenergia Technológiai Platform (FAE-TP) az előbbi kettőt helyezte a hazai fejlesztések súlypontjába. A fenti nemzetközi és hazai stratégiákkal összhangban a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) kutatóegyetemi programjának „Fenntartható energetika” kiemelt kutatási területén a feladatok között szerepelnek a karbonsemleges technológiákkal, köztük az atomenergetikával kapcsolatos fejlesztések is. Ehhez kapcsolódóan az NTI-ben is két alapvető irányra lehet felosztani az ezen a területen zajló kutatásokat. Egyrészt az intézet ipari partnereivel együttműköd-

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

ve jelentős részt vállal az üzemelő és tervezett hazai atomerőművek biztonságos, környezetbarát és gazdaságos üzemelését támogató fejlesztésekben. E fejlesztések stratégiai jelentőségét magától értetődően igazolja a paksi atomerőmű mintegy 40%-os részesedése a hazai villamosenergia-termelésben. A hazai energetikai kapacitások öregedése és klímavédelmi vállalásaink pedig az atomerőmű bővítését is a prioritások közé emelik. Másik alapvető irányként hasonló súlyt képviselnek a tevékenységünkben az atomenergetika fenntarthatóságának fejlesztésével kapcsolatos hosszabb távú kutatások is. Annak ellenére, hogy az ország nem tervez olyan atomerőművi technológiát meghonosítani, amely még nem tekinthető kiforrott, kereskedelmi típusnak, igen fontos, hogy magyar szakemberek és kutatóintézetek is közreműködjenek a jövő reaktortípusaival kapcsolatos kutatásokban. Kutatóegyetemi intézetként különösen fontosnak tartjuk az ilyen perspektivikus kutatásokba történő bekapcsolódást. Ennek oka, hogy így teremthető meg és tartható fenn az a tudásbázis és nemzetközi kapcsolatrendszer, amely szükséges a hazai nukleáris üzemanyagciklus és a felhalmozódott kiégett üzemanyag jövőjére vonatkozó döntésekhez. Ennek megfelelően ezek a kutatásaink nemzetközi programokhoz kapcsolódva, nemzetközi együttműködésben és részben külföldi (főleg Európai Uniós) finanszírozással zajlanak. Ebben a cikkben röviden bemutatjuk a fenti két stratégiai területen zajló legfontosabb kutatásainkat és az utóbbi évben elért legérdekesebb eredményeinket. Az érdeklődő Olvasó a hivatkozott publikációkban találhat részletesebb információkat.

Üzemelő és tervezett hazai atomerőművekhez kapcsolódó kutatások Primerköri hőmérsékleti rétegződés és hűtőközeg-keveredés kísérleti vizsgálata nyomottvizes atomerőművekre Üzemzavari helyzetben az atomerőmű aktív zónájának hűtését az ún. nagynyomású zóna üzemzavari hűtőrendszer (ZÜHR) látja el, amely az üzemi hőmérsékletnél hidegebb vizet juttat a primerkörbe. Az ún. nyomás alatti hősokk (pressurized thermal shock, PTS) elkerülése érdekében gondoskodni kell a két közeg megfelelő keveredéséről. A paksi atomerőműben a stagnáló áramlások mellett történő ZÜHR-működés esetén a hűtőközeg keveredésének kiszámítására empirikus összefüggéseket alkalmazó kódot használnak. A hőmérsékleti rétegződés modellezésére alkalmazott félempirikus megközelítést a nyolcvanas évek elején fejlesztették ki az amerikai nukleáris hatóság (NRC) részére. A modellek ellenőrzése különböző amerikai és finn egyetemeken üzemeltetett kísérleti berendezéseken történt, a kísérleti vizsgálatok adatbázisa már lényegében nem hozzáférhető. A számítási eredmények bizonytalansága és a kód biztonsági tartalékai érdemben nem megítélhetők, így számos esetben a kód használata csak speciális járulékos konzervatív feltételek figyelembe vétele mellett volt lehetséges. A kód VVER-specifikus alkalmazása, pontosságának meghatá-

15


Szieberth M.: Kutatási eredményeink a fenntartható atomenergetika területén rozása, illetve az említett konzervativizmus esetleges csökkentése a kód szimulációs és kísérleti validálását igényli. A véges elemes – véges térfogatos, CFD (Computational Fluid Dynamics) módszerek elmúlt időszakban bekövetkezett fejlődése lehetővé teszi, hogy a hőmérsékleti rétegződési számítási modellek VVER-specifikus alkalmazhatóságát egyfajta, a numerikus és a kísérleti módszerek kombinációján alapuló eljárás segítségével igazoljuk. A kísérletek segítségével az összes érintett jelenséget magában foglaló egyszerű geometriájú CFD modelleket lehet ellenőrizni, majd részletesebb CFD számításokkal numerikusan validálni az összetett és hosszúidejű tranziensek elemzésére használatos módszert. Egy ilyen mérési program során CFD modelleket kell ellenőrizni olyan egyszerű geometriában, amelyben egy-egy kiválasztott háromdimenziós fizikai folyamatot önmagában lehetséges vizsgálni, így az erőforrásokat nem a bonyolult geometria és a komplex folyamatok, hanem az alapvető fizikai jelenségek pontos, ellenőrzött vizsgálatára lehet fordítani. Az áramlási jelenségek modellezésének ellenőrzésére olyan modellkísérleteket kell végezni, amelyben a hőmérsékleti rétegződés és a csóva keveredés kialakulása önmagában vizsgálható, de egyúttal lehetséges teljes körű, széles tartományú paraméter vizsgálat elvégzése. A kísérleti vizsgálatokhoz olyan mérési elrendezést választottunk, amelyben egy plexiüvegből készült, egyszerű téglatest alakú tartályban (akváriumban) vizsgálhatóak a természetes konvekciós folyamatok. Az első kísérletsorozathoz egy 12,5 literes (Kisakvárium), a másodikhoz pedig egy 50 literes tartály (Nagyakvárium) készült. Az akváriumokon összesen öt belépő és kilépő csonk van kialakítva, így különböző hőmérsékletű (ill. különböző sűrűségű) közegek alkalmazásával vizsgálni lehet a hőmérsékleti rétegződést (hideg közegbe meleg engedése), vagy PTS tranziensekhez hasonló áramlási viszonyokat (meleg közegbe hidegvíz dugó bejutása). Az áramlási és keveredési folyamatokat termoelemekkel, valamint lézeres sebességmérő (PIV) berendezéssel vizsgáljuk. Az egyszerű mérési geometriának köszönhetően a berendezés CFD modellje viszonylag egyszerűen elkészíthető, és az optimális hálózás (az ún. hálófüggetlen megoldás megkeresése) is várhatóan elérhető. Az előzetes szimulációs eredmények és a mérések (ld. 1. ábra) közötti esetleges eltérések a modellek finomításával, pl. diszkretizációs sémák vagy turbulencia-modellek változtatásával azonosíthatóak, és a különbségek csökkenthetőek. A Kisakváriumon végzett méréssorozatok eredményeit, a PIV mérések továbbfejlesztett kiértékelési módszerét, az ezekre alapozott Nagyakváriumos eredményeket, és a mérések összehasonlítását a szimulációs eredményekkel több nemzetközi konferencián is bemutattuk [3-5].

VVER-440 üzemanyag-kazetták CFD vizsgálata A VVER-440/V213 típusú atomreaktorokban 210 üzemanyag-kazetta fölött mérik a hűtőközeg kilépő hőmérsékletét termoelemek segítségével. A zónamonitorozó rendszerben a mért hőmérsékletek felhasználásával történik a radiális teljesítmény-eloszlás meghatározása és a reaktor teljesítményének korlátozása. Ebből kifolyólag lényeges kérdés az, hogy a termoelem valójában milyen hőmérsékletet érzékel, azaz a mért hőmérséklet men�nyire tér el a mérési keresztmetszetben levő hűtőközeg átlaghőmérsékletétől. Korábban azzal a feltételezéssel éltek, hogy a termoelem a hűtőközeg átlaghőmérsékletét méri. A probléma vizsgálatára CFD modelleket fejlesztettünk, amelyekkel a kazetta pálcakötegében és fej részében kialakuló hűtőközeg-keveredést és hőmérséklet-eloszlást tanulmányoztuk. Jelen kutatás aktualitását az adta, hogy a gazdaságosabb üzemanyagfelhasználás megvalósítása érdekében új típusú, kiégő mérget tartalmazó üzemanyag-kazetták bevezetését kezdték meg a múlt évben a paksi atomerőműben. A kiégő méreg jelenléte miatt a korábbihoz képest eltérő teljesítmény-eloszlás alakul ki, amelynek hatására megváltozik a hőmérséklet-eloszlás, így a termoelem által mért hőmérséklet és az átlaghőmérséklet viszonya is. A probléma vizsgálata céljából CFD modellt fejlesztettünk az új típusú kazetta fej részére [6]. „Scale adaptive” szimulációval (SAS) számításokat végeztünk három-három különböző kiégettségű, szimmetrikus és ferde teljesítményeloszlással rendelkező kazetta fej részére. A szimulációkkal meghatároztuk a kazettafejben kialakuló hőmérséklet-eloszlást (2. ábra) és a termoelem jelét. A számított jeleket összevetettük az atomreaktorban levő termoelemekkel mért hőmérsékletekkel. A mért és a számított értékek közötti eltérés egy eset2. ábra. Hőmérséklet-eloszlás egy ferde teljesítményprofilú VVER440 üzemanyag-kazetta fej részében.

1. ábra. Sebességmező a PIV mérésből (balra), valamint CFD szimulációval kapott sebesség- és hőmérséklet-eloszlás a Kisakváriumban (középen és jobbra)

16

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


Szieberth M.: Kutatási eredményeink a fenntartható atomenergetika területén

Röntgen-spektrométer fejlesztése atomerőművi radioaktív hulladékok összetételének meghatározására A radioaktív hulladékok biztonságos és költséghatékony kezeléséhez elengedhetetlen az összetételük minél pontosabb ismerete. Ennek hagyományos kémiai analitikai módszerekkel történő meghatározása hosszadalmas és költséges lehet. A fejlesztési projekt alapvető célkitűzése ezért egy olyan hordozható, kompakt energiadiszperzív röntgen-spektrométer kifejlesztése, amelyben a gerjesztő sugárforrás egy 3-5 W elektromos teljesítményű léghűtéses röntgencső, a röntgensugárzás érzékelésére egy termoelektromos hűtéssel ellátott szilícium-drift detektor (SDD) szolgál. A tervezett spektrométer alkalmas ismeretlen összetételű szilárd minták fő alkotóelemeinek gyors és roncsolásmentes kvantitatív analízisére [7]. Számos analitikai feladat esetén nincs lehetőség az analízishez szükséges minimális mennyiségű minta vételéhez a vizsgálat tárgyát képező objektumból vagy anyagból: a radioaktív hulladékok mellett ilyenek lehetnek pl. a művészeti vagy építészeti alkotások, régészeti leletek vagy a törvényszéki eljárás tárgyi bizonyítékai. Ezért ilyen speciális analitikai vizsgálatok esetén szükség lehet olyan mobilizálható spektroszkópiai eszközre, amellyel a vizsgálandó objektum helyszínén, közvetlenül annak kvantitatív összetételére vonatkozó méréseket lehet végezni a vizsgált tárgy bármilyen kémiai vagy fizikai roncsolása nélkül. A vizsgált objektumok gyakran heterogén eloszlással, illetve szabálytalan geometriai alakkal rendelkeznek, ezért azok kémiai elemi összetételét nem lehetséges egyetlen geometriai pontban végzett analízissel releváns módon jellemezni. Ezért a röntgen-spektrométer kialakítása során olyan fizikai-geometriai konstrukciót hoztunk létre, amellyel a vizsgált objektumok elemi összetétele meghatározható annak egy tetszőlegesen kiválasztott felületi pontjának kisméretű környezetében (5-10 mm2). 2010-ben beszereztük a spektrométer alapeszközeit: X-PIPS szilicium drift röntgendetektor (Canberra), X-Mini Ag röntgencső (AMPTEK) és meghatároztuk azok legfontosabb méréstechnikai paramétereit, majd megépítettük a tervezett spektrométer laboratóriumi vizsgálatokhoz alkalmas teszt változatát. Az anyagok alkotóelemei koncentrációjának meghatározására kifejlesztettünk egy új számítási modellt és annak megoldására egy egyedi numerikus algoritmust. Az eljárás és a számításokat megvalósító Matlab alapú szoftver alkalmas közepes rendszámú (Z=20-58) elemekből álló fémötvözetek (3. ábra) teljes analízisére [8,9]. A kvantitatív kiértékelő eljárás nem igényli a mintához hasonló összetételű etalonok alkalmazását, és segítségével – annak fizikaigeometriai tulajdonságaitól függetlenül – meghatározhatóak a minta egy tetszőleges helyzetű felületi darabjának az összetevői, a fő komponensektől a mindössze 50 ppm-es koncentrációban jelenlévő nyomelemekig.

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

15

Intenzitas (cps)

ben sem haladta meg lényegesen a 0,5 °C-t, amely jónak számít. Vizsgáltuk a termoelem számított jele és a mérési keresztmetszetben érvényes átlaghőmérséklet viszonyát. Azt tapasztaltuk, hogy friss kazetták esetén szignifikáns különbség van a két hőmérséklet között, amely korrekció nélkül a kazettateljesítmény 3,5-4,5 százalékos alulbecslését eredményezheti. Kiégettebb kazetták esetén nem tapasztaltunk lényeges eltérést a két hőmérséklet között. Meghatároztuk a központi cső és a pálcaköteg régiók termoelem jelére vonatkozó súlytényezőjét. A súlyfaktorokkal visszaszámított és a háromdimenziós hőtranszport számítással meghatározott hőmérsékletek jól egyeznek, eltérésük egy esetben sem haladja meg a 0,4 °C-t. Friss üzemanyagkazetták esetén a súlyfaktorok alkalmazásával jelentős mértékű javulás érhető el a termoelem jelének értelmezésében, így a kazettateljesítmény számításában. A különböző teljesítményprofilú kazetták súlyfaktorainak összehasonlításával arra ez eredményre jutottunk, hogy a termoelem jelének becslése szempontjából azok érdemben nem különböznek.

RA 18/33 10

5

0 5

10

15

20

25

Energia (kev)

3. ábra. A hordozható spektrométerrel a RA-18/33 jelű etalon ötvözetről készített röntgenspektrum

Bekapcsolódás az atomenergia fenntarthatóságának javítását célzó nemzetközi erőfeszítésekbe Szuperkritikus nyomású vízhűtéses reaktorokkal (SCWR) kapcsolatos kutatások A szuperkritikus nyomású vízzel hűtött reaktor (Supercritical Water Cooled Reactor, SCWR) egyike a hat jelenleg világszerte fejlesztés alatt álló negyedik generációs atomerőmű tervezetnek [10]. Az SCWR tervezet különlegessége, hogy a hűtőközeg és moderátor szerepet ellátó könnyűvíz nyomása a kritikus nyomás (221,2 bar) fölötti, a jelenlegi tervezeteknél 250 bar, míg hőmérséklete kezdetben a pszeudokritikus érték alatti, majd a zónán való áthaladáskor melegszik és meghaladja azt. Az SCWR tervezet a többi öt koncepcióhoz hasonlóan az előzetes tervezési fázisban van. Az SCWR egy direkt ciklusú (az aktív zóna, a reaktortartály, a turbógépcsoport és a kondenzátor egy közös primer körben helyezkedik el) nyomott tartályos reaktorkoncepció. Az SCWR koncepció legfontosabb előnye a hagyományos könnyűvizes reaktorokénál jobb termikus hatásfok, ami így az üzemanyaghasznosítás hatásfokát is javítja. Az NTI-ben az SCWR európai változatának a High Performance Light Water Reactor (HPLWR) [11] tervezési feladataiban működtünk közre. Az üzemanyag-kazetták termohidraulikai vizsgálatának első lépéseként aktualizáltuk és továbbfejlesztettük a már előzőleg megépített HPLWR kazetta modelleket. A 4. ábrán megfigyelhető a HPLWR koncepcióra jellemző kazetta kialakítás: a kazetta közepén egy ún. moderátor csatorna található, amiben alacsonyabb hőmérsékletű és így nagyobb sűrűségű víz áramlik, mivel a pszeudokritikus hőmérséklet felett kilépő víz sűrűsége nem elegendő a moderáltság biztosításához. A módosított geometriával számos CFD számítás került elvégzésre a kazettamodellen belüli termohidraulikai és áramlástani mezők vizsgálata céljából. A számítások alapján jól azonosíthatóak voltak a szubcsatornák közötti keresztáramlások. Az ezzel kapcsolaltos eredmények több helyen is publikálásra kerültek [12]. További számításaink alapján megállapítható, hogy a hőátadási tényező normalizált értéke axiális irányban jelentősen változik, mind a teljes kazetta keresztmetszeti átlagában, mind az egyes szubcsatornákon belül [13]. Az egyes szubcsatorna típusok egymáshoz képest eltérő normalizált hőátadási tényező eloszlást mutatnak, mind az eloszlások alakját, mind értékeit tekintve. Megállapítottuk, hogy a kazetta helyes modellezéséhez olyan részleteket is figyelembe kell venni,

17


Szieberth M.: Kutatási eredményeink a fenntartható atomenergetika területén szert, melynek neutronfizikai moduljában a nemzetközi gyakorlatban is széleskörűen alkalmazott, validált, Monte Carlo és determiVelocity nisztikus neutrontranszport kódokra támasz(Streamline 1) kodtunk, a termohidraulikai modult pedig egy egycsatornás saját fejlesztésű kód alkotta. A teljes zóna számítása a számítógépi korlátok miatt nem lehetséges egyszerűsítések, a kazetták homogenizálása nélkül. Ehhez a HPLWR kazetták összetettségére tekintettel speciális homogenizációs eljárásokat dolThe clockwise and counter clockwise inter-channel goztunk ki, melyeket háromdimenziós Monte cross flow directions are Carlo számításokkal ellenőriztünk. A kapcsolt Identifled programrendszert kiegészítettük a xenon- és jódkoncentrációkat leíró differenciálegyenletekkel. A számításokat minden esetben a 4. ábra. CFD számítások HPLWR üzemanyag-kazettára. Bal oldalon láthatóak a belépő keresztmetszetről elindított erősen görbült áramvonalak, míg jobb oldalon megfigyelhetőek az óramutató járásával reaktor mérgezetlen állapotából indítottuk. egyező és azzal ellentétes keresztáramlások. A xenon- és a jód-izotópok fokozatos felépülése után a Monte Carlo számítások jellegémint a távtartó huzalok és a pálcák hővezetése, és megoldást javasol- ből fakadóan a kis perturbációk xenonlengést válthattak ki. A xenonlengések tunk ennek numerikus megvalósítására. leírására az axiális kitérést (axial offset) használtuk korrigálva az egyensúTermohidraulikai vizsgálataink folytatásaként elkezdtünk egy analitikus lyi állapotban számított értékekkel (ugyanis az SCWR-ben az egyensúlyi vizsgálatot a szuperkritkus nyomású víz termohidraulikai sajátosságainak axiális teljesítmény-eloszlás a jelentős sűrűségkülönbségek miatt nem megismerésére [14]. Ennek a munkának a célja, hogy dimenzióanalízissel szimmetrikus). meghatározzuk a szuperkritikus nyomású víz hőátadásának folyamatában Az így létrehozott programrendszerrel bebizonyítottuk, hogy a SCWR fontos szerepet játszó dimenziótlan csoportokat, majd azok ismeretében európai változatának két koncepciója, az egyutas PWR-SC [16] és a CFD számítások felhasználásával kívánjuk meghatározni a köztük lévő háromutas HPLWR [11] is stabil a xenonlengésekkel szemben. Kimutatösszefüggéseket. tuk továbbá, hogy a lengések szempontjából a hűtőközeg sűrűsége megAz üzemanyag-kazetták termohidraulikai vizsgálata mellett megvizs- határozó, mivel jelentősen befolyásolja a neutronok migrációs területét. gáltuk különböző SCWR koncepciók stabilitását az ún. xenon-lengéssel Ugyanakkor tisztán a termohidraulikai visszacsatolás (a hűtőközeg felmeszemben. A 135Xe a legfontosabb reaktorméreg (nagy neutronelnyelési legedése miatt fellépő sűrűségcsökkenés) nem képes megakadályozni a hatáskeresztmetszettel rendelkező hasadási termék), amely alapvető ha- lengések kialakulását. Ezeket a Doppler-visszacsatolás (az üzemanyag feltást gyakorol az atomreaktorok üzemvitelére. A reaktor teljesítményének melegedése miatti rezonanciakiszélesedés) akadályozza meg, illetve fojtja változása ugyanis a xenon-koncentráció változását eredményezi, ame- el teljes mértékben. lyet a reaktivitás-szabályozó eszközökkel követni kell. Nagy teljesítményű A felépített modell részletes leírása és az ezzel kapott eredmények reaktorok esetén az aktív zóna méreténél fogva a xenon-koncentráció megtalálhatóak a [17] folyóiratcikkben. időbeli változásán túl számolni kell térbeli ingadozásokkal is, melyek a reaktor teljesítmény-eloszlásának torzulását eredményezik. Amennyiben Gázhűtésű gyorsreaktorral (GFR) kapcsolatos kutatások egy reaktorban lehetséges az ilyen xenon-lengések kialakulása, és különösen ha azok instabilak lehetnek, akkor a szabályozórendszert úgy A IV. generációs reaktorok között kiemelt stratégiai jelentőséggel bír a kell megtervezni, hogy képes legyen azok elfojtására. A lengések kiala- három gyorsreaktor koncepció (a nátrium-, az ólom-, illetve a gázhűtésű kulását, lefolyását sok paraméter együttesen határozza meg, amelyek gyorsreaktor). Ezekben ugyanis olyan nagyenergiájú neutronspektrum közül a legfontosabb a neutronok migrációs területe, illetve migrációs alakítható ki, amelynek segítségével lehetségessé válik a természetes hossza. Utóbbi jól közelíthető a neutronok keletkezése és elnyelődése urán hasznosítási hatásfokának akár 50-100-szoros növelése és a kiégett közötti távolság átlagos hosszával. Általános érvényű szabály, hogy ha üzemanyag hosszútávú radiotoxicitásáért felelős másodlagos aktinidák MA a reaktor bármelyik irányú geometriai kiterjedése meghaladja a migrá- – neptúnium, amerícium, kűrium – elhasítása is. A nátriumhűtésű technolóciós hossz kb. 30-szorosát, akkor a kialakuló xenonlengések nagy való- giával kapcsolatban már komoly üzemeltetési tapasztalat is felhalmozódott színűséggel instabilak lesznek [15]. A HPLWR aktív zónájának átmérője világszerte, így várhatóan ebből a típusból áll először üzembe demonstrá3,5 m, magassága 4,2 m, így elsősorban axiális xenonlengések kialakulá- ciós erőmű. Az ólom- és a gázhűtésű koncepciók azonban olyan további sa várható. A HPLWR-re végzett előzetes számítások alapján a migrációs előnyöket nyújtanak, amelyek miatt Európában és világszerte is komoly hosszra 16,85 cm-t kaptunk, így a korábban említett általános szabály erőforrásokat fordítanak a fejlesztésükre. Magyarországon az is indokolja alapján (30∙16,85 = 505,5 cm > 420 cm) a HPLWR-ben nem várható- a GFR fejlesztésére fordított erőforrásokat, hogy az európai beruházásak instabil xenonlengések. Viszont a kis eltérés és a számítások során ban megvalósítani tervezett ALLEGRO kísérleti gázhűtésű gyorsreaktorral figyelembe vett közelítések miatt további, részletesebb vizsgálatokat vé- kapcsolatban Csehország és Szlovákia mellett Magyarország is felmerült lehetséges telephelyként. geztünk el. A SCWR-ek aktív zónájában bekövetkező jelentős sűrűségcsökkenés Az NTI-ben GFR-rel kapcsolatos kutatásaink során először a GFR600 miatt egy lokális hőmérséklet- és sűrűség-ingadozásra hajlamos rendszer elnevezésű, 600 MW termikus teljesítményű, héliumhűtésű reaktorkoncepalakul ki, amely elemzéséhez kapcsolt neutronfizikai-termohidraulikai prog- ció transzmutációs potenciálját vizsgáltuk meg a reaktoron belüli üzemramrendszerre van szükség. Kialakítottunk egy ilyen kapcsolt programrend- anyag-kiégés részletes modellezésével. The Inlet region

18

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


Szieberth M.: Kutatási eredményeink a fenntartható atomenergetika területén Munkánk során különböző MA-tartalmú és térbeli elrendezésű reaktorzónák kiégését vizsgáltuk meg részletes háromdimenziós számításokkal. Azt kaptuk, hogy a másodlagos aktinidák urán-plutónium üzemanyaghoz történő hozzáadása jelentősen mérsékli a kiégés során előálló reaktivitásveszteséget, és növeli a reaktor konverziós potenciálját. Bebizonyosodott, hogy minél nagyobb az MA-tartalom, annál hatékonyabb azok kiégetése, habár a növekvő MA-tartalom csökkenti a későneutron-hányadot, és az üzemanyag-hőmérsékleti reaktivitás-együtthatót. Az egymást követő ciklusok tanulmányozása azt mutatta, hogy ha szegényített uránhoz keverjük a másodlagos aktinidákat, a kezdeti MAtartalom akár 70%-a is kiégethető az első 5 ciklus során, sőt, a reaktor kritikussága mindvégig biztosítható, ha a kezdeti MA-tartalom elég magas. A plutónium és a másodlagos aktinidák izotóp-összetételének hatását is megvizsgáltuk oly módon, hogy a természetes vagy szegényített uránhoz tipikus nyugati PWR, illetve VVER-440 reaktor kiégett üzemanyagából származó plutóniumot és MA-vektort kevertünk hozzá. A két termikus reaktortípus kiégett üzemanyagának összetételében fennálló jelentős eltérések ellenére a GFR600 transzmutációs kapacitásában nem mutatkozott lényeges különbség. Azt kaptuk, hogy az 1300 napos kiégési periódus alatt hozzávetőlegesen 300 kg-nyi másodlagos aktinidát lehet elhasítani a legnagyobb vizsgált kezdeti MA-tartalmú (10%) zónában, amely 3 könnyűvizes reaktor évi MA-termelésének felel meg. Mindezek a számítási eredmények alátámasztják azokat a vélekedéseket, amelyek szerint a gázhűtéses gyorsreaktorok kiválóan illeszkedhetnek egy jövőbeli atomenergia-rendszerbe, ahol az energiatermelés mellett a másodlagos aktinidák transzmutálása és a szegényített uránkészletek konvertálása lehet a feladatuk. Fenti vizsgálati eredményeinkről az [18] konferencia-előadásban és a [19] folyóiratcikkben számoltunk be. Időközben a GFR fejlesztésén dolgozó francia kutatóintézet (CEA) kidolgozta egy 2400 MW-os gázhűtésű gyorsreaktor előzetes terveit is, így az NTI-ben is megkezdődött ennek az új koncepciónak a vizsgálata. A cél egy olyan gyors és rugalmas kiégés-modell kidolgozása, amely a fenti számításokhoz hasonlóan a betöltött üzemanyag összetételét széles tartományban változtatva képes megadni a kiégett üzemanyag összetételét [20]. Egy ilyen model már beilleszthető egy a nukleáris üzemanyagciklus egészét modellező rendszerbe, melynek segítségével egy egész atomerőmű park üzemanyagciklusát tudjuk vizsgálni. Ilyen rendszerszintű vizsgálatok segítségével lehet válasz adni olyan kérdésekre, mint a zárt üzemanyagciklura való áttérés lehetséges forgatókönyvei, vagy a termikus- és gyorsreaktorok optimális aránya a rendszerben.

Irodalom [1]

European Commission (2007): A European Strategic Energy Technology Plan (SET-PLAN), „Towards a low carbon future”, COM(2007) 723

[2]

Sustainable Nuclear Energy Technology Platform (2009): Strategic Research Agenda, www.snetp.eu

[3]

Bogdán Yamaji, Rita Szijártó, Attila Aszódi (2010): Investigation of Mixing and Thermal Stratification with PIV, The 8th International Topical Meeting on Nuclear Thermal-Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-8), Shanghai, China, October 10-14, 2010

[4]

B. Yamaji, R. Szijártó, A. Aszódi (2010): Study of Thermal Stratification and mixing using PIV CFD for Nuclear Reactor Safety Applications, CFD4NRS-3 Workshop, September 14-16, 2010, Bethesda, MD (Washington, DC), USA

[5]

Bogdán Yamaji, Rita Szijártó, Attila Aszódi (2010): Study of Thermal Stratification and mixing using PIV, 20th Symposium of AER on VVER Reactor Physics and Reactor Safety September 20-24, 2010, Hanasaari, Espoo, Finland, ISBN 978-963-372-644-0

[6]

Tóth S., Parkó T., Beliczai B., Szécsényi Zs., Aszódi A.: Gd kazettákban kialakuló hűtőközeg-keveredés vizsgálata, Kutatási jelentés, BME NTI-537/2010, Budapest, 2011. január 31.

[7] I. Szalóki, A. Gerényi, Z. Oláh, T. Pintér: Development of portable X-ray fluorescence spectrometer for safeguard and forensic analysis, 33rd ESARDA Annual Meeting, Helia Conference Hotel, Budapest, Hungary, 16-20 May, 2011 [8]

Szalóki Imre (2010): Röntgen és Raman spektroszkópiai módszerek fejlesztése ismeretlen anyagok azonosítására, Paksi Atomerőmű ZRt., BME-NTI538/2010, kutatási jelentés

[9]

Szalóki I., Oláh Z., Gerényi A. (2010): Biztosítéki ellenőrzések céljából vett dörzsminták alfa-spektrometriás elemzése és hordozható röntgen-spektrométer, valamint röntgenanalitikai eljárás kifejlesztése ismeretlen eredetű szilárd anyagok összetételének meghatározására, OAH-ÁNI-ABA kutatási jelentés, BME-NTI-529/2010.

[10] Generation IV International Forum (2002): A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy Systems, GIF-002-00, U.S. DOE Nuclear Energy Research Advisory Committee [11] Schulenberg T., Starflinger J., Heinecke J. (2008): Three pass core design proposal for a high performance light water reactor, Progress in Nuclear Energy 50, pp. 526-531. [12] Attila Kiss, Eckart Laurien, Attila Aszódi, Yu Zhu (2011): Numerical simulations on the rotating flow of wrapped wired HPLWR fuel assembly, The 5th Int. Sym. SCWR (ISSCWR-5), Vancouver, British Columbia, Canada, March 13-16, 2011. [13] Kiss Attila, Dr. Aszódi Attila (2010): A HPLWR aktív zónájában lejátszódó termohidraulikai folyamatok vizsgálata, BME-NTI-522/2010, kutatási jelentés [14] Attila Kiss, Attila Aszódi (2011): Numerical experiment on different validation cases of water coolant flow in supercritical pressure test sections assisted by

Összegzés

discriminated dimensional analysis part i: the dimensional analysis, The 5th Int.

Röviden ismertettük a BME NTI-ben zajló atomenergetikai kutatások széles spektrumát, amely a hazai atomenergetikát támogató fejlesztésektől a jövő atomreaktoraival kapcsolatos kutatásokig terjed. Célunk a jövőben is az eredményes együttműködés e két stratégiai területen hazai és nemzetközi partnereinkkel.

Sym. SCWR (ISSCWR-5), Vancouver, British Columbia, Canada, March 13-16, 2011. [15] Csom Gy. (2005): Atomerőművek üzemtana, Műegyetemi kiadó, Budapest [16] Vogt B., Starflinger J., Schulenberg T. (2006): Near term application of supercritical water technologies, Proceedings of ICONE-14, Miami, Florida, USA [17] Reiss T., Fehér S., Czifrus Sz. (2011): Xenon oscillations in SCWRs, Progess in Nuclear Energy 53, pp. 457-462.

Köszönetnyilvánítás A munka szakmai tartalma kapcsolódik a „Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen” c. projekt szakmai célkitűzéseinek megvalósításához. A projekt megvalósítását az Új Széchenyi Terv TÁMOP-4.2.1/B-09/1/ KMR-2010-0002 programja támogatja.

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

[18] Z. Perkó, S. Fehér, J.L. Kloosterman, S.A. Christie (2010): “Recycling VVER Minor Actinides in a Gas-Cooled Fast Reactor”, International Conference on the Physics of Reactors (PHYSOR-2010), Pittsburgh, USA [19] Z. Perkó, J.L. Kloosterman, S. Fehér (2011): “Minor Actinide Transmutation in GFR600”, Nuclear Technology, , közlésre elfogadva. [20] Halász Máté, Szieberth Máté, Fehér Sándor (2010): Gázhűtésű gyorsreaktorokat tartalmazó nukleáris üzemanyagciklus matematikai modelljének fejlesztése, kutatási jelentés, BME-NTI-543/2010

19


ENERGETIKA

Az energiahordozó- forrásszerkezet alakításának lehetőségei Bihari Péter egyetemi docens, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék, bihari@energia.bme.hu Gács Iván egyetemi docens, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék, gacs@energia.bme.hu

Hazánk primerenergia-hordozó struktúrája legnagyobb mértékben a villamosenergia-termelés alapenergia bázisán keresztül befolyásolható. A hosszú távú energiastratégia fő céljai a gazdaságos, biztonságos és környezetbarát energiaellátás megvalósítása. A cikk azt vizsgálja, hogy a különböző erőműépítési változatok milyen mértékben szolgálják a kitűzött célokat. Értékeli a különböző rendszerbővítési stratégiákat (sok megújuló, szénerőműves, atomerőműves változatok) az ellátásbiztonság és a globális környezeti hatások szempontjából, nem hagyva figyelmen kívül a gazdasági hatásokat sem. * The basis of energy source of the power generation has the maximum extent of influence on the Hungarian primary energy carrier structure. Goal of the long term energy strategy is to attain secure, environment friend and economical power supply. The aim of this paper is to study how different versions of power plant structures serve the targets. Different strategies of the system extension (increased renewable, coal based, nuclear based) are measured from point of view of the supply security, the global environmental impacts and the influences of the economical aspects are also taken into account. ***

Az energiapolitika célkitűzései és eszközei

A hazai energiaszektor piacgazdálkodási környezetben működik, egyes területeken már teljesen liberalizált gazdálkodási feltételek közepette, más területeken a liberalizáció folyamat a közeljövőben válik teljessé. A regulátor alapvetően az alábbi lehetőségekkel rendelkezik az energiastratégiai célkitűzések megvalósítására: ● működési modell meghatározása; ● támogatások rendszerének kialakítása; ● engedélyezés rendszerének, engedélyezési követelményeknek a meghatározása; ● stratégiai készletezés előírása (= készletezési követelmények előírása); ● hatósági árszabályozás körének és az ide tartozó áraknak a meghatározása; ● az energetika területét érintő adók és járulékok meghatározása; ● teherviselés rendszerének kialakítása; ● a kommunikáción keresztül a közvélemény, a gazdálkodó egységek, a törvényhozói hatalom befolyásolása. Az előzőekben felsorolt eszközök körvonalazzák a hazai energiahordozó-forrásszerkezet alakításának lehetőségeit, korlátait. Egyes területeken nagyobb lehetőség van az energiastratégiai célok, az össztársadalmi érdekek érvényre juttatására, más területeken éppen a szektor liberalizációjának következtében lényegesen kisebbek és sokkal közvetettebbek a lehetőségek.

Alapelvek A kérdéskör tárgyalásakor módszertani szempontból kiindulópont annak tisztázása, hogy az energiaszektor jelenlegi és a jövőbeli működési rendjében (gazdasági és regulációs feltételei között) milyen lehetőség van egy energiastratégia érvényre juttatására, milyen eszköztára van az energiapolitikának az energiastratégiában megfogalmazott célkitűzések, alapelvek megvalósítására. A második lépésben az energiapolitika alapvető – teljes társadalmi konszenzust élvező – célkitűzéseit, így az ● ellátásbiztonság követelményét, ● a természeti erőforrások kímélésének követelményét (másképpen fogalmazva a primerenergia-hordozó megtakarítás követelményét). ● a környezetvédelem követelményét (= a környezetterhelés lehetőség szerinti legalacsonyabb szintre szorításának követelményét), vizsgáljuk meg az energiaforrások, az energia forrásszerkezet szempontjából.

Az energiapolitika eszközei Nem szorul külön magyarázatra, hogy az energiastratégia tervezési módszerei, az energiastratégiában megfogalmazott célkitűzések érvényre juttatásának lehetőségei, az energiapolitika eszköztára alapvetően eltérőek attól függően, hogy az adott ország energiaszektorában ● a végrehajtó hatalom az energiaszektor kizárólagos tulajdonosa, ● a végrehajtó hatalom az energiaszektor részbeni tulajdonosa (egy a piaci szereplők közül), ● a végrehajtó hatalom nem rendelkezik tulajdonnal az energiaszektorban.

20

Alapvető célkitűzések Az energiahordozókkal kapcsolatban teljes társadalmi konszenzus van az alábbi négy alapvető követelményt illetően. A négy alapvető követelmény az ● ellátásbiztonság követelménye, ● a természeti erőforrások kímélésének a követelménye (vagy másképpen fogalmazva a primerenergia-hordozó megtakarítás követelménye), ● a környezetvédelem követelménye (= a környezetterhelés lehetőség szerinti legalacsonyabb szintre szorításának követelménye), ● gazdasági hatékonyság követelménye.

Az ellátásbiztonság fogalma A modern társadalmak létében meghatározó szerepet játszik az energiaellátás, ez magyarázza azt, hogy minden ország energiapolitikájában középponti jelentőségű kérdés az energiaellátás biztonsága. Az energiaellátást akkor nevezhetjük biztonságosnak, ha a fogyasztói kör indokolt energiaigényének kielégítéséhez szükséges energia az igényelt mennyiségben és minőségben, egy elfogadható kockázati szint mellett rendelkezésre áll. Az ellátásbiztonság fogalomának értelmezésekor az alábbiakat kell figyelembe venni. 1. Az energiahordozókkal történő ellátás, az energiaellátás a modern társadalmakban összetett, több technikai alrendszerből álló energiaellátási láncon keresztül valósul meg majd minden energiahordozó esetében.

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


Bihari P., Gács I.: Az energiahordozó-forrásszerkezet alakításának lehetőségei 2. Az energiahordozók sok esetben nem helyettesíthetők egy másik energiahordozóval, ezért nincs értelme „általánosságban vett” ellátásbiztonságról beszélni, csak az egyes energiahordozók szolgáltatásának biztonsági szintjéről. 3. Az energiahordozókkal történő ellátás technológiai láncának egyes technikai alrendszerei igen eltérőek a megbízhatóság és az ellátási láncban elfoglalt helyük szempontjából. Ebből következően a teljes ellátási technológiai láncra értelmezett ellátásbiztonság az egyes sorba, illetve párhuzamosan kapcsolt elemek megbízhatóságából a valószínűségi elemzések módszereivel vezethető le. 4. Az eredő ellátásbiztonság alapvetően két dologtól függ: – az energiaellátási lánc egyes technológiai alrendszereinek zavarmentes működésétől (1), – magának az energiahordozónak a rendelkezésre állásától (2). 5. Értelemszerűen a két alapfeltétel egyidejű teljesülésekor valósul meg a zavarmentes energiahordozó-ellátás. 6. Az ellátási zavarok kiküszöbölésének, pontosabban fogalmazva bekövetkezési valószínűségük csökkentésének érdekében alapvetően eltérő jellegű intézkedésekre van szükség az első és a második esetben. 7. Az energiahordozók mindenkori rendelkezésre állásának biztonsága a beszerzési források diverzifikációjával növelhető. Lényegi jellemzője ennek a területnek, hogy az ellátásbiztonság „mértéke” nehezen, vagy egyáltalán nem számszerűsíthető. 8. A technológiai alrendszerek működése zavarmentességének javítása esetében is a diverzifikáció (több egymástól független ellátási lánc kiépítése), illetve a műszaki megbízhatósági mutatók javítása eredményeképpen növelhető az ellátásbiztonság. Szemben az előzőekkel, ezen a területen mennyiségileg jellemezhető az ellátásbiztonság. 9. Az energiaellátás biztonsága mindig és mindenkor attól függ, milyen erőforrásokat fordít az adott társadalom a biztonság megteremtésére. Kiépíthetők igen magas fokú ellátásbiztonságot nyújtó ellátási technológiák, láncok, azonban ezek óriási anyagi ráfordításokat követelnek. 10. A társadalomnak és a mindenkori politikai vezetésnek kell eldöntenie azt, hogy milyen szinten valósítja meg az ellátásbiztonságot, megéri-e az ellátásbiztonság növelése azt az anyagi ráfordítást, amit egy magasabb szint biztosítása megkövetel. Ez egyfajta optimalizálás kérdése. Az alacsonyabb szintű ellátásbiztonság okozta gazdasági és valamilyen módon számszerűsített nem gazdasági károkat kell szembeállítani a biztonságnövelés költségeivel. 11. A fogyasztók nem azonos mértékben „érzékenyek” az ellátásbiztonságra. Az energiaellátásra folyamatosságára különösen érzékeny felhasználók esetében biztosítani kell több ellátási lánc kiépítettségét. 12. Igen nagy különbségek vannak az ellátásbiztonság „szintje” között az egyes energiahordozók vonatkozásában, például a villamos energia és a földgáz esetében. A villamos energia esetében nagymértékben diverzifikált forrásokról, többszörösen hurkolt ellátó-hálózatról van szó. A földgáz esetében ennek az ellenkezője igaz, mind a nagy távolságú szállítóvezetékek, mind a primerenergia-hordozó források esetében. 13. Vannak olyan felhasználói területek (például kórházak, vagy olyan fogyasztók, amelyek élet- és vagyonvédelmi szempontból különösen veszélyes technológiával rendelkeznek stb.), amely fogyasztók esetében az átlagosnál magasabb szinten kell biztosítani a mindenkori energiaellátást Ezen fogyasztók esetében mind az

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

energiaforrást, mind a technológiai ellátórendszert illetően egymástól független rendszereket építenek ki. 14. Nem szorul bizonyításra az a kijelentés sem, hogy jelentős különbségek vannak az egyes energiahordozók esetében azok más energiahordozókkal való kiválthatósága vonatkozásában is. 15. Az egyes energiahordozók ellátásbiztonságában abból fakadóan is jelentős eltérések mutatkoznak, hogy milyen mértékben készletezhetők az energiahordozók a felhasználás helyén. A készletezés mind a források, mind a szállító rendszerek bizonytalanságai ellen egy bizonyos idejű védelmet nyújt. A készletezhetőség erősen függ a tároló létesítésének és üzemeltetésének költségeitől, továbbá magának az energiahordozónak az árától.

Importfüggőség Az importfüggőség fogalma szintén olyan kérdéskör, amely pontosításra szorul. Igen különböző a kérdéskör fontosságának megítélésben, s nem kellően tisztázott magának a fogalomnak a tartalma ebben sem. 1. A fogalom mibenlétének tisztázásakor az általánosan elterjedt értelmezésből, a „szó szerinti értelmezésből” kell kiindulni. Importfüggőség alatt azt értik egy adott energiahordozó vonatkozásában, hogy egy adott ország (régió) esetében, hogy az összes felhasználáson belül milyen arányt képvisel az az energiahordozó mennyiség, amely a határokon kívülről származik. 2. Az importfüggőség jelentőségének megítélésében már igen nagyok a véleménykülönbségek. Egyes vélemények szerint egy olyan méretű és olyan mértékben nyitott gazdasággal rendelkező ország esetében, mint Magyarország nincs különösebb jelentősége e kérdésnek, hiszen az ország integrálódott egy nagy gazdasági közösségbe, s a liberalizált gazdasági viszonyok között e szempont elvesztette a jelentőségét. Mások ellenkező véleményen vannak. 3. A kérdéskör energiapolitikai szempontból való megítélésekor véleményünk szerint abból kell kiindulni, hogy az importfüggőség jelentősége változott az idők folyamán. A változás négy alapvető területen következett be. Egyrészt megváltozott a gazdasági rendszer (1), másrészt az ország integrálódott egy igen nagy gazdasági közösséghez (2), megszűnt az igen erős gazdasági, politikai, katonai, ideológiai szembenállás, amely a korábbi időszakra jellemző volt (3), végül az ország gazdaságosan kiaknázható természeti erőforrásai (energiahordozó forrásai) drasztikusan csökkentek az elmúlt időszakban (4). Mindezen alapvető változások más megvilágításba helyezték az egész kérdéskör megítélését. 4. Véleményünk szerint a jelenlegi, nemzetközi együttműködésbe integrálódott, liberalizált piaci viszonyok között működő nyitott gazdaság estében nem annak van igazán jelentősége, hogy az adott energiahordozó külföldről vagy nem külföldről származik (hiszen a „külföld” fogalma az unió integrációs céljaiból következően egyre inkább elmosódottabbá válik, gazdasági értelemben legalábbis), hanem annak, hogy az adott energiahordozó beszerezhető-e egymástól független forrásokból, azaz az energiahordozó források diverzifikáltak-e ebben a vonatkozásban vagy sem. Mivel az energiahordozók egyre nagyobb arányban külföldről biztosíthatók, a fogalom tartalma de facto változáson ment keresztül, s ma inkább a külföldi források diverzifikáltsága az a tartalom, ami igazán jelentőséggel bír. 5. Az importfüggőség akkor válik igen fontos kérdéssé, amikor az importált energiahordozó olyan országból vagy régióból származik, amely esetében a műszaki bizonytalanság mellett megjelenik a politikai vagy gazdasági instabilitás veszélyéből adódó többlet bi-

21


Bihari P., Gács I.: Az energiahordozó-forrásszerkezet alakításának lehetőségei zonytalanság esetleg a korrekt gazdasági kapcsolatok nem állnak elég szilárd alapokon. Hasonló veszélyt rejt magában, ha a szállítási útvonal vezet ilyen kockázatú térségen keresztül.

Primerenergia-hordozó megtakarítás A primerenergia-hordozó megtakarítás, ami a természeti erőforrások kímélését jelenti, számos esetben használt érv, hivatkozási alap valamely technológia, primerenergia-hordozó esetében. Nem minden esetben jelent nemzetgazdasági szinten valós primerenergia-hordozó megtakarítást az, amit annak mondanak. Az alábbiakban néhány olyan példát említünk, amelyek azt bizonyítják, hogy minden esetben konkrétan meg kell vizsgálni azt a kérdést, hogy nemzetgazdasági szinten értelmes primerenergia-hordozó megtakarításról van-e szó vagy sem. 1. A primerenergia-hordozó megtakarítás leghatékonyabb módja a végenergia-felhasználás, a felhasználási hely fajlagos energiafelhasználásának csökkentése. Ez az energiaátalakítási, átviteli lánc vesztességeit is figyelembe vevő mértékben csökkenti az alapenergia igényt. Ennek kedvező környezeti és ellátás-biztonsági hatása vitathatatlan, gazdasági hatása igényel mérlegelést. Ugyanilyen módon értékelhető az energiaellátási lánc átalakítási és átviteli elemeinél (pl. villamosenergia-termelés és elosztás) megvalósítható veszteségcsökkentés, hatásfokjavítás is. 2. A kapcsolt energiatermelés a magas energiaátalakítási hatásfok és ebből következően a primerenergia-hordozó megtakarítás miatt előnyben részesített energiaátalakítási mód sok országban, így hazánkban is. Az Európai Unió vonatkozó irányelve is a támogatás kritériumaként a különválasztott energiatermeléshez képesti primerenergia-hordozó megtakarítást jelöli meg. Ezt igen lényeges hangsúlyozni, mert sajnálatos módon széles körben elterjedt az a hamis vélemény, miszerint a kapcsolt energiatermelés energetikailag mindig kedvezőbb, mint a különválasztott energiatermelés. Bizonyítható, hogy az alacsony hatékonyságú kapcsolt energiatermelés nem eredményez primerenergia-hordozó megtakarítást abban az esetben, ha magas hatásfokú különválasztott energiatermeléssel állítjuk szembe. 3. A primerenergia-hordozó megtakarítás egyrészt az erőforrások kímélését jelenti, másrészt a károsanyag-kibocsátás csökkentését. Mindkét hatás a környezetterhelés csökkentését eredményezi. Azonban a kapcsolt energiatermelés esetében – ellentétben a közvélekedéssel – nem univerzálisan igaz a kijelentés második része. A kapcsolt energiatermelés attól függően eredményezi fos�szilis primerenergia-hordozó megtakarítását és ebből következően károsanyag-kibocsátás csökkenést, hogy milyen technológiájú villamosenergia-termelést helyettesít („vált ki”). Nem szorul különösebb magyarázatra, hogy egy olyan villamosenergia-rendszerben, amelyben a villamos energia túlnyomó többségét atomerőművek (például Franciaországban), vagy éppenséggel vízerőművek adják (mint például Norvégiában) ugyanakkor a kapcsolt energiatermelés például földgáz tüzelőbázison valósul meg, nem állja meg a helyét az előzőekben bemutatott érvelés. Hiszen a kapcsolt energiatermelés eredőjében nagyobb környezetterhelést okoz, mint a különválasztott energiatermelés. Előfordulhat, hogy az atomerőművi villamosenergia-termelést kell korlátozni (az atomerőművet kell visszaterhelni) a villamosenergia-rendszerben annak érdekében, hogy a villamos energiát és hőt kapcsoltan termelő, földgáz tüzelőbázisú erőművek, energiatermelő egységek üzemben tarthatók legyenek. Ez nemcsak jóval drágább termelést eredményez, de a környezetvédelmi célnak is éppen az ellenkezőjét eredményezi. Ez az eset Magyarországon már előfordult.

22

4. Kapcsolt energiatermelés esetén az is előfordul, hogy a tényleges primerenergia-hordozó megtakarítás mellett kibocsátás növekedés jelenik meg ha a kapcsolt energiatermelést megvalósító berendezés nagyobb fajlagos kibocsátással üzemel, mint a kiváltott berendezés (pl. gázmotorok nitrogénoxid kibocsátása). 5. A primerenergia-hordozó megtakarítás esetében tehát nemzetgazdasági szinten mérlegelni kell, hogy milyen villamosenergia-termelési technológia kiváltásáról van szó (1), és milyen annak az energetikai hatásfoka a kapcsolt energiatermelés hatásfokához képest (2). 6. Primerenergia-hordozó megtakarításként szokás emlegetni a megújuló energiaforrások alkalmazását is. Ez pontosabban fogalmazva fosszilis primerenergia-hordozó megtakarítást eredményezhet, és új forrásokat vonhat be az energiaellátásba. Ezek környezeti hatásának megítélése nem egységes.

CO2-kibocsátás elkerülése Az előző pontban bemutatott gondolatmenet érvényes a CO2-kibocsátás elkerülésével kapcsolatban is. 1. Számos esetben a megújuló energiaforrások villamosenergia-termelési célú hasznosítása eredőjében (a folyamatot rendszerszintű összefüggésében vizsgálva) összességében több, vagy legalábbis összemérhető volumenű széndioxid-kibocsátással jár, mint az ilyen módon „kiváltott” primerenergia-hordozó felhasználása. A szélerőművi egységek esetében a rendszerszinten szükséges többlet tartalék- és szabályozó kapacitás Magyarországon drága (földgáz, illetve könnyű tüzelőolaj) tüzelőanyag-bázison üzemel. Konkrét számításokkal bizonyítható, hogy a szükséges többletszabályozás jelentős szén-dioxid-kibocsátást eredményez. Szó sincs tehát arról, hogy a szélerőművi villamosenergia-termelés szén-dioxid-kibocsátása zérus. Nem ilyen rossz a helyzet vízerőműves rendszerekben (pl. Ausztria), amelyekben a szélerőművek termelésingadozását vízerőművekkel vagy szivattyús-tározós erőművekkel lehet kompenzálni. A hazai csekély vízerőmű kapacitás erre nem ad lehetőséget. 2. Az erdők villamosenergia-termelési célú „hasznosítása” esetében sincs szó valóságos szén-dioxid-kibocsátás elkerülésről. A fának mint erőművi „tüzelőanyagnak” a felhasználása köztudottan jelentős mennyiségű szén-dioxid-kibocsátással jár. Ez a szén-dioxid a levegőbe kerül. Érvként e „technológia” alkalmazása mellett azt szokták felhozni, hogy a kivágott fák élettartamuk során közel annyi szén-dioxidot nyeltek el a fotoszintézis folyamata során, mint amennyi eltüzelésük során a légkörbe kerül. Ez az érv a fák átlagos élettartama (általában 40-60 év) teljes időszakára vonatkozóan igaz, közelítően. A Föld szén-dioxid forrásainak és nyelőinek egyensúlyában azonban a változás azonnal bekövetkezik a fák eltüzelésekor, adott kapacitású szén-dioxid-nyelőnek a globális rendszerből való azonnali kiiktatásával és a tárolt karbontartalom azonnali szén-dioxiddá alakításával. A jelenben és középtávon tehát a helyzet romlik, még ha az alapul vett 50-100 éves időtartamon az egyensúly valóban realizálódik is. 3. Természetesen más a helyzet az erdészeti hulladékok esetében. Ezek esetében azonban azt kell mérlegelni, hogy óriási területről való begyűjtésük milyen környezetterhelést okoz (gépjárművek szén-dioxid kibocsátása és más jellegű környezetterhelése miatt). Emellett az eltüzelés meggyorsítja a fa karbon-tartalmának CO2 formájú légkörbe jutását a természetes (és lassú) korhadási folyamathoz képest. Olyan országokban, amelyek jelentős papíriparral vagy fafeldolgozó iparral rendelkeznek értelemszerűen

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


Bihari P., Gács I.: Az energiahordozó-forrásszerkezet alakításának lehetőségei más megvilágításba kerül e kérdés, mert ott adódik a faipari hulladék. 4. Tényleges környezeti előnyt elsősorban azok az energiaültetvények és energiaerdők jelentenek, amelyeknél időben korábban valósul meg a légköri széndioxid többlet megkötése és csak később az égetéssel való visszajuttatás. Ezek esetében a területegységről begyűjthető energia is nagyobb mint erdészeti hulladékok esetén, így a begyűjtés fajlagos kőolaj-származék felhasználása is kisebb. 5. Végül meg kell említeni azt is, hogy milyen áron (költségen) történik a szén-dioxid-kibocsátás elkerülése. Nem közismert sem a közvélemény, sem a politika, sem a média számára számos esetben az, hogy a „kiváltó technológiák” aránytalanul költségesebbek, mint a kiváltottak Önmagában nem is ez a probléma, hanem az, hogy a kibocsátás elkerülésének van számos más, gazdaságilag (költségek szempontjából), és környezetvédelmi szempontból sokkal kedvezőbb módja. Erre számtalan konkrét példát lehet hozni. Komplex módon, rendszerszinten kell tehát mérlegelni a „mit mivel váltunk ki” kérdést.

Gazdasági kár, környezeti kár Az energiahordozó forrásszerkezet kialakításakor, a környezetvédelmi és a nemzetgazdasági szintű gazdasági hatékonyság megítélésekor fontos szerepe van a különböző primerenergia-hordozók külső (externális) költségének. Az externális költségek mibenlétének vizsgálatakor, különösen a nemzetgazdasági szintű hatások figyelembevételekor középponti jelentőségű kérdés a környezeti kár és a gazdasági kár közötti elvi különbségtétel. Az alábbiakban e kérdéskörrel kapcsolatos két alapvető fogalom tartalmát vázoljuk röviden. 1. A gazdasági tevékenység során a társadalom intenzíven beavatkozik a természeti folyamatokba, sok esetben visszafordíthatatlan változásokat előidézve ott. Az energiaipar, ezen belül a villamosenergia-ipar klasszikus, s máig is érvényes példaként említhető ebben a vonatkozásban. A gazdasági tevékenység negatív környezeti hatásait a szakirodalom a természeti környezet elsődleges károsodásának nevezi. Ide sorolhatók mindazok a jelenségek, folyamatok, változások, amelyek a természeti környezet állagában, egyensúlyi helyzetében a korábbi, beavatkozástól mentes állapothoz képest bekövetkeztek. Ezek a változások lehetnek időlegesek és lehetnek véglegesek, visszafordíthatatlanok is. Az elsődleges környezeti kár fogalmának lényeges jellemzője, hogy az, független attól, hogy az adott természeti érték pusztulása, károsodása közgazdasági értelemben kárnak minősül-e vagy sem. 2. Az externális költségek vizsgálatakor, meghatározásakor azonban a vizsgálat tárgya nem az elsődleges környezeti kár, hanem az annak részeként értelmezett, azzal párhuzamosan megjelenő másodlagos gazdasági kár. Közgazdasági értelemben általánosságban azokat a környezeti károkat tekintik gazdasági kárnak, amelyek közvetlenül, vagy közvetetten gazdasági értékcsökkenést idéznek elő, illetve a gazdasági tevékenység hasznának elmaradását eredményezik. Makrogazdasági értelemben kizárólagosan a többletráfordítás és az értékveszteség tekinthető kárnak a termelés adott rendszerén belül. A gazdaság körén kívül az externális költségek egy igen jelentős hányadát képezi az egészségügyi kár, amely környezetszennyezés egészségrontó hatása miatt fellépő többlet egészségügyi ellátási költségből, élettartam rövidülésből és tartós egészségromlásból, munkaképesség-csökkenésből adódik. Ugyanakkor azt is figyelembe kell venni, hogy sok esetben a kármegelőzés (pl. fokozott korrózió védelem) költsége kisebb, mint az

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

ezzel elkerülhető kár összege. Ilyen esetben csak a többlet kármegelőzés költsége tekinthető a környezeti hatás miatti külső költségnek.

A forrásszerkezet alakítása A forrásszerkezet alakításának igénye Az ország energiahordozó forrásszerkezete a jövőben számos ok miatt fog változni, ezek közül a legfontosabbak: ● Az energiahordozó igény növekedni fog, ez akkor is új források bevonását igényelné, ha meglevő források a továbbiakban is változatlanul rendelkezésre állnának. ● A hazai fosszilis energiahordozó termelés csökkenni fog, ami az import arányának további növelését fogja eredményezni. ● A társadalom egyre inkább igényli a folyamatos és biztonságos energiaszolgáltatást. Ez növeli az ellátásbiztonságát szerepét, a forrásszerkezet alakításának ez lesz az egyik legfontosabb szempontja. ● A környezetvédelmi szempontok erősödése növekvő hangsúlyt fog adni a kisebb káros hatással, kiemelten a kisebb széndioxid kibocsátással járó energetikai technológiáknak. ● A jelentős hányadában elöregedett erőműpark a következő évtizedekben megújításra szorul. Az alapenergiahordozók egyre nagyobb hányada kerül felhasználásra a villamosenergia-termelés, illetve kapcsolt energiatermelés céljára. Ez egyrészt szükségessé teszi az erőmű struktúra tudatos befolyásolását, másrészt lehetőséget is ad az alapenergiahordozó szerkezet jelentős módosítására. A következő évek legfontosabb ellátásbiztonsági kérdése a túlzott gázfüggőség csökkentése és a gázellátás beszerzési forrásainak diverzifikálása. Támogatások az energetikában Az energiahordozó szerkezet állami eszközökkel történő befolyásolási eszközei az egyik leghatékonyabb a támogatások 1 rendszere. Annak érdekében, hogy e hatékony eszközt helyesen lehessen felhasználni, célszerű áttekinteni azokat a célokat, amelyek érdekében a támogatások használhatók és azt, hogy egyes energiaforrások és felhasználási technológiák hogy felelnek meg e céloknak.

Az állami támogatások céljai Az egyes egyének és vállalkozások érdeke nem eshet minden esetben egybe a társadalom egészének érdekével. Ez igaz a gazdasági érdekekre is. A gazdasági érdekek lehetséges közelítésének egyik lehetséges eszköze az állami támogatás. Az energetikai támogatások nem jótékonyságot szolgálnak, hanem egy ésszerű rendszerben valamely más területen kell hogy hasznot hajtsanak. Tekintsük át milyen célok elérése érdekében lehetséges állami támogatások alkalmazása az energetika területén. Makrogazdasági célok: Az energetikai jellegű támogatások a következő össznemzeti célok elérését segíthetik elő: ● külkereskedelmi mérleg egyensúlytalanságának csökkentése: a hazai energiafelhasználás igen magas hányada származik importból, a fosszilis energiahordozók megtakarítása csökkentheti a külkereskedelmi mérleg hiányát; 1

Itt és a továbbiakban a „támogatás” kifejezést használjuk valamennyi olyan állami befolyásolásra, ösztönzésre, pénzeszköz átcsoportosításra, amely valamely energiahordozó vagy technológia kedvezményezését eredményezi, akár költségvetési, akár más (pl. fogyasztói) források terhére.

23


Bihari P., Gács I.: Az energiahordozó-forrásszerkezet alakításának lehetőségei ● munkahelyteremtés: a hazai forrásból származó energiahordozók (pl. biomassza) felhasználása – figyelembe véve ezek nagy élőmunka igényét – hozzájárulhat hazai munkahelyek létrehozásához; ● nemzetközi kötelezettségek teljesítése: ilyen kötelezettség a szen�nyezőanyag kibocsátás korlátozására, illetve a megújuló energiaforrások alkalmazására vállalt kötelezettség. Hosszú távú célok: Egy kellően előrelátó társadalomnak vannak olyan hosszú távú érdekei, amelyek gazdasági szabályozókkal nem fordíthatók le a vállalkozók nyelvére, azaz a vállalkozásokat általában nem lehet rávenni olyan tevékenységre, amelyek több évtized múlva hozzák meg gyümölcseiket. Ilyen pl. a hosszú távú kutatás-fejlesztési tevékenység, de ide sorolható a nemzeti vagyon megóvása is. Ez utóbbi kategóriában is találhatunk energetikához is kapcsolódó célokat: pl. az épületek energetikai felújítása jelentősen megnövelheti az épületvagyon várható élettartamát, míg annak elmaradása gyors elavulásra ítéli a meglevő épületállományt. Külső költségek: A legtöbb termelési és szolgáltatási tevékenységnek vannak olyan költség vonzatai, amelyek nem a tevékenységet végzők pénztárcáját terhelik. Ezek alapvetően környezeti káros hatásokat jelentenek, de jelentkezhetnek kármegelőzési költségként. Legjellemzőbb ilyen ágazatok az energetika és a közlekedés. A fogyasztás helyes orientálása érdekében a külső költségeket is valamilyen formában meg kell jeleníteni a termékek árában. Ennek két útja (vagy e kettő valamilyen kombinációja) járható. Az egyik a külső költségek megfizettetése a tevékenység végzőjével bírságok, környezetterhelési díjak stb. formájában. Ez a tapasztalatok szerint kevésbé vezet a környezeti károk csökkentéséhez, mint a másik lehetséges út, a környezeti szempontból kedvezőbb megoldások elterjedésének segítése az állami támogatások ösztönző hatásával. Végső soron ez is besorolható lenne a nemzeti vagyon megőrzésének kategóriájába, de eltérő kezelhetősége miatt célszerűbb önálló kategóriának nevezni. Az energiaellátás környezeti hatásai közül messze legnagyobb jelentősége a levegőkörnyezeti hatásnak van, ezért a támogatások szempontjából elsősorban e hatást kell értékelni. A levegőszennyezés vonatkozásában három különböző léptékű hatást kell figyelembe venni: ● A lokális hatás a kibocsátott szennyezőknek a forrás néhány kilométeres (maximum néhányszor tíz kilométeres) körzetében kifejtett közvetlen károkozása, mint pl. egészségügyi, korróziós, ökológiai károk. A kár mértékét az emisszió értéke mellett igen erősen befolyásolják a kibocsátás helye, körülményei és a helyi viszonyok is. Az energiafelhasználáshoz kapcsolódóan a szilárd szennyezők és a kémiailag reakcióképes gázok (kén- és nitrogénoxidok) szerepe jelentős. ● A kontinentális hatást a savas kémhatású gázok (kén- és nitrogénoxidok) átalakulásával létrejövő szulfát és nitrát vegyületek hozzák létre a több száz kilométeres körzetre kiterjedő savas ülepedés formájában. A hatás mértéke a kibocsátás mennyiségétől függ, a kibocsátás helye (a régión belül) és körülményei nem játszanak domináns szerepet. ● A globális hatás szempontjából a hosszú légköri élettartamú, üvegházhatású gázok (energiafelhasználás kapcsán elsősorban a széndioxid, kisebb mértékben a metán és a dinitrogén-oxid) játszanak szerepet. Ezeknek a gázoknak nincs közvetlen káros hatásuk, hiszen hosszú légköri tartózkodási idejük annak köszönhető, hogy kevéssé reakcióképesek. A hatás mértéke szempontjából csak a kibocsátás mennyisége (emisszió) bír jelentőséggel, a kibocsátás helye és körülményei nem.

24

Megújuló energiaforrások hasznosításának támogatása A megújuló energiaforrások felhasználása a fosszilis tüzelőanyagok felhasználásának csökkenésével csökkenti a szennyezőanyag kibocsátást, ami kedvező a nemzetközi egyezmények betartása és a levegőszennyezés okozta külső költségek szempontjából. Számos esetben a megújuló energiaforrások felhasználás tüzeléssel történik (biomassza, hulladék), ami nem szünteti meg teljesen a légszennyezőanyagok kibocsátását, sőt esetenként egyes szennyezők (pl. elégetlen szénhidrogének) kibocsátása megnőhet, vagy új szennyezők jelenhetnek meg (alkáli és halogén vegyületek, nehézfémek). Nem egységes a biomassza felhasználás megítélése a szén-dioxid kibocsátás szempontjából. Az egyik szélsőséges vélemény szerint a nettó szén-dioxid kibocsátás nulla, mert csak az előzőleg légkörből megkötött szén-dioxid kerül vissza az atmoszférába. A másik szélsőség szerint (ez elsősorban a fatüzelés kapcsán hangzik el) nem csak szén-dioxidot juttat az atmoszférába, de a fotoszintézis kapacitást is csökkenti. Ugyanakkor figyelembe kell venni a teljes előállítási-felhasználási lánc folyamatait is, mint pl. a bioüzemanyagok esetén a termesztés, betakarítás, gyártás során fellépő kibocsátásokat, ami elérheti az olajtermék megtakarítás miatt bekövetkező kibocsátás-csökkenés felét is. Ugyanígy jelentős energiafogyasztó (elsősorban motorhajtóanyag formájában) az erdészeti és mezőgazdasági hulladékok begyűjtése. A vízenergia és a geotermikus energia felhasználása nem-légköri hatásaival új területeken (talaj, vízkészlet, bioszféra) okozhat külső költségeket. A szélerőművek környezeti hatása a zajkibocsátásból, a napenergia felhasználásé a gyártás során keletkező hulladékokból adódik. Mindezeket is figyelembe véve a megújuló energiaforrások hasznosítása összességében csökkenti a káros környezeti hatásokat, vagyis a külső költségeket. Ez azt jelenti, hogy az alkalmazás támogatása a külső költségek csökkenésének mértékéig indokolt. Problémát csak az okoz, hogy a külső költségek meghatározásának módszerei még nem eléggé kidolgozottak, a létező becslések jelentős (olykor nagyságrendi) eltéréseket mutatnak. Nem egyértelmű a külkereskedelmi mérlegre gyakorolt hatás sem, mert amellett, hogy a fosszilis energiahordozó-igényt csökkenti, sok esetben – hazai gyártás hiányában – igen drága import berendezések beszerzését teszi szükségessé (pl. szélerőművek, napenergia hasznosító berendezések, hőszivattyúk). A megújuló energiaforrások előnyei között szokták emlegetni a munkahelyteremtést. Sokszor azonban a munkahelyteremtés nem a hazai munkaerőpiacon jelenik meg, hanem – import berendezések alkalmazása esetén – más országokban. A munkahelyteremtésnek egy esetben van kiemelkedő jelentősége: az energetikai célra termelt biomasszánál (energiaerdő, energiafű, bioetanol és biodízel). Ezek termelése nem csak új munkahelyeket teremt, illetve a mezőgazdaságból egyébként a túltermelés miatt kiszorulók munkahelyét őrzi meg, hanem a mezőgazdasági területek hasznosításában is segít. Ez mindenképpen támogatást érdemel, ez a támogatás azonban nem nevezhető energetikai célú támogatásnak, hanem legfeljebb energetikai területen alkalmazott munkahely-teremtési támogatásnak.

A végenergia-felhasználás csökkenése A végenergia-felhasználás csökkentése előzőekben felsorolt, támogatás szempontjából preferálható célok közül a következőket teljesíti: ● energiaimport-függő országban javítja a külkereskedelmi mérleget, ● a fosszilis tüzelőanyagok felhasználásának csökkenésével csökkenti a szennyezőanyag kibocsátást, evvel elősegíti az erre vonatkozó nemzetközi egyezmények betartását, ● a kisebb kibocsátás kisebb immissziót eredményez, ami csökkenti a káros környezeti hatásokat és ezen keresztül a külső költségeket, ● ha az energiamegtakarítást épület-felújítással érik el, akkor összekapcsolódik a nemzeti vagyon megőrzésével is.

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


E N E R G IAHATÉ K O NYS Á G Átalakítási hatásfok javítása, szállítási veszteségek csökkentése Az átalakítási hatásfok javítása, a szállítási és elosztási veszteségek csökkentése elsősorban a villamosenergia-rendszerben jelent lehetőséget. Az indítéka elsősorban az önköltség-csökkentés. Emellett értékelendő – és állam által támogatandó – mindazon ebből fakadó előny, amely értékelhető a végenergia-felhasználás csökkenése esetén (külkereskedelmi mérleg, összes emisszió, környezeti költség).

Kapcsolt energiatermelés A helyesen megvalósított kapcsolt energiatermelés jelentős alapenergiahordozó megtakarítást eredményez és ennek külkereskedelmi mérlegre és ellátásbiztonságra gyakorolt hatása egyértelműen kedvező. Ennek megfelelően egyes szennyezőanyagok kibocsátására is kedvezően hat. A környezeti hatások megítélése szempontjából a szén-dioxid mellett jelentős a nitrogénoxidok szerepe is. A magasabb fajlagos nitrogén-oxid képződés a korszerűbb – és kapcsolt energiatermelésre egyre inkább használt – technológiák (pl. gázmotorok) esetében sokszor azt eredményezi, hogy a nitrogén-oxid kibocsátás számos esetben nem csökken, hanem, esetenként akár nem elhanyagolható mértékben, még nő is. A külső költségeket okozó immissziók szempontjából további hátrány, hogy a kis egységekkel megvalósított kapcsolt energiatermelés közel viheti a kibocsátást a felhasz-

nálóhoz, ami az immisszió növekedést is okozhat. Ez azt jelenti, hogy a kapcsolt energiatermelést akkor kell támogatni, ha az energiamegtakarítás mellett a környezeti hatásai is kedvező irányban változnak.

Összefoglalás Az energiahordozó-forrásszerkezet és ezen belül a villamosenergia-termelés bázisául szolgáló primer energiahordozó struktúra alakítása során rendkívül sok célkitűzés és peremfeltétel fogalmazható meg, melyek egyidejű kielégítése elvezethet az optimális forrásszerkezet kialakításához. Cikkükben feltártuk azokat a peremfeltételeket, célkitűzéseket melyek alapján az elemzések elvégezhetők, valamint bemutattuk azon eszközök egy részét, melyek alkalmazásával a stratégiai célkitűzések megvalósíthatóvá válnak. *** A munka szakmai tartalma kapcsolódik a “Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen” c. projekt szakmai célkitűzéseinek megvalósításához. A projekt megvalósítását az ÚMFT TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002 programja támogatja.

Háztartási áramfogyasztás: lehetőségek és döntések – egy kérdőíves felmérés tanulságai

1

Janky Béla egyetemi docens, BME Szociológia és Kommunikáció Tanszék, janky@eik.bme.hu Könczöl Sándor tudományos munkatárs, BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék, konczol@energia.bme.hu Dúll Andrea egyetemi docens, BME Szociológia és Kommunikáció Tanszék, dull@eik.bme.hu A BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszéke valamint a Szociológia és Kommunikáció Tanszék 2011 februárjában 500 fős kérdőíves felmérést végzett a háztartási energia-használattal kapcsolatban az óbudai lakosok körében. Az alábbi tanulmányban a háztartások gazdasági-demográfiai jellemzői, az egyéni attitűdök valamint az áramfogyasztáshoz kapcsolódó döntések közötti összefüggéseket vizsgáljuk. Egyrészt elemezzük, hogy a környezeti erőforrások túlzott felhasználása iránti érzékenység milyen kapcsolatban áll a valós áramfogyasztás mértékével. Másrészt megvizsgáljuk a vezérelt áramfogyasztás elterjesztésének háztartás oldali korlátait. Eredményeink azt mutatják, hogy a környezeti attitűdök és az áramfogyasztás mértéke közötti kapcsolat jelentős, de a vélemények közötti eltéréseknél fontosabbak a lakások alapjellemzőiben mutatkozó különbségek. A felmérésből továbbá kiderül, hogy a vezérelt áramfogyasztás révén piaci alapon elérhető megtakarítás lehetőségével a háztartásoknak csak egy kisebb része élne. Ugyanakkor jelentősebb a közösségi, kötelező jellegű megoldás támogatottsága.1 * In February 2011 Department of Sociology and Communication in cooperation with Department of Energy Engineering of the BME made 1

A munka szakmai tartalma kapcsolódik a „Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen” c. projekt szakmai célkitűzéseinek megvalósításához. A projekt megvalósítását az Új Széchenyi Terv TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002 programja támogatja.

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

a survey of 500 participants among the „óbuda” residents regarding the energy usage in their households. In the following study we examine the connections between the economic – demographic characteristics of the households, the personal attitudes, and the decisions regarding electricity consumption. On the one hand we analyse the connection between the sensitivity towards the extreme usage of the environmental resources and the measures of the real electricity consumption. On the other we take a look at the household-side limits of the propagation of ripple controlled electricity consumption. Our results show that the connection between environmental attitudes and the extent of electricity usage is considerable, but the differences in the basic characteristics of the flats are more important than the differences in the opinions. The survey makes it clear that only the minority of the households would make use of the possibility of paying less due to ripple control. At the same time the communal, compulsory solution is much more supported. *** A BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék, valamint a Szociológia és Kommunikáció Tanszék 2011 februárjában 500 fős kérdőíves felmérést végzett a háztartási energia-használattal kapcsolatban az óbudai lakosok körében. A felmérés elsődleges célja, hogy átfogó képet kapjunk a háztartások gazdasági-demográfiai jellemzői, az egyéni attitűdök valamint az energiafogyasztáshoz kapcsolódó döntések közötti összefüggésekről.

25


Janky B., Könczöl S., Dúll A.: Háztartási áramfogyasztás: lehetőségek és döntések A kutatás tehát nem a magyar vagy a budapesti háztartások energia-felhasználási jellemzőinek reprezentatív képét kívánta megrajzolni. Erre csak egy nagyobb léptékű, a teljes várost (illetve az országot) lefedő, nagy elemszámú mintavételre alapozott felmérés vállalkozhatna. A háztartások átlagos vagy tipikus energia-felhasználási jellemzői jelentősen eltérhetnek az ország különböző régióiban. Azonban a különböző tényezők közötti összefüggések (pl. a kinyilvánított attitűdök és a valós viselkedés közötti kapcsolat) sokkal stabilabbak. Ezért hasznos az összetett elemzéseket koncentrált mintavételi területen végezni. A felmérés kérdőíve az energia-felhasználás több aspektusára tért ki. A legfontosabb energiapolitikai tanulságok várhatóan a fűtési rendszerekhez kapcsolódnak majd. Azonban a kiértékelés első lépésében az elektromos energia háztartási felhasználására koncentráltunk. Az egységes és háztartási szintű lakossági mérés és árazás, a fűtési rendszereknél tapasztalható technológiai különbségek és externáliák hiánya megkönnyíti, hogy az egyéni attitűdök, a gazdasági ösztönzők és a háztartási döntések közötti összefüggéseket az áramfogyasztás példáján vizsgáljuk. Elemzésünk két részre tagolódik. Először azt vizsgáltuk meg, hogy a környezeti erőforrások túlzott felhasználása iránt (szóban) megnyilvánuló érzékenység milyen kapcsolatban áll a háztartás villany fogyasztásának mértékével. A kérdés egyrészt módszertani: szociológiai felmérések általános kérdéseit lefordíthatjuk-e enegia-felhasználással kapcsolatos viselkedési előrejelzésekre? Másrészt a helyi mintánkon tesztelni kívántuk a háztartási energiafogyasztási igény alakulásának egy globálisan és hosszabb távon jelentkező paradoxonát: az energia-felhasználás negatív környezeti externáliái iránti érzékenység növekedésével párhuzamosan nő az energiaforrások iránti kereslet. Elemzésünk másik kérdése a rendszerszintű, de a háztartások együttműködését kívánó hatékonyság-javító lépések lakossági fogadtatásával foglalkozik. Konkrétan a vezérelt áramfogyasztás kiterjesztésének elvi lehetőségével szembesítettük a kérdezetteket. Jelenleg a vezérelt áramfogyasztás rendszerében az áramszolgáltató a hálózat szempontjából optimális időben enged működni egyes háztartási nagyfogyasztó készülékeket (pl. tartályos vízmelegítő, hőtárolós kályha). Kétféle megoldás fogadtatását teszteltük: egyrészt az önkéntes, piaci alapú lehetőség elképzelt megjelenését, másrészt pedig egy közösségi megoldásra irányuló, szintén képzeletbeli javaslatot. A piaci alapú áram tarifa intelligens méréssel (Smart Metering) a napi fogyasztást változó tarifával számítja ki: A drágábban termelt áram fogyasztói ára is drágább, míg az olcsóbban termelté olcsóbb. A helyi áramtermelés és fogyasztás egyensúlyra hozását szolgáló intelligens hálózat (Smart Grid) megvalósítása az elosztott és/vagy megújuló energiaforrások növekvő aránya esetén válik egyre sürgetőbb feladattá. Eredményeink azt mutatják, hogy a kinyilvánított általános környezeti attitűdök és a háztartási áramfogyasztás mértéke közötti kapcsolat jelentős, de a vélemények közötti eltérések kevesebbet magyaráznak az áramszámla mértékéből, mint a lakás alapjellemzői. Az attitűdök nem csak a meglévő fogyasztók mérsékelt/hatékony felhasználása révén gyakorolnak hatást, hanem bizonyos nagyfogyasztó készülékekről való lemondás útján is. A felmérés eredményei szerint vezérelt áramfogyasztás révén piaci alapon elérhető (viszonylag mérsékelt) megtakarítás lehetőségével a háztartásoknak csak egy kis része (ötöde) élne. Azok közül, akik ilyen szándékukat jelezték, minden második válaszadó elsősorban a hatékony energia-felhasználás iránti elkötelezettségét mutatta, a reális árváltozásokra reagálók száma nagyon csekély. Jóval nagyobb a kérdezettek körében a közösségi megoldás támogatottsága. Tíz megkérdezettből négyen, egy fiktív népszavazás potenciális résztvevői közül pedig tízből hatan támogatnák a rendszer közösségi szinten kötelező bevezetését, megfelelő nemzetgazdasági megtakarítás reményében.

26

Környezeti attitűd és valós energia-felhasználás A probléma Az energiapolitikával foglalkozó kormányzati- és civil szereplők, valamint a szakemberek egy része a háztartási energia-felhasználás hatékonyságának javításában érdemi szerepet tulajdonít az egyének energia-hatékonyság iránti – a közvetlen gazdasági ösztönzőkön túlmutató –, elkötelezettségének. Részben erre az alapfeltevésre épülnek a lakosság informáltságát növelő és véleményét befolyásolni kívánó, az Unió támogatás-rendszerében is prioritást élvező civil- és (helyi) kormányzati programok. Vélemény-befolyásolásra irányuló programok hatékonyságát csak a vélemények érvényes mérésével tesztelhetjük. Ezért releváns kérdés, hogy a szociológiai felmérésekben mért attitűdök lefordíthatók-e valós, az energia-felhasználást érintő viselkedési következményekre? A korábbi, főként a hazaitól jelentősen eltérő kulturális közegben végzett vizsgálatok azt mutatják, hogy van összefüggés a kinyilvánított vélemény és a háztartási energiafogyasztás között [1]. A várakozásaink tehát ebben a kérdésben egyértelműek. Az energia-hatékonysággal kapcsolatos – közvetlen gazdasági érdeken túlmutató – lakossági érzékenység növekedésében olyan gazdasági és társadalomszerkezeti folyamatok játszanak szerepet, amelyek elnyomhatják a gazdasági ösztönzők hatékonyságra kényszerítő erejét. Nevezetesen, az energiafelhasználás háztartáson túlmutató következményei iránti érzékenység – más ún. posztmaterialista értékekkel együtt –, olyan társadalmi közegben terjed könnyebben, ahol az anyagi gazdagság szintje magas, ami csökkenti az alapvető szükségletek (köztük a háztartási energia-felhasználás egy része) költségei iránti érzékenységet [2]. Ez egy paradoxon forrása lehet: ott fordulnak sokan az erőforrás felhasználás globális problémái felé, ahol az energiaforrások iránti kereslet magasabb. A korábbi vizsgálatokból az derül ki, hogy a fejlett poszt-indusztriális társadalmakon belül, egyéni eltéréseket tekintve nem jelenik meg a paradoxon: erősebb elkötelezettség valóban alacsonyabb energia-felhasználással jár. Kérdés, hogy kiterjeszthető-e ez a konklúzió a poszt-szocialista társadalmi közegre. Ezt vizsgáljuk az alábbiakban. A mérés Az energia-felhasználás hatékonysága iránti elkötelezettség két alapvető forrását érdemes megkülönböztetni. Egyrészt ez az attitűd származhat a gazdasági és/vagy technológiai értelemben hatékony, racionális döntések iránti motivációból. Másrészt az idézett elkötelezettség forrása lehet az erőforrás felhasználás negatív környezeti externáliái miatti aggódás. A mérési eszközök kiforrottságát figyelembe véve mi az utóbbi tényezőre koncentrálunk. Környezetpszichológiai vizsgálatok tapasztalataira támaszkodva az 1. táblázatban szereplő kérdés-sort tették fel a kérdezőbiztosok a felmérésben résztvevőknek. Ez az attitűdök mérésének sztenderd technikája. A fenti kérdéssor alapjait az emberek környezetre vonatkozó nézeteinek, viszonyulásainak mérésére 1978-ban R. Dunlap és K. van-Lierre fejlesztette ki az Új Környezeti Paradigma (New Environmental Paradigm, NEP) keretében [3]. Alapfeltevésük – amelyet ma is elfogad a szakma –, hogy a felnőtt emberek tudása, vélekedései és viselkedései meghatározott értékkészlet mentén állandónak tekinthetők, beállítódásuk és magatartásuk többnyire konzisztens. Ezen alapulva a környezettel kapcsolatos egyéni elképzelések feltérképezhetők, az emberek e mentén csoportokba rendezhetők – vagyis a környezettudatosság kérdőíves módszerekkel mérhető. A válaszadók ötfokú skálán fejezhették ki az egyes állításokkal kapcsolatban egyetértésük vagy egyet nem értésük mértékét.

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


Janky B., Könczöl S., Dúll A.: Háztartási áramfogyasztás: lehetőségek és döntések 1. táblázat. A környezeti attitűdök mérésére alkalmazott állítás-sorozat

A föld óriási tartalékokkal rendelkezik, csak meg kell tanulnunk, hogyan hasznosítsuk.

érzékenységük mértéke szerint helyezkednek el a válaszadók.A kérdőívben kísérletet tettünk rá, hogy közvetlen áramfogyasztási (óraállás-változási) adatokat szerezzünk az energiaszámlákat kezelő háztartás-tagoktól. Azonban a direkt fogyasztási adatokról csak nagyon hiányos adatbázisunk van. Rákérdeztünk azonban a havi áramszámla átlagos szintjére, amiről gyakorlatilag minden kérdezett nyilatkozott. A válaszadók egy része fejből becsülte, és közülük jó néhányan valószínűleg rosszul becsülték meg az áramszámla összegét. Nincs okunk ugyanakkor feltételezni, hogy a kérdőívben mért és a valós adatok között ne lenne szoros kapcsolat.

A növényeknek és állatoknak éppen ugyanannyi joguk van az életre, mint az embereknek.

Az eredmények

Egyetért-e az alábbi állításokal? A népesség közelíti a Föld eltartó képességének határait. Az embereknek joguk van igényeik szerint alakítani a természeti környezetet. Gyakran katasztrofális következményekkel jár, ha az ember beleavatkozik a természetbe. Az emberi találékonyság gondoskodni fog róla, hogy a föld ne váljon élhetetlenné. Az emberek súlyosan rombolják a környezetet.

A természet egyensúlya elég erős ahhoz, hogy elbírja a modern ipari országok hatásait. Különleges képességeink ellenére minket, embereket, éppen úgy uralnak a természeti törvények. Az úgynevezett ökológiai krízis, amivel az emberiségnek szembe kell néznie, nagyon el van túlozva. A Föld olyan, mint egy űrhajó, korlátozott a férőhely és a nyersanyagok. Az ember arra született, hogy uralja a természetet. A természet egyensúlya nagyon kényes és könnyen felborítható. Az ember végül eleget fog tudni a természet működéséről ahhoz, hogy kontrollálni tudja. Ha a dolgok úgy mennek tovább, ahogyan eddig, hatalmas ökológiai katasztrófa vár ránk. Az eredeti kérdés-sorhoz lásd: [4]

Az egyes kérdések más-más aspektusát ragadják meg a környezeti externáliák iránti érzékenységnek, és egyik kérdésre adott válasz sem reprezentálja önmagában az általunk vizsgálni kívánt általános attitűdöt. Ezért – szintén sztenderd pszichometriai technikát alkalmazva – az egyik legalapvetőbb dimenzió-redukciós módszerrel, faktorelemzéssel kerestük meg azt a virtuális, a kérdés-sor összességéből levezethető dimenziót, amelyben feltételezésünk szerint a környezeti externáliák iránti általános

Az óbudai felmérésben résztvevő háztartások átlagos áramszámlája a válaszadók becslése alapján 9700 forint. Az adatok azt mutatják, hogy az anyagi fogyasztáshoz kötődő negatív környezeti externáliák miatt erősebben aggódó egyének kevesebbet költenek áramszámlára, mint a kevésbé aggódók. A legjobban aggódó 10%-ba tartozó válaszadók áramszámlája átlagosan 7500 forint, míg a legkevésbé aggódó tizedé 12500 forint átlagban. A mintanagyság és a válaszok megoszlása alapján ez egyértelműen szignifikáns különbség. A két változó közötti korreláció számos hatás eredőjeként jöhet létre, és önmagában nagyon gyenge evidencia az attitűdök cselekvést befolyásoló hatásának létezése mellett. Sokváltozós, lineáris regressziós elemzési technika segítségével mód nyílik arra, hogy az attitűdök önálló hatásának tesztelése mellett többet tudjunk meg arról, milyen lakókörnyezeti, gazdasági és fogyasztási tényezők határozzák meg az áramszámla összegét. Lépésenként vontuk be a regressziós elemzésbe a lakásra, jövedelemre illetve egyes fogyasztási jellemzőkre vonatkozó adatokat. A regresziós becslések eredményeit a 2. táblázat mutatja.

2. táblázat. Az áramfogyasztás mértékét magyarázó OLS lineáris regressziós becslések eredményei 1. modell

2. modell

3. modell

4. modell

5. modell

6. modell

9,726 ***

-1,026

-,722

-,161

-,799

-,911

Lakás alapterülete (m )

,064 ***

,062 ***

,061 ***

,051 ***

,050 ***

Nem panel társasház

1,085 *

1,128 *

1,105 *

,792

,701

Családi ház

2,849 ***

2,977 ***

2,986 ***

3,240 ***

3,232 ***

Ht. létszám (fogyasztási egység)

3,503 ***

3,218 ***

Konstans 2

3,552 ***

3,562 ***

3,180 ***

Jövedelem/fogy. egys. (forint)

-,001

-,003

-,007

-,006

Szerinte sok a közüzemi ktg.

-1,001

-1,058

-1,370

-1,495

Pénzügyi gondjaik vannak

-,297

-,241

-,701

-,718

Díjtartozás van, fűtést korlátozzák

-,716

-,774

-,487

-,522

A kérdezett dolgozik

-,005

,104

,133

A kérdezett nő

-,260

-,050

-,031

Kérdezett életkora (év) A kérdezett diplomás

-,002

,005

,007

1,158 *

1,143 *

1,173 *

Van önálló fagyasztójuk

1,445 **

1,473 **

Van mosogatógépük

-,780

-,769

Van villanytűzhelyük

,570

,649

Van villanysütőjük

-,413

-,420

Van szárítógépük

3,188 *

3,338 *

Van házimozi Van számítógépük

-,584

-,598

1,674 **

1,718 **

Csak takarékos izzót használnak

-,544 ,133

Nem szelektálnak Környezeti érzékenység indikátora R2

-1,029 ***

-,507 **

-,464 *

-,464 *

-,279

-,294

4%

43%

43%

44%

47%

47%

Nem sztenderdizált regressziós együtthatók. Függő változó: havi áramszámla átlagos összege (ezer forint) * p<0,05 , ** p<0,01 , *** p<0,001

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

27


Janky B., Könczöl S., Dúll A.: Háztartási áramfogyasztás: lehetőségek és döntések A függő változó (az áramszámla) varianciájának egyes modellek által megmagyarázott arányait tekintve jól látható, hogy az áramszámla összegét elsősorban a család, a lakás és a ház legalapvetőbb jellemzői befolyásolják. A jövedelem érdemi, és logikus irányú hatását nem sikerült kimutatni. Ebből azonban a jövedelmi adatok bizonytalansága miatt messzemenő következtetést levonni nem szabad. Az viszont a regressziós modellek összevetése alapján egyértelmű, hogy a környezeti attitűdök nem csupán a meglévő áramfogyasztó berendezések takarékos használata révén csökkentik az áramszámlát, hanem jelentős részben egyes nagyfogyasztó gépek (szárító, fagyasztó) beszerzésének elmaradásán keresztül is (ne feledjük: a beszerzést befolyásoló anyagi helyzet hatását – jól-rosszul – kontrollálja a fenti modell).

A vezérelt áramfogyasztás lehetőségének fogadtatása

romlik, ha a program a végére ér és a tiszta tárgyak bent maradnak a gépben. A klimatizálási igényekhez a „hideg-tároló” elterjesztésével lehetségessé válna az igény felmerülési idejétől eltérő működtetés hatásos megvalósítása. A vezérelt áram szolgáltatás megvalósításának fejlesztésére több technikai lehetőség is kínálkozik, melyek közül az egyik kézenfekvő: A villamos energia vételezésre kész berendezések a szolgáltatónak a hálózaton keresztül jelzik bekapcsolt állapotukat, ami a vezérléssel elérhető terhelésváltoztatást tervezhetővé teszi; A megtakarítás lehetősége a villanyfogyasztás mennyiségétől függően széles értéktartományban változhat. Egy mosogatás 0,5-1 kWh fogyasztást jelent, amivel a vezérelt tarifa árelőnye 8-16 Ft/mosogatás. Naponta egy mosogatással ez 240-480 Ft/hó villanyszámla csökkenést eredményezhet. A jelenlegi vezérelt fogyasztói kör működésének tapasztalatai szerint a kapcsolható fűtő-hűtő berendezések körének bővítése, mint a csúcserőmű építést helyettesítő fiktív erőmű képes funkcionálni.

A technológia A mérés A villamos energia termelése és -fogyasztása a hálózati kapcsolatban egyenlő kell legyen, mert közvetlenül nem tárolódó energia fajta. Tekintettel a villamosenergia-fogyasztás napi-heti-havi-évi menetrendjére, a termelés-fogyasztás egyensúlyának fenntartása csak a rendszerirányító hatásos beavatkozásával valósulhat csak meg. A hazai erőművek is alap-, menetrendtartó- és csúcsterhelés vitelére alkalmasak alapvetően. Az alaperőművek olcsó áramot termelnek folyamatosan a névleges maximális teljesítményükkel. A menetrend tartó erőművek folyamatosan működve teljesítményüket a rendszer igényeinek megfelelően változtatják. A csúcs erőművek a villamos teljesítmény igény gyors változásainak kielégítésére alkalmasak, ezek általában a legdrágább termelők. A háztartások és a gazdaság villamos energia igénye szociológiai és időjárási meghatározottságú. A változó fogyasztás rendszerirányítói befolyásolásának klasszikus módszere a kedvezményes, vezérelt áram tarifa alkalmazása. A fogyasztónál nem kizárólag éjszaka, hanem a nap bármely szakaszában sor kerülhet a vezérelt áram „bekapcsolására”. Az áramszolgáltatók ugyanakkor kötelesek ezt egy napon, tehát huszonnégy órán belül a téli időszámítás alatt legalább nyolc, a nyári szezonban minimum hat órában biztosítani, a 3. táblázatban látható bontásban. A magyar villamosenergia-rendszer a megújuló szélenergia hasznosítás és a nyári klimatizáció elterjedésével egyre rapszodikusabb fogyasztási menetrendet produkál. A villamos energia rendszerirányítójának beavatkozási lehetőségiet bővítheti a szintén vezérelt geo-tarifa bevezetése, mely a hőszivattyús fűtés (hűtés) kiépítésével jut esélyhez. 3. táblázat. Az áramszolgáltatás csúcsidőszaka és völgyidőszaka az év különböző időszakaiban Téli időszámítás

Nyári időszámítás

22–6 óra (völgyidőszak): legalább öt, legfeljebb hat óra.

23–7 óra (völgyidőszak): legalább négy, legfeljebb öt óra.

6–22 óra (csúcsidőszak): a fenti időintervallumtól függően legalább két vagy három óra, tehát huszonnégy óra alatt legalább nyolc óra.

7–23 óra (csúcsidőszak): fenti időintervallumtól függően legalább egy vagy két óra, tehát huszonnégy óra alatt legalább hat óra.

Az elektromos háztartási készülékek egy jelentős csoportja alkalmas lehet vezérelt fogyasztóként történő működésre. Az előzetes információk szerint például a háztartási mosogatógépek működése lehetőséget nyújt a vezérelt működésre: a mosogatás eredménye nem

28

A környezeti hatások iránti általános érzékenység mérésére használt kérdőíves eszközök nem alkalmasak arra, hogy egy konkrét energiapolitikai lépés lehetséges fogadtatását becsüljük velük. A 2. fejezetben bemutatottakhoz hasonló, szimpátia-erősséget mérő egyszerű attitűdkérdések nem azokat a helyzeteket szimulálják, amelyekben a konkrét piaci ajánlatok és közösségi javaslatok felmerülhetnek. Az alternatívaként kidolgozott, általunk is alkalmazott „feltételes értékelés” módszerét – vitáktól kísérve –, ma már széles körben használják energiapolitikához kapcsolódó közösségi és jogi döntésekben (5). A kérdezési módszer lényege a válaszolók elé tárt alternatívák fontos következményeinek kiemelése és a valós döntési helyzetek szimulálása. A kérdőívünkben kétféle helyzetet szimuláltunk. Az egyik egy piaci ajánlat (melybe belefoglaltuk az önkéntes vállalás lehetőségét is), a másik pedig egy politikai javaslat, amelyről szavazással lehet dönteni. A kérdéseket a 4. táblázat tartalmazza. 4. táblázat. A vezérelt áramfogyasztás bevezetésére vonatkozó kérdések a feltételes értékelés módszerével 1. A háztartási gépeket ellátó áram szolgáltatási költsége függ a használati időszaktól. Optimális felhasználás esetén ugyanannyi áramot valójában kevesebb energiafelhasználással lehet megtermelni. Ez kevesebb állami beruházást és kisebb környezetszennyezést jelent. Tegyük fel, hogy az áramszolgáltató ezt a szempontot beépítené az áram árába. Vállalná-e Ön, hogy csökkentett áramárért cserébe a mosó- (és mosogató)gépe távolról vezérelve, közösségi szinten optimális időszakban működjön? Tehát a program otthoni indítását követően az áramszolgáltató határozná meg a program beindulásának időpontját. Vállalná-e ezt, ha ez Önöknek havonta 500 forint megtakarítást hozna? Ha 500-ért nem: És vállalná-e ezt, ha ezzel havonta 1000 forintot spórolnának?

Ha 500-ért igen: És vállalná-e ezt, ha ezzel havonta 300 forintot spórolnának?

Ha 1000 ért nem: És vállalná-e ezt, ha ezzel havonta 2000 forintot spórolnának?

Ha 300-ért igen: És vállalná-e ezt, ha nem fizetne kevesebbet az áramért, de háztartása hozzájárul a hazai áramellátó rendszer energia-felhasználásának csökkentéséhez?

Ha 2000-ért nem: És vállalná-e ezt, ha ezzel havonta 3000 forintot spórolnának? 2. Tegyük fel, hogy a kormányzat fontolóra venné, hogy kötelező jelleggel minden háztartásra vonatkozóan bevezetné bizonyos háztartási gépek távolról vezérelt áramszolgáltatását (oly módon, ahogy az imént felvázoltuk), hogy ezzel 2-300 milliárd forintos állami erőművi beruházást spóroljon meg az elkövetkezendő tíz évben. Ha a kormány népszavazásra bocsátaná a kérdést, ön hogyan döntene, támogatná-e a javaslatot? (Igen, nem, nem venne részt)

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


Janky B., Könczöl S., Dúll A.: Háztartási áramfogyasztás: lehetőségek és döntések

Népszavazáson támogatná

38%

3000 Ft megtakarításért

59%

2000 Ft megtakarításért

45% 29%

1000 Ft megtakarításért 500 Ft megtakarításért

A kisebbségi támogatás többségi vélemén�nyé változik, ha csak azokat vesszük figyelembe, akik állításuk szerint részt vennének egy, a témával kapcsolatos referendumon, és azt is elárulták, hogyan szavaznának. Azonban a támogatottság ebben a körben sem elsöprő, és a kérdőív nem tudja szimulálni az aktív ellenzők vélemény-befolyásoló szerepét egy valós helyi vagy országos hatáskörű javaslat esetén.

Összegzés

20%

A háztartási energiafogyasztás hatékonyságát jelentős mértékben behatárolják az energia-ellátó rendszerek lakás- épület- és hálózat-szintű, Önkéntesen vállalná 11% egyéni szinten nehezen vagy költségesen változtatható sajátosságai. Azonban ennek tudatában sem szabad elhanyagolnunk az egyéni fogyasz0% 50% 100% tói értékek és döntések szerepét. Tanulmányunkban arra tettünk kísérletet, hogy egy friss buda1. ábra. A vezérelt áramfogyasztás közösségi bevezetését támogatók pesti kérdőíves felmérés adataira támaszkodva és az egyéni áttérést preferálók aránya különböző megtakarítási lehetőségek mellett (az összes kérdezett százalékában) vizsgáljuk a fogyasztói döntések révén elérhető megtakarítások és hatékonyság-növekedés lehetőségeit. A piaci szituációban az előzetes számítások alapján 500 forint Tanulmányunkban az áramfogyasztásra koncentráltunk, és egymegtakarítás lehetőségét vetettük fel. Aki ilyen feltétel mellett nem vál- részt az attitűdök valamint a valós fogyasztás mértéke közötti kapcsolalná az átállást, annak emeltük a megtakarítási lehetőséget – három latra voltunk kíváncsiak, másrészt a vezérelt áramfogyasztás elterjelépésben 3000 forintig eljutva. Attól, aki azt állította, hogy 500 forintért désének realitását vizsgáltuk. Az adatok tanúsága szerint a környezeti átállna, megkérdeztük, hogy 300 forintért is megtenné-e. Aki igen, az érzékenység érezhető hatással van az áramfelhasználás mértékére, szembesült azzal a kérdéssel, hogy ingyen, a közösségi haszon ér- elsősorban bizonyos nagyfogyasztók beszerzéséről hozott döntéseken dekében hajlandó lenne-e belépni a vezérelt áramszolgáltatási rend- keresztül. Ugyanakkor az is kiderült, hogy a lakások és háztartások szerbe. fizikai adottságainak energia-felhasználásban játszott szerepe az attiA politikai döntési szituációban egy fiktív népszavazáson lehetett tűdökénél jelentősebb még az áramfogyasztás esetében is. A vezérelt szavazni, ahol a többségi vélemény alapján mindenkire kötelező jel- áramfogyasztással kapcsolatos elemzésünk azt is megmutatta, hogy leggel lehetne bevezetni a rendszert. Itt kiemeltük a költségvetési meg- csekély egyéni hasznok, de világos közös érdek esetén érdemes a kötakarítás lehetőségét. A vélemények megismerésének szempontjából zösségi szintű, kötelező jellegű alkalmazkodást kívánó megoldásokat nem releváns, hogy technológiailag vagy jogilag hogyan lenne kivite- is figyelembe venni. lezhető egy ilyen javaslat.

300 Ft megtakarításért

13%

Az eredmények

Irodalom

Viszonylag kevesen tartják elég vonzónak a vezérelt áramfogyasztás lehetőségét a többé-kevésbé reálisnak tekinthető 500 forintos havi megtakarítási lehetőség mellett (az 1. ábra mutatja az eredményeket). Csak minden ötödik válaszadó állította, hogy ilyen feltételek mellett átállítaná néhány készülékét vezérelt áramszolgáltatási módra. A lehetséges megtakarítás mértékének növekedésével radikálisan emelkedik a potenciális jelentkezők aránya. Ha akár 3000 forintot spórolhatna, a háztartások 59%-a elfogadná egyes készülékeinek távolról vezérelt indítását. Ennyi megtakarítást azonban csak kevés család érhetne el. A közösségi megoldás támogatottsága lényegesen magasabb, mint a reális piaci ajánlat népszerűsége. A válaszadók 38%-a támogatná egyes nagyfogyasztó készülékek vezérelt áramszolgáltatásának kötelező bevezetését. Ez első látásra meglepőnek tűnhet, azonban ez az eredmény valójában összhangban van azzal, amit a politikatudósok közösségi externáliák egyéni kezelése és a politikai megoldások támogatottsága közötti viszony kapcsán régóta megfigyeltek.

[1] Abrahamse, W. and Steg, L.: How do socio-demographic and psychological

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

factors relate to households’ direct and indirect energy use and savings? Journal of Economic Psychology 30(2009): 711-720. [2] Simányi L.: Miért fogyasztanak többet a posztmaterialisták, mint a materialisták? Vezetéstudomány 35 (2004): 16-23. [3] Dunlap, R. and van Lierre, K: The “new environmental paradigm”: A proposed measuring instrument and preliminary results. Journal of Environmental Education, 9(1978): 10-19. [4] Dunlap, R., van Lierre, K, Kent, D., Mertig, A and Jones, R.: New Trends in Measuring Environmental Attitudes: Measuring Endorsement of the New Ecological Paradigm: A Revised NEP Scale Journal of Social Issues 56(2000): 425-442. [5] Hanemann, M: Valuing the Environment through Contingent Valuation Journal of Economic Perspectives 8(1994): 19-43.

29


ÉPÜLETENERGETIKA

Árnyékoló fóliák összehasonlítása Ábrahám György egyetemi tanár, BME Mechatronika Optika és Gépészeti Informatika Tanszék, abra@mogi.bme.hu Sztrancsik Zsolt tudományos munkatárs BME Mechatronika Optika és Gépészeti Informatika Tanszék, sztrancsik@mogi.bme.hu

Tartós idejű hőmérsékletmérés alapján az ablakra utólagosan felhelyezhető árnyékoló fóliák összehasonlító elemzésének eredményeit mutatjuk be. A laboratóriumi (spektrális) mérések és az elfogadott minőségi mutatók szerinti összehasonlítás az in-situ mérési eredményektől eltérő sorrendet eredményezett. * Results of the long term measurement that was carried out for comparative study of the windows films are presented in this article. The results show that the generally used TSER and SHGC parameters and the laboratory spectral measurements may suggest different characteristics that we have achieved by the in-situ measurement. *** BME kollégiumai sorra megújultak, az üzemeltetők nyáron is szeretnék kiadni a szépen felújított kollégiumi szobákat, 35 ºC-os szobahőmérsékletekkel azonban ez szinte lehetetlen. Az üzemeltetők felkérték a BME MOGI tanszéket, segítsen kiválasztani a megfelelő fóliát az általuk kiválasztott termékek köréből, így megvizsgáltuk, hogy melyik fólia az, amelyik kimutathatóan leginkább betölti az árnyékolókkal kapcsolatos kívánalmakat: 1. Látható fényt átereszti, a legkevésbé sötétít, ezzel nem hozza előrébb a belső világítás felkapcsolásának időpontját. 2. Kintről érkező hősugarakat visszaveri, ezzel csökkenti a szoba felmelegedését. 3. Téli napokon csökkenti a szoba lehűlését, visszatartja a hőt. A Föld felszínig eljutó napsugárzás spektruma az ultraibolyától a közép infravörösig, azaz 300 nm-től 2500 nm-ig terjed. Ezen belül különösen érdekes az UV B (280–315 nm), UV A (315–400 nm), látható (400–780 nm), és a közeli infravörös (780–2500 nm) tartomány. Egy jó hő-védő fólia visszaveri a spektrumból a láthatót (400–780 nm) kivéve, az összes többit, a közeli UV-től kezdve az infravörös tartományig. Az ilyen fóliával bevont ablakok mögötti helységbe beeső sugárzás egésze kisebb lesz, így a felmelegedés is csökken. Tehát a spektrum egy sávját nem kell visszaverni, a többit meg igen ami elvileg megoldható, mivel az anyagoknak igen éles elnyelési sávjai lehetnek, néhány nm-en belül drasztikusan csökkenhet az áteresztett elektromágneses energia. A fóliák minősítésére két mérőszámot használnak: TSER (Total Solar Energy Rejected azaz Teljes Napenergia Reflexió) és az SHGC (Solar Heat Gain Coefficient azaz Szoláris Hőgyarapodási Tényező) mindkettő százalékban adja meg teljes szoláris energia visszavert, illetve átengedett részét, így TSER+SHGC=100%. Ablak fólia esetén nagy TSER és kicsiny SHGC a kívánatos, de ezek a mérőszámok, nem adnak információt a látható fény tartománybeli viselkedésükre. A fontosabb gyártók megadják fóliájukra az előbbi mérőszámokat, ennek ellenére nem árt nagyobb beruházás előtt egy vizsgálat. Laboratóriumi körülmények között vizsgáltuk az árnyékoló fóliákat különös tekintettel a látható tartományban való fényáteresztő képességeikre és vizsgáltuk néhány hullámhosszon az infravörös tartománybeli, és egyegy hullámhosszon az UV-A és UV-B tartománybeli viselkedésüket. Az UV tartományokban lényeges eltérések nem voltak, azonban két fóliát kivéve,

30

amelyik jól szűrt infravörös tartományban az sajnos jól szűrt a látható tartományban is. Fontos hangsúlyozni, hogy a spektrum egyes tartományaira elvégzett mérések, vagy a gyártók által megadott értékek a teljes hőhatás szempontjából nem relevánsak, tehát például egy infravörös visszaverés mutatószám nem ad reális képet a termék hővédelméről. Előfordul, hogy a fólia a laborban tökéletes eredményeket mutat, de a szoba hőmérsékletét mégsem csökkenti az elvárt mértékben, sőt rosszabb eredményt mutat, mint a laborban gyengébben szereplő. Sok oka lehet ennek, akár a felszerelés technikája, a munkavégzés minősége és legfőképpen az, hogy az egész spektrumra nem mér senki. A vizsgálat második részében a kollégium egyes kijelölt szobáiban felszerelték az ajánlkozó cégek a fóliájukat, és mértük, hogy az egyes szobák ténylegesen milyen mértékben melegednek fel, hogyan alakul a tökéletesen egyforma szobákban a hőmérséklet. Természetesen mértünk egy úgynevezett kontrol szobában is, ahol nem került az ablakokra semmilyen árnyékoló fólia, de a mérés kiértékeléséig nem is tudtuk melyik ez a szoba. A mérést 2009. 07. 15-én installáltuk a kollégium kijelölt hét szobájában és az ötödik emeleti folyósóra, hogy egy belső tér hőmérsékletéhez hasonlíthassuk a fóliázott szobák hőmérsékletét. A szobák lakatlanok voltak a mérés leszerelésének időpontjáig (2009. 08. 15.). Központosított mérést építettünk ki, ami biztosította az egyidejű mérést és mérésadat rögzítést. Az alkalmazott mérés technika és berendezések már több tucat épületgépészeti mérésben kiválóan vizsgázott saját fejlesztés. A mérési eredményeket 5 perces sűrűséggel rögzítettük. A mérés kiépítéséhez a kollégiumi számítógépes hálózatának szabad érpárjait és végződéseit használtuk, a hőmérők központhoz kapcsolására mindössze három szabad érpárra volt szükségünk. A mérési központot a router szobában alakítottuk ki, ahol minimális kábelezést kellett végezni a router kivezetéseinél, hogy a hőmérőket a számítógépes hálózatról a mérési hálózatra kapcsoljuk. A mérés leszerelésekor ezeket az átalakításokat megszüntettük és helyreállítottuk az eredeti állapotot. A hőmérők digitálisan kommunikáltak a mérési központtal, ennek következtében, a kábelezésből adódó (hosszból és ellenállásból) különbségek nem befolyásolták a mérés hitelességét. Az analóg hőmérséklet digitális adattá való átalakítása a hőmérőben történik. A hőmérő a két kiolvasás között nagyon sok mérést végez ezeknek a méréseinek átlagát, maximális értékét és minimális értékét is le lehet kérdezni. A hőmérő ezen intelligencia ellenére, tranzisztor méretű, és a saját hőfejlesztése laboratóriumi körülmények között is kimutathatatlan, tehát nem befolyásolja a mérést. Kis mérete miatt, a hő kapacitása szintén nincs befolyással egy szoba hőmérsékletmérésére. A hőmérőket a szobákban, a számítógépes hálózati csatlakozók közelében helyeztük el az asztal alatt, ahol a hőmérőket soha nem érhette közvetlen napsütés. A szabványos mérési magasságtól való eltérés (másfél méter a padló szinttől) azt eredményezte, hogy a regisztrált hőmérsékletek maximálisan egy fokkal alacsonyabbak a szabványos helyen mértektől. Az árnyékoló függönyöket minden hőmérővel felszerelt szobában széthúztuk, elkerülendő ezek minőségbeli különbségeiből eredő, összehasonlító mérést eltérítő hatást.

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


Ábrahám Gy., Sztrancsik Zs.: Árnyékoló fóliák összehasonlító mérése A szobák bútorozottak voltak, minden olyan felszerelési tárgy megtalálható volt az összes szobában, ami a későbbiekben is a szobákban lesz, és ami hőkapacitásával befolyásolhatja a napi hőmérséklet lefutást. Hűtőgép egyik szobában sem üzemelt, és egyéb hőleadó, (számítógép, lámpa, hajszárító) sem működött a mérés folyamán. A szobák lakatlanok voltak, ennek ellenére a hőmérséklet adatokból könnyen kimutatható lenne, hányszor nyitottak be, esetleg nyitottak ablakot. A mérésbe bevont szobák, azonos emeleten és folyosón vannak, azonban nem mind közvetlen szomszédosak. Ablak méretük és tájolásuk közvetlen napsugárzásnak kitett felületeik mérete teljesen azonos. Feltételezzük, hogy a mért szobák melletti, nem mért szobák is lakatlanok voltak így azok üzemeltetését a mért szobákkal azonosnak vettük, továbbá, hogy nincs jelentős hő-elvétel és hő-leadás a szomszédos szobákból. A szobák üveg felületeik tisztasága valószínűleg nem volt azonos, miután nem egy időben kerültek fel az árnyékoló szerkezetek a felületekre, nem is mindig azonos oldalra kerültek, (belső, külső árnyékolás és fólia). Felszereléskor a fólia tapadása miatt, valószínűleg egyes ablakokat megtisztítottak a szokásos felületi elkoszolódástól, míg más árnyékoló szerkezetnél nem. Ennek hatását sajnos nem tudjuk jelen méréssel kimutatni. A mérési helyeket és eredményeket is szobaszámokhoz rendeltük, nem kívántuk megnevezni, de még tudni sem melyik szobában milyen fólia került felhelyezésre, szobaszám és fólia összerendelés számunkra egy darabig titkos volt, és csak az után vettük elő, hogy a laboratóriumi méréseket összevetetettük a szobákban tapasztaltakkal. A mért szobák a következők: 533, 537, 538, 539, 540, 541, 542, Folyosó Az összehasonlító elemzést megkezdésére már minden szobában legalább 4 napja fent volt a fólia. Számszerű összehasonlításhoz az augusztus 15-től augusztus 28-ig terjedő időszakot használtuk. Ebben az időszakban volt felhős és igen napsütéses nap is.

Értékelési szempontok Napi ingadozás mértéke alapján felállított sorrend Legjobb a legkisebb hőmérsékletingadozást mutató szoba. Minden nap megkerestük a legmagasabb és legalacsonyabb hőmérsékletet a szobákban, és a két érték különbsége a napi ingadozás értéke. Legkisebb ingadozási értékre 8 pont legnagyobb napi ingadozási értékre 1 pont járt. (6. ábra), (7. ábra)

Napi maximumok alapján felállított sorrend Minden napra kikerestük a legmagasabb hőmérséklet értéket. Kiszámítottuk ezen maximumok átlagát. Ez az érték az összehasonlítás alapja. A legjobb a legkisebb napi maximális értéket elérő szoba, 8 pontot, legrosszabb a legnagyobb maximális értéket elérő 1 pontot kapott. (4.ábra), (5.ábra)

Napi átlaghőmérséklet alapján felállított sorrend Legjobb a legkisebb átlaghőmérsékletű szoba 8 ponttal, a legrosszabb a legmagasabb átlaghőmérsékletű szoba 1 ponttal. (2. ábra), (1. táblázat) Dinamikus hőmérsékletemelkedés reggel 6 és 13 óra között következett be. Gyakorlatilag minden nap emelkedett ezen időszakban a szobák hőmérséklete, természetesen a napsugárzás intenzitásától függően, másmás mértékben.

Hőmérséklet emelkedés sebessége alapján felállított sorrend

Az eredmények A mérések azt igazolták, hogy bármelyik árnyékoló fólia csökkenti a napsütés hatására bekövetkező hőmérsékletemelkedést, azaz csökkentette a szobába jutó sugárzási nyereséget. Az egyes szobák hőmérséklet emelkedésében, észrevehető különbségek adódtak. Az 533 szoba minden időszakban melegebb volt, mint az összes többi szoba. Ez lett a kontrol szoba, mint később kiderült ide nem került árnyékoló. A legnagyobb hőmérsékletingadozások a folyósón voltak, de a napi átlagot tekintve, igen kellemes hőmérsékletű helynek tűnt. Meg kell azonban jegyezni, hogy a legmelegebb és a leghidegebb szoba közötti napi átlag hőmérsékletek eltérése minden időszakban alig haladta meg 3 K-t. Ez a 3 K úgy alakult, hogy csak erre a néhány mért szobára került árnyékoló, ezek sem egyforma minőségűek voltak. Amikor minden ablak árnyékolót kap, az épület egészének hőmérséklete is csökken, az egész épület átlag hőmérséklete is alacsonyabb lesz, és így a most legkellemesebb szoba hőmérséklete is, valószínűleg kettő esetleg három fokkal is alacsonyabb lehet. Ez még ugyan 4-6 K-nel magasabb lesz egy klímatizált szobában szokásos hőmérsékletnél, de jelentősen jobb, mint az árnyékolók nélküli épületek belső hőmérséklete. A grafikonokat vizsgálva megállapítható volt, hogy a mérési időszakban a reggel 6 és 7 óra közötti volt a legalacsonyabb hőmérséklet a szobákban. A legmagasabb hőmérsékleteket 12 és 13 óra között regisztrálhattuk. 13 óra után különböző sebességgel kezdtek hűlni a szobák, a hűlés sebessége, különbözött a melegedés sebességétől! A szobák egymásra hatását nem tudtuk figyelembe venni, ilyen jellegű mérést nem folytattunk. Elképzelhető, hogy olyan szoba mellett, ahol nem volt felszerelve semmiféle árnyékoló, az árnyékolóval felszerelt szoba is, ma-

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

gasabb hőmérsékletet mutatott. Ezért lényeges, a hőmérsékletváltozások intenzitásának, és a napi hőmérséklet ingadozások figyelése. Az a szoba, amely nagy hőmérsékletingadozásokat mutat, előfordulhat, hogy átlag hőmérséklet szempontjából megfelelő, csak néha nagyon meleg, néha nagyon hideg van.

52. évf. 2011. különszám

A napi hőmérséklet emelkedés sebességének átlaga alapján előállított sorrendhez a legalacsonyabb hőmérsékletnövekedésű szoba 8 pontot, a legmagasabb 1 pontot kapott. (8. ábra), (9. ábra) A végeredményt az egyes szempontok alapján a kapott pontok összege határozza meg. Pontozásból a folyosót kihagytuk, annak mérése kontrolként szerepelt. 25 20

21

21

22

23

15

16

10 5 0

12 4 533

537

538

539

540

541

542

Szoba

1. ábra. A fóliázott szobák összesített pontszáma °C

A pontozási eredményből látszik (1. ábra), hogy a leggyengébben teljesítő árnyékoló is, háromszor annyi pontot kapott, mint az árnyékoló nélküli 533s szoba, ami minden szempont szerint rosszabb volt bármelyik árnyékolt szobánál. A húsz pont feletti szobák árnyékolói szerintünk mind megfelelők. A pontozás finomsága nem tükrözi igazán jól, hogy néhol az eredményekben csak századfokokban volt különbség. Felhívnánk a figyelmet, hogy az utolsó három grafikon, három jellegzetes nap hőmérséklet lefutását mutatja. (9. ábra), (10. ábra), (11. ábra)

31


Ábrahám Gy., Sztrancsik Zs.: Árnyékoló fóliák összehasonlító mérése

Az eredmények részletezése

szoba 533, és a folyosó. Értékek a grafikonon csak az egyes pontokban vannak, az összekötővonalak, csak az összetartozó értékek azonosítását segítik.

°C

33 32

533

32 31

4,5

31 30

4,0

2,5 540

1,5

541

1,0 0,5

31,0 31

29,8

29,8

29,6

29,3

29

29,5

29,4 28,3

3,0

19

538

539

540

541

542

.2 8

.2 6

.0 8 09

09

.0 8

.1 9

.0 8

.1 7 09

.0 8

.0 9 09

.0 8

.0 7 09

.0 8

.0 5

1,48 1,01

1,0 537

09

2,80

2,0 1,5

533

.0 8

.0 3 09

°C

2,5

21

17

.0 8

.0 1 09

.0 8

.3 0

Az átlag hőmérsékletben kellemesnek tűnő helységeknél előfordulhat, hogy nagy szélső értékek között produkálnak kellemes átlag hőmérsékleteket. Ezért kiszámoltuk a napi hőmérséklet ingadozások értékét oly módon, hogy megkerestük a napi maximális és minimális hőmérséklet értékeket, vettük ezeknek a különbségét. (5. ábra) Értékek a grafikonon csak az egyes pontokban vannak, az összekötővonalak, csak az összetartozó értékek azonosítását segítik.

Átlag Max Min

23

.0 8

5. ábra. Napi hőmérsékletingadozások °C

27 25

09

.0 7

.1 8 °C

09

.0 7 33

09

Értékek a grafikonon csak az egyes pontokban vannak, az összekötővonalak, csak az összetartozó értékek azonosítását segítik. Az átlaghőmérséklet árulkodik leginkább egy szoba, hőmérsékleti viszonyairól. Méréskor azonban más-más környezeti viszonyok voltak az egyes szobák esetén. Ez adódhatott a lépcsőháztól való távolságból, szomszédos szobák hőmérsékletéből, az alatta és fölötte lévő szoba hőmérsékletéből.

.2 4

537

0,0

2. ábra. Napi átlag hőmérsékletek °C

09

28

09

.0

8.

26

24 09

.0

8.

19

2,0

8.

09

.0

8.

17

.0 09

09

.0

8.

07

8.

09

.0

8.

05

.0 09

09

.0

8.

03

01

8. .0

09

09

.0

8.

30

20

7.

09

.0

7. .0

09

.0

7.

18

28

09

Árnyékolók felszerelve

.2 0

29

09

3,0

Folyosó

.0 7

29

Folyosó

3,5

541

30

°C

5,0

09

33

0,0

3. ábra. Átlag -átlaga, -maximuma, -minimuma °C

0,86

0,51

0,5

Folyosó

1,18

0,98

0,88

533

537

538

539

540

541

542

Folyosó

6. ábra. Napi hőmérséklet ingadozások átlaga

A napi átlaghőmérsékletek átlagát, a maximális átlaghőmérsékletet és a minimális átlaghőmérsékletet az egyes szobákban az 3. ábra mutatja.

33 533

32 31 Folyosó

30

540

29 28

0,4 0,3 0,2 0,1

.0

8.

28

26 09

.0 8.

24

.0 8.

09

09

09

.0

8.

19

17 8.

09

.0

09

07

8. .0

09

05 09

.0

8.

03 09

.0

8.

1 .0

8. .0

09

0 .3

.0 8 09

0 .2

.0 7 09

09

.0 7

18

0,0

7.

Kikerestük az egyes napokon mért legmagasabb hőmérséklet értékeket a szobákban, ez a napi maximális hőmérséklet érték (4. ábra). Ös�szehasonlításra alkalmas tartomány a 08. 08.-a utáni rész, mivel akkorra minden szobába valószínűleg felkerült az oda szán árnyékoló. Legkedvezőbb értékeket az 540-s szoba mutat, bár a többi szobahőmérséklet értéke is bent van az 1 fokos sávban, kivétel ez alól az árnyékoló nélküli kontrol

Folyosó

0,5

.0

7. 20 09 .0 7. 30 09 .0 8. 01 09 .0 8. 03 09 .0 8. 05 09 .0 8. 07 09 .0 8. 09 09 .0 8. 17 09 .0 8. 19 09 .0 8. 24 09 .0 8. 26 09 .0 8. 28

09 .0

7. 18 09 .0

°C/óra

0,7 0,6

4. ábra. Napi maximális hőmérséklet értékek °C

32

Kiszámoltuk az egyes szobákban, a napi hőmérséklet ingadozások átlagát, 08.15.-től kezdődő napokon. (6.ábra) Ettől a dátumtól kezdve már biztos minden árnyékoló fel volt szerelve. Nagy hőmérséklet eltérések nincsenek. Az értékek alapján az 537-s szoba kiegyenlítettebb hőmérséklet értékeket mutat, a folyosón látszik, hogy ugyan átlaghőmérsékletben kellemesnek mutatkozott, de ezt nagy hőmérsékletingadozások közben érte csak el. Az árnyékoló nélküli 533-s szoba itt is a legrosszabb értékeket mutatja.

09

34

°C

7. ábra. Melegedési sebességek °C/óra

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


Ábrahám Gy., Sztrancsik Zs.: Árnyékoló fóliák összehasonlító mérése

°C/óra 0,27

0,25

542

541

533

Folyosó

23:00:00

22:00:00

21:00:00

20:00:00

19:00:00

18:00:00

17:00:00

16:00:00

15:00:00

14:00:00

13:00:00

11:00:00

12:00:00

9:00:00

10:00:00

8:00:00

7:00:00

5:00:00

6:00:00

4:00:00

3:00:00

2:00:00

1:00:00

30

0:00:00

31

10. ábra

Az 537 és 540-s szobákban minimális a hőmérsékletváltozás, csak más-más értékekről indulnak. (11. ábra) 2009. 08. 16.

2009. 08. 27. nap hőmérséklet értékei 33

533

32 537 31 Folyosó 540 0:00

22:00 23:00

19:00 20:00 21:00

18:00

17:00

15:00 16:00

13:00 14:00

11:00 12:00

9:00

10:00

8:00

7:00

6:00

5:00

3:00 4:00

2:00

1:00

30

9. ábra. Egy nap hőmérséklet lefutási grafikonja ºC

Éjfél környékén, és reggel 9 órakor benyitottak néhány szobába. (10. ábra) Egy napon a szobák hőmérsékletei 1 fokos sávban mozogtak egész nap, néhány utcával arrébb egy más épületadatainak gyűjtésekor alkalmazott napsugárzási adatokból kontrolálható, hogy a napsugárzás kisebb volt, (felhős nap) mint más napokon. (11. ábra)

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

538

539

Folyosó

22:00:00

21:00:00

20:00:00

19:00:00

18:00:00

17:00:00

16:00:00

15:00:00

14:00:00

13:00:00

28

Az előző grafikonnál informatívabb és összehasonlíthatóbb eredményt ad, a 08.15. utáni napok alapján számolt melegedési sebességek átlaga. (8.ábra) Az átlagok alapján is, mint ahogy az előző grafikonból is többé kevésbé látszott, a 537-s szoba melegedési sebessége a legkisebb, az árnyékoló nélküli szoba és a folyosó mutatja a legnagyobb értékeket. Következőkben néhány tipikus nap hőmérséklet grafikonjait mutatjuk meg. (9.ábra), (10.ábra), (11.ábra)

11:00:00

8. ábra. Napi hőmérséklet ingadozások átlaga

537

29

10:00:00

Folyosó

533

9:00:00

542

8:00:00

541

7:00:00

540

6:00:00

539

5:00:00

538

4:00:00

537

3:00:00

533

542

30

2:00:00

0,00

541

31

1:00:00

0,05

0,08

0,06

0:00:00

0,08

0,07

Hőmérsékletek, °C

0,09 0,05

0:00

540

32

0,11

0,10

Hőmérsékletek, °C

539

32

0,20 0,15

538

537

12:00:00

0,30

2009. 08. 23. 540

33

Hőmérsékletek, °C

Minden szobában a legdinamikusabb hőmérsékletemelkedés reggel 6 és 13 óra között következett be. Ilyenkor a legnagyobb a sebessége a hőmérsékletemelkedésnek (7. ábra). Ekkor biztosan a napsugárzás miatt következik be a hőmérsékletnövekedés, a szomszéd szobák hatása, az esetleg hűvösebb szellőztetet folyosó hatása a hőmérsékletnövekedési sebességében nem játszik szerepet. Kiszámoltuk ebben az időtartamba tehát a hőmérsékletváltozás, növekedés sebességét. Értékek a grafikonon csak az egyes pontokban vannak, az összekötővonalak, csak az összetartozó értékek azonosítását segítik. A folyosó és az árnyékoló nélküli 533-s szoba hőmérsékletnövekedési sebessége a legnagyobb, a többi szoba közti sebesség különbségek minimálisak. A folyosó hőmérséklet növekedését nem a közvetlen napsugárzás okozta, hanem a környezeti hőmérséklet változása.

11. ábra. Egy felhős nap hőmérséklet értékei

Összefoglalás Mind a laboratóriumi mérés, mind a hőmérséklet viszonyokra vonatkozó mérés fontos a megfelelő termék kiválasztása érdekében. A szobákban alkalmazott mérések az egész végcél összefoglaló kontrolja, míg a laboratóriumi mérések a gyártó által megadott mérési eredmények kontrolját jelentik. Laboratóriumi méréseknél, sajnos az egész spektrumra vonatkozó mérést nem végzi el senki, és mivel az anyagok elnyelési és vis�szaverődési képességeiben éles határvonalak is lehetnek, igen fontos a minta szobákban alkalmazott hőmérsékletmérésen alapuló összehasonlító elemzés is. Ezt az is jól alátámasztja, hogy volt olyan termék, ami a laboratóriumban igen kiválóan teljesített, de felszerelve volt nála jobb is. Ezzel a mérési sorozattal a megfelelő beruházói döntés kívántuk segíteni, biztosak vagyunk benne, hogy egy ilyen méréssorozat eredményeinek figyelembevétele esetén nem kerül sor egy értelmetlen beruházásra. Természetesen a végső döntés meghozatalakor, egyéb tényezők is szerepet játszanak. Nem vettük figyelembe az árakat, garancia időtartamát, finanszírozási lehetőségek szállítói kapacitást és még sok más tényezőt. * A munka szakmai tartalma kapcsolódik a „Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen” c. projekt szakmai célkitűzéseinek megvalósításához. (ÚSzT TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002 programja támogatja)

33


É P Ü L E T E N E R G ET I K A A munka szakmai tartalma kapcsolódik a “Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen” c. projekt szakmai célkitűzéseinek megvalósításához. A projekt megvalósítását az Új Széchenyi Terv TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002 programja támogatja.

Solar Decathlon Europe 2012 Varga Tamás egyetemi docens, BME Lakóépülettervezési Tanszék, varga.tamas@vtarch.hu The U.S. Department of Energy Solar Decathlon is an award-winning program that challenges 20 collegiate teams to design, build, and operate solar-powered houses that are cost-effective, energy-efficient, and attractive. The winner of the competition is the team that best blends affordability, consumer appeal, and design excellence with optimal energy production and maximum efficiency. In 2007, the Spanish and U.S. governments signed a memorandum of understanding in which the Spanish Ministry of Housing committed to organize and host Solar Decathlon Europe, a complementary competition to the U.S. Department of Energy Solar Decathlon. ***

Közös jővő „Lemaradni, követni, előidézni…?” …kérdeztem, amikor az Építészmérnöki Kar Fenntartható energetika alprojektjében tervezett kutatási témákat ismertettem egy egyetemi rendezvény keretében! Ott és akkor érezhető volt, hogy a karunkról egy hallgatói kezdeményezésre indult nemzetközi program, a Solar Decathlon olyan, az egyetemi oktatásunkban eddig még nem tapasztalt projekt feladat lesz, mely hallgatóinkból, oktatóinkból különös, pozitív energiákat és tudást fog felszabadítani. Olyan naprakészen megoldandó kérdésekre fog választ adni, melyekkel közös jövőnket alapozzuk meg, segítségükkel szemléletünket, felelősségvállalásunkat formálhatjuk.

34

A verseny A Solar Decathlon egy nemzetközi, egyetemek közötti innovációs verseny, ami 2002 óta kerül megrendezésre az USA Energetikai Minisztériuma és a spanyol kormányzat szervezésében. Célja a napenergia felhasználásával összefüggő építészeti és műszaki megoldások fejlesztése, terjesztése és népszerűsítése, a fenntarthatóság, az ökologikus gondolkozás, a zöld technológiák, a megújuló energiák használatának innovatív fejlesztése, társadalmi és piaci támogatottságának megteremtése. A verseny során minden résztvevő csapatnak piaci szereplők bekapcsolásával, velük együttműködve egy kizárólag napenergiát hasznosító, rendkívül energia hatékony, környezettudatos, könnyűszerkezetes, 70 m2 alapterületű környezettudatos lakóépületet kell terveznie és felépítenie 2012-ben Madridban. Mindezt az egyetem keretein belül, a hallgatók által tervezve és szervezve, csapatmunkával létrehozva kell lebonyolítani! A verseny alapszellemisége közé tartozik a komplexitás és a multidiszciplináritás. A kiállított épületeket a több fős nemzetközi zsűri tíz szempont – decathlon próba – szerint értékeli, pontozza: építészet; mérnöki és szerkezeti megoldások; energiahatékonyság; elektromos energiamérleg; komfort feltételek; épület működése; kommunikáció, társadalmi tudatosság; iparosíthatóság, piacképesség; innováció; fenntarthatóság.

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


Varga T.: Solar decathlon A verseny szervezői külön tíz pontban extra ajánlásokat fogalmaztak meg a csapatok, a résztvevők felé, hogy minél eredményesebben tudják teljesíteni a különböző próbákat, minél előbb át tudják venni és érezni a verseny szellemiségét. Régiónkból elsőként a Budapesti Műszaki- és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) diákjaiból álló csapat nyújtott be sikeres, a versenyen való indulás feltételeit teljesítő pályázatot. Az előminősítés során 40 pályázatból 4 kontinens, 14 ország, 20 egyetemi csapatát választotta ki a zsűri. A BME csapat jelenleg egy huszonöt tagot tömörítő projektszervet, amely az Építészmérnöki Kar mentorálása alatt áll. A terv megvalósítása során a csapat vezető hallgatói további, a BME különböző szakjain hallgató tanulókat vontak be a munkába. Hatalmas eredmény, hogy egyetemünk 8 karából 5 kar hallgatói vesznek részt már a programban: Építészmérnöki Kar, Gépészmérnöki Kar, Villamosmérnöki és Informatikai Kar, Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar, Gazdaság - és Társadalomtudományi Kar. A karok dékánjai külön megállapodást kötöttek a részvétel feltételeiről, a hallgatók kedvezményes tanulmányi támogatásáról. Tantárgyi integrációk és akkreditációk történtek, a programban való részvételt szakmai gyakorlatként is elismerik. Reményeink szerint a közeljövőben a Közlekedésmérnöki Kar hallgatói közül is csatlakoznak a csapathoz, hiszen speciális fejlesztéseikre, tudásukra nagy szükség lesz!

Az épület A csapat célja egy innovatív, a magyarországi környezeti, társadalmi igényekhez alkalmazkodó, későbbiekben a piacon sikeresen szereplő, kizárólag napenergiát hasznosító ház megalkotása. A terv gyökerei a magyar falu oldalhatáron álló beépítési formájában eredeztethetők, a magyar népi építészetre jellemző ház-udvar kapcsolatot értelmezi újra. Az éghajlati adottságok miatt az arche-típusú épületben szükség volt a zárt épületre, ezért kint és bent élesen elváltak egymástól. Lakói az évszakoktól függően kint és bent éltek, végezték napi tevékenységüket. A tradicionális, falusi életforma mintájára a ma megszokott temperált lakóegységgel szemben hallgatóink zárt udvart terveztek. Ez egy olyan köztes, átmeneti tér lett, mely intimitást is ad, de egyben kellően nyitott is. A határoló falában elhelyezett egységeknek köszönhetően – pl. nyári konyha – minden olyan funkcionális elem megtalálható itt, mint a belső térben. A napi tevékenységek így a megszokott komfortérzet mellett a szabadban is elvégezhetők.

nyár

A csapat

A projekt sikerének, illetve az innovatív megoldások megszületésének feltétele, hogy a tervezés és a kivitelezés során hatékonyan tudják integrálni a diákok, az egyetem, és a piaci szereplők kutatásait, erőforrásait. A napenergiát hasznosító ház megépítését különböző intézmények támogatásával tudják megvalósítani. A BME a felhasználandó technológiák egy részét, valamint az infrastruktúrát biztosítja, a versenyt lebonyolító spanyol egyetem, az Universidad Politecnica de Madrid pénzbeli hozzájárulást nyújt, külső szponzori támogatást pedig beépítendő technológia és anyagi formában vár a csapat. Párhuzamosan az épület tervezési munkáinak megkezdésével külföldi tanulmányutat szerveztünk. Két németországi egyetemet kerestünk fel, melyek csapatai már eredményesen vettek részt korábbi Solar Decathlon versenyeken. A TU Darmstadt és a TU Rosenheim épületeinek megtekintése sok új megoldást és tapasztalatot adott hallgatóinknak, mind a tervezés, kivitelezés, mind a projekt szervezés területén is. (az épületek a belső színes borítón láthatóak)

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám

tavasz

tél

Az épület a sokszínű magyar évszakokhoz és a napi időjárási viszonyokhoz is képes alkalmazkodni. A téli élettér a zárt, északi házba húzódik vissza. Átmeneti időszakban a belső tér az udvar irányába nyit, melynek használata igazán nyáron válik hangsúlyossá. Az épület déli homlokzatának megkettőzésével a téli időszakban a függőleges felületeken aktív és passzív módon hasznosítható a Nap energiája. A magasabb napállás mellett a tetőfelületen elhelyezett fotovoltaikus panelek termelnek energiát. A nyári időszakban a kültéri, mobil árnyékolók a belső tér túlzott felmelegedésétől védenek, illetve a külső térben eltölthető időt maximalizálják. Anyaghasználatban is a kettősség elve érvényesül. A külső burok a napelemek karakteres megjelenésével összhangban erős kontrasztban áll a belső egységesen kezelt fehér burkolatával. A hallgatók annak érdekében, hogy minimalizálják a ház környezeti hatásait, igyekeznek számos energia hatékony, innovatív technológiát alkalmazni. Ezek közül néhányat kiemelve: hibrid napelemeket szeretnének beépíteni, melyek lehetővé teszik mind a meleg víz előállítását, mind azt, hogy a ház hűtését meleg vizet felhasználó abszorpciós/adszorpciós hűtőberendezés végezze. A megvilágítás tervezésénél a természetes fény minél nagyobb fokú hasznosítása a cél, a legkevesebb energiát igénylő, hatékony rendszer kialakítása. Sötétben a ledes világítás kapja a főszerepet, amellyel a lakók hangulatokhoz, aktuális igényeikhez tudják igazítani a fényhatásokat. A ház energia ellátása három innovatív megoldásra épülhet: hibrid napelem (a napelem és napkollektor integrálása), a ház homlokzatán elhelyezett napelemek egytengelyű mozgatása (amellyel egy fix napelemhez viszonyítva akár 31,4%-os hatékonyságjavulás is elérhető, és egyedi dizájnt tesz lehetővé), valamint a lencsés napelemes rendszer, ami egy fókuszáló lencse segítségével vetíti a napfényt egy szilícium szeletre, így a besugárzott napenergia sűrűsége sokszorosára növelhető. Összességében egy újszerű megoldásokat felhasználó, minimális környezeti terheléssel megépíthető és üzemeltethető, kompromisszummentesen használható, piacképes lakóház felépítése a cél, mely alapvetően ökológiai lábnyom mentes anyagokból építkezik és a nap energiáját maximálisan hasznosítja. Cél lesz továbbá, hogy a kifejlesztett és felhasz-

35


Varga T.: Solar decathlon

Az épület koncepciója

nált építészeti, technikai megoldások széles körben, hazai körülmények között is alkalmazhatók legyenek, ezzel is előremozdítva a fenntartható, zöld építészet, illetve szemléletmód Magyarországon történő elterjedését. A versenyre készítendő épület költségvetése léptékéhez képest hatalmas. Megjelenése egészében is felhívhatja azonban hazánkban a figyelmet az alternatív, megújuló energiák hasznosítására. Sikere, országos elterjedése a döntéshozó vezetőket pedig meggyőzheti a hasonló technológiákkal épülő, s technológiákat tartalmazó épületek, építések támogatási rendszerének kedvezőbbé tételéről. Az egyetemen felhalmozott tudásra támaszkodva, a cégekkel szoros együttműködésben hallgatóink innovatív megoldásokat szeretnének kidolgozni, korszerű technológiák és újszerű szemlélet alkalmazásával. A rendszert elsősorban a magyar piacra optimalizálnák, az ország hosszú távú lakásfejlesztési programjával összhangban, a magyar éghajlati viszonyokat, és a magyar építési hagyományokat szem előtt tartva. Elsősorban a magyar társadalom közép rétegét megcélozva, mely tudatos építtetőként a jövőben a fenntartható építészet elterjedésének piaci bázisát jelentheti. Magyarország 4,2 milliós lakásállományának 90 százaléka több energiát fogyaszt az uniós normánál. A mindenkori magyar állam hosszú távú tervei között szerepel ennek korszerűsítése, a lakások energiamérlegének javítása. A passzívházak, alacsony energiafelhasználású házak, energiatakarékos házak elterjedésének fő gátja nem az építetői szándék, hanem a kivitelezői és tervezői szaktudás hiánya is. Ezt a hiányt egy nagymértékben iparosított készház rendszer könnyedén, rövidtávon is kiküszöbölheti, ugyanis itt a tervezési és kivitelezési hibák lehetőségét a minimálisra lehet szorítani, ezzel a terv a piacon is versenyképessé válhat. Fontos, ahol lehet a helyi környezetben megtalálható, természetes anyagok beépítése, melyek kitermeléséhez minimális ipari háttérre van szükség, az építési rendszer iparosításával, a lehető legmagasabb szinten, természetesen más szempontok mérlegelése mellett.

A határoló felületek különböző rétegrendi megoldások mellett (tömör, transzparens, nyílászáró, burkolt, napelemes, stb.) is illeszkednek a ház rendszerébe, szabadon kombinálhatók, ezzel elkerülik a hasonló építési módokra jellemző egyhangúságot. Ezzel a módszerrel a rendszer továbbfejleszthetővé is válik, ami a későbbi piaci körülmények mellett felmerülő új igények kielégítését is lehetővé teszi. Ahogy a ház szerkezeti rendszerében, úgy a flexibilitás és kompaktság elve a belső kialakításnál is azonos hangsúlyt kap. A családi élettér racionalizálásával, a térhasznosítás intenzitásának növelésével csökkenthető a szükséges alapterületet, így csökkenhet a ház energiaszükséglete, ugyanakkor beépített rendszereket, bútorzatot csak indokolt esetekben alkalmazva, meghagyható a belső tér alakíthatósága. Így egy könnyen személyre szabható, a változó igényekhez alkalmazkodó teret kapunk. Ezt erősíthető a külső térhasználat intenzitásának növelésével is, cél az ott kellemesen eltölthető órák számának maximalizálása.

Alaprajz

A tervezett épület modellje

36

A bemutatott épület minden műszaki, formai és funkcionális megerőltetés nélkül ad választ a versenykiírás programjára, de a korunk kihívásaira is. Egyszerre hordozza magába rejtve az összes szükséges építészeti, épületenergetikai, épületszerkezeti és tartószerkezeti megoldást… egyszerűen, természetesen, ahogy ezt a példaként vett ősök is tették, de mindezt ma, a 21. században, kortárs hangon! A program rengeteg távlati lehetőséget tartalmaz mind a hallgatóknak, mind az oktatóknak. Az egyetemi oktatásba integrálva az itt megszerzett tapasztalatokkal, innovációs fejlesztésekkel már egy olyan felnövekvő nemzedék alakítható, akik a tudás és ismeret birtokában felelős döntéseikkel különös, de mégis egyértelmű figyelmet tudnak fordítani fenntartható és élhető környezetük alakítására.

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

52. évf. 2011. különszám


TU Darmtadt, a 2007. és 2009. évi versenyen győztes épületek

TU Rosenheim, a 2010. versenyen második helyezett épület


ENERGIAELLÁTÁS

40

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

2011. 1. szám

Enga 2011. különszám  

Enga 2011. különszám

Enga 2011. különszám  

Enga 2011. különszám

Advertisement