Hazánk elismert tagja annak a több mint 30 országból álló nemzetközösségnek, amely atomenergiát alkalmaz a villamosenergia-termelésben. A csillebérci KFKI telephelyen működő kutatóreaktor és a Budapesti Műszaki Egyetemen működő oktatóreaktor megadja azt a kutatási és oktatási hátteret, ami szükséges ahhoz, hogy Magyarország az atomenergia értő és felelős alkalmazója legyen.
Hazánk elismert tagja annak a több mint 30 országból álló nemzetközösségnek, amely atomenergiát alkalmaz a villamosenergia-termelésben. A csillebérci KFKI telephelyen működő kutatóreaktor és a Budapesti Műszaki Egyetemen működő oktatóreaktor megadja azt a kutatási és oktatási hátteret, ami szükséges ahhoz, hogy Magyarország az atomenergia értő és felelős alkalmazója legyen.
A paksi atomerőmű jelenlegi négy, összesen 2000 megawatt (MW) beépített teljesítményű (VVER-440 típusú) blokkja évente körülbelül 15 terawattóra (TWh) villamos energiát termel, szén-dioxid-kibocsátástól mentesen. Ez éves szinten körülbelül 10 millió tonna szén-dioxid-kibocsátást takarít meg (ami azonos nagyságrendben van a hazai autópark éves kibocsátásával). A nukleáris üzemanyagot ugyan importáljuk, de a jó készletezhetőség (a törvényi előírások szerint folyamatosan két évnyi készletnek kell az országban lennie) és a könnyű szállíthatóság (akár vasúton, akár repülővel behozható az atomerőművi üzemanyag) miatt ez az importkitettség
sokkal kisebb ellátásbiztonsági kockázatot eredményez, mint a vezetékes földgáz- vagy a villamosenergia-importnak való kitettség.
Mivel a mostani paksi blokkok 50 évre meghosszabbított üzemideje 2032 és 2037 között lejár, szükséges volt időben gondoskodni a pótlásukról: ez a Paks II. kapacitás fenntartási projekt, amelynek a fő célja, hogy az új, 3+ generációs VVER-1200 típusú blokkok kiváltsák a mostani blokkokat, így biztosítva évi mintegy 19 TWh karbonsemleges villamos energia megtermelését az évszázad végéig. Ez a kapacitás gondoskodni tud arról, hogy a magyar éves áramigény mintegy harmada megtermelhető legyen nukleáris bázison, karbonsemlegesen, stabilan. Ezzel fedezni lehet a folyamatosan, állandó mennyiségben rendelkezésre álló úgynevezett zsinóráram igény jelentős részét, a fennmaradó kétharmadot pedig valamilyen más forrásból kell biztosítani. Ez célszerű és szükségszerű mind klímavédelmi, mind ellátásbiztonsági, mind pedig gazdasági szempontból is.
Az atomenergia nagy előnye a földgázhoz képest, hogy a nukleáris alapú villamos energia egységköltsége csak kismértékben (kb. 10-15 százalékban) függ az üzemanyag árától, így az energiahordozó árnövekedése kevéssé befolyásolja az – amúgy is alacsony egységköltségű – villamos energia előállítási költséget. Ezzel szemben a földgáz bázison megtermelt áram költségének mintegy háromnegyed része közvetlenül a földgáz ára. Ahogy láttuk az elmúlt hónapokban, a földgáz drágulása a szabad piacon vitte magával a villamos energia árát is – ennek éppen ez a faktor az alapvető oka.
Mi pipál le mit?
Bár Szolnoki Ádám Balázs cikkének a címe a G7 aktuális sorozatában az volt, hogy „A magyar napelemek már Paksot is lepipálják”, ez a kijelentés pontosításra szorul. A hazai naperőművi kapacitás (MW, értsd megawatt egységben) kétségkívül mintegy másfélszerese a paksi atomerőmű teljesítményének, ugyanakkor a magyar naperőművekben megtermelt áram éves mennyisége (MWh/év, értsd megawattóra-per-év egységben) mindössze negyede a paksi atomerőmű éves áramtermelésének. Egységnyi teljesítményre, mondjuk 1000 MW beépített kapacitásra vetítve a különbség tehát hatszoros az atomerőmű javára, ami azzal magyarázható, hogy az atomerőmű 90% körüli éves kihasználási tényezővel működik, míg a naperőműveink 15% körüli kihasználási tényezőt mutatnak.
Az atomerőmű éjjel is, télen is ugyanúgy termeli a villamos energiát, míg ez nem mondható el a napenergiáról.
Mondjuk akkor azt, hogy a magyar naperőművek hatékonytalanságban pipálták le a paksi atomerőművet? Lehetne akár ezt is mondani, de valójában ezek az energiaforrások más ligában játszanak. Amíg a napenergia erősen időjárásfüggő, és a teljesítménye napszakok és évszakok szerint is jelentősen és folyamatosan változik, az atomerőmű alaperőmű, így nagy kihasználási tényezővel, nagy megbízhatósággal állít elő zsinóráramot, teszi ezt ráadásul szén-dioxid kibocsátástól mentesen.
Az alaperőművekre, a zsinóráram termelésére szükség van a villamosenergia-rendszerben.
Az európai villamosenergia-rendszerben a megtermelt áram közel egynegyede, a karbonsemleges áram fele származott 2021-ben atomerőművekből. Az atomenergia a legfontosabb szereplő klímavédelmi és ellátásbiztonsági szempontból, még akkor is, ha akadnak ellenzői bőven, nemcsak a zöld szervezetek képviselői, hanem az európai politika főszereplői között is.
Éves szinten akkor lesz képes a napenergia Magyarországon annyi villamos energiát előállítani, amennyit ma a paksi atomerőmű megtermel, ha 12 000 MW naperőművi kapacitás lesz a magyar rendszerben. Ez a mai tervek szerint 2040-re következhet be. Azonban akkor is fenn fog állni az a probléma, hogy tavasszal és nyáron a naperőművek jelentősen több áramot állítanak elő, mint az az adott órában szükséges, míg az év 8760 órájának 60 százalékában 0, azaz nulla MW tényleges termelési potenciált fognak képviselni. Egy ilyen elképzelt villamosenergia-rendszer nagymértékű import és/vagy szezonális áthidalásra is képes, hálózati léptékű, nagy energiatárolók nélkül nem lesz működőképes.
A 21. század harmadik évtizedében az igazi kihívás az, hogyan tudunk olyan energiarendszert, ezen belül pedig olyan villamosenergia-rendszert alkotni, ami képes a fenntarthatósági céloknak megfelelni.
És a fenntarthatóság alatt nemcsak a környezeti, hanem a gazdasági és társadalmi fenntarthatóságot is érteni kell. Ha olyan rendszert építünk, amiben a villamosenergia-ellátás folyamatosságát nem lehet biztosítani, az a gazdaság és a társadalom működésképtelenségét okozhatja, így hiába tűnik környezeti szempontból fenntarthatónak, valójában nem lesz az.
Ezért van óriási jelentősége annak, hogy az energiarendszer továbbfejlesztésének tervezése nagy gonddal és körültekintéssel történjen meg. A napenergia mostaninál nagyobb mértékű befogadása az európai és a magyar villamosenergia-rendszerbe sok feladatot fog még adni a szakembereknek és a politikusoknak is a következő években, évtizedekben. Abban mindenképpen egyet tudok érteni Méhes Martina, az Energiaklub ügyvezetője G7-es cikkében foglaltakkal, hogy sok új technológiára, valamint oktatásra, kutatásra és innovációra van szükség ahhoz, hogy az előttünk álló energetikai átmenetet sikeresen végre lehessen hajtani. Azzal már tudnék vitatkozni, hogy tényleg a 100 százalékban megújuló energia használatra való átállás, vagy a 100 százalékban alacsony karbon vagy karbonsemleges energiamix elérése a cél.
Én az utóbbit tartom fenntarthatónak, mégpedig azért, mert a belátható időn belül rendelkezésre álló megújuló energiahordozók a mi számításaink szerint nem képesek egy fenntartható energiarendszert kiszolgálni.
Márpedig a fő cél nem a megújulók vagy a „zöld” energiahordozók alkalmazása, hanem a környezeti, társadalmi és gazdasági fenntarthatóság elérése. Ennek pedig meglátásunk szerint szerves része az atomenergia.
A jövő európai villamosenergia-ellátásának modellezése
Aktuális és feszítő kérdés, hogy milyen energiamixre is van szükség a fenntarthatósági célok eléréséhez. Ezért néhány egyetemi hallgatóval egy éve indítottunk egy projektet, amiben 19 európai ország – közte Magyarország – energiastratégiáját értékeltük, és azt vizsgáltuk, mit terveznek ezen országok kormányai 2030-ra és 2040-re a villamosenergia-igények és az erőművi portfóliók tekintetében.
Az volt a tudományos vizsgálatunk tárgya, hogy ha ellépünk a közgazdászok éves mérlegen vagy referencia időszakokon alapuló modellezési módszereitől, és órás felbontásban vesszük figyelembe a 19 vizsgált ország egyes erőműveinek (közöttük az időjárásfüggő nap- és szélerőműveknek) a terhelésváltozásait, akkor fenntartható-e a rendszer egyensúlya és a folyamatos villamosenergia-ellátás azzal az erőműrendszerrel, amit az egyes országok a saját stratégiájukban terveznek.
A vizsgálatok eredményeit egy rangos nemzetközi folyóiratban közöltük le: a szimulációk részletes adatai itt, a főbb eredmények szakmai előadás formájában pedig itt elérhetőek.
A 19 országból 16-ban azzal számolnak a kormányok, hogy a következő két évtizedben jelentősen nőni fog a villamosenergia-igény (lásd alább ábrát). Az energiahatékonysági és energiatakarékossági programok az áramfelhasználásban nem lesznek képesek kompenzálni az ipar és a gazdaság elektrifikációjából származó áramigény-növekedést, így a gazdaságok egyre inkább villamos energiára fogják alapozni energiaellátásukat. A dekarbonizáció sikere ennek következtében nyilván még inkább attól fog függeni, hogy a villamosenergia-termelést mennyire tudjuk mentesíteni a fosszilis energiahordozóktól.
A 2030-ra és 2040-re elvégzett, órás felbontású komplex számítások azt mutatják, hogy a jelenlegi nemzeti energiastratégiák mentén a legtöbb vizsgált ország nem képes teljesíteni a klímavédelmi célkitűzéseit, mert nem tudnak 90 százalékban karbonsemleges módon villamos energiát termelni. A legtöbb európai ország a napenergia jelentős fejlesztésében gondolkodik, de a folyamatos villamosenergia-ellátás feltételei nincsenek biztosítva. Azok az országok tudják meglépni a 90%-os klímasemleges áramtermelési célkitűzést (lásd alább az ábrát), ahol a következő évtizedben is megmarad az atomenergia az energiamixben. A németek láthatóan messze elmaradnak a 90 százalékos karbonsemlegességi céltól, ami nem is csoda, hiszen a 2021.végén leállított és a 2022. végén leállítandó három-három atomerőművi blokk termelését valójában földgázbázisú árammal kénytelenek kiváltani, ami összességében növeli a német villamosenergia-szektor üvegházhatású-gázkibocsátását.
Vegyük példaként Magyarországot: a 2040-re tervezett 12 000 MW naperőművi kapacitás jóval meghaladja a rendszer 2040-re várható csúcsigényét. Az órás felbontású szimulációink azt mutatják, hogy a nap- és szélenergia túltermelés befogadására akár 7000 MW pillanatnyi kapacitású tárolóra is szükség lehet. (Csak viszonyításként, az alpesi Ausztria teljes szivattyús tározós vízerőművi kapacitása kb. 10 000 MW.) Ha a tárolást hidrogén segítségével kívánjuk megoldani, akkor éves szinten mintegy 70 000 tonna (800 millió köbméter) hidrogént kellene előállítani és átmenetileg tárolni.
A számításaink szerint, ha 2040-ben minden fosszilis és nem hazai forrást el akarunk kerülni a hazai villamosenergia-ellátásban, akkor évente összesen mintegy 630 000 tonna (7 milliárd köbméter) hidrogén előállítására, tárolására majd újrafelhasználásra van szükség. Ha figyelembe vesszük, hogy a jelenlegi hidrogénstratégia 2030-ra 240 MW elektrolízis kapacitással, illetve 20 000 tonna karbonszegény és 16 000 tonna zöld hidrogén előállításával számol, érzékelhetjük, milyen nagy feladat áll előttünk.
Összegzés
A számítási eredmények megerősítik, hogy sem az áramtermelésben, sem pedig az energiatárolásban nem egyetlen technológia lesz az, ami képes az összes kihívással megküzdeni. A hazai áramtermelésben gondolkodni kellene a Paks II. mellett további nukleáris kapacitások létesítésén. Az energiatárolásban a különböző akkumulátorok, a hidrogén és a szivattyús tározós vízenergia hazai alkalmazása adhatja meg a környezeti, társadalmi és gazdasági szempontból is fenntartható válaszokat.
Zárásként a fenntarthatóságra visszatérve, helytelennek tartom azt a Magyarországon mára kialakult gyakorlatot, hogy nagy, 10 MW teljesítménytartományba eső (20 hektárnál is nagyobb területigényű) naperőműveket magas aranykorona értékű földterületekre telepítenek csak azért, mert a nagy egybefüggő telek kedvező villamos hálózati csatlakozási hozzáféréssel bír. A napenergia – megítélésem szerint – nem teljesíti a priori a fenntarthatóság feltételeit csak azért, mert megújuló energia alkalmazásról van szó, hiszen ha értékes mezőgazdasági termőterületet foglal el, akkor nem vesz figyelembe fontos környezeti és társadalmi aspektusokat. Ugyanígy a biomassza-hasznosítás hiába minősülne a priori „zöldnek”, attól még megvalósítható egy hegyoldal vagy egy erdőterület tönkretételével, aminek következtében nem lesz fenntartható és nem fogja szolgálni a klímavédelmet sem.
Nem attól lesz az energiatermelés fenntartható vagy nem fenntartható, hogy zöldnek, pirosnak vagy éppen sárgának bélyegzik. Akkor lesz fenntartható, ha a fenntarthatóság környezeti, társadalmi és gazdasági aspektusait figyelembe véve, az ebből származó követelményeket betartva valósítják meg.
Az atomenergia életciklusra vonatkoztatott fajlagos üvegházhatású-gázkibocsátása alacsonyabb, mint a nap- és a szélenergia esetében. Az atomenergia biztonságos alkalmazása jól szolgálja a klímavédelmet, ráadásul teszi ezt olcsón, az ellátásbiztonság – a magas rendelkezésre állás és a gyakorlatilag folyamatos termelés – követelményeit is teljesítve, így a fenntarthatóság környezeti, gazdasági és társadalmi pilléréhez is hozzájárul.
A körforgásos gazdaságra való átállás az atomenergia esetében nemcsak hogy megvalósítható, hanem kifejezetten megvalósítandó a kiégett üzemanyag újrahasznosításával. A fentiek miatt az atomenergia belefoglalása az EU taxonómia rendeletébe szükséges, sőt elengedhetetlen volt. A részletszabályoknak is olyanoknak kell lenniük, hogy az európai atomenergia projektek fenntartható finanszírozását ne zárja ki – sőt, kifejezetten tegye lehetővé.
Köszönetnyilvánítás: A fenti számítások elvégzésében Biró Bence egyetemi hallgató közreműködött.https://g7.hu/kozelet/20220216/mi-az-amit-az-atom-tud-a-megujulok-nem/
