I. Bevezetés: energetikai alapfogalmak

Akár a biológiai szervezetekről, akár a társadalomról beszélünk, az életünk puszta energiafelhasználás. Folyamatosan energiát használunk fel, pontosabban – a termodinamika első főtételének megfelelően fogalmazva – energiahordozókat felhasználva folyamatosan különböző energiafajtákat alakítunk át egymásba, hiszen az energia nem vész el, csak átalakul. Erre a tételre még az általános iskolából emlékezhetünk. Ugyanakkor nagyon sokan összetévesztik az energiával kapcsolatos alapfogalmakat, amelyek nélkül nagyon nehéz megérteni ezt a kérdéskört. A következőkben néhány fontos fogalmat ismertetek bevezetésként.

Gyakorló apukaként nagyon sok logisztikai, anyagátviteli problémát kell megoldanom a mindennapokban, úgyhogy a példához tejet használok, hiszen egy literes dobozos tejnek kb. 1 kg a tömege. Ahhoz, hogy egy ilyen 1 kg-os tömeget megemeljünk, 10 newton erőre van szükségünk, és ha 10 newton erővel 10 cm-es úton végzünk munkát, akkor ez a munka pont 1 joule-nyi. Mi lesz ezzel az energiával? A befektetett munka a megemelt tárgy helyzeti energiáját növeli. Az energia mértékegysége tehát a joule.

Létezik egy másik nagyon fontos fogalom is, ami azt mutatja meg, hogy egy másodperc alatt mennyi energiát szabadítunk fel vagy mennyi munkát végzünk: ez a teljesítmény. Ha az 1 joule munkát minden egyes másodpercben elvégezzük, akkor a teljesítmény 1 watt, a teljesítmény mértékegysége tehát a watt. 1 watt az a teljesítmény is, amikor 1 másodperc alatt 1 joule-nyi hőt használunk fel.

Mekkorák ezek a számok, milyenek a nagyságrendek? E tekintetben bemutatok egy másik példát. Ha a 6 kg tömeget nyomó 6 doboz tejet összesen 1 méter magasra emelem fel, akkor 60 joule-nyi munkát kellett bevinnem. Ha ezt minden másodpercben végrehajtom, akkor 60 wattnyi teljesítményt fektetek be. Miért érdekes ez a 60 watt? Azért, mert egy fizikai munkásnak 8 órán keresztül a napi átlagteljesítménye körülbelül 60 watt. Azt gondolhatnánk, hogy ez nagyon kevés, és tulajdonképpen igazunk is van, hiszen emlékezzünk rá, hogy egy teljesen szabványos, otthon is használt 60 wattos izzó mennyi fényt ad. Mekkora teljesítmény kell ahhoz, hogy az ennek megfelelő áramot előállítsuk? Drága-e az energia vagy nem? Ha emlékszünk rá az áramszámlánkról, 1 kWh villamos energia ára ma kb. 40 Ft. Az előbb említett fizikai munkás, aki 8 óra alatt folyamatosan 60 wattnyi teljesítményt ad le, 60W * 8 h = 480 Wh, azaz kb. fél kilowattóra munkát végez a teljes munkanapja során. Tehát ha villannyal kellene kiváltani ennek az embernek a munkáját, akkor ez mindössze 20 forintunkba kerülne. A villamosenergia-ellátás tehát nagyban segíti az életünket.

Az előadás során több prefixum is előkerül. Ha valaki nem emlékezne középiskolából erre, ezek a következők:

• kilo (k) – 10³
• mega (M) – 10⁶

• giga (G) – 10⁹
• tera (T) – 10¹²

• peta (P) – 10¹⁵
• exa (E) – 10¹⁸

Noha a teljesítményt wattban vagy kilowattban mérjük, nagyon gyakran látunk az áramszámlánkon kilowattórát. Ez az egyszerű felhasználót megtévesztheti, mert kilowattal kezdődik, na de ott van a végén egy időegység is. Ez azt jelenti, hogy ha egy órán keresztül felszabadul1 kW teljesítmény, az 1000 W x  3600 s =  3 600 000 J, azaz 3,6 MJ (megajoule). Tehát amikor az áramszámlán 1 kWh-t látunk, az tulajdonképpen 3,6 megajoule-t jelent. Nagyon fontos, hogy ne keverjük össze a kilowattórát a kilowattal, ne keverjük össze az energiamennyiséget a teljesítménnyel.

II. Az energia termelése

Energiafelhasználásról és energiatermelésről fogunk beszélni a továbbiakban. Nézzük meg, hogy milyen energiahordozókból állítjuk elő azt az energiát, amit fel fogunk használni.

Beszélünk elsődleges energiahordozókról, amelyek például a bányászat során kerülnek kitermelésre, például szénről vagy kőolajról. Ezekből az energiahordozókból nagyon gyakran nemesítünk további energiahordozókat, úgynevezett másodlagos energiahordozókat, gondoljunk itt a benzinre vagy a gázolajra, a villamos energiára vagy éppen a hidrogénre.

Az energiahordozók egy másik csoportosítási lehetősége, hogy kimeríthető vagy nem kimeríthető energiahordozókról beszélünk. A kimeríthető energiahordozókon belül is vannak bizonyos megújuló energiahordozók. A biomassza például megújuló energiaforrás, de ha nem megfelelő színvonalú az erdőgazdálkodás, akkor kimeríthetővé válik a fakitermelés. Nem megújuló, kimeríthető energiahordozók például a szén vagy a kőolaj. Vannak nem kimeríthető energiahordozóink is, a legfontosabb a napsugárzás.

Mennyi energia van ezekben az energiahordozókban?

Egy 1 kg-os fadarab fűtőértéke kb. 12 MJ, tehát eltüzelve ezt az 1 kg-nyi fát, 12 megajoule-nyi hőt nyerhetünk. Az 1 kg-os fabrikett nedvességtartalma valamivel alacsonyabb, így fűtőértéke kicsit magasabb, kb. 14 MJ/kg környékén van. A földgáz nagyon nagy energiaintenzitású, nagyon kedvező energiahordozó, 42 MJ/kg a fűtőértéke, a hidrogénnek pedig 140 MJ/kg. Ezekhez képest a nukleáris üzemanyagok esetében 6 nagyságrenddel nagyobb számokról kell beszélnünk. Egy energetikai reaktor üzemanyagpálcájában kb. 1 kg-nyi dúsított urán van, és ebből az egyetlen pálcából 4 millió MJ energiát lehet kinyerni. A különbség oka, hogy nem kémiai, hanem egy magfizikai folyamatból nyerjük az energiát, amit felhasználunk.

Hogyan lesz elsődleges energiahordozóból olyan nemesített energiahordozó, mint mondjuk a villamos energia? Erre gépeket használunk, tipikusan hőerőgépeket, hőerőműveket.

Nagyon különböző hőerőgépek léteznek, de a működési alapelvük nagyon hasonlít egymáshoz: az üzemanyagból (akár fából, akár a nukleáris üzemanyagból) hőt nyerünk, ezzel a hővel pedig gőzt állítunk elő. A nagy nyomású, nagy hőmérsékletű gőz a turbinában felgyorsul, a hőenergiából így mozgási energia lesz. Ezzel a mozgási energiával forgatjuk meg a turbina lapátjait és tengelyét, amelyre kapcsolódik a generátor, és előállítja a villamos energiát, amit azután a hálózaton keresztül el tudunk juttatni a fogyasztókhoz.

Ezek a hőerőgépek korlátozott hatásfokkal működnek, mivel elengedhetetlen alkatrészük az ún. kondenzátor, ahol a bevitt hőnek kb. a kétharmadát, jobb esetben a felét ki kell dobnunk a környezetbe. A hőerőgépekkel elérhető hatásfoknak van egy elméleti maximuma, ez az idealizált Carnot-körfolyamat hatásfoka. Ez a hatásfok nagymértékben függ attól, hogy milyen magas hőmérsékleten visszük be a hőt a körfolyamatba, és hogy milyen alacsony hőmérsékleten tudjuk elvezetni a környezetbe. Ez azt jelenti, hogy a hatásfok javítható, ha magas hőmérsékleten tudjuk előállítani a gőzt, és ha alacsony hőmérsékleten csapatjuk le, kondenzáljuk. Egy dugattyús gőzgép kb. 8-10%-os hatásfokkal tud a hőből mechanikai munkát előállítani. Az autókban használt benzinmotorok 25-30%-os hatásfokkal működnek, egy hagyományos gőzturbinás erőmű – az üzemi paraméterektől függően – 25-35% körüli hatásfokot tud elérni. Egy korszerű kombinált gáz-gőz turbinás erőmű akár 50% körüli hatásfokot is el tud érni, e fölé a hatásfok fölé azonban nem nagyon tudunk menni.

Fontos érteni energetikai kérdésekkel kapcsolatban, hogy az energiafajták egymásba alakíthatósága nagyon komoly korlátokba ütközik. Láttuk a Carnot-hatásfokot, ami egy elvi korlátot jelent, de van más korlát is. Mechanikai munkából vagy villamos energiából bármikor tudunk nagyon magas hatásfokkal, akár 100%-os hatásfokkal hőt előállítani. Ugyanez visszafelé nem lehetséges, mert a hőből mechanikai munkát az előbb említett körfolyamattal, korlátozott hatásfokkal lehet csak előállítani. Egyáltalán nem mindegy, hogy adott energiamennyiség hőben vagy villamos energiában, esetleg mechanikai munkában áll-e rendelkezésre.

III. Az energiahordozók és a fenntartható fejlődés

Hogyan használjuk a tipikus energiahordozókat, és hogyan használtuk a múltban? A 3. ábrán

az Egyesült Államok energetikájának fejlődése látható az elmúlt 200 évben. Az 1800-as években a fa mint energiahordozó volt a meghatározó, az iparosodással azonban olyan mértékben nőtt a fafelhasználás, hogy az fenntarthatatlanná vált. Szerencsére ekkor felfedezték a nagy szénmezőket, és megkezdődött a szén kitermelése. A szén felfutása után az 1900-as évek második évtizedében elindult a kőolaj világhódító útjára, 20 évvel később elindult a földgázfelhasználásnak a felfutása, a II. világháború után pedig az atomenergia terjedt el. Az energetika habár lassú, de folyamatos változásban és fejlődésben van.

A változások nagyságáról képet kaphatunk, ha összehasonlítjuk a Föld népességének és az energiafelhasználásnak a változását: a változás drámai. 4. ábra

1850-hez képest ma kb. 5-ször több ember él a Földön. És ez az 5-ször annyi ember kb. 50-szer annyi energiát használ fel. Látjuk, hogy különösen a II. világháborút követően nagyon drasztikus az energiafelhasználás növekedése.

Fenntartható-e ez a pálya? Meddig lehet egy ilyen masszív növekedés mellett előre haladni? Fenntartható-e a fejlődés? Nem szabad elfelejtenünk, hogy a fenntartható fejlődés egy szóösszetétel. Mostanában a fenntarthatóság nagyobb hangsúlyt kap, azonban ott van a szóösszetételben a fejlődés is. Nagyon komoly társadalmi problémákhoz vezethet, ha nincs megfelelő gazdasági fejlődés, ezért a két fogalmat, a fenntarthatóságot és a fejlődést együtt kell kezelnünk.

Miért érdemes fejlődni? Hova lehet fejlődni? Az 5. ábra

mutatja azokat a feszültségeket, amelyek ezzel kapcsolatban a világon fennállnak. Azt ábrázolja, hogy egy főre eső villamosenergia-felhasználás és az ún. humán fejlettségi mutató (Human Development Index, HDI, amelyben az oktatási rendszer fejlettsége, az egészségügyi rendszer fejlettsége, a születéskor várható élettartam és a gazdaság értékteremtő képessége is tükröződik) hogyan korrelál egymással. Látható, hogy a HDI tekintetében a 0,85-0, 9-es tartományban vannak a fejlett OECD országok, Magyarország valahol a 0,8 érték környékén áll. A magas életszínvonalú országokban pedig hihetetlenül nagy a többi országhoz képest a villamosenergia-felhasználás. Az átlaghoz képest többszörös a villamosenergia-felhasználás egy főre vetítve az USA-ban vagy éppen Németországban. Nyilvánvaló, hogy az alacsonyabb fejlettségű országok fejlődni szeretnének, és elképzelhetetlen, hogy ez a fejlődés elérhető lenne villamosenergia- és primerenergiaigény-növekedés nélkül. Egyértelműen látszik, hogy a fejlődéshez több energia és több villamos energia szükséges.

IV. Energiatermelés és -használat Magyarországon

A nemzetközi környezet gyors áttekintése után nézzük meg, Magyarországon mi a helyzet, és hogyan lehet ebből a helyzetből elmozdulni. A 6. ábrán

látható, hogy egységnyi GDP (1 dollárnyi nemzeti össztermék) előállításához mennyi energiát használnak az Európai Unió országai. Ha összehasonlítjuk Magyarországot például Németországgal, látjuk, hogy több mint 3-szor annyi energiát használ Magyarország 1 dollárnyi GDP előállításához, mint Németország. A 7. ábra pedig azt mutatja, hogy az egy főre vetített GDP-nk drasztikusan elmarad a vezető európai országoktól. Az előbb említett Németország fejenkénti GDP-jének hatodát állítja elő egy főre vetítve Magyarország. Az egy főre eső primerenergia-felhasználás terén pedig utolsó előttiek vagyunk az EU-ban, Németország majdnem kétszer annyi energiát használ egy főre vetítve, mint Magyarország. Hasonló a helyzet a fejenkénti éves villamosenergia-felhasználással is, itt is utolsó előttiek vagyunk az EU-ban, nagyon alacsony egy főre jutó áramfelhasználási mutatókkal. Azt lehet tehát mondani, hogy Magyarország arányaiban kevés energiát használ, a jelenlegi iparunk nem nevezhető energiapazarlónak (a rendszerváltást követően a magyar nehézipar összeomlott), zömében olyan termékeket állítunk elő azonban, amelyek viszonylag kis hozzáadott értékkel rendelkeznek. Alapvető probléma, hogy a magyar gazdaság és az ipar teljesítménye a vezető európai országokhoz képest kicsi, kevés, a világpiacon jól értékesíthető terméket állítunk elő. Ebből mi, energetikusok, arra következtetünk, hogy Magyarországnak több GDP-t, több értéket kellene előállítania, ez a hazai fejlődés útja.

A gazdaság fejlődése várhatóan a közeli és távolabbi jövőben sem szűnik meg, kérdés, hogy ez milyen kihatással lehet a villamosenergia-igények alakulására. A 10. ábrán

hazai villamos kapacitásaink és a villamos rendszer csúcsterhelése követhető nyomon 2005-től, prognosztizálva 2025-ig. Ma a villamosenergia-rendszerünkben kb. 9000 MW-nyi erőmű működik, a villamosenergia-rendszer csúcsteljesítménye 6600-6700 MW környékén van. A gazdasági válság 2008-ban jelentős csökkenést eredményezett, azóta azonban ismét látjuk a növekedés jeleit. 2009-hez képest 2010-ben 3%-kal nőtt a villamosenergia-fogyasztás Magyarországon. Az előrejelzések szerint a következő 20-25 évben évente kb. 1,5%-kal fog nőni a villamosenergia-rendszer csúcsigénye, és hasonlóan nőhet a beépített erőművi kapacitás is.

Látható itt az is, hogy jelenleg milyen energiahordozók segítségével állítjuk elő a villamos energiát. (Az ábrán olajként feltüntetett szegmens alapjában véve ma már földgáz, de olyan erőműveket tartalmaz, amelyeket eredetileg olajfelhasználásra terveztek.) A piros terület – a bővülő, nyíló olló – mutatja, hogy mennyi új termelő kapacitást kell létesítenünk a következő évtizedekben. Számos erőművünket környezetvédelmi okokból kell leállítani 2025-ig, e mellé kell figyelembe venni a 1,5%/éves prognosztizált növekedési ütemet. Ebből az következik, hogy 2025-re 5000-6000 MW-nyi új erőművi kapacitást kellene beépíteni a magyar villamosenergia-rendszerbe, hogy az igényeket ki lehessen elégíteni.

V. A villamosenergia-termelés és fogyasztás egyensúlya

Miért kell a villamosenergia-termelés és fogyasztás közötti egyensúlyt ilyen szigorúan tartani? Miért kell kibalanszírozni a fogyasztók és a termelők arányát? Az ábra a magyar villamosenergia-rendszer terhelését mutatja egy tipikus téli, illetve nyári nap során. Az Astoria csomópont felgyorsított webkamerás felvételeit láthatjuk, ezzel párhuzamosan pedig a villamosenergia-fogyasztás alakulását követhetjük az 1. videó ^|1}| n. Jól megfigyelhető például, hogy a sötét időszak télen hosszabb, valamint követhetjük a város lüktetését, a villamos energiával hajtott városi közlekedés ritmusának változását is.

A villamosenergia-rendszerben a termelés és fogyasztás mérlegét annyira szigorúan egyensúlyban kell tartani, hogy gyakorlatilag minden egyes másodpercben annyi villanyáramot kell előállítani, mint amennyit a fogyasztók akkor felhasználnak. Ez a napi terhelési görbét megnézve azt jelenti, hogy éjfél után, hajnalban jelentősen csökken a villamosenergia-igény, mindenki lefekszik, még az aktív internetezők is 2-3 óra felé nyugovóra térnek. A minimumot hajnali 4 óra felé érjük el, majd a reggeli készülődés és munkakezdés miatt ismét jelentősen nő a villamosenergia-igény. Kora délután van egy kis visszaesés a fogyasztásban a termelő üzemek leállása és az irodai munka befejezése kapcsán. Újabb csúcsot okoz délután, illetve este a háztartási fogyasztás növekedése. Télen nagyon hasonló a helyzet, de eleve nagyobb a villamosenergia-igény, és a délutáni csúcs nagyobbra adódik, mint a délelőtti. A légkondicionálók elterjedése miatt ezek az ábrák egyébként kicsit átrajzolódni látszanak az utóbbi években.

A villamosenergia-igény tehát folyamatosan változik a rendszerben, és úgy kell alakítanunk a termelést, hogy az igényt folyamatosan ki tudjuk elégíteni, azaz minden másodpercben annyi villanyt termeljünk, amennyi a fogyasztóknak éppen akkor kell. Ez a feltétele annak, hogy a villamosenergia-rendszer működéséhez szükséges stabil hálózati frekvenciát – ami Európában 50 Hz – tartani tudjuk. A villamosenergia-rendszer és az energetika jövőbeli kialakításánál figyelembe kell venni azt, hogy a stabil és biztonságosan üzemelő rendszer különböző típusú erőművek jelenlétét igényli.

VI. A jövő energiagazdálkodásának eszközei

Nézzük meg, milyen eszközök állnak rendelkezésünkre, ha a jövőt szeretnénk megtervezni. Nagyon fontos értenünk, hogy az energetika nem önmagáért való. Fogyasztói igényeket elégít ki, és mivel igen nagy iparág, sokat tud segíteni abban, hogy egyéb iparágak, és adott esetben a lakosság fejlődni tudjon. Fontos szem előtt tartanunk azt is, hogy az energetikai beruházásokon keresztül hozzá lehet járulni a hazai GDP növekedéséhez. Ha az energetikai beruházások jól vannak megtervezve, akkor segítségükkel növelhető a hazai termelés, csökkenthető az importfüggőség. Egy jó programmal nagyon sok hazai munkahelyet lehetne teremteni, de ehhez nagyon okosan és tudatosan kell gazdálkodni.

VI. 1. Az energiatakarékosság és az energiafelhasználás hatékonyságának növelése

Hogyan lehet ezt elérni? Mik azok az eszközök tehát, amelyeket használhatunk? Az első eszköz – amely nagyon sok esetben nem is kerül sok pénzbe, és rendkívül sokat hozhat – az energiatakarékosság és az energiafelhasználás hatékonyságának növelése. Itt két külön fogalomról van szó: az energiatakarékosság alatt a felesleges energiafelhasználás csökkentését értjük. Például rávesszük a családot, hogy télen elég a lakásban a 20-21 fok, nem kell a 25 fok. Lejjebb adunk az igényeinkből, anélkül, hogy fagyhalált szenvednénk a nappalinkban. Ezzel a módszerrel nagyon sok energiát meg lehet takarítani. A másik lehetőség az energiahatékonyság növelése, amikor ugyanazt az igényt elégítjük ki, csak kevesebb energiával. Erre példa az energiatakarékos fényforrások, izzók használata, amelyek hatod vagy nyolcad annyi villamos energia felhasználásával ugyanazt a fénymennyiséget állítják elő. Ennek persze ára van: amíg egy hagyományos 60 W-os villanykörte 50-60 Ft-ba kerül, addig egy ennek megfelelő fényerősségű modern energiatakarékos fényforrás 700 Ft. Mivel a modern fényforrások jóval hosszabb élettartamúak, és jelentősen kevesebb áramot használnak fel a működésük során, ezek az energiahatékonysági befektetések meg tudnak térülni.

Az energiatakarékosság és az energiahatékonyság javítása a közeljövőben megkerülhetetlen, és nagyon szorosan kapcsolódik a megújuló energiahordozók felhasználásához is. A megújuló energiaforrások ugyanis drágák, emiatt rendkívül fontos, hogy a megújulók alkalmazását hatékonyan tegyük, hogy ne kelljen feleslegesen drága berendezésekbe beruházni.

Hogyan lehet az otthonunkban a legtöbb energiát megtakarítani? Ebben a tekintetben egyértelműen a fűtésnek van vezető szerepe. A 11. ábra

szerint a háztartásokban felhasznált összes energia háromnegyedét fűtésre fordítjuk. Néhány európai országgal összevetve látható, hogy hazánkban 20-30%-kal több a lakások négyzetméterenkénti fűtésienergia-igénye, mint Nyugat-Európában. Egyértelmű tehát, hogy ezen a területen jelentős megtakarítási lehetőségek vannak még. A hetvenes években B30-as téglából, hőszigetelés nélkül, rossz nyílászárókkal épített kb. 100 négyzetméteres kockaházak, az ún. Kádár-kockák fűtési energiaigénye a felére is csökkenthető egy komoly hőszigeteléssel, ablakcserével – és némi szemléletváltozással: 25 fok helyett 21-et tartva a házban. Egy országos hőszigetelési program ráadásul hazai munkahelyeket is teremtene, és a földgázimport csökkentéséhez is vezethetne.

VI. 2. Az energiatermelés jövője

A továbbiakban sorra vesszük azokat az energiaforrásokat, amelyek segítségünkre lehetnek a jövőbeli energiatermelésben (elsősorban a villamosenergia-termelésben). Ha szóba kerülnek a megújuló energiahordozók, sokan egyből a szélerőművekre asszociálnak. Sajnos azonban az a véleményem, hogy nem ez az a terület, amely megoldhatja energiaellátási gondjainkat. A 13. ábrán

a magyar villamosenergia-rendszerbe betápláló szélerőműveknek a teljesítményét lehet látni egy héten keresztül, 2011. január 12-től január 19-ig. Az ábrán látszik, hogy sajnos még midig nagyon rosszul lehet előre jelezni, hogy ezek az erőművek mennyi villanyt fognak előállítani. Az előrejelzési hibákon túl ráadásul nagyon gyors növekedési és csökkenési periódusok vannak, amelyek komoly szabályozási problémát okoznak a villamosenergia-rendszernek. Mint emlékszünk, minden másodpercben ki kell egyenlítenünk a termelést és a fogyasztást, a szélerőművek azonban nem vesznek erről tudomást. Az ábrán három olyan nap is látható, amikor gyakorlatilag nincs szélerőművi betáplálás a hálózatba. Ezek az időszakok adott esetben hetekig is eltarthatnak, ilyenek például a szmogos periódusok, hiszen olyankor éppen a szél hiánya miatt tud megülepedni a szennyezett levegő a Kárpát-medencében. A szélmentes időszakok leginkább a nagy nyári kánikulák és a nagy téli hidegek idején alakulnak ki, azaz a szélerőművek pont akkor nem termelnek, amikor szükség lenne rájuk. Ezeknek a berendezéseknek a gyártása külföldön történik, hazai munkahelyeket tehát nem igazán teremtenek. Az okozott komoly rendszerstabilitási problémákkal együtt ezeknek a berendezéseknek több hátrányuk van, mint előnyük, a hálózatba csak korlátozott számban, korlátozott kapacitással kapcsolhatóak be szélerőművek.

Komoly lehetőségei vannak Magyarországnak a biomassza-felhasználás területén.

Biomasszaként fel lehet használni különböző, célzottan erre termesztett ún. energianövényeket, de természetesen a faipari melléktermékeket, illetve az erdészetből származó fát is. A biomassza alkalmazásának előnye, hogy segítségével jelentősen lehet csökkenteni a gázimportot, és a berendezések zöme itthon is gyártható. A biomassza tárolható, az azt használó berendezések változtatható teljesítményűek, szabályozhatóak, akár hő-, akár villamosenergia-előállításra használjuk őket fel. Hátrányuk, hogy nagyobb a szennyezőanyag-kibocsátásuk, és használatuk kényelmetlenebb, mint a földgázé. Fontos szempont, hogy amíg fűtésre a biomassza 60-80%-os hatásfokkal is felhasználható, addig az erőművi villamosenergia-termelésben a hazai gyakorlat szerint most régi, 25-28%-os hatásfokú erőművekben tüzelik el a biomasszát. Nemzetgazdasági szinten előnyösebb lenne a biomasszát otthoni fűtésre használni, a földgázt pedig magas hatásfokú, kombinált ciklusú erőművekben elégetni.

A geotermikus energia felhasználásával fűtési rendszereket és villamosenergia-termelést is meg lehet valósítani.

Hőszivattyúk, illetve geotermikus kutak segítségével jól használható fűtési célokra a földhő. Ezek a berendezések viszonylag egyszerűek, magyarországi gyártásuk megoldható, ugyanakkor jóval nagyobb beruházásról van szó, mint mondjuk egy földgáztüzelésű berendezésnél. Egy családi ház geotermikus fűtési rendszere akár 6-8 millió forintba is kerülhet, hiszen kutat kell fúrni, meg kell venni a berendezést, tárolóra van szükség, és többlet-villamosenergia is kell hozzá. A geotermikus alapú villamosenergia-termelés – a közhiedelemmel ellentétben – nem ennyire pozitív hozadékú. Ha visszaemlékszünk a Carnot-hatásfok által nyújtott korlátokra, ahhoz, hogy jó hatásfokkal lehessen geotermikus energiából villamos energiát előállítani, magas hőmérsékletű hőforrásra van szükség. A 60 fokos vizet adó geotermikus forrásból nem lehet villamos energiát előállítani, de a 120 fokos termálvízből is csak nagyon alacsony hatásfokkal lehet áramot termelni. Magyarország gazdaságosan kiaknázható geotermikus villamosenergia-termelési potenciálját legfeljebb néhány tíz MW-ra lehet tenni.

A vízenergia megítélése hazánkban elég ambivalens, noha ennél a forrásnál is több lehetőség áll rendelkezésünkre. Gyakran esik szó újabban a szivattyús-tározós vízerőművekről, amelyek a villamosenergia-igény éjszakai csökkenését használják ki. Ebben az ún. völgyidőszakban többlet-villamosenergiatermelési potenciál van a villamosenergia-rendszerben, ilyenkor gazdaságosan fel lehet szivattyúzni egy víztározó vizét egy magasabban fekvő tározóba, tehát a villamos energiát a víz potenciális energiájává alakíthatjuk. Nappal, a rendszer csúcsterhelésének idején ezt a vizet leeresztik, és vízturbina segítségével újra villamos energiát állítanak elő a víz helyzeti energiáját felhasználva. A teljes rendszer hatásfoka akár a 80-90%-ot is elérheti. A szivattyús-tározós vízerőmű tehát egy igen előnyös energiatárolási forma, és az ellátásbiztonság növelését is eredményezheti. Szlovákiában, különösen Ausztriában több ilyen erőmű működik, de Németországban is építenek ilyen erőműveket azért, hogy az ingadozó termelésű forrásokból, például szélerőművekből származó villamos energiát nagyobb mennyiségben lehessen betáplálni a rendszerbe. Magyarországon komoly társadalmi és politikai ellenérzések vannak a vízenergiával kapcsolatban, de ideje lenne őszinte párbeszédet kezdeni róla – nemcsak a szivattyús-tározós egységekről, hanem adott esetben a folyami vízerőművekről is –, mert ezek értékes elemei lehetnének a villamosenergia-rendszernek. 2. videó ^|2}|

A napenergia-hasznosítás esetében ismét ketté kell választani a kérdést. Napenergiával lehet hőt előállítani, erre szolgálnak az ún. napkollektorok, amelyekben a keringő vizet közvetlenül a napenergia segítségével melegítjük fel.

Ezzel a meleg vízzel rá tudunk fűteni a melegvíztárolónkra, amiből a tusoláshoz vagy mosogatáshoz a meleg vizet vesszük. Ezek a berendezések megint csak gyárthatóak Magyarországon, a létesítésük hazai munkaerővel megoldható, tehát a hazai munkahelyteremtéshez jelentősen hozzá tud járulni egy ilyen országos fejlesztési program. A berendezések megtérülési ideje általában 5-10 év. Egy ilyen rendszer szabályozása természetesen bonyolultabb a hagyományos gáztüzelésű melegvíz-előállító készülékekénél, de alkalmazásuk segíthet diverzifikálni a háztartási energiaforrásokat. Egy napkollektoros rendszer azonban önmagában egy háznak vagy lakóközösségnek a melegvízellátását nem tudja teljes egészében megoldani, csupán csökkenti a földgáz- vagy más tüzelőanyag-felhasználást. Ennek oka, hogy lehetnek olyan időszakok egy évben, amikor napokon keresztül nem érkezik kellő mennyiségű napsugárzás a földfelszínre, és a használati melegvízre ekkor is szükségünk van.

A Nap energiáját hasznosító másik berendezéstípus az ún. fotovoltaikus napelem, amely villamos energiát állít elő közvetlenül a napsugárzásból.

Itt rendkívül drága, hosszú megtérülési idejű berendezésekről van szó, amelyekkel Magyarországnak valószínűleg nincsenek nagy kitörési lehetőségei. Nyilván van némi potenciál ebben a technológiában, de önmagában a fotovoltaikus napelemek beszerelése nem fogja forradalmasítani a hazai energetikát. Németországban hihetetlen nagy támogatási programok segítségével igyekeznek elterjeszteni a napelemek használatát, ott a támogatás értéke megközelíti a 100 forintot kilowattóránként, ha az áram fotovoltaikus erőműből származik. Ez persze ott drágábbá teszi az egész villamos energiát. Biomasszánál vagy víznél jóval kisebb a támogatás, kb. 25-30 forint körül van kWh-ként. Magyarországon jelenleg kb. 30 forint/kWh a kötelező átviteli rendszerben a megújuló energiahordozókból előállított villany ára.

Az atomenergia esetében – amint azt a különböző anyagok energiatartalmánál már láttuk – nagyon nagy energiasűrűségről van szó.

Nem jár szén-dioxid-kibocsátással az atomerőmű használata, alacsonyak a villamosenergia-termelési költségek, ugyanakkor itt is jelentős társadalmi ellenállás tapasztalható, és igen nagy beruházási költségről van szó.

VI. 3. Egy főszereplő a közeljövőből: a villanyautó

A villamosenergia-termelés után egy fogyasztóról is essen szó, amely a következő évtizedekben jelentősen átalakíthatja az energetikát – nemcsak Nyugat-Európában, hanem Magyarországon is –, ez a villanyautók megjelenése. Jó ideje lehet kapni hibrid autókat, amelyek csak néhány km-re tudják ellátni villamos energiával a járművet. Az akkumulátorok gyártása azonban óriási fejlődésen ment keresztül. Példaként elég a mobiltelefonokat megnézni, egy 20 évvel ezelőtti készülékhez képest a mostani kis telefonokban meghúszszorozódott az akkumulátor egységnyi tömegében tárolható energia mennyisége. Ezek az új akkumulátorok megjelentek az autóiparban is, és több olyan gyártó van, akik a következő években nagy számban fognak olyan autót piacra bocsátani, ami 20-22 kilowattóra villamos energiát tud tárolni magában az akkumulátorban. Ezekkel az autókkal egyetlen feltöltéssel akár 150-160 kilométert is meg lehet tenni.

Végeztünk egy elemzést arra vonatkozóan, hogy ha mostantól az újautó-eladások 20%-ban ilyen autókat tartalmaznának, az nagyjából 900 MW-nyi csúcsigény-növekedést jelentene a villamosenergia-rendszerben, elsősorban éjszaka, amikor ezeket a járműveket a tulajdonosaik otthon töltenék. Ez közelítőleg két paksi blokknak a teljesítménye, tehát nagyon komolyan hozzájárulhat a villamosenergia-fogyasztás növekedéséhez. A villanyautók elterjedését akadályozhatja, hogy ezek az autók kb. 30%-kal drágábbak, mint a benzinüzemű autók, és jóval kisebb a hatótávolságuk. Ugyanakkor egy benzinüzemű autóval 100 km-t megtenni nagyjából 3000 forint üzemanyagköltségbe kerül, ha ugyanezt villannyal hajtanánk, akkor kb. 450 forint lenne az üzemanyagköltség, tehát jelentős megtakarítást lehet elérni. Számításunk szerint egy ilyen autó nagyjából 4 év alatt megtérülne. Fel kell hívni azonban a figyelmet arra, hogy ezek az autók – a hangzatos reklámszövegekkel szemben – csak akkor lehetnek zéró emissziós járművek, ha a villamos energia, amit felhasználunk bennük, szén-dioxid-kibocsátásmentes technológiából származik.

VII. A magyarországi energetika jövője

Az elmondottak tükrében hogyan fejlődhet a magyar villamosenergia-rendszer? Korábban már elhangzott, hogy 2025-re 5000-6000 MW új erőművi kapacitásra lesz szükség. Készítettünk egy reálisnak tekinthető forgatókönyvet, amely ezt a kapacitást új atomerőművi blokkból, 1700 MW-nyi megújuló forrást használó erőműből, 1500 MW földgázból, és egy új, mátraaljai 400 MW-os ligniterőműből adja össze. Mennyi villanyt lehet ezekből az új erőművekből nyerni? Ennek megválaszolásához tudni kell, hogy ezeknek az erőműveknek az ún. csúcskihasználási óraszáma jelentősen eltér. A fotovoltaikus naperőművekre az éves csúcskihasználási tényező kb. 11%, míg a szélerőműveknél ez kb. 21%. A ligniterőműveknél 60%, a biomasszánál 80%, atomerőműnél 90% környékén van a csúcskihasználási tényező. (Az adott erőmű névleges teljesítményét megszorozva az egy év 8760 órás időtartamával, valamint a fenti csúcskihasználási tényezővel kapjuk meg azt a villamosenergia-mennyiséget, amelyet az adott erőmű egy év alatt – figyelembe véve az időjárásból, karbantartásból és a rendszerszabályozásból eredő terhelésváltozásokat – ténylegesen előállít.)

Ebből következik, hogy a különböző típusú erőművek esetén a beépített teljesítmény és az általuk megtermelt villamos energia aránya nagyon eltérő. Mivel az atomerőmű nagy mennyiségű villanyt tud előállítani, az atomenergiának nagyobb lesz a részaránya, a földgáz részesedése nagyjából a teljesítményével arányos, a megújulók pedig az alacsonyabb kihasználási tényezők miatt jóval kevesebb villanyt tudnak előállítani, mint ami a beépített teljesítményarányuk alapján következne.

Újra ki kell emelnem, hogy az energiaigények fenntartható kielégítésének érdekében a jövőt úgy kell megterveznünk, hogy az energetikai szempontokon túl egyéb társadalmi szempontok is érvényesüljenek. A hazai munkahelyteremtés, a klímavédelem, az importfüggőség csökkentése és az ellátásbiztonság növelése: ezek mind olyan alapvető kérdések, amelyekhez illeszkedően kell a fejlesztéseket meghatározni. Az energetika – a villamos és a primer energia termelése és felhasználása – mindig is több lábon állt, ez a jövőben is így lesz, a kérdés az energiamix összetételének alakulása. Ahogy a villanyautóknál láttuk, a nemzetközi trendek nagyon komolyan meg fogják határozni azt, hogy Magyarország merrefelé is tud fejlődni. Az pedig, hogy Magyarország mennyire tud ebből a fejlődésből nyertesként kijönni, alapvetően függ az oktatástól és a kutatástól. Ez egy olyan probléma, amit a fogyasztók, a társadalom együttműködése nélkül, érdemi társadalmi párbeszéd nélkül nem lehet megoldani.