Mani kövek

Spectator: A megújulás korlátai (2)

A megújuláskorlátai (1)

A megújuló energiaforrásokat illetően egyfelől a korlátlan hozzáférés, másfelől a korlátlan fejlesztés lehetőségének illúziója egyaránt szül félreértést és nem ritkán türelmetlenséget. A türelmetlenség kiváltója rendszerint a klímaváltozás kapcsán felfokozott várakozás, ami az élhető környezet és a fenntartható fejlődés együttes igényét tükrözi. Az emberi közreműködés nyomán felgyorsult globális felmelegedés hátráltatása, majd az okok megszüntetése (fosszilis energiaforrásokról történő áttérés) fokozott mértékben fordította a társadalom figyelmét az utóbbi évtizedben a megújuló energiák felé. A néha már túlzott várakozás illúziókat is ébreszt, holott az így nyert energia előállításának is megvannak a saját korlátai. A hagyományos energiaforrásokról történő áttérés vontatottnak tűnik (az is, amennyiben az előrehaladás folyamatának egészét tekintjük).  Tény azonban, hogy 2018-ban a vízienergia 948 millió tonna olajekvivalens, a többi megújuló forrás pedig együttesen 561,3 millió tonna olajekvivalens egyenértékű fosszilis energiahordozót váltott ki. Ezek nem elhanyagolható mennyiségek, bizonyos előrelépés tehát történt.

A világon a megújuló erőforrásból előállított villamosenergia túlnyomó része (72,6 %) vízi energiából származik és hozzávetőlegesen 4 milliárd tonna üvegházhatású gáz kibocsátást előz meg. Az így termelt energia a világban előállított elektromosság 16 %-a (4185 TWh). Az első vízierőművet még a 19. század végén Wisconsinban helyezték üzembe, ma már több, mint 45 ezer, különféle kapacitású erőmű működik összesen a világon és ezek lefedik a gazdaságosan üzemeltethető vízi erőforrások nagyjából kétharmadát. (Vízierőmű telepítésére nem minden folyóvíz és környezet alkalmas, természeti oldalról alapvetően a hidrogeográfiai és kisebb mértékben éghajlati adottságok, gazdasági szempontból pedig az ellátandó területek távolsága a meghatározó.)  Jelenleg Kína a vezető a vízierőmű kapacitást illetőn, Kanada, Brazília és az Egyesült Államok a további legfontosabb szereplői ennek a szektornak. Egyes országokban a kedvező természeti körülmények miatt az áramtermelés nagyon jelentős része vízierőművekben történik (Norvégiában 99 %, Új-Zélandon 75 % a vízienergia részesedése az  elektromosság előállításában).

Az erőművek működés szempontjából három csoportra oszthatók; az egyik típus az átfolyó víz energiáját azonnal hasznosítja, a másik típushoz víztározó tartozik, az erőművek harmadik típusa pedig magasabban elhelyezkedő tározóba szivattyúzza a vizet, majd onnan az üzemeltetés során visszavezetik a generátorokhoz, lehetővé téve a folyamatos jól szabályozható, rugalmas üzemeltetést. Az erőmű építés azonban költséges,  a fajlagos befektetés 1100 – 8000 $/kW a körülményektől függően. Az üzemeltetési és fenntartási költségek viszont alacsonyak és a technológia kipróbált, megbízható.  A létesítmények megvalósítása rendszerint hosszú időt igényel  és a teljes működési időtartam alatt gondos vízkészlet-gazdálkodás, és a hordalékszállítás folyamatos ellenőrzése szükséges.  A létesítmények tervezett üzemideje legalább 50 év, meglehetősen sok erőmű már lényegesen idősebb, ezek részleges vagy teljes műszaki felújítás után tovább üzemelnek.

Az erőművek teljes életciklus-elemzése azonban feltárja azt is, hogy a vízierőműveknek is vannak járulékos kedvezőtlen jellemzői. Az építés során átlagosan minden egyes gigawatt teljesítményhez 14 tonna acél és 1240 tonna beton beépítése tartozik; mindkettő előállítása kimagaslóan nagy üvegházhatású gáz kibocsátású üzemekben történt.  Tény azonban az is, hogy az erőműveket az elmúlt évtizedekben építették, a felhasznált nyersanyag előállításához köthető üvegházhatású gázok már jó ideje a légkörben vannak és  az építésre visszavezethetően jelenleg nem gyarapodnak számottevő mértékben.

A vízierőművekből származó energia vitathatatlan előnye, hogy működése során nem termel üvegházhasú gázokat, hatékonyan állítja elő az áramot, a víz mozgási energiájának közel 90 %-át képesek ezek a létesítmények áramfejlesztésre fordítani (a fosszilis eneriahordozók hatékonysága mindössze 50 % körüli).  Nincs a termelés során képződött hulladék. Az így előállított áram költsége az Egyesült Államokban 0,85 cent/kWh körüli, ami fele az atomerőművekben termelt, 40 %-a szénerőművekben és 25 %-a a gáztüzelésű erőművekben előállított áram költségének.

Az üzemelő erőművek környezetre gyakorolt negatív hatását elsősorban a vízi élővilág változásai, a tápláléklánc és élőhelyek változásai jelentik. Tározó kialakításával kapcsolatosan pedig a tájátrendezés nehezen megkerülhető probléma, ami esetenként kihat a helyi népesség életére is. Többnyire megváltozik a vízjárás és a korábbi hajózási gyakorlat is átalakul. Tapasztalat szerint az erőművek környezetében a szálló por koncentráció megnövekszik, és a mérhető CO2 kibocsájtás 8 g/kWh mennyiségű. A trópusi vagy szubtrópusi környezetben – a szerves anyag elbomlása miatt – az erőművek tározói  közel annyi metánt generálnak, mint a földgázüzemű erőművek.  Mivel a stabil vízellátás a folyamatos működés szempontjából alapvető jelentőségű (csapadékfüggőség), ezért az időjárás vagy a vízgyűjtő terület változása jelentős és alig ellensúlyozható kockázatot jelent, amint ez a közelmúltban Braziliában megtapasztalható volt.

A szél szélesebb körű hasznosítása az energiatermelés területén 1990 után ívelt fel, jelenleg már a megújulókon belül a második legjelentősebb erőforrás, 16,7 %-kal járul hozzá a megújulókon belül az elektromos áram termeléshez (1270 TWh). (A világ teljes áramtermelésének 4,8 %-a, 600 GWh származik szélerőművekből.)  Főleg Európában jelentős a szélenergia felhasználása; Dániában az elektromos áram 46 %-át, Írországban, Litvániában, Németországban, Spanyolországban és Nagy-Britanniában több mint 15 %-át adják szélerőművek. Az ipari kapacitású szélturbinák teljesítménye többnyire 2 – 2,4 MW, ennek teljes létesítési költsége 1600 $/kW, ez utóbbi azonban a létesítés környezetével összefüggően változó.(Különbséget kell tenni a szélturbina, ami kizárólag elektromos áram fejlesztésére alkalmazott bonyolult műszaki létesítmény és a szélkerék között, ez utóbbi a szélenergia mechanikai hasznosítására szolgál.) A szélturbinák rendszerint a gondosan kiválasztott telepítési helyen évente, átlagosan a névleges kapacitás 25 %-át biztosítják, a legmodernebb turbinák teljesítménye azonban már eléri a 40 %-ot . A turbina 10-15 km/ó szélsebességnél kezd működni és 90 km/ó sebesség felett pedig automatikusan leáll a károsodás megelőzése érdekében.

A 80 – 120 m magas energiatermelő egységekhez minden 1 GW teljesítényre vetítve 360 tonna beton és 120 tonna acél szükséges. Robusztus, szilárd alapon álló létesítmény, a korábban leggyakrabban alkalmazott 1,5 MW-os turbinát tartalmazó torony 160 tonna súlyú.  A szélturbinafarmokon műszaki és gazdaságossági okokból 12 – 20 torony van, egymástól legalább a rotorlapátok méretének 6 – 10-szeres távolságára.  (Átlagosan 16 hektár terület tartozik minden megawatt teljesítményhez, tehát meglehetősen nagy a szélturbinatelepek által elfoglalt terület.)  A szélerőművek tervezett élettartama 20-25 év. A szélerőművek jóval a talajszint feletti áramlási zónából merítik az energiát, a tornyok magassága a telepítési hely térszínétől, a lapátok méretétől és számos egyéb körülménytől függ. A tervezett legújabb tornyok Új-Zélandon már 280 m magasságúak, alig ötven méterrel alacsonyabbak az Eiffel toronynál.

A lapátok nagy mérete és a légörvénylés sajnos nagyszámú madár pusztulását eredményezi; az üzemeltetők szórványos esetekről akarnak tudni, a természetvédelmi hatóságok és szervezetek átlagosan 20-40 madár pusztulásáról számolnak be minden turbinatorony környezetében. (Az USA természetvédelmi hatósága tiltja is a költöző madárpopulációk környezetében  turbinák telepítését.) A zajhatás a létesítmények közelében ugyan jelentős, távolabb jóval csekélyebb, de érzékelhető. A környező települések lakosait legtöbb esetben nem csak a zaj, hanem a szálló por mennyiségének növekedése is zavarja, és általában a területük értékvesztése miatt pereltek be például Írországban üzemeltetőt, nem is eredménytelenül.

A gondosan megválasztott telepítési hely esetén is a létesítmények a szél sebessége (csökkenésével a termelt energia mennyisége exponenciálisan csökken)  és iránya változásainak, évszakoknak  megfelelően változó mennyiségű energiát termelnek.  Az üzemelés természeti körülményeinek változásai pedig nem előre jelezhetőek. Ezért ezeknek az erőműveknek saját vezetékhálózata van, aminek közbeiktatásával biztosítják a villamoshálózatba történő megfelelő betáplálást. A szél változásai miatt az áramtermelés megszakított, ezért van szükség még mindig hagyományos, fosszilis energiahordozókkal működő erőművekre is.  A vezetékrendszer alapvető fontosságú, ennek elégtelensége miatt pl. Kínában, ahol a legnagyobb ütemben fejlődik a szélenergia hasznosítása, 2011-ben tíz milliárd kWh veszteség keletkezett ilyen módon.  Az Egyesült Államok is küzd azzal a problémával, hogy a telepített erőművek teljesítménye négyszer gyorsabban növekedik, mint az átviteli hálózat. Hasonlóan veszteség keletkezett Németországban vagy Spanyolországban a hálózati kapcsolatok időleges megszakadása miatt 2010-ben.

Gazdaságossági meggondolások és elemzések nyomán több európai országban felmerült, hogy a szélenergia fejlesztésére fordított tetemes források egy részéből az újabb technológiára épült,  de fosszilis erőforrásokkal termelő erőműveket CO2 csapdázó berendezésekkel egészítsék ki. Ez a megoldás viszont – a közvetlen gazdaságossági mérlegelésen túl – felveti a begyűjtött üvegházhatású gázok szállításának és főleg biztonságos, hosszútávú tárolásának problémáját. A tervezett megoldás persze  szintén költséges  (hasonlóan a kiégett radioaktív üzemanyagok azonos természetű és még megoldásra váró problémájához.) Ráadásul a kibocsájtás még fejlett leválasztási technológia mellett is 23-42 g CO2 ekvivalens/kWh mennyiségű, azaz messze több, mint bármely megújuló energiaforrás esetében.

A szélerőművek életciklusra vetített fajlagos költsége (a leghatékonyabb sekélytengeri zónában létesített erőművek esetében is) 16 cent/kWh; a szénerőművek tekintetében ez a fajlagos költség 9,5 cent/kWh. Egyelőre tehát lényegesen drágább szélerőművel termelni az elektromos áramot, azonban a klímaváltozás lassítása, későbbi megállítása érdekében megkerülhetetlenül a megoldások egyik elemét jelenti a szélenergia hasznosítása. A megújulóba történő befektetés kockázatos és nagy induló költséggel jár. Ezt ellensúlyozandó az OECD országokban (de más helyeken is) tetemes közvetlen és közvetett (adózás) állami támogatás, továbbá garantált átvételi rendszer segíti szélerőművek létesítését és üzemeltetését.  (A támogatások eltérő és bonyolult rendszere, a nagyon különböző földrajzi környezet miatt a tényleges költségek valójában pontosan nem is ismertek ill. nem is hasonlíthatóak össze.) Időközben új, innovatív technológiai  megoldások bevezetése ugyancsak a költségek csökkenése irányában hat.

A szélerőművi létesítmények üzemeltetése azonban rövidesen nagyon jelentős problémával fog szembesülni, jelesül például Németországban, ahol a 28 000 szélturbina jelentős része életciklusának végéhez közeledik és a teljes állomány közel egyharmadát 2023-ig le kell bontani, fel kell számolni. (Egyedül 2020-ban 4500 turbinát kell elavultság okán leszerelni).  A merőben új probléma megoldása környezetbarát újrafeldolgozási technológiát igényel,  ennek azonban módszere és eljárásai még kidolgozatlanok. A lebontás után lényegében újrafeldolgozható a legtöbb alkatrész, a területet pedig rekultiválják. Az Egyesült Államokban viszont – a kedvezményeknek betudhatóan – inkább a korszerűsítést választják a vállalatok (2017-ben mindössze 37 szélerőművet bontottak le, pedig a közel harmincéves létesítmények száma ezres nagyságrendű.)

2019. 07. 26.

Iratkozz fel most!

Ha tetszett a cikk, de még olvasnál, ha esténként van időd leülni a gép elé, akkor légy az előfizetőnk a Szalonnázón. Naponta 18 órakor élesedő további 3 cikket ajánlunk, jellemzően szintén olyan magyar és nemzetközi közéletet, lényegében az életünket érintő témákról, amelyeket fontosnak tartunk, de nem férnek bele a Szalonna napi kínálatába. Szeretettel várunk!

Tovább