A mini atomerőművek helyett a naperőművek reneszánsza jön?

A nukleáris erőműipar ígérete sokak számára könnyen hihető: kisebb, gyorsabban, akár sorozatban is legyártható, modulárisan telepíthető technológiát fejleszt ki az iparág apraja-nagyja, és ezek az SMR-ek majd jól biztosítják a megrendelő országok (és/vagy: cégek ?) akár jelentős mértékű villamosenergia igényét. Ez ugyan egyáltalán nem így van, de most mégis inkább gyorsan lépjünk át azon, hogy szerintünk nem csak Bill Gates, de a Rolls-Royce is téved. Azt is tudjuk le hamar, hogy ez a – többnyire  300 MW egységteljesítményt ígérő – technológia némi jóindulattal is kísérleti, fejlesztési stádiumban van, s mint ilyen, sem az Egyesült Államokban, sem Európában (Franciaországban és az Egyesült Királyságban,), sem pedig Kínában vagy Indiában nem jutott el odáig, hogy rendelhetők és építhetők legyenek.

Mielőtt a fenti sorból bárki az oroszokat hiányolná: jó azt is tudni, hogy a Lomonoszov Akadémikus nevű úszó erőmű a megépítését követően nem véletlenül bújt el a világ szeme elől. Az építési költsége elszállt, a 2019 óta tartó csucskföldi kihasználtsága pedig förtelmes. Az is árulkodó, hogy a Roszatom aktuálisan nem épít újabb példányt, s nem is kapott megrendelést újabb, hasonló atomcsónak megépítésére.

A nukleáris ipar citálására azért volt szüksége, mert a jelek szerint a mini-nukik technológiai megoldásának (leegyszerűsítve: az olvadt só energetikai hasznosításának) van – lehet – egy másik iparágban is hasznosítási lehetősége.

Nap-só akku

A koncentrált napenergia hasznosítás (Concetrated Solar Power, CSP, de nevezzük egyszerűsítve naperőműnek) elsőre talán bonyolultabb történetnek tűnik az SMR-nél, de valójában ez nem így van. Sőt: az aktuális CSP-kísérletek éppen az SMR próbálkozások szülte részeredményeknek köszönhetően ébrednek föl már-már tetszhalott állapotukból.

A CSP messziről nézve egy régi, kicsit kudarcosnak tűnő történet. Olyan, amin látszólag a napelemes technológia átlépett, melyek építését okafogyottá tette, hogy drágák, érzékenyek és bonyolultak. És bár az 1980-as évek óta sokfelé kísérleteztek velük a világban, e projektek üzleti értelemben sokszor kudarccal zártak. Most azonban nem az vált ismét érdekessé, hogy a naperőművek tükrök és akár sótornyok segítségével állítanak elő villamos energiát, hanem az, hogy ez a technológia képessé tehető a hosszú távú energiatárolás biztosítására – írta meg az amerikai piaci fókuszú Renewable Energy World.

Az Amerikai Egyesült Államokban a napelemes technológia 113 GW termelőkapacitással bír, ehhez képest a CSP 2 GW-ja nem tűnik túl soknak. A lapnak azonban feltűnt, hogy egy ausztrál céget (Vast Solar), amely éppen a New York-i tőzsdére lépésre készül, az amerikai Energiaügyi Minisztérium (DOE) dollármilliókkal segít meg. És a Vast Solar éppenséggel pont CSP kutatással és fejlesztéssel foglalkozik!
A lapnak sikerült kiásnia, hogy a Biden-kormányzat 25 millió dollárt ajánlott fel e technológia kutatására – és további 5 millió dollárt új projektekre. Innen már csak egy újságírói lépés annak kiderítése, hogy: mire föl teszik ezt?

Két generáció

A CSP technológia több mint 40 éves múlttal rendelkezik, és két, jól elkülöníthető technológiai megoldás köré csoportosítható. Az első generációba a „vályús” technológia építményei tartoznak, ebből sokat építettek például Spanyolországban. A működési elvük egyszerű: a parabolikus tükrök által begyűjtött napenergia a kollektor technológiát használva egy speciális, hővezetésre képes olajat melegít fel, és ez a hőmérsékletemelkedés jelenti tulajdonképpen a kiaknázandó energiaforrást – hogy végül gőz formájában egy gőzturbinát meghajtva áramot termeljenek belőle. E technológiának azonban megvan a maga problémája is, mivel az olajat fel lehet melegíteni ugyan 400 Celsius-fokig, de a tárolóközegen áthaladva végül ennél jelentősen alacsonyabb hőfokú gőzt képes csak a turbinára átvinni, ami így elég jelentős hatékonyságvesztéssel jár. Ez pedig azt eredményezi, hogy ez az áram végül mégsem lesz túl olcsó. Ezzel együtt is: a spanyol villamos energia rendszerben az éjszakai áramigények jelentős részét ilyen CSP-vályúk szolgálják ki.

A második generációba azok a síktükrökkel szerelt rendszerek tartoznak, amelyek, mint a Las Vegas közelében található Crescent Dunes naperőmű is: rendelkezik egy központi toronnyal, ahol a napsugarak energiáját a tükrökkel összegyűjtik, és azt a toronyban lévő só megolvasztására használják. Illetve: ebben tárolják el az energiát is. Végül ez az energiakoncentrátum is gőzturbinát hajt meg, ám mivel a só nem 400, hanem inkább 600 Celsius-fok közelében éri el a hőterhelési felső határát, az így előállított gőzzel az áramtermelés is hatékonyabb lehet.

Néhány hónapja Kínában, az északnyugat-kínai Dunhuangban átadtak egy 100 MW-os naperőművet. Így néz ki:

Ilyen naperőműveket az Egyesült Államokon és Kínán kívül Chilében, Dubaiban és Marokkóban is építettek és használnak. Azzal együtt is, hogy a tükrök precíz beállítása és a toronyrendszer méretbeli és technikai korlátjai az efféle beruházások megtérülését is kétségessé teszik.

Kérik a következőt

A DOE által felkarolt ausztrál Vast Solar arra vállalkozott, hogy a két generáció előnyös tulajdonságait ötvözve egy új generációs naperőműves megoldást fejlesszen ki és építsen meg. Következő generációs technológia lényege, hogy tükrök segítségével koncentrálják a nap hőjét a szolár-vályúkban, és ezt az energiakoncentrátum átadást az első generációs CSP-kel ellentétben nem olajjal, hanem – a nukleáris ipar műszaki szakértelmét felhasználva – folyékony fémnátriummal valósítja meg. Ez az anyag a reaktorokban hűtőközegként ismert, ám a Vast Solar rendszerében arra szolgál, hogy az olajnál nagyobb hőmennyiséget tudjon átadni a sótoronynak – és végeredményben így több energiát tudjon a rendszer a gőzturbinára adni.

A naperőműves technológiák közötti módszertani különbségek (forrás: researchgate.net)

Mindez már olyannyira nem csak egy ötlet, elmélet vagy terv, hogy a Sydney-ben működő cég mindezt kicsiben ki is próbálta, le is tesztelte már. Az új-dél-walesi Jemalongban építettek egy 1 MW-os kísérleti erőművet 2019-ben, és 32 hónapig működtette is a rendszert. Az eredményekről sokat elárul, hogy ezek után az Ausztrál Megújuló Energia Ügynökség (ARENA) februárban megerősítette, hogy 65 millió ausztrál dollár (mintegy 45 millió amerikai dollár) értékű támogatást nyújt a Vast Solar első újgenerációs üzemének megépítéséhez. Az ausztrál kormány pedig további 110 millió ausztrál dollár (73,1 millió amerikai dollár) kedvezményes finanszírozású hitelt biztosít a beruházáshoz.

A dél-ausztráliai Port Augusta városától északra épülő VS1 több mint 200 millió dolláros projektje egy 30 MW / 288 MWh teljesítményre képes CSP-erőmű lesz. A Vast Solar közlése szerint az új generációs naperőmű egyik előnye, hogy a felvett hő költséghatékonyan, hosszú ideig, kis energiaveszteség mellett tárolható. Ez azt jelenti, hogy a naperőmű a villamos energia előállítása mellett hőszolgáltatásra is alkalmas – igény szerint, akár éjszaka is. A technológia lehetővé teszi, hogy az energiatárolást 4-16 órás időintervallumra paraméterezhessék, és a rendszert akár 500 MW-os generátorral tudják majd konfigurálni. (Csak viszonyításul: a magyar kormány által Kelet-Magyarországra március közepén bejelentett gázerőmű építések  2×500, illetve 1×500/650 MW teljesítményre épülnek majd a tervek szerint.)

A kísérleti telepen 32 hónap tapasztalata gyűlt össze (forrás: Vast Solar)

Craig Wood vezérigazgató az ARENA-támogatás bejelentéskor elmondta, hogy a Vast Solar által kifejlesztett moduláris CSP technológia közüzemi méretű, műszaki és üzemelési szintű bemutatása – amennyiben a beruházáshoz a pénz még az idén összejön -, 2028-ra várható. „A világelső VS1-es erőmű jelentős hatással lesz a tiszta energiatermelés jövőjére Ausztráliában és a világban. Lehetővé teszi számunkra, hogy egyik napról a másikra fenntartható módon tápláljuk a villamosenergia hálózatot” – mondta a cégvezető.

Noha az ausztrál cég fejlesztése a 2. generációs CSP erőművek 100 MW körüli maximális méreténél jóval nagyobb teljesítményt is lehetővé tesz, egyáltalán nem az erőmű mérete keltette fel az amerikaiak figyelmét. Hanem a technológia tulajdonságai – az, hogy válaszul, megoldásul szolgálhat a következő évek legégetőbb energiahálózati kérdésére. Arra, hogy az energiaátmenetben a piacok hamarosan kénytelenek lesznek az eddigieknél jóval nagyobb mértékben jutalmazni a hosszú távú energiatárolást, mivel a nap- és szélenergia termelés növekedésével a hálózatok számára megnő a kritikus időszakok kezelésének fontossága is.

Erre csaptak le az Egyesült Államokban, és az az inflációcsökkentési törvény (amely a zöldenergia boomot hozhatja el az USA számára) a DOE támogatásával kiegészülve máris több CSP projekt ötletét is az asztalra teszi Texasban, Új-Mexikóban, Nevadában, Arizonában és Kaliforniában.

Sorozatban készülnek a gigantikus energiatárolók Ausztráliában

Szabó M. István