A tartósan borús és szélcsendes időszakok ugyan ritkák, de jelentős problémákhoz, magas villamosenergia-árakhoz, megnövekedett károsanyag-kibocsátáshoz, szélsőséges esetben pedig áramszünetekhez vezethetnek a nagy megújulóenergia-arányú rendszerekben.

A nap- és szélerőművek a legolcsóbb és legtisztább áramtermelő technológiák közé tartoznak, de időjárásfüggő jellegük miatt olykor hosszabb ideig nem állnak rendelkezésre. Az elmúlt hónapban ismét előfordult egy olyan időszak Európa jelentős részén, amikor a körülmények huzamosabb ideig nem kedveztek az időjárásfüggő megújulóenergia-termelésnek, újból ráirányítva a figyelmet az átalakuló energiarendszer megbízhatóságára.

November első részében tartós, több napon át tartó szokatlanul szélcsendes időjárás alakult ki az Egyesült Királyságban, Németországban és Észak-Európa egyéb részein, ennek hatására a szélenergia-termelés részesedése a termelési mixben néhány százalékra csökkent, noha a villamosenergia-rendszer beépített teljesítőképességét tekintve a turbinák részaránya ennél jóval nagyobb.

Kapcsolódó bejegyzések

Úgy fest, korai még temetni az európai szélturbinaipart

Az EU felvenné Kínával a harcot, hogy versenyképes maradhasson. Úgy tűnik, van némi esély arra, hogy a terv sikerüljön.

A rendszerirányítók a gáz- és széntüzelésű tartalék kapacitások termelésének fokozásával pótolták a kieső energiamennyiséget, így Nagy-Britanniában a gázerőművek bizonyos időszakokban az áramigény rekordnak számító 70 százalékát fedezték, míg Németországban a szénerőművek részesedése a kereslet kielégítéséből a 30 százalékot is elérte, a gázerőművekkel együtt pedig a fosszilis arány itt is 70 százalék körül alakult.

Bár a hónap elején elsősorban a szélenergia szempontjából alakultak kedvezőtlenül az időjárási körülmények, a hónap egészét tekintve a napenergia-termeléshez elengedhetetlen besugárzási értékek is a szokásosnál gyengébben alakultak Észak-Európa nagy területén.

A megújulóenergia-termelés visszaesésének és a fosszilisenergia-kapacitások kényszerű mozgósításának hatására Németországban az áramtőzsdei árak 18 éves csúcsra, 900 euró/megawattóra (MWh) fölé emelkedtek a másnapi piacon a délutáni csúcsidőszakra vonatkozóan.

Nagyobb figyelmet kell fordítani a szél- és napenergia-aszályokra

Mivel a nap- és szélerőművek beépített teljesítőképessége világszerte gyorsan emelkedik a villamosenergia-rendszerekben, az ilyen időszakok és az energiaellátásra gyakorolt lehetséges következményeik nagy figyelmet kapnak a szakemberektől, a kutatóktól, illetve a politikusoktól is. Az Európai Unió áramtermelésének már nagyobb részét adják az időjárásfüggő nap- és szélerőművek, mint a jól szabályozható fosszilis erőművek, 2050-ig pedig jóval 90 százalék fölé emelkedhet az arányuk.

A tartósan borús és egyben szélcsendes időszakok (lásd a Németországból származó dunkelflaute ’sötétszélcsend’ kifejezést) ugyan ritkák, és minimális kockázatot jelentenek Közép-Európában, azonban mivel jelentős problémákhoz, magas villamosenergia-árakhoz, megnövekedett károsanyag-kibocsátáshoz, szélsőséges esetben pedig áramszünetekhez vezethetnek a nagy megújulóenergia-arányú energiarendszerekben, ezt a szempontot a rendszertervezés során sem szabad félvállról venni.

A megújuló energiaforrásokkal való tervezés hagyományosan elsősorban a technológiák hosszabb időszakra vetített átlagos kihasználtságára (a kapacitásfaktorra) fókuszált, de ahogy ezen források részaránya növekszik a villamosenergia-rendszerben, egyre nagyobb figyelmet kell fordítani arra, hogy az időjárási körülmények miatt rövid és hosszabb távon hogyan, milyen mértékben, milyen gyakorisággal és mennyire tartósan térhet el a megújuló erőművek termelése az átlagos kihasználtságuktól. A mélyen dekarbonizált, nagyrészt időjárásfüggő forrásokat tartalmazó villamosenergia-rendszerek tervezésekor pedig a fő fókusznak a kutatók szerint egyértelműen a hosszabb nap- és szélenergia-aszályos időszakokra, illetve ezek lehetséges kezelésére kell esnie.

Az angol terminológiában szél- és napenergia-aszály kifejezéssel is jelölt váratlan borús, szélcsendes időszakok nem „csak” az energiarendszer biztonságára nézve jelentenek veszélyt az egyre inkább a megújuló energiaforrásoktól függő országokban. Ha elmulasztják a probléma kezelését, akkor ez a megújulók elterjedésének felgyorsítására, ezáltal a kibocsátáscsökkentésre irányuló erőfeszítéseket is fenyegetheti azáltal, hogy megrengeti a befektetők, a közvélemény és a politika ezen technológiákba vetett bizalmát.

Kapcsolódó bejegyzések

Ha az EU nem figyel, újabb fontos iparágban győzheti le Kína

A hidrogén lényeges szerepet kap a jövőnkben: mi történik, ha ezt az iparágat is letarolja Kína?

Egyszerre ritkán fordul elő a nap- és szélenergia hiánya, de készülni kell rá

A Német Meteorológiai Szolgálat 2018-as elemzése megállapította, hogy évente átlagosan két olyan eset fordul elő, amikor az időjárási viszonyok miatt a nap- és a szélenergiából származó megújulóenergia-termelés legalább 48 órán keresztül a névleges teljesítmény kevesebb mint 10 százalékára csökken. Ha viszont egy integrált európai hálózatban vizsgáljuk a kérdést, az esetszám 0,2-re csökken, ami aláhúzza a megújulóenergia-termelés határokon átnyúló menedzselésének fontosságát. Az elemzés ugyanakkor azt is hozzáteszi, hogy Németországban nem zárható ki a megújulóenergia-termelés hosszabb ideig tartó visszaesése sem, ami nagyobb tartalék megújulóenergia-kapacitást tesz szükségessé az ellátásbiztonság fenntartása érdekében.

Általánosságban Európában a szélcsendes időszakok többnyire rövidek, de viszonylag gyakoriak, míg a borús, napenergia-mentes epizódok előfordulása és hossza régióspecifikusabb, ezek az északi területeken jellemzőbbek.

Az, hogy a nap- és a szélenergia szempontjából egyaránt kedvezőtlen körülmények egyszerre viszonylag ritkán és rövid ideig fordulnak elő tartósan, egyben azt is jelenti, hogy a két technológia bizonyos mértékig kiegészíti egymást, mert eltérő napszakokra és évszakokra esik termelési csúcsuk, ráadásul ezek az erőművek gyakran földrajzilag is máshova koncentrálódnak. Ezért a mindkét forrást érdemben tartalmazó villamosenergia-rendszerekben ritkábban is állnak elő hiányállapotok a kínálat tekintetében, mint az egyoldalúan csak egyikre vagy másikra támaszkodó rendszerekben.

Egy több évtizedet és több tucat országot felölelő elemzés szerint a leginkább megbízható zöld villamosenergia-rendszerek nem nélkülözhetik a szélerőműveket, sőt, leginkább ezeknek kell dominálniuk a mixet. Az ilyen villamosenergia-rendszerek az országos áramigényt az órák 72–91 százalékában képesek kielégíteni, ha a rendszer nem tartalmaz érdemi energiatároló kapacitást, a megújulóenergia-kapacitások éves termelése megegyezik az éves kereslettel, az átviteli rendszer pedig tökéletes. 12 órás tárolási ciklust lehetővé tevő energiatároló kapacitással kiegészítve a rendszert az országos áramigény az órák 83–94 százalékában elégíthető ki. Azonban még a keresletet több mint 90 százalékban kielégítő mix, illetve az egy napon belüli energiatárolás alkalmazása esetén is évente több 100 olyan óra lenne, amikor a keresletet a belföldi forrásokból nem lehetne fedezni.

Kapcsolódó bejegyzések

Ez a technológia már olcsóbb, mint az akkumulátorok

A sűrített levegős energiatárolás óriási lehetőséget rejt magában.

A hosszú távú energiatárolás lehet a megoldás

A megoldást a termelő- és a tartalékkapacitások túltervezése, illetve a hosszabb időtartamú energiatárolást lehetővé tevő technológiák rendszerbe integrálása jelenti, amelyek akár hónapokon, évszakokon át is képesek elraktározni a bőség időszakaiban megtermelt zöldenergiát. Azonban míg a rövidebb, jellemzően napon belüli tárolási időtartamra jól használhatók az akkumulátorok, a sűrített levegős és a szivattyús energiatárolók, addig a több napig tartó vagy még hosszabb energiatárolást a leginkább költséghatékony módon hidrogén előállításával és geológiai tárolásával, valamint a szén-dioxid-leválasztási (CCS) technológiával ellátott kombinált ciklusú gázturbinás erőművek alkalmazásával lehet megvalósítani a kutatások szerint. (Ennek megfelelően például Németország terveiben nagy hangsúly esik a hidrogéngazdaság kiépítésére és jókora új, hidrogéntüzelésre is alkalmas gázturbinás erőművi kapacitás létesítésére.

A zöldáram hidrogénné alakítása majd visszaalakítása során viszont jelentős átváltási veszteség képződik, így az eredetileg megtermelt megújuló villamos energia 70 százaléka is elveszhet a folyamat során. Ez a veszteség ugyan nagy, de figyelembe véve, hogy ma gyakran a megújulós erőművek lekapcsolásával kezelik a túltermelést, rögtön nem tűnik olyan előnytelennek a zöldhidrogén formájában történő energiatárolás. Ezzel együtt egyre erősebb az érdeklődés olyan új, hosszú távú energiatárolási megoldások kifejlesztése iránt, amelyek olcsóbbak, mint a hidrogén, így a szakértői várakozások szerint a következő 10–15 évben olyan új megoldások jelenhetnek meg a piacon, amelyek ma még nem léteznek.

A megújulóenergia-biztonság tehát végső soron energiatároló megoldások változatos portfóliójának egyszerre történő alkalmazásával érhető majd el. Emellett a nagyrészt időjárásfüggő forrásokat tartalmazó villamosenergia-rendszerek nemzetközi összekapcsoltságának nagyobb importot lehetővé tevő fokozásával, új határkeresztező kapacitások építésével a dunkelflaute időszakaira is kiterjeszthetik megbízhatóságukat, amint ezt például az áramellátását 2035-re dekarbonizálni szándékozó Egyesült Királyság is tervezi.

Kiemelt kép: pexels