Lehetőségek az energiaválság csökkentésére intézmények esetében
2023. december 20. |
Dr. Barcsik József |
|
0 |
Az orosz – ukrán háború kapcsán az Európai Unió által bevezetett szankció hatásaként a földgáz ára jelentősen megnőtt. Milyen technikai lehetőségek kínálkoznak a földgáz felhasználás és ezzel összhangban a fűtési költségek csökkentésére intézmények esetében? A legegyszerűbb lehetőség, ha a kazánházban a gáztüzelésű kazánok mellé pellet, faapríték vagy tűzifa tüzelésű melegvizes kazánokat építenek be, amelyek fedezik az intézmény fűtési alapterhelését. A szerző a cikkben összefoglalja a tűzifa tulajdonságait és különböző felhasználási módjait, majd több példával szemlélteti a központi fűtési kazántelepek átalakítását. Vannak olyan bemutatott helyek, ahol a földgázt hőszivattyú alkalmazásával teljesen kiváltották. Másutt a biomasszára alapozott falusi távfűtési rendszert alakítottak ki. A harmadik bemutatott csoport esetében termálkút fúrásával oldották meg a hőellátást.
Az orosz – ukrán háború kapcsán az Oroszország ellen az Európai Unió által bevezetett szankció hatásaként a földgáz ára jelentősen megnőtt. Az Oroszország felől érkező – a Törökország – Bulgária – Szerbia tranzitvezetéken – és az Ausztria felől jövő földgáz mennyiséggel sikerül feltölteni a földalatti gáztárolóinkat és a kormányzat más irányból történő beszerzésekre is törekszik.
Az intézmények felmérték, hogy fatüzelésű kályhákat tudnak-e használni az épületeik fűtése során. Ennek kapcsán ismerniük kell, hogy a „volt” kémények milyen állapotban vannak, alkalmasak- e a keletkezett égéstermék elvezetésére vagy a felújításukat el kell végezni.
A fatüzelésű kályhák mennyiségének (db) ismeretében számolható ki az üzemeltetésükhöz szükséges tűzifa-mennyiség [t/év]. Erre csak a megfelelő nedvességtartalmú fa alkalmas.
Az elmúlt tél megmutatta, hogy a lakosság is törekszik – ahol tud, elsősorban a falvakban – a földgáz – fűtési célú – kiváltására tűzifa felhasználásával. A tűzifa ára nem hatósági áras, ezért az ár a piaci viszonyokhoz igazodik.
A tűzifa tulajdonságairól
A frissen kivágott fa tömegének a felét víz adja. Ha egy éven át – szellős helyen – tároljuk a fát és már teljesen száraznak tekintjük, ennek ellenére a tűzifa még mindig mintegy 15 …. 20% nedvességet tartalmazhat.
Fontos tényként kezelhetjük, hogy a frissen kivágott fa vagy a helytelenül tárolt fa víztartalma nagy, ezért ezeket nem szabad eltüzelnünk.
Tudomásul kell vennünk, hogy a fa csak akkor ég el, ha a benne lévő vizet előbb eltávolítjuk, „kifőzzük” belőle. Az eljárás során minden liter eltávolításához kb. 700 [Wh] energiára van szükség. A fából a hőtermelés során kiválasztott víz gőz formájában a kéményen át a levegőbe távozik.
Vegyük sorra a teendőinket! A tűzifát szakszerűen kell tárolnunk, ennek során a nedvességtartalma 15-20%-ra lecsökken.
A víztartalom nemcsak a fa fűtőértékét csökkenti, hanem az égéskamra hőmérsékletét is. Ez azt hozzá magával, hogy az égési folyamat nem lesz tökéletes és a fa néhány összetevője nem ég el és így távozik el a szabadba. Az égéstermék egy része kiválik a kályha, a kémény falán korom vagy akár kátrány formájában. Ez többlet munkát jelent a koromtalanítás során. A levegőbe kijutott korom és egyéb el nem égett részecskék szennyezik a bennünket körülvevő környezetet.
Mit tegyünk, hogy ezt elkerüljük?
A tűzifát szárítsuk ki a helyes tárolással. A keresztrakat alkalmas az 1 m hosszú hasábok tárolására. A rakatot – eső ellen – fedjük le pl. bitumenes hullámlemezzel. A szárítás során a tűzifa alig veszít a térfogatából (kb. 10%- ot), míg a víztartalma jelentősen lecsökken, max 40%-kal. Célszerű létesítenünk egy rakodóteret, ahol az éves tűzífa igényünk másfélszeresét tárolni fogjuk.
A fa a következő vegyi elemeket tartalmazza:
szén kb. 50%
oxigén kb. 43%
hidrogén kb. 6%
kis mennyiségben nitrogén és éghetetlen anyagok.
A fa ként nem tartalmaz, ezért az elégésekor alig keletkezik mérgező gáz, amely a környezetünket szennyezné.
Az 1. táblázat egyes fafélék fűtőértékét tartalmazza (a légszáraz fa fűtőértéke, nedvességtartalma az abszolút tömeg 15…18%-a).
1. táblázat. Az egyes fafélék fűtőértékének alakulása
Fafajta
A vastagfa fütőértéke [MJ/ kg]
Gyertyán
15,1
Bükk
15,1
Tölgy
15,1
Kőris
15,1
Akác
14,8
Nyír
15,5
Fűz
14,8
Nyár
15,1
Lombos átlag
15,1
Vörösfenyő
15,8
Lucfenyő
15,8
A faaprítékról
A géppel aprított fadarabokat fedett helyen tárolják (1. kép). Az ún. faaprítékot elsősorban automatizált fafűtéses kazánberendezésekben és előkályhás tüzelési rendszerekben használják. A hagyományos fafűtéses kályhákban elvárás, hogy a faaprítékok ne legyenek 6 cm-nél kisebbek.
1. kép. A faaprítékot fedett helyen kell tárolni
A fabrikettről
Fából préseléssel különböző formákat – tojás, téglalap stb. – gyártanak. Kiszerelve pl. zsákokban megvásárolhatók. Nagyivánban nádból készítenek brikettet (2. kép).
2. kép. Nagyivánban a brikettet nádból állítják elő
A pelletekről
A pellet is fából készült, fűrészforgácsokból, fűrészporból, fadarabokból és fakéregből nagy nyomással összesajtolt termék. Az anyag sűrűsége nagy, 1-1,4 g/cm³. A pellet fő ismertető jelei összefoglalva a következők:
sima, fénylő felületű,
a felületén kevés repedés látható, ezért a lemorzsolás alig tapasztalható,
a méretei egyenletesek,
a vízbe dobott pelletek nem úsznak a víz felszínén.
A pellet és a faapríték az automata tüzelésű kazánok kedvelt tüzelőanyaga.
A földgázválságról
Visszatekintve, hazánk nem most néz szembe először a földgázválsággal. Legutóbb 2009. januárban az Oroszország és Ukrajna közötti árvita kapcsán szünetelt a gázszállítás az orenburgi gázszállító-vezetéken. Ennek következményeként Magyarországon is földgázellátási gondok jelentkeztek. Hazánkban az ebben az időszakban elrendelt gázkorlátozás az 500 m³/h teljesítmény feletti fogyasztókat érintette. A teljes időtartam alatt az ún. I. kategóriájú korlátozás az erőművekre és a nagyobb ipari fogyasztókra terjedt ki. A földgázellátási gondok miatt a korlátozást január 7-én és 8-án a II. kategóriára is kiterjesztették. A hazai jelentős földalatti gáztároló kapacitás kitárolásának – 53 millió m³/nap – köszönhetően a lakosság és a kommunális fogyasztók korlátozására nem került sor. Közismert, hogy a városok, valamint a községek intézményeinek többségében egyedi és/vagy gáztüzelésű melegvizes központifűtési rendszereket üzemeltetnek. A növekvő gázárak következtében egyre jelentősebb tételt képviselnek az intézmények költségvetési tételeiben. Az esetleges földgázkorlátozás az bölcsődék, óvodák és az iskolák, valamint a polgármesteri hivatalok normális működését befolyásolja, mert télen – megfelelő – fűtés nélkül lehetetlenné válik ezeknek az elvárt üzemeltetése.
Milyen technikai lehetőségek kínálkoznak a földgáz felhasználás csökkentésére és ezzel összhangban a fűtési költségek csökkentése érdekében? Természetesen figyelembe kell vennünk azt, hogy a környezetünk terhelése ne növekedjék. Tekintsük át a lehetőségeket a teljesség igénye nélkül.
Központi fűtésű kazántelepek átalakítása
A legegyszerűbb lehetőség, ha a kazánházban a gáztüzelésű kazán(ok) mellé pellet, faapríték vagy tűzifa tüzelésű melegvizes kazán(ok) kerülnek beépítésre, amelyek „elviszik” az intézmény fűtési alapterhelését. Ha az időjárási körülmények indokolják – csökken a külső hőmérséklet –, akkor beüzemelik a gáztüzelésű kazánokat és ezek rásegítenek a szilárd tüzelésű rendszerre. Ezt a módszert 2009-ben már sikerrel alkalmazták a fűtési szezonban, például az örményesi önkormányzat egyik intézményénél (3. kép).
3. kép. Örményesen a gáztüzelésű kazán mellé fatüzelésű kazánt szereltek be
További lépéseket tehetünk az eltüzelt fűtőanyag mennyiségének a csökkentésére:
szereljünk fel a hőleadóink belépő csonkján termosztatikus radiátorszelepeket,
egy termosztát beszerelésével beállíthatjuk, hogy a gáz-, a faapríték- vagy a pellet tüzelésű kazánunk reggel mikor induljon el és délután mikor álljon le, ezzel az emberi tényezőt „kikapcsolhatjuk” a folyamatból.
A földgáz teljes kiváltásáról
Hogyan tudjuk a földgázfelhasználást teljesen kiváltani? Bemutatok be erre egy Szolnokon üzemelő példát. A Tiszaligetben a Szolnoki Főiskolának egy új épületet építettek. Az épület központi fűtési rendszerét a tetőtérben elhelyezett földgáztüzelésű melegvízkazánokkal biztosították. Néhány év múlva pályázati támogatással, megfelelő számú talajszonda telepítésével hőszivattyús rendszert alakítottak ki és ezzel a földgázkazánok kiváltásra kerültek. Ezt követően néhány éven belül az épület – napjainkban a Debreceni Egyetem Campusa – tetőszerkezetére, valamint a lefedett gépkocsi parkoló tetejére napelemeket szereltek fel (4. kép), a Széchenyi tervből kapott 108,68 millió Ft támogatással és ezzel a villamosenergia igényük egy jelentős részét a megújuló energiából biztosítják.
4. kép. Az épületre szerelték fel a napelemeket
Falusi távfűtési rendszer kialakítása
A távfűtés az a fűtési mód, amellyel a fűtési hőenergiát – forróvizet vagy a melegvizet – nem a felhasználás helyén, hanem egy hőtermelő központban állítják elő és csővezetéken juttatják el az egyes fogyasztókhoz. A távfűtés jelentőségét növeli az a tény, hogy a fűtés mellett a fogyasztók használati melegvíz igényét is ki lehet elégíteni. A kazán üzemeltetésével, karbantartásával a fogyasztónak nem kell foglalkoznia.
A távfűtési rendszer három fő részből áll:
a hőtermelő központ,
a hőszállító vezetékhálózat,
a hőátvevő központ(ok).
A távfűtések hőtermelő központjaiban a település – lakossági és intézmények – fűtési és használati melegvíz igényének kielégítésére termelnek hőenergiát, melegvíz (vagy forróvíz) formájában. Ehhez
megfelelő teljesítményű kazántelep szükséges, amely tartalmazza az üzemeltetéshez szükséges biomassza – faapríték, szalmabála – tárolókapacitást is, és/vagy
megfelelő kapacitású termálkút, amelynek geotermikus hőtartalma biztosítja részben, vagy teljesen a hőigényt, és/ vagy
biogáz – vagy biodízel – motor, amelynek üzemeltetése során keletkező hulladékhőből lehet melegvizet előállítani.
A termelt melegvizet egy szivattyúval keringtetik a településen lefektetett hőszigetelt csővezetéken, az ún. hőszállító vezetékhálózaton a hőátvevő központokig.
A hőtermelő központokban a hőenergia egy részét napkollektorokkal is lehet pótolni, kisegíteni.
Az egyes fogyasztóknál – a lakossági, kommunális hőátvevő központokban – egy lemezes hőcserélőt szerelnek be. Ennek a primer oldalán a fogyasztónak leadják a hőt, a másik, a szekunder oldalon a fűtési melegvíz felmelegszik és a keringető szivattyú eljuttatja a radiátorokba a hőt. Ezeket, mint már erre utalás történt, termosztatikus szelepekkel célszerű felszerelni.
Fontos, hogy minden fogyasztónál a primer oldalon hőmennyiségmérő kerüljön felszerelésre, a reális elszámolás érdekében.
A távfűtő rendszerek megvalósításának feltételei
A helyi feltételektől függően ki kell alakítani a hőtermelő központot, a hőszállító vezeték hálózatot és a hőátvevő központokat. Ennek a beruházási költségét – a külföldi gyakorlat szerint – részben egy pénzügyi finanszírozó, részben a lakossági és a kommunális fogyasztók fedezik.
A hőtermelő központokban beépített kazánok tüzelőanyagát – a biomasszát – hosszútávú szerződésekben kell biztosítani, a stabil üzemvitel érdekében.
Hazánkban Pornóapátiban építettek ki ún. falusi távfűtési rendszert, ahol szenet, tűzifát, PB gázt és villamos energiát váltottak ki biomasszára, amelyet az osztrák példa alapján alakítottak ki. Ausztriában ugyanis a biomasszára alapozott falusi távfűtés terjedt el.
A geotermikus energiáról
A geotermikus energia a természetes energiaforrások csoportjába tartozik. Eredete szerint földhő. Nagyon lényeges, hogy a geotermikus energia hazai energiaforrás. Fűtési célú felhasználásával földgáz takarítható meg. A hazai geotermikus energiahordozó hévizek termelését és hasznosítását az ország kedvező geotermikus és hidrogeológiai adottságai határozzák meg.
5. kép. Visszasajtoló kút fúrása Szolnokon a MÁV Kórházban 2011-ben
A kitermelt hévíz esetenként oldott szénhidrogén gázokat, valamint széndioxidot és nitrogént is tartalmazhat, amelyet felhasználás előtt el kell távolítani egy gáztalanító segítségével. A kinyert gáz gázmotorokban történő hasznosítását villamosenergia- termelésre – összetételétől és mennyiségétől függően – célszerű és szükséges vizsgálni, mérlegelni.
Több éve hasznosítják a termálvíz ún. kísérőgázát villamos energiatermelésre Berekfürdőn, Jászapátin, Karcagon, Kisújszálláson és Tiszaföldváron is.
A termálvíz kutak üzemeltetési tapasztalatai azt mutatják, hogy az idő függvényében a termelés változását követően a vízkőkiválás megindul, amelyre az üzemeltetőnek fel kell készülnie. Energetikai célra fűtésre, használati melegvíz előállításra elsősorban az 55 °C feletti hőmérsékletű hévizek alkalmasak. A termálvíz hőenergiáját direkt vagy indirekt módon – hőcserélővel – adhatja át a fűtési rendszernek hasznosításra. Napjainkban korszerűnek a kétfajta rendszer közül már csak a közvetett rendszert tekinthetjük.
A közvetett rendszer előnyei – többek között –, hogy
„védi” a fogyasztói rendszert a vízkőkiválás kellemetlen hatásaitól,
előforduló vezeték – primer vagy szekunder oldal – meghibásodás (lyukadás, törés) esetén egyszerűbb a kiszakaszolás,
alacsonyabb termálvíz hőmérséklet esetén a rendszerbe hőtermelő egység, gáztüzelésű – földgáz, propángáz – kazán építhető be, amely biztosíthatja az igény szerinti előremenő víz hőmérsékletének az elérését,
a termálvíz a hőenergiáját leadva vegyileg tiszta marad,
egyrészt alkalmas lesz balneológiai-gyógyászati célokra,
másrészt visszasajtolható a termelő rétegbe és ezzel megújul a termálvíz energiája.
A visszasajtolással a vízadó réteg energiája fenntartható a termelés során. A visszasajtolásnak folyamatos villamos energia költsége jelentkezik, amely növeli a szolgáltatás költségeit. Ezt a rendszert alkalmazva tekinthető csak a geotermikus energia megújuló energiaforrásnak, ugyanis a termelő réteg az idő folyamán kimerülhet.
A környezetvédelmi előírások jelentős mértékben befolyásolhatják a teljes beruházás gazdaságosságát (kötelező visszasajtolás).
Magyarország jelentős olyan szénhidrogénre meddő kútállománnyal rendelkezik, amelynek nagy része termálvíz termelésre átképezhető. Mivel ezeknek a kutaknak a lemélyítése már korábban megtörtént, így termálkúttá történő átépítésük költsége nagyságrenddel kisebb, mint egy új kút fúrása.
Az előzőket alapul véve legnagyobb esélye a termálenergia komplex hasznosításának a fűtés-balneológia és a kísérőgáz gázmotorban való felhasználásában jelentkezik.
Abban az esetben, ha a lehűlt termálvizet fürdőmedencékbe vezetik, akkor ezt követően a visszasajtolási „kényszer” már természetesen elmarad. Szennyezett vizet ugyanis nem szabad a vízadó rétegbe visszajuttatni.
A termálvízre alapozott távfűtési rendszernél fel kell készülni a termelőkút esetleges üzemzavarára is. A tapasztalatok szerint a hőközpontba egy megfelelő teljesítményű kazánt építenek be, amely csak a csúcshőigény biztosítására lesz képes. A kazán tüzelőanyagaként a kialakított infrastruktúra következtében földgázt vehetünk figyelembe. Ezt a tényezőt a tervezés során okvetlenül vizsgálni szükséges.
Természetes, hogy a fogyasztóknak az átállás akkor rentábilis, ha a csatlakozási költség havi összege és a mérés alapján fizetett fűtési költség kisebb, mint a mindenkori gázköltség lenne. A távfűtő rendszerek beruházásakor elsősorban mérlegelendő szempontnak tekinthető az együttesen jelentkező teljesítményigény és a hősűrűség.
Jászkiséren 1983 óta termálvízzel fűtik a település intézményeit. A kisváros határában lévő – meddő olajipari – termálkúttól vezetéken jut el a termálvíz közvetlenül az intézmények – iskolák, óvoda, városháza – radiátoraiba és a hőtartalmát leadott, lehűlt termálvíz a település mellett lévő természetes tárolóba jut.
Sikerrel üzemel több éve többek között Hódmezővásárhelyen, Szentesen, Veresegyházán és Szegeden is stb. a termálvizes fűtési rendszer.
Tiszaföldváron a középiskola kollégiumát termálvízzel fűtötték.
Szolnokon a MÁV Kórházban 2012 óta hasznosítják a termelő és a visszasajtoló termálvizes rendszert, amelynek kialakításával az eredetileg földgáz tüzelésű felhasználást jelentős mértékben csökkentették.
Szolnokon a Víz – és Csatornamű központi telepén az épületek fűtésére termálvízet használnak fel. A termálkút fúrására – az azóta megszűnt Damjanich Uszoda – miatt került sor.
Használati meleg víz előállítása
A földgázzal ellátott fogyasztók a használati melegvizet előállíthatják
átfolyós vízmelegítővel,
kombi gázkazánnal,
tárolós vízmelegítővel.
A földgáztól való függetlenség érdekében a következő műszaki lehetőségek kínálkoznak:
napkollektorok beépítése Az intézmény használati melegvíz igényétől függően megfelelő teljesítményű napkollektor, megfelelő tárolóval nyáron akár biztosíthatja az intézmény fogyasztóinak használati melegvíz igényét. Fontos, hogy zsinórfogyasztói kört, pl. kórházat találjanak, ahol a használati melegvíz fogyasztás állandónak tekinthető. A napkollektorokat – megfelelő kapcsolással – összeépítve a fűtést biztosító pellet-faapríték tüzelésű kazánnal biztosítani lehet ősztől tavaszig a Napból érkező hőenergia hasznosításának a lehetőségét a fűtés, illetve a használati melegvíz rásegítésére.
kombi pelletkazán alkalmazása Egyes pellet és a faapríték tüzelésű kazánok kialakításuknál fogva alkalmasak használati melegvíz előállítására is. Ha ilyen típusú kazán kerül beépítésre az intézmény kazánházába, akkor a fűtési célú földgáz felhasználás kiváltásával egyidejűleg a használati melegvíz termelésére fordított földgáz mennyiség is megszűnik a fogyasztónál.
gázmotorok hulladékhője A biogáz, vagy a földgázüzemű gázmotorok teljes kihasználtsága akkor valósulhat csak meg, ha a felmelegedett hűtőfolyadék hőenergiáját hasznosítják. A visszahűtés során használati melegvizet állítanak elő – ezt egész évben fel lehet használni – vagy csak a fűtési energia termelésébe segít bele, de ez csak féléves időtartamot jelent.
A helyi villamosenergia-termelés növelése
Tudjuk, hogy az intézményeink üzemeltetéséhez szükségünk van villamos energiára, amelyet pl. világítási és villanymotorok meghajtására stb. használunk fel. Ezt a szükséges mennyiséget (kWh) legtöbb helyen egy áramszolgáltatótól szerződés keretén vásárolják meg, amelyért a fogyasztás függvényében fizetni kell. Az energiaválság a villamos energiát is érinti. Hogyan tudunk függetlenedni a villamosenergia-szolgáltatótól. Mondhatnánk azt, hogy egyszerűen. Napelemes rendszereket kell telepítenünk az épületeink tetejére. Szolnokon pl. már számos iskola tetején napelemek termelik a villamos energiát. A tapasztaltakon felbuzdulva napjainkban további intézményeken is folytatják a sikeres akciót.
Jászkiséren – pályázati úton nyert támogatásból – az iskola udvarán építettek meg egy napelemes rendszert. Újszilváson egy napelemparkot építettek fel 2011-ben.
Összefoglalás
Tudjuk, hogy a közületeknek elsőrendű szempont a fűtési célú és a használati melegvíz előállítási költségeinek, valamint a felhasznált villamos energia csökkentése mérséklése. A fűtéshez, a HMV előállításához földgázt használnak fel. A cél ennek az energiahordozónak a csökkentése.
Úgy vélem, az elemzések szerint a közületek, a kommunális fogyasztók területén is adottak a műszaki lehetőségek a földgáz felhasználás mérséklésére, vagy akár a teljes kiváltásra is a fűtés célú és a használati melegvízellátás területén. El kell végezni egy gazdaságossági számítást, amely az átalakítás megtérülésére választ ad.
Az energiahordozó csere a felhasználónál üzemeltetési költségcsökkentést eredményez. Az átállás során kivitelezői, szerelő igény jelentkezik, nő a munkaerő szükséglet. A pellet, a fabrikett és a faapríték előállítása szintén kedvezően hat a munkaerő felvevőpiacra. A termálvíz, a pellet, a faapríték és fabrikett felhasználása csökkenti a környezetterhelést a jelenlegi állapothoz képest.
Fontos szempont, hogy a szükséges villamos energia egy részét saját magunk állítsuk elő, ezzel csökkentsük a villamos energia számlánkat. A válaszok tehát ismertek, a feladat, hogy ezek meg is valósuljanak. Érdemes a közületek, intézmények vezetőinek átgondolniuk az energiagazdálkodás hatását a költségvetésükre és annak figyelembe vételével hozzák meg döntésüket, különös tekintettel a kialakult gáz- és villamosenergia-válság által okozott helyzetre.
A fotók a szerző felvételei.
Felhasznált irodalom
Hans – Peter Ebert: Fatüzelés, CSER Kiadó, Budapest, 2007
Reihard Hoffmann: Hőszivattyús fűtések, CSER Kiadó, Budapest, 2011
