Láncreakció

Aszódi Attila információs blogja a Paksra tervezett új blokkokkal kapcsolatban

A megvalósítás szakaszába lép a Paks-2 projekt

2017. április 20. 21:07 - Prof. Dr. Aszódi Attila

Újabb mérföldkőhöz érkezett a két új paksi blokk előkészítése: a másodfokú környezetvédelmi hatóság helybenhagyta a 2016. szeptember 29-én kiadott környezetvédelmi engedélyt.

Az előkészítési szakasz egy nagyon fontos része ezennel lezárult, a következő lépés a létesítési engedélyezés, majd az erőművi blokkok megépítése lesz. A most elért mérföldkő kapcsán hasznos röviden összefoglalni, mi is történt eddig, mely akadályokon jutottunk túl.

p2.jpgA paksi két új blokk sematikus látképe

EU-s eljárások

A Paks-2 projektről Magyarország az Európai Unióval 2013 óta folyamatosan és rendszeresen egyeztet. Az uniós szabályoknak megfelelve, hazánk már 2013-ban értesítette az Európai Bizottságot arról, hogy az orosz féllel államközi megállapodást kíván kötni két új reaktor építéséről. Az Európai Bizottság 2014 januárjában értesítette Magyarországot, hogy a magyar-orosz egyezmény aláírásával szemben nincs kifogása. Hazánk és Oroszország ezt követően, 2014. január 14-én írta alá a paksi projekt jogi kereteit megadó államközi egyezményt, amelyet később a magyar Országgyűlés megvitatott és elfogadott, az Egyezményt a 2014. évi II. törvény hirdette ki.

A 2014 decemberi megvalósítási megállapodások közül az üzemanyag-ellátási szerződés kapcsán harmadik feles aláíróként uniós részről az Euratom Ellátási Ügynöksége (ESA) kapott szerepet. Ennek oka, hogy az Európai Unió szabályai értelmében nukleáris üzemanyag importjához nem elegendő a szállító és a vevő megállapodása, ahhoz szükséges az ESA aláírása is. Ezt a hozzájárulást, azaz az üzemanyag-ellátási szerződés harmadik feles aláírását az ESA-tól 2015 áprilisában kaptuk meg.

Az Euratom szerződés 41. cikkelye értelmében minden nukleáris projekt bejelentés-köteles. Ezt a bejelentést hazánk 2014 augusztusában tette meg, amelyet – a szokásos konzultációkat követően – a Bizottság 2015 szeptemberében fogadott el és kinyilvánította: a Paks2 projekt teljesíti az Euratom Szerződés nukleáris biztonsági, műszaki, környezetvédelmi és energiapolitikai célkitűzéseit.

A környezeti információkhoz való hozzáféréssel kapcsolatban a 2015. évi VII. tv. (ún. Projekttörvény) 5. §-ának kismértékű módosítását követően a Bizottság környezetvédelmi főigazgatósága (DG ENVI) 2016. májusában mondta ki, hogy az megfelel az uniós szabályozásnak.

Az azzal kapcsolatos kérdésben, hogy a magyar fél jogosult volt-e közvetlenül, tender meghirdetése nélkül szerződést kötni az orosz féllel a két új blokk szállításáról, a Bizottság illetékes főigazgatósága (DG GROW) 2016. november 17-én mondta ki a választ: lezárta a kötelezettségszegési eljárást, igazoltnak látta, hogy a magyar fél az uniós joggal összhangban járt el akkor, amikor közvetlenül szerződött az orosz féllel a két új blokk szállítására.

Az utolsó, leghosszabb eljárást a Bizottság versenypolitikáért felelős főigazgatósága (DG COMP) folytatta. Az ún. mélyreható vizsgálat (hónapokon át tartó egyeztetéseket követően) 2015 novemberében indult, és 2017. március 6-án zárult. A Bizottság megállapította, hogy a projekt profitábilis, viszont állami támogatást tartalmaz, ugyanis hazánk a projekt megvalósításakor egy magánbefektető elvárásaihoz képest kismértékben alacsonyabb megtérülést is hajlandó elfogadni. A Bizottság kimondta: a projekt állami támogatást tartalmaz, de az megfelel az uniós szabályoknak, ugyanis hazánk bizonyította, hogy az intézkedés nem okoz indokolatlan torzulást a magyar energiapiacon, és a villamos energia értékesítése, valamint a profit felhasználása terén számos garanciát is vállalt.

Az Európai Uniós oldaláról tehát minden akadály elhárult, a projekt megvalósítható.

Telephelyengedély

A hazai szabályok értelmében atomerőművi telephely alkalmasságának hatósági megállapítását egy ún. telephelyvizsgálati- és értékelési engedély alapján lefolytatott telephelyvizsgálat előzi meg. A telephely vizsgálata során mind az emberi eredetű, mind a természeti eredetű veszélyeket vizsgálni kell. A vizsgálat célja, hogy kizárja olyan körülmények fennállását a telephelyen, amelyek azt alkalmatlanná tennék atomerőművi blokkok létesítésére. További cél a blokkokat veszélyeztető tényezők azonosítása, a telephelyjellemzők meghatározása. A vizsgálatok így rendkívül széleskörűek voltak, ki kellett térniük többek között a földtudományi, a geotechnikai, a hidrológiai és meteorológiai tényezőkre, a végső hőnyelő biztosításának kérdésére, az emberi eredetű veszélyek között pedig számos más mellett a tüzek, balesetek, ipari létesítmények, repülőgép-rázuhanás, a Duna ember okozta elszennyeződésének hatásaira is. A több éven át tartó vizsgálatok során többek között geofizikai mérések (pl. 3D szeizmikus, Crosshole-mérések, geoelektromos szelvényezés) és űrgeodéziai vizsgálatok készültek, a földtani és geomorfológiai térképezésen túl sekély- és mélyfúrások zajlottak, frissítettük a földrengés-katalógust, vizsgáltuk a talajfolyósodást, kibővült a mikroszeizmikus monitoring hálózat, és egy komplett térinformatikai adatbázis is elkészült.

20170330the06.jpgBejárás a Földtani Kutatási Program egyik helyszínén (2016. augusztus)

A vizsgálatok eredményeit egy ún. Telephely-biztonsági Jelentésben foglaltuk össze. A telephelyengedély-kérelmet a projekttársaság 2016. október 27-én nyújtotta be az Országos Atomenergia Hivatalnak (OAH). A Jelentés szerint a paksi telephely alkalmas az új blokkok létesítésére, és megállapítást nyert az is, hogy a kor műszaki-tudományos színvonalán a telephelyre jellemző körülmények és veszélyek a tervező által a hatályos nukleáris biztonsági követelményeknek megfelelően kezelhetők.

Az OAH 2017. március 30-án – a Jelentésben foglaltakkal való egyetértését kifejezve – kiadta a projekt telephelyengedélyét.

Környezetvédelmi engedély

A Paks-2 projekttársaság 2014. december 19-én nyújtotta be a környezetvédelmi engedély iránti kérelmét, ezzel kezdődött meg a környezeti hatásvizsgálati eljárás. A benyújtott, nyilvános, mindenki számára hozzáférhető környezeti hatástanulmány mintegy 2200 oldal terjedelmű, és tartalmazza az összes, jelen fázisban releváns információt magáról a projektről, a felmelegedett hűtővíz Dunára gyakorolt hatásáról, a normál üzemi működés és az esetleges üzemzavarok radiológiai hatásairól, a víz- és légszennyezési, zaj- és rezgésterhelési vizsgálatok eredményeiről, a radioaktív és hagyományos hulladékok kezeléséről, az állat- és növényvilágra gyakorolt hatásokról, továbbá a várható gazdasági és társadalmi hatásokról is. A hatósági közmeghallgatást megelőzően a Kormánybiztosság és a Paks-2 projekttársaság lakossági fórumok formájában tájékoztatta Paks és 40 Paks környéki település lakosságát arról, hogy milyen környezeti hatások várhatók, és hogy maga az engedélyezési eljárás folyamatban van, bárki megfogalmazhatja véleményét, észrevételeit.

Az eljárás keretein belül 2015. május 7-én Pakson került sor a közmeghallgatásra. A hatósági eljárás keretében, az Espooi Egyezménynek megfelelően, nemzetközi környezeti hatásvizsgálati eljárás lefolytatására is sor került, melynek során 7 európai országban 9 helyszínen tartottunk lakossági fórumokat és szakértői konzultációkat, három további országgal pedig írásban konzultáltunk.

A beadott környezeti hatástanulmány és a tisztázó hiánypótlások alapján, valamint a belföldről és külföldről, magánszemélyektől, kormányoktól és hatóságoktól, szervezetektől beérkezett vélemények és észrevételek megfelelő figyelembevételével az illetékes környezetvédelmi hatóság, a Baranya Megyei Kormányhivatal végül 2016. szeptember 29-én adta ki a Paks2 projekt elsőfokú környezetvédelmi engedélyét. Ezt két civil szervezet, a Greenpeace és az Energiaklub fellebbezéssel támadta meg, így az ügy a másodfokú környezetvédelmi hatóság elé került. A Pest Megyei Kormányhivatal által lefolytatott másodfokú eljárás 2016. november 23-én indult, és 2017. április 18-án az elsőfokú környezetvédelmi engedélyt helybenhagyó határozattal zárult. A Paks-2 projekt környezetvédelmi engedélye ezzel jogerőssé és végrehajthatóvá vált.

A fenti feladatok sikeres teljesítésének köszönhetően megnyílt az út a legkomplexebb, legterjedelmesebb engedélyezési eljárás, a létesítési engedélyezés előtt. A Paks-2 projekt ezzel új szakaszába lép.

vver-1200.jpgVVER-1200

2 komment

Rekordárak és rekordfogyasztás az európai árampiacon

2017. január 24. 16:18 - Prof. Dr. Aszódi Attila

A 2017. január eleji magas európai nagykereskedelmi villamosenergia-árakról és a hazai fogyasztási rekordokról

Nagyon érdekes hír jelent meg a minap a Világgazdaság honlapján. A cikk a Bloomberg hírügynökség beszámolója alapján a következőkre hívta fel a figyelmet:

"Évtizedes rekordokat döntöttek meg az elmúlt napokban az európai piaci villamosenergia-árak, miközben a rendkívül hideg időjárás miatt csúcsra járatott atomerőművekből több nem működik és az energiaszektor sztrájkokkal küzd. (…) Egy megawattóra ára Németországban 90,5 euróba, míg Belgiumban 110 euróba kerül".  

Mai blogposztomban az említett hír hátterét szeretném egy picit megvilágítani, hiszen az elmúlt időszakban olyan fejlemények zajlottak az európai villamosenergia-piacon, amelyekből fontos következtetéseket vonhatunk le.

 

Nyugat-európai helyzet

Nyugat-Európában a tőzsdei áramárak tavaly októberben érdemben emelkedni kezdtek. Az áremelkedés egyik oka, hogy Franciaországban több atomerőművet felülvizsgálatokra időlegesen le kellett állítani. Ezen erőművek leállása miatt a francia tőzsdei villamosenergia-árak jelentősen növekedtek, és ez érdemben megemelte a francián kívül a német és a svájci árakat is. A lenti ábrákon látható, októbertől kezdődő áremelkedés ennek tudható be. Franciaországban és Svájcban az árak közel a duplájára, a 25-40 euró/MWh-s szintről 40-80 euró/MWh-s szintre emelkedtek, esetenként e fölé ugrottak, Németországban pedig a korábbi 20-35 euróról 35-55 euróra nőttek.

francia_arak.png

A francia tőzsdei árak alakulása az elmúlt fél évben

 

svajci_arak.png

A svájci tőzsdei árak alakulása az elmúlt fél évben

 

nemet_arak.png

A német tőzsdei árak alakulása az elmúlt fél évben

Az ábrák forrása a német áramtőzsde, az EEX honlapja

Franciaországban az őszön mintegy 22.000 MW atomerőművi kapacitás került ideiglenesen leállításra karbantartások és ellenőrzések céljából. Ez a teljes francia bruttó beépített teljesítőképesség (≈130GW) mindössze 16%-a, mégis a leállása jelentős áremelkedést idézett elő a francia piacon, ráadásul a hatása a svájci és német piacra is átterjedt. Ez alapján érdemes megfigyelni, hogy már kis mértékű erőművi, azaz kínálat oldali kapacitás-csökkenés is jelentős áremelkedést idézhet elő.

francia_bt.png

A franciaországi bruttó beépített teljesítőképesség 2015-ben (Adatok forrása: Platts: World Electric Power Plant database)

Az egyik korábbi blogbejegyzésemben épp azt fejtegettem, milyen idős az európai erőműpark. Néhány számot újra felidéznék ebből: (1) ma az európai erőműparkban körülbelül 150 ezer MW-nyi erőmű 40 évesnél idősebb (ennek csak kisebb része vízerőmű, amelyek várhatóan nem állnak le a következő 15 évben), (2) a 2030-as években kb. 70.000-80.000 MW atomerőmű és kb. 55.000 MW szénerőmű éri el élettartama végét. Ha ezeket az erőműveket nem pótolják, az hasonlóan komoly áremelkedéshez vezethet.

Érdekes, hogy az októbertől megfigyelhető áremelkedési trend az elmúlt napokban tovább folytatódott annak ellenére, hogy sok francia reaktor már újra üzembe lépett. A tőzsdei árakat mutató ábrák jobb szélén látható további áremelkedés több tényezőnek köszönhető: (1) a december Franciaországban és Svájcban is rendkívül száraz volt, így a vízerőművi termelés a vártnál alacsonyabb, (2) egész Európában rendkívül hideg van, ezért a fűtési célú villanyfogyasztás megnőtt, (3) néhány (6 darab) reaktor az 58 reaktort magába foglaló francia nukleáris erőműparkból karbantartás miatt továbbra is áll.

A fenti tényezők együttese (kevés vízenergia, nagy fogyasztás, néhány karbantartás miatt álló alaperőmű) azt eredményezte, hogy az áramárak ismét megugrottak, most már a 70-100 euró/MWh környékére emelkedtek, és ennek hatása mind a francia, mind a svájci, mind a német piacon érzékelhető.

Magyar helyzet

A magyar piaci folyamatokról hasonlóan elmondható, hogy az áramtőzsdei árak az elmúlt két hétben érdemben megemelkedtek. Ezt szemlélteti az elmúlt egy hónap árait bemutató lenti ábra. A január 16-tal kezdődő héten a magyar áramtőzsdei nagykereskedelmi villamosenergia-árak 80-100 euró/MWh-s sávban alakultak, de az azt megelőző napokban is a megszokottnál magasabb szinten mozogtak.

hupix_zsinor.png

Forrás: A magyar áramtőzsde, a HUPX honlapja, az atomerőművi  áram „zsinór” termék

Az árnövekedés oka (1) részben az európai villanypiacon fent említett okokból adódó szűkös piac, (2) részben pedig a kiemelkedően magas hazai villanyfogyasztás lehet (ennek egyik oka a hazánkban is tapasztalt, szokatlanul hideg időjárás).

A január eleji rendszerterhelésekről egyébként elmondható, hogy több alkalommal is megdőlt a hazai villanyfogyasztási rekord, azaz Magyarországon soha, még a rendszerváltás előtt sem fogyasztottunk annyi villamos energiát egy időben, mint január második hetében, 10-én és 11-én (kedden és szerdán) délután 5 óra felé, ill. 13-án, pénteken délben. A legmagasabb, közel 6800MW-os fogyasztási időszakokban az import-export szaldó igen magas szinten, 2000 MW körül alakult, azaz jelentős importpozícióban voltunk.

mavir_2017011.jpg

A magyar villamosenergia-rendszer terhelése 2017. január 13-án, kevéssel dél előtt (Forrás: Pillanatkép a MAVIR honlapjáról)

Felmerül a kérdés, hogy számíthatunk-e hosszú távon erre az importra? Az öregedő erőműparkról szóló gondolatokat figyelembe véve ez egyáltalán nem tekinthető evidenciának, ráadásul az ellátásbiztonságot alapvetően befolyásolja a környező országok magatartása. Ez utóbbira világít rá a román miniszterelnök (Sorin Grindeanu) ellátásbiztonságért érzett aggodalmát is jól kifejező televíziós nyilatkozata, miszerint: „Amennyiben a fagyok miatt veszélybe kerülne az állampolgárok biztonsága, első lépésként betiltjuk az exportot, és belföldön osztjuk szét a kivitelre szánt áramot.” Nyilvánvaló, hogy egy országon belüli ellátási problémák esetén az adott országok először saját fogyasztóikat látják el villannyal, és addig az export korlátozására is hajlandók. Ezt szerződéssel aligha lehet kiküszöbölni. Ezért tud problémás lenni egy esetleges ellátási válsághelyzetben az import magas aránya.

A Paks2 blokkjai az időjárástól függetlenül, országhatárainkon belül lesznek képesek olcsón, megbízhatóan, környezetbarát módon villamos energiát termelni, erősítve a hazai villamosenergia-ellátás biztonságát.

2 komment

Minden idők legnagyobb áramigénye a magyar villamosenergia-rendszerben

2016. december 10. 12:43 - Prof. Dr. Aszódi Attila

Az elmúlt két héten érdemes volt folyamatosan nyomon követni a villamosenergia-ipari rendszerirányító, a MAVIR honlapján a hazai villamosenergia-rendszer terhelését, ugyanis a hazai villamosenergia-történelem legnagyobb rendszerterhelésű pillanatait élhettük át, azaz soha ekkora villamos teljesítményre nem volt még szükség Magyarországon. Mielőtt rátérnénk az aktuális csúcsdöntésre, vessünk egy pillantást arra, hogyan is alakult a hazai villamosenergia-rendszer bruttó csúcsterhelése az elmúlt közel 50 évben.

csucsterheles_1970-2016.jpgAdatok forrása: MEKH-MAVIR (2015): A magyar villamosenergia-rendszer 2014. évi statisztikai adatai, p. 77., és a MAVIR honlapja; saját ábrázolás.

Látható, hogy a csúcsterhelés a rendszerváltás előtt viszonylag gyorsan növekedett, az 1990-es évek elején azonban lezuhant. Ez a zuhanás annak volt az eredménye, hogy a magyar nehézipar leépült, a termelés visszaesett, így nagy energiafogyasztók léptek ki a rendszerből. A közelmúltat vizsgálva érdemes kinagyítva megnézni a fenti ábra 1990-2016-ra vonatkozó szakaszát.

csucsterheles_1990-2016.jpgAdatok forrása: MEKH-MAVIR (2015): A magyar villamosenergia-rendszer 2014. évi statisztikai adatai, p. 77., és a MAVIR honlapja; saját ábrázolás.

Látható, hogy az 1990-es évek eleji zuhanást dinamikus növekedés kísérte az ipar átstrukturálódásával és a termelés újraéledésével, ez tartott egészen a 2008-as világgazdasági válságig. Ezt követően a növekedés elbizonytalanodott, stagnálásra, enyhe csökkenésre váltott, aztán idén kilőtt, a tavalyi csúcsértéket közel 300 MW-tal múlta felül.

Az elmúlt héten még csak az eddig elért csúcsot, a 2007. évi 6602 MW-ot kóstolgatta a negyedórás terhelés, többször megközelítette azt, átlépni azonban csak a pillanatnyi terhelésekkel tudta. Ezen a héten viszont többször is megdöntöttük az eddigi rekordot, az új csúcsot épp csütörtök délután, 16:45-kor értük el, értéke 6749 MW volt. Mint fent írtam, ez történelmi csúcs, a negyedórás hazai bruttó rendszerterhelés ekkora értéket még sosem ért el. Csütörtök késődélután volt olyan pillanat, amikor az aktuális terhelés meghaladta a 6800 MW-ot is.

Az új csúcs természetesen több tényező együttállásának következménye. Részletes adatok erről nem állnak rendelkezésre, de azért az iparágban elég határozott elképzelések vannak az ilyen csúcsok okáról. Ezek között említhetjük többek között az év végi szünet előtt csúcsra járó termelést, a ködös, sötét időszak általános pótlólagos világítási igényeit, a karácsonyi díszkivilágításokat és a viszonylag hideg időjárást (többlet fűtési igényt) is.

Mi várható e téren hosszabb távon, 10-20 éves távlatban? Ehhez több tényező együttes hatását szükséges vizsgálnunk.

(1) Energiahatékonyság körültekintő megítélése: Gyakorta elhangzó gondolat, hogy a különböző villamosenergia-fogyasztó berendezések energiahatékonyságának növekedése a villanyfogyasztás és rajta keresztül a csúcsterhelés csökkentésének irányába hat. Ez azt jelenti, hogy amennyiben egy gépet (pl. TV-t, porszívót) egy éppen ugyanolyan szolgáltatást nyújtó új géppel váltunk ki, akkor annak fogyasztása, és feltehetően teljesítményigénye is csökken. Ez eddig igaz is lenne, de a hangsúly itt természetesen azon van, hogy tényleg „ugyanolyan szolgáltatást nyújtó” géppel váltjuk-e ki. Sokszor ez ugyanis a fogyasztók mindennapi döntései alapján nem így történik. Emlékezzünk vissza a régi televíziókészülékek képátlójára és a mai modern tévék méretére. Egy régi 50 centis katódsugárcsöves TV-t kevesen cserélnek le 50 cm-es LED TV-re. Ha már újat, korszerűbbet vesznek, nagyobbra, szebbre is cserélik. Ekkor már nem is olyan egyértelmű az, hogy a kétszer-háromszor nagyobb képátlójú készülék kevesebbet fogyaszt-e, mint régi társa. Lássunk erre egy ábrát, mely egy arra vonatkozó francia rendszerirányítói becslést mutat, hogy évente mennyi villamos energiát fogyaszt egy tévé.

Egy televíziókészülék becsült éves villamosenergia-fogyasztása a francia rendszerirányító tanulmánya alapján

Forrás: RTE (2016): Annual electricity report 2015, p. 62.

Meglepő eredmény. Az ábra azt mutatja, hogy 2005 és 2013 között a tévék energiahatékonyságának javulása ellenére azok éves villanyfogyasztása kb. 65%-kal nőtt. Az elmúlt 10 évről (2005-2015) pedig elmondható, hogy egy tévékészülék éves fogyasztása ma másfélszerese annak, mint ami 2005-ben volt. Óvatosan kell tehát azzal az érveléssel bánni, miszerint az energiahatékonyság a villanyfogyasztás és a rendszerterhelés csökkentése irányába hat, mert ez csak bizonyos feltételek mellett igaz.

(2) A csúcsterhelés csökkentéséhez járulhat hozzá a villamosenergia-hálózat „okos” menedzselése, bizonyos fogyasztók működésének ütemezett be- és kikapcsolása. Tulajdonképpen a vezérelt áramra kötött villanybojlerekhez hasonló rendszer lenne ez, melyben egyes berendezések (pl. hőszivattyúk) működtetését a fogyasztó átengedi egy, a villamosenergia-rendszert üzemeltető szereplőnek. Ez a ki- és bekapcsolgatás mind a csúcsok csökkentését, mind a terhelési völgyek emelését lenne hivatott szolgálni. Habár hazánkban a villanybojlerek be- és kikapcsolására hosszú időszakon keresztül használták ezt a módszert, a véleményem szerint ez a technológia más típusú fogyasztók számára egyelőre gyerekcipőben jár, próbálkozások már vannak, de egyelőre számtalan technikai (pl. kommunikációs) és gazdasági (megtérülési) akadály vár leküzdésre. Sikeres elterjedése esetén valóban csökkenthetők lesznek majd ezzel a fogyasztási csúcsok és emelhetők a völgyek.

(3) Az áramfogyasztás és a csúcsterhelés növekedéséhez járul hozzá azon háztartási gépek terjedése, amelyek ma még nem találhatók meg sok magyar háztartásban, ilyenek pl. a klímaberendezések, a mosogatógépek, a szárítógépek, a laptopok, szórakoztató elektronikai eszközök és egyéb más elektromos készülékek.

(4) Szintén a villanyfogyasztás és a csúcsterhelés növelését vetíti előre az elektromos autók terjedése, melyek töltését a fogyasztók jellemzően pont az esti csúcsban, a villamosenergia-rendszer amúgy is igen terhelt időszakában végzik manapság. Íme egy olyan ábra erről, mely egy elektromos autós konferencián került a kivetítőre.

Forrás: Sara Gonzalez Villafranca – Cristina Corchero: Key facts and analysis on driving and charge patterns, Dynamic data evolution című előadás, Green eMotion Project konferencia, Budapest, 2015. február 6.

Amint látható, abban a fogyasztói szegmensben, amelyben hosszú távon nagy mennyiségű elektromos autó megjelenésére kell számítani (a háztartási szektorban), az autók töltése épp az esti fogyasztási csúcsra, az este 6-8 óra közötti időtartamra koncentrálódik. Általánosságban is elmondható azonban, hogy az elektromos autók töltése nem a villamosenergia-rendszer számára optimális, alacsony terhelésű időpontokban, azaz nem éjjel, nem hajnalban, hanem nappal, ill. az esti csúcsban történik. Amennyiben ez így marad, az elektromos autók terjedésével az esti csúcsok jelentősen nőhetnek. Ezt csak tovább tetézi, hogy az elektromos autók töltőinek teljesítményigénye folyamatosan nő. Egy közelmúlt konferencia egyik előadásában (IIR: ENKON2016, 2016. december 1., Budapest) nemrég az hangzott el, hogy Németországban olyan mintaprojektet építenek ki, amelyben a töltők 300 kW-os (háztartási léptékhez mérve óriási) teljesítményigénnyel rendelkeznek. Egy töltési ponton persze több ilyen töltőt telepítenek, számoljuk csak ki, ez milyen terhelést jelent már néhány autó töltése esetén is a hálózaton! Ha ezt okosabban akarjuk majd csinálni, komoly fejlesztésekre és központi vezérlésre lesz szükség!

(5) Az épületenergetika hosszú távú jövője is kérdéseket vet fel a fogyasztás és a csúcsterhelés szempontjából. Mivel az EU-s szabályozás  (Energy Performance of Buildings irányelv) szerint a 2020-as években már csak olyan házakat lesz majd szabad építeni, amelyek rendkívül alacsony energiaigénnyel rendelkeznek (a határoló falakon 20-30 cm-es szigeteléssel, a tetőn 40cm-es szigeteléssel), el lehet majd gondolkodni, hogy érdemes lesz-e az igen kis mennyiségű fűtési célú energiaigényre egy nagy beruházási igényű, földgáz alapú központi fűtésrendszert kiépíteni. Alacsony fűtési energiafogyasztás esetén már meggondolandó lehet egy szimpla villanyradiátoros fűtésben gondolkodni, mely jóval alacsonyabb beruházási költséggel rendelkezik. Gondoljunk csak bele: nincs szükség kéményre (egy kémény szabályos kiépítése több százezer forint), nincs szükség vizes rendszerre, vésésre, a fűtéscsövek falban, vagy padlóban vezetésére (jelentős, és az építőiparban egyre növekvő munkaerőköltség). Egy családi ház esetén milliós nagyságrendű beruházási költségek takaríthatóak így meg. Vessük ezt össze azzal, hogy a villany körülbelül kétszer olyan drága, mint a földgáz és egy alacsony energiaigényű ház energiaigénye rendkívül alacsony, azaz kevés fűtési energiát igényel. A milliós nagyságrendű beruházásiköltség-megtakarításért cserébe érdemes lehet felvállalni a magasabb üzemeltetési költségeket, hisz egy alacsony energiaigényű ház esetében ez csak évi 50-100 ezer forintos többletkiadással jár.

Amennyiben mégis egy vizes központi fűtésrendszer kialakítása mellett dönt a tulajdonos, felmerül a hőszivattyúk beépítésének lehetősége is, amelyek jóval nagyobb beruházási költség igényűek, de hatékonyabb villamosenergia-felhasználást tesznek lehetővé. Noha a legtöbb esetben forróvíztárolóval együtt épülnek az ilyen rendszerek, ez akkor is új terhelést hoz a villamosenergia-hálózatra.

Összességében véve az épületenergetika terén várható változások a villamosenergia-rendszer terhelése és csúcsterhelése szempontjából felfelé mutató tényezőket mutatnak.

Amint a legelső ábrán láttuk, a csúcsterhelés szépen lassan növekszik, s a jövőre vonatkozóan gyengébbek és bizonytalanabbak a csökkenés irányába ható tényezők, mint a növekedést mutatók. Vagyis véleményem szerint a változások eredője továbbra is az enyhe növekedés felé mutat, azaz a jövőben – a fenti gyorselemzés alapján – új rendszerterhelési csúcsok várhatóak. Ezek kielégítésére pedig az időjárástól független erőművek, többek között atomerőművek is kellenek, amint azt a legutóbbi bejegyzésemben is leírtam.

25 komment

Az öregedő európai erőműparkról

2016. december 09. 06:29 - Prof. Dr. Aszódi Attila

Gyakran halljuk, hogy az európai erőműpark idősödik, s ennek okán a következő években nagyon sok európai erőművet le kell majd állítani. Erre jómagam is számtalanszor felhívtam már a figyelmet az előadásaimban, interjúimban, legutóbb a Budapest Energy Summit nemzetközi energetikai konferencia keretében. Vessünk egy pillantást az európai erőműparkra madártávlatból.

Európában (pontosabban az ENTSO-E tagországokban, ami leegyszerűsítve az EU-28 tagországát, Svájcot és a balkáni országokat foglalja magában) 2015-ben mintegy 1029 GW erőművi kapacitás volt beépítve, ebből mintegy 929 GW működik a kontinentális európai részen. Ebben a blogposztban a villamosenergia-termelés alapjait megteremtő, 50 MW-nál nagyobb nagyerőművekkel foglalkozom, ezek bruttó beépített teljesítőképessége a kontinentális európai térségben jelenleg 590 GW, azaz 590 ezer MW.

Lássuk ezek életkor szerinti megoszlását.

Adatok forrása: Platts World Electric Power Plants Database, 2015, saját ábrázolás. Megjegyzés: ez az adatbázis az európai megújulós kiserőművekről nem ad megbízható képet. Egy következő bejegyzésben visszatérünk majd ezen erőművekre is, addig is megjegyezzük, hogy az időjárásfüggő erőművek éves kihasználtsági tényezője Európában a 10-25%-os tartományban van, míg a fenti ábrán bemutatott erőművek ennél jóval magasabb kihasználtsággal rendelkeznek, az atomerőművek akár 90%-ot is elérhetnek.

Az ábra több fontos következtetést is megenged.

  1. Első pillantásra is szembetűnő, hogy van egy nagy „púp” a 30-40 éves erőművek esetében.
  2. Ha jobban szemügyre vesszük az ábrát, már a különböző energiahordozókra épülő európai erőművek életkor-eloszlása is feltűnik. Például látható, hogy a ma működő erőművek közül a vízerőművek a legidősebbek, az 1950-70-as években létesültek ilyen létesítmények. Körülbelül egy évtizeddel később, a vízerőmű-építésekkel részben átfedve, az 1960-80-as években a szénerőmű-építés élte fénykorát: a kontinentális Európában évi 4-5000 MW szénerőművet helyeztek üzembe. Ekkorra tehető az olajerőművek építése is, ezek mára szinte teljesen kiszorultak a villamosenergia-rendszerből, ma jellemzően (egyébként igen fontos) tartalékszerepet látnak el. Az 1970-es évektől kezdtek megjelenni az atomerőművek, melyek építésének zöme az 1970-1980-as években zajlott, erre az időszakra tehető a paksi atomerőmű üzembe lépése is. Az 1990-es években a nagyerőmű-építések üteme érdemben alábbhagyott, és a 2000-es években megfigyelt újbóli aktivitás zömét gázerőmű-építések adták.
  3. A fentieket kissé továbbgondolva az is belátható, hogy a ma üzemben lévő legidősebb erőművek (a víz-, szén- és atomerőművek) jellemzően alap- ill. menetrendtartó erőművek, s tudjuk, hogy ezek az erőművek a mára teljes mértékben eltorzított európai piaci viszonyok között is a piacon vannak. Ezek termelik meg az ENTSO-E tagországok 3330 TWh-s éves nettó termelésének 65%-át, azaz közel 2200TWh-t.

Adatok forrása: ENTSO-E (2016): Statistical Factsheet 2015, saját ábrázolás

Abból, hogy a víz-, szén- és atomerőművek a legidősebbek, valamint abból a felismerésből, hogy ezek adják az ENTSO-E villamosenergia-termelés gerincét, következik, hogy a következő években várható konvencionális erőművi leállítások miatt jelentős mennyiségű villamos energia tűnik el az éves termelésből. Vizsgáljuk meg, nagyjából mennyi is lehet ez.

A következő években várható konvencionális erőművi leállítások miatt jelentős mennyiségű villamos energia tűnik el az éves termelésből!

A ma 40 évesnél idősebb erőműpark körülbelül 150 ezer MW teljesítőképességgel bír, ezek zöme víz-, szén- és olajerőmű, kisebbik része atom- és gázerőmű. A vízerőművek leállásával nem számolva azt kapjuk, hogy 15 éven belül csupán a régi erőművek kiöregedése miatt kb. 500 TWh villamos energia megtermelését kell más erőműveknek ellátniuk. (Mindez tehát nem tartalmazza annak hatását, hogy az éghajlatváltozás elleni küzdelem jegyében a többi, csak kicsit fiatalabb fosszilis erőmű esetleg kiszorul a piacról.) A kiöregedés hatása ezt követően gyorsul fel igazán, akkor, amikor az európai atomerőművek zöme és további szénerőművek érik el élettartamuk végét. A 2030-as években várhatóan mintegy 70.000-80.000 MW atomerőmű és kb. 55.000 MW szénerőmű éri el élettartama végét. Ez, és egyéb más típusú erőművek kiöregedése a 2030-as években további, közel 1000 TWh villamosenergia-termelés kiesését vetíti előre, ami az éves ENTSO-E villamosenergia-termelés harmada.

Mint említettem, a kiöregedés csak az erőművi leállások egyik oka. A leállások másik oka lehet, ha az éghajlatváltozás elleni küzdelmet valóban komolyan gondoljuk és a klímapolitikai célkitűzéseket figyelembe véve alakítjuk energiapolitikánkat. Az OECD IEA a World Energy Outlook című kiadványában minden évben felvázolja az ennek megfelelő jövőképet. A klímaváltozás elleni küzdelem szempontjából a legprogresszívabb forgatókönyvet a 450 Scenario elnevezéssel illeti, utalva arra, hogy a globális felmelegedést 2 °C-on megállítani úgy lehet, ha a légkör szén-dioxid-koncentrációját 450 ppm-en stabilizáljuk, nem engedjük afölé. 

Adatok forrása: OECD IEA (2016): World Energy Outlook 2016, p. 573., saját ábrázolás

Az OECD IEA 450 ppm-es forgatókönyve szerint a fosszilis erőművek szerepe 2040-re radikálisan csökken az európai villamosenergia-rendszerben, termelésük csak az (egyébként enyhén növekvőnek előrejelzett) uniós fogyasztás mintegy 10%-át fedezi majd (ezek is a rendszer kiegyensúlyozásában fontos szerepet játszó gázerőművek lesznek). A forgatókönyv szerint a kiszoruló szén- és gázerőművek termelését szél, víz, napenergia és egyéb megújuló bázisú erőművek veszik majd át, míg az atomerőművek termelése változatlan marad – vagyis a OECD IEA is a nukleáris kapacitások fenntartásával számol, vagyis azzal, hogy az idős atomerőművek helyett újak épülnek, hiszen az ENTSO-E rendszerben ma is a villany 25%-a atomerőművekben kerül megtermelésre, és ez a legnagyobb alacsony karbonintenzitású áramforrás az EU-ban.

Öröm látni, hogy az OECD Nemzetközi Energiaügynökség - hozzám hasonlóan - azon az állásponton van, hogy a globális felmelegedés elleni küzdelemhez minden, hangsúlyozom, minden létező alacsony szén-dioxid-kibocsátású technológiát be kell vetni, beleértve az atomenergiát is.

WNA (2011): Comparison of life cycle greenhouse gas emissions of various electricity generation sources, p. 8

 

Az OECD IEA elemzése is alátámasztja, hogy a hazai és európai zöldek láthatóan folyamatosan célt tévesztenek akkor, amikor az éghajlatváltozás elleni küzdelem eszközei közül ki akarják zárni az atomerőműveket. A 450 ppm-es szcenárióból jól látható, hogy az atomerőművekre szükség van, Európában is.

Természetesen nem mehetünk el amellett sem, hogy a mindenkori csúcsigényeket is ki kell majd elégíteni. Ehhez időjárástól függetlenül is működtethető erőművekre is szükség lesz. A WEO2016 ezt is visszaigazolja.

Adatok forrása: IEA (2016): World Energy Outlook 2016, pp. 572-573., saját ábrázolás

Jól látható az ábrán, hogy az EU-s csúcsterhelés fedezését az OECD IEA a 450 ppm-es forgatókönyvben sem bízza kizárólag az időjárásfüggő megújulókra. A 2040-ben beépített 1312 GW teljesítőképességből mintegy 700 GW-nyi erőmű időjárástól független: szén, olaj, gáz, nukleáris, víz, bioenergia és geotermikus forrású.

Ki kell emelnem azt is, hogy ebben a klímabarát szcenárióban az atomerőművek kapacitása érdemben nem változik, azaz nukleáris téren - hazánkhoz hasonlóan - európai szintű kapacitásfenntartásról beszélhetünk.

Ebbe a koncepcióba illeszkednek az új paksi blokkok is!

1 komment

Lakossági fórumok a telephely-engedélyezési eljárás paksi közmeghallgatása előtt

2016. december 04. 17:26 - Prof. Dr. Aszódi Attila

A cél a lakosság minél szélesebb körű tájékoztatása

2016.11.28-án a telephely-engedélyezési eljárás előkészítésének keretében az MVM Paks II. Atomerőmű Fejlesztő Zrt. lakossági fórumot szervezett Pakson, ahol előadásomban az engedélyezési eljárás tartalmáról, az engedélyezés jelenlegi állásáról és annak várható előrehaladásáról beszéltem az érdeklődőknek, továbbá összefoglaltam a környezetvédelmi engedélyezés tapasztalatait.

Ehhez hasonló fórumot tartottunk november 30-án Szekszárdon, Kalocsán pedig december 5-én tájékozódhatnak a város térségében élők az atomerőmű új blokkjai telephelyének tulajdonságairól, a projekt eddigi eredményeiről. Az atomtörvény által előírt közmeghallgatást az Országos Atomenergia Hivatal 2016. december 13. (kedd) 16 órára írta ki Paksra: az eseményre a Csengey Dénes Kulturális Központban kerül majd sor, ahol a Hatóság jelenlétében válaszoljuk meg a lakosság kérdéseit.

A fenti videót a TelePaks készítette a november 28-i paksi lakossági tájékoztató fórumról, amelyet ezúton közreadok, hogy azok az érdeklődők is képet kaphassanak a telephely-engedélyezési eljárásról, akik a lakossági fórumokon személyesen nem tudtak, illetve nem tudnak részt venni.

1 komment

A Paks II. projekttársaság benyújtotta telephelyengedély-kérelmét

2016. október 28. 09:46 - Prof. Dr. Aszódi Attila

2016. október 27-én az MVM Paks II. Atomerőmű Fejlesztő Zrt. benyújtotta a telephelyengedély iránti kérelmét az eljáró hatósághoz, az Országos Atomenergia Hivatalhoz.

Az engedély megszerzése egy kétlépcsős folyamat, amelynek első lépcsőjeként a Paks II. projekttársaság még 2014-ben összeállította a telephely vizsgálatának és értékelésének programját, amit az OAH 2014 novemberében jóváhagyott. 2015 májusától a projekttársaság a XXI. század korszerű technikai lehetőségeit felhasználva hajtotta végre a vizsgálati programot, és meghatározta a telephelyjellemzőket. A program végrehajtását és az engedélykérelmi dokumentáció összeállítását többszintű és folyamatos szakértői és tudományos ellenőrzés kísérte végig. A vizsgálatok során a klímaváltozás lehetséges hatásait is modellezték. A földtani program részeként összesen 11 ezer méternyi kutatófúrást végeztek, több tízmillió éves kőzeteket is elérve, a földrengés-veszélyeztetettség jellemzésére pedig 150 méter mélységben új mikroszeizmikus monitoring állomásokat létesítettek az atomerőmű telephelye körül. A 2015 májusa óta zajló Földtani Kutatási Program előzetes eredményeiről az érdeklődő nyilvánosságot többek között a 2016. május 6-án a Magyar Tudományos Akadémia nagytermében, Az új atomerőművi blokkok telephelyvizsgálatának tudományos eredményei címmel tartott konferencia keretein belül tájékoztattuk.

maglada_paet29.jpg

A Földtani Kutatási Program során kinyert fúrómagminták a raktárban (saját fotó)

A telephely-engedélyezési dokumentáció összeállítása során a projekttársaságnak azonosítania kellett a természeti eredetű és emberi tevékenységekből adódó valamennyi körülményt, majd a létesítendő atomerőműre vonatkozóan vizsgálni kellett azok lehetséges hatásait, amelyek figyelembevételével, a nukleáris biztonsági szabályok betartása mellett az új blokkok megtervezhetőek, megépíthetőek, majd biztonságosan üzemeltethetőek lesznek. A kérelemben igazolni kellett azt is, hogy a telephely alkalmas atomerőmű létesítésére, és nincs olyan körülmény, amely kizárná a telephely alkalmasságát a létesítmény befogadására. A telephely földrajzi jellemzőinek vizsgálata alapján megállapítható, hogy a telephely és környezete földrajzi adottságai kedvezőek az új blokkok telepítésére. Az OAH a telephelyengedély iránti kérelmet befogadta. Az engedélyezési folyamat részét képező közmeghallgatás időpontját és helyszínét az Országos Atomenergia Hivatal határozza meg, erről hirdetmény formájában tájékoztatja majd a nyilvánosságot.

4 komment

Házi akkumulátorok és az „önellátó” napelemes lakóházak mítosza

2016. október 24. 14:09 - Prof. Dr. Aszódi Attila

Gyakran felmerül egy egyszerű kérdés: éjjel rendelkezésre áll-e a napenergiával megtermelt áram? Túlegyszerűsítve úgy is szokták ezt kérdezni, hogy éjszaka süt-e a nap, de ez félreértésekre adhat okot, így járjuk körbe ennél alaposabban a témát. Ennek során többek között szó esik napelemekről, akkumulátorokról, a Tesláról és még a baracklekvárról is.

A napelemek szerencsére Magyarországon is egyre inkább terjednek. A beruházók energetikai cégek mellett kisebb vállalatok, intézmények (óvodák, iskolák), sőt magánemberek. Az egyéni felhasználók a napelemeket célszerűen a háztetőre telepítik. De mennyi napelem kell egy átlagos háztartás ellátásához? Ennek kiszámítása nem ördöngösség. A napelemek telepítését előkészítő mérnökök a háztartás által egy év alatt elfogyasztott villamos energiát veszik alapul, és a helyi adottságok alapján a napelemekre becsült kihasználtsági tényező segítségével könnyen számítható a szükséges napelemtáblák összes névleges teljesítőképessége.

onduleur_hybride_wiki.jpg

Napelemes rendszer a háztetőre telepítve (A kép forrása: Wikipédia)

Optimális esetben ez a napelem annyi villamos energiát állít elő egy év alatt, mint amennyit a háztartás elhasznál. Jelenti-e ez azt, hogy ez a bizonyos háztartás ettől önellátó lesz?

NEM!!! Nagyon nem jelenti ezt!

Miért? Erről szól a jelen poszt.

A marketing szövegek sokszor ezt sugallják, ezt sulykolják a zöld szervezetek és ebbe a tévképzetbe manőverezik magukat a tulajdonosok is. A tévedés abban rejlik, hogy – ahogy azt már ezen a blogon is számtalanszor kifejtettem – a villamos energia NEM TÁROLHATÓ a villamosenergia-rendszer léptékében (szivattyús tározós vízerőművek hazánkban nincsenek, és ahol vannak, ott is a teljes villamosenergia-rendszer méretéhez képest limitált ezek kapacitása).

Persze, persze, mondhatja a kedves olvasó, de a jövő itt van velünk, számos gyártó dob piacra otthoni használatra tervezett akkumulátorokat, amikkel a nappal (napelemekkel) megtermelt villamos energiát eltárolhatjuk, így az éjszakai fogyasztást ebből könnyedén fedezhetjük. Ez is egy jó marketingszöveg, de a valóság nem ennyire egyszerű. Bár ezek az akkumulátorok segítenek (széles körű elterjedésük esetén segítenének) a nappali áramtermelés éjszakai felhasználásában, úgy tűnik, túl sok napelem tulajdonos nem siet megrendelni a sok millió forintos akkumulátorokat. Az akkumulátorok beruházási és karbantartási költségei nagyon jelentős többletköltséget adnának hozzá ugyanis az eltárolt villamos energia termelési költségéhez, ami egyszerűen nem kifizetődő, különösen akkor nem, ha a közcélú villamosenergia-hálózat és -rendszer a „tárolás”-t (valójában a rendszeregyensúly fenntartását) "ingyen", pontosabban a többi felhasználó pénzén megoldja.

De van még egy fontos tényező, amit szeretnek az emberek figyelmen kívül hagyni. Ez pedig a napelemek szezonális teljesítőképesség-ingadozása. Amíg egyszerűnek tűnik a nappal megtermelt „napenergiát” eltárolni éjszakai használatra, úgy érezhetően fogósabb kérdés a nyáron megtermelt napenergiát „elrakni télire”, vagyis akkumulátorokban tárolni azt, a téli igények fedezésére gondolva.

Miért ekkora probléma ez? Nézzük meg egy tipikus napelem, például a már egyszer hivatkozott ráckeresztúri 3,2 kW névleges teljesítményű napelem által havonta termelt villamos energia mennyiségét!

honapok_eloszlas.jpg

A 3,2 kW-os ráckeresztúri napelemek által havonta megtermelt energia mennyisége
(Forrás: saját számítások a fenti linken elérhető adatok alapján)

A nyári és a téli termelés közötti (január és július közötti) hatszoros (!!) különbséget nem lehet nem észrevenni.

Tehát ha nagy léptékben kívánjuk társadalmunk áramellátását fotovoltaikus termelésre alapozni, akkor a folyamatos villamosenergia-ellátás biztosításához a nyáron megtermelt extra villamos energiát hónapokon keresztül tárolni kellene, hogy télen is fedezni tudja a szükségleteinket. Ehhez, mint már korábban is leírtam, akkumulátorokra vagy más energiatárolókra van szükség. (Ez lehet sűrített levegős vagy forgó tömeges energiatároló, de egyéb megoldási lehetőségek is forognak az irodalomban, az egyes technológiák érettségi foka nagyon eltérő, általában a prototípus építéséig jutottak el.) Jelen bejegyzésben maradjunk az akkumulátoroknál.

A legfontosabb kérdés, hogy mennyi akkumulátorról beszélünk?

Tételezzünk fel egy olyan átlagos magyar háztartást, ami 3500 kWh villamos energiát fogyaszt el évente. A könnyebb érthetőség kedvéért ez azt jelenti, hogy a háztartás villanyszámlája Magyarországon a rezsicsökkentett árakkal számolva (kb. 40 Ft/kWh) havi átalánnyal kb. 11.600 Ft lenne.

Ebben az esetben az éves fogyasztást egy körülbelül 3,5 kW-os csúcsteljesítményű fotovoltaikus napelemes rendszer képes biztosítani, ugyanis a napelemek éves kihasználtsága Magyarországon nagyjából 11-12% (a nagy mennyiségben PV-ket telepítő Németországban átlagosan 10% alatti), és akkor még nem számoltunk az évek során bekövetkező hatásfok-csökkenéssel sem. A megtermelt villamos energia mennyisége viszonylag könnyen számítható: ha 11,5%-os kapacitás kihasználási tényezőt feltételezünk, akkor a 3,5 kW névleges teljesítményű napelem az év 8760 órája alatt

3,5 kW * 8760 h * 11,5% = 3526 kWh

villamos energiát állít elő. Önmagában a napelem nem elegendő a háztartás villamosenergia-ellátásához, ehhez a megtermelt áramot átalakító berendezésre, inverterre is szükség van. Ez karbantartást, bizonyos időszakonként cserét igényel, és belső veszteségei miatt a rendszer hatásfokát is rontja, de ezeket a jellemzőket az egyszerűsítés kedvéért most hagyjuk figyelmen kívül.

Tehát a napelem nyáron többet, télen kevesebbet termel, mint amennyire az adott háztartásnak szüksége van. Nézzünk meg egy naptári évet! Ahhoz, hogy egész évben önellátóak legyünk a 3,5 kW-os napelemünk által termelt villamos energiával, január 1-én egy „félig töltött” akkumulátor-parkkal kell indítanunk az évet, hogy egészen addig el tudjuk látni villamos energiával a berendezéseinket, amíg a napi termelés ismét több lesz, mint amennyit naponta elfogyasztunk. (Ilyenkor kezdődik a raktározás a téli hónapokra.)

Mit mutatnak a számítások? Az alábbi ábra jól szemlélteti a feltételezett házi rendszer üzemvitelét.

kisutes_feltoltes.jpg

A feltételezett házi akkumulátorpark éves töltési-kisütési görbéje (Forrás: saját számítások)

A diagramot valós (2014-es), negyedórás német napelem termelési adatok és átlagos háztartási villamosenergia-fogyasztási görbék felhasználásával készítettem el, veszteségmentes tárolást (!) feltételezve. (A német napelem-parkok dimenziótalanított termelési görbéi jól használhatók, hiszen negyedórás felbontásban állnak rendelkezésre az interneten, valamint az egyes önálló napelemre jellemző termelési ingadozások ki vannak küszöbölve a nagyobb rendszerben.)

A termelési adatokat ezután a ráckeresztúri telephelyre vonatkozóan vizsgáltam abból a szempontból, hogy az itt jellemző 11,5%-os kihasználtság mellett adódott termelést (de az időbeli eloszlásra továbbra is a német adatok alapján) hasonlítottam össze a háztartás adott negyedórás felbontású fogyasztási eloszlásával.

A számítás módszere:

Az év minden napjának minden negyedórájára az adott negyedórában megnéztem a hivatkozott átlagos háztartási villamosenergia-fogyasztás értékét, illetve a napelemek aktuális negyedórás termelését. Ha az adott negyedórában a termelés kisebb volt, mint a fogyasztás, akkor a különbséget az akkumulátorból fedeztem (negatív energiamennyiség az akku egyenlegén), ha a napenergiás termelés volt nagyobb, akkor a termelés és fogyasztás különbözetét  betároltam az akkumulátorba. A teljes év minden negyedórájára ezeket az adatokat összegezve kaptam egy 0-ból induló, -320 kWh-ig csökkenő, majd +550 kWh-ig növekvő, majd onnan ismét 0-ig csökkenő görbét. Mivel az akkumulátorokban -320 kWh töltöttség nyilvánvalóan nem alakulhat ki, ezért a görbét 320 kWh-val megemeltem, így adódott az év elején szükséges kezdeti töltöttség.

Az ábrát szemlélve a következő következtetések vonhatók le:

  • Ha az adott háztartást az év folyamán kizárólag a napelemünk által termelt, akkumulátorokban tárolható villamos energiával szeretnénk ellátni, akkor körülbelül 320 kWh akkumulátorba betárolt energiával kellene indítani az évet január 1-én.
  • Ebben az esetben az akkumulátorok március első hete környékére már teljesen kiürülnének, de „szerencsére” pont eddigre kezd a napelemünk napi szinten többet termelni, mint amennyit mi akkor éppen naponta elfogyasztunk.
  • Ezt követően a "tücsök és a hangya" mesében hallottakat követve egész nyáron elraktározzuk a termelésünk és a fogyasztásunk közötti többletet, töltjük az akkumulátorokat, így szeptember közepére elérjük az akkumulátorok maximális töltöttségét. Ez esetünkben több mint 850 kWh betárolt energiát jelent.
  • Szeptember közepétől kezdve az akkumulátorok eleinte lassan, majd egyre gyorsabban merülnek, így december végére a már említett, kb. 320 kWh villamos energia marad az akkukban, amivel a következő év márciusig el tudjuk látni magunkat. (Ha azonos időjárású éveket feltételezünk.)
  • Fontos hangsúlyozni, hogy ha tényleg ilyen rendszert építenénk, akkor megfelelő konzervativizmussal a valóságban a példában szereplőnél nagyobb kapacitást építenénk be, hogy a termelési és fogyasztási ingadozásokat figyelembe véve kellő biztonsággal legyen minden körülmények között villamos energia a háztartásban, és nem engednénk meg egyik családtagunknak sem, hogy olyan új fogyasztót vásároljon, ami növeli a háztartás éves fogyasztását. Az egyszerűség kedvéért most itt a tárolási veszteségekkel és tartalékokkal sem számoltunk.

Mekkora akkumulátor-park kellene ezen mutatvány végrehajtásához?

Nos, minden szempontból NAGY!

Érdemes ott kezdeni, hogy egy hagyományos autó akkumulátorának tárolókapacitása általában 0,6 kWh. (12V és 45-55 Ah a jellemző paraméterek, ezek szorzásával kapjuk a tárolókapacitást Wh mértékegységben.) Ennek ára nagyjából 15.000 Ft, súlya kb. 13 kg. Elemi műveletekkel gyorsan kiszámolható, hogy a 850 kWh villamos energia tárolásához körülbelül 1400 db autó akkumulátor kellene, ennek költsége körülbelül 21 millió forint lenne. Az 1400 autó akkumulátor tömege összesen több, mint 18 tonna. Elképesztő számok, nem? A környezetterhelésről ne is beszéljünk, ahogy arról sem, hogy ezek az akkumulátorok mennyi időt bírnának ki, mielőtt újakat kellene venni helyettük.

Persze az autóakkumulátorok használatának feltételezése nem kifejezetten életszerű, hiszen ezeket az eszközöket egyáltalán nem ilyen üzemre tervezték. Ma már létezik az autó akkumulátornál „igényesebb”, direkt háztartási felhasználásra tervezett házi akkumulátor is, ezek közül az egyik leghíresebb a TESLA cég által bemutatott Powerwall.

tesla-powerwall.jpg

Powerwall akkumulátorok (a képen 3 db) a TESLA sajtótájékoztatóján (A kép forrása: geeky-gadgets.com)

A Powerwall típust eredetileg két méretben tervezte forgalmazni a gyártó: a napi fogyasztás-ingadozások kiegyenlítésére szánt 7 kWh-s, illetve a nagyobb időtávok ingadozásainak áthidalására tervezett 10 kWh-s típus, illetve mindkét típust tetszőleges számban összekapcsolva, akkumulátor-rendszerként. Később a 10 kWh kapacitású termék lekerült a palettáról (feltehetően nem volt versenyképes a piacon), míg a 7 kWh-s rendszer kapacitását 6,4 kWh-ra módosították, azonos áron.

Ha feltételezzük, hogy az akkumulátorok mindegyike a TESLA Powerwall 6,4 kWh kapacitású akkumulátoraiból kerülne ki, akkor ez 135 db (!!!) ilyen akkumulátort jelentene a példában vizsgált átlagos magyar háztartásra.

Bár ez az akkumulátor viszonylag kis helyen elfér (egy darab méretei: 86 cm széles, 130 cm magas, 18 cm mély; térfogata 0,2 m3), 135 db-ot nehezen helyezne el bárki a garázsában. Egy másik elgondolkodtató szám: egy darab 6,4 kWh kapacitású akkumulátor nettó tömege 97 kg, így otthonunk ellátására több mint 13 tonna akkumulátort tartanánk otthon. A fenti számok ugyan érdekesek, de a legnagyobb gond a képzeletbeli önellátó háztartás tulajdonosa számára az akkumulátortelep ára lenne. 280 Ft-os dollár árfolyammal számolva ugyanis

a 135 db Powerwall akkumulátor ára legkevesebb 113 millió forint lenne

(darabja 3000$, szerelés, inverterek, csatlakozók nélkül).

Az akkumulátorok élettartama 5000 ciklus a gyártó szerint, és 10 év garanciát vállal rá, vagyis az akkumulátor-rendszert körülbelül 10-14 évente le kell cserélni, vagyis ennyi időnként a fenti beruházási költség újra felmerül…

A fenti gondolatmenet alapján mindenki levonhatja a következtetést, hogy önellátóak vagyunk-e, amikor napelemet szerelünk a tetőre. Valójában nyáron, napsütötte időben, napközben termelünk napenergiát, este/éjszaka/hajnalban/felhős időben és télen a víz-, atom-, és a fosszilis erőművek által megtermelt energiát fogyasztjuk a hálózatról. A kiegyenlítés költségeit pedig a többi felhasználó fizeti.

A kérdéskört egyébként a TESLA is ambivalensen kezeli, egymásnak ellentmondó mondatokkal vezeti félre a tájékozatlan vásárlót:

„Combine solar panels and one or more Powerwall home batteries to power your home independently from the utility grid. A net zero energy rating means that your home produces as much energy as it consumes, but is still connected to the utility grid for periods of high demand.” (Forrás)

Magyarul a 2. mondatban a TESLA-nál is elismerik, hogy a villamosenergia-hálózatra továbbra is csatlakozni kell, az első mondatban mégis azt sugallják, hogy „egy vagy több Powerwall házi akkumulátorral” független lehetsz a hálózattól. Hát, a 135 db akkumulátor belefér az „egy vagy több” kategóriába, de azért ezen a ponton nem fejtették fel a valóság minden szálát. :-)

Fontos megjegyezni néhány dolgot a fenti számításokkal kapcsolatban. Ezek egyértelműen nem konzervatív számítások. Egy valós háztartás önálló villamosenergia-termelésének megtervezése során számos egyéb (jelen posztban figyelembe nem vett) tényező hatását is be kellene vonni a számításokba, például:

  • Az egyedi háztartási fogyasztás ingadozása lényegesen eltérő lehet az általam alkalmazott átlagos fogyasztási görbe lefutásától.
  • A számítások során használt átlagos napelem-termelési eloszlások elfedik az egyedi napelemekre jellemző (lokális paraméterektől függő) termelés-ingadozást, ez többlet terhet jelentene a képzeletbeli napelemes rendszer számára.
  • Az önellátó ház villamos energiával való ellátása során veszteségmentes energiaátalakítást és energiatárolást feltételeztem, valamint nem számoltam azzal, hogy napelemek üzemideje alatt azok teljesítőképessége folyamatosan csökken. Ezen tényezők figyelembe vétele jelentősen növelné a beépítendő akkumulátorok kapacitását.
  • A befektetési költségek lényegesen alulbecsültek, hiszen kizárólag az akkumulátorokra vonatkoznak, azok szerelési költségeire, rendszerhez illesztésére, a háztartási villamosenergia-rendszer átalakításának költségére, a teljes rendszer megtervezésére, valamint az egyes rendszerelemek időszakos cseréjére nem térnek ki.
  • Üzemeltetési-karbantartási és finanszírozási költségekkel egyáltalán nem számoltunk.

A fenti tényezők figyelembe vétele tovább növelné a költségeket.

Smart-rendszereket alkalmazva a napon belüli fogyasztás eloszlását ugyan jelentősen befolyásolhatjuk (pl. akkor üzemeljen a mosógép és a klíma, ha éppen sokat termel a napelem), de a szezonális ingadozás kiegyenlítése ennél sokkal nagyobb feladat. Elvégre senkitől nem várható el, hogy csak nyáron mosson, vasaljon, tévézzen, süssön, és dolgozzon a számítógépén. És ilyenkor az ipari fogyasztók villamosenergia-igényéről és annak módosítási lehetőségeinek korlátairól még egy szót sem szóltunk.

A megújulóenergia-alapú villamosenergia-termelés képes arra, hogy a hagyományos energiatermelők tüzelőanyagából megtakarítson, de önmagában nem képes kiváltani a hagyományos áramtermelőket, ha a villamosenergia-rendszer egészét vizsgáljuk, nem csak kitüntetett időszakokat. Könnyű arra hivatkozni, hogy a kiegyenlítést majd megoldja az országos rendszer, vagy éppen más országok villamosenergia-rendszere, mint ahogy elég érdekes módon próbálkoznak ezt a problémát eltussolni a dánok, a németek, vagy a Wuppertal Intézet és az Energiaklub tanulmánya, de a rendszer működtetéséhez sok erőműre, berendezésre, és szaktudásra van szükség.

Mivel a jelenlegi villamosenergia-rendszerben nem áll rendelkezésre elegendő mennyiségű ipari méretű tárolókapacitás, ezért például napelemek indokolatlanul nagy mennyiségű rendszerbe integrálása igen nagy terhet ró a rendszert energiával stabilan ellátó konvencionális erőművekre.

Mindennek megvan a maga helye, még akkor is, ha a zöld marketing nem ezt mondja. Én egyébként nyaranta eltárolom a napenergiát, és felhasználom télen: lekvárt főzök, ami igen jól esik ilyenkor, őszi időben vagy télvíz idején. A megfelelő feldolgozás után a lekvárosüvegben a sárgabarack, a meggy, a cseresznye, az eper vagy éppen az őszibarack kiválóan eláll hónapokig, sőt évekig is. A villamos energiát azonban sajnos nem tudjuk a befőttes üvegekbe töltve eltárolni.

lekvar_kicsi.jpg

A napenergia tárolásának ősi módja - saját, házi készítésű lekvárok (saját fotó)

 

63 komment

Mit tanulhatunk a felrobbanó mobiltelefon akkumulátorokból, avagy a villamosenergia-tárolás korlátai és lehetőségei

2016. október 19. 17:28 - Prof. Dr. Aszódi Attila

A múlt hét óta attól hangos a világ technológiai híreivel foglalkozó nemzetközi és hazai sajtó, hogy a Samsung először felfüggesztette a Galaxy Note 7 mobilkészülékek eladását, hogy a túlhevülő, kigyulladó vagy éppen felrobbanó akkumulátorokat kicserélje, majd más gyártású akkumulátorokkal újrakezdte az értékesítést, ám problémák jelentkeztek a cserekészülékekkel is, így végül a teljes Galaxy Note 7 gyártást befejezték és visszahívnak minden ilyen készüléket. Egyes légitársaságok a készüléket teljesen kitiltják a repülőgépek fedélzetéről, a Lufthansa például tegnap (2016.10.18-án) döntött így. A történetnek energetikai vonatkozásai is vannak, így érdemes azt kicsit közelebbről megvizsgálni.

Idén augusztusban dobta piacra a Samsung új csúcskészülékét, a Galaxy Note7-et. A cég honlapján közzétett hivatalos nyilatkozatában beszámolt arról, hogy szeptember 1-ig 35 olyan esetről értesültek, hogy az eladott mobiltelefonok akkumulátora túlmelegedett, esetenként felrobbant. A Samsung vizsgálja az ügyet, a probléma az akkumulátorokat gyártó egyik cég gyártásfolyamatában jelentkezett. A Samsung számára ez az akkumulátor-probléma a Galaxy Note7 készülék gyártásának beszüntetéséhez, ezáltal jelentős árbevétel csökkenéshez és piaci presztízsveszteséghez vezetett.

Elektronikus eszközeink fokozatos mobilizációjával növekvő igény jelentkezik a villamos energia egyre kisebb térfogatban történő tárolására, vagyis a villamosenergia-tárolásra alkalmas eszközök energia-, illetve teljesítménysűrűségének növekedését, illetve méretük csökkentését célzó fejlesztésekre. Emellett a fogyasztó igényli azt is, hogy készülékének akkumulátora a lehető leggyorsabban feltöltődjön, ami újabb és újabb kihívást jelent a fejlesztők számára, hiszen a csökkenő méret nagyobb kapacitás és nagyobb töltési áramerősség igényével találkozik. Ez növeli az áramerősséget, a hőfelszabadulást, és sebezhetőbbé teszi az eszközöket meghibásodásokkal, pl. rövidzárlatokkal szemben. Márpedig a mobiltelefon akkukban használt lítium tűzveszélyes, a probléma olyan léptékű, hogy idén tavasszal az ENSZ alatt működő ICAO civil repülésbiztonsági szervezet új ajánlásában megtiltotta nagy darabszámú lítium akkumulátort tartalmazó csomagok utasszállító repülőgépeken történő szállítását. A jelentések szerint eddig három teherszállító repülőgép és személyzetének elvesztéséhez vezetett a lítium akkuk felrobbanása vagy tüze. A kihívás tehát komoly.

Mivel a mindennapi életben a fogyasztó legtöbbet a mobiltelefon akkumulátorával találkozik, érdemes megnézni, mire elegendő az abban rejlő energia. Kiszámolhatjuk, hogy egy átlagosnak tekinthető 3000 mAh kapacitású mobiltelefon akkumulátorban, melynek feszültsége mondjuk 5 V körüli, mennyi energia tárolható. Ehhez csupán össze kell szorozni a megadott értékeket: 3 Ah x 5 V = 15 Wh, vagyis 0,015 kWh. De mire is elegendő ennyi energia? Egy átlagos 2000 W-os hajszárítót, porszívót, vagy vízforralót ennyi energiával 15 Wh / 2000 W x 60 perc, azaz kevesebb, mint fél percig tudnánk működtetni. Ha maradunk a vízforraló példájánál, akkor ez alatt a fél perc alatt kevesebb, mint 1,6 dl vizet tudnánk felforralni. Ebből is látható, hogy a tipikus háztartási eszközeink által elfogyasztott energia mennyisége jóval nagyobb, mint amennyit egy mobiletelefon akkuban tárolni tudunk, így nem véletlenül nem akkumulátorokról működtetjük őket.

 

Ráadásul a lakossági felhasználás mellett a villamosenergia-rendszer egészét tekintve is egyre nagyobb szükség lenne a villamosenergia-tárolásra alkalmas technológiák iránt. Ahogy korábbi bejegyzéseimben is hangsúlyoztam, az időjárásfüggő megújulók részarányának növelése a villamosenergia-termelésben is akkor tud valóban optimálisan hozzájárulni a szén-dioxid-kibocsátás csökkentését célzó klímapolitikai célok eléréséhez, amennyiben ipari léptékben rendelkezésünkre állnának nagy kapacitású, "tiszta" villamosenergia-tároló rendszerek. (Arról, hogy a villamosenergia-tárolás milyen keretek között tekinthető ténylegesen tisztának, már értekeztem.) A villamosenergia-tárolás jelenlegi fejlettségi szintjén nem érhető el olyan technológia, amely tulajdonságait tekintve lehetővé tenné a villamosenergia-rendszerben történő univerzális, széleskörű és nagyléptékű felhasználását.

A villamosenergia-tárolási technológiákat rendszerint aszerint csoportosítjuk, hogy az energiát milyen formában képesek tárolni (részletesebb technológiai ismertetőt a poszt végén közöltem).

osszehasonlitas.jpg

A különböző villamosenergia tárolási technológiák egy lehetséges csoportosítása

Az egyes villamosenergia-tárolási technológiák felhasználásuk szempontjából fontos tulajdonsága méretük, illetve energia- és teljesítménysűrűségük. Adott mennyiségű energia tárolására alkalmas eszközök, létesítmények esetében minél nagyobb a teljesítmény-, illetve energiasűrűség, annál kisebb méret érhető el mind a térfogat, mind a tömeg tekintetében. A lakossági felhasználás szempontjából elengedhetetlen a kis méret, míg a villamosenergia-rendszer szempontjából a méretnek (térfogat) elhanyagolható szerepe van.

Az ábrákon használt rövidítések a következőek:

SZMT: szupravezető mágneses villamosenergia-tárolás (az angol elnevezése Superconducting Magnetic Energy Storage, rövidítésként az SMES-t szokták alkalmazni)

SZET: szivattyús-tározós erőmű (az angol elnevezése Pumped Hydroelectric Storage, rövidítésként a PHS-t szokták alkalmazni)

CAES: sűrített levegős energiatároló erőmű (a rövidítés az angol Compressed Air Energy Storage elnevezésből ered)

VRB: vanádium redox folyadékáramos akkumulátor (a rövidítés az angol Vanadium Redox Battery elnevezésből ered)

PSB: poliszulfid-bromid folyadékáramos akkumulátor (a rövidítés az angol Polysulfide-bromide Battery elnevezésből ered)

TET: termikus villamosenergia-tárolás (az angol elnevezése Thermal Electricity Storage, angol rövidítésként a TES-t szokták alkalmazni)

en_suruseg_jav.jpg

A különböző energiatároló technológiák elhelyezkedése az energiasűrűség-teljesítménysűrűség térben (Forrás: Applied Energy)

A különböző tárolási technológiákat energia- és teljesítménysűrűség szerint összehasonlítva látható, hogy az akkumulátorok többsége, illetve a szupravezető mágneses tárolás (SZMT) esetében az elérhető energia- és teljesítmény-sűrűség korlátozott, míg a kondenzátorok, szuperkondenzátorok esetében az elérhető teljesítménysűrűség ugyan magas, de a hozzá tartozó energiasűrűség alacsony. Utóbbiakat gyors válaszidejük miatt többnyire hálózati frekvenciaszabályozási célokra alkalmazzák, jelentős szivárgási áramuk miatt azonban hosszútávú energiatárolásra alkalmatlanok, a töltést csak néhány órán át képesek megőrizni.

Az energia-sűrűség egységnyi térfogatban tárolható névleges energia, melyet térfogati energia-sűrűség néven is szoktak emlegetni. Mértékegységként Wh/L-t használnak, ahol L a litert jelöli.

A teljesítmény-sűrűség pedig a térfogat-egységenként egységnyi idő alatt kinyerhető energiát jelenti. Mértékegységként W/L-t használnak, ahol L ugyancsak a litert jelöli.

Szivattyús-tározós (SZET) és a sűrített levegős energiatároló erőművek (az angol névből CAES) esetében a teljesítmény- és az energiasűrűség is alacsony. E tárolási technológiákat hálózati tartaléktartási- és csúcsigény kielégítési célokra használják, jelentős helyigénye miatt a lakossági szférában nem alkalmazhatóak, ellentétben a Li-ion akkumulátorokkal, melyek magasabb teljesítmény- és energiasűrűségük miatt alkalmasak a közlekedési szektorban, illetve a hordozható eszközökben történő felhasználásra egyaránt.

A következő ábráról leolvasható, hogy ezek a tároló-technológiák milyen időtávban képesek működni, amiből a villamosenergia-rendszerben potenciálisan betölthető szerepük is következik. A szuperkondenzátorok, lendkerekek és szupravezető mágneses tárolók kisütési ideje 1 óra alatti, az akkumulátorok többsége, és a kisméretű sűrített levegős tárolók kisütése 10 óra alatti, míg a SZET-ek, nagyméretű CAES-ek, illetve VRB akkumulátorok többsége 10 óra feletti kisütési idővel rendelkezik. A másodperces-perces kisütési idejű tároló-technológiák a villamosenergia-rendszer primer szabályozásában játszhat(ná)nak szerepet, vagyis a hálózat frekvenciájának egyensúlyban tartásában segíthetnek, de a villamosenergia-rendszer szempontjából érdeminek számító energiamennyiséget nem képesek tárolni.

A napon belüli energiafogyasztás-ingadozások kiegyenlítésére olyan technológiák alkalmazhatók, melyek az energiát órákon keresztül képesek betárolni (˝túltermelés˝ esetén), majd forráshiányos időszakokban ezt órákon keresztül kiadni magukból. A méret azonban megszabja a felhasználás területét: a VRB akkumulátorok jellemzően a 10-1000 kW teljesítménytartományban üzemeltethetők hosszabb ideig, ami inkább a lakossági-kisipari szektorban való alkalmazhatóságot vetíti előre.

Hosszú ideig és nagy beépített kapacitással jelenleg a (egyedüli kiforrott technológiaként) szivattyús-tározós vízerőművek képesek működni. Fejlesztések folynak a sűrített levegős energiatározókkal kapcsolatban is, ezek azonban jellemzően nem érik el a szivattyús-tározós erőművek teljesítmény-szintjét.

en_tart.jpg

Az egyes tárolótípusok energia- és teljesítménytartományai (Forrás: Applied Energy)

Érdemes a hatásfok szempontjából is elemezni az egyes tároló-technológiákat, mely szempontjából a legkevésbé hatékony a sűrített levegős energiatárolás 50%-ot alig meghaladó hatásfokával. A sűrítés során keletkező hő hasznosítására, vagyis a hatásfok javítására létezik az ún. adiabatikus sűrített levegős energiatároló koncepció is, amely azonban egyelőre fejlesztés alatt van. Ugyancsak alacsony, 60% körüli hatásfokkal jellemezhetőek a kémiai villamosenergia-tárolási technológiák. A legmagasabb, akár 95%-ot is meghaladó hatásfokkal a lendkerekek, a szuperkondenzátorok és a Li-ion akkumulátorok rendelkeznek.

kisutesi.jpg

A tárolótechnológiák szerepe a villamosenergia-rendszerben kisütési idejük és kapacitásuk alapján (Forrás: Energy Storage Technology Roadmap)

Fontos következtetést vonhatunk le a fenti ábrából is, amely az egyes villamosenergia-rendszer szereplők (termelők, rendszerirányítók és fogyasztók) szempontjából releváns tárolási teljesítménytartományokban ábrázolja a különböző funkciók betöltésére szolgáló, illetve azokhoz igényelt tárolókkal szembeni teljesítmény- és kisütési idő tartományokat illető elvárásokat. Ahhoz, hogy szezonális tárolásra legyünk képesek, olyan tároló-technológiára van szükség, amelynek kapacitása jelentős, kisütési ideje pedig hetes-hónapos nagyságrendű. Ennek a felhasználási kategóriának az alsó határmezsgyéjén mozognak a sűrített levegős és a szivattyús tározós erőművek, más villamosenergia-tárolási technológiák azonban ezt a kategóriát meg sem közelítik.

A költségigény szempontjából is érdemes megvizsgálni egyes technológiákat, hiszen a tárolós projektek megvalósítása végső soron attól fog függeni, hogy van-e rá igény beruházói és fogyasztói oldalon. Az alábbi táblázat az egyes technológiák esetében (tervezett és megvalósított projektek alapján) becsült befektetési tőkeigényt, karbantartási költségigényt, a tervezett üzemidőt és a maximális kisütési ciklusszámot tartalmazza (az adatok forrása: Applied Energy és Technology Roadmap – Energy Storage).

Technológia

Befektetési költségigény ($/kW)

Karbantartási költségigény ($/kWh)

Tervezett üzemidő

(év)

Kisütési ciklusszám

(db)

SZET

500-4600

0,004

40-60

10000-30000

CAES

400-1500

3

20-40

8000-12000

Lendkerék

130-500

0,004

15-20

kb. 20000

SZMT

200-500

0,05

20-30

20000-100000

Szuperkondenzátorok

100-500

0,005

10-30

100000+

Akkumulátorok

300-4000

20-80 ($/kW/év)

5-15

1000-2500

(Li-ion: akár 10000)

Folyadékáramos akkumulátorok

600-1500

70 ($/kW/év)

5-10

12000+

Hidrogén-tárolás

500-3000

0,002

5-20

1000-20000

Termikus tárolás

200-500

n.a.

10-30

n.a.

  A különböző tárolótechnológiák befektetési- és működési tőkeigénye, üzemideje és jellemző kisütési ciklusszáma

Látható, hogy a nem villamosenergia-termelési céllal létesíteni kívánt, tárolási célú technológiák beruházási költsége a villamosenergia-termelési céllal épített erőművek beruházási költségének nagyságrendjébe esik, ami egyik jelentős oka annak, hogy ezen technológiák széleskörű elterjedése várat magára. Érdemes egy pillantást vetni a beruházási költségen kívül egy másik fontos paraméterre is, ami a technológiák kisütési ciklusszáma. Az akkumulátorok ezen a téren jelenleg kifejezetten rosszul állnak, ami az amúgy sem alacsony beruházási költségű telepek gyakori újratelepítését tenné szükségessé. A tárolási technológiák egy része jelenleg is fejlesztés alatt áll, egyes típusokból még csak prototípus épült.

technologiai_kockazat_ar2.jpg

Az egyes energiatárolási technológiák jelenlegi fejlettségi szintjei, a hozzájuk tartozó becsült beruházási költségszintekkel
(Forrás: Technology Roadmap – Energy Storage)

Összességében azt lehet mondani, hogy az ipari méretű, a villamosenergia-rendszer számára hasznosítható hetes, hónapos, vagy adott esetben szezonális, évszakokon átívelő áramtárolásra alkalmas technológia nincs a piacon. A villamosenergia-rendszerben a legnagyobb tárolókapacitások szivattyús tározós vízerőművekben vannak, melyek a napi menetrend tartásában tudnak részt venni, órás-napos nagyságrendű kisütési idővel. Látjuk azt is, hogy a kézi eszközökben és az elektromos autókban jelenleg a lítium-ion akkumulátoros technológia az uralkodó, de a teljesítménysűrűség növelése biztonsági problémákat vetett fel.

 

Azoknak pedig, akik mélyebben érdeklődnek az egyes villamosenergia-tárolási technológiák működési elve, illetve felhasználási területeik iránt, alább egy kicsit részletesebb áttekintés

Elektrokémiai villamosenergia-tárolási technológiák

A hétköznapi használatban leginkább elterjedt energiatárolásra alkalmas eszközök a különböző savas- (vagy ólom-), lúgos-, lítium-ion, illetve nátrium-kén (NaS) akkumulátorok, melyek a töltés során bevitt villamos energiát elektrolízis során kémiai energiává alakítják, és akként tárolják, lehetővé téve, hogy a bevitt villamos energia csaknem egésze a kisütés során újra villamos energia formájában legyen kinyerhető. Savas- vagy ólom akkumulátorokat főként gépjárművek indítóakkumulátoraként alkalmazzák, az elektromos meghajtású gépjárművek többségében (Nissan Leaf; Tesla Model S, Model X; BMW i3) lítium-ion akkumulátort alkalmaznak. Elektrokémiai villamosenergia-tárolás villamosenergia-rendszer szintű alkalmazására vannak kísérletek.

nas.jpg

NaS technológiát alkalmazó kísérleti akkumulátorpark Japánban (Futamara) (Forrás: DOE Global Energy Storage Database)

Kémiai villamosenergia-tárolási technológiák

A kémiai villamosenergia-tárolási technológiák esetében a tárolni kívánt villamos energia felhasználásával hidrogént állítanak elő elektrolízis segítségével. Két technológia létezik aszerint, hogy az elektrolízist követően nyert hidrogént hidrogén-molekula, vagy egy további kémiai reakció beiktatása révén nyert szintetikus gáz formájában tárolják-e.

Elektromos és mágneses villamosenergia-tárolási technológiák

Elektromos és mágneses villamosenergia-tárolás során statikus elektromos-, illetve mágneses tereket használnak a villamos-energia direkt tárolására. A szuperkondenzátorok a hagyományos kondenzátorokhoz hasonlóan kondenzátorlemezek között, elektromos töltés formájában tárolják a villamos-energiát. A szupravezető mágneses villamosenergia-tárolás (Superconducting Magnetic Energy Storage – SMES, SZMT) során a villamos energiát egy AC/DC konverter közbeiktatását követően egyenáramként nagyon alacsony hőmérsékletű, magas indukciójú tekercsen átvezetve, mágneses mező generálása révén tárolják. Amikor villamos energiára van szükség, a tekercsből konverteren keresztül az áram visszanyerhető.

Mechanikus villamosenergia-tárolás                                              

Mechanikus villamos-energia tárolás során a tárolni kívánt villamos-energiát mozgási vagy potenciális energiává alakítva tárolják. Ilyen elven működnek a lendkerekes rendszerek, a szivattyús tározós erőművek (Pumped Storage Hydropower – PSH, vagy SZET), illetve a sűrített levegős energiatárolók (Compressed Air Energy Storage - CAES).

A lendkerék, vagyis lendítőkerék egy forgó tárcsa, melynek motorral történő gyorsításával növekvő mennyiségű energiát tudunk tárolni. A motor fékként történő alkalmazás révén lassítással a lendkerék energiát ad le, villamosenergia-termelésre alkalmas.

A Beacon Power a new yorki Stephentownban egy 20 MW-os, 200 lendkerékkel ellátott hálózati frekvenciaszabályozó létesítményt üzemeltet. Lendkerekeket azonban vasúti közlekedési hálózatokban is használnak hálózati feszültségtartási célokra, többek között Tokióban, New Yorkban, Londonban és Lyonban.

lendkerekes.jpg

A Beacon Power vállalat lendkerekes frekvenciaszabályzó létesítménye Stephentownban (Forrás: beaconpower.com)

Szivattyús-tározós erőművek (SZET-ek) esetében völgyidőszakok során, olcsó árammal vizet szivattyúznak fel egy alacsonyabban fekvő víztározóból egy magasabban fekvő víztározóba a generátort motorként, a turbinákat szivattyúként használva. Villamosenergia-fogyasztási csúcsidőszakban pedig a magasabban fekvő tárolóból az alacsonyabban fekvő tárolóba engedik a vizet a turbinákat meghajtva, villamos energiát termelve, azt magasabb áron értékesítve. (Az európai SZET-ek a piaci körülmények miatt ma már nem feltétlenül a fenti üzleti modell szerint működnek, sokszor inkább a rendszerszabályozás számára értékesítik szolgáltatásaikat.) A tárolható energia mennyisége a két víztározó közötti magasságkülönbségtől és a víztározók térfogatától függ. 2014-ben a SZET-ek beépített kapacitása a világon körülbelül 140 GW, amely a teljes energiatárolási kapacitás több mint 99%-át teszi ki. Kapacitásuk az 1 MW-tól 3 GW-osig terjed, a speciális topológiai igényei miatt azonban akárhol nem létesíthetőek.

Szlovákiában a Fekete-Vágon 1981 óta üzemeltetnek egy közel 740 MW-os szivattyús tározós erőművet. Japánban az Okinawa erőmű tengervizes szivattyús tározós erőmű 30 MW-os teljesítménnyel 1999 óta üzemel. A világ jelenlegi legnagyobb szivattyús-tározós erőműve az Egyesült Államokbeli, 3 GW-os Bath County erőmű, ahol a két tározó közötti magasságkülönbség 380 m, a felső tározó kapacitása kb. 44 millió m3, míg az alsóé valamivel több, mint 34 millió m3.

 fv_22.jpg

A fekete-vági szivattyús-tározós vízerőmű (Forrás: seas.sk)

A SZET-ek (és tulajdonképpen minden további villamosenergia-tárolási projekt) versenyképességét, megtérülését  tovább komplikálja, hogy a napenergia alapú áramtermelés csúcsa napközben a déli órákban jelentkezik, amikor a SZET-ek egyik hagyományos kisütési időszaka volna. Ezzel a napi kettőről (egyszerűen fogalmazva) napi egyre (az esti csúcsra) korlátozódna kisütésük, ami radikálisan rontja a megtérülésüket. A SZET-tulajdonosok több esetben e kihívásra válaszul kezdtek el a szabályozási piacon való részvételben aktív szerepet vállalni.

A SZET-ek mellett egyetlen jelenleg rendelkezésre álló technológia képes még 100 MW feletti teljesítményt szolgáltatni, ezek a sűrített levegős energiatároló rendszerek (CAES). Hasonlóan a SZET-ekhez a völgyidőszakok olcsó áramát használják fel levegő sűrítésére, melyet gáztartályokban vagy földalatti természetes víztározókban, kimerült gázmezőkben, korábbi só- vagy kőbányákból visszamaradt üregekben tárolnak. A jelenleg üzemelő CAES-ek a levegő sűrítése során keletkező hőt nem használják fel, az veszteségként az atmoszférának adódik át. Áramot valamilyen hőforrás segítségével felmelegített sűrített levegővel meghajtott turbina és generátor termel, csúcserőműként, tartalék erőműként működnek többek között Németországban, illetve az Egyesült Államokban. Hasonló elven működnek a folyékony levegőn, illetve folyékony nitrogénen alapuló energiatároló rendszerek, melyek az adott anyag sűrítése helyett folyadék halmazállapotúvá alakításához használják fel a tárolni kívánt villamos-energiát. Ezen rendszerek telepítése során a megfelelő telephely kiválasztása a SZET-ekhez hasonlóan gondot jelent, jelentős befolyása van a beruházás tőkeigényére.

Termikus villamosenergia-tárolási technológiák

A termikus villamosenergia-tárolás egyik lehetséges módja az ún. hőszivattyús villamosenergia-tárolás (Pumped Heat Electricity Storage - PHES). A tárolni kívánt villamos energia segítségével hőszivattyút hajtanak meg, mely a hideg tartályból a meleg tartályba valamilyen hűtőközeg segítségével hőt szállít, majd amikor villamos energiát szeretnénk kinyerni, akkor a hőszivattyú hőerőgépként üzemel, és a hőenergiát mechanikai energiává alakítja, mellyel generátort hajtanak meg. A jelenleg is fejlesztés alatt álló technológia tervezett teljesítménytartománya 2-5 MW körüli, a speciális hűtőközeg-igénye (hasonló anyagok, mint amiket a hűtőgépekben is alkalmaznak) miatt azonban nem tekinthető környezetbarátnak.

A hőszivattyús technológián kívül természetesen meg kell említenünk a hagyományos villanybojlereket, melyek elsődleges célja ugyan a forró víz készítése, a villamosenergia-rendszer szempontjából azonban fel- és leterhelhető kapacitásoknak is felfoghatóak, illetve lehetővé teszik a villamosenergia-fogyasztás átütemezését. Ismertek ipari méretű forróvíztárolók is, ezek azonban az eltárolt villamos energiát általában nem villanyként, hanem hőként adják vissza, így a fent ismertetett villamosenergia-tároló technológiákhoz hasonlóan, ámde korlátozottabb szolgáltatásokkal képesek részt venni a villamosenergia-rendszer szabályozásában.

Szólj hozzá!

A Paks II Projekt megszerezte a környezetvédelmi engedélyt

2016. október 07. 09:09 - Prof. Dr. Aszódi Attila

Az Energiaklub anélkül döntött a Paks II Projekt 120 oldalas környezetvédelmi engedélyének megtámadásáról, hogy elolvasta volna azt és megértette volna annak tartalmát

2016. szeptember 29-én a Baranya Megyei Kormányhivatal - mint hatáskörrel és illetékességgel rendelkező környezetvédelmi hatóság - kiadta a Paks II Projekt környezetvédelmi engedélyét. A környezetvédelmi engedély megszerzése igazolja, hogy a Projekt teljesíti az Európai Unió és Magyarország környezetvédelmi és természetvédelmi elvárásait.

A Paks II Projekt környezeti hatásvizsgálati eljárása 2014. december 19-én kezdődött, amikor a Projekttársaság benyújtotta a több mint kétezer oldalas környezeti hatástanulmányt. A dokumentáció az eljárás során – az egyes eljárási cselekményeknek (tényállástisztázások, hiánypótlások, ügyféli nyilatkozatok) köszönhetően – tovább bővült. Az információk teljes köre a hatóságként eljáró Kormányhivatal, a Földművelésügyi Minisztérium, és a Projekttársaság honlapján elektronikusan bárki számára megismerhető volt, vagy személyes betekintés útján elérhető volt a teljes eljárás ideje alatt. A vonatkozó szabályoknak megfelelően a Paks II Projekt környezeti hatásvizsgálati eljárásában nemzetközi környezeti hatásvizsgálati eljárás lefolytatására is sor került.

A temérdek mennyiségű információt a környezetvédelmi hatóság a megfelelő szakhatóságok – többek között a vízügyi hatóságok, nukleáris biztonsági hatóság – bevonásával értékelte. Az eljárás során a szabályoknak megfelelően a környezetvédelmi hatóság a nyilvánosság részvételét is több ponton és széles körben biztosította. Az eljárásban fontos állomás volt a 2015. május 7-én, Pakson megtartott közmeghallgatás, illetve a nemzetközi eljárás, melynek során 7 érdekelt országban (Horvátország, Ausztria, Németország, Szlovénia, Szerbia, Románia, Ukrajna) 9 helyszínen tartottunk nyilvános fórumot (közmeghallgatást) 2015 őszén. Az eljárásban aktívan résztvevő országokkal szakértői konzultáció is lefolytatásra került. A Projekttársaság a közmeghallgatáson, a nyilvános fórumok és szakértői konzultációk keretében a Projekt megvalósításával kapcsolatban feltett kérdéseket megválaszolta. Az eljárás során több mint félezer írásbeli észrevétel, kérdés érkezett, amelyekre vonatkozóan a Projekttársaság az eljárásban szintén megfelelő mélységben nyilatkozott.

A Projekttársaság 2016. június 16-án tájékoztatta a környezetvédelmi hatóságot bizonyos műszaki megoldások pontosításáról. A tájékoztatást – mint minden környezeti információt – a résztvevő országok számára is megküldték, hogy a magyarországiak mellett az ott élők észrevételei is figyelembevételre kerülhessenek a környezetvédelmi hatóság döntéshozatala során. A nemzetközi környezeti hatásvizsgálati eljárás konzultációs szakasza végül 2016. augusztus 26-án zárult. 

Meggyőződésem, a környezetvédelmi engedély kiadása révén egy rendkívül hosszú és körültekintő eljárás zárult le és szakmailag megalapozott döntés született.

 rtl_20161005.jpg

A minap a „Magyarul Balóval” című műsor invitálásának eleget téve a RTL stúdiójában vitáztam Bart Istvánnal, az Energiaklub társelnökével. A beszélgetés során egyértelműen kiderült, az Energiaklub mindenképpen megtámadja a környezetvédelmi engedélyről szóló határozatot, függetlenül annak tartalmától, a határozatot ugyanis nem olvasta. A szakpolitikai intézet egy nappal a Hatóság döntését követően, már múlt pénteken (2016. szeptember 30.) bejelentette, hogy fellebbez, miközben a szervezet társelnöke azzal védekezett a szerda (2016. október 5.) esti vitában, hogy azért nem ismeri mélységében az engedélyben foglaltakat, mivel csak kedden (2016. október 4.) vették azt kézhez. Megjegyzem, a határozat a 2016. szeptember 29-i döntés óta bárki számára elérhető az interneten. Ezek szerint a múlt héten az Energiaklub anélkül döntött a fellebbezésről és anélkül fogalmazott meg „jól hangzó"-nak tűnő kritikákat a sajtóban, hogy az aktivistáik átolvasták volna a határozatot.      

A vita egyébként arra is rávilágított, hogy a projektet folyamatosan támadó antinukleáris szervezeteknek nincs érdemi környezetvédelmi kifogásuk a beruházással szemben, ellenvetéseik teljes mértékben megalapozatlanok.

A tévés vita itt tekinthető meg:

http://rtl.hu/rtlklub/magyarulbaloval/paks-ii-engedely-utan-fellebbezes

36 komment