Láncreakció

Aszódi Attila információs blogja a Paksra tervezett új blokkokkal kapcsolatban

A nyári hőhullám hatása a villamosenergia-termelésre

2018. augusztus 22. 11:02 - Prof. Dr. Aszódi Attila

Az elmúlt évtizedek egyik legmelegebb nyara az idei Európában. Az egyik rekord melegről szóló hír követte a másikat. Amellett, hogy a hőség és az ezzel párhuzamosan járó szárazság próbára teszi az emberek egészségét, elősegíti az erdőtüzek kialakulását, valamint aszályt okozva veszélyezteti a mezőgazdaságból élők megélhetését, kevésbé közismert az energetikára, azonban belül is a villamosenergia-termelésre gyakorolt hatása. Ahogy a híradásokban is olvashattuk, Európa légterét viszonylag hosszú idő óta anticiklon uralta, ami megakadályozta a csapadékban gazdag légtömegek megérkezését az Atlanti-óceán felől. Alapvetően ennek köszönhető az Európa-szerte rendkívül forró és aszályos nyár.

spiegel_1.jpg

A népszerű Der Spiegel német folyóirat 2018. augusztus 4-i lapszáma szintén a klímaváltozás hatásait elemzi (forrás: www.spiegel.de)

De hogyan érinti mindez az energetikát? Sajnos nincs olyan terület és nem ismert olyan villamosenergia-termelő technológia, amelyre ne hatna kedvezőtlenül a hőség.

A vízerőművekről

Norvégia villamosenergia-rendszere az egyik legkörnyezetbarátabb Európában, ugyanis a felhasznált villany közel 100 százalékát CO2-kibocsátás mentesen üzemelő vízerőművekben állítják elő. Ez az energiatermelési mód nyilvánvalóan függ a (hosszútávú) időjárási körülményektől. Júliusban arról cikkeztek, hogy Norvégiában a megszokottnál kevesebb téli csapadék, valamint a hosszú ideje tartó szárazság miatt a víztározókat tápláló folyóvizek és források vízhozama apad, így a víztározókban tárolt vízkészlet, ezáltal a vízerőművekben megtermelhető áram mennyisége folyamatosan csökken. Ez a hatás a villamos energia árát felfelé hajtja, Norvégiában idén történelmi rekordot döntött az áramár. Az áremelkedés oka volt az is, hogy Norvégia nagyobb mértékben kénytelen import villamos energiára támaszkodni a szűkösebb időkben, azonban Európában is magas a villamos energia ára, így csak drágán lehet importálni (ennek okairól lejjebb még írok).

A hőerőművekről

A hőerőművek – így az atomerőművek, a szén- és gázerőművek – által kiadott villamos energia mennyiségét az extrém meleg (és száraz) időjárás több hatáson keresztül is befolyásolni tudja. Az egyik ilyen hatás a végső hőnyelő* hőmérséklet-növekedése miatt, a termodinamika II. főtétele következtében létrejövő hatásfok-csökkenés.

A hőerőművekben az egységnyi energiatartalmú bemenő energiahordozóból előállított villamos energia mennyisége függ attól, hogy a turbinákban munkát végzett fáradt gőzt az erőmű kondenzátoraiban milyen hőmérsékletű közeggel lehet kondenzálni (lecsapatni). Általában elmondható, hogy minél alacsonyabb hőmérsékletű a végső hőnyelőben rendelkezésre álló hűtőközeg, annál alacsonyabb a kondenzátorban fenntartható depresszió (vákuum), így az erőmű energiatermelési folyamatának hatásfoka annál magasabb. Ha a végső hőnyelőben lévő hűtőközeg melegebb, az erőmű hatásfoka alacsonyabb lesz, így ugyanannyi uránatom elhasításával, szén vagy gáz elégetésével nyáron kevesebb villamos energiát tud előállítani az adott hőerőmű, mint télen. A körfolyamati hatásfok csökkenése miatti termelés-kiesés meleg időben minden hőerőművet érint.

*Végső hőnyelőnek nevezzük azt a környezetben lévő közeget (hőtartályt), amelybe az energiatermelési folyamatban (a termodinamika II. főtétele miatti) felesleges hőt elvezetjük. Ez tipikusan az erőmű telephelye melletti folyó, tenger vagy óceán vize, vagy ahol ilyen víz nagy mennyiségben nem áll rendelkezésre, maga az atmoszféra levegője.

A természetes forrású hűtővízzel hűtött erőművek esetében az erőművek üzemeltetőinek be kell tartani a természetes vizekre vonatkozó, jogszabályokban előírt hőmérsékleti határértékeket. A jogszabályi előírások betartása két esetben kerülhet veszélybe, egyrészt ha a természetes víz hőmérséklete egy bizonyos hőmérsékleti szintet meghaladna, (ilyenkor nem kívánatos, hogy az erőmű az adott tavat, folyót vagy tengervizet tovább melegítse), másrészt ha az aszályos időszak miatt a vízállások alacsonyak, vagyis a természetes közeg már nem alkalmas az erőmű üzeméhez szükséges mennyiségű hűtőközeget szolgáltatni anélkül, hogy ezzel a folyó ökológiai rendszerét veszélyeztetné az erőmű. Megemlítendő, hogy lehetséges lehet olyan alacsony vízállás egy-egy erőműnél, amely esetben a beépített technikai rendszerek (a vízkivételi mű és a benne lévő szivattyúk) már technikailag nem képesek a vizet kiemelni. Az atomerőműveket úgy kell megtervezni, hogy a biztonsági rendszereket hűtővízzel ellátó szivattyúk még ilyen extrém alacsony vízállás esetén is ki tudják emelni a biztonsági rendszerek üzemeléséhez szükséges (a normál üzemben szükségesnél sokkal kisebb mennyiségű) hűtővizet, és kellő tartalékokkal rendelkezzenek.

A fenti két eset természetesen kombinálva is előfordulhat. Mindkét esetben az erőmű által termelt energia fokozatos csökkentése, szélsőséges esetben az erőmű időleges leállítása a megoldás.

Jelentősebb sajtófigyelmet kapott a hír, hogy idén nyáron, augusztus 3-án a Rhone és a Rajna folyók vizének hőmérséklete elérte a 26°C-ot, ezért a folyók túlterhelődésének megelőzése érdekében Németországban és Franciaországban több atomerőművi blokk termelését kellett csökkenteni, illetve franciaországi Bugey 2-3, St. Alban 1, Fessenheim 2 atomerőművi blokkokat le is kellett állítani. Ugyanakkor a következő ábra jól mutatja, hogy Németország a nagy hőség idején is milyen jelentős mértékben támaszkodott a nukleáris energiára – hiszen az időszakos visszaterhelések ellenére beépített kapacitásuk 80-90%-án termeltek az atomerőművek, teljesítménykihasználási tényezőjük a vizsgált időszakban elérte a 84,77%-ot.

ae.jpg

Németország atomerőművi blokkjainak termelése 2018. július 14. és augusztus 14. között. (Adatok forrása: https://transparency.entsoe.eu/; https://www.energy-charts.de; saját számítás)

A szénerőművek esetén is előfordulhat, hogy a termelésük csökkentésével vagy teljes leállással tudják betartani a környezetvédelmi előírásokat, ha a rendelkezésre álló hűtővíz hőmérséklete a most tapasztalhatóan magasra emelkedik. A termelés csökkentésére németországi példaként említhető a Rajna-menti, valamint az ENBW 505 MW-os Karlsruhe 7 erőműve, mely utóbbit le is kellett állítani. Németországban a Rajna mentén az RWE által üzemeltetett Westfalen E szénerőművet azért kellett leállítani, mert a vízszint túl alacsony volt ahhoz, hogy a blokkokat az egyébként vízi úton szállított szénnel el lehessen látni.

Az időjárásfüggő megújulókról

Az időjárás hatásai nem hagyják érintetlenül az ingadozó megújuló energiaforrásokat hasznosító termelő egységeket sem. A hosszan tartó meleg idő következtében az Európa fölötti légtérben a légmozgás az átlagosnál sokkal alacsonyabb, ezért a szélerőművek az átlagoshoz képest lényegesen kevesebb villamos energiát képesek a rendszerbe táplálni.

A németországi szélerőművek termelési görbéjét bemutató ábrán látható, hogy a beépített 52.820MW kapacitású szárazföldi szélerőmű-kapacitás az elmúlt egy hónapban szinte folyamatosan 10.000MW-nál kevesebb teljesítményt adott a hálózatra. A termelési adatoknak utánajárva egyébként látható, hogy az idei nyár rendkívül szélcsendes volt. 2018 vizsgált időszakában a német szélenergia-termelés körülbelül 20%-kal maradt el 2017 azonos időszaka alatt mérhető termeléstől, még úgy is, hogy közben 1900MW új szélenergia-termelő kapacitást építettek be a német rendszerbe (a teljes flotta 50.920MW-ról 52.820MW-ra nőtt, a kihasználási tényező 12,77%-ról 9,8%-ra csökkent a vizsgált egy hónapban.)

szel.jpg

Németország szélerőműveinek termelése 2018. július 14. és augusztus 14. között. (Adatok forrása: https://transparency.entsoe.eu/; https://www.energy-charts.de; saját számítás)

A folyamatos szárazság természetesen egyúttal azt is jelenti, hogy kevés felhő van az égen. Ez a körülmény, valamint a nyári időszakra jellemző kedvező beesési szög a másik népszerű időjárásfüggő megújuló energiát hasznosító technológia, a napelemek termelését segíti. A napelemek termelése minden bizonnyal rekordot dönt idén nyáron Németországban, még azzal együtt is, hogy a napelem-technológia termelését is érinti a hőség. A napelemek optimális mennyiségű villamos energiát 25°C körüli panel-hőmérséklet esetén képesek leadni, amennyiben a berendezés ennél melegebb, fizikai okok miatt nagyjából lineárisan csökken a kiadható teljesítmény. Mivel a napelemek evidens módon erős napsugárzásnak vannak kitéve, nem ritka, hogy a panelek 60-70°C-os hőmérsékletre hevülnek, ami – gyártótól, a panel minőségtől és elhelyezéstől függően – a névleges teljesítőképességhez képest 10-15%-os teljesítőképesség-csökkenést is eredményezhet. Megfigyelhető az alábbi, németországi napelemek teljesítményét bemutató ábrán is, hogy a maximális kiadott teljesítmény az elmúlt hónapban alig érte el az összes beépített néveleges kapacitás 55-60%-át, pedig napsütésből nem volt hiány. Emellett a technológia egyik legfőbb jellegzetessége természetesen jelentkezik, vagyis a napelem nappal termel csak áramot, éjszaka nem, vagyis az éjszakai fogyasztói igényeket csak valamelyik másik technológia alkalmazásával lehet kielégíteni. Az átlagos teljesítménykihasználási tényező a vizsgált egy hónapban 18,42%-nak adódott.

nap.jpg

Németország fotovoltaikus termelése 2018. július 14. és augusztus 14. között. (Adatok forrása: https://transparency.entsoe.eu/; https://www.energy-charts.de; saját számítás)

A villamosenergia-piacra gyakorolt hatás

A fent összegzett, gyakorlatilag minden erőműtípust érintő nehézségek együttesen azt eredményezik, hogy a villamos energia ára megnő. A német villamosenergia-tőzsdén a zsinór villamos energia (base load) napi átlagára 2018 augusztusában hétköznapokon 55-65€/MWh környékén alakult, ugyanez az érték 2017 azonos időszakában 30-40€/MWh volt. Ehhez hozzájárul az is, hogy a fosszilis erőművek kibocsátása után fizetendő európai CO2-kvóta árfolyama rekord magasan, 18€/tonna értéken van. Egy éve az árfolyam a 6€/tonnát sem érte el.

ets_price.jpg

Az európai CO2 kibocsátási kvóták árának alakulása 2017. augusztus 16. és 2018. augusztus 16. között (Forrás: https://markets.businessinsider.com)

A hőhullám okozta negatív hatások akkor kezelhetők legjobban, ha a villamosenergia-igények kielégítésére az adott országban különböző típusú erőművek egyaránt rendelkezésre állnak, amivel az egy negatív hatás miatti teljes termelés-kiesés valószínűsége csökkenthető. Aki felelősen szeretne eljárni, az több lábon álló villamosenergia-mixben gondolkodik. A Paks II. beruházással mi ezen energiamix egyik alappillérének megépítésén dolgozunk.

2 komment

A bejegyzés trackback címe:

https://aszodiattila.blog.hu/api/trackback/id/tr5014186761

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Sipi81 · http://www.egalizer.hu 2018.08.23. 16:56:22

Akkor végülis az alaperőművekre sem lehet elmondani, hogy éjjel-nappal, télen-nyáron képesek folyamatosan villamos energiát termelni, az "időjárásfüggő megújulók" mellett a hőerőművek és így az atomerőművek is ironikus módon - bár sokkal kisebb mértékben, de - időjárásfüggőek.

nonne bonum semen 2018.10.16. 19:44:26

@Sipi81: Semmi sem tökéletes. ;-)
Ahogyan írod, az atomerőművek rekordalacsony, átlagosan ~85%-nyi kapacitáson működtek, miközben a naperőművek rekordmagas, átlagosan 18,4%-nyi kapacitáson.