Posted by Börcsök Endre és Füri Péter,
Energiatudományi Kutatóközpont
>Az utóbbi években kiemelt érdeklődés övezi a hazai energiaellátást és benne villamosenergia-termelés helyzetét. Nem véletlen a villamos energia kiemelt státusza, hiszen a
legtöbb energiaigény biztosítható vele, mint például fűtés vagy mobilitás, ugyanakkor a hozzá kapcsolódó nehézségekről sem szabad megfeledkezni. Mivel a villamos energia igen korlátozottan tárolható, így komoly kihívás, hogy a nap 24 órájában és az év 365 napján át fenn kell tartani a termelés-fogyasztás egyensúlyát, azaz a hazai erőművek által termelt villamosenergiának és az importnak fedeznie kell az éppen aktuális energiaigényt. Fontos továbbá, hogy az energia a lehetőségekhez mérten olcsó legyen, biztosan rendelkezésre álljon és a legkisebb környezeti kárt okozó forrásból származzon. Az utóbbi években ugyan az ellátás biztonság háttérbe szorította a gazdasági és környezeti szempontokat, ennek ellenére rövid összegzésünkben mindhárom szempontot érintjük.
Először vizsgáljuk meg a termelés-fogyasztás korábban említett finom egyensúlyát. A napi terhelés menetében jellemzően két csúcs van: reggel és este 8 óra körül, amely időszakokban a fogyasztás tipikusan 15 százalékkal emelkedik meg a napi átlaghoz képest. Ez nagy vonalakban a mátrai lignit erőmű teljesítményének kétszeresét jelenti. Hasonló mértékben csökken a két völgy időszakban a hajnali és déli órákban. Ehhez kell finoman igazítanunk erőműveink üzemelését úgy, hogy az ilyen léptékű villamosenergia-tárolás hazánkban egyelőre megoldatlan. Az ilyen nagyságrendű energiatárolás szivattyús erőművekkel valósítható meg, ahol magasabb helyre felpumpált vagy duzzasztott víz lezubogva termel villamos energiát. A földrajzi adottságok nem minden országban teszik lehetővé a szivattyús erőművek gazdaságos működtetését, depéldául Ausztria vagy Svájc domborzati adottságai megfelelőek tározók kialakítására.
A termelés-fogyasztás egyensúlya fenntartható folyami vízerőművekkel is, hiszen az ezekben lévő turbinákra kerülő víz mennyisége általában jól szabályozható. Magyarországon azonban sajnos nem jók az adottságok a folyami vízerőművek építéséhez sem. Hazánkban tehát energiatárolás híján csupánaz erőművek ki és bekapcsolásával biztosítható a változó termelés, amely ugyanakkor egy igencsak problémás terület. Elég arra gondolni, hogy egy atomerőművi blokk vagy akár egy lignit tüzelésű erőmű elindítása hosszú órákat vesz igénybe, így a folyamatosan változó fogyasztás biztosítására csak nagyon korlátozottan alkalmas. A napenergia illetve a szélgenerátorok
pedig egyáltalán nem vagy csak nehezen szabályozhatók. Egyedül a földgáz tüzeléses erőművek azok, melyek teljesítménye gyorsan, akár negyedórás időtartam alatt is
felfuttathatók. A hazai villamosenergia-rendszerben tehát a legfontosabb szabályozható kapacitás a földgáz fölhasználásra épül. Az utóbbi években azonban fájdalmasan szembesültünk a földgáz ellátásunk bizonytalanságaival. Természetesen felmerül a kérdés, hogy mivel tudnánk helyettesíteni energiafüggőségünk legfőbb okozóját. Ha számba vesszük az idei év első felében a villamosenergia-termelésére felhasznált hazai energiaforrásokat, akkor azt láthatjuk, hogy ebben már a magyar energiamixben évtizedek óta meghatározó atomenergia mellett már nem a széné, hanem a megújuló energiáé a főszerep, hiszen a naperőművek közel 14 százalékos részaránya lekörözi a mátrai lignit 9 százalékos hányadát. Az atomenergia 50 százalékos részarányát habár nem hazai, mégis az ellátásbiztonságot garantáló energiaforrásokhoz sorolhatjuk, hiszen a fűtőanyag beszerzése több országból megvalósítható és ebből kötelezően több évre előre tárolásra kerül az erőműben. A földgázra, mint import energiahordozóra a termelés ötöde hárul, amely érték más európai országgal összevetve sem kiemelkedő, azonban a szabályzásban betöltött szerepe meghatározó. Természetesen az EU országai között találunk olyanokat (például Franciaország vagy Németország), ahol alacsonyabb 10% körüli a földgáz felhasználás részaránya, ugyanakkor a kedvezőbb szabályzási lehetőségekkel rendelkező Ausztria esetén ugyanezen részarány 2022-ben a hazaihoz hasonlóan 20% körül alakult.
A villamosenergia-rendszer ellátásbiztonságának legfontosabb kérdései mellett a termeléssel okozott környezeti károkra is ki kell térnünk. A szigorú kibocsátási határértékek miatt itt elsősorban a klímahatásra kell összpontosítanunk. A klímahatás vizsgálata azért is lényeges, mert az idei évben rögzített „zöld megállapodás” roppant szigorú keretrendszert rögzít az európai unió számára. A keretrendszer legfontosabb mérőszáma a különböző országokra vagy erőművekre kiszámolt széndioxid intenzitás. Ez az adat megmutatja, hogy hány grammnyi széndioxid kibocsátás feleltethető meg a megtermelt energiának MJ -onként. Magyarország jelenleg a széndioxid intenzitás tekintetében a közép mezőnyben szerepel az EU-s tagországok között a 73 g/MJ –os értékével, ami elsősorban a nagyon kedvező 3,9 g/MJ széndioxid intenzitású
atomenergia magas hányadának köszönhető. Ezzel szemben a lignit esetén 116 g/MJ-os széndioxid intenzitással kell számolnunk, mely energiahordozóról akár le is mondhatnánk, azonban ezzel tovább növelnénk az amúgy is jelentős 36%-os villamosenergia-importunkat. Ezzel csökkennének az adózási bevételeink és az ellátás biztonság, mindamellett, hogy a külföldi energiaforrás nagy valószínűséggel ugyanúgy fosszilis eredetű lenne, tehát az európai klímacélokat nem segítené. A lignit azonban 2030 körül előreláthatóan kikerül a hazai energiamixből és helyét új földgáztüzelésű blokkok veszik át.
Jogosan vethetjük föl, hogy a komoly geopolitikai kockázattal rendelkező és közel sem klímasemleges földgáz szerepe miért megkerülhetetlen a villamosenergia-termelésben és miért várható újabb erőművi beruházás a növekvő megújuló energiaforrás használat mellett. A válaszhoz tudni kell, hogy pont a megújuló energiatermelés kiszabályozása teszi szükségessé ezeket a beruházásokat. Egy naperőmű évente átlagosan 1000 órát üzemel hazánkban, ami azt jelenti, hogy naponta 3 órát. Szél esetén akár 6 órás termeléssel is számolhatunk. Ezekhez a „munkaidőkhöz” nehéz gazdaságos felhasználást igazítani. Ez jelenleg a szelesebb vagy napsütéses napok túlkínálatához kapcsolódó negatív tőzsdei árakban ölt testet. (Sajnos a negatív árak a végfelhasználóknál nem jelentkeznek, így hiába kapcsolnám fel otthon a lámpákat rezsicsökkentés jegyében.) Természetes megoldásnak ígérkezik az energiatárolás fejlesztése, amivel legalább a napi ingadozások kiszabályozhatók. Sajnos ezek nagyon költséges technológiák és a hosszabb szélcsendes vagy ködösebb időszakokon nem segítenek, tehát a tárolók mellett további, rugalmasan indítható termelő kapacitásokra is mindenképpen szükség van. Talán a legígéretesebb módszer, amivel a kettő integrálható az úgynevezett „power to gas” technológia, amely során a többlet villamos-energiával például hidrogént termelünk, amit földgázba keverve vagy tárolva használunk fel a későbbiekben. Ezzel az eljárással akár a termelés szezonális jellege is kiegyenlíthető lenne, azonban komoly gát, hogy nincs olyan olcsó infrastruktúra, amely napi 3 órás kihasználással gazdaságosan üzemeltethető.
A jelenlegi elérhető technológiákat racionálisan szemlélve megállapítható, hogy az arányaiban alacsony beruházási költséggel rendelkező, jól szabályozható földgáz alapú
erőművek alkalmasak elsődlegesen az időjárásfüggő villamosenergia-termelés és a fogyasztás összehangolására. Ennek alkalmazását az EU-s „zöld megállapodás” nagyon
helyesen, mint lehetőség meghagyta tagállamainak, természetesen igen szigorú követelményekkel, melyben a hidrogén betáplálás is szerepet kap. Ez lehetőséget teremthet
egy hidrogén piac kialakulásának, ami végsősoron a „power to gas” technológiának biztosítana gazdasági hátteret.
A villamosenergia-ellátás jövőjét tekintve igen fontos a helyes arányok meghatározása, vagyis az, hogy a jelenlegi technológiákkal hogyan lehet gazdaságosan minimalizálni a villamosenergia-szektor széndioxid intenzitását. Hazánkban több kutatócsoport is foglalkozik ezzel a témával, és az Energiatudományi Kutatóközpont munkatársai hosszú évek óta sikeresen fejlesztenek olyan modellezési eszközt, mellyel régiók vagy országok energetikai rendszere tetszőleges célfüggvénnyel optimalizálható. Előrejelzéseik alapján az energiatárolás fejlesztése kulcsszerepet játszik a jövőbeli széndioxid intenzitás csökkentésében, hiszen önmagában az „okos villamoshálózattal” vezérelt fogyasztók nem képesek a szabályzás feladatát felvállalni, ugyanakkor az atomenergia, mint alaperőművi ellátás nem igazán megkerülhető. Fontos kiemelni, hogy az atomenergia nem „vetélytársa” az időjárásfüggő megújuló energiának, mint a nap vagy a szél, hanem egyszerűen más szerepet tölt be az ellátásbiztonság tekintetében, hasonlóan, mint a rugalmasságot garantáló földgáz (+ hidrogén) erőművek.
Címkép: Paks1