Fenntartható napelemes-szivattyús vízenergia hasznosítás elterjedésének vizsgálata egy dombvidéki település példáján a Velencei-tó vízgyűjtőjén

Attila Kálmán; Katalin Bene

doi:10.59258/hk.22211

Kálmán Attila Széchenyi István Egyetem, Közlekedésépítési és Vízmérnöki Tanszék / Vízgazdálkodási Kutatócsoport https://orcid.org/0000-0002-0674-6415
Bene Katalin Széchenyi István Egyetem, Közlekedésépítési és Vízmérnöki Tanszék / Vízgazdálkodási Kutatócsoport https://orcid.org/0000-0001-9285-9477

Kulcsszavak: Vízgazdálkodás, természet-alapú megoldások, vízenergia, fenntarthatóság, megújuló energia, többcélú tározók, érintettek, záportározó

Absztrakt

A Magyarország szomszédjában zajló háború következtében emelkedtek az energiaárak és az ellátási kockázatok, miközben az éghajlatváltozás hatására az extrém aszályos, vízhiányos nyarak konfliktusokat és gazdasági károkat eredményeznek. A hagyományos, fosszilis villamosenergia termelés hozzájárul az üvegházhatású gázok légköri kibocsátásához, amely tovább súlyosbítja az aszályos időszakokat. A Velencei-tó környéki népesség évtizedek óta dinamikusan növekszik, amely változó területhasználatot eredményez. A vízgazdálkodási problémák megoldása akuttá vált, a vízgyűjtő szűkös vízkészlete negatívan hat az ökoszisztémákra, a turizmusra, a mezőgazdaságra és a gazdasági kilátásokra. A dombvidéki településeken növekszik a villámárvizek kockázata, miközben alacsony a vízvisszatartás mértéke, de a telepített napelemes rendszerek aránya jelentősen meghaladja az országos átlagot. A kutatás a megújuló napenergia termelő kapacitások és a villámárvizek visszatartásának komplex vizsgálatát és integrált hasznosítási lehetőségét mutatja be egy dombvidéki település példáján keresztül. Megvizsgáltuk a napelemes kapacitások és a földrajzi adottságokat kiaknázó multifunkciós záportározók közös, többcélú hasznosítási lehetőségeit. Hidrodinamikai modellel vizsgáltuk a szivattyús energiatározó rendszer áramlási viszonyait, valamint azok multifunkciós használatát: csapadékvíz-gazdálkodás villámárvíz-mérsékléssel, évszakon átívelő zöldenergia tározás, mezőgazdasági, vadgazdálkodási, rekreációs és kék-zöld infrastruktúrák integrálása. A tározók tervezése figyelembe vette a földrajzi jellemzőket, a csapadék adatokat és lefolyást, az energiaigényeket, a napelemek teljesítményét. Az integrált rendszer optimalizálása többcélú, fenntartható vízhasználatra és alacsony karbon-lábnyomra történt. Egy dombvidéki település példáján bemutattuk az alacsony szén-dioxid-kibocsátású, költséghatékony, fenntartható vízgazdálkodás és energiatárolás kombinálási lehetőségével elérhető hasznokat. A módszertan elősegíti a fenntarthatósági célok - környezeti, társadalmi, gazdasági – térnyerését, továbbá a csapadékvíz visszatartással és többcélú felhasználásával csökkenti az éghajlatváltozás okozta negatív hatásokat, valamint elősegíti a helyi és regionális fejlődést. Ez az integrált megközelítés és módszertan mintaként szolgálhat más dombvidéki települések számára, valamint szomszédos önkormányzatok együttműködéséhez is.

Szerző életrajzok

Kálmán Attila, Széchenyi István Egyetem, Közlekedésépítési és Vízmérnöki Tanszék / Vízgazdálkodási Kutatócsoport

KÁLMÁN ATTILA okleveles áramlástechnikai gépészmérnöki (BME) és okleveles környezeti közgazdász (Corvinus) diplomái után 2021 óta a Széchényi István Egyetem építőmérnöki PhD hallgatója és a Közlekedésépítési és Vízmérnöki Tanszéken 2022 óta egyetemi tanársegéd. A kutatási területe az integrált települési vízgazdálkodás és a természet-alapú megoldások alkalmazási lehetőségei, a vízérték meghatározása. Az iparban önkormányzatok részére ITVT elkészítését végzi, valamint egészségügyi intézmények vízgépészetével, műtői víztisztító rendszerek fejlesztésével foglalkozik. Mint orvostechnológus, sterilvíz előállító rendszereket tervez és azok gyártását felügyeli. Az idén az MIT (Boston) a témában elért innovációját sikeresnek értékelte, így megkezdheti a prototípus fejlesztését.

Bene Katalin, Széchenyi István Egyetem, Közlekedésépítési és Vízmérnöki Tanszék / Vízgazdálkodási Kutatócsoport

BENE KATALIN okleveles építőmérnök (BME), 1991-ben szerzett MSc diplomát vízépítőmérnöki szakon a University of South Carolina-n, majd ugyanitt 1996-ban PhD-fokozatot. A doktori fokozat megszerzését követően posztdoktori kutatóként és oktatóként dolgozott a University of South Carolina-n. 2011 óta a Széchenyi István Egyetem Közlekedésépítési és Vízmérnöki Tanszékének docense, valamint a Vízgazdálkodási Kutatócsoport vezetője. A VEAB Vízgazdálkodási Munkabizottságának elnöke, továbbá számos hazai és nemzetközi kutatási projekt (Horizon, KEHOP) szakmai vezetője. 2015 óta a Magyar Tudományos Akadémia köztestületi tagja.

Hivatkozások

Abbass, K., Qasim, M.Z., Song, H. Murshed, M., Mahmood, H., Jounis, I. (2022). A review of the global climate change impacts, adaptation, and sustainable mitigation measures. Environmental Science Pollution Resources, vol. 29, pp. 42539-42559, https://doi.org/10.1007/s11356-022-19718-6

Adamkowski, A., Krzemianowski, Z., Janicki, W. (2008). Flow Rate Measurement Using the Pressure Time Method in a Hydropower Plant Curved Penstock. Conference: 7th International Conference On Hydraulic Efficiency Measurements IGHEM, Milan, Italy. https://doi.org/10.1115/1.3078794

Ajayi, O., Ojo, O., Vasel, A. (2019). On the need for the development of low wind speed turbine generator system. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 331, paper 012062, https://doi.org/10.1088/1755-1315/331/1/012062

Ansorena R.R., de Vilder, L.H., Prasasti, E.B., Aouad, M., De Luca, A., Geisseler, B., Terheiden, K., Scanu, S., Miccoli A., Roeber, V., Marence, M., Moll, R., Bricker, J.D., Goseberg, N. (2022). Low-head pumped hydro storage: A review on civil structure designs, legal and environmental aspects to make its realization feasible in seawater. Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 160, paper 112281, https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112281

Ashurov, K.B., Abdurakhmanov, B.M., Iskandarov, S.C., Turdalieva, T.K., Salimboeva, A.M., Adilova, M.M., Abdusaidova, I.J. (2019). Solving the Problem of Energy Storage for Solar Photovoltaic Plants (Review). Applied Solar Energy, vol. 55, pp. 119-125. https://doi.org/10.3103/S0003701X19020038

Bocca R. (2024). Negative energy price record in Europe, and other top energy stories. World Economic Forum, kiadva: 2024. szept. 23, https://www.weforum.org/stories/2024/09/negative-energy-price-record-in-europe-and-other-top-energy-stories/

Chanda, P. (2023). Distributed pumped hydro storage - case study. online: https://energycentral.com/c/cp/distributed-pumped-hydro-storage-–-case-study

Dimitriev, O., Yoshida, T, Sun, H. (2020). Principles of solar energy storage. Energy Storage, vol. 2, e96. https://doi.org/10.1002/est2.96

Feng, B., Zhang, Y., Bourke, R. (2021). Urbanization impacts on flood risks based on urban growth data and coupled flood models. National Hazards, vol. 106, pp. 613-627. https://doi.org/10.1007/s11069-020-04480-0

Flaminio, S., Reynard, E. (2023). Multi-purpose use of hydropower reservoirs: Imaginaries of Swiss reservoirs in the context of climate change and dam relicensing. Water Alternatives, vol. 16(2), pp. 705-729. https://www.water-alternatives.org/

Gonzalez, J.M., Olivares, M.A., Medellín-Azuara, J., Moreno, R. (2020). Multi-purpose Reservoir Operation: a Multi-Scale Tradeoff Analysis between Hydropower Generation and Irrigated Agriculture. Water Resources Management, vol. 34, pp. 2837-2849. https://doi.org/10.1007/s11269-020-02586-5

Gurecky, W., Wang, H., Ou, S. (2022). One Dimensional Penstock Flow Models for Hydropower Digital Twin. United States. https://doi.org/10.2172/1894197

Gutiérrez-Bahamondes, J.H., Mora-Meliá, D., Iglesias-Rey, P.L., Martínez-Solano, F.J., Salgueiro, Y. (2021). Pumping Station Design in Water Distribution Networks Considering the Optimal Flow Distribution between Sources and Capital and Operating Costs. Water, vol. 13, pp. 3098. https://doi.org/10.3390/w13213098

Haasnoot, M., van Aalst, M., Rozenberg, J. Dominique, K., Metthews, J., Bouwer, L. M., Kind, J., Poff, N.L.R. (2020). Investments under non-stationarity: economic evaluation of adaptation pathways. Climatic Change, vol. 161, pp. 451-463. https://doi.org/10.1007/s10584-019-02409-6

Jurasz, J., Piasecki, A., Hunt, J. Zheng, W., Ma, T., Kies, A. (2022). Building integrated pumped-storage potential on a city scale: An analysis based on geographic information systems. Energy, vol. 242, paper 122966. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.122966

Kálmán, A., Bene, K. (2023). Optimized Implementation of Nature-based Solutions for Sustainable Economic Benefits in a Watershed with Water Deficit – a Case Study in Hilly Settlements of Lake Velence. Chemical Engineering Transactions, vol. 107, pp. 265-270.

Kálmán, A., Bene, K. (2025). Multi-purpose Utilization of Rainwater in a Hilly Settlement Near Lake Velence. Machine and Industrial Design in Mechanical Engineering, pp. 910-920. https://doi.org/10.1007/978-3-031-80512-7_89

Kálmán, A., Bakonyi, A., Chappon, M., Bene, K., (2024). Optimizing interbasin water transfer for sustainable energy management and multipurpose water utilization. ISCAME - 10th International Scientific Conference on Advances in Mechanical Engineering, Debrecen, Hungary. https://doi.org/10.4028/p-jaWpD3

Kálmán, A., Bene, K. (2024). Multi-Purpose Utilization of Rainwater in a Hilly Settlement near Lake Velence. Machine and Industrial Design in Mechanical Engineering, KOD 2024: the 12th International Conference, pp. 194-195. https://doi.org/10.1007/978-3-031-80512-7_89

Kishore, R., Marin, A., Priya, S. (2014). Efficient Direct-Drive Small-Scale Low-Speed Wind Turbine. Energy Harvesting and Systems, vol. 1. https://doi.org/10.1515/ehs-2014-0004

Kishore, T.S., Patro, E.R., Harish, V.S.K.V., Haghighi, A.T. (2021). Comprehensive Study on the Recent Progress and Trends in Development of Small Hydropower Projects. Energies, vol. 14, paper 2882. https://doi.org/10.3390/en14102882

Lahlali, R., Taoussi, M., Laasli, S.E., Gachara, G., Ezzouggari, R., Belabess, Z., Aberkani, K., Assouguem, A., Meddich, A., El Jarroudi, M., Barka, E.A. (2024). Effects of climate change on plant pathogens and host-pathogen interactions. Crop and Environment, vol. 3(3), pp. 159-170. https://doi.org/10.1016/j.crope.2024.05.003

Maetens, W., Masante, D., Barbosa, P., Rossi, L., Wens, M., de Moel, H., Van Loon, A., Cotti, D., Sabino S., Anne-Sophie, Hagenlocher, M., Bláhová, M., Blauhut, V., Szillat, K., Stahl, K., Toreti, A. (2024). The European Drought Observatory for Resilience and Adaptation (EDORA). European Commission

Makaremi, Y., Haghighi, A., Ghafouri, H.R. (2017). Optimization of Pump Scheduling Program in Water Supply Systems Using a Self-Adaptive NSGA-II; a Review of Theory to Real Application. Water Resource Management, vol. 31, pp. 1283-1304. https://doi.org/10.1007/s11269-017-1577-x

Mioduszewski, W. (2012). Small water reservoirs – their function and construction. Journal of Water and Land Development, vol. 17, pp. 45-52. https://doi.org/10.2478/v10025-012-0032-x

Mlilo, N., Brown, J., Ahfock, T. (2021). Impact of intermittent renewable energy generation penetration on the power system networks – A review. Technology and Economics of Smart Grids and Sustainable Energy, vol. 6, paper 25. https://doi.org/10.1007/s40866-021-00123-w

Morabito, A., Guilherme, de O.S., Hendrick, P. (2019). Deriaz pump-turbine for pumped hydro energy storage and micro applications. Journal of Energy Storage, vol. 24, paper 100788. https://doi.org/10.1016/j.est.2019.100788

Owusu, S., Cofie, O., Mul, M., Barron, J. (2022). The Significance of Small Reservoirs in Sustaining Agricultural Landscapes in Dry Areas of West Africa: A Review. Water, vol. 14, paper 1440. https://doi.org/10.3390/w14091440

Papadakis, C. N., Fafalakis, M., Katsaprakakis, D. (2023). A Review of Pumped Hydro Storage Systems. Energies, vol. 16, paper 4516. https://doi.org/10.3390/en16114516

Pinke, Z., Ács, T., Kalicz, P., Kern, Z., Jambor, A. (2024). Hotspots in the EU-27 and Economic Consequences of the 2022 Spring-Summer Drought. EuroChoices, vol. 23, pp. 28-33. https://doi.org/10.1111/1746-692X.12423

Putra, Y.S., Noviani, E., Muhardi, M. (2022). Numerical Study of The Effect of Penstock Dimensions on a Microhydro System using a Computational Fluid Dynamics Approach. International Journal of Renewable Energy Development, vol. 11(2), pp. 491-499. https://doi.org/10.14710/ijred.2022.42343

Sharifi, A. (2021). Co-benefits and synergies between urban climate change mitigation and adaptation measures: A literature review. Science of The Total Environment, vol. 750, paper 141642. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141642

Souček, J., Nowak, P., Kantor, M., Veselý, R. (2023). CFD as a Decision Tool for Pumped Storage Hydropower Plant Flow Measurement Method. Water, vol. 15, p. 779. https://doi.org/10.3390/w15040779

Stocks, M., Stocks, R., Lu, B., Cheng, C., Blakers, A. (2021). Global Atlas of Closed-Loop Pumped Hydro Energy Storage. Joule, vol. 5, pp. 270-284. https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.11.015

Thapa, D., Luintel, M., Bajracharya, T. (2016). Flow Analysis and Structural Design of Penstock Bifurcation of Kulekhani III HEP. Conference: Proceedings of IOE Graduate Conference, Kathmandu, Nepal

Woś, K., Rado´ n, R., Tekielak, T., Wrzosek, K., Pieron, Ł., Piórecki, M. (2022). Role of Multifunctional Water Reservoirs in the Upper Vistula Basin in Reducing Flood Risk. Water, vol. 14, paper 4025. https://doi.org/10.3390/w14244025

URL1. E-KOZMU Egységes Elektronikus Közműhálózati Nyilvántartás, online: https://ekozmu.e-epites.hu/ekozmu/#/nyitooldal

URL2. Energy statistics - an overview. European Commission, online: https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=Energy_statistics_-_an_overview

URL3. Groundfos – Szivattyú választó alkalmazás, 2025, online: https://product-selection.grundfos.com/

URL4. HungaroMet, Magyar Meteorológiai Szolgálat adatbázis, online: https://odp.met.hu/

URL5. International Solar Alliance - ISA (2023). World Solar Technology Report 2023”. online: https://isa.int/uploads/publiction_pdf/171992431789dd61fd0137a8789f047aac775c99.pdf

URL6. International Renewable Energy Agency (IRENA): Energy Profile, Hungary. [Online]. https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Statistics/Statistical_Profiles/Europe/Hungary_Europe_RE_SP.pdf

URL7. KDTVIZIG, Közép-dunántúli Vízügyi Igazgatóság, online: www.kdtvizig.hu

URL8. Kékbolygó - Velence-tavi munkacsoport jelentés (2022). Javaslat a Velencei-tó fenntartható vízpótlására. Kék Bolygó Klímavédelmi Alapítvány 2022; online: www.kekbolygoalapitvany.hu

URL9. KSH – Központi Statisztikai Hivatal (KSH), részletes településadattár, online: https://www.ksh.hu/

URL10. Meteoblue, Meteorológiai Adatbázis. online: https://www.meteoblue.com/

URL11. NREL, National Renewable Energy Laboratory: Life Cycle Assessment of New Closed-Loop Pumped Storage Hydropower Facilities, online: https://www.nrel.gov/water/life-cycle-assessment-closed-loop-pumped-storage-hydropower-facilities

URL12. NWRM, Natural Water Retention Measures, online. https://www.nwrm.eu/

URL13. OVA (2018). Országos Vadgazdálkodási Adattár - Velencei vadgazdálkodási tájegység (511). online: http://ova.info.hu/tajegyseg_terv/511_VGTT-20220411.pdf

URL14. SPE (2023). SolarPower Europe, Global Market Outlook For Solar Power 2023-2027, online: https://www.solarpowereurope.org/insights/outlooks/global-market-outlook-for-solar-power-2023-2027

URL15. Statista, Electricity consumption by region, online. https://www.statista.com/statistics/688164/worldwide-consumption-of-electricity-by-region

URL16. VIZUGY, Országos Vízügyi Főigazgatóság – Vízügyi Honlap, Velencei tó. online. https://www.vizugy.hu/index.php?module=content&programelemid=44

URL17. VKKI (2010).Vízügyi és Környezetvédelmi Központi Igazgatóság, 1-14. Velencei-tó. online: http://www2.vizeink.hu/files3/1_14_Velencei_to_VGT_terv.pdf

URL18. Open-Source, QGIC, software version. QGIS-3.28.2-Firenze. online: https://qgis.org/en/site/about/index.html

URL 19. Open-Source, Google Earth, version. GoogleEarth-9.117.0. online: https://earth.google.com/web

URL 20. Bábolna Energiaközösség, online: https://babekenergia.hu/