A SZÉLENERGIA HASZNOSÍTÁS PERSPEKTÍVÁI AZ EURÓPAI UNI ÓBAN ÉS MAGYARORSZÁGON Dr. Tóth Péter 1 Bíróné Kircsi Andrea 2 1 Széchenyi István Egyetem, Környezetmérnöki Tanszék, 9026 Győr Egyetem tér 1, tothp@sze.hu 2 Debreceni Egyetem, Meteorológiai Tanszék, 4010 Debrecen Pf. 13, kircsia@delfin.unideb.hu 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 megújuló 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 world wide 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 felét termeli hazai forrásokból, másik felét EU n kívüli országokból importálja. Az energiafogyasztási előrejelzések szerint a világ energia felhasználása évente 1 2 % kal fog növekedni. Európában ugyan várhatóan lassabban mint a fejlődő országokban, azonban előbb utóbb elkerülhetetlen, hogy versenyezni kell az energiaforrások megszerzéséért. A kőolajpiac rendkívül érzékenyen reagál a világban zajló konfliktusokra, politikai instabilitásra különösen olyan területen, ahol a kitermelő infrastruktúra, illetve a hosszú távú kőolajtartalékok találhatóak. Európa földgázzal történő biztonságos ellátásának megkönnyítéséhez milliárd eurós beruházások szükségesek, hiszen az elérhető készletek mellett az energiahordozó folyamatos, biztonságos tranzitja épp olyan fontos. Világszerte hatalmas, 220 évre elegendő szénkészletek állnak ugyan rendelkezésre, azonban a hagyományos energia átalakítási technológiával történő felhasználás mellett jelentős szén dioxid kibocsátást jelentenek. Léteznek már tiszta szén technológiák, azonban alkalmazásuk jelenleg még nagyon költséges. A nukleáris energia felhasználásának az előnyök mellett nincs üvegházhatású gáz kibocsátáshosszú évtizedekre meghatározó hátrányai vannak kis és közepes aktivitású hulladékok, kiégett 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 bio üzemanyagok terén történtek jelentős beruházások, melyek hozzájárulnak az EU kyotói vállalásának teljesítéséhez, az európai emisszió kereskedelem fejlődéséhez. A jelenlegi európai energiapolitikát és jövőre vonatkozó stratégiát sok fontos szempont mellet főként a klímaváltozás elleni küzdelem határozza meg, melyben komoly szerepet kaphat a szélenergia hasznosítása.
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 CO 2 kibocsátástól óvta meg a földi légkört (43 millió tonna CO 2 megfelel 23db USAbeli átlagos méretű szénerőmű, vagy 8 millió személygépkocsi éves szén dioxid emissziójával). 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 E uropean Unio Global MW 0 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 észak amerikai 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 1000MW nyi szélerőmű. 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 növelésére hivatkozva, másrészt a klímaváltozás elleni küzdelem részeként az utóbbi években az energiapolitika részévé vált a megújuló energiaforrások, és ezen belül a szélenergia ipari méretű hasznosításának ösztönzése. A fejlődő országokban a kiotói megállapodáshoz kapcsolódó CDM (Clean Development Mechanism) projektek keretében építenek évente több száz szélerőművet, de például India a szélenergia ipar munkahelyteremtő képességét kihasználva szélturbina gyártó cégek alapításában is jeleskedik. Ezek gyakran az európai know how tudást hasznosítják. A vállalatok mára nemcsak az ázsiai piacot látják el, hanem az európai piacon tőkeerős befektetőként is megjelennek. Például 2007 ben a Suzlon indiai szélturbina gyártó vállalat befolyást szerzett a német érdekeltségű Repower Systems részvénytársaságnál. Ez utóbbi vállalkozás építette meg egyébként Európa első 5 MW teljesítményű szélerőművét. Az Európai Szélenergia Társaság (EWEA) szerint az európai piac 2006 ban 7 588 MW újonnan telepített szélerőmű kapacitással bővült (2. ábra), a növekedés 23% 2005 végéhez képest. Beruházások értéke 2006 ban elérte a 9 milliárd t. Az elmúlt 7 év során Európában az újonnan létesített energiatermelő kapacitások sorában a földgáz tüzelésű erőművek után (2006 ban
Európában közel 8500 MW gázmotoros erőművet adtak át) legnagyobb számban szélerőműveket telepítettek. Az Európai Unióban (EU27) működő összesített szélenergia kapacitás eléri a 48 027 MW ot. Egy átlagosan szeles évben ennyi szélerőmű közel 100 TWh villamosenergia termelését biztosítja, amely az Európai Unió teljes energiafelhasználásának közel 3,3% val egyenlő. Ez Magyarország teljes villamosenergia felhasználásának több mint kétszeresével egyenlő nagyságrendű! A szélenergia piac az elmúlt években hasonlóan bővült, mint az atomenergia a 70 es években. 9000 8000 European Unio 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 fejlődését igazolja, hogy az európai országok második hulláma is egyre inkább beruház a szélenergia hasznosításba. A harmadik helyre zárkózott fel telepített szélenergia kapacitásokat illetően Franciaország. Ez azért is meglepő mert Franciaország hagyományosan atomenergiapárti. Franciaországot Portugália, az Egyesült Királyság, Olaszország és Írország követi a rangsorban. Az EU újonnan csatlakozott országaiban a 2005. évi 60 MW kapacitás 2006 végére megháromszorozódott, 2006 ban elérte a 183 MW ot. Ez a fejlődés azonban főként három országnak volt köszönhető: Lengyelországnak (69,3 MW), Litvániának (49,05 MW) és Magyarországnak (43,4MW). Bulgáriában 22 MW, míg Romániában 1,3 MW teljesítményű szélerőművet helyeztek tavaly üzembe. A jövőben ezekben az országokban is várhatóan dinamikusan bővülni fog a szélenergia hasznosítása amennyiben a politikai akarat mellett a befektetők bízhatnak a megfelelő jogi és gazdasági feltételek megteremtésében. A szélenergia hasznosítás helyzete Magyarországon A magyarországi szélenergia potenciál feltáró kutatás adatai alapján (Hunyár et al, 2006) 75m magasságban, minden korlátozó tényezőt figyelembe véve, 75m rotor átmérőjű szélerőművekkel technikailag kinyerhető szélenergia potenciál 56TWh/év nagyságrendű. Az ország területének 43% án 75 m magasságban már eléri a szél átlagos sebessége a gazdaságosan hasznosítható értéket. Ha csak a legszelesebbnek ítélt területeken hasznosítanánk a szél energiáját 100m oszlopmagasságú, 100m turbina lapát átmérőjű 2MW teljesítményű hálózatra terme
lő szélerőművekkel, akkor akár hazánk villamos energiaszükségletének felét is megtermelhetnénk 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 Magyar Energia Hivatal adatai szerint 38,7 GWh villamos energiát termeltek a magyarországi szélerőművek, amely az összes energiatermeléshez képes csupán néhány tízezred nagyságrendet 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 összesen 42 darab, összesen 63,275 MW szélerőmű üzemel főként a Kisalföldön (3. ábra). A napjainkban létesülő szélerőművek 75 100m 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 villamosenergia rendszeren belül, hogy annak összeomlását, vagy szabályozhatatlanságát elő tudnák idézni. Ebből kifolyólag téves azaz az álláspont, hogy szivattyús tározós erőművet a szélerőművek ingadozó teljesítményének kiszabályozása miatt kellene megépíteni Magyarországon. Részletes szélelőrejelzések segítségével, illetve megújuló kiserőműves mérlegkör szervezésével az időjárásfüggő megújuló energiaforrásokból történő villamosenergia termelés szabályozási igénye műszakilag gyakorlatilag megoldható. Tény, hogy 2010 ig a befektetői szándékok ellenére a villamosenergia rendszer szabályozási problémáira hivatkozva összesen 330 MW szélerőmű állhat üzembe hazánkban főként a leg
szelesebbnek tartott Észak Dunántúlon. Az erre vonatkozó engedélyeket már kiadták. További szélerőművek létesítésének jelenleg tehát elsősorban adminisztratív akadályai vannak, azaz nem kapnak az Magyar Energia Hivataltól (MEH) a létesítésre és a villamosenergia termelésre 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 (2010 ig 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 csökkentették (Újrónafő,Vép). A befektetői igényeket jól mutatja, hogy 2006 ban összesen 132 db engedélykérelmet bírált el a MEH 1787 MW kapacitással, amelyből 49 db projekt volt sikeres a 2006 ig létesült erőművekkel együtt! A 330 MW nyi szélerőmű 717 GWh villamos energiát adhat kötelező támogatott 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 szélenergiát hasznosító hibrid rendszerek, amelyek hálózattól távol fekvő területeken szigetüzemben 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 térségre vonatkoztatva a szél erősségében nincs egyirányú változás, azaz az északi félgömb levegő hőmérsékletében tapasztalható egyértelmű melegedés mellett a szél sebessége nem csökkent. Európa nem csak szárazföldi, hanem tengeri szélpotenciálja is lényegesen nagyobb, mint amennyit jelenleg ténylegesen kihasználunk. A szélenergia ipar tehát optimista a szélenergiapotenciál 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 2010 re közel 80 GW, 2020 ra 180 GW, míg 2030 ra 300 GW (EWEA, 2006; GWEC, 2006) összes szélenergia kapacitásra számítanak. A jövőre vonatkozó forgatókönyvek szerint a szél részesedése az elektromos áram termelésében markánsan nőhet, 2010 re meghaladhatja az 5% ot, 2020 ra 13,4% ot, míg 2030 ra 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 180 szor több energiát képesek termelni fele akkora fajlagos költséggel, mint 20 évvel ezelőtti elődeik. Az átlagos turbinaméret 2004 ben 1,3 MW volt onshore, míg 2,1 MW offshore telepítések esetén. 2006 ban már megközelítette a 2 MW ot a szárazföldre telepített szélerőművek átlagos teljesítménye Európában. Elkészült az első 5 MW os 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) 2005 ben 83TWh villamosenergia termelés 40,5GW szélerőmű kapacitásból származott Európában, 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 teljesítmények miatt a jelenleg üzemelő szélerőművek kétszerese képes lehet 20 szor több villamosenergia termelésre 2030 ra. A jövőre vonatkozó trendek becslésekor természetesen figyelembe kell venni, hogy az ipari méretű szélerőművek átlagos kapacitás kihasználtsági tényezője a hagyományos erőműtípushoz hasonlítva alacsony. Telepítési helyszíntől és széljárástól függően 17 45% (IEA, 2005). Az ambiciózus célkitűzések eléréséhez várhatóan a dinamikus technológiai fejlődés mellett a kontinens területének már közel 1% a elegendő lesz a tervek megvalósításához. 2030 ig nagyon 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 világos, a költségeket mérsékelni kell a jövőben. Természetesen a technológiai fejlesztések elkerülhetetlenek, 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 1/3 a. 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, illetve zöld bizonyítvány kiadásával nyújtanak támogatást az ilyen beruházásoknak. Mindezeket 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 fenntartható fejlődés előmozdítása érdekében versenyképessé tegyék a megújuló energiák hasznosítását a liberalizált energiapiacon, kifejezetten a villamos energiatermelés területén. Az európai megújuló energiapiac és ezen belül a szélenergia további fejlődésének záloga lehet, hogy az Európai Unió kiemelt prioritásként kezeli a megújuló energiaforrások egyre nagyobb 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 meghatározzák a 2020 ra vonatkozó kötelező érvényű célkitűzéseket. Magyarországnak 2010 ig 3,6% megújuló energia arányt kell elérni a villamosenergia termelésen belül (már 2005 ben 4,3%, 2006 ban 3,8% volt). Hazánk számára 2020 ra 13 16% 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 világban, amely a villamos energia tárolhatósága problémakörében folyik.
Magyarországon a jelenlegi körülmények között 2010 ig 330MW szélerőmű kapacitás csatlakozhat 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 villamosenergia termelést. A szélenergia hasznosítása már most igen részletesen szabályozott területté vált, amelyben a hálózatra csatlakozó erőművek számára a lehetőségek igen korlátozottak. A jövőben a magyar villamosenergia rendszer fejlesztésével, határt keresztező kapacitások bővülésével és új működési modell bevezetését követően a jelenlegi szigorú keretfeltételek enyhülésével számolunk. 5. ábra Engedélyezett szélenergia projektek területi elhelyezkedése Magyarországon 2010 ig Három feltételezéssel éltünk a jövőre vonatkozó becslések során (I. táblázat). I. táblázat A szélerőmű kapacitás várható alakulása 2030 ig Magyarországon Pesszimista jövlés Mérsékelt becs Optimista jövő 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 változni hosszú évtizedeken át. Ebben az esetben a már kiadott engedélyekhez meghatározott üzemeltetési időt vettük figyelembe. Így 2030 ban 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 üzemeltetők a repowering lehetőségével élnek a jövőben. Azaz az üzemeltetők kivárják, hogy a szélerőmű teljes élettartamán keresztül működjön, és nem cserélik le idő előtt modernebb típusra. A mérsékelt és az optimista becslés 2010 után számol jelentős fejlődéssel, azaz a jelenlegi korlátok enyhülésével, megszűnésével. A mérséklet becslés a rendszerirányító közép és hoszszú távú kapacitásterveiben megjelenő tervezett szélerőmű kapacitás. Az optimista becslés, pedig a már most kirajzolódó befektetői igények teljes megvalósíthatóságát vetíti előre. Természetesen ennek a variációnak a megvalósulására van a legkisebb esély, hiszen ehhez kell a legtöbb feltételnek a lehető legjobban alakulni. A szélenergia hasznosítás jövőbeli fejlődésének lehetőségeit Magyarországon a villamosenergia rendszer műszaki fejlesztései mellett elsősorban a politikai akarat, az elfogadásra kerülő energiastratégia és a célokhoz rendelt ösztönzők fogják leginkább meghatározni. Mindenesetre a technológia fejlődése és a fajlagos költségek csökkentése várható közép és hosszú távon, illetve arra számítunk, hogy a szélenergia beruházások a jövőben is nagy társadalmi támogatottságot fognak élvezni. Irodalom GWEC, 2007: Global Wind 2006 Report. http://www.gwec.net/fileadmin/documents/publications/gwec 2006_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: Magyarországi szél és napenergia kutatás eredményei. Dobi, I. (ed.) Országos Meteorológiai Szolgálat, Budapest, pp. 94 113. 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_final.pdf IEA, 2005: Variability of wind power and other renewables Management options and strategies. http://www.iea.org/textbase/papers/2005/variability.pdf