Szinte hihetelen, mennyi akkumulátorra lenne szükség az energiaátmenethez

A legutóbbi cikkünkben beszámoltunk arról, hogy a globális akkumulátorgyártó kapacitás már jövőre elérheti az 1 TWh-t, 2030-ra pedig 10 TWh fölé emelkedhet, ami évi 6-8 terawattórányi energiatárolás kiépítését teheti lehetővé. Persze a növekedés 2030 után sem fog megállni, de adja magát a kérdés, hogy ez mire lehet elég, mennyire fogja tudni támogatni a megújuló energia növekedését?

2030-ra elérhető a terawattórás nagyságrendű energiatárolás

A kérdés megválaszolásához először is azt kell tisztáznunk, hogy 2030-ra mi lehet a reálisan elérhető cél, hová lehet képes eljutni a megújuló energia a korábbi évek trendje alapján?

2020-ban a világ körülbelül 26 PWh (azaz 26 ezer TWh) villamos energiát használt fel. Az elmúlt évtizedben évente átlagosan 2,2%-kal nőtt a globális áramfogyasztás, de ezúttal azzal a feltételezéssel fogunk élni, hogy az elektrifikáció miatt gyorsulni fog a növekedés – amivel egyúttal reflektálunk a „Honnan lesz elég áram a villanyautóknak?” kezdetű kérdésekre is. Évi 3%-os növekedés esetén 2030-ban 35 PWh-ra fog emelkedni a globális áramfelhasználás, a továbbiakban ezt az értéket használjuk kiindulási pontként.

Egy másik cikkünkben azt a kérdést jártuk körül, hogy mennyi idő alatt érhető el a megújuló energia 100%-os aránya. A nap- és a szélenergia átlagos éves növekedési üteme 19% volt az elmúlt 5 évben, és 21% az elmúlt évtizedben. A Carbontracker ez alapján készített egy grafikont, amely különböző növekedési pályák mellett mutatja be az időjárásfüggő technológiák várható alakulását. A legoptimistább verzió szerint is  a 2030-ra várt áramfelhasználásunknak körülbelül csak a szűk fele fog nap- és szélenergiából származni. Tételezzük fel, hogy 9 év múlva a világ áramtermelésének felét már a modern megújulók fogják adni: vajon az akkumulátorgyártás lehetővé fogja ezt tenni?

Az évek során számos olyan tanulmány született, amely azt a kérdést kutatta, hogy egy adott ország, vagy régió hálózata a megújuló energia egy adott aránya mellett mekkora tárolási kapacitást igényelne. Szerencsére nagyban megkönnyíti a dolgunkat, hogy 2017-ben íródott egy olyan metatanulmány (How much electrical energy storage do we need? A synthesis for the U.S., Europe, and Germany), amely 17 korábban született publikáció 527 modelljét összegezte.

Európa esetében az 50%-hoz szükséges tárolási kapacitásra vonatkozó számok a különböző modellekben 20 és 2000 GWh között szóródtak, ami százszoros különbséget jelent. Az Egyesült államok esetében is csak kicsit jobb a helyzet, itt 30 és 800 GWh közötti értékek születtek. A nagyfokú szórásnak főként módszertani okai vannak. Egyes szcenáriókban például figyelmen kívül hagyták az export/import lehetőségét, máshol a termelés leszabályozását zárták ki, azaz minden megtermelt kWh-t bármi áron el kellett tárolni a modellben. Ezek az okok magyarázzák a magasabb szélsőértékeket, ezzel szemben az alacsonyabb kiugró értékek a hálózatfejlesztés lehetőségeit korlátlannak tekintő modelleknek köszönhető.

Mindezek mellett a termelési oldal szerkezete is befolyásolja a tárolási szükséglet mértékét. Minél inkább a napelemek kerülnek domináns helyzetbe egy modellben, annál több akkumulátorra lesz szükség, ellenben ha a szélenergia válik hangsúlyosabbá, akkor csökken az akkumulátorok iránti igény.

Ha ezeket a kiugró értékeket figyelmen kívül hagyjuk, és a középértékeket vesszük alapul, akkor Európának 3-400 GWh, az Egyesült Államoknak pedig 2-300 GWh tárolásra lehet szüksége a realistább modellek szerint.

Forrás: How much electrical energy storage do we need? A synthesis for the U.S., Europe, and Germany – F. Cebulla et al.

A metaanalízis szerint tehát, ha optimálishoz közeli a termelési portfólió, elvégezzük a szükséges, és reálisan megvalósítható hálózatfejlesztési feladatokat, kihasználjuk az export/importban lévő lehetőségeket, és nem félünk leszabályozni a megújuló energia túltermelését, akkor Európában nagyjából egy órányi, míg az Egyesült Államokban körülbelül fél órányi tárolókapacitás szükséges ahhoz, hogy a hálózat egyensúlyban maradjon az időjárásfüggő megújuló energia 50%-os aránya mellett is.

Ez az érték elsőre túl alacsonynak tűnik, pedig valójában meglehetősen logikus. Az 50%-os arány mellett a tárolásnak még csupán annyi a célja, hogy stabilizálja a hálózatot, és amennyire lehet, maximalizálja a megújulók arányát, oly módon, hogy amikor túltermelés van, akkor annak minél nagyobb részét átvigye egy későbbi időszakra. Ami nem célja viszont, hogy ha például két hétig nem fúj a szél, akkor akkumulátorok lássák el az országot. Ilyenkor termelnek a konvencionális erőművek – végülis valamiből össze kell jönnie a másik 50%-nak is.

A vizsgált tanulmányokból az is kiderül, hogy a tárolási kapacitás iránti igény exponenciálisan nő a nap- és szélenergia arányának emelkedésével. Ez azt jelenti, hogy alacsony részarány mellett gyakorlatilag nincs szükség komolyabb energiatárolásra – és az alacsony részarány itt 10-20-30%-ot jelent. Ez az igény valahol 40% körül jelentkezik, de még 50% mellett is csak körülbelül 1 órára van szükség, és ahogyan egy másik metaanalízis (How much energy storage is needed to incorporate very large intermittent renewables? – Solomon et al.) megállapította, 90%-os arány mellett is elegendő csupán egynapi tárolás. Az igazán nagy, többnapos tárolásra való igény csak az utolsó néhány százaléknál jelentkezik, ez azonban részben ellensúlyozható a termelés erőteljes túlméretezésével, amint arra rámutattunk a Tony Seba tanulmányát bemutató cikkünkben.

Történelmi lehetőség: így érhető el a 100% megújuló energia Tony Seba szerint

Mivel ezek az adatok meglehetősen kontraintuitívak, ezért sokan azt gondolhatják, hogy a kutatók bizonyára tévednek, rossz az általuk használt módszertan, és a tanulmányok köszönőviszonyban sincsenek a valósággal. Mert hát mindenki tudja, hogy a napenergiát el kell tenni télre.

Éppen ezért fontos, hogy nézzünk meg néhány, a való életből merített példát, amelyek alkalmasak lehetnek az elmélet alátámasztására. A metaanalízis megjelenése óta eltelt 4 évben meglehetősen nagy növekedést láthattunk az időjárásfüggő technológiák területén, Magyarországon például ma már 10-12% körül van az arányuk, és néhány kisebb projektet leszámítva gyakorlatilag nincs energiatárolás az országban. De vannak más országok, amelyek ennél is jóval tovább mentek.

Kép: Neoen

Görögországban és Írországban tavaly a villamos energia harmada származott nap- és szélenergiából, miközben komolyabb mennyiségű energiatárolás egyik országban sem volt, de hasonló a helyzet Spanyolországban és Portugáliában is.

A modern megújulók az Uruguayban megtermelt áram 38%-át adták 2019-ben, és tették mindezt említésre méltó energiatárolás nélkül.

Nyugat-Ausztráliában a nap- és a szélenergia 31%-ot ért el az elmúlt 12 hónapban, miközben az állam nem támaszkodhat exportra vagy importra – mivel a hálózatuk nincs összeköttetésben az ország többi részével – és nem rendelkeznek szignifikánsnak nevezhető energiatárolási képességgel sem.

Dél-Ausztráliában a megújulók aránya meghaladja a 60%-ot, amihez körülbelül 250 MWh hálózati méretű és legfeljebb néhány száz MWh háztartási méretű, vagyis összesen kevesebb, mint 30 percnyi energiatárolási kapacitás társul.

Ez csupán néhány példa a világból, amelyek azt támasztják alá, hogy a valóságban jóval kisebb tárolási kapacitás szükséges annál, mint amit ösztönösen feltételezünk.

Ha az egy órás tárolást Magyarországra alkalmazzuk, csupán 5 GWh-ra lenne szükségünk, ami nem egy felfoghatatlan lépték, hiszen csak a Moss Landingben épülő akkumulátortelep idén megvalósuló fázisai 2,3 GWh-t fognak elérni, vagyis a gigawattórás nagyságrendű energiatárolók kiépítésében már gyakorlati tapasztalatunk is van.

A Kaliforniában épülő óriásakku már egy paksi reaktorblokknak is kihívója lehetne

Mindezek alapján világviszonylatban összesen 4 TWh tárolási kapacitásra lehetne szükségünk 2030-ban, ami nagyjából egybevág az akkumulátorgyártás korábbi cikkünkben felvázolt növekedési pályájával, és még némi mozgástér is marad a rendszerben. Mindenképpen túlzóak tehát azok az állítások, amelyek lehetetlennek, vagy akár csak nehezen elérhetőnek tartják egy olyan hálózat működtetését, amelyet az időjárásfüggő megújulók dominálnak, hiszen akár az elméleti, akár a gyakorlati adatokra nézünk, ennek nem látni műszaki-technikai akadályát.

Hogy tíz év múlva szilárdtest, nátriumion, vagy más, még egzotikusabb kémiájú akkumulátorokat fogunk-e gyártani, azt nehéz lenne megjósolni, az azonban nagyon valószínűnek tűnik, hogy az akkumulátorgyártási kapacitások képesek lesznek kiszolgálni az autóipar mellett az energiaszektor igényeit is. Az energiaátmenet roboghat tovább.

dr. Papp László (Sol Invictus)

Technológiai elemző, és a Villanyautosok.hu csapatának megújuló energiákkal, energiatárolással, illetve piaci trendekkel foglalkozó szakértője. Célja, hogy minél többek számára tegye egyértelművé, hogy a fenntartható jövő gazdaságilag is a legracionálisabb választás.