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?

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.

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.

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.

Nincs időd naponta 8-10 hírt elolvasni? Iratkozz fel a heti hírlevelünkre, és mi minden szombat reggel megküldjük azt a 10-12-t, ami az adott héten a legfontosabb, legérdekesebb volt. Feliratkozás »

Elektromos autót használsz?

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.