• APPENDIX
• ABREVIATIONS
• GLOSSARY
• REFERENCES
• EVENTS

II. rész: Hálózatba történő integrálás

A szélenergia időben változik, elsősorban az időjárás változékonysága  következtében. A változások időskálája a másodpercestől az évesig terjed. Ezeknek a változásoknak és előre jelezhetőségüknek a megértése elsődleges fontosságú a szélenergiának az energiarendszerbe történő integrálása és optimális felhasználása szempontjából. Ezeket a kérdéseket a II.1. és a II.2. fejezet tárgyalja. A villamosenergia-szolgáltató rendszerek természetüknél fogva változóak, igény és ellátás tekintetében egyaránt. Kialakításuk azonban olyan, hogy konfigurációjuk, vezérlőrendszereik és egymással való összekapcsolásuk révén hatékonyan tudják kezelni ezeket az ingadozásokat.

A változékonyság csökkentése érdekében a szélerőmű kimenő teljesítményét a lehető legnagyobb mértékben fel kell halmozni. Az ingadozások csökkentésének előnyén túl a szélfarm kimeneti teljesítményének földrajzi felhalmozása a rendszer magasabb szintű stabil szélenergia-kapacitását eredményezi. Az előre jelezhetőség kulcsfontosságú a szélenergia változékonyságának kezeléséhez. Minél nagyobb a terület, annál pontosabban jósolható meg a felhalmozott teljes szélenergia, ami kedvező hatással van a szükséges kiegyenlítő tartalékok mennyiségére, különösen akkor, ha az energiapiac kapuzárási idejei tekintetbe veszik a szélenergia-előrejelzés lehetséges pontossági szintjeit.

S.5. ábra Példa a szélfarmok földrajzi elhelyezésének kimenőteljesítmény-ingadozást csökkentő hatására

Megjegyzés: Az ábra a szélenergia-kapacitás óránkénti kimeneti teljesítményét hasonlítja össze négy szituációban. Az eredmények szimulált szélteljesítmény-adatokból lettek kiszámítva. A szimulációk a 2000 decemberében mért szélsebességeken és a 2030-ra becsült szélenergia-kapacitásokon alapulnak.

Forrás: www.trade-wind.eu

A szélenergia nagyléptékű integrálását abban az összefüggésrendszerben tekintjük, melyben az európai villamosenergia-igény jövőbeli kielégítésében a szél jelentős részesedéssel bír. Míg a villamosenergia-igénynek mintegy 4-%aacute;t biztosította a szélenergia 2008-ban, az EWEA a villamosenergia-igény jövőbeli alakulásától függően 12–14-% részesedési célt tűzött ki 2020-ra és 21–28-% at 2030-ra.

Az áramtermelő rendszerek tervezése és működtetése

A változó igény és ellátás kezelésének bevált vezérlési módszerei és a rendelkezésre álló rendszertartalékok teljességgel alkalmasak a szélenergia további ingadozásainak kezelésére 20-% szélenergia-részesedésig, jóllehet a pontos szint az adott rendszer természetétől függ. Becslések szerint a megkövetelt többlettartalék a szélenergia 10-% részesedése esetén a telepített szélenergia-kapacitás 2–4-%, az energiarendszer rugalmasságától, a rövid távú előrejelzések minőségétől és az energiapiacok kapuzárási idejétől függően. Magasabb részesedési szint esetén szükségessé válhat a rendszereknek és üzemeltetési módszereiknek megváltoztatása a szélenergia további integrálásához; ezt a kérdéskört a II.3. fejezet tárgyalja. Az integrációs erőfeszítések és költségek mérséklése érdekében az energiarendszer kialakításának rugalmasabbnak kell lennie. Ez rugalmas generátoregységek, tároló rendszerek, az igény oldalán jelentkező rugalmasság, az összekapcsolási kapacitások rendelkezésre állása és az energiapiac rugalmasabb szabályai kombinációjával érhető el.

Az S.1. táblázat részletesen áttekinti és besorolja, hogy milyen hatásai vannak a szélenergiának az energiarendszerekre.

S.1. táblázat A szélenergia integrálási költségekkel járó hatásai az energiarendszerre

	Hatás vagy érintett elem	Terület	Időskála	Szélenergia hozzájárulása
Rövid távú hatások	Feszültségkezelés	Helyi/regionális	Másodperces/perces	A szélfarmok (dinamikus) feszültségfenntartást tudnak biztosítani (kialakítástól függően).
Energiatermelési hatékonyság	Rendszer	1–24 óra	A hatás függ a rendszer működtetésének és a rövid távú előrejelzések használatának módjától.
Átvitel és elosztás hatékonysága	Rendszer vagy helyi	1–24 óra	A részesedési aránytól függően a szélfarmok befektetési többletköltségeket vagy többlethasznot eredményezhetnek. A térben kiterjedt szélenergia-rendszerek csökkenthetik a hálózati veszteségeket.
Tartalékok szabályozása	Rendszer	Néhány perctől néhány óráig	A szélenergia részlegesen hozzá tud járulni az elsődleges és másodlagos szabályozáshoz.
Fel nem használt (szél)energia	Rendszer	Órák	Nagyon nagy részesedési arány esetén a szélteljesítmény meghaladhatja a rendszer által maximálisan felvehető határértéket.
Hosszú távú hatások	A rendszer megbízhatósága (termelés és átvitel megfelelősége)	Rendszer	Évek	A szélenergia hozzá tud járulni az energiarendszer megfelelőségének biztosításához (kapacitás kihasználtság).

Forrás: EWEA

Az S.6. ábra grafikus áttekintést nyújt az energiarendszerbe integrált szélenergia különféle hatásairól. Az ábra világosan mutatja a helyi és a rendszer egészére kiterjedő hatásokat, csakúgy, mint az energiarendszer különféle aspektusait – egyebek között a hálózati infrastruktúrát, a rendszertartalékokat és a rendszer megfelelőségét – befolyásoló rövid és hosszú távú hatásokat.

S.6. ábra A szélenergia hatásai a rendszerre

Megjegyzés: A "Task 25" csoport hatáskörébe tartozó problémák pirossal be vannak karikázva.

Források: IEA Wind Task 25; Holtinnen (2007)

 

A hálózati infrastruktúra fejlesztése

A szélenergia, mint az energiatermelés térben szétszórt és változó kimeneti teljesítményű forrása, infrastrukturális befektetéseket tesz szükségessé, valamint az új technológiai és hálózatkezelési koncepciók gyakorlati megvalósítását. Ezeket a II.4. fejezet tárgyalja. A szélenergia nagyléptékű integrálásához elengedhetetlen az átviteli kapacitás jelentős megnövelése és egyéb fejlesztési lépések megtétele, az Európai Unió tagállamaiban és tagállamai között egyaránt. Jelentős javulás érhető el a hálózatok optimalizálásával és egyéb "puha" intézkedésekkel, azonban az új távvezetékek kiépítése is szükséges lesz. Ugyanakkor megfelelő és tisztességes eljárásokat kell kidolgozni annak érdekében, hogy a szélenergia számára is biztosított legyen a hálózathoz való hozzáférés – még ott is, ahol a hálózati kapacitás korlátozott. A nemzetek közti part menti hálózat kiépítése nem csupán a hatalmas part menti erőforrásokhoz való hozzáférést biztosítaná, hanem az országhatárokon átívelő energiatőzsdét is fellendítené, és könnyítené a torlódási problémákat a meglévő összekapcsolásoknál. Az európai hálózatok javításához a hálózattervezés koordinálásának erősítésére van szükség európai szinten, valamint magasabb szintű együttműködésre az összes érintett fél között, különös tekintettel az átviteli rendszerek irányítóira (TSO). Elosztási szinten aktívabb hálózatkezelés szükséges. A hálózat alkalmasabbá tétele a megnövekedett nemzetek közti és regionális villamosenergia-szállítás kezelésére mind a szélenergia-iparnak, mind a belső villamosenergia-iparnak érdeke.

Az S.7–S.9. ábrákon az északi-tengeri part menti hálózati konfigurációk három példája látható:

S.7. ábra A szélenergia Európán keresztül történő szállítására szolgáló nagyfeszültségű "szuperhálózat"

Forrás: Dowling és Hurley (2004)

S.8. ábra A Statnett által javasolt part menti hálózat

Forrás: Statnett (2008)

S.9. ábra A Greenpeace-tanulmányban vizsgált part menti hálózat

Forrás: Woyte (2008)

 

A hálózatra csatlakozással szemben támasztott követelmények

A hálózati kódexeknek a toleranciára, az aktív és reaktív teljesítmény szabályozására, a védőberendezésekre és az energia minőségére vonatkozó specifikus műszaki követelményei módosulnak, ahogy a szélenergia részesedése nő, és a szélenergia további erőművi funkciók betöltésére válik alkalmassá, úgymint az aktív szabályozásra és a hálózattámogató szolgáltatások biztosítására (II.5. fejezet). Az is elképzelhető, hogy a változások inkább a szabályozási szolgáltatások piaca, semmint a kötelező előírások felé jelentenek elmozdulást. Elvileg ez gazdasági szempontból megalapozott, hiszen a szerződést ekkor a szolgáltatást legjobban nyújtani képes energiatermelő kapná meg.

Ahogy a szélenergia részesedési aránya nő, egyre nagyobb szükség van a hálózati kódexek harmonizált követelményrendszerének kidolgozására. Ez a szélenergia-ipar és a rendszerek irányítóinak összehangolt erőfeszítését igényli.

A szélenergia hozzájárulása a rendszer megfelelőségéhez

A szélenergia alacsony részesedési szintje mellett a szélenergia kapacitás kihasználtsága (azaz a "stabil" kapacitás, mint a teljes telepített szélenergia-kapacitás tört része) az átlagos termelés (terhelési tényező) közelébe esik a vizsgált időtartam – általában a legnagyobb igényű időszak – alatt. Észak-európai országok esetében ez jellemzően 25–30% a szárazföldi és akár 50% is a part menti szélenergia esetében. A szélenergia rendszerbeli részesedési arányának növekedésével a relatív kapacitás kihasználtság csökken. Amint azonban a II.6. fejezetben rámutatunk, ez nem azt jelenti, hogy kevesebb hagyományos energiakapacitás váltható így ki, hanem azt, hogy a rendszer újabb szélerőművel történő bővítése a szélenergia magas részesedési szintje mellett kevesebbet vált ki, mint a rendszerbe bevont első szélerőművek.

Piactervezés

A szélenergia gazdaságos integrálásának érdekében a piaci szabályok megváltoztatására van szükség Európa-szerte a piacok működésének felgyorsítására és a (jellemzően három órás vagy rövidebb) kapuzárási idők lerövidítésére. Ezzel minimálisra csökkenthető az előrejelzési bizonytalanság és az utolsó pillanatban jelentkező kiegyenlítési igény. A piaci és kiegyenlítési területek földrajzi bővítése, valamint a határokon átívelő energiatőzsde megfelelő piaci szabályai várhatóan további komoly gazdasági hasznot eredményeznek.

A szélenergia integrálásának gazdaságtana

A szélenergia nagy mennyiségben történő bevezetése az energiarendszerbe sokféle – pozitív és negatív – gazdasági hatással jár. A szélenergia integrálásának költségét két fő tényező határozza meg: a kiegyenlítési igény és a hálózati infrastruktúra (II.7. fejezet). Az energiarendszerbeli kiegyenlítési többletköltség a szélenergia ingadozó természetéből fakad, ami változtatásokat tesz szükségessé a többi energiatermelő számára a kínálat és a kereslet közti megjósolhatatlan eltérések kezeléséhez. A nemzeti tanulmányok azt bizonyítják, hogy ezek a többletköltségek a szélenergia termelési költségének és az energiarendszer teljes kiegyenlítési költségének csupán kis töredékét jelentik.

Az S.10. ábra a költségeket mutatja a szélenergia részesedésének függvényében, több tanulmány alapján. A kiegyenlítési költségek a szélenergia részesedésével lineárisan nőnek, de abszolút értékük mérsékelt, és sehol sem éri el a 4 €/MWh-t 20-% szinten (sőt, az esetek nagy részében 2 €/MWh alatt marad).

S.10. ábra A szélenergiához kapcsolódó kiegyenlítési és működtetési költségek becslése

Forrás: Holttinen (2007)

A hálózatfejlesztési költségek a szélerőművek hálózatra csatlakoztatásának szükségességéből és a megnövekedett energiaáram távvezeték- és elosztóhálózaton történő szállításához szükséges többletkapacitásból adódnak. A hálózatoknak ezenkívül alkalmasnak kell lenniük a feszültségkezelés javítására, továbbá az országok közti összekapcsolási kapacitás fokozása szükséges a szélenergia-erőforrás egész földrészre kiterjedő természetéből adódó előnyök optimális kiaknázásához. A fenti igényeket kielégítő infrastrukturális fejlesztések többféle hasznot is hoznak a rendszernek, így a költséget nem szabad kizárólag a szélenergia-termeléshez kapcsolni.

Az energiarendszereknek a jelentős mennyiségű szélenergia bevonásával történő módosítása a szélenergia részesedésével lényegében lineárisan növő költségekkel jár. A "gazdasági optimum" azonosítása nem egyszerű, mivel a költségekhez hasznok is társulnak. A hasznok közé tartozik a fosszilis tüzelőanyagok fogyasztásának csökkenése és az energiafüggőség mérsékléséből adódó költségcsökkenés. Ezek már láthatóan meg is mutatkoznak az alacsonyabb árakban azokon az energiatőzsdéken, ahol nagy mennyiségben kínálják a szélenergiát. Az eddig elvégzett tanulmányok szerint az eredményeknek a szélenergia nagy részesedési arányára történő extrapolálása világosan mutatja, hogy a szélenergia 20-% részarányt meghaladó mértékű integrálása az EU energiarendszerébe gazdasági szempontból előnyös volna.

A tapasztalatok és a tanulmányok pozitív bizonyítékokkal szolgálnak a 2020-as, 2030-as és azon túli várt európai szélenergia-kapacitás integrálásának megvalósíthatóságára és megoldásaira vonatkozóan. Ma a legsürgetőbb kérdések az energiarendszerek tervezésével és működtetésével, a villamosenergia-hálózatok fejlesztésével, a csatlakozási szabályokkal és a villamosenergia-piac megtervezésével kapcsolatos problémák leggazdaságosabb kezelése köré csoportosulnak.

Az egyik kihívás a megfelelő piaci szabályok megalkotása, egyebek között az olyan ösztönző elemeké, amelyek lehetővé tennék, hogy az energiatermelés és az átvitel abba az irányba fejlődjön, hogy be tudja fogadni a változó kimenetű és decentralizált energiatermelést. Ezt mindenekelőtt a rugalmasság fokozásával és a nagyobb összekapcsolódási kapacitás biztosításával lehetne elérni. Európai szintű tanulmányokra van szükség, melyek műszaki és tudományos alapot szolgáltatnak a hálózat fejlesztéséhez és a piac megszervezéséhez.