A SZÉLENERGIAHASZNOSÍTÁS PERSPEKTÍVÁI AZ EURÓPAI UNI ÓBAN ÉS MAGYARORSZÁGON Dr. Tóth Péter1 – Bíróné Kircsi Andrea2 1
Széchenyi István Egyetem, Környezetmérnöki Tanszék, 9026 Győr Egyetem tér 1,
[email protected] Debreceni Egyetem, Meteorológiai Tanszék, 4010 Debrecen Pf. 13,
[email protected]
2
Összefoglalás. A szélenergia piac 2006 folyamán dinamikusan fejlődött világszerte. A beruházások értéke egyre jelentősebb, noha a kínálkozó lehetőségeket még koránt sem használjuk ki teljesen. A világban, Európában és Magyarországon az ellátásbiztonság növelése, a klímaváltozás elleni küzdelem részeként kapnak szerepet a meg újuló energiaforrások, ezen belül a szélenergia. A szélenergia hasznosítás jövőbeli fejlődésének lehetőségeit az energiapolitikai döntések , a technológia fejlődés mellett a fajlagos költségcsökkentés nagyságrendje, illetve a jövőbeli gazdasági és társadalmi támogatottsága határozza meg. Abstract: Perspectives of utilization of wind energy in EU and in Hungary . Throughout 2006 the wind energy market developed dynamically worldwide scale. Investment in this sector is more and more notable though we do not utilization of our all possibilities. Renewable energy sources and inside wind energy can growth as part of increasing of safety energy supply and of struggling against climate change in Hungary, in European Unio and in the world. That how can develop wind energy in the future depend on policy, development of technology, of the order of specific cost reduction and on subsidy and social support.
Bevezetés Az Európai Unió a világ legnagyobb energiaimportőre, hiszen energiaszükségletének alig fe lét termeli hazai forrásokból, másik felét EUn kívüli országokból importálja. Az energiafo gyasztási előrejelzések szerint a világ energia felhasználása évente 12 %kal fog növekedni. Európában ugyan várhatóan lassabban mint a fejlődő országokban, azonban előbb utóbb elke rülhetetlen, hogy versenyezni kell az energiaforrások megszerzéséért. A kőolajpiac rendkívül érzékenyen reagál a világban zajló konfliktusokra, politikai instabili tásra különösen olyan területen, ahol a kitermelő infrastruktúra, illetve a hosszú távú kőolaj tartalékok találhatóak. Európa földgázzal történő biztonságos ellátásának megkönnyítéséhez milliárd eurós beruházások szükségesek, hiszen az elérhető készletek mellett az energiahordo zó folyamatos, biztonságos tranzitja épp olyan fontos. Világszerte hatalmas, 220 évre elegen dő szénkészletek állnak ugyan rendelkezésre, azonban a hagyományos energia átalakítási technológiával történő felhasználás mellett jelentős széndioxid kibocsátást jelentenek. Létez nek már tiszta szén technológiák, azonban alkalmazásuk jelenleg még nagyon költséges. A nukleáris energia felhasználásának az előnyök mellettnincs üvegházhatású gáz kibocsátás hosszú évtizedekre meghatározó hátrányai vannakkis és közepes aktivitású hulladékok, ki égett fűtőelemek tárolása, biztonságos őrzése mely révén számos európai országban nem kap elegendő társadalmi támogatást. A megújuló energiaforrások népszerűek, Európa számos megújuló energia technológia terén úttörő és világszerte meghatározó szerepet tölt be. Elsősorban a szél, napenergia, illetve a bioüzemanyagok terén történtek jelentős beruházások, melyek hozzájárulnak az EU kyotói vállalásának teljesítéséhez, az európai emissziókereskedelem fejlődéséhez. A jelenlegi euró pai energiapolitikát és jövőre vonatkozó stratégiát sok fontos szempont mellet főként a klíma változás elleni küzdelem határozza meg, melyben komoly szerepet kaphat a szélenergia hasz nosítása.
A szélenergia hasznosítás helyzete a világban és Európában A Globális Szélenergia Tanács (GWEC, 2007) adatai szerint 2006 végére a Földön összesen 74 223MW szélerőmű termelt villamos energiát (1. ábra). Az elmúlt évben 15 200MW új szélerőművet állítottak üzembe, amelyek a Worldwatch Institute számításai szerint 43 millió tonna CO2 kibocsátástól óvta meg a földi légkört (43 millió tonna CO2 megfelel 23db USA beli átlagos méretű szénerőmű, vagy 8 millió személygépkocsi éves széndioxid emissziójá val). 80000 70000
E urope a n Unio
Globa l
60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 MW
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
1. ábra Telepített szélerőmű kapacitások alakulása a világon (GWEC, 2007)
A szélenergia ipar tekintélyes vezetője továbbra is Európa 65,4% részaránnyal (48 027MW), azonban a dinamikusan fejlődő északamerikai piac (USA (11603MW) és Kanada (1459MW)) mellett a fejlődés központja egyre inkább Ázsia (elsősorban India (6270MW), Kína (2604MW) és Japán (1394MW)). Tavalyi évben világszerte közel 22 milliárd dollárt fektettek a szélenergia iparba. A Föld közel 50 országában hasznosítják ipari célra és 13 országban üzemel több mint 1000MWnyi szél erőmű. Ezen országok szinte mindegyike jelentős energiaimportőr, míg mások tekintélyes fosszilis energiakészletekkel rendelkeznek, vagy számottevő az atomenergia felhasználása. Ennek ellenére ezekben az országokban és a világ egyre több részén az ellátásbiztonság növe lésére hivatkozva, másrészt a klímaváltozás elleni küzdelem részeként az utóbbi években az energiapolitika részévé vált a megújuló energiaforrások, és ezen belül a szélenergia ipari mé retű hasznosításának ösztönzése. A fejlődő országokban a kiotói megállapodáshoz kapcsolódó CDM (Clean Development Me chanism) projektek keretében építenek évente több száz szélerőművet, de például India a szél energia ipar munkahelyteremtő képességét kihasználva szélturbinagyártó cégek alapításában is jeleskedik. Ezek gyakran az európai knowhow tudást hasznosítják. A vállalatok mára nem csak az ázsiai piacot látják el, hanem az európai piacon tőkeerős befektetőként is megjelen nek. Például 2007ben a Suzlon indiai szélturbinagyártó vállalat befolyást szerzett a német érdekeltségű Repower Systems részvénytársaságnál. Ez utóbbi vállalkozás építette meg egyéb ként Európa első 5 MW teljesítményű szélerőművét. Az Európai Szélenergia Társaság (EWEA) szerint az európai piac 2006ban 7 588 MW újon nan telepített szélerőmű kapacitással bővült (2. ábra), a növekedés 23% 2005 végéhez képest. Beruházások értéke 2006ban elérte a 9 milliárd €t. Az elmúlt 7 év során Európában az újon nan létesített energiatermelő kapacitások sorában a földgáz tüzelésű erőművek után (2006ban
Európában közel 8500 MW gázmotoros erőművet adtak át) legnagyobb számban szélerőmű veket telepítettek. Az Európai Unióban (EU27) működő összesített szélenergia kapacitás eléri a 48 027 MWot. Egy átlagosan szeles évben ennyi szélerőmű közel 100 TWh villamosenergia termelését bizto sítja, amely az Európai Unió teljes energiafelhasználásának közel 3,3%val egyenlő. Ez Ma gyarország teljes villamosenergiafelhasználásának több mint kétszeresével egyenlő nagyság rendű! A szélenergia piac az elmúlt években hasonlóan bővült, mint az atomenergia a ’70es években. 9000
European Unio
8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 MW 1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2. ábra Évente telepített szélerőmű kapacitás alakulása Európában (EWEA, 2007)
Az európai szélenergia piacon továbbra is Németország és Spanyolország a két legnagyobb befektető. Ez a két ország tudhatja magáénak a piac több mint 50%át. A piac egészséges fej lődését igazolja, hogy az európai országok második hulláma is egyre inkább beruház a szél energia hasznosításba. A harmadik helyre zárkózott fel telepített szélenergiakapacitásokat il letően Franciaország. Ez azért is meglepő mert Franciaország hagyományosan atomenergia párti. Franciaországot Portugália, az Egyesült Királyság, Olaszország és Írország követi a rangsorban. Az EU újonnan csatlakozott országaiban a 2005. évi 60 MW kapacitás 2006 végére meghá romszorozódott, 2006ban elérte a 183 MWot. Ez a fejlődés azonban főként három ország nak volt köszönhető: Lengyelországnak (69,3 MW) , Litvániának (49,05 MW) és Magyaror szágnak (43,4MW). Bulgáriában 22 MW, míg Romániában 1,3 MW teljesítményű szélerőmű vet helyeztek tavaly üzembe. A jövőben ezekben az országokban is várhatóan dinamikusan bővülni fog a szélenergia hasznosítása amennyiben a politikai akarat mellett a befektetők bíz hatnak a megfelelő jogi és gazdasági feltételek megteremtésében. A szélenergia hasznosítás helyzete Magyarországon A magyarországi szélenergiapotenciál feltáró kutatás adatai alapján (Hunyár et al, 2006) 75m magasságban, minden korlátozó tényezőt figyelembe véve, 75m rotor átmérőjű szélerőmű vekkel technikailag kinyerhető szélenergia potenciál 56TWh/év nagyságrendű. Az ország te rületének 43%án 75 m magasságban már eléri a szél átlagos sebessége a gazdaságosan hasz nosítható értéket. Ha csak a legszelesebbnek ítélt területeken hasznosítanánk a szél energiá ját 100m oszlopmagasságú, 100m turbina lapát átmérőjű 2MW teljesítményű hálózatra terme
lő szélerőművekkel, akkor akár hazánk villamos energiaszükségletének felét is megtermelhet nénk az ország területének mindössze 4,5%án (Hunyár et al. 2006). A Magyar Szélenergia Társaság információi szerint 2006 folyamán Magyarországon nyolc helyszínen összesen 43,400 MW új szélerőmű kapacitás épült fel. A tavalyi év során a Ma gyar Energia Hivatal adatai szerint 38,7 GWh villamos energiát termeltek a magyarországi szélerőművek, amely az összes energiatermeléshez képes csupán néhány tízezred nagyságren det jelent. Ebben az évben, 2007 augusztusáig mindössze 3 darab 800kW, azaz összesen 2,4 MW új szélerőmű épült fel és termel villamos energiát hálózatra. A legutóbb Mosonszolnok, Csorna és Mecsér települések határában felállított szélerőművekkel együtt az országban tehát össze sen 42 darab, összesen 63,275 MW szélerőmű üzemel főként a Kisalföldön (3. ábra). A nap jainkban létesülő szélerőművek 75100m magas oszlopokon üzemelnek annak érdekében, hogy minél gazdaságosabb legyen működésük, és minél inkább kihasználják a magassággal növekvő, rendelkezésre álló szélpotenciált.
3. ábra Szélerőművek, szélparkok elhelyezkedése Magyarországon (Magyar Szélenergia Társaság)
Jelenleg a szélerőművek nem képviselnek olyan nagyságrendet a villamosenergiarendszeren belül, hogy annak összeomlását, vagy szabályozhatatlanságát elő tudnák idézni. Ebből kifo lyólag téves azaz az álláspont, hogy szivattyús tározós erőművet a szélerőművek ingadozó tel jesítményének kiszabályozása miatt kellene megépíteni Magyarországon. Részletes szélelőre jelzések segítségével, illetve megújulókiserőműves mérlegkör szervezésével az időjárásfüggő megújuló energiaforrásokból történő villamosenergiatermelés szabályozási igénye műszaki lag gyakorlatilag megoldható. Tény, hogy 2010ig a befektetői szándékok ellenére a villamosenergiarendszer szabályozási problémáira hivatkozva összesen 330 MW szélerőmű állhat üzembe hazánkban főként a leg
szelesebbnek tartott ÉszakDunántúlon. Az erre vonatkozó engedélyeket már kiadták. Továb bi szélerőművek létesítésének jelenleg tehát elsősorban adminisztratív akadályai vannak, azaz nem kapnak az Magyar Energia Hivataltól (MEH) a létesítésre és a villamosenergiatermelés re engedélyt. Ebben az engedélyben határozza meg a MEH a kötelezően átveendő villamos energia mennyiségét (kvóta), illetve a működés időtartamát. Magyarországon jelenleg tehát a szélerőművekre vonatkozóan nem csak egy rendszerszintű kapacitáskorlát van (2010ig 330 MW), hanem a már üzemelő berendezésekre termelési korlátot is előírnak. Egy évben egy szélerőmű a típusától függően a kötelező, támogatott árú átvétel keretében az engedélyben meghatározott mennyiségű villamos energiát adhat hálózatra. Az igénybe vett támogatások (PHARE CBC) függvényében pedig a kötelező támogatott árú átvétel időtartamát csökkentet ték (Újrónafő,Vép). A befektetői igényeket jól mutatja, hogy 2006ban összesen 132 db engedélykérelmet bírált el a MEH 1787 MW kapacitással, amelyből 49 db projekt volt sikeres a 2006ig létesült erőmű vekkel együtt! A 330 MWnyi szélerőmű 717 GWh villamos energiát adhat kötelező támoga tott árú átvétel keretében hálózatra a jövőben (Ábraham et al., 2007). Magyarországon szélenergiát nem csak hálózatra csatlakozó, ipari méretű szélerőművekkel lehet hasznosítani. Hazánkban gyártanak és forgalmaznak néhány W néhány kW névleges teljesítményű szélgenerátorokat, szélerőgépeket, amelyek háztartások villamos energiaigényét képesek kisegíteni. Magyarországon a tanyavillamosítás lehetséges eszközei a nap és szél energiát hasznosító hibrid rendszerek, amelyek hálózattól távol fekvő területeken szigetüzem ben képesek komfortot biztosítani. A rendszerszintű és termelési korlátok mellett ezeknek a háztartási méretű szélerőműveknek létesítésére van esély a jövőben (KEOP pályázat). Szélenergia hasznosítás jövője A szélenergia potenciált illetően nem kell aggódnunk, ugyanis az elmúlt 50 évben nagy tér ségre vonatkoztatva a szél erősségében nincs egyirányú változás, azaz az északi félgömb leve gő hőmérsékletében tapasztalható egyértelmű melegedés mellett a szél sebessége nem csök kent. Európa nem csak szárazföldi, hanem tengeri szélpotenciálja is lényegesen nagyobb, mint amennyit jelenleg ténylegesen kihasználunk. A szélenergia ipar tehát optimista a szélenergia potenciál jövőbeli meglétében, azaz képes lesz 2020, 2030 időszakra vonatkozó célkitűzéseket teljesíteni, mint ahogyan eddig is tette. Piaci elemzők szerint Európában a jelenlegi növekedési trend el fog maradni a világátlagtól a jövőben, azaz a fejlődés legfontosabb régióivá Ázsia és Amerika fog válni. Európában ennek ellenére 2010re közel 80 GW, 2020ra 180 GW, míg 2030ra 300 GW (EWEA, 2006; GWEC, 2006) összes szélenergia kapacitásra számítanak. A jövőre vonatkozó forgatókönyvek szerint a szél részesedése az elektromos áram termelésében markánsan nőhet, 2010re meghaladhatja az 5%ot, 2020ra 13,4%ot, míg 2030ra elérheti akár a 22%ot is. Ekkora nagyságrend közel 300 GW szélerőmű kapacitásból származhatna. Ez azonban nem feltétlenül jelenti azt, hogy minden talpalatnyi területre szélerőmű parkokat kellene építeni. Az elmúlt két évtizedben nem csak a szélenergia piac, hanem az alkalmazott technológia is rendkívül sokat fejlődött (4. ábra). A jelenlegi szélerőművek már közel 180szor több energiát képesek termelni fele akkora fajlagos költséggel, mint 20 évvel ezelőtti elődeik. Az átlagos turbinaméret 2004ben 1,3 MW volt onshore, míg 2,1 MW offshore telepítések esetén. 2006 ban már megközelítette a 2 MWot a szárazföldre telepített szélerőművek átlagos teljesítmé nye Európában. Elkészült az első 5 MWos szélerőmű beruházása, amely nagyon fontos lépés az offshore piac jövőbeli fejlődése szempontjából.
4. ábra A szélerőművek méretének a növekedésének hatása a kinyerhető teljesítményre (TPWIND, 2006)
2005ben 83TWh villamosenergiatermelés 40,5GW szélerőmű kapacitásból származott Eu rópában, és ezt 47 000 szélerőmű termelte. A 300 GW célkitűzés 75 000 darab átlagosan 2 MW teljesítményű onshore berendezésekkel, míg 15 000 db átlagosan 10 MW teljesítményű offshore szélerőművel érhető el (TPWIND, 2006). Azaz a folyamatosan növekvő teljesítmé nyek miatt a jelenleg üzemelő szélerőművek kétszerese képes lehet 20szor több villamosener giatermelésre 2030ra. A jövőre vonatkozó trendek becslésekor természetesen figyelembe kell venni, hogy az ipari méretű szélerőművek átlagos kapacitás kihasználtsági tényezője a hagyományos erőműtípus hoz hasonlítva alacsony. Telepítési helyszíntől és széljárástól függően 1745% (IEA, 2005). Az ambiciózus célkitűzések eléréséhez várhatóan a dinamikus technológiai fejlődés mellett a kontinens területének már közel 1%a elegendő lesz a tervek megvalósításához. 2030ig na gyon komoly szerepet szánnak a ma még nagyon kis szegmenst képviselő offshore szélenergia piacnak. A „nagy teljesítményű turbina” fejlesztés gyakorlatilag az offshore piac fejlődését alapozza meg. Számos kérdés nem teljesen megoldott ezen a téren, azonban egy dolog vilá gos, a költségeket mérsékelni kell a jövőben. Természetesen a technológiai fejlesztések elke rülhetetlenek, hogy a kívánt teljesítmény növelést meg lehessen valósítani. Ilyen módon 2020 ra egyedül a szélenergia révén annyi üvegházhatású gáz emisszió kerülhet kiváltásra, mint az EU kiotói vállalásának 1/3a. A megújuló energiák versenyképességét jelenleg magas fajlagos költségeik is gátolják, tehát állami szerepvállalás elengedhetetlen széleskörű elterjedésükhöz. Európai gyakorlat szerint országonként eltérően, de beruházási támogatással, adókedvezményekkel, ártámogatással, il letve zöld bizonyítvány kiadásával nyújtanak támogatást az ilyen beruházásoknak. Mindeze ket a támogatási politikákat a 2001/77/EK irányelv előírásainak teljesítése érdekébe vezették be az Európai Unió tagországaiban. A cél az, hogy az importfüggőség csökkentése, a fenntart ható fejlődés előmozdítása érdekében versenyképessé tegyék a megújuló energiák hasznosítá sát a liberalizált energiapiacon, kifejezetten a villamos energiatermelés területén. Az európai megújuló energiapiac és ezen belül a szélenergia további fejlődésének záloga le het, hogy az Európai Unió kiemelt prioritásként kezeli a megújuló energiaforrások egyre na gyobb arányú hasznosítását. 2007 márciusában a Miniszterek Tanácsa elfogadta, hogy 2020 ig kötelező érvényű legyen a megújulók arányának 20%ra növelése az energiaszerkezeten belül. Várható, hogy még ebben az évben a megállapodás részeként országonként is meghatá rozzák a 2020ra vonatkozó kötelező érvényű célkitűzéseket. Magyarországnak 2010ig 3,6% megújuló energia arányt kell elérni a villamosenergiaterme lésen belül (már 2005ben 4,3%, 2006ban 3,8% volt). Hazánk számára 2020ra 1316% lehet a reálisan elérhető cél, amelyben a szélenergia hasznosítása a befektetői igények alapján jóval nagyobb szerepet kaphatna. Ezt a folyamatot erősítheti az az intenzív kutatás fejlesztés a vi lágban, amely a villamos energia tárolhatósága problémakörében folyik.
Magyarországon a jelenlegi körülmények között 2010ig 330MW szélerőmű kapacitás csatla kozhat hálózatra és ez várhatóan meg is fog valósulni (5. ábra). Az állam a törvény erejénél fogva a kötelező átvétel intézményével támogatja a megújuló energiaforrásból származó villamosenergiatermelést. A szélenergia hasznosítása már most igen részletesen szabályozott területté vált, amelyben a hálózatra csatlakozó erőművek számá ra a lehetőségek igen korlátozottak. A jövőben a magyar villamosenergiarendszer fejlesztésé vel, határt keresztező kapacitások bővülésével és új működési modell bevezetését követően a jelenlegi szigorú keretfeltételek enyhülésével számolunk.
5. ábra Engedélyezett szélenergia projektek területi elhelyezkedése Magyarországon 2010ig
Három feltételezéssel éltünk a jövőre vonatkozó becslések során (I. táblázat). I. táblázat A szélerőmű kapacitás várható alakulása 2030ig Magyarországon Pesszimista jö Mérsékelt becs Optimista jövő vő lés 200 8 105 MW 250 MW 325 MW 201 0 250 MW 325 MW 330 MW 201 5 330 MW 450 MW 500 MW 202 0 330 MW 850 MW 900 MW 203 0 265 MW 900 MW 1000 MW
A pesszimista verzió esetén a szélerőművek létesítésének jelenlegi korlátozása nem fog vál tozni hosszú évtizedeken át. Ebben az esetben a már kiadott engedélyekhez meghatározott üzemeltetési időt vettük figyelembe. Így 2030ban már több jelenleg működő szélerőművet le
kell szerelni, hiszen működési engedélyük le fog járni, másrészt az eltelt idő megközelíti a szélerőmű élettartamát. Ebben a forgatókönyvben még azzal sem számoltunk, hogy az üze meltetők a „repowering” lehetőségével élnek a jövőben. Azaz az üzemeltetők kivárják, hogy a szélerőmű teljes élettartamán keresztül működjön, és nem cserélik le idő előtt modernebb tí pusra. A mérsékelt és az optimista becslés 2010 után számol jelentős fejlődéssel, azaz a jelenlegi korlátok enyhülésével, megszűnésével. A mérséklet becslés a rendszerirányító közép és hosz szú távú kapacitásterveiben megjelenő tervezett szélerőmű kapacitás. Az optimista becslés, pedig a már most kirajzolódó befektetői igények teljes megvalósíthatóságát vetíti előre. Ter mészetesen ennek a variációnak a megvalósulására van a legkisebb esély, hiszen ehhez kell a legtöbb feltételnek a lehető legjobban alakulni. A szélenergia hasznosítás jövőbeli fejlődésé nek lehetőségeit Magyarországon a villamosenergiarendszer műszaki fejlesztései mellett el sősorban a politikai akarat, az elfogadásra kerülő energiastratégia és a célokhoz rendelt ösz tönzők fogják leginkább meghatározni. Mindenesetre a technológia fejlődése és a fajlagos költségek csökkentése várható közép és hosszú távon, illetve arra számítunk, hogy a szélener gia beruházások a jövőben is nagy társadalmi támogatottságot fognak élvezni. Irodalom GWEC, 2007: Global Wind 2006 Report. http://www.gwec.net/fileadmin/documents/Publications/gwec2006_final_01.pdf Ábrahám, I.; Birinyi, Z.; Körösi, T.; Mörcz, A.; Oberczán, C.; Tóth, T. & Vajdovich, Á., 2007: Tájékoztató a Magyar Energia Hivatal 2006. évi tevékenységéről. Magyar Energia Hivatal, Budapest 67p. EWEA, 2006: Wind can deliver 23%. Wind Direction. 25, 3. pp. 25. Hunyár, M.; Veszprémi, K. & Szépszó, G. 2006: Újdonságok Magyarország szélenergia potenciáljáról. In: Ma gyarországi szél és napenergia kutatás eredményei. Dobi, I. (ed.) Országos Meteorológiai Szolgálat, Budapest, pp. 94113. TPWIND, 2006: Wind Energy: A vision for Europe in 2030. European Wind Energy Technology Platform. Brüsszel, Belgium 24p. http://www.windplatform.eu/fileadmin/ewetp_docs/Structure/061003Vision_fi nal.pdf IEA, 2005: Variability of wind power and other renewables Management options and strategies. http://www.iea.org/textbase/papers/2005/variability.pdf