Barion Pixel

Villanyszerelők Lapja

Energetika

A kapacitáshiány és a megújulók

2021/5. lapszám | Hárfás Zsolt |  8092 |

A kapacitáshiány és a megújulók

Bizonyára nagyon gyakran nem is gondolunk bele, hogy a villamos energia a világ fejlettségének mai szintjén olyanná vált számunkra, mint a levegő vagy a víz. Ez csak akkor tudatosul bennünk, amikor hirtelen elsötétül minden, leáll a fűtés, nem működik a hűtőszekrény, nem folyik a csapból a víz, mert nincs, ami fenntartsa a nyomást a rendszerben, ráadásul még egy kávét sem tudunk főzni, mert a kávéfőző is árammal működik.

Szerencsére az európai országok összekapcsolt villamosenergia-rendszerei jobbára megbízhatóan működnek, viszont figyelmeztető jel, hogy 2021. január 8-án, pénteken csak egy hajszál választott el bennünket egy kijózanító, Európa-szintű masszív áramszünettől, ami nem az első eset volt. Az egyik ok: egyes nyugat-európai országok elhibázott energiapolitikát folytatnak a megújuló energiaforrások erőltetett ütemű és átgondolatlan rendszerbe állításával. Emiatt pedig bármikor bekövetkezhet egy nagyobb áramszünet Európában. Nézzük a további okokat!

A kritikus 14 másodperc

2021. január 8-án, pénteken közép-európai idő szerint 14 óra 05 perc körül az európai hálózaton hirtelen – 14 másodpercen belül – frekvenciaesés történt. Ennek hatására az európai villamosenergia-rendszerről leszakadt a dél-európai térség. A közel másfél órás áramszünet Szerbiát, Horvátországot és Romániát is érintette.

Az első dominó a sorban

A rendszerszintű esemény kiindulópontja a magyar határtól 50 kilométerre fekvő horvátországi ernestinovói (Ernőháza) alállomás volt. Nos, ezen a bizonyos horvát alállomáson a két gyűjtősínt összekötő sínáthidaló túláramvédelme január 8-án 14 óra 5 perc körül lekapcsolta ezt a rendszerelemet, azaz megszakította a délkelet-északnyugati irányú áramlást. Ez azonban csak a kezdet volt, hiszen az első dominó után jött a többi. Az áramlások a szomszédos vezetékek felé terelődtek, ám ezek túláramvédelme ezeket is sorban lekapcsolta. A végeredmény már ismert: az egységes kontinentális európai villamosenergia-rendszer két részre szakadt (1. ábra). A szétszakadás következtében Európa északnyugati térségében 6300 MW teljesítményhiány, délkeleten pedig 6300 MW teljesítménytöbblet lépett fel.

1. ábra: A kontinentális európai villamosenergia-rendszer szétszakadása. Forrás: ENTSO-E

Nyugat-Európában nem volt elég áram ezen a napon

Ezen a napon szokatlanul magas volt a villamosenergia-export Délkelet-Európából Nyugatra, ez pedig túlterhelte a horvát alállomást. A mögöttes ok egyrészt a hideg időjárás miatt bekövetkezett fogyasztásnövekedés volt szerte Európában, másrészt az, hogy az időjárásfüggő nap- és szélerőművek termelése minimális volt az egész kontinensen, ezért kapacitáshiány alakult ki Nyugat-Európában. Ez azt jelenti, hogy az adott időszakban nem állt rendelkezésre elegendő erőművi kapacitás a villamosenergia-fogyasztók maradéktalan kiszolgálására, ami miatt Délkelet-Európából áramlott, illetve áramlott volna a villamos energia nyugatra.

Mennyi is 6300 MW kapacitáshiány?

Az 1 163 000 MW (2018. évi adat, újabb még nem áll rendelkezésre) összeurópai kapacitáshoz képest a 6300 MW villamosenergia-hiány ugyan elenyésző, ám mégis majdnem elsötétült már ennyi hiány miatt is Európa! Itthonról nézve a 6300 MW teljesítmény persze sok, hiszen Magyarországon a januári 8-i esemény időpontjában alig volt több – 6400 MW – a rendszerterhelés. Vagyis Nyugat-Európában a villamosenergia-hiány annyi volt, mint amennyi a magyarországi aktuális fogyasztás.

Az igazi kérdés az, hogy mi lesz akkor, ha klímavédelmi okokból és az erőművek elöregedése miatt kiesik az európai rendszerből a 170 000 MW szénerőművi kapacitás? Mindeközben jórészt politikai és nem szakpolitikai megfontolásokból egyes országok, élükön Németországgal, a még üzemelő atomerőművi blokkjaikat is le kívánják állítani. A németeknél ráadásul 2022 végéig leáll az összes atomerőmű, és 2038-ig az összes szénerőművet is bezárják. Ez azt eredményezi, hogy 52 000 MW alaperőművi, folyamatos termelésre képes erőművi kapacitás fog kiesni a német (és az európai) rendszerből. A megújulókkal, különösen nap- és szélerőművekkel ez az állandóan rendelkezésre álló kapacitás nem pótolható.

Áramszünet, áramkorlátozás

Az esemény hatására pl. csak Franciaországban 16 ipartelep áramfogyasztását kellett azonnal korlátozni, aminek köszönhetően mintegy 1300 MW-tal tudott csökkenni a francia rendszerterhelés. Romániában, például Kolozsváron a fizető parkoló sorompói nem nyíltak fel, a közlekedési jelzőlámpák fényei kialudtak, sokan a liftekben rekedtek, az Azomures kombinát vegyi anyagokat bocsátott ki a légkörbe, mert az üzem több berendezése is leállt. Az üzem légterében barnás-vöröses felhő jelent meg, a salétromsavat előállító berendezés leállása miatt.

Az áramszünetek következményei azonban még tragikusabbak lehetnek. 2019-ben a venezuelai ötnapos áramkimaradás miatt legalább 26 embert halt meg csak azért, mert a kórházakat váratlanul érte a helyzet. Egyes kórházakban a generátorok nem működtek, máshol csak annyi áram volt, hogy néhány kritikus osztály működhessen.

Az osztrák közműcégek nagyon aggódnak

Ausztria egyik legnagyobb áramszolgáltatója, a Wien Energie közleménye szerint Európa csak alig tudta elkerülni a nagyobb áramszünetet. Erőműveik ugyan éjjel-nappal rendelkezésre állnak az ehhez hasonló események kezelésére, de véleményük szerint az utólagos „tűzoltás” hosszú távon nem életképes.  Különösen azért nem, mert az ilyen „tűzoltási műveletek” száma mára tömegessé vált. Néhány évvel korábban ugyanis a Wien Energienek évente csak 15 alkalommal kellett rövid időn belül felgyorsítania az áramtermelést, de az utóbbi években erre évente már akár 240-szer is szükség volt a hálózat stabilizálása érdekében.

Az ok a megújulók fokozódó terjeszkedése. A szél- és naperőművek ingadozó áramtermelése azt jelenti, hogy a villamosenergia-hálózatok egyre nagyobb ingadozásoknak vannak kitéve. Az osztrák közlemény azt is kiemeli, hogy a klímavédelmi kérdések mellett az ellátásbiztonság a legfontosabb, ezért elengedhetetlenek a gázerőművek, amelyek gyorsan és az időjárástól függetlenül képesek egykettőre elindulni és kiegyensúlyozni a rendszert. 

Joggal nevezhetjük jelzésértékűnek azt, ha egy olyan abszolút megújulópárti ország, mint Ausztria egyik vezető energetikai cége kezd el aggódni Európa energetikai állapota miatt…

Ausztria csapdahelyzetben

Az atomerőmű-ellenes Ausztria a nap- és szélerőműveinek hektikus termelése miatt láthatóan egyre jobban támaszkodik a gázerőművekre, sőt, ha nem elegendő a gázerőművi kapacitás, akkor a szomszédos országokból importál energiát. Németországból, Csehországból, Szlovákiából és Magyarországról, ami azt is jelenti, hogy ilyenkor – bárhogy is nézzük – atomenergiát is felhasználnak, hiszen ezekben az országokban a villamosenergia-termeléshez jelentős mértékben járulnak hozzá az atomerőművek. Ebből is látszik, hogy az időjárásfüggő megújuló energiaforrások nyakló nélküli rendszerbe állítása nemcsak a saját energiarendszert destabilizálja, hanem hatással van a szomszédos országok energiarendszereire is. Miközben gomba módra szaporodnak a szélkerekek és a napelemek, óhatatlanul gázerőműveket kell építeni az ellátásbiztonság érdekében. Arról nem is beszélve, hogy ezen időszakban Olaszország és Spanyolország is hiányt szenvedett, ezért ők is jelentős importra szorultak.

A német helyzet

A január 8-án történt súlyos hálózati zavar megszüntetésében milyen szerepet töltöttek be az immár csaknem 116 000 MW kapacitást képviselő német nap- és szélerőművek? Sajnos, ez inkább költői kérdés, hiszen a válasz: semmilyet.

A német nap- és szélerőművek egész nap és az európai rendszer frekvenciájának jelentős esése alatt is alig termeltek. Ezen időszakban a német rendszerterhelés 70 000 MW volt, amelyből a szélerőművek mintegy 4000 MW-ot, a naperőművek pedig csak 1500 MW-ot biztosítottak. Ezen időjárásfüggők tehát áramtermelésükkel nemigen segítették az európai egyensúly helyreállítását, már csak azért sem, mert frekvenciaszabályozásban sem tudnak részt venni. 

Ezen a napon a villamosenergia-fogyasztás kielégítéséhez szükséges áramot döntően, közel 80 százalékban a német gáz-, szén- és atomerőművek termelték meg, hiszen a nap- és szélerőművek már hosszú hetek, hónapok óta alig tudnak villamos energiát termelni (2. ábra). Ilyen időjárásfüggő erőművekkel nem lehet ellátásbiztonságot garantálni. Arról nem is beszélve, hogy Németország sok esetben – például Ausztriához hasonlóan – szintén a szomszédos országokból kényszerül villamos energiát importálni a német fogyasztók maradéktalan ellátása érdekében.

2. ábra: A németországi villamosenergia-termelés összetétele 2021. január 8-án (TWh).

A németek azzal sem foglalkoznak, hogy az egyre növekvő óriási, nap- és szélerőművi kapacitás milyen súlyos hatást gyakorol az európai villamosenergia-hálózatra nemcsak akkor, amikor alig termelnek, hanem akkor is, amikor optimálisak az időjárási viszonyok (süt a nap és erősen fúj a szél). Ekkor a rengeteg villamos energia kényszerexportként szabadul rá az európai hálózatra, miután nem megoldott a felesleg tárolása, ami megint csak rendszerszintű problémát okoz.

Gondolkozzunk egy kicsit! Összesen 6300 MW hiányzott az európai rendszerből. Németország az elmúlt 11 évben a politikai okokból leállított atomerőművei révén 12 000 MW folyamatosan termelni képes kapacitást vett ki a rendszerből. Ha például ezek most rendelkezésre álltak volna, akkor nem kellene most a január 8-i üzemzavarról beszélni.

Magyarországon sem jeleskedtek a megújulók

Magyarországon – Európa többi országához hasonlóan – ezen a napon a termelés döntő részét az alaperőművek (atom-, szén- és gázerőmű) biztosították. A naperőművek teljesítménye 120–130 MW (a közel 1400 MW beépített teljesítményből) között mozgott az európai rendszerszintű üzemzavar idején (3. ábra).

3. ábra: A hazai nap- és szélerőművek teljesítménye 2021. január 8-án, 0–24 óra között, negyedórás adatokat figyelembe véve (MW).

A szélerőművek különösen alulteljesítettek, hiszen egész nap mínusz 1,12 MW és 9 MW között változott a teljesítményük, miközben a beépített kapacitásuk 320 MW! Ezen a napon a hazai szélerőműveknek 53 (!) olyan negyedórás időszaka volt, amikor negatív volt a teljesítményük, azaz az önfogyasztásuk magasabb volt, mint a termelésük.

Nincs sok okunk a derűre

A január 8-i esemény kiindulópontja egy hálózati elem kiesése volt, ami rendszerszinten minimálisnak nevezhető, 6300 MW-os kapacitáshiányra volt visszavezethető. A hiány abból adódott, hogy Európában megnövekedett a villamosenergia-fogyasztás, a megújulók, különösen a nap- és szélerőművek viszont Európa-szerte alig tudtak termelni, miközben már a beépített összeurópai kapacitások mintegy felét adják!  Közben nagyon úgy tűnik, hogy nem állt rendelkezésre elégséges tartalékkapacitás sem.

Ha nem lesz a jövőben elegendő alaperőművi kapacitás és elégséges tartalék, és közben folytatódik az időjárásfüggő megújulók erőltetett ütemű térnyerése, Európa energiarendszere a mostaninál is súlyosabb zavarokkal lesz kénytelen szembesülni. Ez az eset megmutatta, hogy aki az importra számít, rossz lóra tesz. 

Az ellátásbiztonságot csak és kizárólag úgy lehet maximálisan biztosítani, ha minden ország közel annyi villamos energiát fogyaszt, mint amennyit termel. Ha nem így lesz, akkor az alaperőművi kapacitások kiesésével és a megújulók további rohamos terjedésével a villamosenergia-hálózatok egyre nagyobb és összetettebb igénybevételnek lesznek kitéve. Egy idő után pedig el fog érkezni egy olyan pont, amikor már egy olyan hálózati üzemzavar, mint a január 8-ai, nem lesz kezelhető!

Átfogóan és szakmai alapokon kell fejleszteni az európai villamosenergia-rendszert. Minden országban megfelelő mértékben rendelkezésre kell állnia azoknak az alaperőművi termelést biztosítani képes erőműveknek és tartalék kapacitásoknak, amelyek minden időpillanatban, a pillanatnyi fogyasztásnak megfelelően képesek a villamosenergia-termelésre, hiszen mindezek nélkül az időjárásfüggő megújulók jelentős arányú rendszerbe állítása csak tovább súlyosbítja a helyzetet. Emellett pedig európai szinten feltétlenül szükség lesz a hálózati kapcsolatok vizsgálatára és a szükséges mértékű fejlesztésére is. Európa remélhetőleg okul a történtekből, hiszen ezt az eseményt egy intő példának kell tekinteni!

ElosztóhálózatEnergetikaFrekvenciaszabályozás

Kapcsolódó