Nincs elég hely a napelemeknek? A tengeri naperőművek megoldják a problémát

Húsz évvel ezelőtt még sci-finek számítottak a vízen lebegő naperőművek, tíz évvel ezelőtt már léteztek, csak drágák voltak, mára pedig odáig jutottunk a technológia fejlődésének köszönhetően, hogy gazdaságilag is racionális döntés napelemeket telepíteni egy víztározó felszínére.

Az úszó naperőművek nem igényelnek földterületet (a víz hektárja olcsóbb, mint a szárazföldé), a panelek pedig a víz hűtő hatásának köszönhetően 5-10%-kal nagyobb hozamot biztosítanak. További előnyük, hogy mérséklik a víz párolgását, ami száraz éghajlaton különösen fontos szempont, illetve csökkentik a víz algásodását, ezáltal adott esetben a metánképződést is visszafogják, amely a szén-dioxidnál 23× erősebb üvegházhatású gáz.

Az úszó naperőművek víztározós vízerőművekkel történő kombinálása további előnyöket kínál. A közös infrastruktúra használata csökkenti a költségeket, szivattyús víztározó esetében az energiatárolás is megoldott, miközben a két erőmű termelési profilja kiegészíti egymást: a száraz időszakban a napelem, a csapadékos időszakban a vízerőmű termel többet.

A vízen úszó naperőművek mindig valamilyen lebegő platformra épülnek, amelyet kábelekkel horgonyoznak le, hogy ne mozduljon el túlságosan, de a horgonyzásnak azért elég rugalmasnak kell lennie a hullámzás elviseléséhez. A felhasznált napelemek megegyeznek a szárazföldön használtakkal, de a nagyobb igénybevétel miatt fontos, hogy jó minőségűek legyenek. A lebegő tartószerkezetekből nagyon sokféle dizájn létezik, de alapvetően két csoportba oszthatjuk őket: vannak merev szerkezetűek, és vannak olyanok, amelyek egy vékony, rugalmas membránt alkalmaznak, amelyre napelemeket ragasztanak – a végeredmény kiviteltől függően vagy egy tavirózsa levelére, vagy egy gumimatracra emlékeztet.

Egy merev szerkezetű és egy vékony membrános platform. Kép: Poralu Marine; Ocean Sun

A Világbank becslése szerint a mesterséges víztározók mindössze 10%-án 4 TW napelemes kapacitás is elférne (jelenleg globálisan összesen 1 TW napelemes kapacitás működik). A gond azonban az, hogy az édesvízi vízfelszínek mennyisége korlátozott, különösen az olyan nagy népsűrűségű országokban, mint Japán, Hollandia, vagy Belgium. A víztározókkal szemben a tengerek szinte kimeríthetetlen lehetőséget kínálnak, ám egyúttal újfajta kihívást is jelentenek: a sós víz okozta korrózió és a tengeri viharok által magasra korbácsolt hullámok kemény feladat elé állítják a tervezőket. Mindazonáltal offshore naperőműveket fejleszteni mégis csupán némi mérnöki munkát igényel, nem szükséges visszaülni a laboratóriumba, és újra feltalálni a napelemet, ezért aligha csoda, hogy azok az országok kezdtek intenzíven foglalkozni a kérdéssel, amelyek nagy tapasztalattal rendelkeznek vízen úszó eszközök készítésében, mint pl. Norvégia, vagy Hollandia.

Kivétel azonban itt is akad, az egyik úttörő vállalkozás olyan országból érkezik, amelynek nincs is tengerpartja. Az osztrák Swimsol évek óta készít lebegő naperőműveket maldív-szigeteki bungalók számára. A kicsiny atollokon felépült turistaszállások áramellátását többnyire dízelgenerátorral szokták megoldani, ám ezt a zajos és szagos módszert napenergiával kiváltani nem könnyű, mert kevés a hely a panelek számára, így az egyedüli környezetbarát megoldást a vízen lebegő napelemek jelentik.

Persze a lagúnák nyugodtabb vizei csak egy átmeneti lépcsőfokot jelentenek az édesvizektől a nyílt tengerek felé, az igazi kihívást az Északi-tenger meghódítása jelenti.

A fiatal startup, a SolarDuck bő két éve dolgozik azon, hogy ez megvalósulhasson. A holland cég által fejlesztett platform magasan kiemelkedik a vízből, formára egy több kisebb háromszögből felépülő nagy háromszöget kell elképzelni, ami a cég mérnökei szerint a négyszögletű szerkezeti elemeket felhasználó platformoknál rugalmasabban tudja kezelni a tenger hullámzását.

Kép: SolarDuck

A SolarDuck számára a holland Damen Shipyards tavaly áprilisban készítette el az első úszó platform prototípusát, amelyen 65 kilowattnyi napelem került elhelyezésre. A demonstrációs célokat szolgáló projekt tesztelése egy évvel ezelőtt kezdődött meg a Waal folyón.

A következő lépés a tengeri tesztelés lesz, amelyet a telepítések felfuttatása, és ezzel párhuzamosan a költségek lefaragása fog követni.

A megújuló energiás projekteket fejlesztő Pondera és a SolarDuck tavaly szeptemberben egy olyan egyetértési megállapodást kötött, amely szerint 2023 és 2025 között 555 MW offshore naperőműves kapacitást építenek az Északi-tengeren és Délkelet-Ázsiában. Jövőre összesen 5 megawattnyi projektet valósítanának meg, míg a legnagyobb fejlesztések 2025-re készülhetnek el. Kérdéses azonban, hogy egy a nyílt tengeren még nem is tesztelt megoldás esetében mennyire reálisak ezek a határidők. A SolarDuck ugyanakkor idén áprilisban sikeresen összegyűjtött 4 millió eurónyi tőkét, amiből jövőre megvalósíthat egy 0,5 MW-os úszó naperőművet a belgiumi Oostende partjainál. Emellett a nonprofit kutatóintézettel, a TNO-val közösen 100 ezer eurós támogatást nyertek nagy méretű és robusztus platformok fejlesztésére.

A TNO egy másik konzorcium keretében maga is úszó naperőművekhez fejleszt platformot, ám ők a flexibilis vékony membrános megoldást és a hajlékony napelemeket választották – a végeredmény egy túlméretezett gumimatracra emlékeztet. A 20 kW-os rendszert egy Rotterdam melletti tavon tesztelik tavaly év vége óta, a teszt várhatóan idén nyártól a tengeren fog folytatódni. A TNO fejlesztése iránt máris érdeklődnek a tengeri szélfarmok tulajdonosai, akik szívesen felhasználnák a szélturbinák közötti területeket napelemek telepítésére, így növelve a létesítményeik hozamát.

Kép: TNO

A szomszédos Belgiumban a Genti Egyetem és négy belga cég hozott létre saját konzorciumot tengeri naperőművek fejlesztésére. A 2 millió eurós induló tőkét a magánszektor és az állam közösen bocsátották rendelkezésre. Az MPV Aqua nevű projekt keretében kifejlesztett platform édesvízi tesztelése sikeresen megtörtént, a következő lépés itt is a tengeri tesztek megkezdése lesz.

A tengeri naperőművek termelésére két tényező van hatással. Az egyik a víz hűtő hatása, ami növeli a napelemek teljesítményét, a másik pedig a napelemek dőlésszöge és tájolása. A vékony membrános platformok esetében a vízszintes elhelyezés ideális lehet az Egyenlítő környékén, de kevésbé előnyös az Északi-tengeren, míg a merev szerkezetű platformok esetében a hullámzás rövid időre, és kis mértékben, de folyamatosan elmozdítja a paneleket az ideális pozícióból. Egy 2020-as tanulmány szerint a két hatás eredőjeként a tengeri naperőművek néhány százalékkal jobban teljesítenek a szárazföldieknél.

A norvég Ocean Sun egy vékony membrános platformot fejlesztett, melyet 2017. óta tesztel Norvégia és Szingapúr partmenti vizein. A legnagyobb demonstrációs projektje 100 kW-os teljesítményével egy norvég akvakultúrát lát el árammal, és 2018-as megépítése óta sikeresen vészelte át az Északi-tenger viharait, ami el is várható egy olyan rendszertől, amit arra terveztek, hogy akár 275 km/h-s szélviharnak is ellenálljon.

A tőzsdén is jegyzett vállalat a következő hónapokban egy EU-s projekt keretében az Atlanti-óceán vizein, a Kanári-szigetek partjai mentén épít egy újabb demonstrációs célú, 250 kW-os teljesítményű úszó naperőművet. Görögországban, Cipruson, Kínában (1 MWp), és Szingapúrban (1,2 MWp) az Ocean Sun további projektek megvalósításához biztosítja majd a technológiai hátteret, ám ezek a projektek már magántőkéből fognak megvalósulni.

A merev szerkezetű platformok esetében az Oceans of Energy nevű holland startup végezte el a legtöbb tesztelést valós környezetben. Ők 2020-ban Hollandia partjaitól 15 km-re építették fel 50 kW-os úszó naperőművüket, amely sikerrel átvészelte az elmúlt két tél viharait és az olykor 10 méterre is felcsapó hullámokat. A következő lépésben egy 1 MW-os platformot építenek fel a nyílt tengeren, ami jövő év elejére készül el, és a világ első olyan offshore naperőműve lehet, amelyik a hálózatra csatlakozik.

Kép: Oceans of Energy

A kis szigeteket leszámítva a közeljövőben még nem kell attól tartanunk, hogy ne lenne elég helyünk a szárazföldön a naperőművek számára, ettől függetlenül persze nem árt időben elkezdeni a fejlesztéseket. Az úszó naperőművek ugyanakkor jövedelemkiegészítési lehetőséget nyújtanak a tengeri szélfarmok tulajdonosai számára. A napelemek ugyanis jellemzően olyan időszakokban termelnek leginkább, amikor szélcsendesebb az időjárás, így a hibrid megoldás hatékonyabban használja ki nemcsak a teret, hanem az átviteli kapacitásokat is. Az első offshore naperőművek becslések szerint körülbelül 0,15 EUR/kWh-s áron lesznek képesek termelni, de a sorozatgyártás felfutásával ez a költség lemehet 0,05 euró (19 Ft) alá is.

Címlapkép: Ocean Sun

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.