Az energiatárolás útvesztői

Egy évvel ezelőtt tettük közzé összefoglalónkat az energiatárolás lehetőségeiről, költségvonzatairól. Munkánkat avval a mondattal zártuk, “Ma minden egyes próbálkozás az elektromos energia tárolására zsákutca és feneketlen hordó.”

Jelen alkalommal Francis Menton írását tesszük közzé, amely a Globális Melegedéspolitikai Alapítvány (GWPF, The Global Warming Policy Foundation) 61. sz. tájékoztató füzeteként jelent meg. Menton csak kétfajta lehetőséget vizsgál részletesebben, az akkumulátort, és a hidrogént, mint a megújuló energiák tárolási lehetőségeit. Mivel azonban a költségek jórészt az időjárásfüggő, időszakos, előre nem tervezhető termelés és a folyamatos energiaigény közötti diszkrepanciából adódnak, elmondhatjuk, az itt közölt számításoknak iránymutatóknak kell lenniük hazai körülményekre is. És mielőtt egy fillért is elköltünk az éghajlat megvédésére, le kell ezeket a számításokat futtatni. De mivel ez a pénzköltés már sok éve folyamatban van, helyesebb így fogalmazni: Mielőtt további filléreket, akarom mondani milliárdokat töltünk a feneketlen klímahordóba, egy számvetést kell készítenünk:
Mibe kerül nekünk magyaroknak évente az “éghajlat megmentése”, a hidrogénstratégia, az életképtelen energiatermelési módok egyre növekvő mértékű állami támogatása, elektromos buszok, autók kerékpárok ugyancsak növekvő mértékű támogatása? Mit hoz ez pozitív szaldóban, CO2-kibocsátás megtakarításban, és ki sem merem mondani, átlaghőmérsékletben? Ez utóbbi kb. így kezdődik: 0,000000… °C. (Már ha hinnénk a CO2-kibocsátás és az átlaghőmérséklet közötti összefüggésben.) Lehet, hogy Magyarország összes CO2-kibocsátásának többszörösét jelentené, ha hazánk kezdeményezné, hogy az EU szólítsa fel Németországot, hogy ne zárja be maradék három atomerőművét?

Mint ahogy Menton írja, a számításokhoz nem kell hozzá különösebb szaktudás, a négy matematikai alapművelettel kell tisztában lenni.

Tartalomjegyzék

I. A szerzőről

II. Bevezetés és összefoglaló

  1. Az energiatárolás problémája
  2. A szükséges tárolókapacitás
  3. A villamosenergia-tárolás beszerzésére vonatkozó meglévő tervek
  4. Költségek és megvalósíthatóság
  5. Félrevezetés a kiegyenlített költségekkel
  6. Hidrogén
  7. Két kísérlet a Net Zero rendszerekre
  8. Következtetések

Megjegyzések

A Globális Melegedéspolitikai Alapítványról

I. A szerzőről

Francis Menton a GWPF amerikai baráti szervezetének elnöke. Egy nagy nemzetközi ügyvédi iroda partnereként 31 év után vonult nyugdíjba. A Yale Egyetemen szerzett egyetemi diplomát (summa cum laude matematikából) és jogi diplomát a Harvard jogi karán. Blogja a www.manhattancontrarian.com címen található.

II. Bevezetés és összefoglaló politikai döntéshozók számára

A fejlett gazdaságok – köztük Európa nagy része, az Egyesült Államok nagy része, Kanada, Ausztrália, Új-Zéland és mások – nekiláttak a gazdaságuk “karbonmentesítésének” azaz, hogy kibocsátásuk a szén-dioxidból és más üvegházhatású gázokból “nettó nulla” legyen.

A Net Zero tervek szinte teljes mértékben a nagyszámú szélturbina és napelem építésén alapulnak, hogy kiváltsák a fosszilis tüzelőanyagokat (szén, olaj és földgáz) használó áramtermelő létesítményeket. Az elképzelés az, hogy amint elegendő számú szélturbina és napelem épül, a korábbi szén-, olaj- és gáztüzelésű központi erőműveket fokozatosan le lehet zárni, és így egy kibocsátásmentes villamosenergia-rendszer marad. A szél- és naperőművek azonban csak időszakos energiát szolgáltatnak, amelyet valamivel – fosszilis tüzelőanyaggal működő generátorokkal, atomerőművekkel, akkumulátorokkal vagy az energiatárolás valamilyen más formájával – teljes mértékben támogatni kell, hogy a szél- és napszegény időszakokban a fogyasztói igényeket ki lehessen elégíteni, és így a hálózat ne essen össze. A szóban forgó kormányok addigra többnyire vagy teljesen ki kívánják zárni a fosszilis tüzelőanyagokat és az atomenergiát mint tartalékot, így a tárolás valamilyen formája maradt a fő vagy egyetlen lehetőség. Ehhez egyszerűen feltételezték, hogy a tárolás valamilyen formában elérhetővé válik. De teljesen helytelenül mérték fel, hogy mennyi tárolóra lesz szükség, hogyan fog működni, és mindez mennyibe fog kerülni. Az energiatárolás egy túlnyomórészt szél- és napenergiát hasznosító rendszer támogatására a nettó zéró elérése érdekében hatalmas és valószínűleg megoldhatatlan problémát jelent. Jelenleg nincs olyan bizonyított és költségekkel alátámasztott energiatárolási megoldás, amely képes lenne egy szél- és napenergiát hasznosító villamosenergia-termelési rendszert a nettó nulla kibocsátás megvalósításáig, vagy akárcsak annak közelébe juttatni. A kormányok egyszerűen vakon indulnak el, anélkül, hogy valódi elképzelésük lenne arról, hogy az általuk előírt rendszer végül hogyan vagy egyáltalán működhet-e, vagy mennyibe fog kerülni. Az igazság az, hogy – hacsak nem történik valami csoda – nincs rá esély, hogy bármilyen megfelelő tárolási technológia megvalósítható legyen, nemhogy megfizethető áron, a politikusok bejelentett tervei szempontjából releváns időkeretben, de lehet, hogy sohasem. Jelen tanulmányunk az energiatárolás kritikus aspektusaira kíván rávilágítani, amelyeket a kormányok szándékosan figyelmen kívül hagynak.

Az 1. fejezet bemutatja, hogy a teljes tartalékolás nélkülözhetetlen egy olyan villamosenergia-hálózatban, amelyet főként időszakos termelés táplál. Enélkül gyakori áramkimaradások, vagy akár a hálózat összeomlása is bekövetkezhet. Nem számít, hogy olyan szél- és/vagy naperőműveket építünk-e, amelyek kapacitása tízszeres, százszoros vagy akár ezerszeres a villamosenergia-csúcsfelhasználásnál. Egy nyugodt éjszakán, vagy szélcsendes és borult időkben ezek a létesítmények semmit sem fognak termelni, vagy majdnem semmit, és csak valamilyen teljes tartalék – vagyis olyan tartalék, amely elegendő ahhoz, hogy a teljes csúcsigényt kielégítse – fogja megakadályozni, hogy a hálózat összeomoljon mindaddig, amíg az időjárásfüggő rendszerek nem termelnek.

A 2. fejezet több nagy országra vonatkozóan reális becsléseket ad arra vonatkozóan, hogy mekkora mennyiségű energiatárolásra van szükség ahhoz, hogy átvészeljük az elkerülhetetlen időszakokat, amikor az időszakos források nem termelnek elegendő energiát. E számítások megértéséhez nem szükséges semmiféle különleges diploma vagy mérnöki szakértelem. Inkább alapvető számtani kérdésekről van szó. És mégis, az energiarendszer karbonmentesítésének buzgalmától elvakulva, a kormányok tervezői lényegében minden fejlett országban úgy vezették elő a Net Zero terveket, hogy ezeket az alapvető számításokat nem végezték el. A feladat így független elemzőkre maradt, akik gyakran nyugdíjasok, általában nem kapnak fizetést, és akik idejüket és szakértelmüket áldozták arra, hogy megadják azokat az alapvető információkat, amelyeket a nyilvánosságnak, amely a tervek hatalmas költségeit és kockázatait viseli, joga volna tudni.

A 3. fejezet az energiatárolás költségtervezésére vonatkozó jelenlegi terveket vizsgálja néhány olyan országban, amelyek azt állítják, hogy a Net Zero felé vezető úton haladnak. A 2030-as évekre tervezett kapacitás minden esetben jelentéktelen – jellemzően a Net Zero eléréséhez szükséges mennyiség 0,1%-a és legfeljebb 0,2%-a között mozog.

A 4. fejezet a nettó zéró eléréséhez szükséges nagyságrendű akkumulátortárolók beszerzésének költségeit és megvalósíthatóságát vizsgálja. Áttekintjük a közelmúltban készült kormányzati jelentéseket a fosszilis tüzelőanyagok hiányában a hálózat tartalékolásához komolyan javasolt akkumulátoros technológiák jelenlegi és várható költségeiről és kapacitásairól. A költségek még a legoptimistább feltételezések mellett is elérhetik egy ország éves GDP-jének összegét, ami lehetetlenné teszi a Net Zero projekt megvalósítását. Kevésbé optimista feltételezések esetén a tőkeköltség önmagában az éves GDP 15-szörösét is elérheti (nem elírás!). Ráadásul nemcsak a költségek, hanem a gyakorlati korlátok is megvalósíthatatlanná teszik a célt. A jelenlegi akkumulátortechnológiák maximális kapacitás mellett körülbelül négy órányi kisütést (áramleadást) biztosítanak, de az időjárási viszonyok miatt a hálózatoknak olyan akkumulátorokra lenne szükségük, amelyek akár egy havi igényt is képesek tárolni, majd ezt az energiát hat hónap vagy akár hosszabb időszak alatt képesek leadni. Ilyen “hosszú élettartamú” akkumulátorokat még nem találtak fel.

Az 5. fejezet a víz elektrolízisével előállított “zöld” hidrogén javasolt alternatív tárolóeszközét vizsgálja. A legjobb, ami az ötletről elmondható, hogy valamivel kevésbé abszurd, mint az akkumulátorokkal történő hálózati tartalékolás. A hidrogén potenciális megoldást kínál a nagy mennyiségű energia hosszú távú (inkább hónapok, mint órák vagy napok) tárolásának problémájára. A zöld hidrogén azonban nagyon költséges, különösen, ha a felhasznált villamos energia szélből vagy napból származik; és ha már egyszer előállították, a gazdaság energiaellátásának eszközeként minden szempontból rosszabb, mint a földgáz: sokkal kisebb az energiasűrűsége, veszélyesebb, robbanásveszélyesebb, nehezebben kezelhető és tárolható. Bár a zöld hidrogénrendszer pontos költségei ismeretlenek, mivel nem áll rendelkezésre semmilyen létező modell, az ésszerű feltételezéseken alapuló számítások azt mutatják, hogy a napelemek és a zöld hidrogén kombinációjából származó villamos energia legalább 5-ször, de valószínűbb, hogy 10-szer vagy még többször drágább lenne, mint a földgázból származó villamos energia.

A 6. fejezet megvizsgálja azokat a tanulmányokat, amelyek a tárolás úgynevezett “kiegyenlített költségét” számították ki, és olyan számokat javasoltak, amelyek drágák, de potenciálisan megfizethetőek lennének. [Levelised Cost of Energy, LCOE) Élettartamra vetített fajlagos energia költség] Kiderül, hogy a szóban forgó tanulmányok az akkumulátorok töltési és kisütési sebességére vonatkozó feltételezéseken alapulnak, amelyek nem alkalmazhatók a hálózati tárolás problémájára.

A 7. fejezet azt a valóban megdöbbentő tényt tárgyalja, hogy a politikusok és a kormányok anélkül kötelezték el népüket a Net Zero célok mellett, hogy bármilyen demonstrációs projekt megmutatta volna, hogy a cél technológiailag megvalósítható, nemhogy ésszerű költségekkel. A mai napig egyetlen ilyen projekt sem érte el a Net Zero kibocsátást időszakos megújuló energiatermeléssel és energiatárolási tartalékkal; és még csak a láthatáron sincs ilyen projekt. Az ilyen demonstrációs projektek létrehozására tett felemás erőfeszítések gigantikus költségeket okoztak, anélkül, hogy a Net Zero célt megközelítették volna, így nincs okunk azt gondolni, hogy egy ilyen rendszer valaha is sikeres lehet.
A Net Zero felé való törekvés az energiatárolás problémájának teljes mértékben demonstrált és költségekkel alátámasztott megoldása nélkül olyan, mintha ejtőernyő nélkül ugranánk ki egy repülőgépből, és feltételeznénk, hogy amíg a levegőben vagyunk, az ejtőernyőt feltalálják, leszállítják és felcsatolják, hogy időben megmentsen minket, mielőtt földet érnénk. Most, mielőtt fejlett gazdaságaink tönkremennek, itt az ideje, hogy megköveteljük politikusainktól és energiatervezőinktől, hogy beszéljenek a nyilvánossággal a hatalmas költségekről és az általuk vállalt célok valószínűleg lehetetlen technikai követelményeiről.

1. fejezet Az energiatárolás problémája

Az elmúlt évtizedekben Európában és az angol nyelvű országokban intenzív politikai kampány indult, amely erkölcsi okokkal indokolt mozgalmat indított el a “bolygó megmentésére” a szénhidrogének, illetve a fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből származó szén-dioxid kiküszöbölése révén. Válaszul számos kormány jogilag kötelező érvényű ütemtervet fogadott el a kibocsátás gyors csökkentésére. Az elmúlt években az energiagazdaságból származó szén-dioxid-kibocsátás teljes vagy majdnem teljes megszüntetésének célját a “nettó zéró” kifejezéssel kezdték el emlegetni. Ebben a tekintetben élen járt Németország (a 2010-es ‘Energiewende’, energiafordulattal), az Egyesült Királyság (2008-as éghajlatváltozási törvény és az azt követő kapcsolódó jogszabályok), Kalifornia (2018-as SB 100) és New York állam (2019-es Climate Leadership and Community Protection Act). Az Egyesült Államokban a Kongresszus még nem fogadott el jogilag kötelező érvényű kibocsátáscsökkentési célokat az ország egészére vonatkozóan. Azonban 2021. április 22-én (“Föld napja”) Joseph Biden elnök saját hatáskörben sajtóközleményt adott ki, amelyben bejelentette a vonatkozó kibocsátási mennyiségeknek “50-52 százalékos csökkentést 2030-ra” (a 2005-ös szinthez képest), valamint “legkésőbb 2050-ig a gazdaság egészére kiterjedő nettó nulla kibocsátás elérését” . A 2030-ra kitűzött cél gyakorlatilag a villamosenergia-ágazat teljes szén-dioxid-mentesítését követeli meg addig az időpontig.

Ezek az USA szövetségi intézkedések, valamint számos más európai ország, USA szövetségi állam, Kanada, Ausztrália és Új-Zéland mind elindultak a villamosenergia-termelés nettó nulla kibocsátása felé vezető úton. Az általánosan elfogadott stratégia az időjárásfüggő, időszakos “megújuló energiaforrásokon” alapuló nagy mennyiségű termelőberendezés építése. Sajnos azonban a szél- és napenergia a legtöbbször nem termel teljes kapacitással. Az USA-ban a szélturbinák jellemzően 35-40%-os, a napelemek pedig 20-25%-os teljesítménytényezővel rendelkeznek, és mindez a hálózatüzemeltető által nem befolyásolható időszakokban történik.

A teljes tartalék rendelkezésre állásának szükségessége

Ahhoz, hogy egy elektromos hálózat működni tudjon, a szolgáltatott és az igényelt energiának szinte percről percre nagyon közel kell lennie egymáshoz. A fosszilis tüzelőanyaggal működő erőművekkel ellentétben a szél- és napenergia-termelőket nem lehet a kereslethez igazítani. A napelemek éjszaka semmit sem termelnek, és nagyon keveset a borult téli napokon. A szélturbinák nem termelnek semmit, amikor szélcsend van. Tehát a napelemeken és szélturbinákon alapuló rendszer nagyon keveset termel borult és szélcsendes téli napokon, és egyáltalán semmit szélcsendes éjszakákon. Ennek eredményeképpen semmilyen szél- és napenergia – még a csúcsigény tízszeres, százszoros, vagy akár ezerszeres névleges kapacitású létesítmények esetében sem – nem képes önmagában ellátni egy elektromos hálózatot. Egy túlnyomórészt szél- és napenergia-termelő rendszer teljes tartalékot igényel valamilyen más forrásból. Más szóval, ennek a forrásnak képesnek kell lennie arra, hogy a fogyasztók által igényelt energia 100%-át biztosítsa, amíg a nap nem süt vagy a szél nem fúj.

Csak néhány lehetőség van. A fosszilis tüzelőanyagok nyilvánvalóan képesek ellátni ezt a feladatot, és jelenleg széles körben használják őket erre a célra. De a Net Zero lényege, hogy a fosszilis tüzelőanyagokat nagyrészt vagy teljesen ki kell iktatni. A nukleáris energia a második lehetőség, de nagy kihívást jelent az időszakos termelés tartalékaként való alkalmazása, és a legtöbb esetben az új létesítmények fejlesztését, amit a legtöbb helyen szinte lehetetlenné tették a szabályozási akadályok.

Marad egyetlen fennmaradó lehetőségként valamiféle energiatárolás. Az elképzelés szerint annyi szél- és napenergia-kapacitást kell kiépíteni, hogy az egy évre vetített átlagot tekintve teljes mértékben kielégítse a keresletet. Ez bizonyos időszakokban nagy többletet, máskor pedig hiányt eredményez. Ha a többletet valahogyan el lehet tárolni, akkor azt a termelési hiány idején le lehet hívni.

A terv hiánya

Egy ilyen rendszer megtervezésekor a tárolás három fő szempontja igényel figyelmet:

  • A teljes várható igényhez mért tárolási kapacitás. A múltbeli időjárási minták és a szél- és napenergia-termelés alapján részletes számítást kell végezni arról, hogy mekkora tárolókapacitással kell rendelkezni ahhoz, hogy egy adott hálózat egy évet átvészelhessen anélkül, hogy a tároló üres lenne, és a szél és a nap nem fújna.
  • A szükségesnek ítélt energiatárolási mennyiség költsége.
  • A javasolt tárolóeszközök telepítésének műszaki megvalósíthatósága.

Emellett több szempontot is figyelembe kell venni, többek között azt, hogy a tárolók képesek-e a szükséges ideig tárolni az energiát, milyen gyorsan tudja a rendszer az energiát leadni, valamint a annak saját energiafelhasználása (pl. hőmérséklet-szabályozásra) stb.

Figyelemre méltó, hogy a jelenleg szél- és napelemes létesítményekkel a Net Zero megvalósítására irányuló, mindent lehengerlő programokat indító hatóságok egyike sem fordított nagy figyelmet az energiatárolás problémájára.

Úgy tűnik, mindegyik azt feltételezi, hogy csak elegendő szélturbinát és napelemtáblát kell építeni, és talán néhány meghatározatlan mennyiségű akkumulátort az út mentén, és a fosszilis tüzelőanyaggal működő létesítményeket fokozatosan ki lehet vonni a forgalomból, és a kibocsátás el fog tűnni. Mint látni fogjuk, az energiatárolás problémája óriási, kritikus és messze nem megoldott.

2, A szükséges tárolókapacitás

Sok kutató végzett már számításokat, hogy mennyi energiatárolásra lesz szükség egy olyan elektromos hálózat fenntartásához, amelyet teljes egészében szélerőművek, napelemek vagy a kettő kombinációja táplál. Az ebben a szakaszban kiemelt példákat azért választottuk ki, mert a kutatók nyilvánosságra hozták munkájukat és feltételezéseiket; munkáikat mások ellenőrizték, és úgy tűnik, mindezek hozzáértő kézre vallanak. Találkoztunk más eredményekre vezető számításokkal is. ezek némelyike alacsonyabb tárolási követelményeket feltételez, egyeseknél nem sikerült hozzájutnunk az összes számításhoz és kiindulási feltételekhez, vagy megállapítottuk, hogy a feltételezések ésszerűtlenek, illetve helytelenek.
Egyes becslések csak azt veszik figyelembe, ami a legrosszabb esetben szükséges a nap- és szélhiány átvészeléséhez, például több egymást követő téli napon, amikor az időszakos termelők termelése szinte nulla. Az ilyen számítás egyszerű szorzás kérdése. Ha például feltételezzük, hogy a legrosszabb esetben a nap- és szélerőművek üzemszünete öt egymást követő napon át tart, amikor a termelés nulla, akkor ez 120 MWh tárolási igényt jelent (24 óra × 5 nap) minden egyes megawatt átlagos keresletre.
Mások egy egész évre szóló rendszert modelleznek, a meglévő szél- és napenergia-létesítmények tényleges történelmi termelési mintái alapján, amelyeket extrapolálnak, hogy az egész éves keresletnek megfelelő energiát termeljenek. Létrehoznak egy táblázatot, amelyben a szél- és napenergia többlettermelésének napjain energiát adnak a tárolóhoz, a hiányos termelés napjain pedig energiát vesznek ki belőle. Ezek a számítások, amelyeket több különböző országra készítettek, azt mutatják, hogy egy megawatt átlagos keresletre 500-1000 MWh tárolóra van szükség.
Számos okból kifolyólag az átlagos kereslet egy megawattjára jutó 500 MWh vagy akár 1000 MWh-ra becsült tárolási igény nem biztos, hogy elegendő a hálózat megbízhatóságának hosszabb, például többéves időtartamra történő biztosításához. Például előfordulhat, hogy az egyik évben a szélenergia teljesítménye jelentősen kisebbnek bizonyul, mint a számításhoz használt év szélenergia teljesítménye. Ez csak azt hangsúlyozza, hogy szükség van egy működő demonstrációs projektre, amely megmutatja, hogy mennyi tárolásra van szükség a Net Zero eléréséhez több éves időszak alatt.

Napsütés-hiány esetén szükséges tárolás

Egy ilyen számítás vázlatát a legrosszabb esetben előforduló napszegénységre (worst case scenario) vonatkozóan David Wojick készítette a PA Pundits International-nál 2022. január 20-án [1], majd Roger Caiazza a Pragmatic Environmentalist-tól 2022. január 24-i bejegyzésében New York állam esetére alkalmazta[2]. Wojick azzal a kérdéssel foglalkozik, hogy mennyi napenergia termelőkapacitásra és energiatárolásra lesz szükség ahhoz, hogy 1000 MW biztos energiát szolgáltassanak egy ötnapos téli borús időszak során, amelyet két napsütéses nap, majd egy újabb ötnapos borús időszak követ.

Íme a számítás:

  • Az egyszerűség kedvéért először is tegyük fel, hogy minden [napsütéses] napon 8 órán át teljes napsütés és teljes teljesítmény áll rendelkezésre. Nyilvánvaló, hogy minden éjszaka 16 óra tárolásra van szükségünk. Ez 16 000 MWh akkumulátortárolót jelent. További 2 000 MW termelőkapacitásra van szükségünk, hogy minden nap feltöltsük az akkumulátorokat…
  • Az, hogy hány egymást követő borús, felhős napot tervezzünk, a helyi és regionális meteorológia összetett kérdése. Itt egyszerűen 5 nappal számolunk, de ez könnyen lehet több is. Öt sötét nap biztosan előfordul időről időre a legtöbb államban…
  • A szükséges akkumulátor-kapacitás kiszámítása egyszerű. Öt nap napi 24 órával számolva 120 óra. Egy állandó 1000 MW-os ellátás érdekében ez egy hatalmas 120 000 MWh-s tároló kapacitást jelent…
  • Létfontosságú, hogy a sötét napok akkumulátorai feltöltődjenek, mielőtt a következő sötét napok elérkeznek, ami egyes esetekben nagyon hamar bekövetkezhet. Ez is meteorológiai kérdés. Az óvatosság kedvéért itt először is feltételezzük, hogy két ragyogó napsütéses napunk lesz a feladat elvégzéséhez.
  • Két nap 16 óra töltési időt ad a szükséges 120 000 MWh-nyi energiához, amihez nagy, 7500 MW-os termelőkapacitásra van szükség. Már most is van 3 000 MW termelőkapacitásunk [a teljesen napos napokra], de ez a napfényes napokon éjjel-nappal áramot szolgáltat. Ez nem áll rendelkezésre a sötét napok akkumulátorainak feltöltésére.
  • Így nyilvánvaló, hogy hatalmas, 10 500 MW napenergia-termelő kapacitásra van szükségünk. Ez a 10 500 MW sok, ha figyelembe vesszük, hogy csak 1000 MW-ot akarunk megbízhatóan, éjjel-nappal termelni.

Így a számítások szerint ahhoz, hogy 1000 MW szilárd energiát biztosítsunk kizárólag napelemek és akkumulátortárolók segítségével, és megbízhatóan átvészeljük a legrosszabb forgatókönyvet, azaz egy 5 napos borús időszakot, amelyet két napos, majd egy újabb 5 napos “szárazság” követ, 10 500 MW napelemre és 120 000 MWh akkumulátortárolóra lesz szükség. A matematika nem bonyolult, és minden benne van ebben az egy részletben, így az olvasók ellenőrizhetik, hogy helyes-e.

Tárolás egy teljes évre: Németország és Kalifornia

Roger Andrews az Energy Matters weboldalon 2018. november 22-én közzétett bejegyzésében két esetre vonatkozóan közölt számításokat arról, hogy mekkora energiatárolási kapacitásra lenne szükség egy szél- és napenergia-termelő rendszer teljes körű, egy teljes évre szóló támogatásához Németország és Kalifornia esetében[3]. Számításaihoz napi átlagadatokat használt (nem pedig óránkénti vagy percenkénti adatokat) a 2016-os évre vonatkozóan Németország, illetve a 2017-es évre vonatkozóan Kalifornia esetében. A kérdéses években az átlagos igény Németországban körülbelül 50 000 MW, Kaliforniában pedig körülbelül 35 000 MW volt.
Andrews kiszámította, hogy mindkét esetben, ha Németország vagy Kalifornia a teljes villamos energiát szél- és napenergia-berendezésekkel szolgáltatta volna, a tényleges szél- és napenergia-berendezések megszakításos mintázatának megfelelően, akkor mindkét esetben körülbelül 25 000 GWh tárolóra lett volna szükség az áramkimaradások elkerülése érdekében. Ez a 25 000 GWh tárolás Kalifornia esetében megawattonkénti átlagos felhasználásonként körülbelül 714 MWh tárolást jelentett volna (29,75 napos átlagos felhasználás), Németország esetében pedig megawattonkénti átlagos felhasználásonként 500 MWh tárolást (21,83 napos átlagos felhasználás). Ez az Andrews által kiszámított éves tárolási igény többszöröse a Wojick által egy egyszeri, legrosszabb esetben bekövetkező többnapos szél-/napsütésmentes napokra becsült igénynek. Ennek oka a szél- és napenergia-termelés és -fogyasztás szezonalitása. Úgy Németországban, mint Kaliforniában a szél- és napelemes létesítmények bizonyos évszakokban sokkal több energiát termelnek, mint máskor – a nap nyáron többet, télen kevesebbet; a szél tavasszal és ősszel többet, nyáron és télen kevesebbet. Ez a jelenség szezonális szinuszos mintázatot eredményez a tároló feltöltésében és leürítésében (1. ábra).

1. ábra: Szezonális feltöltési és kitárolási szinuszgörbék

A tavaszi és kora nyári többletek, valamint az őszi és téli hiányok nyilvánvalók. Az eredmény az, hogy csaknem egy teljes havi átlagos felhasználás tárolására van szükség ahhoz, hogy áramkimaradás nélkül átvészeljük az évet. Andrews megjegyzi továbbá, hogy mivel számításai egy adott év tényleges adatain alapulnak, egy másik évben még több tárolásra lehet szükség. Számításai továbbá azt feltételezik, hogy a tárolt energia 100%-ban visszatér, amikor felhasználásra kerül, annak ellenére, hogy a szezonális mintázat azt jelenti, hogy az energiát akár egy teljes évig is tárolták a felhasználás előtt.

Tárolás egy teljes évre: USA

Ken Gregory hasonló számításokat készített az USA alsó 48 államára vonatkozóan[4]. A meglévő szél- és naperőművek villamosenergia-igényének és termelésének óránkénti adatait szerezték be, ezúttal 2019-re és 2020-ra vonatkozóan. Gregory azonban két fontos vonatkozásban eltér az előbbi számításoktól:

  • Hét különböző forgatókönyvet vizsgál a nettó nullához való eljutásra, amelyek közül öt a fosszilis tüzelőanyagból származó villamosenergia-termelés jelentős mértékű megtartásával, de feltételezett szén-dioxid-leválasztási és -tárolási technológia alkalmazásával jár. – A fosszilis tüzelőanyagok nélküli forgatókönyvek esetében ahelyett, hogy azt feltételezné, hogy az USA teljes egészében a szél és a nap energiáján alapuló rendszerre áll át, azt feltételezi, hogy a meglévő, nem fosszilis tüzelőanyagokból származó energiatermelés – víz, nukleáris energia és biomassza – megmarad. Gregory két forgatókönyve a tárolási igényeket vizsgálja egy olyan világban, ahol a szél- és napenergia helyettesíti az összes fosszilis tüzelőanyaggal történő energiatermelést az USA alsó 48 államában.
  • Az 1. esetben a szél- és napenergia termelés pontosan megegyezik a fosszilis tüzelőanyaggal helyettesített termeléssel, de a várható átalakítási veszteségek korrekciója érdekében kis mennyiségű többletkapacitással.*
  • A 2. esetben további szél- és napenergia-létesítmények épülnek. A magas nap- és szélerősség idején jelentős többlet villamos energia keletkezik, amelyet el kell vetni.

* Egyetlen tárolóeszköz sem 100%-os hatékonyságú. Mindig vannak energiaveszteségek a folyamat során. A bemenő energia százalékos arányát, amely (az akkumulátorokban hő formájában) elvész, ciklusveszteségnek (turnaround loss) nevezzük.

Kiderül, hogy a 2. eset valójában az olcsóbb, bár a megvalósíthatóság szempontjából nem olyan mértékben, ami a megvalósíthatóság szempontjából jelentőséggel bírna.

Gregory további eseteket is megvizsgál (3-7. esetek), amelyek a fosszilis tüzelőanyagokból történő villamosenergia-termelés folytatását foglalják magukban, szén-dioxid-leválasztással és -tárolással. Ezeket a forgatókönyveket itt nem vesszük figyelembe, mivel ezek olyan folyamatos, jelentős kibocsátással járnak, amely nem egyeztethető össze a Net Zero törekvésekkel.

Gregory 1. esetre vonatkozó számításainak végeredménye az, hogy évente körülbelül 233 000 GWh energiatárolási igényt kell kielégíteni az USA teljes területére (alsó 48 tagállam).

Mivel feltételezzük, hogy a jelenlegi fosszilis tüzelőanyag-felhasználást helyettesítjük, ami 2020-ban átlagosan 305 GW volt, plusz még körülbelül 10 GW az akkumulátorok veszteségei miatt, ez körülbelül 740 óra, azaz 30,8 nap átlagos felhasználás tárolási igényét jelenti. Gregory 2. esetre vonatkozó számításai szerint – a szél- és napenergia-berendezések jelentős túlépítésével – az energiatárolási igény az átlagos felhasználás mintegy 25,4 napját teszi ki.

2. ábra: Gregory diagramja a tároló szezonális feltöltéséről és kiürítéséről. Az x-tengely az év óráit mutatja. Kék vonal: 2019 Piros vonal: 2020.

A 2. ábra mutatja Gregory diagramját, amely az energiatárolókhoz való hozzáadás és az energiatárolásból való kivonás éves ciklusát mutatja az Egyesült Államokban 2019-re és 2020-ra vonatkozóan, feltételezve, hogy a meglévő szél- és naperőműveket a szükséges villamos energia 100%-ának előállítására méretezték, és hogy pontosan ugyanazokkal a szakazsos üzemidejű mintákkal működnek, mint ahogyan a két év során ténylegesen tapasztaltak.

Gregory azt állítja, hogy az akkumulátorok tárolt energiájának 80%-os megtérülését feltételezte (szemben az Andrews által feltételezett 100%-os megtérüléssel). Ismétlem, egy másik év az időjárástól függően magasabb vagy alacsonyabb tárolási igényt eredményezhet. A 233 000 GWh energiatárolás valóban óriási mennyiség. Hogy az olvasó képet kapjon az érintett nagyságrendről: az ausztráliai Queenslandben jelenleg is épül egy hatalmas lítium-ion akkumulátor-berendezés, amelyet hálózati tartaléknak szánnak, és amelynek tárolókapacitása 150 MWh. A 3. ábra a létesítményt fejlesztő Vena Energy által készített ábrát mutatja. A 150MWh egy gigawattóra 15%-a. Más szóval, 233 000 GWh tároláshoz a 3. ábrán látható létesítményekből mintegy 1,55 millióra lenne szükség, feltéve, hogy ezek a létesítmények egyáltalán képesek az energia tárolására és leadásra a szükséges időtartam alatt.

3. ábra: A Vena Energy queenslandi akkumulátor-létesítményének digitális ábrázolása.

Másik teljes éves számítás Németországra

Egy másik, egész évre vonatkozó számítást Németországra vonatkozóan 2021 végén publikált két német közgazdász, Oliver Ruhnau és Staffan Qvist az Econstorban “Storage requirements in a 100% renewable electricity system” (Tárolási követelmények egy 100%-ban megújuló villamosenergia-rendszerben) [5] címmel. A tanulmány csak Németországgal foglalkozik, és némileg más megközelítést alkalmaz, mint Andrews ugyanezen országra vonatkozó tanulmánya. Ruhnau és Qvist például óránkénti adatokat használt a fogyasztásra és a meglévő szél- és naperőművek termelésére, szemben az Andrews által használt napi adatokkal. A költségek csökkentésére tett kísérletként a szél- és napelemes létesítmények jelentős túlépítését is feltételezték. Ennek ellenére kiszámították a tárolási igényt.Így 56 000 GWh tárolási igényt számoltak ki, ami ugyanolyan nagyságrendű, de lényegesen magasabb, mint az Andrews által számított 25 000 GWh. Számításaik mintegy 1120 óra átlagos használatot, azaz majdnem 47 napot eredményeznek.

3, A villamosenergia-tárolás vonatkozó meglévő tervek

Azok a régiók (országok, tartományok, szövetségi államok), amelyek azt állítják, hogy Net Zero-t kívánnak elérni, homokba dugják a fejüket a szükséges energiatárolás mennyiségét illetően. A meglévő tervek a szükséges kapacitásnak csak egy parányi töredékét fedik le. Nehéz elkerülni azt a következtetést, hogy a Net Zero átmenetet tervezőknek fogalmuk sincs, mit csinálnak. A Wood Mackenzie tanácsadó cég például 2022. április 11-én jelentést tett közzé különböző európai országoknak a következő évtizedre vonatkozó terveiről, amelyek a Net Zero felé vezető úton drámai mértékben növelnék energiatárolási kapacitásukat. A cím: Európa hálózati energiatárolási kapacitása 2031-re 20-szorosára nő [6].

De ez a látszólag hatalmas kapacitásnövekedés – amennyiben életbe lép – még mindig kevesebb, mint egy ezrelékét fogja kitenni ezekben az országokban annak a tárolókapacitásnak. ami a fosszilis tüzelőanyagok nélküli áramszolgáltatáshoz szükséges lenne.

Németország esetében a Wood Mackenzie szerint a 2031-re tervezett energiatárolási kapacitás a 20-szoros bővítést követően 8,81 GWh, szemben az Andrews által becsült mintegy 25 000 GWh, illetve a Ruhnau/Qvist által becsült mintegy 56 000 GWh igénnyel. Más szóval a Németország által 2031-re tervezett energiatárolás mennyisége a tényleges igénynek 0,016% és 0,036%-a között lesz. Ez nem tekinthető komoly erőfeszítésnek egy olyan rendszer létrehozására, amely működhetne. A szén- és atomerőművek bezárásával Németország így teljesen függővé tette magát az Oroszországból származó földgáztól, amely a szél- és napenergia-termelők tartalékaként szolgál. A Wood Mackenzie jelentése a többi nagy európai ország terveivel is foglalkozik (4. ábra). Bár a jelentés enthuziasztikus hangnemben írja le a terveket, amelyek a meglévő energiatárolók masszív bővítését jelentik, a tervek megvalósulása esetén az összes ország energiaigényének még mindig kevesebb mint 0,1%-át adnák ezek az energiatározók.

A tervek 2GWh és 26GWh közötti energiatárolási kapacitással számolnak, míg a szükségletek országonként 5 000-50 000GWh között mozognak. Ezek a tároló beszerzések hasznosak, sőt szükségesek lehetnek a szél- és napenergia-termelés növekedésével, hogy a hálózatot egy napon belül egyensúlyba lehessen hozni, valamint hogy a szél- és napenergia rendszertelen termelését szinkronizálni lehessen a váltakozó áram rendszeres mintájával. Ezek a mennyiségek azonban jelentéktelenek ahhoz képest, amennyire a fosszilis tüzelőanyagok hiányában a teljes tartalékhoz lenne szükség.

A Net Zero rendszerre való gyors átállást tervező amerikai szövetségi államok hasonlóan megdöbbentő hiányosságokat mutatnak az energiatárolási igények figyelembevételében. Az összes állam közül például New York tűzte ki a legagresszívebb célt. Kaliforniát és Németországoot például véve, vonatkozó fenti számítások alapján New York állam energiatárolási igénye a Net Zero eléréséhez a jelenlegi fogyasztási szintek mellett 10-15 000 GWh lenne.

4. ábra: Az európai hálózati tárolás új kapacitása A számadatok gigawattórában vannak megadva. Forrás: Wood MacKenzie.

A tervek azonban a gazdaság gyors villamosítását is tartalmazzák, ami a villamosenergia-fogyasztás hozzávetőleges megháromszorozódásához vezet, és ezzel arányosan a tárolási igény körülbelül háromszorosára, 30-45 000 GWh-ra emelkedik. Mégis, 2022. április 12-én az Utility Dive nevű hírszolgáltató arról számolt be, hogy New York állam 2030-ra mintegy 6 GW energiatárolási célt tűzött ki maga elé. [7] A cikkben az egységek gigawattban vannak megadva, nem pedig gigawattórában. A tervezett tárolók azonban főként, ha nem is teljes egészében, lítium-ion technológiájúak, amelyek teljes kapacitás mellett legfeljebb körülbelül 4 órán keresztül tudnak áramot szolgáltatni. Ez azt jelenti, hogy a 6 GW tárolókapacitás legfeljebb körülbelül 24 GWh-nak felel meg. Ez pedig ismét csak kevesebb mint 0,1%-a annak, amire az állítólag kitűzött célok eléréséhez szükség lenne.

Kalifornia is alig kezdett el még foglalkozni az energiatárolás kérdésével. Az Utility Dive 2022. április 6-án arról számolt be, hogy Kaliforniában az említett időpontig 3,1 GW energiatároló volt telepítve a hálózatra. [8] A jelentés szerint ez “majdnem teljes egészében” lítiumionos technológiájú, ami azt jelenti, hogy ez a szám legfeljebb 12,4 GWh-nak felel meg, szemben a szél- és napenergia-termelő rendszerek teljes támogatásához szükséges legalább 25 000 GWh-val, és potenciálisan ennek többszörösével, ahogy a gazdaság további ágazatai villamosításra kerülnek.

Ami a következő évekre vonatkozó terveket illeti, az Utility Dive cikke arról számolt be, hogy a Kaliforniai Közüzemi Bizottság (California Public Utilities Commission had) utasította az állam áramszolgáltatóit, hogy 2026-ig közösen szerezzenek be mintegy 11,5 GW új tárolási erőforrást. Ebből csak 1 GW lesz úgynevezett “hosszú élettartamú” tároló, azaz olyan, amelynek kapacitása meghaladja a 4 órás áramleadást. Azonban a hosszú élettartamú tárolók technológiáját nem definiálták pontosan, azt még ki kell találni. A további 10,5 GW lítium-ion tárolókapacitás, ami legfeljebb 42 GWh-nak felel meg, Kaliforniát a szél- és napenergia-termelő rendszer teljes támogatásához szükséges energiatárolás mintegy 0,17%-ához juttatná.

4, Költségek és megvalósíthatóság

Költségek

A szél- és napenergia-termelőkkel történő villamosenergia-hálózat működtetésére irányuló minden tervnek foglalkoznia kell a szükséges tárolás költségeivel és megvalósíthatóságával. Amint az előző szakaszokban jeleztük, az egyetlen olyan akkumulátortechnológia, amely széles körben elérhető a hálózati méretű tároláshoz, a lítiumion-akkumulátor. Az ebben a jelentésben tárgyalt joghatóságok, köztük Németország, Kalifornia és New York szinte kizárólag ezt a technológiát alkalmazzák.

A szövetségi kormány Nemzeti Megújuló Energia Laboratóriuma (National Renewable Energy Laboratory) rendszeresen jelentéseket készít a lítium-ion típusú akkumulátorok jelenlegi és várható költségeiről. A legfrissebb, 2021. júniusi kiadás[9] szerint a jelenlegi átlagos költség körülbelül 350 USD/kWh. A jelentés csökkenő költségeket jelez előre, először viszonylag gyorsan, majd idővel csökkenő mértékben.

5. ábra: A hálózati akkumulátorok költségei; 2020 dollár kilowattóránként a lítiumion-akkumulátorok esetében. Forrás: NREL.

A csökkenés ütemétől függően három költségelőrejelzés szerepel – magas, közepes és alacsony – (5. ábra). A 2050-re előre jelzett költségek az “alacsony” esetben alig 100 USD/kWh, a “magas” esetben pedig 250 USD/kWh között mozognak (2020-as árakon). Ezek a számok vagy pontosnak bizonyulnak, vagy nagyon optimisták. A Utility Dive 2022. április 12-i cikke arról számol be, hogy az akkumulátoros tárolók költségei New Yorkban nemrégiben több mint 20%-kal emelkedtek, mivel az állam erőlteti a 6 GW lítiumion-tároló beszerzését[10]. Az Utility Dive a gyors költségnövekedést az “erőltetett beszerzéseknek, az akkumulátorok iránti növekvő keresletnek és a lítium magasabb költségeinek” tulajdonítja, és megjegyzi, hogy a “szakértők” további meredek emelkedést jósolnak. 2020-21-ben a New York-i lítiumion-akkumulátoros közüzemi létesítmények átlagos költsége 464 $/kWh volt; 2022-ben azonban a ténylegesen megkötött szerződésekben már 567 $/kWh szerepelt.

Ha ezeket a költségeket megszorozzuk az egyes joghatóságok tartaléktárolási igényével, akkor valóban megdöbbentő számokat kapunk. Az Egyesült Államok egészére vonatkozóan 233 000 GWh tárolási igényt és a lítium-ion akkumulátorok legalacsonyabb, 100 $/kWh-s árát feltételezve 23,3 ezer milliárd dolláros számlát kapunk, ami több, mint az USA éves GDP-je. Ha feltételezzük a gazdaság jelenleg nem villamosított ágazatainak villamosítását, akkor ez a szám akár 70 ezer milliárd dollárra is megháromszorozódhat. Ha továbbá feltételezzük, hogy a költségek közelebb lehetnek 500 $/kWh-hoz, mint 100 $-hoz, akkor a tárolás teljes ára elérheti a 350 ezer milliárd dollárt. Összehasonlításképpen, az USA teljes éves GDP-je kevesebb mint 25 ezer milliárd dollár. A lítium-ion akkumulátorok pedig csak néhány évig bírják, és utána ki kellene őket cserélni. Az ebben a tanulmányban figyelembe vett más helyekre – többek között Németországra, Kaliforniára és New Yorkra – vonatkozó számítások hasonló eredményeket adnak. A jelenlegi kereslet szintjén és a lítiumion-tárolók legalacsonyabb feltételezett árai mellett a költségek az éves GDP-vel arányosak lennének.

A gazdaság teljes villamosítása és az akkumulátortárolók 500 $/kWh-hoz közelebbi költségei esetén az egyszeri tőkeköltség minden országban a GDP 15-szörösét is elérné.

Az alternatív akkumulátor-technológiák sem tűnnek olcsóbbnak. 2019-ben az USA Energiaügyi Minisztériuma kiadott egy jelentést Energy Storage Technology and Cost Characterization Report címmel[11]. Úgy tűnik, hogy ezt a jelentést később nem frissítették. A jelentés nemcsak a lítiumiont, hanem öt másik akkumulátortechnológiát is figyelembe vesz, amelyeket a hálózatba történő tárolásra javasoltak az időszakos szél- és napenergia támogatására: nátrium-kén, savas ólom, nátrium-fémhalogenid, cink-hibrid katód és redox-áramlás. A jelentés mind a hat technológia esetében ismerteti a jelenlegi (2018-as) költségeket, valamint a 2025-re előre jelzett költségeket. A jelentés igyekszik átfogóan figyelembe venni az egyes technológiák valamennyi alkalmazandó költségét, beleértve az energiaátalakítást (váltakozó áramról egyenáramra és vissza), az építést, az üzembe helyezést és az üzem egyensúlyát. A hat vizsgált technológia közül a lítium-ion bizonyul a legolcsóbbnak, úgy jelenleg (2018), mint 2025-ben, amikorra az előrejelzések szerint a tárolási költség 362 $/kWh-ra csökken. A többi technológia 2025-ös költségei 433 $/kWh-tól (cink-hibrid katód) 669 $/kWh-ig (nátrium-kén és a nátrium-fém-halogenid) terjednek. Nyilvánvaló, hogy ezek a költségek olyan magasak, hogy ezek a technológiák teljesen alkalmatlanok egy túlnyomórészt szél- és napenergiával működő hálózat tartalékaként.

Megvalósíthatóság

A lítiumion-akkumulátorok nem alkalmasak egy olyan elektromos hálózat tartalékolásának feladatára, amely nem hasonlít egy mobiltelefonhoz vagy akár egy elektromos autóhoz, ahol a tárolt energiát négy órán át lehet használni egy nap folyamán, majd egy éjszaka alatt újra feltölteni. Inkább, ahogyan az 1. és 2. ábrán látható, a szél- és napenergia-termelés időszakos mintázatai nem csak óránkénti és napközbeni hullámzással járnak, hanem egy széles éves szinuszos hullámmintázatot is mutatnak. Az ilyen hálózatot támogató akkumulátoroknak képesnek kell lenniük arra, hogy az év szeles és napos időszakában (tavasszal és nyáron) tárolják az energiát, amelyet az ősz és a tél folyamán le tudnak majd adni.

Az amerikai energiaügyi minisztérium jelentésében szereplő akkumulátor-technológiák egyike sem rendelkezik – minden hatalmas költségük ellenére – az e követelmények teljesítéséhez szükséges képességekkel. Teljes teljesítmény mellett csak körülbelül négy órán át használhatók. A jelentés azt sem vizsgálja, hogy e technológiák közül bármelyik képes lenne-e kezelni a hat hónapos töltést és az azt követő hat hónapos lemerítést, amelyet egy szél- és napenergiával működő hálózat igényelne. Azokat az akkumulátorokat, amelyek néhány óránál hosszabb ideig képesek lemerülni, “hosszú élettartamú” akkumulátoroknak nevezik. Jelenleg még éppen csak hogy halványan sejtik, hogy ezek a dolgok elengedhetetlenek lesznek egy olyan hálózat működéséhez, ahol az energia elsődleges forrása a szél és a nap. A lehetséges technológiák kutatása a legkorábbi szakaszban van, és senkinek sincs valódi elképzelése arról, hogy milyen technológia működhet, vagy mennyibe kerülhet. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának van egy programja, az Energy Storage Grand Challenge, amely 13 olyan szervezetnek nyújt támogatást, amelyek ilyen lehetséges technológiákat kutatnak. A minisztérium egy kutatási létesítmény felállításához keres támogatást, és remélik, hogy ez 2025-re elkészül[12]. Eközben mintegy 18 millió dolláros támogatást nyújtanak négy különböző vállalatnak az úgynevezett “áramlásos” akkumulátorok (‘flow’ batteries) fajtáinak vizsgálatára. Az Energy Storage News 2022. április 7-i számában megjelent további cikk arról számolt be, hogy az E-Zinc nevű kanadai vállalat 25 millió dolláros magánforrást gyűjtött össze egy cinkalapú, hosszú élettartamú akkumulátor-technológia kutatására[13]. A cikk szerint azonban, ha a technológia sikeres lesz, “fél naptól öt napig terjedő tárolást” biztosíthat, de azt is közölte, hogy a technológia “még nem lépett túl a kísérleti szakaszon”.

Hacsak nem történik valami csoda, kizárt, hogy a politikusok bejelentett tervei szempontjából releváns időkeretben – ha egyáltalán valaha is – elvileg megvalósítható legyen bármilyen, hálózati tárolásra alkalmas akkumulátortechnológia, nemhogy sem megfizethető áron.

5, Félrevezetés a kiegyenlített költségekkel

Az energiatárolás költségeit és megvalósíthatóságát vizsgáló, fentebb idézett tanulmányokon kívül vannak olyanok is, amelyek a különböző akkumulátortípusok esetében kiszámítják az úgynevezett “tárolás kiegyenlített költségét”, vagyis a LCOS-t (Levelised Cost of Storage). Az LCOS-költséget, amikor kiszámítják, általában megawattóránként dollárban vagy kilowattóránként centben adják meg. Ilyen LCOS-tanulmányokra példa a Joule című folyóiratban 2019 januárjában megjelent, Oliver Schmidt és szerzői által készített, “Projecting the future levelised cost of electricity storage technologies” című tanulmány[14], valamint a Lazard befektetési bank 2022 áprilisában megjelent, “Lazard’s Levelized Cost of Storage Analysis – Version 7.0” című tanulmánya[15]. A Lazard újabb tanulmányában a számított kiegyenlített költségek 55 és 785 USD/MWh között mozognak, ami kilowattóránként 5,5 és 78,5 cent közötti összegnek felel meg. Még ezek a számok is magasak a villamos energia jelenlegi fogyasztói költségeihez képest (amelyek a helyi kormányzattól függően kilowattóránként 10 és 35 cent között mozognak).

A szél- és napenergia tartalékaként használt akkumulátoros tárolás hívei gyakran hivatkoznak ilyen kiegyenlített költségadatokra, mivel ezek olyan tartományban vannak, amely potenciálisan megfizethető, különösen, ha az akkumulátoros tárolás további költségcsökkenését feltételezzük. Sajnos azonban a kiegyenlített költségek nem relevánsak egy modern város vagy ország elektromos hálózatának fosszilis tüzelőanyagok felhasználása nélkül történő teljes körű tartalékolásának költségei szempontjából.

A Lazard tanulmány például olyan helyzeteket ír le, amelyekben a tanulmány releváns (lásd 17. o.). Mindegyikben egy vagy néhány órás áramleadási kapacitású akkumulátorról van szó, amelyet naponta többé-kevésbé teljesen feltöltenek és lemerítenek, hasonlóan egy mobiltelefon vagy egy elektromos jármű akkumulátorához a normál használat során. Így az akkumulátor egy év alatt nagyszámú ilyen cikluson megy keresztül, és minden egyes kisütés hozzáadódik a nevezőhöz, hogy a kiegyenlített költségszámításban egy osztást kapjon. A Lazard által vizsgált helyzetre példa egy olyan akkumulátor, amelyet a villamosenergia-díjak kiegyenlítésére használnak, lehetővé téve a tulajdonos számára, hogy éjszaka alacsony áron vásároljon villamos energiát, és késő délután, a csúcsidőben eladja azt, és ezt a ciklust évente több százszor megismétli.

Egy várost vagy országot ellátó elektromos hálózat teljes tartalékolása nem így működik. Fosszilis tüzelőanyag vagy egyéb tartalék nélkül akkumulátorokat kell beszerezni a legrosszabb esetben előforduló szélcsendes és borús időszakok, valamint a szél- és napenergia teljesítményének szezonális mélypontjainak fedezésére, amelyek hónapokig is fennmaradhatnak. Mint fentebb látható, ez 20-30 napi átlagos használatra elegendő mennyiséget jelent, amelyet aztán évente csak egyszer lehet teljesen feltölteni és kisütni (lemeríteni).

A Lazard és Schmidt et al. tanulmányában szereplő, a tárolás költségének kiegyenlített számításait a hálózati méretű szezonális villamosenergia-tárolással összefüggésben idézni helytelen és félrevezető. Az, hogy a protagonisták továbbra is ezt teszik, csak arra utal, hogy a nyilvánosságnak egy működő demonstrációs projektet kell követelnie, amelyből egyértelműen meg lehetne állapítani a valós költségeket. Ez azonnal megmutatná, hogy a tárolási költségek kiegyenlített mérőszámai nem megfelelőek.

6, Hidrogén

A Net Zero egyes hívei – talán felismerve, hogy a szél- és napenergia-termelő rendszer tartalékaként használt akkumulátoros tárolás nem kivitelezhető – a hidrogént hozzák fel alternatívaként. A politikusok és aktivisták számára, akik nem tartják fontosnak, hogy a gyakorlatiasság vagy a költségek kérdéseivel foglalkozzanak, a hidrogén tökéletes eszköznek tűnik a szén teljes kivonására az energiaciklusból; csak a víz elektrolízisével kell hidrogént előállítani, tárolni, amíg szükség van rá, majd elégetni, hogy villamos energiát termeljen. A víz lenne az egyetlen melléktermék.

Sajnos a zöld hidrogén előállítás gyakorlati megvalósíthatósága és költségei miatt nagyon valószínűtlen, hogy valaha is megoldást jelentsen az energiatárolás problémájára. Hidrogént jelenleg viszonylag alacsony költséggel állítanak elő földgázból, egy gőzzel történő reformálásnak nevezett eljárással. Ez azonban melléktermékként szén-dioxidot termel, és ezért a szén-dioxid-kibocsátás csökkentése szempontjából nem nyújt előnyöket a földgáz elégetésével szemben. Ha a cél a szén-dioxid-mentesítés, akkor a hidrogént valamilyen szén-dioxid-mentes forrásból kell kinyerni, amely közül a víz az egyetlen valódi alternatíva. Környezetvédelmi aktivista körökben a vízből elektrolízissel nyert hidrogént “zöld” hidrogénnek nevezik. A mai napig szinte egyáltalán nem állítottak elő kereskedelmi céllal zöld hidrogént, mivel az elektrolízis sokkal drágább, mint a földgáz gőzzel történő reformálása, és ezért állami támogatás nélkül nem gazdaságos. A JP Morgan Asset Management 2022 Annual Energy Paper szerint “A jelenlegi zöld hidrogéntermelés elhanyagolható…” [16]

Jelenleg szinte egyetlen prototípus zöld hidrogénrendszer sem működik, de a hidrogén előállításának és elosztásának folyamatairól már eleget tudunk ahhoz, hogy tudjuk, hogy a problémák jelentősek, a költségek pedig valószínűleg óriásiak lesznek. A lényeg az, hogy előállítása sokkal drágább, mint a földgázé, de az energiarendszer működtetésére szolgáló üzemanyagként minden szempontból rosszabb (kivéve a szén-dioxid-kibocsátás kérdését, ha azt problémának tartjuk). A hidrogént sokkal nehezebb és költségesebb szállítani, tárolni és kezelni, mint a földgázt. Sokkal veszélyesebb és robbanásveszélyesebb. Sokkal kisebb a térfogatsűrűsége, mint a földgáznak, nem is beszélve a benzinről vagy a repülőgép-üzemanyagról, ami jelentősen kevésbé teszi hasznossá az olyan közlekedési alkalmazásokban, mint az autók és a repülőgépek.

Vegyük először a költségeket. A Seeking Alpha 2020 decemberében a zöld hidrogén jelenlegi árát 4-6 USD/kg-ra becsülte. [17] Ez millió brit hőegységenként (MMBTU; ez az az egység, amelyben a földgáz árát általában jegyzik) 32 és 48 USD közötti árat jelent. Összehasonlításképpen, az amerikai földgázárak[18] az elmúlt évtizedben szinte végig 5 $/MMBTU alatt voltak; és a legutóbbi, 2022 elején 9 $/MMBTU körüli szintre történő kiugrás után mostanra 6 $/MMBTU körüli szintre estek vissza. Így a zöld hidrogén jelenleg 5-10-szer annyiba kerül, mint a földgáz. És ebben a költség-összehasonlításban a zöld hidrogént olyan villamos energiával állították elő, amely maga is főként fosszilis tüzelőanyagokból származik. Mennyi lenne a zöld hidrogén ára, ha az előállításához szükséges villamos energiát kizárólag szélből vagy napfényből kellene előállítani? Ehhez a számításhoz nem állnak rendelkezésre adatok egy meglévő termelési rendszerből, mivel jelenleg nem létezik ilyen. A meglévő energiatermelő rendszerek ismert képességeinek figyelembevételével azonban képet kaphatunk arról, hogy milyen hatalmasak lennének a költségek. A következő számítás egy hasonló számításból származik, amely a Seeking Alpha fentebb hivatkozott 2020. decemberi cikkében jelent meg. [19] Tekintsünk egy 288 MW-os állandó villamosenergia-igényű országot vagy régiót. Ezt a számot azért választottuk, mert a General Electric gyárt egy széles körben használt földgáztüzelésű turbinát ezzel a kapacitással, és azt is állítja, hogy képes a turbina egy olyan változatát is előállítani, amely földgáz helyett hidrogén üzemanyaggal működik. Régiónk villamosenergia-szükségletét teljes mértékben ki lehet elégíteni a földgáz elégetésével az erőműben. De most tegyük fel, hogy napelemek segítségével akarjuk biztosítani a 288 MW-os egész éves ellátásához elegendő villamos energiát és/vagy hidrogént az erőmű számára. Milyen kapacitású napelemeket kell építenünk? Íme egy számítás:

  • Az év folyamán a régió 288 MW × 8760 óra = 2 522 880 MWh villamos energiát fog felhasználni.
  • Kezdjük 288 MW napelem építésével. Feltételezzük, hogy a napelemek egy év alatt 20%-os teljesítménytényezővel termelnek. (A nagyon napos helyeken, például a kaliforniai sivatagban a napelemek kapacitási tényezője megközelítheti a 25%-ot, de a felhős helyeken, például az USA keleti részén és egész Európában a kapacitás jóval 20% alatt marad; az Egyesült Királyságban a napelemek tipikus éves kapacitási tényezője 15% alatt van). Ez azt jelenti, hogy a 288 MW-os napelemek egy év alatt csak 288 × 8760 × 0,2 = 504 576 MWh-t termelnek.
  • Ezért a 288MW napelemes panelek napi áramtermelésén kívül további napelemekre van szükségünk, hogy az erőműben elégetendő hidrogént állítsunk elő, amely elegendő a fennmaradó 2 018 304MWh előállításához.
  • Az elektrolízis folyamat 80%-os hatékonysága esetén 1 kilogramm hidrogén előállításához 49,3 kWh villamos energiára van szükség. A GE szerint a 288 MW-os erőműve a teljes kapacitás előállításához óránként 22 400 kilogramm hidrogént éget el. Ezért 49,3 × 22 400 = 1 104 320 kWh, azaz körülbelül 1 104 MWh villamos energia szükséges ahhoz, hogy az üzem egy órán keresztül hidrogénnel működjön. Az 1,104MWh villamos energiára 288MWh villamos energiát kapunk vissza a GE erőműből.
  • A napelemek 20%-os teljesítménytényezője miatt az év során 8760 × 0,8 = 7008 órán keresztül kell működtetnünk az üzemet. Ez azt jelenti, hogy 7008 × 1104 = 7,736,832MWh villamos energia előállításához elegendő napelemre van szükségünk.
  • Ugyancsak a 20%-os kapacitási tényező miatt a 7 7 736 832 MWh villamos energia napelemekkel történő előállításához ötször ennyi, azaz 38 684 160 MWh kapacitású napelemekre van szükség. Ha elosztjuk az év 8760 órájával, akkor 4 416MW kapacitású napelemekre lesz szükségünk a tartalékként szükséges hidrogén előállításához.
  • Plusz a 288 MW napelem, amivel kezdtük. Tehát a napelemek teljes kapacitása, amelyre szükségünk lesz ahhoz, hogy a 288MW szilárd energiát a zöld hidrogén tartalékként történő felhasználásával biztosítsuk, 4,704MW.

Vagyis más szóval, ha földgázt használunk, akkor csak a 288 MW teljesítményű erőműre van szükségünk, hogy 288 MW folyamatosan rendelkezésre álló energiát biztosítsunk egész évben. De ha napelemeket és zöld hidrogén tartalékot használunk, akkor ugyanarra a 288 MW-os erőműre van szükségünk a hidrogén elégetéséhez, plusz több mint 16-szor ennyi, azaz 4 704 MW napelemes kapacitásra, hogy közvetlenül villamos energiát szolgáltassunk, amivel elegendő hidrogént termeljünk a tartalékokat (backup) is figyelembe véve.

A költség összehasonlítások csak közelítő jellegűek lehetnek, de így is megdöbbentőek. Az Egyesült Államok Energiainformációs Hivatala 2022 márciusában kiadta az „Új energiatermelő technológiák költség- és teljesítményjellemzői”, Annual Energy Outlook 2022 című jelentését. [20] Egy táblázatban a “kombinált ciklusú – többtengelyes” gázturbinás generátorok úgynevezett “Base overnight [capital] cost” (bázis éjszakai [tőke]költség) értéke 1,062 USD/kilowatt termelési kapacitás; és ugyanez a mérőszám a “Solar photovoltaic with tracking” (követéses napelemes) esetében 1,327 USD/kilowatt termelési kapacitás. (Lásd a jelentés 2. oldalát) Ebből következően a General Electric 288 MW-os turbinás erőművének költségére 305 millió USD körüli összeget, a 4,704 MW-os napelemes áramtermelés majd ebből hidrogén előállítás költségére pedig 6,25 milliárd USD körüli összeget kapunk. Hasonlítsuk össze tehát a földgázból 288MW folyamatosan rendelkezésre álló energia előállításának költségeit napelemek és hidrogénes tárolásból nyert, ugyanannyi energiát adó rendszer költségeivel:

  • A hidrogénes forgatókönyv szerint a 288 MW-os erőmű 305 millió dollárba kerül, a 4 704 MW-os napelemek pedig 6,25 milliárd dollárba, ami összesen 6,6 milliárd dolláros tőkeköltséget jelent. Nincs további üzemanyagköltség.
  • A földgáz forgatókönyv szerint a 288 MW-os erőműre van szükségünk, amelynek költsége 305 millió USD, valamint földgáz az üzemeltetéshez . Ökölszabályként a normál földgázárak idején az üzemanyag a villamosenergia-termelés költségének körülbelül kétharmadát teszi ki, így ez körülbelül 600 millió USD többlet tőkeköltséggel egyenértékű, ami összesen körülbelül 900 millió USD-t jelent.

Ezekkel a számokkal számolva a zöld hidrogén forgatókönyv 7,3-szor drágább, mint a földgáz forgatókönyv. Mivel a számok nagyon közelítő jellegűek, és az árak ingadozásával jelentősen változhatnak, helyénvaló lenne azt mondani, hogy a zöld hidrogén forgatókönyv valószínűleg 5-10-szer drágább lesz a földgáz forgatókönyvnél. Nehéz elképzelni, hogy bármelyik ország, szövetségi állam, tartomány, régió valóban erre az útra lépne, miután elvégezte ezt a számítást.

Ezen túlmenően a hidrogén tárolóközegként való felhasználásának gyakorlati megvalósíthatóságával kapcsolatban vannak más fontos és megoldatlan kérdések is, amelyek mindegyike nagy, de jelenleg ismeretlen és nem számszerűsíthető potenciális költségekkel jár, a következők szerint.

  • A világ energiaellátásához elegendő zöld hidrogén előállítása az óceán elektrolízisét jelenti. Az édesvízkészlet korlátozott, és különösen kevés a napenergia hasznosítására legalkalmasabb helyeken, nevezetesen a sivatagokban. Az óceán elektrolízisével nemcsak a vizet, hanem a sót is elektrolizáljuk, ami nagy mennyiségű, rendkívül mérgező klórt eredményez, amelyet semlegesíteni és ártalmatlanítani kell. Alternatív megoldásként az elektrolízis előtt sótalaníthatjuk a tengervizet, ami további energiát igényel. Vannak emberek, akik dolgoznak e problémák megoldásán, de a megoldások még messze vannak, és nagyon költségesek lehetnek.
  • A hidrogén térfogatsűrűsége csak körülbelül 30%-a a földgázénak. Ez azt jelenti, hogy körülbelül háromszor akkora csővezeték-kapacitás szükséges ugyanolyan energiatartalmú hidrogén szállításához, mint a földgázéhoz. Alternatív megoldásként a hidrogént össze is lehet sűríteni, de ez is további, potenciálisan nagy költséggel járna.
  • A hidrogént sokkal nehezebb szállítani és kezelni, mint a földgázt. A meglévő földgázvezeték-infrastruktúra használata a hidrogén szállításához nagyon problematikus, mivel sok meglévő gázvezeték acélból készült, és a hidrogén rideggé teszi az acélt. Az ezt követő szivárgás robbanáshoz vezethet. –
  • A hidrogénüzemű járművekhez speciális hidrogénmotorokra vagy alternatívaként üzemanyagcellákra van szükség, ami további költségeket jelent.

Reálisan szemlélve nem csoda, hogy a ma előállított zöld hidrogén mennyisége elhanyagolható. Bármilyen kísérlet egy jelentős méretű zöld hidrogénprojekt megvalósítására nagy valószínűséggel csak azt eredményezné, hogy a magas költségek és a technikai megvalósíthatatlanság fájdalmasan nyilvánvalóvá válna mindenki számára, és a beruházás teljes elvesztésével járna mindenki számára, aki elég bolond ahhoz, hogy finanszírozza a projektet.

7, Két kísérlet a Net Zero rendszerekre

Az energiatárolás megoldatlan és potenciálisan megoldhatatlan kihívásai egy olyan hálózatban, amelyet túlnyomórészt időszakos termelés lát el, elég nyilvánvalóak. Nem kell magasan képzett tudósnak vagy mérnöknek lenni ahhoz, hogy megértsük e problémák nagyságrendjét, vagy hogy belássuk, hogy a megoldások kritikus fontosságúak, ha egy ilyen hálózatot fosszilis tüzelőanyag-utánpótlás nélkül is működőképessé akarunk tenni. És mégis, a politikusok világszerte elkötelezték népüket a teljes szén-dioxid-mentesítés mellett anélkül, hogy bármilyen demonstrációs projektet indítottak volna, amely megmutatná, hogy a cél a gyakorlatban is elérhető, nemhogy ésszerű költségekkel.

Történelmileg az energiaellátás terén a nagyobb innovációkat demonstrációs projektekkel vagy prototípusokkal kezdték, hogy megállapítsák a megvalósíthatóságot és a költségeket, mielőtt széles körű kereskedelmi forgalomba hozatalra tettek volna kísérletet. Az 1880-as években, amikor Thomas Edison elkezdett erőműveket építeni, hogy új eszközeinek, például az izzólámpáknak áramot szolgáltasson, először egy prototípus létesítményt épített Londonban a Holborn viadukt alatt, majd ezt egy nagyobb demonstrációs erőmű követte az alsó-manhattani Pearl Streeten, amely csak néhány háztömböt látott el árammal. Csak miután ezek sikerét bizonyították, kezdett hozzá a nagyobb méretű kiépítéshez. Hasonlóképpen, az atomenergia-ellátás az 1940-es évek végén és az 1950-es évek elején kormányzati finanszírozású kis prototípusokkal kezdődött, amelyeket az 1950-es évek végén és az 1960-as évek elején nagyobb demonstrációs projektek követtek. Csak az 1960-as évek végén, húsz évvel az erőfeszítések után, miután bebizonyosodott a megvalósíthatóság és a költségek, épültek meg az első nagyméretű kereskedelmi reaktorok.

Politikusaink azonban mostanra valahogy annyira elszálltak az önhittségtől, hogy azt hiszik, csak úgy megrendelhetnek egy működő szél- és napenergia-rendszereket, és feltételezik, hogy a tartalék energiatároló eszközöket varázsütésre feltalálják, hogy minden rendben fog működni, hogy nem lesz pénzügyileg tönkretehető, és hogy mindez valamilyen önkényesen meghatározott időpontra, a 2030-as évekre megvalósul.

Ma még nem létezik ilyen működő, szél- vagy napenergián, illetve a kettő kombinációján alapuló, fosszilis tüzelőanyagoktól mentes és teljes mértékben energiatárolással támogatott villamosenergia-rendszer. Mindössze két félszívvel végzett kísérlet történt egy ilyen rendszer megvalósítására, és mindkettő csúfos kudarcot vallott és vall továbbra is, ami csak azt mutatja, hogy mennyire valószínűtlen az egész Net Zero törekvés megvalósulása. A kettő közül a legjelentősebb a Gorona del Viento nevű létesítmény a spanyolországi El Hierro szigetén, a Kanári-szigetek egyikén. El Hierro egy hegyvidéki vulkanikus sziget, ahol körülbelül 10 000 lakos él. A Gorona del Viento projekt öt nagy szélturbinából és egy szivattyús tárolórendszerből áll, amely a tartalék energiát biztosítja. A szélturbinák kapacitása elegendő ahhoz, hogy teljes szélerősség esetén a sziget villamosenergia-igényének 100%-át kielégítsék – a névleges kapacitás 11,5 MW, szemben az 5,1 MW-os átlagos és a 7,6 MW-os csúcsigénnyel. Amikor fúj a szél és alacsony az igény, a villamos energiát arra lehet használni, hogy az alsó víztározóból vizet szivattyúzzanak egy kialudt vulkáni kráterben épített felső víztározóba. A vizet aztán turbinákon keresztül lehet kibocsátani, hogy máskor, amikor nem fúj a szél, áramot szolgáltasson.

Az El Hierro projekt tervezőinek koncepciója az volt, hogy bemutatják, hogyan lehet 100%-ban megújuló energiaforrásokból származó/tároló villamos energia rendszert létrehozni. A projekt 2014-ben indult, és 2015. augusztus 20-án az El Pais című spanyol napilap arról számolt be, hogy a sziget “energia-önellátásra törekszik, hogy 100%-ban megújuló forrásokból biztosítsa a fényt és a vizet”. Úgy tűnik azonban, hogy senki sem vette a fáradságot, hogy elvégezze az egyszerű számításokat, hogy megbizonyosodjon arról, hogy elegendő szélkapacitás és tároló áll rendelkezésre a működéshez. A projekt következetesen messze elmaradt a kitűzött céltól, amit bárki, aki elvégezte volna a számításokat, könnyen bebizonyíthatta volna, mielőtt belekezdtek volna. Szerencsére a szigeten megmaradt egy 11,2 MW kapacitású, dízelgenerátorokon alapuló másodlagos tartalékrendszer, amely így önmagában is képes a csúcsigényt meghaladni.

6. ábra: Gorona del Viento termelése havonta Szürke: dízel; zöld: szél/tárolás. Csak 2021 első 9 hónapja.

A Gorona del Viento rendszer legfontosabb hiányossága az, hogy a gyakori napi és szezonális szélcsendes időszakok átvészeléséhez szükséges tárolókapacitásnak csak kis töredékével rendelkezik. Roger Andrews számításai szerint a tárolókapacitásnak negyvenszer nagyobbnak kellene lennie ahhoz, hogy a sziget egy teljes évet átvészeljen dízel tartalék nélkül. Sajnos a meglévő víztározó az egyetlen alkalmas hely a szigeten a szivattyús tárolásra, és nem lehet növelni. Még ha létezne is megfelelő hely, az a világ többi része számára nem vagy csak kis mértékben lenne releváns, mivel a szükséges méretű szivattyús tárolóhelyek lényegében nem léteznek. A másik probléma az, hogy bár El Hierro rendelkezik olyan szélturbina-kapacitással, amely a teljes szélerősség esetén több mint kétszeresére képes az átlagos villamosenergia-igényt kielégíteni, a szél nem gyakran fúj, és ezért a telepített szélturbinák nem elegendőek ahhoz, hogy még a meglévő szivattyús tárolótározó is tele legyen, amikor szükség van rá. Gorona del Viento havi adatokat tesz közzé arról, hogy a sziget villamosenergiájának mekkora része származik a szél/tárolórendszerből, és mekkora része a dízelgenerátorokból. [21] A legfrissebb adatok 2021 szeptemberéből származnak (6. ábra). Ezekből világosan látszik, hogy a szélenergia mennyire szezonális, nyáron sokkal több van belőle, mint télen. A korábbi évek adatai azt mutatják, hogy a Gorona del Viento rendszer a működés egyes éveiben valamivel több mint 50%-át termelte El Hierro villamosenergiájának, de aztán más években jóval a fele alá esett vissza, az időjárástól függően.

A lényeg az, hogy El Hierro szélerőművekkel rendelkezik az átlagos kereslet több mint kétszeresére, szivattyús tárolókkal az átlagos kereslet több mint kétszeresére, valamint dízelgenerátorokkal az átlagos kereslet több mint kétszeresére – három különálló és redundáns rendszerrel, amelyek mindegyikéért fizetni kell, mégis azzal küzdenek, hogy a szél/tárolórendszerből származó villamos energia felét az év átlagában megkapják. A szigetnek tehát 100%-os dízel tartalékot kell fenntartania, amelyet teljes mértékben karbantartanak és készenlétben tartanak a rendszeres időszakokra, még a legszelesebb hónapokban is, amikor éppen nem fúj a szél. A Gorona del Viento rendszer által termelt villamos energia becsült költsége kilowattóránként 80 eurócent körül van, bár ennek nagy részét a spanyol kormány vagy az EU támogatja, és így az El Hierro-i adófizetők elől elrejtik.

Összefoglalva, az El Hierro-i modell az európai átlag négyszeresének és az amerikai átlag hétszeresének megfelelő villamosenergia-költségért cserébe távolról sem képes a Net Zero elérésére. Ez egy olyan katasztrófa, amelynek követését egyetlen más régió sem engedheti meg magának.

El Hierro után a világon a másik Net Zero demonstrációs projekt az ausztráliai Tasmánia államhoz tartozó King Islanden található. King Island sokkal kisebb, mint El Hierro, a lakossága mindössze 1500 fő. Valójában soha nem állította, hogy megkísérelte volna elérni a Net Zero-t, de jelentős szél-, nap- és akkumulátortároló létesítményeket épített, hogy legalább az áram nagy részét ezekből a forrásokból nyerje. Azonban El Hierróhoz hasonlóan a King Island is megtartja a 100%-os tartalékot egy dízelgenerátoros rendszer formájában.

Roger Andrews egy 2018. október 16-i bejegyzésében részletesen tanulmányozta a King Island rendszer eredményeit. [22] Arra a következtetésre jutott, hogy a King Island nem szolgáltatott elegendő adatot ahhoz, hogy pontosan ki lehessen számolni, hogy a villamosenergia mekkora része származik megújuló energiaforrásokból és tárolásból, és mekkora a dízel tartalékból. Becslése szerint azonban egy év alatt körülbelül 60%-ot tesz ki a szél, a napenergia és az akkumulátorok. Azt is kiszámította, hogy ahhoz, hogy a szigetnek egy egész éven át dízelgenerátorok nélkül próbáljon meg eljutni a nettó nullához, a nagyobb szél- és napenergia-kapacitás mellett legalább százszor több tárolóra lenne szüksége.

Így a King-szigetet, mint a villamosenergia-termelésből származó nettó nulla kibocsátás elérésének modelljét, szintén teljes kudarcként kell értékelni. Mindössze annyit mutatott meg, hogy a villamos energia igénynek alig több mint 50 %-át lehet a megújuló energiaforrásokból fedezni, hacsak nem létesítenének olyan méretű energiatárolási kapacitásokat, melyek egyszerűen elviselhetetlen költségeket okoznának.

8. Következtetés

A fejlett világ politikusai a környezetvédő aktivisták nyomására a legnagyobb komolysággal beszélnek a Net Zero tervéről, és több tíz- és százmilliárd dolláros kiadásokra kötelezték és kötelezik polgáraikat és adófizetőiket e cél elérése érdekében. Az energiatárolás kérdésének fejjel a homokban történő megközelítéséből azonban arra kell következtetni, hogy az egész erőfeszítés vagy teljesen komolytalan, vagy lélegzetelállítóan inkompetens.

Teljesen egyértelmű, hogy egyetlen ország sem juthat a nettó zéró közelébe a jelenlegi úton, amely csak több szél- és napenergia-termelőt épít, és nem vagy csak kevés figyelmet fordít az energiatárolás problémájára. Ezen az úton hamar eljutunk Németország jelenlegi helyzetébe, ahol rengeteg szél- és napenergia-termelő kapacitás áll rendelkezésre, hogy egy szeles és napos napon kielégítse a szükségleteit, de szinte semmilyen tároló nincs arra az esetre, ha eljön az éjszaka, és a szél eláll. Németország így a fosszilis tüzelőanyagokra támaszkodik, főként orosz földgáz formájában. És most, az ukrajnai háború és az Északi Áramlat 1 és 2 vezetékek leállítása miatt a Net Zero falába ütközött. A tél közeledtével nincs idő tartalékként szolgáló akkumulátorok beszerzésére, még ha létezne is olyan, amely technikailag képes lenne ellátni a feladatot. Ráadásul a földgázellátás teljes kiváltása akkumulátortárolókkal egy több trillió dolláros projekt, amely valószínűleg az ország GDP-jének többszörösébe kerülne, és így teljesen megvalósíthatatlan. Reálisan nézve Németország soha nem fog olyan mennyiségű tárolót építeni, amely a probléma nagyságához képest jelentős lenne. Csak idő kérdése, hogy mikor adja fel a Net Zero törekvéseit, amit hamarosan követni fog a többi fantáziadús ország.

Megjegyzések

[1]
Unreliability Makes Solar Power Impossibly Expensive

[2]
Scoping Plan Reliability Feasibility – Renewable Variability

[3]. http://euanmearns.com/the-cost-of-wind-solar-power-batteries-included/.

[4] The original post appeared on December 20, 2021 https://blog.friendsofscience.org/2021/12/21/the-cost-of-net-zero-electrification-of-the-u-s-a/. It was substantially reproduced at the WattsUpWithThat blog https://wattsupwiththat.com/2022/01/12/the-cost-of-net-zero-electrification-of-the-u-s-a-blog-post/. This paper considers a revised version of Mr Gregory’s arti­cle that appeared on August 23, 2022 at https://friendsofscience.org/pdf-render.html?pdf=assets/documents/Cost-of-Net-Zero-Electrification-of-the-USAv2.pdf.

[5] https://www.econstor.eu/bitstream/10419/236723/1/Ruhnau-and-Qvist-2021-Storage-requirements-in-a-100-renewable-electricity-system-EconStor.pdf.

[6] https://www.woodmac.com/news/opinion/europes-grid-scale-energy-storage-capacity-will-expand-20-fold-by-2031/

[7] https://www.utilitydive.com/news/new-york-battery-storage-costs-rise-interconnection-queue-12-gw/621954/.

[8] https://www.utilitydive.com/news/brand-new-problem-california-grid-operator-long-duration-storage/621637/#:~:text=Around%203%2C100%20MW%20of%20energy,Commission%20(CEC)%20workshop%20Tuesday.

[9] https://www.nrel.gov/docs/fy21osti/79236.pdf.

[10] https://www.utilitydive.com/news/new-york-battery-storage-costs-rise-interconnection-queue-12-gw/621954/.

[11] https://www.energy.gov/sites/prod/files/2019/07/f65/Storage%20Cost%20and%20Performance%20Characterization%20Report_Final.pdf.

[12] https://www.energy-storage.news/us-doe-puts-us18m-into-long-duration-energy-storage-manufacturing-rd/.

[13]https://www.energy-storage.news/e-zinc-raises-us25m-to-begin-commercial-pilot-production-of-long-duration-storage/.

[14] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S254243511830583X.

[15] https://www.lazard.com/media/451882/lazards-levelized-cost-of-storage-version-70-vf.pdf.

[16] https://assets.jpmprivatebank.com/content/dam/jpm-wm-aem/global/pb/en/insights/eye-on-the-market/2022-energy-paper/elephants-in-the-room.pdf. See p. 39.

[17] https://seekingalpha.com/article/4392471-hydrogen-vs-natural-gas-for-electric-power-generation.

[18] https://www.eia.gov/naturalgas/weekly/.

[19] https://seekingalpha.com/article/4392471-hydrogen-vs-natural-gas-for-electric-power-generation.

[20] https://www.eia.gov/outlooks/aeo/assumptions/pdf/table_8.2.pdf.

[21] https://www.goronadelviento.es/en/statistical-information-and-data/.

[22 http://euanmearns.com/an-update-on-the-king-island-renewable-energy-integration-project/.

A Globális Melegedéspolitikai Alapítványról

Az emberek természetesen aggódnak a környezetért, és olyan politikákat szeretnének, amelyek megvédik azt, miközben növelik az emberi jólétet; olyan politikát, amely nem árt, hanem segít.
A Globális Melegedéspolitikai Alapítvány (GWPF) elkötelezett a gyakorlatias politikák keresése mellett. Célunk, hogy szigorú kutatások és elemzések révén emeljük a tanulás és a megértés színvonalát, hogy segítsük a kiegyensúlyozott vitát az érdeklődő nyilvánosság és a döntéshozók körében.
Olyan oktatási platformot kívánunk létrehozni, amelyen közös alapokat lehet teremteni, segítve ezzel a polarizáció és a pártoskodás leküzdését. Célunk a vita, a tisztelet és a tudásvágy kultúrájának előmozdítása.
A Globális Melegedéspolitikai Alapítvány kiadványaiban kifejtett nézetek a szerzők sajátjai, nem pedig a GWPF-é, annak kurátoraié, tudományos tanácsadó testületének tagjaié, igazgatóié vagy tagjaié.

2022. december.
Fordította:
Király József
okl. vegyészmérnök

Tetszett a cikk? Amennyiben igen, fejezze ki tetszését a
részünkre nyújtott támogatással 300 Ft értékben.
Bankszámlaszámom: – Király József –
10205000-12199224-00000000 (K&H)
A közleményben kérjük megadni: klímarealista.

 

Print Friendly, PDF & Email