Érdemes-e napkövető, koncentráló naperőműveket létesíteni Magyarországon? Vajon hosszú távon megbízhatóan működött-e az ózdi projekt, és mi lesz végül a sorsa? Ezekre a kérdésekre adja meg a cikkben szakértő szerzőnk a választ.
A napenergia-hasznosítás ózdi kísérlete
Aki az utóbb tíz évben járt az ózdi strandfürdőben, annak feltűnhetett, hogy a medencék mögötti területen egy különleges, meglehetősen futurisztikus és gigantikus szerkezet uralja a látképet. Első ránézésre leginkább egy nagy méretű radarra, vagy űrből érkező üzenetek befogására alkalmas antennára hasonlatos, de a szakavatottabb szemlélők kitalálhatták, hogy ez egy különleges naperőmű, ami minden bizonnyal a medencék vizét hivatott fűteni. Valóban, Ózdon a hazai napenergia-hasznosítás egy különleges kísérlete, egy napkövető szerkezetre szerelt, tükrökkel a napsugárzást koncentráló, termikus naperőmű kísérleti példánya valósult meg 2015-ben.
A nagy testvér
Az ózdi naperőmű története után az interneten kutakodva előkerült egy a Kanadai Magyar Hírlapban 2014 októberében megjelent cikk, amelyik beszámol a naperőmű létrejöttének történetéről. A cikk bevezetőjében a napenergia hasznosítás és az innováció fontosságáról esik szó. A cikkben jó példaként az Ivanpah Solar Electric Generating System (ISEGS) nevű, az Egyesült Államokban, Kalifornia Mojave-sivatagában, 2014-ben megvalósult naperőművet említik meg. Ez a világ egyik legnagyobb koncentráló naperőműve (CSP, Concentrated Solar Power), amely napkövető tükrökkel fókuszálja a napfényt központi tornyokra, ahol a hő segítségével gőzt termelnek és ezzel turbinákat hajtanak meg. Az erőmű névleges teljesítménye 392 MW, a területe megközelítőleg 13 négyzetkilométer, a költsége pedig kb. 2,2 milliárd USD volt.
A kis testvér
A Mojave-sivatagban egy napkövető mozgatással ellátott felületre évente kb. 2500 kWh energia érkezik a Napból. Ugyanez a szám Ózdon kb. 1500 kWh/év. A különbség jelentős, de mégsem olyan nagy, hogy lelkes napenergia hívő mérnököket eltántorítson attól, hogy Ózdon is koncentráló, napkövető erőművel kísérletezzenek. Persze nem olyan nagyságrendben, mint az Ivanpah erőmű, és nem is gőztermelés és gőzturbinával villamosenergia előállítása volt a célkitűzés, hanem csak egyszerű vízmelegítés.
A borsodi koncentráló naperőmű első kísérleti példánya egy ózdi mérnök kertjében valósult meg 2007-ben. Ennek a lényege egy 13 m2 nagyságú, egyenként állítható tükrökkel borított, napkövető módon mozgatható felület volt. A tükrök egy doboz alakú hőelnyelő felületre koncentrálták a fényt, amiben csőköteges hőcserélő volt, az ebben keringtetett folyadék felmelegítése volt a cél. A tükrök napkövető mozgatásának számítógépes vezérlését egy másik ózdi mérnök tervezte és készítette. Arról nincs pontos információnk, hogy a kerti kiserőmű hogyan működött, de valószínűleg jól tette a dolgát, mert a napenergia hasznosításának ez a nálunk szokatlan módja megtetszett a zöldenergia termelés iránt fogékony ózdi önkormányzat vezetésének is. Az önkormányzat 2009-ben elhatározta, hogy a városi strand medencéinek fűtéséhez megvalósítanak egy ilyen típusú, de nagyobb méretű naperőművet.
A megvalósítás
A strandfürdő naperőművének beruházása 2014 januárjában indult. A megvalósulást uniós pályázati forrásból nyert 25 millió Ft támogatás is segítette, de még további 25 millió Ft is a projekt rendelkezésére állt. A munkálatokat fővállalkozóként egy kazincbarcikai cég végezte, az alvállalkozók pedig mind helyi, vagy környékbeli vállalkozások voltak. Az Ózdi Vízművek vezetője, a strand üzemeltetője elmondta: „Nagyon örülök, hogy Ózdon, az ózdi emberek, mérnökök, számítógépes specialisták, villanyszerelők, hegesztők, csőszerelők és más szakembereknek köszönhetően, ózdi kivitelezők segítségével megvalósul a természet erejének mindenki számára való elérhetősége. Ezzel a berendezéssel nem a természet lett leigázva, hanem a természet segítségét veszi igénybe az ember a harmonikus élet megteremtésének céljából”.
A megvalósult berendezés impozáns méretekkel rendelkezett.
- Elkülönített (bekerített) helyigény: 18×18 m terület
- Legnagyobb magassága: ~ 15 m
- Geometriai méretek: 13×13 m alapterület, 8 m átmérőjű körpályasín
- Tükrök száma: 840 db, méretük: 40×40 cm, teljes felület: 134,4 m²
- A szerkezet súlya: ~25 tonna
- A koncentrált napsugárzást elnyelő abszorber felület mérete: ~2,5 m2
A megvalósult kiserőmű elsődleges célja a városi strandfürdő szabadtéri medencéinek nyári fűtése volt, a strandfürdő üzemidején kívül pedig a városi távhőrendszerre is rásegített volna a rendszer.
A próbaüzem
A naperőmű 2015. májusára készült el. Május és július között kisebb nagyobb szünetekkel, próbaüzem jelleggel folyamatos helyszíni felügyelet mellet kb. másfél hónapot működött. A próbaüzem alatt több probléma is felmerült, ezek egy részét a próbaüzemet végző személyzet orvosolta, azonban olyan hibák is feltárultak, melyek javítása nagyobb munkát és beruházási költséget igényelt volna. Elsősorban az alábbi hibák kijavítására lett volna szükség:
- kb. 250 darab hibás, sérült tükör cseréje, valamennyi tükör pontos beállítása.
- a koncentrált napsugárzást elnyelő abszorber cseréje, új abszorber tervezése és legyártása, mivel a meglévő abszorber alkalmatlannak bizonyult.
- a napkövetést, forgatást biztosító mechanikus berendezések cseréje, mivel a meglévő berendezések alkalmatlanok voltak a rendeltetésszerű használatra.
A próbaüzem után a javasolt javításokat és cseréket azok becsült magas költsége miatt nem végezték el. A naperőmű ezért az elmúlt kb. tíz évben nem üzemelt, a működtetésére újabb kísérlet nem történt.
Hogyan tovább?
Jelenleg az önkormányzat napirendre tűzte a naperőmű sorsának rendezését. Felkértek egy szakértőt, történetesen épp e cikk íróját arra, hogy vizsgálja meg a berendezést és tegyen javaslatot a naperőmű sorsának rendezésére.
A vizsgálat az alábbi megállapításokat eredményezte:
- A naperőmű működőképes állapotba hozáshoz több fő egységet, a tükröket, az abszorbert, a forgató motorokat és hajtóműveket, a vezérlést cserélni kellene. Ennek költsége nehezen megbecsülhető, de valószínűleg 25-50 millió Ft nagyságrendű.
- A főbb egységek cseréje és az újabb próbaüzem során még további rejtett konstrukciós és egyéb hibák is felszínre kerülhetnek.
- Az esetleges működőképes állapotba hozás után valószínűleg jelentős üzemeltetési és folyamatos karbantartási, javítási költség is jelentkezne.
- A javításra és üzembehelyezésre valószínűleg nem áll rendelkezésre megfelelő emberi erőforrás, hasonló kivitelű, és jól működő erőművek Magyarországon, de Európában sem igen lelhetők fel. Ezért a javítás és üzembe helyezés sikeressége bizonytalan.
- Az optimális esetben elérhető energiamegtakarítás nem állna arányban a működőképes állapotba hozás és az üzemeltetés, karbantartás költségeivel.
Fentiek alapján a naperőmű javítása és üzembe helyezése nem volt javasolható. A megvalósult berendezést valószínűleg célszerű elbontani ezzel megszüntetni a fenntartás és őrzés költségeit.
A napkövető és koncentráló típusú naperőmű hazai létjogosultsága
Az ózdi naperőművet megtervező és megvalósító szakemberek teljesítménye sok szempontból elismerést érdemel. De sajnos mind a tervezésbe, mind a kivitelezésbe – elsősorban a hasonló szerkezetekkel szerzett tapasztalatok hiánya miatt – sok hiba is becsúszott. De talán a legfontosabb elvi tévedés az volt, hogy valószínűleg túlbecsülték a naperőművel hasznosítható hőenergia mennyiségét, és persze alulbecsültek az megvalósítás és üzemeltetés költségét. Érdemes lett volna összevetni e két fontos tételt egy hagyományos, fix telepítésű napkollektoros rendszer energiahozamával és költségével.
A bonyolult, napkövető és koncentráló naperőműveket a nemzetközi szakirodalom alapján ugyanis elsősorban a magas napenergia-potenciállal rendelkező földrajzi területeken (pl. Afrika, Dél-Spanyolország, Kalifornia, Ausztrália) célszerű megvalósítani. Mérsékelt égövi területeken (ide tartozik Magyarország teljes területe) nem célszerű ezek alkalmazása.
Ennek oka elsősorban az, hogy a koncentráló, a fényt egy pontba visszaverő napenergia-hasznosító berendezések csak a direkt, a nap irányából közvetlenül az elnyelő-visszaverő felületre érkező napsugárzást tudják hasznosítani, az égbolt, a felhőzet irányából érkező szórt sugárzást viszont nem. Magyarországon a teljes, globális sugárzáson belül a szórt sugárzás részaránya közel 50%, tehát a koncentráló kollektorok csak az érkező napsugárzás másik, kb. 50%-át képesek visszaverni a kollektor felületre.
A koncentráló naperőművek használata akkor lehet célszerű, ha nagyon magas hőmérséklet előállítása a cél (pl. gőz létrehozása). A Magyarországon általánosan elterjedt nem koncentráló síkkollektorokkal, vagy vákuumcsöves kollektorokkal nagyon jó hatásfokkal el lehet érni 50-60°C-os hőmérsékletet, sőt ennél lényegesen magasabb hőmérsékletet is. Az általánosan elterjedt síkkollektorok üresjárati hőmérséklete megközelíti a 200°C-ot, a vákuumcsöves napkollektorok esetében pedig a 300°C-ot. A strandfürdő medence vizének fűtése már 40-50°C-os előremenő hőmérséklettel is megvalósítható, ez tehát semmiképpen sem indokolja a koncentrálás alkalmazását. A koncentrálás miatt a kollektor gyűjtőjében fellépő nagyon magas energiasűrűség a hatásfok csökkenését eredményezi, a nem megfelelő hőhordozó közeg térfogatáram esetén pedig extrém magas hőmérséklet fordulhat elő, ami a berendezést károsodását is eredményezheti.
Másik fontos kérdés, hogy érdemes-e mozgatható, napkövető berendezéskét építeni? A napkövetés megvalósítása a hasznosítható napsugárzás 25-35%-os növekedését eredményezheti a megfelelő tájolással és dőlésszöggel, de fixen telepített napenergia hasznosító berendezéshez képest. A forgatás megvalósítása azonban jelentősen növeli a berendezés beruházási költségét és az üzemeltetés, karbantartás költségét is. Ezért napkövető forgatást elsősorban akkor célszerű alkalmazni, ha a hasznosító berendezés fajlagos költsége nagyon magas, ezért a 25-35%-al kisebb hasznos felület miatti beruházási költség csökkenés ellensúlyozni tudja a forgatás miatti többletköltségeket. Ma már általánosan elfogadott irányelv, hogy mérsékelt égövi hasznosítás esetén sem a fotovillamos napelemeket, sem a fototermikus napkollektorokat nem érdemes napkövető módon forgatni. A megfelelő irányultsággal, tehát kb. déli tájolással és 30-45° dőlésszöggel telepített fix rendszerek alkalmazása gazdaságosabb.
És mi lett a nagy testvérrel?
A fentiekben láttuk, hogy az ózdi kísérlet végül is elbukott. De vajon mi lett a sorsa a bevezetőben említett kaliforniai Ivanpah naperőműnek? Az erőművet sikeresen beüzemelték, de működését ott is folyamatos problémák akadályozták, az első években a tervezettnél kevesebb energiát termelt és később sem sikerült elérni a tervezett névleges energiahozamot. Az erőművet eredetileg 940 000 MWh/év termeléssel hirdették. Ezzel szemben az első teljes évben (2015-ben) kb. 653 000 MWh-t termelt, a maximális energiahozamát pedig 2020-ban érte el, ami ~856 000 MWh/év volt.
Nem tett jót az erőműnek a napelemes energiatermelés területén az utóbbi évtizedben létrejött gyors ütemű fejlődés sem. Napelemekkel ma már 20% fölötti hatásfokot lehet elérni, míg az Ivanpah erőműhöz hasonló CSP (Concentrated Solar Power) technológia éves hatásfoka jóval alacsonyabb, 12-16%.
Összességében elmondható hogy az Ivanpah erőmű inkább technológiai demonstráció és zöld imázs-projekt volt, mint klasszikus értelemben vett jó üzleti befektetés. A költséges üzemeltetés miatt a tulajdonosok az erőmű bezárása mellett döntöttek, ami valószínűleg hamarosan be fog következni, és a területet átadják majd más típusú, gazdaságosabb napenergia hasznosító technológia számára.
Zárszó
Ez a cikk egyrészt tisztelgés akar lenni minden jó szándékú, kísérletező újító és feltaláló előtt, akik új utakat próbáltak keresni a zöldenergia termelés területén. Másrészt viszont figyelmeztetés is, hogy az uniós és hazai forrású közpénzek, támogatások odaítélésekor sokszor nem ártana nagyobb körültekintéssel eljárni.
Varga Pál
Kiemelt kép: Canva
