A napenergia hasznosításáról

(PE-Energia Akadémia 234)
Az ENSZ-klímacsúcs (2019. szept. 23-28.) előtt és alatt meglódultak a megújuló villamosenergia-termeléssel kapcsolatos víziók. A német szövetségi kormány 19 órás ülés után közzé tette, hogy 2030-ig a szén-dioxid csökkentésére tett korábbi 40 %-os vállalását 55 %-ra emeli. Igaz, hogy az utóbbi években egyáltalán nem sikerült csökkenteniük a szén-dioxid kibocsátást, hát e blamázst kompenzálni kellett egy olyan vállalással, amelynek teljesítését szerintem ők sem vehetik komolyan. De hát hol lesznek már ők 2030-ban. Addigra az egész, illúziókra épített klímapolitika megbukik.

Természetesen mi, már, mint Magyarország sem maradhatott ki a klímalázból. Sorra naperőműveket és akkumulátoros energiatárolókat avatunk. Hurrá! A jövőben a villamos energia igényeket alapvetően atomenergiából és napenergiából kívánjuk fedezni. Mármint ők.

Áder János köztársasági elnök úr, aki a klímavédelem elkötelezettje, a klímacsúcs előtt kijelentette, és a klímacsúcson felszólalásában megerősítette, hogy 2030-ig Magyarország villamosenergia-termelése 90 %-ot meghaladóan szén-dioxid mentes lesz. Tízszeresére növeljük a napelem-kapacitást (7000 MW-ra) és megszűnik a szénalapú energiatermelés.

Hát hogyan is néz ki az a fránya naperőművi áramtermelés az alábbi ábra alapján.

Németország 2019 szeptemberi naperőművi áramtermelése

A felső függvény a naperőművek összes teljesítményének a változását szemlélteti („napáram tüskék”). Nappal termelnek a nap sugárzási intenzitásának megfelelően, ill. a felhősödéstől függően, éjszaka pedig pihennek. A beépített teljesítőképességük (kapacitásuk) a felső piros vonallal jelzetten, és az alsó táblázat szerint elérte már a 48 652 MW, azaz a 48,652 Gigawatt (GW) értéket. Összevetésül: a németországi éves teljesítmény csúcsigény 75-80 GW körül mozog. A naperőművi maximális teljesítmány a hónap során (szept. 22) néhány percre csupán 23,389 GW (48,2 %), a nappali minimális teljesítmény 7,5 GW (szept. 09. – hiszen az igazi minimum éjszakánként 0 GW). Az átlagos teljesítmény mindössze 4,966 GW, azaz  10,2%, ami az áramtermelésben rendkívül alacsony kihaszálásnak számít. Ezt igazoja a táblázat legalsó sorában olvasható teljes havi energiatermelés  adata (3576 GWh) is. De hasonlóan árulkodik a jobboldali táblázat azon adata, mely szerint a hónap során a naperőművek a kapacitásuk 40 %-a felett mindösszesen csak 26,25 órát (3,6%) üzemeltek. Mint erőműves szakember az ilyen műszaki mutatókkal rendelkező létesítményeket csak a definíció alapján fogadom el erőműnek, mert olyan „lőreerőművek” (kérdezem a borászokat: a lőre is bor?). A fogyasztók számára igazán hátrányos a helyzet, mert a naperőművek támogatása növeli a lakóssági áramárat, de hát ők ezt nem tudják. A naperőművek önmagukban nem piacképesek. Ugyanis majd ki építse meg a szükséges naperőművi kapacitásokat és az energiatárolókat, hogy a fogyasztókat minden időben el lehessen majd látni, akkor is, ha nem süt igazán a nap. Ugyanis az hangzott el, hogy a  2030 után alapvetően atom- és naperőművekkel fogjuk megtermelni a villamos energiát.

Megalapozottan feltételezhetjük, hogy az atomerőművünk továbbra is az un. alaperőművi funkciót fogja ellátni, amint ma is. Ha reálisan számolunk, az új atomerőművi blokkok (2×1200 MW) késésével, akkor 2030 után hosszabb távon eltekinthetünk a jelenlegi blokkok és az új blokkok párhuzamos üzemétől. Az előzetes számításhoz feltételezzük, hogy az áramigény harmadát az atomerőmű fedezi, tehát kétharmadát a naperőműveknek kell ellátni, ill. egy részét importáljuk. Számítsunk 25 %-os importhányaddal, tehát a naperőművekre marad 42 %. Most az ország éves villamosenergia-igénye 45,5 terawattóra (TWh), azaz 45 500 gigawattóra (GWh). 2030-ra, évi 1,5%-os növekedéssel kereken 50 TWh igény adódik. Tehát a naperőművektől elvárás, hogy évi 21 TWh villamos energiát termeljenek. Kérdés, hogy ehhez mekkora naperőművi teljesítőképességre, ill. mekkora energiatárolási kapacitásra lesz majd szükség.

Mielőtt ezekre a kérdésekre válaszokat keresünk, tisztáznunk kell, hogy milyen stratégiát akarunk követni. Egy megbízhatóan termelő erőműrendszerben (normál üzemben) szükség van az említett alaperőművekre, amelyek zsinor üzemben stabilan ellátják a fogyasztói igények változási tartománya alatti áramigényeket. Ezek tehát nagy kihasználással üzemelnek. Üzemvitelük szerint megkülönböztetjük a menetrendtartó erőműveket, amelyek napról-napra egy  (hosszú évekre támaszkodó tapasztalatok alapján) előre szerkesztett menetrendet követve igazodnak a fogyasztói igények változásához. De nem a menetrend a lényeg, hanem az, hogy ezek rugalmasan képesek követni a terhelés változását, a villamos hálózati rendszer stabilitásának, a mindenkori energiaegyensúly fenntartása érdekében. Olyan rendszerekben, amilyen ma pl. a német villamosenergia-rendszer, ezekre az erőművekre új feladat is hárúl, nevezetesen a nagymértékben kiépített szél- és naperőművek igen gyakori és jelentős teljesítmény-ingadozásainak a kompenzálása. E feladatot Németországban a barnaszén, de elsősorbana  kőszén tüzelésű, és kisebb mértékben az igazán rugalmas olaj- és gáztüzelésű erőművek látják el. De mi látja el majd e kényes feladatot egy olyan rendszerben, amelyben csupán egy atomerőmű és egy sereg kisebb-nagyobb naperőmű üzemel?

Ezek ismerete után visszatérhetünk a felvetett problémához. Tehát két alaplehetőségünk van: vagy beépítjük a rugalmas menetrendtartó erőműveket (valószínüleg korszerű kombináltciklusú gázerőművek jöhetnek szóba), vagy kellő nagyságú energiatárolókat létesítünk, és azokból látjuk el az atomerőmű termelése feletti hiányzó energiát (amikor éppen nem, vagy gyengén süt a nap).

Ha a becsült (2030 évi) 21 TWh = 21 000 GWh naperőművi telmelést osztjuk a 8760 évi óraszámmal, megkapjuk az éves naperőművi átlagos teljesítményigényt: 2,4 GW = 2400 MW. Ha  a fenti ábrán szereplő németországi viszonyokkal számolunk, ahol az átlagos teljesítmény 10,2 %, akkor hozzávetőlegesen a számolt átlagos teljesítmény tízszeresére, azaz 24 000 MW naperőművi teljesítőképességre lesz szükség (tartalékokkal nem számolva). Persze egyáltalán nem biztos, hogy ilyen teljesítőképesség mellett termelődik-e annyi, a fogyasztói igényt meghaladó többlett energia, amennyi a tároláshoz szükséges. Németországban, ahol a napeerőművek mellett még jelentősebb a szélerőművek és a bioerőművek kiépítettsége, a számítások szerint a jelenlegi nap+szélerőművi kapacitás (107 GW) minimum hétszeresének a létesítésére van szükség, hogy a tároláshoz szükséges energia csupán megújuló forrásokból megtermelhető legyen.

Tételezzük fel, hogy a klímavédelmi elképzeléseknek megfelelően csak az atomerőművel és döntően naperőművekkel látnánk el a fogyasztókat, és a mindenkor hiányzó energiát energiatárolókból fedezzük (azzal a korábban említett feltételezéssel, hogy az éves igények harmadát (33 %-át) az atomerőmű, és 25 %-ot az import fedezi). Kérdés, hogy ekkor mekkora (GWh-ban mért) tároló kapacitást kell létesíteni. Plusz az is kérdés lehet, hogy az energiatárolóknak legalább mekkora maximális kitárolási teljesítménnyel (MW) kell a csúcsigény idején  a fogyasztók rendelkezésére állni.

Becsüljük meg első lépésben a szükséges tárolási kapacitást. Az energetikai szakértők körében elfogadott konszenzus, hogy legalább kéthetes olyan időjárási viszonyok figyelembevételével kell a tárolókapacitást tervezni, amikor a felhősödés olyan mértékű, hogy a naperőművek termelése gyakorlatilag nulla. Annak elég nagy a valószínűsége, hogy egy ilyen kéthetes időszak éppen a téli időszakra esik, amikor a fogyasztói igény a legnagyobb. Ezért (2030-ra előrevetítve) 7000 MW teljesítmény igénnyel számolhatunk. Levonva az atomerőmű teljesítményét és az átlagos import teljesítményt, a naperőműveknek e két héten belűl 2600 MW átlagos teljesítménnyel kellene rendelkezésre állni. 336 órával számolva (2 hét) a naperőművek által termelendő energia mennyisége: 873 600 MWh = 873,6 GWh, amit viszont a tárolt energiából kell fedezni. Tehát a biztonságos energia ellátáshoz ekkora tárolási kapacitással rendelkező tárolósereget kell létesíteni.

Például az ELMŰ-ÉDÁSZ által létesített akkumulátoros energiatároló (Soroksári alállomás) 6 MWh kapacitással rendelkezik, amelynek samsung gyártású cellái két konténerben nyertek elhelyezést. Egy (50 tonna súlyú) konténer tárolási kapacitása tehát 3 MWh. Nem ok nélkül írtunk tárolósereget, hiszen a számított 873 600 MWh tárolásához 291 200 konténert kellene felállítani. Vajon reális elképzelés ez? Nem említettük, hogy a kontéreneken kívül a tároló állomáshoz még 8 konverter (egyen/váltóáramú átalakító) és két transzformátor is tartozik. A állomás beruhátási költsége 1,5 milliárd forint volt.

Az említett ELMŰ energiatároló maximálisan leadható teljesítménye 8 MW. Az eddig legnagyobb akkumulátoros tárolót (Dél-Ausztráliában a 2015-16 évi rendszerösszeomlás folyamányaként) a TESLA építette 129 MWh tárolási kapacitással, amelynek a maximálisan leadható teljesítménye 100 MW.

Ha a tervezés tárgyát képező kritikus héten 8000 MW-os csúcsterheléssel számolunk, akkor a naperőműveknek várhatóan 3600 MW-os csúcsteljesítmény leadására kell képesnek lennie, amit a fenti példák adatai alapján a 873 600 MWh kapacitású tárolósereg könnyedén teljesíteni képes. Tehát külön ezt nem kell vizsgálni.

Az ELMŰ-ÉMÁSZ akkus energiatároló (2 konténer, 6 MWh, 8 MW, 22 000 cella, 8 konverter, 2 trafó, 1,5 Mrd Ft.)

Röviden összefoglalva a tanulságot: az ismertetett kétforrású (atom, nap) villamosenergia-ellátási elképzelés biztosan nem fog megvalósulni, ilyen nagyszámú akkumulátortelep megépítése gazdaságtalan és irreális. Még akkor is, ha a támogatásokkal ravaszul  a lakósságra hárítják át az erőműberuházás és a tárolólétesítés feladatát azzal, hogy a háztulajdonosok térjenek át önálló energiaellátásra, és építsenek minél több napelemtáblát a házaik tetőiére.

A szélsőséges dekarbonizációnak egyébként sincsen jövője, minthogy a „90 %-os szén-dioxid mentesség” értelmetlen célkítűzés. Már sokszor leírtuk: a szén-dioxid nem környzetszennyező, nem okozhat felmelegedést, hanem minden élet kialakulásának feltétele. Ahogy az előző cikkünk egyikében hivatkoztunk: „A fotószintézis áldás”, amihez a légkör szén-dioxidjára van szükség. „A szén-dioxid életelixir.”

A TESLA akkus energiatároló telepének látképe (Dél-Ausztrália, 129 MWh, 100 MW, 56    millió $)

Még befejezésül megemlítjük a másik szóbajöhető, és technológiailag megvalósítható energiatárolási mód, a Power-to-Gas tecnológia alkalmazását, amely azonban még drágább megoldás. Meg kell ugyanis építeni az említett, a szükséges többlettermeléssel rendelkező naperőművi kapacitást, a vízbontó állomásokat, meg kell oldani a keletkező hidrogén tárolását, metánná történő átalakítása esetén a gázátalakító „gázgyárakat”, és végűl azokat a gázerőműveket, amelyek a tárolt energiát visszaalakítják villamos energiává. Ennek a sorozatos energiaátalakításnak az eredő hatásfoka 33 %-ra tehető. Mindezek alapján reálisan ez sem járható út.

Marad a lényegesen egyszerűbb és olcsóbb megoldás: mindjárt földgáztüzelésű rugalmas menetrendtartó erőműveket építeni. De hát ma még jó üzlet jelentős EU-s támogatással villamos energiatárolókat létesíteni. Mennyivel jobb területei lennének ennek a támogatásnak! Nem is olyan régen gázmotoros kis erőművi egységeket építettek a kapcsolt energiatermelés támogatására, ma valószínüleg már csak egy-kettő üzemel.

2019. 10. 13. – az önkörmányzati választás napján
Dr. Petz Ernő
energetikus, címzetes egyetemi tanár

Tetszett a cikk? Amennyiben igen, fejezze ki tetszését a
Reális Zöldek Klub
társadalami szervezet részére juttatott támogatásával 300 Ft értékben.
Bankszámlaszámunk:
11702036-20584151 (OTP)
A Fővárosi Bíróság végzése a társadalmi szervezet nyilvántartásba vételéről itt található.
Print Friendly, PDF & Email
Please follow and like us:
error3
Tweet 20
fb-share-icon20

1 Comment

Add a Comment
  1. Király József

    Az első ábra tüskéit látva: Képzeljük el, ha felhasználásunk is ilyen volna. Így kapnánk az áramot, így működnének berendezéseink.
    Napelemeket a háztetőn tartok indokoltnak, de ott is a hálózatba történő betáplálás és a jelenlegi óriási szubvenciók nélkül.
    Avagy még egy lehetőség: A nyert áramot elektrolízisre használni, pl. a Földközi tengeren, part közelben. Persze erre is jönne a nyavalygás, hogy az így termelt termékek (sósav, nátriumhidroxid, hidrogén, és még ezer vegyianyag) háromszor olyan drágák, mintha a hálózati áramot alakítanák egyenárammá a hagyományos elektrolízis előtt.
    Tessék? Akkor miért nem napoljuk el az egész technológiát addig, amíg a Föld gyorsan fogyó fosszilis energiahordozó készletei olyan drágák nem lesznek, hogy már megérje napenergiával egyenáramot termelni?

Vélemény, hozzászólás?

(Az eltérő véleményeket megjelentetjük, az útszéli stílust töröljük.)

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük