Farkas Ottóné

A XXI. század energetikai kihívásai

Az emberiség energiaigénye folyamatosan növekszik. A rendelkezésre álló források viszont korlátozottak. Keressük a lehetõségeket a források bõvítésére, az igények kielégíthetõségére.

The energy requirement of the people is increasing conzinuously. The available of sources are conversely limited. We are in search of possibilities to increase the sources and the satisfying of requirements.

1. Bevezetés

Minden emberi tevékenység energiaigényes folyamat. Az energiaigénynek elegettevõ energiaellátás a ma és a jövõ társadalmának életfeltételét jelenti. Jogos az az össztársadalmi elvárás, hogy olcsón, egyszerûen és folyamatosan rendelkezésre álljanak a mindennapi életünkhöz nélkülözhetetlen energiák, mint a villamos áram, a vezetékes gáz, az olaj, a szén stb. S ez az igény mennyiségileg folyton növekszik az egyre konfortosabb életigény óhajával szinkronban. Az embereket kiszolgáló kényelem, a kétkezi munka kiváltása a gépesítéssel, a fûtés, a melegvíz szolgáltatás, a közlekedés fejlesztése, az áruk elõállításának korszerûsítése mind-mind igényli az egyre több energiát.

A Föld energiaforrásai azonban végesek. A Föld lakossága 2000-ben a primer energiákból 400 EJ-t (400·10¹⁸ J) használt fel. Ennek az elõállításához 3,4 Gt kõolajat (3,4·10⁹ t), 4,5 Gt szenet, 2,5 Tm³ földgázt (2,5·10¹² m³) kellett kitermelni, melyhez még a víz-, a szél-, a nap- és az atomenergia révén is nyertünk 1,2 Gt kõolajnak megfelelõ villamos energiát [1, 3, 4, 7].

A megújuló energiaforrások, mint a víz, a fa-, a biomassza-, a szél-, a nap stb hozzávetõlegesen 12~14%-ban képviselik a folyamatos forrást. A nem megújuló energiahordozó források, mint a ma még jelentõs szénhidrogénkészletek (kõolaj, földgáz, olajpala, olajhomok) végesek, a XXI. században a lelõhelyek többsége kimerül, legalábbis a könnyebben felszínre hozható készleteké. Bár a szilárd energiahordozó készletek (lignit, barnaszén, feketekõszén, antracit) bíztatóak, a prognózisok szerint néhány évszázadon át fenntartható termelésükre van kilátásunk, azonban az átalakításuk hatásfoka pl. villamos energiává még ma is igen kicsi (~33%-os).

A magyarországi energiahelyzet némileg szinkronban van a Földével, szintén problematikus, mert véges készleteken és mennyiségi hiányon alapszik. A mai országos, közel ~1,2 EJ/év energiafelhasználásunk kb. 40%-a saját termelésen és 60%-a importon alapszik. Bár többirányú intézkedés már megtörtént az import energiahordozók beszerzési forrásainak számszerû növelésére és ezzel az egyoldalú függõség lazítására (pl. az orosz kõolaj- és földgázimport mellett afrikai földgáz vételére – ausztriai csõvezeték hazai területre történt meghosszabbítása révén), ennek ellenére az energiafüggõségünk földrajzi és politikai vonzata ma is fennáll. Ugyanígy a világpiaci mechanizmus, a kõolajárak napi ingadozása, a háborúk, a belviszályok, a kül- és a belpolitikai történések idõnként nehezítik a hosszú távú, stabil, elõretervezett, szisztematikus energiaellátást.

Az állam feladata az energiapolitika fõbb irányainak meghatározása a mindenkori geopolitikai adottságok számbavételével, az ellátási biztonság megteremtése érdekében. Ugyanígy az energiák megfizethetõségérõl, az újabb energiák elõállításának kutatásáról, új technológiák kifejlesztésérõl is az államnak kell gondoskodnia. Hatalmas feladat ez. A megoldáshoz vezetõ úton számos tudomány és iparág együttes, interdiszciplináris tevékenysége, együttmûködése szükségeltetik, így pl. a geológia, a bányászat, a hõtechnika, a tüzeléstan, a fizika és a kémia, a gazdaságtudomány, a környezetismeret stb. Mindezek kellõ összehangolt együttmûködése adhat választ arra, hogy bízhat-e a XXI. század embere abban, hogy energiaellátottsága megfelelõ lesz-e? Szinte illuzórikus kérdésnek tûnik ez, s a válasz egyértelmûen csak ingadozó hibahatárokon belül prognosztizálható. De a törekvések, az erre irányuló tennivalók feltétlenül célirányosak és a megoldást segítõek.

2. Az energiaigény, az – forgalom számbavétele

A vonatkozó teendõk alaplépéseit a tényleges igény, valamint a valós energiaellátás pontos felmérése és egybevetése képezi. Erre vonatkozó hazai forgalomadatokat rendszeresen jegyzik és publikálják [8, 7, 1, 2, 3, 4]. Lényegében a természetbõl kinyert primer (elsõdleges) energiahordozók évi belföldi termelése az alap, ehhez adandó a vásárolt import, valamint a már kitermelt és felhalmozódott készletek összege. Ez az évi bevétel. Ennek egy részét a hazai felhasználók közvetlenül primer energiahordozóként hasznosítják (pl. földgáztüzeléskor, olaj- illetve széntüzeléskor), más részét átalakítják szekunder (másodlagos) energiává (pl. gõzzé, melegvízzé, koksszá, kõolaj-lepárlási termékekké, villamos árammá) vagyis a primernél kedvezõbb tulajdonságú szekunder energiákká. Akár a primer, akár a szekunder energiahordozókat ill. ezek egyrészét exportálni is szokták, ha ellenében kedvezõen vásárolni, importálni tudunk. Azonban mind az energiaátalakítás, mind az –felhasználás veszteséggel jár, vagyis viszonylag kis hatásfokkal végezhetõ. Illusztrálásképpen az 1. ábrán és az 1. táblázatban a hazai energiaforgalom 2000. illetve 2002. évi vonatkozásai láthatóak [1, 4,3].

Az energiamérleg alkalmas az adott energiagazdálkodás módjának és hatékonyságának elemzésére, következtetések levonására, az alkalmazott – átalakítási technológiák mûszaki-gazdasági megítélésére. Ez ad késztetést újabb, korszerûbb technológiák kutatására és alkalmazására. Az energetikában alkalmazott új technológiák különbözõ mûszaki-gazdasági fejlettségi állapotban vannak napjainkban. Pl. a szintetikus, szénbázisú metángázgyártás negyedik, sõt újabban ötödik generációs technológiáján dolgoznak már (SNG eljárások), miközben egyre jobban tökéletesítik a gázturbinás-tüzelõanyagcellás erõmûveket (pl. az UTC eljárás New-Yorkban és Tokióban), a gázturbinák égõkamráit (pl. Siemens-KWV rendszer), a gáz-gõz körfolyamatú erõmûvek rendszerét (a Solid Oxid Fuel Cell Soft rendszert), továbbá a fluidizált szénelgázosítókat (mint pl. a HTW-VHDE változat, a KRW eljárás, a CGT, a British Coal Topping Cycle módszer, a hibrid fluidtüzelés stb), valamint a gázgenerátorokat, pl. Lurgi, Westing-house, HT-Winkler, Prenflo, Texaco, VEW, Humbold, Klöckner stb) [2, 9, 4, 10, 11, 12, 13]. Mindezekkel nem csak mûszaki-gazdasági törekvéseket valósítanak meg (végsõsoron jobb hatásfokot, biztonságos folyamatos termelést), hanem környezetbaráttá is alakítják a szóban forgó energotechnológiákat, a nem kívánt emissziók csökkentésével (pl. a nitrogén-oxidok, a kénvegyületek, a klór, a fluor, az ólom, a cink, a nátrium, a kálium, a calcium, a széndioxid, a porok stb) [1, 5, 6, 2, 9, 11].

A fogyasztók energiaigényét az energiahasznosítással nyert szolgáltatások szabják meg. A felhasználás legnagyobb hányada a hõfejlesztésre, ezen belül is elsõsorban a térfûtésre fordítódik (ennek arányát a klimatikus viszonyok szabják meg). Ehhez párosul az életkörülmények kielégítésének hõigénye, mint pl. a melegvíz készítésre, a tisztálkodásra, az ételkészítésre, a ruházatunk karbantartására stb. fordított hõigény. Jellemzõ ezirányú adatok:

– a mérsékelt égövi országokban az évi energiafelhasználás 60~70%-át hõfejlesztésre használják, a klimatikus viszonyoktól és az iparszerkezettõl függõen.

– Hazánkban térfûtésre az összes évi energiaigény 50%-át használjuk fel. Ennek lakásfûtésre 63%-a kerül, a kommunális szektorban fûtésre 27%-ot fordítanak, a termelõ munkahelyek, a jármûvek stb. további 10%-ot használnak fel. A fûtés magában foglalja a melegvízkészítés, a tisztálkodás, az ételkészítés, a ruházatunk karbantartásának hõigényét is.

– Az évi hõhasznosításunk másik fele technológiai célokat szolgál, fõ fogyasztója az ipar (pl. a kohászat, a vegyipar, az építõipar, a könnyûipar, az élelmiszeripar stb., de jelentõs a mezõgazdaság hõfogyasztása is (szárítók, üvegházak, keltetõ üzemek stb.).

– Mechanikai munkára az energiahasznosítás 20–30%-a fordítódik. Pl. hazánkban a közlekedés jellege és mértéke, a személy- és az áruforgalom, az emberi munkát helyettesítõ gépek, az energiahasznosítás 14,5%-át emésztik fel.

– A hazai végsõ energiafelhasználás szektoronként eképpen alakul [8,1,7]:

– lakosság    38%

– ipar    35%

– kommunális    18%

– egyéb    9%

– Háztartásokra vonatkoztatva pedig a következõ:

– térfûtés     54%

– közlekedés     26%

– használati melegvíz     11%

– ételkészítés     6%

– háztartási gépek     2%

– világítás     1%

Hõvé minden energiafajta átalakítható, de csak kevés megoldás terjedt el a gyakorlatban. Legáltalánosabb megoldás a fosszilis energiahordozók (földgáz, olaj, szén) exoterm reakciójával, azaz elégetésével hõenergiát nyerni, mint pl. a magyar energia gazdaság 87%-a ezen alapszik. Ehhez a tüzelõanyagokat kemencékben, kazánokban égetik el, s a keletkezõ forró füstgázzal valamely hõhordozó anyagot (víz, levegõ, gõz) hevítenek és ezzel származtatják át a hõáramot. Végsõsoron a nukleáris energiát is így hasznosítják, amely nálunk az energiamérlegben 12%-ban részesedik.

A természetben elõforduló megújuló primer energiaforrások (geotermikus energia, napsugárzás, szél, víz, ár-apály) hasznosítása ma még nem versenyképes, legalábbis csak szórványos a hasznosításuk (kivéve pl. Izland geotermikus energiája, vagy Hollandia, Dánia, Kanada szélerõmûvei stb). Közvetlenül mechanikai munkát a természetben a szél és a víz szolgáltat. Mechanikai munkát is lehet végeztetni minden más energiafajtával. A jellemzõ megoldások a villamos motorok és a hõerõgépek. E kettõ közül a helyhez kötött berendezések jellemzõ erõgépe a villamos motor, míg a mobilaké a belsõ égésû motorok. A fix pályához kötött jármûveknél viszont mindkettõ használatos. A hõerõgépekben lejátszódó körfolyamatokban a munkát gõz vagy gáz közeg expanziója adja, amit hõelvonás, komprresszió majd ismételt expanzió ill. ezzel járó hõbevezetés követ. A hõerõgépek hatásfoka tág intervallumban változik, a körfolyamat kezdõ hõmérsékletétõl és a szerkezeti anyagok hõmérséklettûrésétõl függõen. Ennek ellenére mechanikai munkát rugalmasan és gazdaságosan a villamos motorokkal állítanak elõ. Vajon a gázturbinák vagy a villamos energiát szolgáltató közvetlen átalakítási lehetõségek, vagy az ûrtechnika fejlesztése eljut-e odáig a XXI. században, hogy energiát szolgáltasson vagy közvetítsen a Földre? Izgalmas kérdés, amire ma még nem tudjuk a választ.

Összegezve a Föld mai ~6,4 milliárd lakosának energiaigényét, 2000-ben ez 400 EJ (10¹⁸ J) volt, vagyis 70 GJ/fõ,év. Ennek azonban csak 70%-a jutott tényleges fogyasztásra veszteségek (pl. szállítási) fellépése miatt, ezért a végleges felhasználható mennyiség csak 50 GJ/fõ, év. Ez az emberiség munkavégzõ képességének hetvenszerese. Viszont a felhasználás közel sem egyenletes a Föld lakosai között. Vannak területek, ahol ma is éheznek, nyomorszinten élnek, az egy fõre jutó napi jövedelem nem éri el az 1 USD-t (pl. Afrikában, a Szahara déli részén élõk), akiknél nincs villamosítás (ma 2 milliárd ember él villamosítás nélküli területeken), és szinte kizárólagos energiaforrásuk a biomassza. Ezzel szemben a technikailag legfejlettebb területeken a földi fajlagos energia átlagérték többszörösét használják fel. Példaként álljon a 2. ábra, amelyen a Föld primerenergia trendje látható EJ-ban (10¹⁸ J), az évek függvényében, valamint a hazai primer energia felhasználás PJ-ban (10¹⁵ J), a mögöttünk hagyott XX. században, 3. ábra. Nem érdektelen a már említett, regionális energiafelhasználás megtekintése is, s az ebben szereplõ tényleges fajlagos értékek igen nagy szórása a 2. táblázatban.

Ezen tények mellett azt is számításba kell vennünk, hogy a természet erõforrásainak kinyerésétõl hosszú út vezet – a különféle elõkészítési, átalakítási, szállítási technológiák közbeiktatása miatt – a tényleges energiafelhasználásig. S a dilemmánk további fejezete az, hogy a XXI. század emberének jut-e az igényei szerinti mennyiségben megfelelõ minõségû energia?

3. Az energiaellátás várható jövõje, útjai

A Föld effektív kitermelhetõ, valamint a perspektivikus (megkutatott, de még nem feltárt) energiakészletei némi becslési bizonytalansággal ugyan, de ismertek. Ismert továbbá az emberiségnek az ipari forradalom óta az energiafelhasználása, s ennek szerkezete is, mely utóbbira utal a 3. táblázat. Ebbõl is következtethetõ, hogy a mai ellátás 87%-a fosszilis energiahordozókon alapszik, és 13%-ot képez a nukleáris, valamint a víz és egyéb energia.

A jövõ energiaképének dilemmájához hozzátartozik az a tény is, hogy az energiaszerkezetnek igen nagy az idõállandója, részben mert az alapvetõ létesítmények megvalósítása (bányák, szénhidrogén telepek fúrásai, erõmûvek stb) nagy idõigényû, sok-sok évbe telik, másrészt mert ezek mûködése több évtizedre konzerválja az adott technológia termékének tulajdonságait, sõt ez utóbbiak felhasználó szektorainak jellegét is. Vagyis az energiaváltás évtizedeket vesz igénybe. A ma fejlesztés alatt álló energia-átalakító technológiák kereskedelemre érettsége, a régi generációk cseréje átlagosan 30 évre becsült. A hazai jelenlegi és a fentiek miatt elõre több évtizedre becsülhetõ energiaszerkezet a következõképpen alakul [1, 4, 8]:

– gáz szénhidrogének részesedése        38%

– folyékony szénhidrogének részesedése    29%

– villamos energia részesedése        17%

– hõhordozók részesedése        9%

– szilárdak részesedése        7%

S ami ebbõl az import és a saját termelési források megosztását illeti energiafajtánként, az a 4. táblázatból kiviláglik. Ebbõl az is következik, hogy ahogyan fogyatkozik a hazai évi szénhidrogén termelés, úgy kell helyébe lépnie az importnak vagy más energiahordozó-fajta termelt mennyiségi növekedésének. Ez utóbbinak ellentmond a szénbányák egy részének bezárási tendenciája a gazdaságtalan termelés miatt, vagy a lignit vagyonunk fokozottabb termelését célzó intézkedések késlekedése, továbbá az erõmûveink korszerûsítésének hosszútávú-terv hiánya illetve döntés hiánya, vagy a nukleáris villamosnergia mennyiségi fejlesztésének ma még kialakulatlan képe, amely számos kísérõproblémát is felvet (pl. a kis- és a nagyaktivitású hulladékok kezelése, elhelyezése). Mindezekre hatással vannak a Földön más országokban szerzett tapasztalatok, korszerûsítések is, és a tendenciák jellege is (pl. ma a Földön több mint 30 országban termelnek nukleáris energiát, amely a Föld teljes, éves energiatermelésének ~5%-a, vagy a villamosenergia termelésben kifejezve annak 15%-át teszi ki. Ezt a termelést ma ~ 530 db reaktor állítja elõ, és folyamatban van ~ 100 db új reaktor építése, fõként Ázsia Csendes-Óceán-beli térségeiben. Az atomerõmûvek építési ütemterveit egyes országok már a 2050-es évekre kiterjesztve publikálták, pl. Nagy-Britannia, Japán, Svájc, Spanyolország [14, 15, 16, 17, 18].

A jövõ energiaellátási képét illetõen nagy szerepük lehet a korszerû energo-technológiák térhódításának is, bár ezeket is évtizedes kutatás, félüzemi próbák majd üzemi termelési referenciaüzemek telepítése és mûködtetése elõzi meg. E folyamatok összességére is vonatkozik a kb. 30 éves átfutási idõ, valamint a kiinduló primerenergia (pl. szén) termelésének felfuttatása. Pl. tengerrel rendelkezõ országok elõtt többféle korszerû, új energotechnológiai kísérlet kecsegtet jó eredménnyel. Pl. a brit kormányzat által végeztetett számítások és kísérletek alapján Nagy-Britannia energiaigényének egynegyedét állíthatnák elõ az árapály energiából. Ennek elõzeteseként 1,1 millió Font kormánytámogatással egyik tengerparti 100 fõs település 150 KW-os árapály erõmûvét építik meg 2002. nyarára, Stingray erõmû néven, a Shetland szigetek egyikén [7], ahol 13~14 m az árapály jelenséggel járó vízszintingadozás.

Más a gond a vezetékes energiaellátással, pl. a földgázzal. A már kitermelt vagy megvásárolt, de a föld alatt tárolt és az idõegység alatt felszínre hozható földgáz döntõen a fûtési idény és a nyári holtszezon közötti kb. 6–7-szeres többletigény kielégítésére szolgál. Az erõmûi földgázfelhasználás vagyis az ezzel termelt gõz ellátásnál nincs tartalékképzésre mód, és a termelt váltakozó áram sem tárolható, ezért mind a távhõszolgáltatást, mind a villamos energiatermelést a mindenkori terhelési görbékhez kell igazítani. Ezeknek a feladatoknak számos mûszaki és gazdasági vonzata van, pl. feszültségtartás, frekvenciatartás stb. melyek megoldása szükségszerû, az ellátás minõségének fenntartása miatt. Mindeközben az sem közömbös, hogy a gazdálkodást milyen energetikai hatásfok jellemzi, akár az egyes berendezéseknél, akár az egész szolgáltatásnál. Leegyszerûsítve a hatásfok a szolgáltatott és a bevezetett energia hányadosa, azaz

egyenlettel számítható. De számos berendezésnél ez az egyszerûsítés nem helytálló és bonyolult úton feltárható rész-energia tételeket kell figyelembe venni a terhelési tartamgörbe szerkesztése során. Ez pedig kihat a hatásfok értékére is. A veszteségeket figyelembe véve a hatásfok egyenlet pl. ily módon is alakulhat:

ahol a V veszteség szummázott tétel, és magában foglalja mind a tüzelõanyag szállítási, mind a hõhordozók átalakítási, mind a termelt villamos áram feszültség-átalakítási, mind a hõátszármaztatás környezeti (hõsugárzási, -vezetési, -áramlási) veszteségét stb. A hazai fajlagos energiafelhasználásunkat vizsgálva kb. 20~25%-os elmaradásunk állapítható meg a fejlett országokhoz viszonyítva. Ugyanez mondható el az energetikai hatásfok értékére is (egyedi esetekben ennél rosszabb értékeket is tapasztalunk).

A szemléltetésképpen felsorolt gondok és feladatok egyértelmûen késztetnek az energiatakarékosságra. A veszteségek csökkentése hatásfok növekedést eredményez. A megtakarított energia pedig a legolcsóbb, mert azért nem kell fizetnünk. Nem véletlen, hogy energiahordozókban nálunk gazdagabb országok is – fõként az 1970-es évek olajkrízise óta – energiapolitikájuknak középpontjába helyezték a takarékosságot. A piaci viszonyok idõnként ennek ellentmondóak. Pl. az energiaimport csökkentése javítja a fizetési mérleget. Ez késztethet az energiaforrások bõvítése helyett nagyobb hatékonyságú átalakítási beruházásokra, preferenciák létrehozására stb. Mindezek mellett és ellenére is az emberi tevékenységen múló energia-megtakarítás mindenkor ésszerû és hatásos tevékenység. A térfûtés túlzott volta, a pazarló anyagfelhasználás, a berendezések, a gépek üresjárata, a szükségszerûnél több anyagmozgatás, szállítás mind feleslegesen elhasznált energiával, s ezzel járó többletköltségekkel jár.

4.    Teendõink az elkövetkezõ évtizedekben az energia megtakarítás érdekében

4.1. Tíz évre szóló hazai távlati terv megvalósítása, hogy a gyorsabban megtérülõ intézkedések révén az országos energiafelhasználás 7%-kal csökkenjen, az ellátottság színvonalának romlása nélkül. Ez évi 75 PJ energiának felel meg, amelynek pénzügyi vonzata 200~250 MrdFt beruházási költség. Ez a terv megvalósítható a lakások jobb hõszigetelésével, hulladékok hasznosításával, villamosenergia-fejlesztéssel kapcsolatos hõszolgáltatás elõtérbe juttatásával.

4.2. További 7%-kal csökkentés már 500 Mrd Ft beruházási vonzattal járna, amely már egyes alapanyaggyártás korszerûbbre kiváltásával, a kondenzációs hõerõmûveknek gázturbinás, kombináltra való cseréjével, az izzólámpák kompakt fénycsövekre cserélésével stb. járna. Az erre fordítandó tõke jelenleg nincs meg.

4.3. Tõkehiány miatt szerényebb terv állítandó fel, nevezetesen évente 0,75% energetikai hatásfok javulás tervezhetõ. Ezt elsõsorban a térfûtéssel kell elérnünk, mivel napjainkban az épületekbe bevezetett hõ 40~50%-a a környezetet fûti. A hõszigeteltség javítása, az épületek ezirányú korszerûsítése, a célravezetõ. Viszont az épületek természetes légcseréjének csökkentése szigeteléssel a radonkoncentráció növekedését, tehát a sugárterhelés növekedését eredményezi.

4.4. Egyes ipari technológiák melléktermék gázainak és forró füstgázainak hõhasznosításával növelni az energetikai hatásfokot. Ezen tétel ismeretében egyes vegyipari, fémkohászati, vas- és acélipari techcnológiák, izzítások, hõkezelések gázainak és füstgázainak az eddiginél hatásosabb hasznosítása célravezetõ.

4.5. A hõerõgépek kicsi hatásfoka fõként a közlekedésben szembetûnõ. Itt nem ritka, ha a felhasznált primer energia 75~80%-a veszteséggé alakul. Pl. a személyautóknál már ismertek olyan típusok, melyekben 100 km megtételéhez alig kell 4 l benzin. Útjainkon mégis az ennél 100~150%-kal többet fogyasztók a jellemzõ közlekedõk.

4.6. A fosszilis energiahordozók villamos energiává alakítását ma is a hõerõmûvek kis hatásfoka, nagy vesztesége jellemzi, mely utóbbi 70~75%-ot is kitesz. De még kisebb az atomerõmûvek hatásfoka, mivel a hõkörfolyamatban kicsi a kezdõ hõmérséklet. A villamosenergia ellátás eredõ hatásfokát tovább csökkenti pl. az erõmû önfogyasztása, a távvezetéki szállítás vesztesége, a még mûködõ régi korszerûtlen, esetenként 20%-os átalakítási hatásfokú erõmûvek üzemeltetése. Ezekkel szemben kialakulnak új, célravezetõ technológiai lépések, amelyekkel 60%-os hatásfok is reálisan tervezhetõ, mint pl. növelt kezdõhõmérsékletû (1500°C) gázturbinás kombinált ciklusú erõmû. Ehhez közvetlen hõszolgáltatást kapcsolva 90% hatásfok is megközelíthetõ. Szénbázisú erõmûnél ultra-szuperkritikus gõzparaméterekkel (pl. p = 350 bar, T = 700°C) az alaperõmû hatásfokának eddig elért legnagyobb 40% hatásfok határát 50~55%-ra lehet növelni. Ezek az eredmények azonban befektetés igényûek, igen drága, különleges acélötvözetek, speciális kerámiaanyagok beépítését igénylik nagy tömegben.

4.7. Az elektromos energia felhasználásánál is ismertek már a takarékosság megoldásai annak érdekében, hogy pl. a hagyományos izzólámpák 95%-os hõveszteségét mérsékeljék kompakt fénycsövekkel legalább 80%-os hõveszteségre, vagy újabb kutatási fejlesztésekkel még tovább.

4.8. Hozzávetõleges számítások szerint az országos energiaszükségletünk 10~15%-át lehetne megtakarítani a gyorsan megtérülõ veszteségcsökkentésekkel. Ennek beruházási költségigénye 100 GFt lenne. További 10~15% megtakarítás lassabban megtérülõ részlépésekbõl állítható össze, melyek összességükben 150~200 GFt befektetés igényûek. Mindez bizonyítja, hogy az energetikába nagy tõkebefektetések szükségesek, s ezek csak hosszabb távon térülnek meg.

5. Energiaprognózisok a XXI. századra

A Föld lakosainak energiaszükségletét legnagyobb mértékben meghatározó tényezõk:

a) demográfiai helyzet,

b) a klíma,

c) a gazdasági aktivitás,

d) az életszínvonal,

e) energiaárak.

a) A Föld lakosai a jelenlegi ~6,4 milliárdról 2050-re kb 8~10 milliárdra szaporodnak [19]. A nagy népszaporulat a lakosság négyötödét kitevõ, fejlõdõ országokban következik be, ahol a fajlagos energiaigények ma a legkisebbek, de növekvõ tendenciájúak (5. táblázat). Magyarország várható lassú népességcsökkenése az energiaigényre mérséklõ jelleggel hat.

b) A klímatikus viszonyok a földi adottságok mellett az idõjárás ingadozásától függõ energiavonzattal, fûtési és hûtési hõigény ingadozással járnak. Magyarországon az átlagosnál enyhébb és rövidebb téli idõjárás a jellemzõ, valamint enyhe tavaszi és õszi klíma. Emiatt kevesebb energiát kell fûtésre fordítanunk, mint hasonló fekvésû országokban.

c) A gazdasági növekedés a Földön a következõ évtizedekben a mai fejlõdõ országokban lesz a leggyorsabb. Vásárlõerõben a világgazdaságban számított részesedésük a mai 20%-ról 50%-ra nõ. Kína fejlõdése valószínûsíthetõ a leggyorsabban. A hazai gazdaságot várhatóan a gyors fejlõdés jellemzi a jövõben, ami az energiafelhasználás gyors növekedésével járna. Ezzel ellentétes folyamatok azonban – pl. gazdasági szerkezetátalakítás, energiatakarékosság, javuló energiaátalakítási hatásfok, a piaci verseny stb. – stagnáló, esetleg szerény növekedést mutató igényt jelez a jövõben és csak hosszútávon, késõbbi évtizedekben várható növekedés.

d) Az életkörülmények javítása energiaigényes folyamat. A jobb táplálkozás, lakás- és munkakörülmények több energiát igényelnek, ez viszont keresetfüggõ, a személyi jövedelemtõl függ az óhaj valóságos kielégíthetõsége. A magyar viszonyokra a nyugati életkörülményekhez közelítési szándék jellemzõ, viszont a társadalom egy rétegének elszegényedése az energiafelhasználás csökkenésével jár. Az életszínvonal növekedése elsõsorban az elektromos áram növekedési igényét jelenti, s ebben az európai felhasználási rangsor végén állunk a 2,2 MWh/lakás,év adatunkkal.

e) Az árprognózis eléggé bizonytalan, nem belátható egyértelmûen. A kereslet és a kínálat, az állami befolyás és a magánszféra, a geopolitika mind-mind meghatározó tényezõ. A fosszilis energiahordozók egyre kedvezõtlenebb hozzáférési lehetõségeinek növekvõ árdrágító hatását éppúgy számításba kell venni, mint a környezetvédelem kritériumainak eleget tevõ termelés, szállítás, átalakítás árdrágító hatását. Tény, hogy az energiaárak növekedése ösztönzi a takarékosságot. A hazai energiaárak kisebbek az EU országainak áraihoz viszonyítva, s ezt a csatlakozásig fel kell zárkóztatnunk, hogy az EU egységes energiapiacában résztvehessünk. Viszont ehhez nõni kell a lakosság fizetõképességének. Az árnövekedés várhatóan fékezõ hatású lesz a fogyasztásra, ösztönzõ pedig a takarékosságra [14, 15, 16, 17, 18].

Az energiafogyasztás prognosztizálására használatos globális módszer alapja egy olyan egyenlet, amely a t idõ (idõszakok) függvényében az országok egy fõre esõ energiafelhasználásának logaritmusos alakja. Ehhez jól illeszthetõ egy lineáris regressziós egyenes, a :

log e = a + b · t

összefüggés, amelyben az a és a b állandók. Ezzel az egyenlettel pl. a XX. század elsõ hét évtizedére készített prognózis jól illeszkedett a valósághoz, de nem lehetett vele érzékletesen prognosztizálni az 1970-es évek árrobbanásai, olajválságai miatt bekövetkezett fogyasztás változását. Használatos elõrejelzési módszer továbbá a:

log e = c + d · log (n)

alakú egyenlettel végezhetõ számítás, amelyben a c és a d szintén állandók, az n pedig az egy fõre jutó nemzeti jövedelem. Viszont a kétszeres logaritmikus összefüggés elfedi a részleteket.

Végül is számos elemzés eredményét tekintve a 2020. évre 50~60%-os növekedés várható a Földön a primerenergia-igényben. Ennek kétharmada Kínában és Indiában jelenik majd meg. Ebben az idõben még mindig a fosszilis energiahordozók lesznek az uralkodók, mivel a tudomány még nem hoz a gyakorlati megvalósítás szintjére új, radikális megoldást. Igaz, növekedni fog az elkövetkezõ évtizedekben a megújuló energiák hasznosítása (nap-, szél-, víz-, biomassza-energia), s ezekkel évi 800 Mt olajról 1300 Mt-ra növekszik az olajhelyettesítés mértéke a Földön évente, ennek ellenére forradalmi áttörésre nem tervezhetünk még erre az idõre.

A legalapvetõbb energiahordozó tehát az elkövetkezõ évtizedekben az olaj marad, a jelenlegi 3,4 Gt/év értékrõl 20 év alatt várhatóan 4,0 Gt/év-re nõ a felhasználása, de százalékos részesedése az energiamérlegben csökken, mert az egyéb források részesedése nõ (megújuló energiáké). A legszembetûnõbb mértékben a földgázfelhasználás fog növekedni a Földön, a mai 2,5 Tm³/év értékrõl 2020-ra duplázódó felhasználás várható. Ez fõleg az erõmûvek gázturbináiban kerül hasznosításra, mivel ez a legolcsóbb fejlesztési mód. A szilárd tüzelõanyagok mai 5 Gt/év felhasználása két évtized alatt 7 Gt/év-re nõ, és ennek felét erõmûvekben használják majd fel.

De változni fog a szerkezete a felhasznált szilárd tüzelõanyagoknak. Kb. 70% lesz a feketekõszén aránya, 12% a barnaszéné és a lignité együtt, és 18% körüli pedig a biomasszáé. Ezt az irányváltozást fõleg a fejlõdõ országok nagy feketekõszén készletei magyarázzák (Kína, India), s ahol a legnagyobb mértékû energiaigény növekedés várható. A nukleáris energiából fejlesztett villamos energia termelése inkább stagnálni fog a jelenlegi 2,3 TWh-nyi értéken, mint hogy növekedne. Csak a XXI. század második harmadában várható a primerenergia-szerkezetben szembetûnõ változás. A villamos energia igénynövekedés lesz a legszembetûnõbb 2020-ra. A jelenlegi 13 PWh/év fogyasztással szemben 20~22 PWh/év prognosztizálható. Csak a XXI. század közepére várható a vezetékes energiák nagyobb arányú elõretörése (távhõ, gõz, gáz, hidrogén), s ezekbõl is a vízbontásból eredõ hidrogén szerepének nõ a jelentõsége, mint vezetékes gázé.

Összességében a XXI. század folyamán a Föld energiaszükséglete a mainak 8~10-szeresére nõ. A XX. század folyamán húszszorosára nõtt: jelen századunk földi energiafelhasználása összegzetten várhatóan 10²³ J/év lesz. Óriási feladat vár tehát az energetikusokra, s mindazokra, akik e felhasználás növekedés hátterében a megvalósításon dolgoznak.

A Föld egészére vonatkozó prognózis mellett a hazai elõrejelzést is szükségszerû megtenni. E tekintetben az Európai Unióhoz csatlakozásunk számottevõ jelentõségû, hiszen közös gazdálkodási és elosztás stratégiában kell tevékenykednünk. Emellett ellentétes hatások befolyása is mértékadó a felhasználás növekedésére, mint pl. az árnövekedés, a piaci verseny, az energiatakarékosság fokozódó állami ösztönzése stb. A hazai növekedés globális prognózisa szerint 2015-ig a primerenergia felhasználás évi növekedése 0,5~1,5% ütemûnek várható. Másképpen fogalmazva a jelenlegi ~1 EJ/év primerenergia fogyasztás 2015-re 1,1 1,25 EJ/év-re növekszik, 2020-ra pedig 1,4~1,6 EJ/év-re. A gazdasági növekedés felgyorsul 4~5%/évre, de energiafelhasználási korrekció e miatt nem valószínûsíthetõ.

A villamos energia felhasználásunk a jelenlegi 36 TWh-ról 2010-re 39~49 TWh-ra, 2020-ra pedig 50~60 TWh-ra nõ. Erõteljes igény növekedés jelezhetõ a földgázfelhasználásunkban, annak ellenére, hogy a hazai termelés csökken. 2010-re 15~17 Gm³/év fogyasztási igény várható, aminek kielégítése az import növekedésével valósítható meg. A vonatkozó tervek szerint 2020-ig csökken a hazai mélymûvelésû bányákból a barnaszén kitermelés, viszont nõ a külszíni fejtésû lignit kitermelése. Enyhén növekvõ lesz a kõolajfelhasználás, de részesedése az összes primerenergia felhasználásában csökkenõ jellegûnek várható. Növekvõ lesz a biomasszából nyerhetõ tüzelõanyagok részesedése.

Az energiaellátásunk jelenlegi kétharmados import részaránya további növelésre kényszerül, a hazai források fogyásával párhuzamban. EU tagként tehát az egész EU-ra jellemzõ nagyarányú energiaimportálók leszünk. 2020-ra az EU várhatóan 70%-ban importál energiát, fõként Közel-Kelet, FÁK, Észak-afrikai országokból, melyek ma részben labilis politikai és stratégiai területeknek minõsülnek [1, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27.]

Rá vagyunk tehát kényszerítve, hogy figyeljünk az energetikára és tegyünk is érte, melynek XXI. századi jövõje már elkezdõdött.

Irodalom

[1] Vajda György: Energiapolitika, MTA Budapest, 2001.

[2] Reményi Károly: új technológiák az energetikában. Akadémiai Kiadó, Budapest, 1995.

[3] Farkas Ottóné: A fenntartható gazdaság, az energiagazdálkodás és a környezet védelem néhány dilemmája az ezredforduló küszöbén Kohászat, 1999. nov.–dec. 439–444. old.

[4] Büki Gergely: Energetika. Mûegyetem Kiadó, Budapest, 1997.

[5] Büki Gergely: Energiaátalakítás, gáz- és gõzerõmûvek. Akadémiai Kiadó, Budapest, 2000.

[6] Farkas Ottóné: Ipari kazánok. Miskolci Egyetem, Phare kiadv. Miskolc, 1997.

[7] Figyelõ 2000–2001 és 2002. egyes számai

[8] Energiagazdálkodási Statisztikai Évkönyv  2002. évi kiadványa, Energiaközpont Kht., Budapest

[9] Farkas Ottóné: Gázok tüzeléstana I. Tankönyvkiadó, Budapest, 1988.

[10] Franck H.G. – Knop A.: A szénfeldolgozás kémiai technológiája. Mûszaki Könyvkiadó, Budapest, 1986.

[11] Gáztechnikai kézikönyv Mûszaki Könyvkiadó, Budapest, 1984.

[12] Winkler W.: Möglichkeiten der Auslegung von Kombikraftwerken mit Hochtemperaturbraunstoffzellen. BWK, 1992. 12.

[13] Heyman E.: The Shell Coal gasification process the clean and efficient technology for power from coal. Praga, 1992. április 20–23. Energy and Environment Conference.

[14]

Grübler A. – Nakicenovic N.: Globale Energia perspektiven 2050 Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 1996. 2. p. 304–312.

[15]

Eden, R.J.: World energy to 2050 Energy Policy, 1993. 3. p. 231–237.

[16]

Baumberger, H.: Globale Energievrsorgungsengpässe Gas. Wasser. Abwasser 1987. 2. p. 49–54.

[17]

Sans. T. – Schiffer, H.W.: Lignit international Braunkohle Surface Mining 1997.4.p. 355–362.

[18]

Duncan, P.: Geopolitische Aspekte der öl-und Gaswirtschaft Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 1995. 1–2. p. 34–38.

[19]

Világatlasz. Bõvített kiadás. Budapest, Kartográfia 2001/2002.

20]

1113/1996. (XI.29.) kormányhatározat az Energiatakarékossági Hitel Program létrehozásáról.

[21]

1025/1999. (II.26.) kormányhatározat kiegészítés.

[22]

1107/1999. (X.8.) kormányhatározat a 2010-ig terjedõ energiatakarékossági és energiahatékonyság-növelési stratégiáról.

[23]

Sustainable Energy Developments in Europe and North America. The Economic Commission for Europe Energy Series, United Nations New York, 1997.

[24]

Szergényi I.: A magyar energiapolitika tíz éve. Energiagazdálkodás, 41.3. 2000.

[25]

Statisztikai Havi Közlemények. 2000. és 2001. évfolyamok számai. Központi Statisztikai Hivatal, Budapest.

[26]

Stup, B.: An Energy Scenario Generating Model SFIT ORL. Inst. WP. 27. Zürich, 1993.

[27]

International Energy Qutlook US Department of Energy. Washington, 1997.

[28]

Egyetemes Lexikon. Magyar Könyvklub. 2001. Belgium.

[29]

Révai Új Lexikona, 6., 7. kötet. Babits Kiadó, Szekszárd, 2001. Szócikkszerzõ: Farkas Ottóné (energia témakörû cikkek)

[30]

Vajda György: Energetika I. és II. Akadémiai Kiadó, Budapest, 1981, 1984.