e-gépész online szaklap

A hőszivattyúzásban rejlő potenciál becslése

| | |  1 | |

A fejlett világban az energetika egyik lehetséges jövőbeli irányvonala a megújuló energiaforrásokra való teljes átállás megvalósítása. Dániában például már 1975-ben megjelent az első tudományosan megalapozott alternatív energiaterv, 2006-ban már a mérnöktársadalom széles körű összefogásával született 100% megújuló stratégia. Ez utóbbira építette a kormányzat saját energetikai koncepcióját.

Mára több mint 50 ország hivatalos célja a teljes körű átállás. Korábbi kutatások azt igazolták, hogy az energetikai fordulat hazánkban is megvalósítható volna – olvasható a Magyar Energetika szaklap 2021/2. számában „A hőszivattyúzásban rejlő magyarországi társadalmi-gazdasági potenciál becslése” címmel megjelent tanulmányban. Optimális szabályozási környezetben hazánk természeti adottságai és a hatékonyság növelésében rejlő potenciál lehetővé teszik egy jelentősebb mértékben megújuló energiaforrásokra támaszkodó energiatermelő- és elosztó rendszer létrehozását. E vizsgálatok során részben feltérképezetlenül maradt azonban egy erőforrás, a környezeti hő, amely igen jelentős energiatartalmánál fogva komoly lehetőségeket rejt magában. Ezen energiaforrás hasznosíthatóságára vonatkozóan a hazai szakirodalomban sem találkozunk adatokkal, az elmúlt években – ismereteink szerint – kizárólag a geotermikus hőenergia kapcsán jelentek meg ilyen publikációk. A Magyar Energetika szaklap cikkében a szerzők – Hetesi Zsolt, Németh Zsolt és Munkácsy Béla – kísérletet tesznek a fenti hiányosság részbeni pótlására és a légtermikus, valamint a talajszondás bázisú hőszivattyúzásban rejlő valós energiakinyerési lehetőségek becslésére.

A környezeti hő

Az idézett cikkben több, egymáshoz sok tekintetben közel álló, éppen ezért gyakorta nehezen áttekinthető módon tárgyalt terület energetikai hasznosíthatóságának bemutatását tűzték ki célul. A tárgyalt megoldások közül legismertebb a geotermikus energia hasznosítása, amelynek forrása alapján megkülönböztetünk hidrotermikus és légtermikus energiát. Ezeken túlmenően célszerűnek látszik még a talajhő elkülönítése is, továbbá feltétlenül e körben tárgyalandók a különféle humán eredetű hulladékhőforrások, mint az ipari vagy kommunális eredetű hulladékhő: pl. a szennyvizek, kémények, kémiai-biológiai reakciók hőjének hasznosítása, felhasználásának lehetőségei is, amelyek ma az EU-ban a megújulóenergia-kutatás egyik fő területét jelentik.

A Föld mélyében zajló folyamatok eredményeképpen egy adott hőteljesítmény jelentkezik, melynek jellemzésére a hőáram-sűrűséget használjuk: ez a földfelszín egységnyi felületére feláramlott hőteljesítmény. Ennek értéke azonban még a kedvező földtani adottságokkal rendelkező Magyarországon is meglehetősen csekély, csupán mintegy 80-110 mW/m². A Föld felszínét a Nap is melegíti, ennek köszönhetően a nyári félévben a talaj és az alatta lévő kőzettest 10-20 méter vastagságban felmelegszik, így az együttesen jelentkező hőteljesítmény 20-30 W/m²-re nő. Ezáltal már értelmet nyer a talajkollektoros hőszivattyúzás, amelynek eredménye fűtési célú vagy használati melegvíz. Az energiaforrás ilyen esetben tehát sokkal inkább a Nap sugárzó hője, semmint a Föld belső hője. Ebből következően a légtermikus és hidrotermikus hasznosítás esetében is egyértelműen a napsugárzás közvetett hasznosításáról beszélhetünk, a végeredmény itt is hőenergia fűtési vagy használati melegvíz célú felhasználása.

Az imént említett felső rétegekből kinyert talajhőtől eltérő környezeti hő alkalmazásának előnyei között energetikai szempontból nézve fontos tényező, hogy az időjárás csak kevéssé befolyásolja a kitermelhető mennyiséget, valamint, hogy az – valamilyen formában − az ország jelentős területén rendelkezésre álljon. Különösen a mélyebb rétegekből jövő, tisztán geotermikus hasznosítás esetében fontos megemlíteni, hogy a hőhasznosítás hosszabb időtávlatban a kitermelés helyén lehűtheti a környezetét, ezért úgy kell tervezni a felhasználás ütemét, illetve hibrid megoldásokkal, például napkollektorok együttes alkalmazása révén a nyári időszakban pihentetni, hogy legyen elég ideje a felszín alatti közegnek újra felmelegedni.

A fentiekhez képest jelent új távlatokat a különféle humán tevékenységekből származó hő, amely általában egészen csekély mennyiségű és általában pontszerűen, ritkábban, például szennyvízvezeték mentén, vonalas formában jelentkezik. Emellett azonban számolni lehet a gőzturbinás erőművekhez (pl. széntüzelés, atomerőmű) kapcsolódó jelentős hőmennyiségekkel is, amelyek elvileg akár a teljes, országos lakossági hőigény közvetlen, hőszivattyúzás nélküli kielégítésére is alkalmasak volnának. Ám felhasználásuk éppen a pontszerű keletkezés és az erősen korlátozott szállíthatóság okán a gyakorlatban csak igen szerény mértékben képzelhető el, így az törvényszerűen hőterhelésként a környezetbe jut.

A hőszivattyúzás technológiai fejlődése

Bár a hőszivattyúzás fűtésre való felhasználásának elvi alapjai már 1852-ben megszülettek, az első kereskedelmi forgalomban megjelenő berendezésekre 1937-ig kellett várni. A legutóbbi évtized során a technológia fejlődése elvezetett oda, hogy a szezonális fűtési jóságfok (SCOP érték) már a legkevésbé optimális, légtermikus technológia esetében is 6 fölé nőtt1, ezáltal lehetővé vált a megfelelő hőszigeteléssel rendelkező lakóépületek teljes értékű fűtése és használati meleg vízzel való ellátása. Ennél magasabb hőmérsékletű hőforrások (pl. 15-17 °C-os szennyvíz eredetű hő) akár nagyobb épületek (konkrét példaként a Művészetek Palotája) ellátására, vagy kisebb-nagyobb távhőrendszerek hőellátására (pl. 27-29 °C-os rétegvíz Újszilvás közintézményeinek ellátására) is alkalmasak a hőszivattyús rendszerek segítségével. A talajhőbázisú hőszivattyúzás SCOP értéke is legalább 6 körüli. Mivel jelen tanulmány potenciálbecslés, ezért a jelenleg elérhető legkorszerűbb – és nem az átlagos – műszaki megoldások paramétereit veszi figyelembe.

A hőszivattyúzás hazai lehetőségei 30 éves előretekintésben

Érdekes kérdéseket vet fel a hőszivattyúk felhasználásában rejlő potenciál, ennek kapcsán ugyanis elvileg szinte kimeríthetetlen lehetőségekről beszélhetünk. Erre vonatkozóan azonban olyan szakirodalmi adatokkal nem találkoztunk, amelyek mindegyik környezeti hőforrást tárgyalták volna, valójában kizárólag a geotermikus hőenergia kinyerhető kapacitásai kapcsán jelentek meg korábban becslések. Az alábbiakban kísérletet teszünk a légtermikus és hidrotermikus potenciálok meghatározására is. Lényeges továbbá, hogy a hulladékhő (excess heat) tekintetében az elmúlt években igen részletes térinformatikai alapú adatbázisok születtek az egész EU-ra vetítve, amelyek megteremtik a lehetőségét a hasznosíthatóság becslésének is.

A lég- és hidrotermikus alkalmazások fenntarthatósági korlátja abban rejlik, hogy az efféle rendszerek működtetéséhez felhasznált villamos energiának környezetkímélő, megújuló forrásból kell származnia. A betáplált villamos energia egyébként is lényegesen értékesebb erőforrás − sokrétűbben használható, jól szállítható, ugyanakkor előállításához a forrásoknak jóval kisebb köre áll rendelkezésre. A jelenlegi technológia lehetővé teszi a betáplált villamos energia mennyiségéhez képest a 3-4, de akár az 5-6-szoros mennyiségű hőenergia kinyerését is, ami az értékes villamos energia igen jó hatásfokú felhasználását jelenti. Ennek további lényeges hozadéka, amelyre immár több mint 30 évvel ezelőtt hívták fel a figyelmet, hogy a hőszivattyúk − mivel a hőenergia egyszerűbben tárolható – a villamos energiát időben rugalmasan képesek hasznosítani, ezáltal az időjárásfüggő megújuló energiaforrások rendszerbe illesztésében kulcsfontosságú szerepet játszhatnak.

A fentieknek köszönhetően, további körülmények, pl. a keresletoldali beavatkozások (DSM), az energiamix-optimalizálás, az energiahatékonyság jelentős javítása, az exportban és importban rejlő lehetőségek és az energiatárolás figyelembevételével a Vision 2040 Hungary forgatókönyv szoftveres elemzése szerint Magyarországon 30 év alatt megvalósítható volna a megújuló energiaforrásokra való teljes átállás. A szoftveres elemzés szerint egy ilyen rendszerben mintegy 90-120 PJ megújuló primer energiát kellene a villamosenergia-termelésben felhasználni, és ezen túl körülbelül 10-15 PJ akár exportálható is lenne.

A Magyar Energetika 2021/2. számában olvasható cikk számos, számításokkal alátámasztott további tényre kitér, a teljes cikk ide kattintva férhető hozzá az előfizetők számára.

Energetika

Hozzászólás

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.


Zoárd | 2021. nov. 4.

Ipari oldalon szánalmasan gyenge a hozzá állás az energiatakarékossághoz, mindent visz a beruházási költségminimalizálás. Épületek tekintetében pedig az alacsony energia és közmű árak miatt nehéz a drágább, de költség és környezetkímélőbb megoldásokat eladni, bár ezen a területen sokkal jobb a helyzet, mint az iparban. Egy jellemző példa, csapadékvíz felhasználásra, hogy a Németországban 5-6 év alatt megtérülő beruházás a Magyar viszonyok között 40-50 év alatt térült volna meg.

Facebook-hozzászólásmodul