A napenergia hatása a villamos energia
nagykereskedelmi árára
A nemzetközi tapasztalatok és kiemelten a németországi
vizsgálatok alapján egyértelműen megállapítható, hogy a
naperőművek csökkentik a hagyományos csúcserőművek üzemét, és
jelentősen csökkentik a csúcsenergia-igényt. A naperőművek
csúcsidei energiát szolgáltatnak.
A napenergia hatása a villamosenergia-piac
nagykereskedelmi áraira két lényeges formában jelenik meg.
Egyrészt a hálózatra adott nagy mennyiségű napenergia
következtében a napközbeni csúcsidei energiaárak az állandó
terhelésű árak környékére csökkennek. A korábbi csúcsidei árak
eltűnnek. A csúcsterhelés és az állandó terhelés árai
fokozatosan kiegyenlítődnek. A napon belüli árkiegyenlítődés
fokozatosan kizárja az energiakereskedelmen alapuló tárolás
életképességét. Rendelkezésre állási díj bevezetése nélkül
csekély valószínűsége van a tőkebevonásnak energiatárolási
projektek megvalósításához – függetlenül a tárolás
technológiájától. Másrészt a napi árcsúcsok a napenergia
naponkénti belépésénél és megszűnésekor jelentkeznek, alapvetően
a hagyományos termelők teljesítményének mobilizálásából.
Németországi tapasztalatok szerint a 2008-ban
kirobbant válságot követően a villamos energia nagykereskedelmi
ára csökkent, és visszatért az EU CO2-kereskedelmének
bevezetése előtti szintre. Ma a villamos energia ára túl
alacsony új termelőkapacitások beléptetéséhez. A továbblépéshez
beavatkozás szükséges. A prognózis a maihoz hasonló alacsony
árszint tartós fennmaradását feltételezi.
A nagy napenergia-kapacitás belépése
következtében a napközbeni terhelési csúcs helyett két
intenzíven növekvő csúcs jelentkezik reggel és este.
Mindkettőnél a terhelés követése a korábbinál rugalmasabb (és
költségesebb) források igénybevételét teszi szükségessé.
A naperőművek belépése az elmúlt években
fokozatosan letörte a csúcsidei energia árszintjét. Fokozatosan
kiegyenlítődik az állandó terhelés és a csúcsidei termelés
árszintje.
A nagy mennyiségű megújuló energia egyidejű
megjelenése miatt az átmenetileg szükségtelen hagyományos
termelők dönthetnek a kapacitásleállítás és a rövid időn belüli
újraindítás költségei vagy a negatív árak vállalása között.
Nemzetközi szervezetek ajánlásai
a megújulók csatlakozására
Nemzetközi szervezetek (IEA, IRENA) szerint a jelentős volumenű
és változékony teljesítményű, nem menetrendkövető megújuló
energia (szél- és napenergia – amelyek villamosenergia-termelése
függ a meteorológiai állapotoktól és időtől) integrálása a
villamos hálózatba a rugalmasság növelését biztosító
átalakításokat tesz szükségessé.
A megújuló energia alkalmas a megoszló energiatermelésre azokban
a rendszerekben, ahol számos kis erőmű csatlakozhat az
elosztóhálózatra és a villamos energia előállítására a
fogyasztói oldalon. A jelentős mennyiségű változékony megújuló
energia integrációja átalakításokat tesz szükségessé a
villamosenergia-rendszerben a rugalmasság növelésére:
• Lehetővé kell tenni a villamos energia
kétirányú áramlását, a nagy erőművektől a fogyasztók felé és a
kis termelőktől a hálózatba, biztosítva a stabilitást.
• Az intelligens hálózat létrehozása és a
fogyasztóoldali szabályozás szükségessé teszi a rugalmasság
növelését a csökkenő csúcsterhelés és a termelés fokozott
változékonyságának kezelésére.
• Erősíteni kell a hálózati összekötéseket
regionális és nemzetközi szinten a kiegyenlítőképesség, a
rugalmasság, a stabilitás és az ellátásbiztonság növelése
érdekében.
• Energiatárolók beléptetése szükséges a
változékony megújulóenergia-többlet tárolására.
Az integrált uniós energiapiac létrehozása
érdekében az Európai Bizottság összeállította és elfogadta a
kulcsfontosságú és közös érdekű energetikai projektek listáját.
A várakozások szerint a közös érdekű energetikai projektek (PCI)
segíteni fogják az európai energia- és éghajlati célok
megvalósulását, továbbá kulcsfontosságú építőelemei az EU
Energia Uniónak. A közös érdekű projektek lehetővé teszik az
európai energiapiacok integrálását, az energiaforrások és a
szállítási útvonalak diverzifikációját, továbbá segítik az
energiaellátási elszigeteltség megszüntetését egyes
tagállamokban. A megújuló energia hálózatra adása csökkenti a
szén-dioxid-kibocsátást.
A közös érdekű projektek jogosultak
gyorsított engedélyezési eljárásra és pénzügyi támogatásra
2014-2020 között a Connecting Europe Facility által kezelt
forrásokból. A támogatás célja a projektek felgyorsítása és
magánbefektetők részére vonzóvá tétele. A projektek több mint
fele villamoshálózati fejlesztést tartalmaz. Az EU közösségi
érdekű és közösségi finanszírozásra jogosult villamoshálózati
projektjei elsődlegesen a nagyfeszültségű hálózati összekötések,
másodlagosan az energiatárolás fejlesztésére irányulnak. Az EU
és szervezetei (például EURELECTRIC) a szivattyús energiatározók
létesítését preferálják. Közös érdekű szivattyús energiatározó
EU-projekt jelenleg Ausztriában (4 helyen), Bulgáriában,
Csehországban, Észtországban, Görögországban, Írországban (3),
Lengyelországban, Litvániában, és Olaszországban (4) van
folyamatban.
Az EU DG ENER dokumentuma szerint az
energiatárolók kulcsszerepet fognak játszani az EU alacsony
szén-dioxid-kibocsátású villamosenergia-rendszerében. Az
energiatárolók a nagyobb rugalmasság és kiegyenlítés mellett
hátteret biztosítanak a változó megújuló energiához. Javítják a
rendszer irányítását, csökkentik a költségeit, és növelik a
hatásfokot. Ezzel megkönnyítik a megújuló energia piaci
bevezetését, felgyorsítva a villamosenergia-rendszer
szén-dioxid-mentesítését, növelik az energiabiztonságot és a
villamosenergia-átvitel/elosztás hatásfokát, stabilizálják a
villamos energia piaci árát, az energiaellátás magasabb
biztonsága mellett.
A jelenlegi tárolást az EU
villamosenergia-rendszerében szinte kizárólag a szivattyús
energiatárolás (vízenergia) biztosítja. Az energiatárolás más
formái vagy minimálisak, vagy kezdeti fejlődési szakaszban
vannak.
Az energiatárolás három szintje: az átviteli
hálózati központi tárolás, az elosztóhálózati tárolás és a
végfelhasználói tárolás. Ezek a szintek egyben feszültségszintek
is. Az energiatárolás három fő funkciója a termelés és
fogyasztás egyensúlyának biztosítása, a rendszerszabályozás és a
hatásfok növelése. A két alsó feszültségszintű tárolás főként
akkumulátor lehet. A legfelső szint a szükséges nagyság alapján
lényegében szivattyús energiatározó lehet.
Tekintettel arra, hogy az új termelőket egyik
szinten sem kötelezik a tárolás megvalósítására, a szükséges
tárolókapacitás biztosítása a legfelső szintre tolódik. Azon a
szinten a felgyűlő tárolási, szabályozási és hatásfoknövelési
igények biztosítása központi, rendszerirányítói feladattá válik.
Az üzemi tartalékok segítik a napenergia
magas részaránya melletti integrációt
A napenergia-hasznosítás növelésénél a következő hatásokkal kell
számolni:
• A többlet napenergia jelentős átmeneti
teljesítményáramlásokat okoz a csatlakozó rendszerben,
csökkentve a rendszerstabilitást és növekvő hatást gyakorolva a
kereskedelmi feltételekre.
• A szűk keresztmetszetek új, kiegészítő
hálózati és határkeresztező kapacitások létesítését teszik
szükségessé.
• Növekszik a villamosenergia-rendszer
biztonságos üzeméhez szükséges kiegyenlítő energia és tartalék
kapacitás iránti igény.
• A magas napi termelés időszakában megnőnek
a hálózati veszteségek és a meddő kompenzálási igény.
A napenergia integrálásához szükséges
rendszer fejlesztése mellett a német gyakorlat a
napenergia-termelő egységek passzív szerepét szüntette meg. A
hálózat stabilitásának biztosítására kötelező előírásokat
vezettek be a napenergia-termelő egységek átalakítóinak működési
feltételeire, és megvalósították az egységek központi vezérlését
és lekapcsolását.
Egyensúlyi zavarok a
villamosenergia-rendszerben több okból léphetnek fel, többek
között a nagy termelőegység hirtelen kiesése, változások a
villamosenergia-igényben és a napenergia-termelésben (például a
felhőtakaró miatt). Ha a villamosenergia-termelés eltér a
kereslettől, akkor az üzemi tartalékok állítják helyre az
energiaegyensúlyt. Az üzemi tartalékok részvétele különböző
lehet a teljesítmény növelése vagy csökkentése felé, a válasz
gyorsasága és jellege szerint (helyi, központi, automatikus vagy
kézi stb).
Az üzemi tartalékok függnek a
villamosenergia-rendszer jellemzőitől és a biztonsági
kritériumoktól. Bár a rendszerek üzemeltetői és a kutatók
többnyire egyetértenek abban, hogy a megnövekedett napenergia
valószínűleg növeli a szükséges üzemi tartalékokat, azok
mennyiségét és fajtáját nehéz felmérni.
A szükséges tartalékok nagysága és költsége a
napenergia változékonysága mellett sok tényezőtől függ, ezek
közé tartozik a napenergia aránya a rendszerterhelésben, a
rendszernagyság rugalmassága, a befogadó erőműrendszer
forrásösszetétele. Ezek üzembiztonsági és szabályozási
szempontból alapvetően befolyásolják a tartalékok mennyiségeit
és költségeit. E téren kutatások folytak, de a napenergia
mennyiségének növekedése miatt szükséges tartalékokra nincsenek
általános vagy kötelező előírások.
A villamosenergia-rendszer képes kell, hogy
legyen integritásának megőrzésére különféle esetekben akár
nagyon rövid időszakokban: például zárlat a vezetékek
valamelyikén, termelőegység kiesése. A villamosenergia-rendszer
stabilitása az a képesség, amellyel a rendszer üzemét
egyensúlyba hozza a különböző eseményeket követően.
A PV-naperőművek működési jellemzői
lényegesen különböznek a hőerőművekétől, ahol nagy nyomású gőz
forgatja a turbinát és a vele egy tengelyen lévő
szinkrongenerátort. A frekvenciaszabályozás a hagyományos
turbinák sebességszabályzóival történik. A PV-erőművekben nincs
forgó mozgás. Annak hiányában a PV-naperőmű-egységek nem vesznek
részt a rendszerinerciában.
A nagy naperőműtelepek elvileg képesek a
leadott teljesítmény ±70%-os változtatására 2–10 perc alatt
(tehát nem túl gyorsan), és naponta sokszor (az átalakító
termodinamikai adottságaitól függően). Ezért a naperőműtelepek
együttműködhetnek a terhelés változtatási sebességének
szabályozásában és a termelés korlátozásában. Fontos, hogy az
alkalmazott átalakító lehetővé tegye a feszültség és a meddő
teljesítmény szabályozását.
A tárolási típusok közül a lassú forgású,
rendkívül nagy inerciájú szivattyús energiatározó preferálható a
PV inerciamentességének kompenzálására.
A napenergia hatásainak összegzése
A napenergia változékony, de nagyobb területen összesítve
kiszámítható és szabályozható. A nagy területen megoszló
termelés kiegyenlíti a gyors változásokat. A beépített
napenergia-kapacitás növekvő aránya kedvezőtlenebb a
rendszerszabályozási képesség szempontjából, és növeli a
többlettartalék igényét, költségét.
A német villamosenergia-rendszerben a nagy
napenergia-kapacitás következtében a napi egy helyett két
terhelési csúcs hárul a többi termelőre, és a napenergia az esti
és reggeli csúcs csökkentésében nem tud hatásosan részt venni. A
csúcsidőben termelt napenergiát a német rendszerek nem mindig
tudják az országon belül felhasználni, ezért az exportjukban a
környező országokra hárítják annak hatásait. A naperőművek
csúcsidei energiát adnak a hálózatra, és a belépésük az elmúlt
években letörte a csúcsidei energia árszintjét.
Várhatóan a napenergia a magyar
villamosenergia-rendszerben sem tud részt venni az esti és a
reggeli csúcsban, sem pedig a reggeli terhelésnövekedés
intenzitásának mérséklésében. Csak tárolás bevezetése
mentesíthetné a napenergiát a kötöttségeitől. A hazai
villamosenergia-rendszer üzeme szempontjából megengedhető
maximális naperőmű-kapacitás részletesebb vizsgálatokat tesz
szükségessé.
A változékony megújuló energia integrációja a
rugalmasság növelése érdekében átalakításokat tesz szükségessé a
villamosenergia-rendszerben. Biztosítani kell a villamos energia
kétirányú áramlását, a rugalmasság növelése érdekében erősíteni
kell a hálózati összekötéseket, és energiatárolók beléptetése
szükséges.
A napelemeknek nincs inerciájuk, ezért a
PV-kapacitás növekedése jelentős mérséklődést eredményez a
stabilitásban. A termelő PV-egységek nem maradhatnak passzív
működésűek.
A napenergia miatt megnő a szükséges üzemi tartalék igénye, de a
napenergia mennyiségének növekedése miatt szükséges tartalékokra
nincsenek általános vagy kötelező előírások.
Kulcsszavak: napenergia, megújuló energia, rendszerbe
illesztés, megoszló termelés, rendszerrugalmasság,
energiatárolás, üzemi tartalékok, rendszerstabilitás
|