A naperőművek megjelenése csak az energiaforradalom első állomása
Az emberiség napjainkban technológiai evolúciójának egyik, ha nem a legmélyrehatóbb változásokkal járó időszakát éli, melyet olyan nagy, egyszerre érvényesülő globális tendenciák hajtanak, mint a digitalizáció és a megújuló energia előretörése. Az élet számos területét felforgató trendek az energiaátmenetnek nevezett folyamatban érnek össze, melynek célja, hogy 2050-ra fenntarthatóvá tegye a világ energiarendszerét.
Bár az átalakítást az emberiség előtt álló talán legnagyobb kihívás, a klíma- és környezeti válság megoldásának szándéka indította útjára, ma már a fosszilis energiahordozók importjától való függetlenedés vágya is erősen motiválja, újabb jelentésréteggel gazdagítva a célul kitűzött fenntarthatóság fogalmát. De ahogyan ez a paradigmaváltó nagy átalakítások során történni szokott, az új megoldások újabb kérdéseket vetnek fel az elérni kívánt fenntarthatósághoz vezető úttal kapcsolatban. Ilyen kiemelt megoldandó probléma a tiszta, megújuló energiaforrások időjárásfüggő jellege, miután – ironikus módon – egyelőre elsősorban ezekre vagyunk utalva a nagyrészt általunk előidézett klímaváltozás elleni küzdelemben.
Kibocsátáscsökkentés vs alacsony rendelkezésre állás
A gondot mindenekelőtt a szél- és naperőművek termelésének változékonysága, a bizonyos fokig még a mesterséges intelligenciát bevető időjárás-előrejelzések mellett is kiszámíthatatlan jellege okozza. Bár e tiszta technológiák alkalmazása teljes életciklusuk alatt töredék károsanyag-kibocsátással jár a hagyományos erőművekéhez képest, rendelkezésre állás szempontjából gyengébben teljesítenek a szén-, gáz- és atomerőműveknél, amelyek termelése jóval kevésbé függ az időjárástól, ezért sokkal magasabb kihasználtság mellett üzemeltethetők. A hagyományos – különösen a fosszilis – termelés és az ebből fakadó károsanyag-kibocsátás jelen formájában és nagyságrendjében azonban olyan fokú kockázatot jelent a földi életre, beleértve az emberi civilizációt is, hogy az időjárásfüggő erőművekkel való kiváltásuk elkerülhetetlen.
Az időjárásfüggő megújulók által a rendszerbe vitt változékonyság és kiszámíthatatlanság olyan, a termelési oldalon jelentkező szükségszerűség, melyhez a rendszer más nagy részterületeinek, az elosztásnak és a felhasználásnak az átalakításával kell alkalmazkodni. Ezen változtatások fő célja, hogy a rendszert rugalmasságának kulcsfontosságú növelésével alkalmassá tegyék az ingadozó termelési források mellett is kiszámítható energiaellátás biztosítására. Ez azt jelenti, hogy a megújulóenergia-túltermelés időszakában elsősorban energiatárolással és a fogyasztás növelésével, a termeléshiányos állapotokban pedig a tartalékok mozgósításával és (az ellátás színvonalát nem befolyásoló) fogyasztáscsökkentéssel lehet majd fenntartani a rendszer egyensúlyát és stabilitását (azon túl, hogy bizonyos mértékig továbbra is szükség lesz a klasszikus hálózatfejlesztésre, például a vezetékek keresztmetszetének növelésére).
Az ezt lehetővé tevő megoldások nagyrészt már ma is rendelkezésre állnak. A különféle összehangoltan együttműködő eszközök és eljárások alkalmazásával pedig a mértékadó előrejelzések szerint az évszázad közepére elérhető az energiarendszer hosszú távú fenntarthatóságához elvárt rugalmasság.
Az időjárásfüggő megújulók tömeges rendszerbe integrálását megengedő rugalmasságot ma döntően a jól szabályozható „piszkos” fosszilis erőművek biztosítják termelésük csökkentésével vagy fokozásával, a rendszerirányítóval kötött szerződés, illetve szolgáltatás alapján, és ehhez még az elsősorban zsinórtermelésre (vagyis folyamatos, magas kihasználtságú üzemeltetésre) tervezett atomerőművek is hozzájárulnak. A fosszilis erőművek ebben elfoglalt részaránya azonban a következő években folyamatosan csökkenni fog, és helyüket egyre inkább a ma még csak marginális szerepet játszó új technológiák fogják átvenni.
Az energiaátmenet egyik fő jellegzetessége, hogy a szennyező fosszilis (elsődleges) energiahordozók felől a tiszta (másodlagos energiahordozó) villamos energia felé tereli a felhasználást. Az időjárásfüggő megújulós erőművek termelése nagyon nagy részben elektromosság formájában valósul meg, de például a földgáz- és olajfelhasználást hatékonyan csökkenteni képes hőszivattyúk és villanyautók üzemeltetése is áramot igényel, ahogyan az egyéb új fogyasztó berendezések döntő többsége is. Az elektrifikációs folyamat hatására a villamos energia részaránya a végső energiafelhasználásban folyamatosan emelkedik, ezért a rugalmasság fokozására elsősorban, de nem kizárólag a villamosenergia-rendszerben kell sort keríteni.
Az energiaátmenet egyik érdekes tulajdonsága, hogy új kapcsolódási pontokat hoz létre a villamosenergia- és gázrendszer között is. Ilyen összefüggések már ma is léteznek: a földgáztüzelésű erőművek napjainkban érdemben járulnak hozzá a villamosenergia-termeléshez és a rendszerszabályozáshoz, a földgáz-kitermelésnek pedig ugyancsak jelentős az áramigénye, és ha csökkenő jelentőséggel is, de ez még évtizedekig így lehet. Az egyre fenntarthatóbbá alakuló energiarendszerben azonban egyre inkább olyan új villamos energia>gáz (P2G, power-to-gas) és gáz>villamos energia (G2P, gas-to-power) megoldások kerülhetnek előtérbe, mint a zöldhidrogén-előállítás és a zöldhidrogén-alapú áramtermelés, amelyek kismértékben már az évtized végén előmozdíthatják a megújuló energia tárolását, illetve a rugalmasság biztosítását.
A villamosenergia-rendszer rugalmasságához bizonyos fokig már ma is hozzájárulnak a megújulós erőművek is. Ez világszinten leginkább a vízerőművekhez kötődik, míg a korlátozottan szabályozható időjárásfüggő(bb) erőművek jelentősége e téren jóval kisebb. A jövőben a vízerőművek flexibilitáshoz való hozzájárulása várhatóan csökkenni fog, az egyéb megújulók e téten betöltött szerepe pedig mérsékelten növekedhet.
A hidrogén és a szivattyús–tározós vízerőművek mellett a jövőben jóval nagyobb részt vállalhatnak a flexibilitás energiatárolás általi biztosításában az akkumulátoros energiatárolók. A ma még összességében alig látható nagyságrendben alkalmazott technológiák már az évtized végére jelentős teret nyerhetnek a rendszernek gyakorlatilag minden szintjén, a lakossági felhasználóktól a rendszerirányítóig. A ma uralkodó lítiumion-akkumulátorok mellett számos új technológia megjelenése várható, amelyek nemcsak a nyersanyaghiány fenyegetésére kínálhatnak választ, hanem akár az energiasűrűség (vagyis a betárolható energia mennyisége) szempontjából is jobb alternatívái lehetnek a jelenlegi piacvezető megoldásnak.
A rugalmassági piacon talán a legnagyobb változást az úgynevezett kereslet vagy fogyasztó oldali válasz vagy szabályozás (DSR, demand side response) széles körben várható elterjedése jelentheti. A DSR árjelzések, tarifák vagy közvetlen kifizetések alkalmazásával érdekeltté teszi az energiafelhasználót abban, hogy a villamosenergia-rendszer igényeinek megfelelően módosítsa és hangolja össze fogyasztását az áramigény időbeli elcsúsztatásával vagy csökkentésével, ezáltal hozzájárulva a hálózat egyensúlyához, illetve a fogyasztás „kisimításához”. A megoldás működési elve megegyezik a vezérelt („éjszakai”) áramszolgáltatáséval, amely díjkedvezményt biztosít azon felhasználóknak, akik áramfogyasztásuk bizonyos részét (használati meleg víz, fűtés) hajlandóak a legnagyobb ellátási költségű csúcsidőszakokon kívülre időzíteni.
A részt vevő készülékek valós idejű árjelzés szerint működnek, amihez elengedhetetlen távolról irányíthatóságuk feltételeinek megteremtése okosmérők és digitális menedzsment alkalmazásával. A felhasználóknál meglévő rugalmassági kapacitás kiaknázása az úgynevezett aggregátor szolgáltatók közvetítésével valósulhat meg, amelyek az ehhez szükséges tudással és technológiával rendelkezve összefogják és méretgazdaságosan egységben kezelve értékesítik ezt a flexibilitást az energiapiacon az elosztó vagy a rendszerirányító számára is. Ily módon akár az energiaközösségbe tömörülő lakossági (termelő-)fogyasztók is lehetőséget kapnak kilépni az energiapiacra, és akár saját termelőegységeik (például napelemeik) vagy energiatárolóik (például akár villanyautóik akkumulátor-) kapacitásait is bevonhatják a szolgáltatásba.
A hálózatok digitalizációval való okosítása és az energiaközösségek, a mikrohálózatok, illetve az aggregátorok révén létrejövő új hálózati egységek megjelenése végső soron egyben az energiaelosztás forradalmi megújítását is eredményezi. Az új digitális megoldásokban, így a DSR-szolgáltatásokban való részvétel pedig egyaránt előnyös a felhasználók, a villamosenergia-rendszer és a fenntarthatósági célok szempontjából is: mérsékli az energiaköltségeket, és új bevételi forrást biztosít a felhasználók számára, miközben nem vonja maga után a felhasználói komfort érezhető csökkenését; a kereslet és a kínálat intelligens kezelésével és összehangolásával magasabb szintre emeli az egész rendszer rugalmasságát, hatékonyságát és ellátásbiztonságát, megnyitva az utat újabb időjárásfüggő megújulós erőművek rendszerbe integrálása előtt.
