A magyar kormány kitart azon elképzelése mellett, hogy hosszabb távon is nukleáris forrásból fedezné a hazai áramigények jó részét. 

Tény, hogy időjárásfüggő jellegük miatt a megújulók önmagukban nem képesek a Paksi Atomerőműhöz vagy a gázmotoros erőművekhez hasonló alaperőműként folyamatos ellátást biztosítani, azonban az energiatárolási megoldásokkal ötvözve már alkalmasak lehetnek a folyamatos ellátásra is - ráadásul a hagyományos energiaforrásokkal versenyképes költségen.

Az alábbi, hangsúlyozottan csupán gondolatkísérlet jellegű kalkulációkkal annak igyekszünk utánajárni olvasói együttműködésben, milyen paraméterekkel kellene rendelkeznie egy, a Paks 2-t helyettesítő napelemfarmnak. 

Olvasóink fantáziáját is megmozgatta korábbi cikkünk (Paks 2: mi lenne, ha mégis inkább napenergiába fektetne Magyarország?), egyik - nem mellesleg professzori fokozatú műszaki képzettséggel rendelkező - olvasónk pedig nagy vonalakban utánaszámolt, körülbelül mekkora lenne és mennyibe kerülne egy, a már elérhető, kiskereskedelmi forgalomban bárki által megvásárolható fotovoltaikus (pv) panelekből összeállított olyan rendszer, ami kiválthatná a paksi kapacitást.

Ilyen méretű rendszert korábban a világon sehol nem építettek még.

A napenergia egyik nagy előnye éppen az, hogy amellett, hogy 100 megawattos nagyságrendű egységek, naperőművek is épülhetnek egy telephelyen, jellegének sokkal inkább megfelel a decentralizált, az igények helyben történő kielégítését lehetővé tevő telepítés.

Másrészt, a technológia fejlődése és a költségek csökkenése olyan drámai mértékű nem csak a napelemek, de az energiatároló rendszerek tekintetében is, hogy a ma elérhető számokra egy csaknem egy évtizeddel később termelésbe állítandó naperőmű esetében biztosan nem lenne érdemes konkrét tervet kidolgozni. 

Forrás: MTI/EPA/portfolio.hu, Patrick Pleul

A napjainkban legelterjedtebb két technológiát a háztetőkre is telepített és erőművi léptékben is alkalmazott fotovoltaikus vagy fotovillamos napelemek, illetve a naphőerőművek képviselik, amelyek gőzfejlesztés közbevetésével termelnek villamos energiát. Az alábbi számítás az előbbi technológiára vonatkozik, olvasónk saját ingatlanjára telepített 5 kW-os rendszer alapján végezte a számításokat.

Nézzük tehát, hogyan kalkulált olvasónk, körülbelül mekkora napelemfarmmal lehetne kiváltani Paks 2-t!

A Paks 2 erőmű tervezett áramtermelő kapacitása hozzávetőleg 2000 MW, egész éves csúcsrajáratott használattal számolva ez éves szinten 17 milliárd kWh termelt energiamennyiséget jelent.

(Paks 1 tavaly 16 053 900 000 kWh-t termelt) Elsősorban tehát ez utóbbi számmal kell számolni, nem a 2000 megawattos névleges kapacitással, hiszen egy elméleti 2000 MW-os névleges kapacitású napelem-rendszer rendelkezésre állása jóval alacsonyabb - ezért jóval kisebb mennyiségű energia termelésére alkalmas egységnyi idő alatt, mint egy hasonló kapacitású gázos vagy nukleáris erőműé.

1 négyzetméter napelem egy évben hozzávetőleg 150 kilowattórát termel. Ezt a számot úgy kaphatjuk meg, hogy 1 négyzetméter napelem optimális napsugárzás, merőleges beesés esetén körülbelül 150 wattos teljesítménnyel termel, évente Magyarországon a napsütéses órák száma kb. 2000 óra, azonban 1000-rel számolhatunk, hiszen a Nap állásszöge nem lesz mindig optimális. 

Ebből kiindulva Paks 2 kiváltása érdekében valamivel több mint 113 négyzetkilométernyi felületű napelemet kellene telepíteni, ami az optimális elhelyezést figyelembe véve egy körülbelül 16-szor 16 kilométeres, összességében tehát egy hozzávetőleg 225 négyzetkilométeres földterületet igényelne.

Egy ekkora földterület értékére szintén nem könnyen adható a realitásokat megközelítő becslés, amennyiben mezőgazdasági területről van szó, körülbelül 20 milliárd forintos értékkel számolhatunk. 
Miskolc méretű napelemfarm válthatná ki Paks 2-t - De milyen áron?

Mai áron egy négyzetméter napelem háztartási használatra szerelése-telepítése körülbelül 50 ezer forint. Olvasónk e ponttól két eltérő irányba folytatta számításait.

• a) Először is, mivel megközelítőleg hasonló méretű rendszer sem épült korábban, a méretgazdaságosság elvén feltételezte, hogy egy ilyen óriási rendszer esetében a négyzetméterenkénti ár drasztikusan, 10 ezer forint alá szorítható. Ebben a hangsúlyozottan elméleti esetben a telepítendő napelemrendszer ára 1130 milliárd forint körül alakulna, ami kevesebb mint harmada az atomerőmű fejlesztési költségeinek. Paks 2 jelenleg becsült költsége 12 milliárd euró, ami a 4000 milliárd forintot közelíti.
• b) A Magyarországon épült legnagyobb ilyen rendszert, a Mátrai Naperőműfarmot referenciaként használva jóval magasabb költségek jönnek ki, a fenti, a területre vonatkozó kalkulációt azonban igazolja az így elvégzett számítás, amely szerint a farm telepítéséhez 255 négyzetkilométerre lenne szükség. A Mátrai Naperőműfarm alapján már a Paks 2 jelenleg becsült költségéhez hasonló költségek adódnak. 

Ezek alapján, a Mátrai Naperőműfarm teljes költsége 6,5 milliárd forint, ennek megfelelően a Paks 2 helyettesítésére szánt naperőműfarm költsége (2000/18,5) x 8 x 6,5 = 5600 milliárd forint lenne.

Paks 2 jelenleg ismert bekerülési költsége 12 milliárd euró (3700 milliárd forint), aminek 80 százalékát 4-5 százalékos kamatozású orosz államközi hitel finanaszírozná, 30 éves futamidővel. 

A Mátrai Naperőműfarm Forrás: MTI/Ruzsa István/portfolio.hu

Ez a kalkuláció azonban hangsúlyozottan egy 2015 végén átadott napelemfarm adatain alapul, az pedig borítékolható, hogy az egységnyi költségek vélhetően már egy esetlegesen holnap induló fejlesztés esetén is érdemi csökkenést mutatnának.

Az eddigi számításoknak csak úgy van értelme, ha egy jelentős méretű energiatároló kapacitást is a rendszerhez tervezünk - tekintettel a napenergia ingadozó rendelkezésre állására.
Ezekkel azonban hasonló a helyzet, mint a napelemekkel: ekkora kapacitáshoz még nem építettek energiatároló rendszert.

És bár ezek hatékonyságában és árában nagy javulás várható, már jelenleg is működnek világszerte olyan kisebb megoldások, amelyek - ha pontos referenciaként nyilvánvalóan nem is szolgálhatnak - iránymutatóak lehetnek.

Az energiatároló rendszerek fejlesztését nagyrészt éppen a megújuló energiaforrások terjedése tette szükségessé, és adott lendületet a korábban elhanyagolt területnek. Ezért érthető módon az energiatárolási megoldások fejlődése fáziskésést mutat a termelő kapacitásokhoz képest.

Számos energiatároló technológia létezik, amelyek azonban nem alkalmasak egymás behelyettesítésére, például az elektromos autók számára a szivattyús-tározós erőművek értelemszerűen nem kínálnak megoldást.

Az egyik leghagyományosabb megoldást a nagyléptékű energiatárolásban a szivattyús-tározós erőművek képviselik, egy ilyen fejlesztésnek azonban akkor sincs sok realitása, ha nem is olyan régen az MVM még konkrét tervekkel rendelkezett egy magyarországi szivattyús-energatározós erőmű létesítésére.

A kisebb, háztartási, elektromobilitási és a nagyobb, rendszerszintű alkalmazást egyaránt lehetővé teszi a jelenleg egyik legelterjedett technológiának számító lítiumion-akkumulátor, de természetesen korántsem biztos, hogy 10 vagy 20 év múlva a lítiumion-akkumulátorok jelentik majd a legjobb megoldást.

Ma többnyire ilyeneket használnak az elektromos autókban, de Európa első kereskedelmi akkumulátorparkja, a németországi Schwerin városában sikeresen tesztelt 15 megawattórás hálózati energiatároló rendszer ugyanúgy ezekből áll össze, mint ahogyan a Tesla és a francia Neoen által Dél-Ausztráliában építendő 129 megawattórás energiatároló, amely a világ legnagyobb ilyen rendszere lesz.

Ez körülbelül 60 százalékkal lesz nagyobb, mint a jelenlegi rekord, de nagyságrendekkel kisebb, mint amit egy, a Paks 2 kiváltására tervezett napelemfarm megkövetelne. 

Hogy mekkora energiatároló kapacitást kellene kiépíteni egy, a Paks 2 erőművet kiváltó napelemfarm kiegyenlítése érdekében, az számos tényezőtől függ - így egyebek mellett az ország éghajlatától, a farm centralizált jellegétől, a rendszer elvárt rugalmasságától, a hazai villamosenergia-rendszer aktuális állapotától, integráltságától, illetve elsősorban is az alkalmazás konkrét módjától.

Egy mindezen tényezőket számításba vevő, pontos kalkuláció természetesen messze meghaladja cikkünk rendelkezésre áló kereteit, azonban a már létező példák és az elérhető elméleti számítások irányadóak lehetnek.

Az első esetben a háztartások átlagos éves fogyasztásából indulunk ki. Egy átlagos magyar háztartás éves fogyasztását 2500 kWh-nak feltételezve, ekkora energiamennyiséget a hazai adottságok mellett körülbelül 2,5 kilowatt-csúcs teljesítményű napelem rendszer képes megtermelni. A napelemek éves kihasználtságát Magyarországon 11-12 százaléknak vehetjük, vagyis egy ekkora rendszer az év 8736 órájában összesen:

2,5kW x 8736h x 11,5% = 2511 kilowattóra villamos energiát állít elő összesen.

Ennek az energiának azonban egy jó részét nem a termelést követően azonnal, hanem jóval, akár hónapokkal később használna fel az adott háztartás. Míg az egyenlítőhöz közelebbi földrajzi elhelyezkedés esetén leginkább 24 órás tárolási ciklusokban kell gondolkozni (nappalról éjszakára tárolva), addig északabbra a ciklus több hónaposra nyúlhat, a nyári időszakban megtermelt áram jelentős részét a téli időszakra kellene raktározni.

A télre való tárolás igénye a 40. szélességi körön (Magyarország a 45. és 49. északi szélességi körök között fekszik) a teljes éves fogyasztás több mint 13 százaléka, vagyis több mint 325 kWh, viszont a 60. szélességi körön már több mint a teljes termelt energiamennyiség 30 százaléka, vagyis több mint 750 kilowattóra az Energy Matters blog szerint.

A témában ugyancsak számításokat végző Aszódi Attila, a paksi beruházásért felelős tárca államtitkárának blogja pedig 25 százalék körüli betárolási igénnyel számol a tipikus hazai körülményeket figyelembe véve. (850 kWh energia, a szerinte 3500 kWh-s éves átlagos hazai háztartási fogyasztás mellett.)

Éves szinten 2500 kWh összfogyasztást, 25 százaléknyi betárolási igényt feltételezve ez 625 kWh betárolt energiát jelent. Ennek biztosításához az egyik legkorszerűbb elérhető akkumulátorból, a Tesla Powerwall2 nevű, 14 kilowattórás termékből körülbelül 45 darab kellene. 5500 dolláros árat feltételezve (amibe az inverter, a szerelés, és egyéb járulékos költségek nem értendők bele) ez az aktuális árfolyam mellett több mint 60 millió forintos költséget jelent háztartásonként, csupán a tárolási igényeket tekintve! 

Fotovoltaikus rendszer termelésének éven belüli alakulása a 40. szélességi körön Forrás: Energy Matters/portfolio.hu

Ha ezeket a számokat arányosítjuk a Paks2-t helyettesítő napelemfarmhoz, annak éves energiatermelését 17 milliárd kilowattórának, a tárolandó energia mennyiségét pedig (25 százalékkal számolva) 4,25 milliárd kWh-nak feltételezve, akkor csak az energiatároló rendszer költségére 428 400 milliárd forintos horribilis összeg jön ki, ami több mint 100-szor nagyobb összeg, mint maga a Paksi bővítés költsége.

Az így kapott ijesztően nagy összeggel szemben egy másik, azonban szintén meglehetősen leegyszerűsítő számítással élve: a lítiumion-akkumulátorok már közelítik a 100 dollár/kWh költségszintet, a prognózisok 2019-re valószínűsítik ennek elérését. Ezzel a számmal kalkulálva már jóval kisebb, de továbbra is jelentős, közel 110 000 milliárd forintos tárolási költség adódik.

Más számítások jóval moderáltabb eredményt hoznak: A Morgan Stanley becslése úgy véli, 85 GWh-s (0,085 milliárd kWh) tárolt energiamennyiséggel már egész New York egész éves tárolási igénye kielégíthető.

New York lakossága agglomeráció nélküli is közelíti Magyarországét, az egy főre eső áramfogyasztás azonban körülbelül kétszeresen meghaladja a hazait (az USA átlag 5000 kWh/év). Ezzel (és 100 dollár/kWh-s tárolási költséggel) számolva már két nagyságrenddel alacsonyabb, közel 2200 milliárd forintos költség jön ki. Ez már Paks 2 nagyságrendje, körülbelül az atomerőmű-fejlesztésre szánt összeg kétharmada.

A fenti, beismerten nem szakmai számítások azonban nem csupán a mérethatékonysági, de számos egyéb, a rendszerek optimális tervezése során elengedhetetlenül érvényesítendő megfontolást is nélkülöznek.

Hogy csak egy szempontot említsünk, nem számoltunk például az amortizáció várható jelentős költségével sem. A durva számítások leginkább azt a célt szolgálják, hogy szemléltetik, mekkora eltérések adódhatnak különféle elméleti megközelítések esetén.

A valóság szerencsére jóval kedvezőbbnek tűnik. 

A fenti, durva számításokkal szemben a Lazard már 2016 végén arra jutott jelentésében, hogy a közműcélú (tehát nem háztartási) fotovoltaikus napelemek energiatárolással kombinált telepítése gyakorlatilag máris a legolcsóbb megoldás áramtermelő kapacitás telepítésére az Egyesült Államokban, a támogatásokat nem számítva.

Ezek szerint az energiatárolással kombinált napenergia teljes élettartamra számított legalacsonyabb költsége (LCOE) 92 dollár/MWh. A kombinált ciklusú gázerőművek 48-78 dolláros költsége ugyan ennél még kedvezőbb, a nukleáris energia teljes üzemidőre számított 97-136 dollár/MWh-s költsége viszont már kevésbé tűnik versenyképesnek. 

Forrás: Lazard/portfolio.hu

Az Egyesült Államok kormányzatának felügyelete alatt, az energiaügyi minisztérium finanszírozásából működő National Renewable Energy Laboratory tanulmányában ugyan azzal számol, az energiatárolással ötvözött napenergia rendszerek csak 2020 körül válnak a legolcsóbb áramtermelő kapacitássá, de azért ez a dátum sincs már olyan messze, és mindenképpen közelebb van, mint 2025-2026.

Hasonló fejleményekre számít a Berkeley vezetésével készült tanulmány is, amely ugyancsak 2020-ra várja, hogy az energiatárolással ötvözött megújuló energiaforrások már versenyképesebbek lesznek a fosszilis forrásoknál.

Az erőviszonyok persze gyorsan változnak, de a Deutsche Bank, a Morgan Stanley és számos mértékadó elemzés azzal számol, hogy az energiatárolási megoldások terén a következő évek robbanásszerű fejlődést hoznak majd.

De a hagyományos erőforrások már ma is óriási kihívásokkal szembesülnek. Az egyik, az utóbbi időben bejelentett fejlesztés keretében a Duke Energy Florida közel 6 milliárd dollárért épít ki 700 megawattos fotovoltaikus rendszert, amihez 50 MW tároló kapacitás, e-autó töltő, okos mérők és hálózatfejlesztések is tartoznak.

Az államban azonban jóval délebbi fekvésével összefüggésben jóval nagyobb a napsütéses órák száma, mint Magyarországon, ezért a rendszer hatékonysága jóval nagyobb, kiegyenlítési igénye jóval kisebb, mint nálunk lenne. A termelő+tároló kapacitás természetesen jócskán elmarad attól, mint amit egy fent feltételezett óriási napelemfarmtól elvárunk teljesítményben, az egységnyi költsége részben a járulékos fejlesztések miatt is sokszorosan magasabb például a Lazard által megállapítottnál.

A projekt valódi érdekessége azonban nem is elsősorban a technikai paraméterekben rejlik. 

Hanem abban, hogy azt egy korábban tervezett atomerőműfejlesztés helyett valósítják meg, amelyet a Westinghouse csődje és az általános iparági nehézségek miatt fújt le a Duke, amely úgy ítélte meg, hogy atomerőmű helyett jobban megéri naperőmű építésébe invesztálnia.

Összességében, a ma elérhető információk és előrejelzések alapján nem tűnik életszerűtlennek, hogy 2025-2026-ban Magyarországhoz hasonló adottságú területek áramellátásának akár körülbelül 35 százalékát is napenergia alapon fedezzék, ha nem is egyetlen, de több kisebb erőmű által.

(Ekkora részét elégíti ki ugyanis a Paksi Atomerőmű a hazai áramigénynek.)

Napjainkban ugyan a jól szabályozható gázmotoros erőművek rendszerszinten még jobban alkalmazhatóak az időjárásfüggő, ezért ingadozó megújulók kiegyenlítésére, azonban az energiatárolási megoldások fejlődésével vélhetőleg hamarosan az utolsó jelentősebb akadály is elhárul a megújulók

- így a napenergia szélesebb körű felhasználása elől, amely így az egyik, ha nem a legversenyképesebb megoldást jelentheti a villamos energia igények kielégítésére.

A gázerőműveket a 2030-ig előre tekintő magyar Nemzeti Energiastratégia is elengedhetetlennek tartja, ám az ezt követő időszakra vonatkozó - részletesebben ki nem fejtett - kormányzati elképzelések szerint hosszabb távon 50-50 százalékban nukleáris, illetve megújuló, azon belül is elsősorban napenergiából termelnék meg az ország villamos energia szükségletét.

portfolio.hu