Használjuk a nap- vagy szélenergiát, amikor van rá lehetőségünk

2020.12.13. 12:34:08Nagy Gábor
322 fő megtekintette a cikket 758 alkalommal.

A megújuló energiákkal kapcsolatos közbeszédben vissza-visszatérő elem – politikusok, energiacégek, de egyes szakértők részéről is –, hogy noha hasznos és jó dolog a tiszta energia, de mi történik akkor, ha nem fúj a szél vagy nem süt a nap? A tradicionális válasz szerint ezért van szükség fosszilis vagy nukleáris erőművekre, ez a narratíva azonban a jelenlegi energetikai rendszerből – és annak korlátozottságából – indul ki, a kifogásokat helyezi középpontba, nem pedig a megoldásokat.

A hálózatba betáplált és onnan elfogyasztott villamosenergia mennyiségnek minden adott pillanatban meg kell egyeznie. Az elmúlt száz évben kiépült villamosenergia-rendszer működési elve, alapja az, hogy ezt úgy éri el, hogy a keresletet minden pillanatban adottnak tekinti, és azt elégíti ki vagy hazai termelésből, vagy importból (amennyiben az import olcsóbb, vagy egyszerűen nem áll rendelkezésre elég hazai termelési kapacitás). A kereslet persze folyamatosan változik, de van egy adott mintázata: éjszaka alacsonyabb, napközben – egy reggeli és esti csúccsal – magasabb, illetve télen általában magasabb, mint nyáron (a nagy hőhullámoktól eltekintve, amikor a légkondik miatt nagyon magas lehet a fogyasztás), hétköznap magasabb, mint hétvégén. A fogyasztási statisztikákból nagy biztonsággal és precízen előrejelezhető, hogy adott időszakban (másnap, de akár napon belül, néhány óra múlva) mekkora energiaszükségletet kell kielégíteni a rendszernek.

Az, hogy mekkora problémát jelent a megújulók időjárástól való függősége, részben a rendelkezésre álló villamosenergia-rendszer függvénye.

A jelenlegi centralizált, jól tervezhető, egy folyamatos alap teljesítményt adó nukleáris energiára vagy szenes erőműre, az ingadozásokat pedig a relatíve egyszerűen akár ki-be kapcsolható, szabályozható mennyiséget termelni képes fosszilis erőművekre építő rendszerekben a nap- és szélenergia által előállított villamos energia – mivel nem egyenletesen áll rendelkezésre – gyakorlatilag zavaró tényező, vagyis a tervezésben és rendszerirányításban kihívást jelent.

Az időjárásfüggés kezelésére – avagy tulajdonképpen egy megújuló energiákra építő villamosenergia rendszer működtetésére – azonban már nagyon is léteznek stratégiák, melyek alapja az energiatárolás, szállítás, többféle energiaforrás együttes használata, melyek kisimítják a tér- és időbeli változékonyságot:

• Használjuk a nap- vagy szélenergiát, amikor van rá lehetőségünk. A megépült erőművek közül a nap- és szélerőműveket a legolcsóbb üzemeltetni, mert nem fogyasztanak tüzelőanyagot és nagyon alacsony a működésükhöz kapcsolódó munkaerőköltség, más szóval a működési határköltségük közel nulla.
• Ne tekintsük adottnak a keresletet, hanem ösztönözzük a fogyasztókat arra, hogy akkor fogyasszanak villamosenergiát, amikor azt olcsón meg lehet termelni, és összességében törekedjenek az energiahatékonyságra.
• Fejlesszük a hálózatot – ide tartozik az elosztói hálózat fejlesztése és okosítása (ez durván leegyszerűsítve az igények jobb mérését és kiszolgálását jelenti, lehetővé teszi a kereslet alkalmazkodását a kínálathoz), valamit a nemzetközi határkeresztező kapacitások, és ezzel az export-import lehetőségek bővítése.
• Fejlesszük a villamosenergia-tárolást.
• Egészítsük ki a rendszert szabályozható, nem időjárásfüggő megújuló erőművekkel (biomassza, biogáz, tározós vízerőmű, geotermikus).

Az összes elem megvalósítását nagy mértékben segíti, hogy a szükséges technológia folyamatosan egyre olcsóbbá és hatékonyabbá válik, ez az első két pont esetében – a nap- és szélenergia terjedésében illetve az energiahatékonyság vonatkozásában – mindenki számára jól látható. Az egyre nagyobb teljesítményű szélturbinák és naperőművek (napelemparkok) telepítésével a fejlett világban mindenütt egyre nagyobb szerephez jut a két legismertebb megújuló energiaforrás (a szélturbinák esetében alig húsz év alatt a többszörösére emelkedett az adott szélerősség mellett kinyerhető energia). Ugyancsak a technológiai fejlődésnek is köszönhetően (led-világítás, alacsonyabb energiafogyasztású eszközök, stb.) egyre könnyebb tudatos fogyasztóként spórolni az energiával, de a fogyasztókat szabályozó megoldásokkal is lehet terelni az olcsó áram felé (ilyen a jelenlegi rendszerben az éjszakai áram).

Magyarország most is az EU legtöbb áramot importáló országai között van – egy megújulókra építő rendszerben ez nem is lenne baj

Bár hazánkban szakértők gyakran hivatkoznak arra, hogy megújulóval nem tudjuk megtermelni az ország ellátásához szükséges árammennyiséget, és ez problémákat fog okozni, elhallgatják azt, hogy Magyarországon az Európai Unión belül most is kiemelkedően magas a nettó áramimport, a fogyasztás kb. egyharmadát importáljuk (és ez mégsem okoz fennakadásokat az áramellátásban).

Egy megújulókon alapuló villamosenergia rendszerben az áramimportnak és exportnak – az ehhez technikailag szükséges határkeresztező kapacitásnak – kiemelkedő jelentősége van. Könnyű belátni, hogy az időjárásfüggő megújulók esetében nagyon fontos a területi diverzifikáció, ami jelentősen csökkenti, simítja az időjárásból fakadó termelési ingadozást. Ha a Kisalföldön éppen nem fúj a szél és nem süt a nap, attól még Szeged mellett teljesen más idő lehet. Minél nagyobb a területi diverzifikáció lehetősége, annál könnyebben kiegyensúlyozhatóak a lokális időjárási anomáliák, ebben pedig méginkább nő az export-import lehetősége: egy integrált európai villamosenergia rendszernek az a nagy előnye, hogy ha itthon éppen nem termelnek az időjárásfüggő megújulók, máshonnan importálni tudjuk az áramot.

Meghatározó ugyanakkor a határkeresztező kapacitás a tárolásban is. A villamosenergia tárolásnak jelenleg legelterjedtebb módja a szivattyús tározós erőmű, melynek működési elve, hogy az éppen rendelkezésre álló többletárammal vizet pumpál fel egy tározóba, amelyet szükség esetén egy turbinára engedve újból áramot állítanak elő.

Az egyes országok villamosenergia rendszerének összekötése határkeresztező kapacitásokkal azért is fontos lehet, mert így férnek hozzá a tározó kapacitással nem rendelkező országok a villamosenergia tározókhoz.

Dániában és Németországban a magas szélenergia arányt például az tette lehetővé, hogy ha fúj a szél és többlettermelés alakul ki, akkor a többletet a norvég szivattyús tározós erőművek tárolják, és az energiát visszaadják amikor éppen kevésbé fúj a szél az Északi-tengeren.

Magyarországon, Dániához hasonlóan, szintén nincs sok lehetőség szivattyús tározós rendszerek építésére, de a környező országok közül Ausztriában és a Balkánon is van erre fizikai lehetőség. A villamosenergia export és import nagyobb jelentősége miatt egy megújulókon alapuló rendszerben magasabb a határkeresztező kapacitás szükséglet, mint egy hagyományos rendszerben.

Energiatárolás: egyre olcsóbb és jobb lesz

De a tárolásnak sok fajtája van. Ezek eltérő szükségleteket elégítenek ki (vannak rendszerek amik csak másodpercekre tárolnak áramot, míg a másik véglet a szezonális tárolás), és jelentős különbségek vannak kapacitásban, hatékonyságban, a technológiai érettség szintjében és költségeik tekintetében. A nagyobb mennyiségű villamosenergia egyéb tárolási technológiájának költsége ma még magasabb, azonban meredeken csökken. 2010 és 2019 között a lítium-ionos akkumulátorok költsége éves szinten 11 és 35% közötti mértékben csökkent, 1100 USD/kWh értékről 156 USD/kWh-ra. A Bloomberg NEF elemzése szerint Európában az új akkumulátoros tárolókapacitás olcsóbb, mint a gázturbinákba történő beruházás és 2024-25 körül a tárolókapacitással kiegészített megújuló rendszerek utolérik a fosszilis energiatermelést költséghatékonyság tekintetében.

És ez csupán a lítium-ionos technológiával foglalkozik, holott az akkumulátor technológia is folyamatosan fejlődik (pl. szilárdtestes akkumulátorok). Külön fejezetet érdemelne a hidrogén, ami hosszabb távú tároló megoldásként is jó (pl. nyáron napelemmel többlet energiából gyártott hidrogénből télen állítunk elő energiát), ráadásul a jövőben könnyebben és olcsóbban lesz szállítható (részben a jelenlegi gázinfrastruktúrát kihasználva, amennyiben azt hidrogén szállítására alkalmassá tesszük). És ne feledkezzünk meg az említett okos hálózatról sem, ami nemcsak a fogyasztók termelésbe való bekapcsolódását, prosumer-ré válását, de akár tárolásba való bekapcsolását is jelenti.

Tartalékkapacitások

A hagyományos villamosenergia rendszereknek is kell rendelkezniük könnyen szabályozható tartalékkapacitással arra az esetre, ha keresleti csúcs, erőmű meghibásodás, hálózatkiesés, stb. történik. Egy nagymértékben időjárásfüggő megújulókon alapuló rendszerben a nagyobb határkeresztező kapacitáson, nagyobb keresleti rugalmasságon és tárolási szükségleten túl adott esetben nagyobb tartalékkapacitásra is szükség lehet.

Ezt a szerepet kezdetben értelemszerűen a már meglévő fosszilis kapacitások fogják betölteni, azonban a villamosenergia rendszer teljes dekarbonizációját úgy lehet biztosítani, ha ezt a szerepet is idővel szabályozható (pl. biogáz vagy biomassza) megújuló erőművek töltik be.

Nem utópia, valóság

Egy ilyen, megújuló energiára épülő rendszer működtetése rendszerirányítási szempontból komoly feladat, de már számos országban/régióban sikerült néhány napos vagy hetes folyamatos időszakban teljes mértékben megújuló forrásokból ellátni áramigényüket. Néhány országban illetve régióban egész évben sikerül a villamosenergia közel 100%-át megújulókkal megtermelni, ami jól illusztrálja az út járhatóságát. 2019-ben Dániában a villamosenergia termelés 70%-a származott megújulóból, Izlandon 100%, Ausztriában pedig 71%. Az egyes országok megújuló energia adottságai eltérőek. Dánia elsősorban szélenergiára épít, Izland vízre és geotermikusra, Ausztria pedig vízre. Egyes régiók is képesek voltak átállni teljesen, vagy majdnem teljesen megújuló energiára. Ezek közé tartoznak Németországon belül Mecklenburg-Előpomeránia és Schleswig-Holstein, Új-Zéland Déli-szigete, a dán Samsø szigete, és a kanadai Quebec és Brit Columbia tartományok. Az első, tisztán megújuló energiával magukat ellátni képes területek, bár nyilván rendelkeznek szerencsésnek mondható adottságokkal, messze nem csupán emiatt voltak sikeresek.

A technológiák fejlődésével a már említett térbeli diverzifikáció mellett felértékelődik a technológiai diverzifikáció is. Ez azt jelenti, hogy nem egyetlen fajta megújuló energiaforrásra támaszkodunk, hanem minél többféle technológiát integrálunk a villamosenergia rendszerbe,

mert így kiegyensúlyozottabbá válhat az energiatermelés, az egyes elemek közötti szinergiák pedig további előnyöket jelenthetnek.

Ez pedig azt is jelenti, hogy az adottságok inkább a domináns megújuló típust, a kiválasztandó, fejlesztendő energiamixet határozzák meg, nem azt, hogy képes-e egy adott ország megújulókból fedezni energiaszükségletét egy integrált európai rendszerbe tagozódva.

Zöldülünk vagy megfővünk

Az emberiség energiaellátásának zöldítése, a megújuló energiákra való átállás, az energiatárolás fejlesztése, az összekapcsolt, rugalmas és decentralizált hálózatok létrehozása kulcsfontosságú szerepet tölt be abban, hogy 1,5 Celsius fok közelében tartsuk a globális felmelegedést a század végéig. A meg nem termelt és el nem fogyasztott energia lesz mindig a legtisztább energia, de természetesen összehasonlíthatatlanul nagyobb felelőssége van a világ kormányainak és az energetikai cégeknek. Az ő dolgukat viszont segíti, hogy a Nemzetközi Energia Ügynökség (IEA), a Nemzetközi Megújuló Energia Ügynökség (IRENA) és számos más jelentős think tank tanulmányai folyamatosan szállítják a modelleket és az egyre egyszerűbben és költséghatékonyabban megvalósítható, megújuló energiára építő forgatókönyveket, amelyek képesek kezelni az olyan, egyes megújulók esetében átmenetileg előforduló időjárási anomáliákat is, mint a dunkelflaute néven is ismert, borult, szélcsendes idő.

Ez természetesen még így is hatalmas beruházásokat igényel, de legalább ilyen fontos a gondolkodásbeli váltás ahhoz, hogy új alapokra helyezzük energetikai rendszerünket, ami bár soha nem látott energiabőséggel ajándékozta meg az emberiséget, de a környezeti-éghajlati felára vállalhatatlan.

Kelemen Ágnes, közgazdász, éghajlat-politikai tanácsadó

 

Pieczka Ildikó, meteorológus, a földtudományok doktora (PhD), az ELTE TTK Meteorológiai Tanszékének adjunktusa

Forrás: https://telex.hu/nevertek/2020/12/12/nem-sut-mindig-a-nap-es-nem-fuj-mindig-a-szel

Kulcsszavak: szélerőmű, zöld_energia, kapacitás, napenergia

Szólj hozzá te is!

Jelenleg még senki nem szólt hozzá a hírhez, légy te az első!