Kiszámíthatatlanul termelnek.
Ez hozhat olyan szituációt, hogy amikor szükség volna az áramra, akkor nem termel (szélcsend, illetve borult égbolt), amikor meg gőzerővel termel, az állam nem tudja, mit csináljon a kötelezően átvett, de abszolút fölösleges árammal. Ugyancsak ismételjük magunkat, amikor azt mondjuk:
Az elektromos áram a világ leggyorsabban romló terméke. Fénysebességgel terjed, és a keletkezés pillanatában fel kell használni.
Ha ez nem történik meg, és az áramot betáplálják a hálózatba, akkor a frekvencia megnövekszik. Ilyenkor a hálózatüzemeltetőnek egy lehetősége van, a megbízhatóan és olcsón – atomenergia esetében ugyancsak CO2-kibocsátásmentesen – termelő energiaszolgáltatókat lekapcsolni. Különben a hálózat összeomlik. Ezeket az ingadozásokat hivatott tompítani az áramtőzsde. Ami azt jelenti, szeles, napos időben az áramnak akár negatív ára is lehet. Tehát: A szélturbina és napelem üzemeltetők megkapják a piaci ár dupláját, az államnak pedig fizetnie kell az áram, mint hulladék ártalmatlanításáért. És természetesen ugyancsak fizet pl. a német állam, amikor szélcsend és borús időjárás miatt áramhiány lép fel. Egyrészt meg kell fizetnie a hirtelen magasba szökő tőzsdei árakat a – vagy a fosszilis energiahordozók elégetéséből vagy a külföldi atomerőművekből származó – áramért, másrészt fizetnie kell a gyors reagálású gázturbinák üzemeltetői felé a rendelkezésre állásért. Ha semmi nem segít, Németországban egy előre megírt forgatókönyv alapján lekapcsolják a nagyfogyasztókat, pl. az alumíniumkohókat. Ezek busás kárpótlását végső soron ugyancsak az adófizető, az áramot felhasználó kisember fizeti meg.
Mit lehet ezek után tenni? Kézenfekvő – még egy politikus és újságíró számára is – hogy az áramot lehet tárolni, tehát ebből kifolyólag KELL tárolni.
Nézzük most tehát, milyen lehetőségeink vannak az elektromos áram tárolására. A témával lassan könyvtárakat lehet betölteni. Az egyetemek gőzerővel kutatnak a témában, és természetesen nem zárható ki, hogy a laboratóriumi próbálkozások között már ott van a jövő ígéretes energiatárolási technológiája. A szakirodalom rengeteg tárolási módot ismertet. Ezek túlnyomó része azonban ma életképtelen. A teljesség igénye nélkül említünk itt néhány tárolási módot:
Villamos energiatárolók:
- Szuperkondenzátorok
- Szupravezető mágneses energiatárolók
Elektrokémiai energiatárolók:
Akkumulátorok
- Savas ólomakkumulátor
- Nikkel akkumulátorok (nikkel-kadmium, nikkel-fémhibrid)
- Akkumulátorok folyékony elektródákkal (nátrium-kén, nátrium-nikkelklorid)
- Lítium ion akkumulátor
- Redox folyadék áramú akkumulátor
Kémiai energiatárolók:
- Hidrogéntárolók
- Metántárolók
Mechanikai energiatárolók:
Helyzeti energiával
- Szivattyús tározós vízerőművek
- Sűrítettlevegő-tárolós erőművek
- Súlytárolók
- Rugók
Kinetikus energiával
- Lendkerekek
Hőenergia-tárolók:
- Fázisváltás nélkül
- Fázisváltással
- Termokémiai eljárással.
A fényes hidrogén-jövő a médiaszakemberek vágyálmaiban.
Amely módokat részletesebben vizsgálunk, azt vastagon emeljük ki. Az energetikai kutatásokra jellemző az egész világon: Gőzerővel folynak a kutatások olyan módozatok tekintetében is, amelyekről az első pillanatban látszik, hogy sohasem lesznek életképesek (lendkerék). Így ezt nem kutatásnak, hanem kutatási pénzek elégetésének tekintjük. Közös továbbá, hogy a gépezet résztvevői a sajtóval karöltve szuggerálják:
„Hamarosan…”
„Néhány éven belül…”
„Újra kell írnia az energiaipar történelmét…”
„Megoldódni látszik…”
„Ez lehet a megoldás…”
„Fényes hidrogénjövő…”
stb., stb., százszor variálva a már unalomig ismert szuggerálást: Már csak egy keveset kell a Moloch torkába beledobni, utána jóra fordul minden.
Moloch – az ókori kánaániták istensége. Az emberek avval igyekeztek jóindulatát elnyerni, hogy kisgyerekeket dobtak az ércszobor torkába, amely alatt tűz lobogott. Az áldozatok sírását hangszerekkel, dobokkal nyomták el. (19. századi bibliaillusztráció) Szerencsére a 21. századi Moloch már csak pénzünket (és gazdaságunk, jövőnk tönkretételét) kívánja. De bendője éppúgy feneketlen, mint ókori elődjéé.
Kedvenc nyelvtani formulájuk a feltételes mód, ami ugyan azt sugallja, hogy még néhány év, és megoldódnak az energiatárolás problémái, de a kutató és a sajtó lényegében nem mondanak mást, mint hogy lehet, hogy életképes lesz az új eljárás, lehet, hogy nem. Ugyancsak jellemző, hogy a gépezet ugyan ezerféle műszaki paramétert hoz az érdeklődő tudomására, a költségek tekintetében – nevezetesen, hogy mennyire drágítja meg 1 kWh elektromos energia árát a tárolás – azonban kicsit szégyenlősek. Ha mégis találkozunk erre vonatkozó adatokkal, azok általában fésültek, túlzottan optimisták.
Jelen írásunkban csak a legfontosabb módozatokat vizsgáljuk, és kitérünk a költségekre is.
1, Szivattyús tározás
A lehetőség kézenfekvő, és már akkor is alkalmazták, amikor még nem ismerték ezt a fogalmat, hogy megújuló áramforrások. Igaz, akkor a kevesebb éjszakai felhasználás miatt keletkező áramot tették el másnapra. Csupáncsak megfelelő geológiai viszonyok szükségesek hozzá, azaz alkalmas hely egy alacsonyan és egy magasan fekvő tározótó kialakítására.
Németországban Türingia tartományban van a Goldisthal szivattyús tározó. Ez 9 órán keresztül 1060 MW energiát tud szolgáltatni, ami 9.540 MWh-nak felel meg. Goldisthal ezekkel a paraméterekkel Európa egyik legnagyobb szivattyús tározója. A felső tó feltöltése 30 %-kal több energiát vesz igénybe, mint amit a rendszer lead. A tározótó 13 millió m3 vizet tud tárolni. Létesítése 2003-ban 623 millió €-t (más adatok szerint 1 milliárd €-t) emésztett fel. Ha Németország ilyen tározókkal akarna 10 napos szélcsendet áthidalni, kétezer Goldisthalra volna szüksége, ami úgy a költségek, mint a földrajzi viszonyok miatt lehetetlen.
A beruházási költségeket a hivatalos oldal 1,2 mio. €/MW illetve 0,2 mio. €/MWh értékekkel adja meg, hosszú, legalább 40 éves amortizációs idővel számolva.
A tározás költségei:
| napi üzemmód | szezonális üzemmód | |
| hivatalos adatok | 9 €ct/kWh + 4,8 €ct/kWh áramköltség | 11-28 €ct/kWh + 4,8 €ct/kWh áramköltség |
| független becslés | 19 €ct/kWh + 13 €ct/kWh áramköltség | 21-38 €ct/kWh + 13 €ct/kWh áramköltség |
| Értékelésünk: A magas tárolási költségek, a VRIF-áram magas előállítási költségei miatt az eljárást félre kell tenni azokra az időkre, amikor a szolgáltatók VRIF-áramot az atomenergia árával azonos szinten tudják adni. Mindazonáltal: Ha már tárolás, a szivattyús, tározótós eljárás a kevésbé rosszak közé tartozik. |
2, Légsűrítés (kompresszió) – diabatikus nyomásváltozás,
ahol a levegő összenyomásakor hő keletkezik. „Ha fölösleges áramunk van, még mindig jobb a levegőt komprimálni, mint hulladékként ártalmatlanítani.” – mondják a protagonisták.
Kísérleti légsűrítés egy hegyi bányajáratban Svájcban. A járat falait betonnal szigetelték.
A szigetelt bányajárat
A légkamra kónuszos ajtaja
A beruházási költségek viszonylag alacsonyak. Az eljárás hatásfoka 42 – 54 %.
Költségek:
| napi üzemmód | szezonális üzemmód | |
| Hivatalos adatok | 13 €ct/kWh + 4,8 €ct/kWh áramköltség | 14 €ct/kWh + áramköltség |
| Független becslés | 19,25 €ct/kWh + 13 €ct/kWh áramköltség | 46 €ct/kWh + 13 €ct/kWh áramköltség |
Adiabatikus kompressziónál a hatásfok fölmehet 70 %-ig.
Ha ez az eljárás elterjed 2030-ig, akkor a költségek 10-20 %-kal csökkenhetnek.
| Értékelésünk: Bár az eljárás a kevésbé rosszak közé tartozik, helyi szinten lehet csak jelentősége. Az eljárás alkalmatlan egy ország VRIF energiaproblémáinak megoldására. Gyakorlati alkalmazása csak akkor jöhet szóba, ha a VRIF áramszolgáltatók az áramot a mai árnak a töredékéért hajlandók szolgáltatni. |
3, Hidrogénelőállítás
A politikusok és a média kedvence. Mindenki látott középiskolában vízbontást. A világ legegyszerűbb dolga. A katódon hidrogén, az anódon oxigén válik le. És máris meg van oldva a VRIF-áram problémája.
Nehézségek: A hidrogén tárolása, szállítása, reakcióképessége.
A hidrogén előállítása elektrolízissel hivatalos adatok szerint három-négyszer, független becslések szerint hétszer többe kerül, mint a hagyományos módon gőzreformálással metánból.
A hidrogént lehet anyagában értékesíteni, lehet a földgázhoz (metánhoz) hozzákeverni, lehet belőle CO2 segítségével metánt előállítani (metanizálás, P2G) és végül vissza lehet alakítani árammá.
Mindegyik eljárásra jellemző a nagyon alacsony hatásfok. A szakirodalom az áram-hidrogén-áram vonalra 40-45 %-ot ad meg. A metánná történő alakítás hatásfoka 25-30 %.
Költségek
a, (tárolás + áramelőállítás):
| napi üzemmód | szezonális üzemmód | |
| Hivatalos adatok | 26 €ct/kWh + 4,8 €ct/kWh áramköltség | 27 €ct/kWh + áramköltség |
| Független becslés | 46 €ct/kWh + 13 €ct/kWh áramköltség | 47 €ct/kWh + 13 €ct/kWh áramköltség |
A költségek a jövőben 20-25 %-kal csökkenhetnek.
b, (metanizálás):
| napi üzemmód | szezonális üzemmód | |
| Hivatalos adatok | 28 €ct/kWh + 4,8 €ct/kWh áramköltség | 29 €ct/kWh + áramköltség |
| Független becslés (Schurbein, 2012) |
79-228 ct/kWh* |
|
*Ami azt jelentené, hogy az áram 10-szer többe kerülne a politikusok kedvenc játékszerével előállítva, mint földgázból.
| Értékelésünk: Az eljárás az alacsony hatásfok és a hidrogénhez kötődő műszaki problémák miatt (a ma ismert feltételek mellett) sohasem lesz életképes. |
4, Akkumulátoros áramtárolás
A másik eljárás, ami közérthető, ezért favorizálják a politikusok és a média.
Idézzük fel, hogyan is működik a közismert ólomakkumulátor:
| Anódon | Katódon | |
| Töltéskor | PbSO4 + 2e– –> Pb + SO42- | PbSO4 + 2H20 –> PbO2(s) + 4H + SO42- + 2e– |
| Kisütéskor | PbO2(s) + 4H + SO42- + 2e– –> PbSO4 + 2H20 | Pb(s) + SO42- –> PbSO4 + 2e– |
Nos, ismerve az elektrokémiai potenciálsort, tudjuk, hogy a sor elején a lítium áll, tehát a lítium-lítiumion reakció adja a legnagyobb feszültségkülönbséget, azaz elméletileg ennek az akkumulátortípusnak a legnagyobb a fajlagos tárolási képessége. A dolog hátulütője: minél nagyobb ez a feszültségkülönbség, annál nagyobb a spontán kémiai reakciók veszélye is.
A világ legnagyobb lítiumionbázisú akkumulátortelepét a Tesla építette.
Mibe kerülnek az áram akkumulátoros tárolásának költségei?
A kiszámoláshoz segítségünkre jön Elon Musk (Tesla) 2017-es ausztráliai akkumulátortelep beruházása.
Elöljáróban utalunk rá:
Ausztrália, egy tőlünk távol fekvő, de a rögeszmében, hisztériában, klímaszektásságban hozzánk nagyon is közel álló ország, amely hasonló, maga csinálta problémákkal küzd az energiaellátásban. Sorba kapcsolják le a szénerőműveket. Atomerőműve nincs Ausztráliának, és amíg a zöldbalos oldal lesz hatalmon, nincs is esélye erre.
2021 augusztusában közvetlenül az üzembehelyezés után gyulladt ki az ausztráliai Victoria szövetségi államban Melbourne közelében egy 300 MW teljesítményű, és 450 MWh energiát tárolni és leadni képes akkumulátortelepnek egyik 13 t tömegű lítiumionos technológiát alkalmazó cellája. A telep építése folyamatban van még. A cellát éppen csak üzembe helyezték, és a cella oltása tovább tartott, mint amennyi időt az üzemelt. Illetve nem is helyes szó az oltás. 150 tűzoltó 30 járművel kísérte a cella kiégését, és gondoskodott a tűz továbbterjedésének megakadályozásáról. A tűzoltóknak ma nincs technikájuk az akkumulátortelep oltására.
Egy személyes megfigyelés: Amely ország élen jár a vírushisztériában, az a klímahisztériában is jeleskedik. Példa erre Ausztrália, Európában pedig Németország.
A Tesla első ausztráliai beruházása onnan indult ki, hogy a klímaszektások elérték, hogy Dél-Kelet Ausztrália szövetségi állam bezárta utolsó, biztos ellátást nyújtó szénerőművét. A 2016-17-es nyáron aztán a klímaberendezések fokozott használata miatt jött, aminek jönnie kellett, a tartomány szintű blackout. 90.000 ember maradt áram nélkül, az ipari üzemek fölhasználását vissza kellett fogni.
Erre jelentkezett Elon Musk fantasztikus ajánlatával: 100 napon belül felépít 50 millió dollárért egy 14700 MW csúcsteljesítményű, 130 MWh energiát leadni képes akkumulátortelepet. A klímaszektások világszerte ujjongtak. Egyedül néhány, józan eszét el nem veszített, és a matematikai alapműveletekkel tisztában lévő személy, mint pl. Chris Frey, az EIKE szerzője vette a fáradtságot, hogy utánaszámoljon: Az akkumulátortelep egy blackout esetén
32 másodpercig tudta volna Dél-Kelet Ausztráliában az áramszolgáltatást fenntartani.
Mire felépült az akkumulátortelep, kiderült, hogy 50 millió dollár helyett 90 millióba került, és ehhez évente 4-5 millió dollár fenntartási költségek is járulnak.
Ha az ausztrál számokat a németországi viszonyokra vetítjük, azt kapjuk, hogy ha Németországot 14 napos szélcsend és borult időjárás esetén is biztonságosan el akarjuk látni VRIF-áramforrásokból származó árammal, akkor
13000 x 14 db = 182.000 akkumulátortelepre van szükségünk.
Mindez 28 ezer milliárd €-t emésztene fel. A szolgáltatás fenntartása évi 627 milliárd €-ba kerülne.
Werner Sinn közgazdász professzor saját számításai szerint 19.000 milliárd beruházási költséget kapott eredményül.
Számoljunk tovább evvel a két értékkel.
| akkumulátortelep beruházási költség | 28.224 milliárd € | 19.000 milliárd € |
| várható élettartam | 12 év | 12 év |
| Németország átlagos teljesítményigénye | 55 MW | 55 MW |
| 4 fős háztartás átlagos energiaigénye | 4000 kWh | 4000 kWh |
| tárolási költség átterhelés | 4,95 €/kWh | 3,34 €/kWh |
| 4 fős háztartás éves költség | 19800 € | 13,327 € |
| Egy főre vetített éves költség | 28682 € | 19310 € |
| Az akkumulátoroknál 50 %-kal hosszabb üzemidőt feltételezve | 14341 | 9655 |
Nos, ha most nagyvonalúan avval számolunk, hogy az akkumulátoroknak 12 év múlva csak a felét kell lecserélni, akkor is az alábbi többletköltségeket kapjuk:
1 kWh betárolásának majd kivételének költsége:
1,67 – 2,5 €/kWh,
ami minden egyes németországi lakos számára évenként
9700 – 14.000 € többletköltséget jelent.
Hogy el ne felejtsük: Ehhez hozzájönnek még az áram előállítási költségei.
| Értékelésünk: Még csak gondolkodni sem szabad az elektromos áram akkumulátoros tárolásában. Az akkumulátoros technológia kutatására is érvényes: Rendszeresen röppennek föl hírek, most aztán megtalálták a bölcsek kövét, ez a technológia, innováció lehet a megoldás. |
Így néz ki tehát a német Zöldek által erőltetett, a sajtó által fölerősített és fölmagasztalt energiapolitika, amire a többi német párt – egyedül az AfD kivételével – nem mer másképp reagálni, mint lelkes helyesléssel.
Mindemögött a múltbeli eseményektől terhelt csavaros német gondolkodásmód áll:
Ha nem támogatod hazád tönkretételét, akkor náci, újfasiszta, kirekesztő vagy.
Wake up, Germany!
Ébresztő, Németország!
Nekünk itt a Kárpát-medencében pedig látni kellene ezeket a rejtett mozgatórugókat, nem pedig kritikátlanul követni, amit Németország kigondol és erőpozíciójánál fogva megpróbál Európára ráerőltetni.
Térjünk vissza még egy gondolat erejéig Ausztráliához. Amikor az ideológia átveszi a pragmatikus gondolkodást a közgondolkodásban, egy állam irányításában, abból csak baj származik. Főleg, ha az ideológia hamis alapokon áll, a tényeket figyelmen kívül hagyja. Ennek áldozata a kontinensnyi ország minimális népsűrűséggel. Úgy hírlik: Kína ezer éves lassú tempójával, a kínaiak folyamatos beáramlásával már rég szemet vetett a kontinensnyi, 7,5 millió km területű, de alig 25 millió lakosú országra. A lakosság 5 %-a kínai származású, a kérdés, hogy ez a réteg mekkora gazdasági erőt képvisel. Egy biztos: Vörös Kína mosolyogva figyeli az ország öngyilkos klímaparanoiáját. Annál hamarabb fog a terület érett gyümölcsként ölébe hullani. És mérget vehetünk rá: A kínai többségű Ausztrália első dolga lesz a szélkerekek elküldése a Nirvánába és a szénerőművek újbóli megnyitása.
De jelenleg még Ausztrália 2034-ig további öt szénerőmű bezárását tervezi összesen 10,3 GW teljesítménnyel, ami az ország elektromos ellátásának 27 %-át biztosította 2020-ban.
Ausztrália keleti hálózatának áramigénye 2020-ban 203 TWh volt. Ha a kieső kapacitásokat VRIF-áramforrásokkal akarják pótolni, akkor ez 27 GW szélturbina kapacitást és 1182 TWh energiatárolási kapacitását követeli meg.
Ausztrália földrajzi viszonyai megengedik szivattyús tárolók létesítését. A fenti Gencost tanulmányt alapul véve:
A 2000 MW-ot 175 h-n keresztül szállítani tudó (350 GWh-s kapacitású) Tasmania szivattyús tározó beruházási költsége 18 milliárd USD ami megfelel GWh-nként 51 millió USD beruházási költségnek.
Kidston, a másik tervezett szivattyús tározó esetében 386 millió USD beruházási költséggel számolnak GWh-nként.
Összehasonlításképp: a német Goldisthal szivattyús tározó beruházása 73 millió €-ba került GWh-nként.
Figyelembe véve a felhasználási csúcsokat, ha Ausztrália 2034-ig bezárja öt, még működő szénerőművet, amely 55 TWh energiát szolgáltat, 1181 GWh tárolási kapacitást kell kiépítenie. A legoptimistább számítások mellett ez 61,5 milliárd USD költségeket emésztene fel. A részletes elemzésektől, amelyek figyelembe veszik a feltöltés sebességét, a szélcsendes időket, a fogyasztási csúcsokat, eltekintünk, az eredeti honlapon mindezek megtalálhatók.
| Politikai döntéshozók számára készített összefoglalónk:
Az államnak nem kell avval foglalkoznia, milyen hurráoptimista prognózisokat adnak a VRIF-áram szolgáltatói, illetve mindazok, akik ezen nyerészkednek. Sőt, ütemtervet kell megkövetelnie: Hány éven belül tudják a szolgáltatók a VRIF-áramot a tőzsdei árakkal azonos szinten adni? Az nem járja, hogy a szélkerék-szerencselovagok és napelem-bárók a paksi árhoz képest időtlen időkig háromszoros áron adnak egy kWh-t, amiért a magyar állam a tőzsdén filléreket kap. A különbséget pedig a magyar adófizető fizeti évi 70 milliárd Ft értékben. Az ütemtervnek éves csökkenési ütemet kell előírnia, hány %-kal csökkenti a magyar állam az életképtelen áramforrások támogatását, mikorra érjük el, hogy a megújuló áramforrások megállják helyüket a piaci versenyben. Továbbá: Jogszabályban kell rögzíteni: A VRIF-áramnál olcsóbban, és ugyancsak CO2-kibocsátás mentesen termelő energiaforrások (atomerőművek) termelését tilos visszafogni, csak azért, hogy a VRIF-áramot be lehessen táplálni a hálózatba. |
Írásunk csak nagy vonalakban érinti a kérdéskört, minden egyes fejezetéről sok száz oldalt lehetne írni. De szükségesnek látunk egy ilyen összefoglalást is, legyen világos úgy a politika, mint a média, mint a közvélemény számára:
Ma minden egyes próbálkozás az elektromos energia tárolására zsákutca és feneketlen hordó. Aki hisz a CO2-nek az éghajlatra gyakorolt káros hatásában (mi realisták nem), az igyekezzen minden erővel az atomenergia-termelést elterjeszteni.
Néhány, a kérdéskörrel foglalkozó link, melyeket részben forrásként is használtunk:
https://kaltesonne.de/energiespeicher-wasserstoff/
https://mersz.hu/dokumentum/m707et__31/
https://eike-klima-energie.eu/2015/06/18/elektro-energiespeicherung-notwendigkeit-status-und-kosten-teil-3-abschluss
Batteriespeicher: Der große Widerspruch – Teil III – baubiologie magazin (baubiologie-magazin.de)
https://www.riteon.org.au/netzero-casualties/#204
https://wattsupwiththat.com/2020/11/10/utility-scale-battery-costs-fall-to-625-kwh/
https://wattsupwiththat.com/2021/07/30/crews-battle-tesla-battery-fire-at-moorabool-near-geelong/
https://wattsupwiththat.com/tag/utility-scale-energy-storage
https://www.energieagentur.nrw/netze/speichertechnologien
https://www.ee-news.ch/de/article/35183/adiabatischer-druckluftspeicher-der-gotthard-halt-dicht
https://klimarealista.hu/akkumulatoros-aramtermeles-nemetorszagban/
2021. szeptember
Összeállította:
Király József
okl. vegyészmérnök
| Tetszett a cikk? Amennyiben igen, fejezze ki tetszését a Reális Zöldek Klub társadalami szervezet részére juttatott támogatásával 300 Ft értékben. Bankszámlaszámunk: 11702036-20584151 (OTP) A Fővárosi Bíróság végzése a társadalmi szervezet nyilvántartásba vételéről itt található. |
