Így termelhetünk megújuló energiát télen – januári kiadás

A tisztán megújuló energián alapuló rendszerekkel szemben gyakran hangzik el az az ellenérv, hogy a téli időszakban nincs elég hasznosítható napfény. Hogyan akarjuk magunkat ellátni megújuló energiával télen, ha ilyenkor a nyárinak csak ötöde a napelemes termelés? Mi van olyankor, amikor két hétig szürkeség és szélcsend van?

Ezekre a problémákra a közvélekedés szerint a szezonális tárolás lenne a megoldás: a nyári túltermelést valahogyan át kellene vinni télre. Csakhogy ehhez olyan mennyiségű akkumulátorra, vagy hidrogénre lenne szükség, ami (jelenleg még) irracionálisan drága.

Valójában azonban nincs feltétlenül szükség a szezonális tárolásra, mert az év minden hónapjában van elegendő megújuló energiánk. A megfelelő mértékben túlméretezett termelési oldal, és a hozzá társított, 1-2 hét áthidalására képes energiatárolás együttesen képes lehet a folyamatos és megbízható energiaellátás biztosítására.

Ennek a cikksorozatnak az a célja, hogy bemutassuk, mekkora napelemes és szélerőműves kapacitás lenne képes kielégíteni az év három legsötétebb hónapjának, a novembernek, a decembernek és a januárnak az áramigényét.

Az elvünk az, hogy a fogyasztásunknak meg kell egyeznie az adott havi nap- és szélenergiás termeléssel. A MAVIR adataiból tudható, hogy egy-egy hónapban mekkora volt a naperőművek és a szélerőművek állománya, és ezeknek mekkora volt a termelése, így már könnyen kiszámítható, hogy mekkorára kellene növelni a termelőkapacitásokat a cél eléréséhez. A háztartási napelemes rendszerek termelését nem ismerjük, de mivel a téli időszakban egyébként sincs olyan óriási hatásuk a hálózati terhelésre, ezért a figyelmen kívül hagyásuk nem torzítja el számottevően a végeredményt.

Az egyszerűség kedvéért sem importtal, sem egyéb megújuló energiával nem számolunk a mixben. Ugyanígy nem vesszük figyelembe az áramfogyasztás várható növekedését sem. Ez utóbbihoz azonban könnyen adaptálható a modell: a végeredményt olyan arányban kell növelni, amilyen arányban nő a fogyasztásunk.

A nap- és a szélenergia arányának, végtelen számú variációja lehetséges. Ez a nagyon leegyszerűsített modell nem fogja tudni megmondani, hogy mi lenne az optimális arány, hiszen az sok tényezőtől függ, például attól, hogy hogyan fog egymáshoz aránylani a két technológia ára. Ugyanígy azt sem fogjuk tudni megmondani, hogy pontosan mennyi tárolásra lenne szükség a modellben. Egyetlen dologra fogunk tudni rámutatni: nincs szükség szezonális tárolásra. Nem kell a nyári túltermelést átvinni télre, legfeljebb napokat, heteket, nem pedig hónapokat kell áthidalni, ha van egy kellően túlméretezett termelési portfóliónk.

A november hónapról szóló cikkünk itt olvasható, a decemberről szóló pedig itt:

Így termelhetünk megújuló energiát télen – decemberi kiadás

Ezek után lássuk a januári számokat: a MAVIR adatai szerint idén januárban 4470 GWh áramot használt fel Magyarország.

A szélerőművek kapacitása évek óta változatlan, körülbelül 320 MW, és januárban 87 GWh-val járultak hozzá az ország áramtermeléséhez. Ez azt jelenti, hogy az év első hónapjában 36%-os volt a szélturbinák átlagos kihasználtsága, ami jelentősen meghaladja a 21-26%-os éves átlagot.

A közel 1900 megawattnyi naperőmű 117 GWh-t termelt januárban, ami 8,5%-os kihasználtságnak felelt meg. Ez körülbelül a fele az éves átlagnak, ami a naperőművek esetében 15% körül szokott alakulni.

Összesen tehát 204 GWh megújuló energiát termeltünk az elmúlt hónapban, amit 22-szeresére növelve megkapnánk a fogyasztásunknak megfelelő mennyiséget.

Ha egy olyan portfóliót állítanánk össze, ahol a szél- és a napenergia 50-50%-os arányban elégítette volna ki a januári igényeket, akkor 8,5 GW szélerőműves, és 35 GW naperőműves kapacitásra lett volna szükség. Amennyiben inkább egy 80%-ban napenergiára támaszkodó portfóliót nézünk, akkor a szélerőművekből 3,3 GW-os, a naperőművekből pedig 57 GW-os kapacitásra lett volna szükség.

A magyarországi naperőművek havi és éves kihasználtsága az elmúlt öt évben. Forrás: A magyar villamosenergia-rendszer (VER) 2020. évi adatai

A téli szezon három hónapjából egyértelműen a december volt a leggyengébb, ahogyan az várható volt, de vajon melyik volt az elmúlt öt év legrosszabb hónapja? Ezt a címet utcahosszal 2020 decembere nyerte meg, amikor a szélerőművek kihasználtsága alig 23%-ot ért el, a naperőműveké pedig éppen csak meghaladta a 3%-ot. Emlékeztetőül: a tavaly decemberi kihasználtság 29% és 5% volt.

Mekkora túlméretezéssel lett volna kielégíthető a hónap 4120 GWh-s igénye? Nézzünk meg három lehetséges variációt.

Felvetődik a kérdés, hogy mekkora területet igényelnek ezek a termelők? Vegyük a két szélsőértéket, a 142 GW napelemes, és a 12 GW szélerőműves kapacitást.

A 29 ezer km²-es Brandenburgban közel 8 gigawattnyi szélerőmű található. Magyarország háromszor akkora területű, és csak másfélszer nagyobb szélerőműves kapacitásról beszélünk, ráadásul ma már nagyobb teljesítményű szélturbinák épülnek, ahogyan arról egy korábbi cikkünkben is írtunk.

Erre számíthatunk, ha újra lehet majd szélerőműveket építeni Magyarországon

A 142 gigawattnyi napelem nettó területigénye 1400 km² lenne a mai technológiával, de a jóval hatékonyabb perovszkit napelemekkel ez lemehetne 1000 km² alá, ami 15 éves időtávon reális várakozás lehet. Magyarországon 3-4 ezer km² mesterséges, azaz valamilyen módon beépített felszín található, de ehhez még hozzájönnek a vertikális felületek, amiből szintén nagyon sok km² akad. Ha 35 fokos dőlésszög helyett függőlegesen helyezünk el egy napelemet, decemberben plusz 8-10%, novemberben és januárban pedig plusz 4-5% hozamtöbbletre számíthatunk. Ha már úgyis a téli időszakra méretezünk, akkor megéri vertikálisan telepíteni a napelemeket, melyeknek így nincs, vagy alig van helyigénye.

Helyproblémával nem kell számolnunk, túltermeléssel viszont igen. Vegyük a 65%/35%-os modellt, és nézzük meg, hogy hónapról hónapra mekkora túltermelést produkált volna 2021 folyamán.

Az adatokból először is leszűrhetjük, hogy bár a szélenergia jelentősen hozzájárul a téli termeléshez, a teljes éves túltermelésnek már jóval kisebb részét adja. Ha a téli fűtési igényt is elektrifikálni szeretnénk, akkor a szélenergia fokozottabb felhasználása várható, bár nyilván vannak alternatív megoldások is (pl. geotermia, hidrogén/szintetikus gázok, stb.).

Egy év alatt hozzávetőleg 134 TWh túltermelést kaptunk, ami elsőre soknak hangzik, ám jó eséllyel lenne rá jelentkező. Egy decemberi cikkünkben bemutattuk, hogy önmagában a húsipari ágazat évi 20 TWh és 200 TWh közötti mennyiségű áramot tudna felhasználni, amennyiben a takarmánynövényeket hidrogenotróf egysejtfehérjékkel váltanánk ki - és ez még csak egy a számtalan lehetséges felhasználási mód közül. Azt is kiszámoltuk, hogy az egysejtfehérjék révén 15 ezer km² szántóföldi terület szabadulna fel, ami még akkor is a bő tízszerese a napelemek nettó területigényének, ha az összeset a földre telepítenénk. Mindez azt mutatja, hogy a mezőgazdaság és az energiaágazat képes lehet fenntartható módon, egymással szimbiózisban működni.

Energiatárolás fehérjében, avagy szükségünk van-e még egyáltalán termőföldre?

De mennyibe kerülne mindez? Ennek a kérdésnek jelen esetben nem sok értelme lenne. Nem arra a kérdésre kerestük a választ ugyanis, hogy 2046-ban hogyan fog kinézni a magyar villamosenergia-rendszer, hiszen kizártunk olyan kérdéseket, mint az export-import, valamint a nap- és a szélenergián kívüli egyéb technológiák, márpedig a valóságban ezeket nem lehet figyelmen kívül hagyni. A célunk csupán annyi volt, hogy bemutassuk, milyen hatalmas megújulós potenciállal rendelkezik az ország még télen is, és nem a szezonális tároláson áll vagy bukik az energiaátmenet. A jövő pontos modellje azon fog majd múlni, hogy az egyes technológiák költségei végül hogyan fognak egymáshoz viszonyulni, amit most még lehetetlen előre megjósolni, de az már most jól látható, hogy milyen sok lehetőség közül választhatunk.

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.