Hidi János

A jelenlegi technológiai, természeti, infrastrukturális és politikai adottságok mellett a szél- és naperőművek áramtermelésben való részesedésének a reális felső határa 50% körül lehet, és még ennek az eléréséhez is jelentős beruházásokra és szoros nemzetközi együttműködésre lesz szükség. Ahhoz, hogy az elektromos áram ára ne szökjön az egekbe, rendszerszintű változásokat kell megvalósítani a meglévő infrastruktúrában.

Ha így folytatjuk, a klímaváltozást nem elkerülni fogjuk, hanem elviselni. Rengeteg üvegházhatású gázt eregetünk a Föld légkörébe, és ennek intenzitása várhatóan csak nőni fog. Az emberiség energiaigénye tovább nő, és az energiafelhasználás döntő többségét széntartalmú anyagok elégetéséből kapjuk. Ebből rengeteg széndioxid kerül a légkörbe, ami súlyosbítja az üvegházhatást.

Nagyon szurkolok tehát a széndioxid-mentes, főleg megújuló energiaforrások elterjedésének. Németország ebben megpróbál élen járni, és nagyon erős politikai nyomással elérni, hogy az ország energiatermelését minél inkább megtisztítsa a káros mellékhatásoktól, a széndioxid mellett a radioaktív szennyezőanyagokat is ideértve.

Ez az elhatározás óriasi jelentőségű, de tisztában kell lennünk azzal, hogy hatalmas kiadásokkal jár. Egy a European Economic Reviewban 2017-ben megjelent tudományos publikáció, valamint a Nemzetközi Energiaügynökség egy 2014-es tanulmánya is foglalkozik azzal a kérdéssel, hogy meddig lehet növelni a változékony áramtermelésű szél- és naperőművek hozzájárulását, integrálva őket az európai áramhálózatokba. Az alábbiakban elsősorban az idei cikket foglalom össze, utána kitérek a 2014-es tanulmány főbb megállapításaira.

A jelenlegi technológiai adottságok mellett a legjobb, működő megoldások a fenntartható energiaelőállításra a megújuló erőforrásokra épülnek, az áramtermelésben például a legtöbb országban a szél és naperőművekbe helyezik reményüket. A 2017-es publikáció 2014-es németországi, részletes, óránkénti adatokat használva körüljárja a szél- és napenergiában rejlő lehetőségeket. Németországban 2014-ben a teljes energiaelőállítás 12,6%-a származott megújuló forrásokból. Ha csak az áramtermelést nézzük, ami a teljes energiatermelés 22,2%-a, akkor ennek 16%-a származott szél- és naperőművektől, és 11%-a egyéb megújuló forrásokból, úgymint vízerőművekből és bioüzemanyagok elégetéséből. Az áramnak tehát 27%-a származik megújuló forrásból (2015-re ez 31%-ra nőt), 15,5%-a pedig atomerőművekből (2015-re ez 14,2%-ra csökkent, 2016-ban 13% volt). (Az itt tárgyalt cikk 2014-es adatokat használ, de a 2016-os előzetes adatok nem különböznek lényegesen.)

1. ábra: A németországi energiatermelés megoszlása 2014-ben

A megújulók további aránybővülését a szakértők elsősorban a szél- és naperőművektől várják. Ebben van a legnagyobb potenciál, ismert és javuló technológiákkal, szeles és napos területekkel, bejáratott üzleti, szabályozási feltételekkel. Rengeteg ilyen további kapacitásra van szükség, ha szeretnék kiváltani a nukláris és fosszilis hőerőműveket. Elvileg a teljes áramtermelés is származhat megújuló forrásokból, a kérdés csupán az, hogy milyen áron.

És itt jönnek a nehézségek. A szél- és naperőmű kapacitások bővítése önmagában nem elegendő az ország áramellátásának biztosításához, ugyanis hiába van sok szélkerék és napelem, a szél nem mindig akkor fúj, és a nap nem mindig akkor süt, amikor épp szükség lenne áramra. 2014-ben Németország beépített összes szélerőmű kapacitása pl. 35,92 GW volt, de az ebből származó éves átlagos áramtermelése csupán 5,65GW. A beépített naperőmű kapacitás 37,34 GW volt, az éves átlagos áramtermelés viszont csak 3,7 GW. Ennyit tett lehetővé a szélfújás és a napsütés, úgy, hogy a szél- és naperőművek termelésének szinte egésze felhasználásra került. Nagyon ritkán fordult elő olyan, hogy a szél- és naperőművek által előállított áram egy részére ne lett volna szükség sehol az országban. Az áramkereslet többi részét a meglévő hőerőműállomány biztosította: alaptermelést az atomerőművek, valamint az igény szerint be- vagy kikapcsolt szenes és földgázos hőerőművek.

     2. ábra: a németországi szél- és naperőművek áramtermelése 2014-ben

     3. ábra: a németországi szél- és naperőműves áramtermelés (fekete vonal) és teljes áramfogyasztás (szürke vonal) 2014-ben

Ha tovább növeljük a változékony áramtermelésű szél- és naperőművek kapacitását, akkor gyakoribbak lesznek az olyan időszakok, amikor szeles és napos körülmények között a szél- és naperőművek áramtermelésére épp nincs igény, mert az áramigény mélypontjai és a szél- és naperőművek termelésének a csúcspontjai egyre gyakrabban fognak átfedésbe kerülni. Ilyenkor a szél- és naperőművek áramfeleslegét lehet exportálni, eltárolni vagy egyszerűen lekapcsolni, illetve ezek valamilyen optimális kombinációját alkalmazni.

Az exportálás lehetősége attól függ, hogy milyen határkeresztező kapacitások vannak kiépítve, és van-e importkereslet épp akkor a szomszédos országokban. Az áram tárolása elsősorban szivattyús víztározók segítségével történik, illetve akkumulátorokban is lehetséges. A szél- és naperőművek egyszerű kikapcsolása pedig kihagyott lehetőség, hogy a befektetett tőke termeljen.

Az exportot illetően felmerültek már nehézségek. Németországban előfordultak olyan időszakok, amikor a magas pillanatnyi áramtermelés miatt az áram ára negatív lett, miközben a környező országok sem tudták felvenni a német áramtöbbletet. Továbbá a határkeresztező kapacitások kiépítése körül is voltak már politikai feszültségek.

Ami az áram tárolását illeti, nagyon sok beruházásra lesz még szükség. Németországban 0,038 TWh-nyi szivattyús víztározós áramtároló kapacitás van kiépítve, és a természeti adottságok miatt ezt ésszerű költségek mellett legfeljebb 0,045 TWh-ig lehetne bővíteni. Hogy ez mire elég, azt egy gondolatkísérlettel lehet érzékeltetni. Ha elképzelünk egy olyan szélsőséges helyzetet, amelyben a szél- és naperőművek változékony áramtermelését teljes egészében ki szeretnénk simítani áramtárolás segítségével, akkor ehhez 6,89 TWh tárolókapacitásra lett volna szükség 2014-ben, mert olyan nagy az éven belüli termelési változékonyság. Ez a tároló a téli, szeles időben befogadta volna a szélerőművek termelését, amit később, májustól novemberig elosztva kiengedett volna, valamint áprilistól szeptemberig eltárolta volna a naperőművek termelését, kiengedve azt ősztől tavaszig.

Ha az lenne a cél, hogy a teljes német áramfogyasztást kizárólag belföldi szél- és naperőművekben állítsák elő, akkor a változékony fogyasztás és a változékony termelés kiegyenlítése érdekében 2014-ben 43 TWh-nyi tárolókapacitásra lett volna szükség (feltételezve, hogy a kibővített szél- és naperőmüvek épp a 2014-es tényleges változékonyságot követték volna), miközben a kiépített szél- és naperőmű kapacitás az átlagos éves fogyasztási szint nyolcszorosát kellett volna, hogy kitegye.

Ezekből a számításokból világosan látszik, hogy a 2014-es német áramfogyasztás 100%-ban belföldi szél- és naperőműből való előállítása nem kivitelezhető ésszerű költségek mellett a jelenlegi technológiákkal. A változékony termelésű szél- és naperőművek rendszerbe állításának megvannak tehát az erős korlátai. A nemzetközi együttműködések, a tárolókapacitás bővítések és a ki-be kapcsolható hőerőművek valamilyen optimális kombinációja az, amivel a legtöbbet tehetjük a széndioxidkibocsátás csökkentése érdekében.

Egy ilyen optimális kombinációra egy példa lehet, ha különböző természeti adottságú és áramfogyasztású országok együttműködnek. Norvégiában például a vízerőműpark kapacitása 84TWh. Bár ez nem szivattyús víztározó, hanem vízerőmű, ahol tehát a víz csak lefelé folyik és közben áramot termel, de nincs lehetőség arra, hogy áram felhasználásával vizet szivattyúzzunk fel, mégis használható kvázi tárolóként, ha Norvégia és Németország együtt optimalizálja termelését. Olyan időszakokban, amikor Németországnak többletárama van a sok szél- és naperőműből, akkor áramot exportálhat Norvégiába, ahol ilyenkor a vízerőművek nem termelnek, hanem gyűjtik a patakok vizét a hegyi tavakban, saját igényeikhez képest túltöltve őket. Olyankor azonban, amikor Németországban épp nem fúj a szél és nem süt a nap, akkor Norvégia a vízerőműveit a belföldi igényeknél nagyobb ütemben működtetheti, leapasztva hegyi tavainak vízszintjét, exportálva a fölösleget Németországba. Egy ilyen együttműködés persze a jelenlegi infrastruktúra mellett még nem tenné lehetővé a szél- és naperőmű kapacitások jelentős bővítését, de némi határkeresztező és vízerőműfejlesztéssel már igen.

Tovább lehet javítani a helyzetet, ha kiterjesztjük az együttműködést Németország és Norvégia mellett Ausztriára, Svájcra és Dániára is. Ekkor elképzelhető egy olyan kimenetel, ahol kihasználva az öt ország diverzifikációs lehetőségeit és természeti adottságait, egy összesen 1,6 TWh-s szivattyús áramtároló kapacitás kiépítése mellett (nagyrészt Norvégiában) az együttes áramtermelésükben a szél- és naperőművek aránya elérheti az 50%-ot, anélkül, hogy a szél- és naperőművek által termelt áramot gyakran kellene elengedni (kikapcsolni a szélerőművet, amikor pedig fúj a szél). (Az, hogy a többi EU-s ország bevonását hogy lehet elképzelni, már nehezebb kérdés, ugyanis Norvégia kapacitásai is végesek. Lehet, hogy a későn ébredőknek drágább lehetőségeik maradnak csak.)

A szivattyús víztározók és határkeresztező áramszállítási kapacitások kiépítésének a költsége azonban óriási. A németországi adottságok ehhez kedvezőtlenek, ott többnyire építeni kell a víztározót, aminek becsült költsége GWh-ként 350-600 millió euró (TWh-ként 350-600 milliárd euró lenne, de ekkora kapacitásra úgysincsenek meg az adottságok). Norvégiában viszont, ahol meglévő tavak összekötésével ez sokkal olcsóbban megvalósítható, a németországi költségek talán 1/40-ed részével lehet számolni. A német-norvég tengeralatti kábeleken zajló áramszállítási kapacitás 2011-ben 1,5GW volt, és voltak már tervek a 4,3GW-ra való bővítésre, 2016-ban egy 1,4 GW-os beruházás el is kezdődött, a beruházás költsége 1,5-2 milliárd euró, és 2020-ra készülhet el. Az 50%-os szél- és naperűmő arány víztározókkal kombinált eléréséhez viszont ezt a határkeresztező kapacitást 80-90 GW-ra kellene növelni.

A szél- és naperőművek áramtermelésben való részesedésének a reális felső határa 50% körül lehet, a jelenlegi technológiai, természeti, infrastrukturális és politikai adottságok mellett. Ennek eléréséhez is jelentős beruházásokra és szoros nemzetközi együttműködésre lesz szükség. Ez egy olyan áramtermelési rendszer műkedtetését igényli, ahol a jelenlegi szél- és naperőmű kapacitások többszörösét kell még kiépíteni, új szivattyús tározókat kell építeni mindenhova, ahova csak ésszerűen lehetséges, a határkeresztező áramszállítási kapacitásokat meg kell többszörözni, és üzemben kell tartani a jelenlegi fosszilis hőerűmű kapacitások nagy részét, hogy szükség esetén beindíthatók legyenek. Ezen fosszilis hőerőművek remélhetőleg keveset fognak működni, ami azt is jelenti, hogy a bevételük is kevés lesz, tehát fenntartásukat valahogyan finanszírozni kell majd a közösből.

A Nemzetközi Energiaügynökség 2014-es tanulmánya is ehhez hasonló eredményekre jutott. Azt állapították meg, hogy a változékony áramtermelésű szél- és naperőművek integrálása az európai áramhálózatokba jelentős költségekkel ugyan, de 45%-os részesedésig ésszerű kiadások mellett elérhető. A tanulmány szerint, ha ezt a 45%-nyi szél- és naperőmű részesedést az akkori rendszerekbe szeretnénk beletuszkolni, anélkül, hogy lényeges, rendszerszintű változásokat eszközölnének a meglévő infrastruktúrában, akkor az áram ára mintegy 40%-kal nőne. Ezzel szemben, ha újragondoljuk a jelenlegi infrastruktúrát, és úgy alakítjuk át, hogy az maximálisan támogassa a szél- és napenergia befogadását, akkor ez az áramár növekedés akár a harmadára is csökkenthető, ehhez azonban már teljesülnie kell, hogy az olyan rugalmatlan alaptermelők, mint amilyenek az atomerőművek, átadják a helyüket a rugalmasabb, főleg gázos hőerőműveknek.

Remélem, hogy az erős Nyugat-Európai gazdaságok és azok áramfogyasztói elbírják ezt a terhet, annak reményében, hogy hosszú távon tisztább legyen az áramtermelés. Ahogy most állunk, egy előzetes becslés szerint 2016-ban a németországi üvegházhatású gázok kibocsátása egy kicsit, 0,4%-ot nőhetett az előző évhez képest, a kedvezőtlen időjárás és a szállítási szektor növekvő kibocsátása miatt, miközben a cél az, hogy 2020-ra a 2016-os szinthez képest 17%-kal csökkenjen (így lenne az 1990-es szintnél 40%-kal kisebb). Igaz, egy évvel korábban, a 2015-re vonatkozó előzetes becslés túlzónak bizonyult, akkor 2015-re kibocsátás növekedést vártak, de csökkenés lett belőle.

     4. ábra: a németországi üvegházhatású gázok kibocsátás szektorok szerint

A német fogyasztók egyelőre sokat fizetnek az áramért (2016-ban 2,5-szer annyit, mint a magyar háztartások), aminek nagyrészt az az oka, hogy az áram kiskereskedelmi árába be van építve a megújuló források támogatásának költsége. Ha egyszer megépülnek a nagy szél- és naperőmű kapacitások, akkor hosszú távon olcsón fognak áramot termelni. Viszont ahhoz, hogy elérjék az 50%-os arányt a szél- és naperőművekkel, ahhoz még a fentiek alapján nagyon sok beruházásra lesz szükség. Az alacsonyabb széndioxid-kibocsátásnak tehát egyelőre még elég magas ára van.

     5. ábra: a háztartások által fizetett áramár az EU-ban

Egy másik cikk amerikai szempontból veszi szemügyre a témát, és arra jut, hogy a jelenlegi ismereteink és adottságaink mellett nehéz elképzelni, hogy 60%-nál nagyobb lehetne az áramtermelésben a megújulók aránya. Ugyanakkor senki se tudhatja, milyen technológiai változásokat hoz a jövő, mennyire veszik majd komolyan a társadalmak a klímaváltozás következményeit és mennyit is hajlandók áldozni az üvegházhatás enyhítésére, és ez milyen piaci, szabályozási változásokat hoz, aminek köszönhetően akár a közel 100% megújuló energiatermelés is elérhető lesz, a különböző szakértők véleményét, elemzéseit összesítve (ld. a REN21 tanulmány 1. táblázatát) inkább majd valamikor a XXI. sz. második felében. Talán.

     6. ábra: szakértői várakozások a megújuló erőforrások teljes energiaelőállításból való részesedésére vonatkozóan