Az atomenergia fontos szerepet játszik az Európai Unió országainak villamosenergia-ellátásában: 2022-ben a 167 atomerőművi blokk 148.000 MW kapacitást képviselt, amelyek az EU-27 országokban a villamos energia 22%-át állították elő. Az atomenergia a legnagyobb karbonsemleges termelő az EU-ban, és a legnagyobb zsinóráram forrás. Amíg Németország 2023-ban kivezette az atomenergiát az energiamixéből, addig más országok, például Magyarország, Szlovákia, Csehország, Franciaország, Hollandia, Svédország, Finnország a meglévő blokkok üzemidő-hosszabbítását és új egységek építését tervezi, és pl. Lengyelország, amelyik nem alkalmaz jelenleg nukleáris energiát, új belépőként új atomerőművi blokkok építésén dolgozik.

Eközben egyes energiapolitikai szereplők az atomenergia kivezetése mellett érvelnek. Legújabb, a Műegyetemen készített tanulmányunkban azt vizsgáltuk nagy időfelbontású szimulációk segítségével, hogy milyen hatással lenne a karbonsemlegességi célokra és a folyamatos villamosenergia-ellátásra, ha az EU országai kivezetnék az atomenergiát, és azt nap, szél és gázerőművekkel helyettesítenék. A vizsgálat eredményei az egyik legrangosabb nemzetközi folyóiratban, az Elsevier kiadó által gondozott Nuclear Engineering and Design folyóiratban jelentek meg.

A cikkben részletes szakirodalmi tanulmányt követően áttekintettük a jelenleg atomenergiát használó vagy azt tervező 15 Európai Uniós ország (Belgium, Bulgária, Horvátország, Csehország, Finnország, Franciaország, Hollandia, Lengyelország, Magyarország, Németország, Románia, Spanyolország, Svédország, Szlovákia, Szlovénia) energiastratégiáit, összefoglaltuk a 2030-ra és 2040-re vonatkozó villamosenergia-igényüket és feltételezett erőművi portfóliójukat.

1. ábra: A különböző primerenergia-hordozók szerepe a vizsgált országokban a 2040-es nemzeti energiastratégiákban és a feltételezett forgatókönyvekben
(Forrás: Aszódi et. al, 2023)

A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség ESST modellezési keretrendszerének felhasználásával modelleket készítettünk az egyes vizsgált országok villamosenergia-ellátásáról, és modellek segítségével megvizsgáltuk, hogy a referencia-forgatókönyvhöz képest hogyan változna a rendszerek működése, ha az országok fokozatosan kivezetnék az atomenergiát az energiamixükből. Ehhez az országok rendszereibe a nukleáris kapacitás háromszorosának megfelelő napenergia-kapacitást és a nukleáris kapacitás kétszeresének megfelelő szélenergia-kapacitást építettünk be, egy másik forgatókönyvben pedig az előbb említett nap- és szélenergia-kapacitáson felül a nukleáris kapacitással megegyező kapacitású gázerőműpark beépítését feltételeztük a jövőbeli villamosenergia-rendszerekbe, az atomenergia egyidejű kivezetése mellett, elfogadva azokat a becsléseket, amelyet az egyes országok kormányai a villamosenergia-igények jövőbeli alakulására tettek.

E modellek segítségével megvizsgáltuk, hogyan működhetnek ezek a villamosenergia-rendszerek 2030-ban és 2040-ben, hogyan alakulhat az egyes energiaforrások részesedése a villamosenergia-ellátásban, milyen korlátok lehetnek a villamosenergia-ellátásban, milyen lehet a rendszer CO2-kibocsátása és földgázigénye, milyen lehet a túltermelés és a villamosenergia-tárolás igénye.

2. ábra: A karbonsemleges (atomenergia és megújulók) és a fosszilis energiahordozók, valamint a ki nem szolgálható villamosenergia-igény aránya az egyes vizsgált országokban 2040-ben a szimulációkban feltételezett három forgatókönyv esetében
(Forrás: Aszódi et. al, 2023)

Az eredmények világosak: még ha az egyes országok atomerőművei kapacitásának háromszorosát építenénk is be fotovoltaikus naperőművek, és az atomerőművek kapacitásának kétszeresét építenénk be szélerőművek formájában, akkor sem lehetne a szükséges mennyiségű villamos energiát előállítani, tekintettel az időjárásfüggő megújuló források változékonyságára és sokkal kisebb kapacitás kihasználási tényezőire. Ha a nagy megújuló kapacitás mellett az atomerőművek kapacitásának megfelelő teljesítményű gáztüzelésű erőművi parkot építünk be a rendszerekbe, az ellátásbiztonsági problémák (a folyamatos áramellátás kihívásai) ugyan megoldódnak, de radikálisan növekszik az országok földgázfelhasználása és az ezzel összefüggő széndioxid-kibocsátása is. Tekintettel arra, hogy az EU-27 döntő részben földgázimportra szorul, ez nem csak klímavédelmi, hanem ellátásbiztonsági kérdéseket is felvet.

A nagy felbontású szimulációk eredményei alapján a vizsgált 15 országban 2030-ra a széndioxid-kibocsátást 90 millió tonnával növelné az atomerőművek kivezetése ahhoz képest, mintha hagyjuk az atomenergiát a 2030-as energiamixben. A 2040-es villamosenergia-rendszer 80 millió tonnával több CO2-t bocsátana ki, ha nem alkalmaznánk az energiastratégiákban tervezett atomerőműveket az Európai Unióban.

A vizsgált országok villamosenergia-rendszere mintegy 50 milliárd m3 földgázzal igényelne többet évente a 2030-as, 2040-es évtizedekben, ha nem alkalmaznánk atomenergiát, annak ellenére, hogy a számítások a nap- és szélenergia kapacitások radikális növekedéséből indultak ki. Mindez klímavédelmi és ellátásbiztonsági szempontból is komoly aggályokat vet fel.

Az eredmények azt is mutatják, hogy a legalacsonyabb CO2-kibocsátású forgatókönyvek azok, amelyekben az atomenergia is szerepel. Az atomerőművek leállítása a nagy nap- és szélkapacitások ellenére növeli a rendszer CO2-kibocsátását, növeli azon időszakok hosszát, amikor az ellátás részben korlátozott lehet, és nagy villamosenergia-tárolókapacitás igénye jelentkezik. A számítások szerint hónapokon és évszakokon átívelő szezonális tárolásra is szükség lenne, amelyre jelenleg még nincs megvalósítható technológia. A számítások egyértelműen mutatják, hogy az Európai Uniónak eminens érdeke a nukleáris kapacitás fenntartása, sőt egyes országokban még annak fejlesztése is. Így a meglévő atomerőművek élettartamának meghosszabbítása és új blokkok építése ésszerű és célszerű. A tárgyalt számítások azt is világosan mutatják, hogy az atomenergia fenntartása az Európai Unióban feltétlenül szükséges a dekarbonizációs, az ellátásbiztonsági és a fenntarthatósági célok elérése érdekében. A vizsgált 15 országból egyedül Svédország az, ahol az atomenergia nélküli forgatókönyvek képesek lehetnek teljesíteni 2040-ben a 90%-os karbonsemleges villamosenergia-termelési célt, az összes többi vizsgált ország villamos szektora nem képes teljesíteni a klímavédelmi céljait atomenergia nélkül. (Svédországban is növekedne a fosszilis energiahordozóknak való kitettség, még úgy is, hogy az ország nagy vízenergia kapacitásokkal rendelkezik, amely kedvező természeti adottság számos más európai ország számára nem áll rendelkezésre.)

A cikkben bemutatott vizsgálatoknak fontos értéke, hogy nem csak egyetlen országra, hanem összességében 15 különböző európai országra terjednek ki, és bemutatják a földgázfogyasztás növekedését, valamint a megújuló energiaforrások ingadozó termeléséből adódó számítási bizonytalanságokat is.

A modell egyszerűsítései miatt az ESST modell a vizsgálatok ezen szakaszában nem írta le a határkeresztező kapacitásokat. Az egyes országok villamosenergia-rendszerét és villamosenergia-ellátását külön-külön elemeztük. Természetesen nem feltételezzük, hogy 2030-ban vagy 2040-ben az európai országok villamosenergia-rendszerei elszigetelten működnének majd. A modellfejlesztés jelenlegi fázisa arra ad lehetőséget, hogy megnézzük, az egyes országok erőművi portfóliója mennyire képes kielégíteni saját nemzeti szükségleteit az év mind a 8760 órájában. Az országok közötti különbségek rávilágítanak a potenciális ellátási gyengeségekre és a tendenciákra. A létrehozott modellek és azok eredményei alapul szolgálnak egy jelenleg fejlesztés alatt álló, még fejlettebb modellhez, amelyet a PLEXOS modellkörnyezetben fejlesztünk. Ez a modell a határkeresztező kapacitásokat és a nemzeti villamosenergia-rendszerek közötti összeköttetéseket is le fogja írni, szintén órás felbontásban. Meggyőződésünk, hogy csak ilyen nagy időfelbontású modellek eredményei alapján lehet és kell megalapozott energiastratégiai döntéseket hozni.

A cikk mellékletében a kiinduló adatok táblázata is megtalálható, így ha valaki szeretné a szimulációkat saját eszközeivel megismételni, az adatok a folyóiratcikk weboldalán a „Supplementary data” fejezetben elérhetőek. A cikk teljes egészében nyilvános („full open access”), bárki letöltheti a megadott linken html, itt pedig pdf formában is.

A kutatás a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Természettudományi Kar Nukleáris Technikai Intézetében készült, a kutatásban részt vevők a következők voltak: Aszódi Attila, Biró Bence, Adorján László, Dobos Ádám Csaba, Illés Gergely, Tóth Norbert Krisztián, Zagyi Dávid, Zsiborás Zalán Tas