Megújuló energiaforrások ismertetése

Az emberiség és minden élőlény mindig is ki volt téve a természetnek és annak viszontagságainak. Éghajlattól függetlenül alkalmazkodni kellett hol a melegebb, szárazabb, hol pedig a hidegebb és csapadékosabb időjáráshoz.

Az ember életének alapvető szükségletei közé tartozik a víz, az élelem és a tiszta levegő, de ugyanakkor alapvető feltétel a természeti erőktől való időszakos elzárkózás, hiszen a többi élőlényhez viszonyítva az embereknek nincs fedőszőrzetük vagy bundájuk. Ezért elődeink barlangokat vájtak, kezdetleges sátrakat használtak, ahová be tudtak húzódni a környezeti veszélyek elől. Felvetődhetne a kérdés, hogy akkor költözzünk délebbre, ahol a Napnak köszönhetően melegebb az időjárás.

Azonban Földünk egyenlítőjéhez közeledve a napsugárzás már olyan erős, hogy a folyókban és tavakban lévő vizet elpárologtatja, ezért a növényzet sem tud fejlődni, azt nem fogják tudni legelni az állatok, és a sivatagosodás következtében az ember által élhető területek is csökkennek. Ezek természetes folyamatok, amibe mi, emberek, mint a Földünk parányi élőlényei nem szólhatunk bele. Ezért mondják a Kárpát-medencét - amit természetismeret tantárgyból már tanulhattatok -, mérsékelt égövi területnek. A mérsékelt égövben viszont jobban érvényesülnek az évszakok jellegzetes tulajdonságai, azaz így vagy úgy, de szükségünk van a tűzre, és annak melegére. A tűz megismerésével kezdődött meg az igazi fejlődés, aminek elsődleges szerepe az éjszakai vadak elriasztása, valamint a meleg otthon megteremtése volt a cél.

A modern embernek még fontosabb, hogy a tűz melegét tudja hasznosítani, és ne fázzunk hidegebb időjárás esetén. Az elmúlt évszázadban a hirtelen történt technikai fejlődés következtében egyre nagyobb szerepet kapott a tűz energiája, pontosabban a hőenergia, és ebben is elkezdődtek az újítások. Akkoriban még úgy gondolták, hogy Földünk energiatartalékai kifogyhatatlanok, és nem gondoltak a gyerekeikre, unokáikra és a többi felnövekvő generációkra.

Már az én tanulmányaim során is elkezdődtek azok a tanítások, hogy úgy gazdálkodjuk a természeti erőforrásokkal, hogy a jövő nemzedékeinek is ugyanilyen formában elérhető legyen. Idézem a tanáraim szavait: „Úgy éljünk, hogy a Földünket nem az őseinktől örököltük, hanem az unokáinktól kaptuk kölcsön.” Ennek a bölcs mondásnak alapján kell nekünk és nektek is úgy gazdálkodni, hogy a természeti erőforrásokat gazdaságosan használjuk. Évről-évre napvilágra kerülnek olyan találmányok, technikai újítások és felfedezések, amivel az emberiség energiaigényét környezetbarát módon lehet kiszolgálni.

Mire is van szükségünk?

Természetesen a Napra, vízre, élelemre, hőenergiára és villamosenergiára, hogy a echnikai fejlettségi szintünket meg tudjuk tartani. Otthonainkban a hőenergiát eddig különféle kazánokkal, kályhákkal állítottuk elő. Ez sok munkával, kosszal és füsttel járt. Ha távfűtéses házban élünk, akkor meg egy központi fűtőtelepen történt mindez. Manapság már lehetőségünk van arra, hogy új és korszerű berendezéseket használjunk. Vegyük is sorra, hogy miből állítunk elő hőenergiát és villamos energiát, azaz mik az erőforrásaink, azokat miért nevezzünk megújulónak, és milyen berendezésekkel tudjuk hasznosítani az erőforrásokat.

Napenergia

Ha egy tiszta égboltú éjszakán feltekintünk az égre, akkor milliárdnyi csillagot láthatunk. Egyik fényesebb, másik halványabb, de vannak, amik közelebb vannak, és vannak elképzelhetetlenül messze lévő csillagok is, aminek a fényét még mindig látjuk. A legfényesebb csillagot mégis nappal láthatjuk, mert a Földhöz legközelebbi csillag maga a Nap. A saját bőrünkön is tapasztalhatjuk, hogy milyen ereje van a napsugaraknak. Szerencsénkre ezt az emberi léptékkel mérve kimeríthetetlen energiaforrást hasznosítani tudjuk, például napkollektorral.

A napkollektort úgy kell elképzelni, mint egy mini üvegházat. Télen is, ha egy üvegházban tartózkodunk (és süt a Nap), akkor nem fogunk fázni odabent, ezt nevezik (Nap)sugárzási nyereségnek. A napkollektor is ugyanezen az elven működik, csak folyadékot melegít benne a napsugárzás, amit télen is tudunk hasznosítani a házunk fűtésére.

A napkollektorokból a házi kialakításútól, a vákuumcsöveseken keresztül egészen a legfejlettebb csúcstechnológiás szigetelésűig minden kivitel megtalálható. Ezek a berendezések a nyári időszakban annyira felmelegedhetik a bennük lévő folyadékot (vizet, glikolt), hogy felforrhat, amit mindenképpen el kell kerülni.

A napenergia másik hasznosítási lehetősége, hogy elektromos áramot állítunk elő belőle, amit viszont napelemnek, vagy fotovoltaikus panelnak/rendszernek nevezünk. Már láthattatok napelemet számológépben, vagy karórában, autókban, túrafelszerelésekben, lakóautókban, a kerti földbe szúrható lámpákban, vagy a főúton található időjárás figyelő berendezésekben stb. Ezek a napelemek ugyanolyan elven működnek, csak méretükben és a teljesítményükben különböznek. A napelemeket nem csak a modern otthonok háztetőin láthatjuk, hanem úgynevezett napelemparkokban is, amivel az ország villamos hálózatát egészítik ki.

Szélenergia

Ahogy korábban is említettük, Földünk természeti jellemzőit nagymértékben befolyásolja a Nap energiája. A földfelszínt ért napsugárzás egyenlőtlen eloszlása miatt eltérő hőmérsékletű légtömegek helyezkednek el, amelyek egyéb fizikai jellemzői különböznek, így a nyomásuk és sűrűségük is. Ennek hatására alakulnak ki a légkör különböző rétegeiben a légtömegek áramlása, amelyet szélnek nevezünk. Ezen természeti jelenség mindaddig fennmarad, amíg a légtömegek fizikai jellemzői ki nem egyenlítődnek. A szélenergia hasznosítását számtalan helyen megfigyelhetjük. A napjainkban elterjedt berendezések villamos energiát állítanak elő, de vannak szélkerekek, amik vizet szivattyúznak, és vannak szélmalmok is, amelyekkel gabonát őrölnek.

A modern ember igényeihez igazítva elsősorban a villamos energia előállítására terveznek ilyen szélgépeket. A szél sebessége mindig eltérő és mindig változik, egészen az enyhe szélmozgástól a száguldó viharokig. Ezért ezen berendezések tervezésénél nagyon körültekintően kell eljárni, hogy a turbinát tartó torony is ellenálljon a viharoknak, ugyanakkor a szélturbina se károsodjon. A szélturbinák lakossági felhasználása elérhető ugyan, de termelékenységüket az alacsony elhelyezkedésük és a telepítési hely szélsebessége nagymértékben befolyásolja.

Szélerőmű parkok létesítésekor már komplett mérnöki felügyelet alatt biztonságosan üzemeltethetők, és jelentős százalékban hozzájárulnak a tiszta villamos energia előállításában. Hazánkban elsősorban a tanyavilág tudná hasznosítani a lakossági kis szélgépeket, különösen akkor, ha a térségben még nem elérhető a vezetékes villamos energia.

Vízenergia

A napsugárzás hatására a Föld felszínéről elpárolgó víz helyzeti energiája megnövekszik, aminek nagy részét csapadék formájában visszahullva el is veszíti. Azonban nem mindegy, hogy milyen tengerszint feletti magasságban ér földet. Minél magasabban hullik le, annál több energiája marad, és a hegységekből patakok és folyók formájában áramlik a tengerekbe. A víz ezen helyzeti és mozgási energiáját tudjuk hasznosítani.

Hasonlóan a szélenergiához, itt is turbinalapátokra kell vezetni ezt az áramló közeget, aminek átalakított mozgási energiáját már fel tudjuk használni a villamos energiát termelő generátorokban. A villamos energia elterjedése előtt vízimalmokat létesítettek, amikkel gabonát őröltek, itt a kezdetleges gépeket vízkerekeknek nevezték. Ezek a berendezések az adott természetet nem károsították, a patak vagy folyó áramlását csak részben hasznosították.

A múlt században készített hatalmas vízerőművek többsége duzzasztásos elven alapult, aminek következtében a folyók természetes lefolyását völgyzárógátakkal akadályozták meg. A cél az volt, hogy a vízszint különbségét, azaz a víztömeg esési magasságát is hasznosítani tudják. Személyes véleményem alapján ezen tevékenységek nem sorolhatók megújuló energiatermeléshez, mert a völgyzárógátak előtti és utáni területek vízháztartását befolyásolták. Míg a gát előtti területet elöntötte a víz és az ottani élővilág területe csökkent, addig a gát utáni területek a vízhiány miatt változtak meg.

Magyarországi viszonylatban nagy folyóink esési magassága nagyon alacsony, ezért duzzasztásos vagy vízlépcsős vízerőmű létesítése gazdaságtalan beruházás. Az úgynevezett törpevízművek létesítése már megfontolandó, mert hasonlóan a vízkerekekhez könnyebben lehet telepíteni, nem szakítja meg a folyó természetes áramlását, és ezáltal a hajóforgalom akadálytalan mozgása is megmaradhat.

Földhő – Geotermikus energia

A Föld keletkezése óta, annak belsejében hőtermelő folyamatok működnek. A kéregváz alatt a folyékony kőzetek összességét magmának hívjuk, a megtermelt hőenergiát geotermikus energiának. A keletkező hőenergia a magmában és a mélyen fekvő olvadt kőzetekben található radioaktív anyagok bomlásából ered, amelyek felezési idejét figyelembe véve gyakorlatilag korlátlanul rendelkezésére áll az emberiségnek. Ez a folyamat hihetetlen energiával bír, elég csak egy vulkánkitörést látni a híradásokban. Ezen olvadt kőzetek és ásványok folyamatosan átadják a hőt a földkéregnek, de a járatokon keresztül a felszínre is juthat láva formájában, vagy ha a kéreg belső rétegeiben tárolt vizet forralja fel, akkor meg gejzírek alakulhatnak ki.

Magyarország területén világviszonylatban a kéregváz vékonynak számít, ezért is vannak termálvizeink, amiket elsősorban gyógyfürdőkben hasznosítunk. A földalatti ivóvíz készleteinknek is nagyon gazdag ásványi anyag tartalma van, számos hidegvizű forrásból nyert víz gyógyvíz. A vékony kéregváz miatt a felszín alatt 100 méter mélyre lefúrva már kb. 15°C-os hőmérsékletet találunk (ezt tudományosan sekélyszondának hívják, mert vannak sokkal mélyebb fúrások is).

A szakirodalom függőleges elhelyezésű és vízszintes elhelyezésű szondákat különböztet meg, ezek kiegészítéseként meg lehet még említeni a felszíni vizek hőmérsékletét hasznosító kútrendszerű szondákat. Rendszerüket tekintve lehetnek nyitott és zárt rendszerű megoldások.

•    A vízszintes elhelyezésű kollektorokat, a talaj felszíne alatt mintegy másfél méter mélyen építik ki. A zárt rendszerű csőhálózat a felszín közeli földrétegből nyeri ki a fűtéshez hasznosítható hőenergiát. A telepítésénél ugyan nincs szükség engedélyek beszerzésére, de a hasznosítható hő számos tényezőtől függ. A napsugárzás, a széljárás, az évszak mind-mind jelentős hatással van a talaj hőmérsékletére, így a kinyerhető hőenergia mennyiségére is. Az időjárás változatossága, továbbá a telepítéshez szükséges nagy területre kiterjedő földmunka, és a működés során a növényzetre gyakorolt hatásuk miatt meggondolandó az alkalmazásuk.

•    A függőleges szondák telepíthetősége függ a talaj szerkezetétől, a fúrás költsége jelentős anyagi ráfordítást igényel, és egyben engedélyhez kötött tevékenység. A geotermikus szondákat a talajba fúrt 70-110 méteres furatokba helyezik el, hasonlóan a talajkollektorhoz, ehhez a megoldáshoz is műanyag csöveket használnak. Előnyei közé sorolható, hogy szinte bárhova telepíthető, a működési jellemzői lényegesen jobbak, a vízszintes szondákhoz képest. A „bányászható” hő egész évben állandónak tekinthető, a szondák működése nincs hatással a növényzet gyökereire, és független az időjárás váltakozásától. A szondákhoz fúrt „kutak” mélysége a felszín alatti vízrétegeket is érintheti, ezért a zárt rendszertől függetlenül kötelező olyan fagyálló folyadékot alkalmazni, amely a környezetre ártalmatlan. A munkaközeg általában víz és propilénglikol keverék.

•    A kútrendszerű szondákhoz már vízjogi engedély beszerzése szükséges különösen, ha termálvíz hőhasznosításáról van szó. Ehhez a megoldáshoz két kút fúrása szükséges, az elsőből a víz hőenergiáját nyerik, míg a másikon a kitermelt vizet vezetik vissza. A jogszabályok alapján a víz oldott ásványi anyagtartalmat megváltoztatni nem szabad, ezért nagy odafigyelést és gyakori karbantartást igényel ez a megoldás.

•    A felszíni vizek kollektoros megoldásai ugyan működőképesek, de lényegesen rosszabb hatásfokkal tudnak üzemelni, mint a fentebb sorolt megoldások. További hátrányai közé tartozik a környezetre gyakorolt hatásuk, amely nyáron a tó vizének túlzott párolgása (épülethűtés esetén), valamint téli üzemnél (fűtési időszakban) a tó teljes befagyása. Halastavakba ezért kifejezetten tilos kollektoros rendszert telepíteni, mert a hőmérsékleti hatása miatt a halállomány kipusztulhat.

Szerző: Soós Károly Csaba, okl. energ. gépészmérnök
Lektor: Soós Katalin, okl. építészmérnök

Kapcsolódó cikk:
KEHOP-5.4.1-16 pályázati támogatást kaptunk
Klímatudatosság és fenntartható Élet