A technológia mint kulcskérdés

Hálózat és energiatárolás

Abban mindenki egyetért, hogy a német villamosenergia-hálózatot bővíteni kell ahhoz, hogy a megújulók az energiaellátás nagyobb részét fedezhessék, arról azonban nincsen konszenzus, hogy pontosan mi a teendő. Egyes becslések szerint 4 500 kilométernyi új vezetéket kell kiépíteni, míg a megújuló szektor szerint ennek fele is elég lenne. A német hálózat jelenleg 35 000 kilométer hosszú ultramagas feszültségű szállítóvezetékből áll, plusz 95 000 kilométernyi nagyfeszültségű vezetékből – ami mind a hagyományos energiaiparnak épült, ezért a megújulókhoz szükséges új vezetékek eltörpülnek ehhez képest. A közepes feszültségű villanyvezetékek hossza 510 000 kilométer, az alacsony feszültségű elosztó vezetékeké 1,1 millió kilométer.

A megújuló áramra való átállás műszaki kihívást jelent, mert a nap- és szélenergia nem szabályozható, vagyis a szélturbinákat és napelemeket nem lehet a központi szén- és atomerőművekhez hasonlóan felszabályozni az energiaigényhez igazodva. Erre több megoldás is lehetséges.

Az általános probléma az, hogy adott pillanatban pontosan annyi villamos energiának kell rendelkezésre állnia, amennyire éppen szükség van, különben a hálózat összeomlik. Ezért tehát hagyományosan mindig az igényhez szabtuk az energiatermelést. Jelenleg többféle tárolási opcióról zajlik a vita, a természetes föld alatti barlangokból kinyert sűrített levegőtől a szivattyús tároláson (vízenergia) és a lendkerekeken át az akkumulátorokig. Ami még fontosabb, Németország a földgázt akarja hasznosítani áthidaló tüzelőanyagként, hogy azt idővel fenntartható biogázzal és a többlet szél- és napenergiából kinyert hidrogénnel váltsa ki. Így a nap- és szélenergiát gáz formájában lehet tárolni (ez az energiából gáz vagy P2G technológia), így motorüzemanyagként, fűtésre vagy szabályozható energiatermelésre is hasznosítható. Az „okoshálózatok” segíthetnek az energiaigényt az elérhető megújuló energiaellátáshoz igazítani – szemben a mostani gyakorlattal.

A német kormány 2016-ban az energiaipar „digitalizálására” összpontosít. A náci Németország titkosszolgálatának hatalmi visszaéléseire és a kommunista Kelet-Németországra emlékezve a német lakosság – alighanem érthető módon – nagyon aggódik az okosmérőkhöz és egyéb technológiákhoz kötődő adatbiztonsági problémák miatt. Lehetséges, hogy az okosmérőket először a vállalkozásoknál vezetik be; a háztartási energiafogyasztás viszonylag alacsony szintje miatt ez (még) nem megtérülő beruházás kiskereskedelmi szinten.

Az energiatárolás szükségessége

Az európai integráció megoldást kínálhatna, különösen Németország korlátozott szivattyús tároló kapacitásának (vízenergia) fényében. Felvetődött, hogy Németország nagy tételben exportálhatna energiát például Norvégiába és Svájcba, amely országoknak óriási vízenergia-tároló potenciáljuk van, de a meglévő vezetékes kapcsolat erre nem elég. A munka azért még zajlik: 2015-ben véglegesítették egy új, 1,4 gigawattos energiafolyosó terveit Norvégia és Németország között. A NordLink nevű nagyfeszültségű egyenáramú kábelt 2020-ban tervezik üzembe állítani. Az azonban még a jövő kérdése, hogy Norvégia vagy Svájc (melyek egyike sem EU-tagállam) hajlandó lesz-e még több festői völgyét és fjordját vízzel elárasztani a németek stabil megújuló villamosenergia-ellátásának érdekében.

Középtávon a legtöbb szakértő szerint minimális szükség lesz energiatárolásra Németországban. Egy, a WWF-nek készült tanulmány szerint a tárolási technológiáknak 2030-ig nem lesz jelentős piacuk. A VDE német mérnöki szervezet nem számít jelentős tárolási igényre, amíg Németországban 40%-ra nem ugrik a megújuló energiaforrások aránya, ami előreláthatólag csak 2020 felé valósul majd meg. A Fraunhofer ISE napenergiai kutatóintézete rámutat, hogy a szükséges tárolás mennyisége nemcsak a hullámzóan termelő megújuló energia részesedésétől függ, hanem a hullámzóan termelő megújulók és a rugalmatlan alapterhelés kombinációjától. Vagyis kevésbé lenne szükség energiatárolásra, ha mérsékelnénk az alapterhelési áramtermelési kapacitást, elsősorban a barnaszén- és atomerőművek leszabályozásával.

A megújuló hálózat bővítése kontextusban

Hogy mindezt kontextusában érzékeltessük: Németországban az 1990-es évek elején 3% volt a megújulók aránya az energiatermelésben, 2016 első negyedévére ezt 32%-ra növelte anélkül, hogy a villamosenergia-hálózatot komolyabban átalakították volna.

A szélenergia, a biomassza és a napenergia jellemzően decentralizált erőforrások – legalábbis ahogyan Németország kezeli ezeket (lásd a 2. rész „Energia az emberektől az embereknek” című fejezetét). A megújulók kritikusai problémásnak tartják, amikor a hálózatot bővíteni kell a megújulók miatt. „A szélerőművekkel az a baj, hogy olyan helyekre épülnek, ahol nincsen szükség elektromos áramra. Ezért a megtermelt villamos energiát máshova kell szállítani.”

A valóságban ez a leírás jobban passzol a szénenergiára, mint a szélenergiára. A napenergia, a szélenergia és a biomassza viszonylag egyenletesen szétszórható egy területen, amit a hagyományos energiahordozókkal nem lehet megtenni. A barnaszén-erőművek ezzel szemben soha nem ott épülnek, ahol szükség van energiára, hanem ott, ahol a barnaszenet kibányásszák a földből. Még a globálisan értékesített feketeszénnel működtetett erőműveket is hagyományosan a szén lelőhelyéhez közel építették meg, mint például a német Ruhr-vidéken. Világos azonban, hogy sokkal egyszerűbb és olcsóbb nagy mennyiségű energiát szállítani villanyvezetékeken, mint sok tonna szenet. Felvethető ugyan, hogy a szénerőművek gyakran ipari létesítmények közelében állnak (ahogyan a Ruhr-vidéken is), ez a megfogalmazás felcseréli az okot és az okozatot. Utazzunk vissza 200 évet az időben az iparosodás kezdetéhez – a Ruhr-vidék legtöbb települése kis falu volt. Nem azért épültek szénerőművek a Ruhr-vidéken, mert ott volt az ipar, hanem azért ott alakult ki az ipar, mert gazdag szénlelőhely volt.

Az atomerőművek ugyan többé-kevésbé ott épülnek, ahol szükség van az energiára, és nem az uránlelőhelyek közelében, a központi erőművek azonban mind olyan nagyok, hogy bővíteni kell miattuk a hálózatot. Az 1960-as és 1970-es években az új németországi atomerőművek miatt nem csupán bővíteni kellett a hálózatot, hanem nagy mennyiségben kellett miattuk elektromos fűtési rendszereket kiépíteni, amelyek az éjszakai áramból generáltak hőt, hogy az atomerőműveket ne kelljen mindennap leszabályozni. A decentralizált megújulóenergia-ellátás jóval kifinomultabb megoldás, és jóval kisebb hatást fejt ki a környezetre. Hermann Scheer, a megújuló energiaforrások néhai német szakértője egyszer azt mondta a decentralizált energiatermelés és a hagyományos centralizált energiaellátás viszonyáról, hogy az utóbbi olyan, mint „láncfűrésszel vajat vágni”.

Hálózatbővítés

Abban konszenzus uralkodik, hogy ha több megújuló erőforrást akarunk az energiaellátásba integrálni, ahhoz bővíteni kell a hálózatot. A részletekben azonban koránt sincs ekkora egyetértés, például hogy mennyi új vezetékre van szükség, hova kell ezeket telepíteni, és milyen típusú vezetékeket használjanak erre. A megújuló szektornak érdeke, hogy az energiafordulat megfizethető legyen, ezért számos olcsó alternatívát kínál a nagy léptékű hálózatbővítésre. Az emberek nem akarnak nagyfeszültségű vezetékek közelében élni, ezért a lakosság véleményét is ki kell kérni a tervezéskor, ez nagyobb átláthatóságot igényel.

A jelenlegi német villamos hálózat a következők szerint épül fel:

A szállítóvezetékek hálózata 35 000 kilométer hosszú 220 és 380 kV-os vezetékből áll. Ez az ultramagas feszültségi szint, amellyel Németország a szomszédaihoz kapcsolódik, és amelyen az energiát nagy távolságokra szállítják. Az **elosztóhálózat az ** alábbiakból áll:

  1. Körülbelül 95 000 kilométernyi nagyfeszültségű vezeték (60–110 kV) a nagyvállalatok és az ipar számára.
  2. Körülbelül 500 000 kilométernyi középfeszültségű vezeték (6–30 kV) számos nagyobb intézmény, például kórházak számára.
  3. Körülbelül 1 100 000 kilométernyi kisfeszültségű vezeték (230 és 400 V) a háztartások és kisvállalkozások kiszolgálására.

Németországban négy befektetői tulajdonban levő közműszolgáltató működteti a szállítóhálózat négy szegmensét, de körülbelül 900 elosztói hálózatüzemeltető tevékenykedik az országban.

Hány kilométer?

Mire van tehát szükség a német energiafordulathoz? Jelenleg a szélenergia nagy része északon, a napenergia nagy része délen termelődik. A Német Energia Ügynökség (DENA) kiadott két tanulmányt (Hálózati Tanulmány I. és II.), amelyek úgy becsülik, hogy hozzávetőleg 4 500 kilométernyi ultramagas feszültségű vezetéket kell kiépíteni, ha Németország 2020-ra fel akarja emelni szélenergia-kapacitását 27 gigawattról 51 gigawattra – amiből tíz gigawatt tengeri szélerőmű-parkokból származna az Északi- és a Balti-tengerről. De a megújuló szektorban sokan úgy vélik, hogy ez az vezetékmennyiség legalább a felével csökkenthető. A 2016-ban induló Hálózatfejlesztési Tervet kétévente vizsgálják felül. Jelenleg 22 projektet tartalmaz összesen 1 876 kilométernyi új vezetékkel, amiből 487 el is készült 2015 közepére.

Ezeket a terveket sok kritika érte a megújulók németországi szószóló részéről, főleg azért, mert az őket alátámasztó adatokat nem hozták nyilvánosságra, ezért az eredményeket nem lehetett jobban megvizsgálni. De még a javasolt szinten is, ha szinte megduplázzuk a szélenergia-kapacitást, nem egészen 13%-kal kellene csupán bővíteni a szállítóhálózatot. A vezetékek nagy részére ráadásul nem is lenne szükség, ha a kormány a szárazföldi szélenergia-termelést támogatná a déli területeken, szemben az északi tengeri szélerőművek bővítésével. Az elmúlt években a szélenergia-szektor speciális, magasabb tornyokból és hosszabb szárnyakból álló szélturbinákat fejlesztett ki a kevéssé szeles területekre, amilyen Németország déli része. Az ilyen szárazföldi turbinákhoz nem lenne szükség annyi villanyvezetékre, ezáltal csökkenne Németország energiafordulatának összköltsége, és a szárazföldi szélenergia amúgy is jóval olcsóbb a tengeri szélenergiánál.

A napenergia szószólói közül sokan örülnének, ha a fotovoltaikus energia kötelező átvételi árát régiónként szabályoznák (ahogyan Franciaországban), hogy több naperőművet telepítsenek északon, ezzel is elősegítve a hálózati integrációt.

A hálózati fejlesztések gyakran helyi ellenállásba ütköznek (az emberek nem szívesen élnek a fejük fölött futó villanyvezetékek közelében), és a bonyolult bürokrácia és finanszírozás is lelassítja a folyamatot. A föld alatti vezetékek megoldást jelenthetnek, de drágábbak. A kormány 2016-ban úgy döntött, hogy előnyben részesíti a föld alatti kábeleket a föld felettiekkel szemben a nagyfeszültségű egyenáramú vezetékek esetében, amelyek Észak- és Dél-Németországot kötik össze. A váltóáramú vezetékekből is többet vezetnek a föld alatt, mint a korábbi tervek szerint. Az átdolgozott megújuló energia törvény részeként szó van arról is, hogy kevesebb új szélerőműparkot telepítsenek olyan helyekre, ahol szűk a hálózat keresztmetszete.

De tartsuk észben, hogy hozzávetőleg csupán 1 900 kilométernyi új vezeték telepítéséről beszélünk egy több százezer kilométerre rúgó hálózatban, amelyet kizárólag az ország atomenergiájának és fosszilis energiájának szállítása végett építettek ki.

A hálózatbővítés alternatívái

Németország megújuló szektora azonban nem várja ölbe tett kézzel, hogy a kormány megbízható hálózatot alakítson ki. A napenergia ágazat kitalálta, hogyan lehetne hatékonyabbá tenni az ultramagas feszültségű vezetékek használatát: a naperőművek „fázistoló oszcillátorként” működhetnek, hogy stabilizálják a hálózat frekvenciáját. A napenergia szektor azt reméli, hogy ezzel a megközelítéssel csökkenthető a kiépítendő vezetékek száma.

A szélenergia ágazat is tele van ötletekkel. A német jogban van egy „n+1” nevű szabályozás, ami azt mondja ki, hogy ahol új vezetéket telepítenek, oda kell egy tartalék vezeték is, amelyik meghibásodás esetén át tudja venni a vezeték kapacitását. A szélenergia szektor előállt egy megoldással, amellyel szükségtelenné válhat ez az előírás: kijelölt villanyvezetékek a megújulók összekapcsolására.

Az Európai Unió továbbá – az Energiaunió terveinek részeként – fel kívánja gyorsítani a tagállamok villamosenergia-hálózatainak összekapcsolását, hogy megerősítse a kontinens energiabiztonságát, és leszorítsa a költségeket. Ugyanakkor azonban a németországi szél- és napenergia-termelés megugrása már most is Lengyelországba és a Cseh Köztársaságba tolja az energiát, így a további európai integráció ennek a két országnak komoly kihívást jelentene. Egyes lengyel tisztségviselők már kijelentették, hogy nem növelni, hanem inkább mérsékelni kellene a hálózati kapcsolatokat Németországgal, hogy jobban tudják felügyelni saját áramhálózatukat. Ebből a célból 2016 júniusában transzformátorokat telepítenek.