A Nemzeti Energiastratégia számításai szerint az elkövetkezendő 10 évben jelentősen nőni fog az ország villamosenergia-szükséglete a betelepülő energiaintenzív iparágak és az általános elektrifikáció következtében. Ennek kielégítésére megújuló energiaforrásokból összesen további kb. 5 GWh naperőművi kapacitást tervez a kormányzat felépíteni 2030-ig, kb. 700 MWh szélerőműkapacitás, és 1000 MWh energiatároló mellett. Bár a tervek kétségkívül jól átgondoltak, több szakértő is kétségeket fogalmaz meg a további naperőművi kapacitások beépítésével kapcsolatban, illetve a hiányzó energiatárolási kapacitások erős – szakmai – aggodalomra adnak okot. De miért nem örül a szakma a zöldenergiának, és milyen kétségei lehetnek?
A probléma fő okozója: túl sok lett a napenergia
A háztartási napelemes kiserőművek és az ipari méretű napelemparkok robbanásszerű növekedése oda vezet/vezetett, hogy a termelési csúcsokon, jellemzően délelőtt 11 és délután 3 óra között sokkal több áram kerül be az országos villamosenergia-hálózatba, mint amit az ország elfogyaszt. A fogyasztási csúcsok viszont a reggeli és délutáni-esti órákban jelentkeznek, vagyis a naperőművek által termelt áram pont akkor nem áll rendelkezésre, amikor igazán nagy szükség lenne rá. Mit lehet ilyenkor tenni? A termelési csúcsokon egyrészt exportálni kell az áramot. A helyzet viszont az, hogy az exportpiacokon is hasonló a helyzet, mint Magyarországon, vagyis a napos órákban igazán egyik országnak sincs szüksége plusz energiamennyiségre.
A kereslet-kínálat alapszabálya szerint ennek egyértelmű következménye: az árak bezuhanása.
Ahhoz, hogy a napos órákban megtermelt áramot a fogyasztási csúcsokhoz lehessen igazítani, legalább 4-5-6 órára, de optimális esetben hosszabb távra is el kellene raktározni a termelési csúcsokon keletkező árammennyiséget. Erre műszaki szempontból jelenleg három reális lehetőség van: szivattyús, tározós vízerőművek, akkumulátoros energiatárolók és hidrogénes energiatárolás, azonban az ország földrajzi adottságait figyelembevéve inkább a két utóbbi megoldás lehet a befutó.
Akkumulátor vs. hidrogén
Az akkumulátor-, illetve hidrogéntechnológiával működő energiatárolási megoldásoknak előnyei és hátrányai egyaránt vannak, a felhasználási cél is bizonyos pontokon eltérő lehet, ezért ezekre elsősorban nem egymással versenyző, sokkal inkább egymást kiegészítő, akár integrált rendszerekben működő megoldásokként érdemes tekinteni.
Mindkét technológia esetében kijelenthető, hogy még mind volumenben, mind műszaki értelemben erősen fejlődő szakaszban vannak, akár csak ez elmúlt egy évtized alatt is jelentős áttörések történtek a technológiák történetében. Az akkumulátoros (főként lítium-ion) tárolás ma sokkal elterjedtebb, viszonylag kiforrott a technológia, ugyanakkor felhasználás szempontjából bizonyos problémákat még nem sikerült megoldani, például: hatékonyan csak 4-6 órán keresztül tudja az áramot elraktározni,
a működéséhez szükséges vegyianyagok pedig súlyosan természetkárosítók, a feldolgozásuk, újrahasznosításuk egyelőre egyáltalán nem megnyugtató.
Ezzel együtt egyre nagyobb mennyiségben jelennek meg akkumulátoros létesítmények az országban, eddig már kb.100 MWh kapacitás készült el, vagy van folyamatban, de az ország legnagyobb, 60 MWh kapacitású akkumulátoros tárolóját Szolnokon is jövőre adják át.
A hidrogéntechnológiás energiatárolás más felhasználási területeken lehet előnyös: a vízbontással előállított hidrogént magas nyomáson tárolva és újra villamos energiává alakítva, hosszabb távú, akár szezonális tárolásra is alkalmas, és semmilyen káros anyag sem szükséges a működéséhez. A vízbontással előállított zöldhidrogén megnevezésére használja a külföldi szakirodalom az electrolytic hydrogen kifejezést, melynek magyar megfelelője még nem terjedt el. Ugyan a törekvések egyértelműen a megújuló energiaforrások alkalmazását célozzák, amely a hidrogén „zöld” kategóriába történő sorolásának feltétele, elképzelhetőek olyan forgatókönyvek is, melynek során az elektrolizáláshoz szükséges energiát a hálózati mixből, vagy atomenergiából lehet fedezni.
A hidrogéntechnológia már elérhető „dobozos, konténeres” termékként,
a jelenlegi akkumulátoroknál környezetbarátabb a nyersanyag felhasználását tekintve, igaz minimális akkukapacitásra szükség van. Az életciklusa végén, a beruházás kb. 30 százalékáért cserébe olyan korszerűsítést kaphat, amellyel még hosszú évekig használható marad.
A hidrogéntechnológiára vonatkozóan egyelőre homályosabbak a hazai tervek, bár létezik Nemzeti Hidrogénstratégia, amely 2030-ra 240 MWh elektrolizáló-kapacitás felépítését irányozza elő. Ugyan a Mol, saját ipari igényeinek kiszolgálására idén tavasszal átadott egy 10 MWh kapacitású elektrolizálót Százhalombattán, Kardoskúton is elindult az MVM kísérleti, 2,5 MWh-os projektje, illetve Bükkábrányban is egy 1 MWh-os zöldhidrogénüzem kezdte meg a termelést idén nyáron. Az összesen kevesebb mint 15 MWh elektrolizáló nagyon messze van a 240 MWh-nyi célkitűzéstől, amit elvileg 5 év alatt kellene megépíteni. Egyelőre nincsenek konkrét hírek vagy nagy bejelentések új üzemek kapcsán, pedig technológiai szempontból olyan partnerek vehetnek részt a projektekben, mint
a Messer, amelynek több évtizedes tapasztalata van a hidrogéntechnológiában.
Decentralizáció, energiaközösségek, integráció: hogyan segít a hidrogén?
Hagyományosan az országok villamosenergia-hálózatai többé-kevésbé nagy erőművekből és fogyasztókból álltak. Az „energiaáramlás” egyirányú volt: nagy erőművek megtermelték az áramot, az országos hálózaton keresztül pedig azt a felhasználók elfogyasztották. Az elmúlt 10 évben ez gyökeresen megváltozott: a háztartási méretű kiserőművek elterjedésével sok tízezer ponton, kisfeszültségű trafókon keresztül táplálnak be áramot a hálózatba, az új ipari méretű naperőművek pedig (a háztartásiakhoz hasonlóan) ciklikusan hatalmas mennyiségű áramot adnak le a hálózatba. Ez olyan mértékű infrastruktúra-fejlesztést igényel/igényelne a hálózatüzemeltető részéről, amely költségoldalon is rendkívül megterhelő, és a kapacitások is végesek.
Jelentősen lazíthatna azonban az országos fejlesztések ütemén, ha elindulna egyfajta decentralizáció a hálózatban,
vagyis, hogy a helyben megtermelt áramot, helyben is fogyasszák el, ne kelljen feltétlenül betáplálni a villamosenergiát az országos hálózatba. Természetesen erre ma is van több elszigetelt példa, a valódi áttörést azonban az energiaközösségek elterjedése jelentené (erre EU-s ösztönzők rendelkezésre állnak). Ha a háztartások, közintézmények, cégek megújulóenergia-közösségeket (REC) hoznának létre, relatív kisebb beruházással válhatnának önellátóvá, ezáltal nem csak a költséget takaríthatnának meg, hanem az országos hálózat kapacitását sem kellene óriási mértékben megnövelni.
Ezek alapja azonban a hatékony energiatárolás megoldása.
A hidrogénes energiatároló rendszerek jellemzően napelemek által megtermelt áramból (zöld)hidrogéngázt állítanak elő, amit 200-500, vagy akár 1000 baros nyomáson, közel veszteségmentesen tudnak, hosszú ideig is tárolni. 1 MW energiával 18 kilogramm hidrogén állítható elő óránként. Ezt tüzelőanyag-cellákon keresztül bármikor vissza lehet alakítani elektromos árammá, amit akkor lehet felhasználni, amikor igazán nagy szükség van rá.
A reális kapacitása jelenleg ezeknek az elektrolizálóknak 1 és 5 MW között mozog, amely akár egy 8-10 hektáros naperőmű által túltermelt villamosenergia eltárolására és menetrend tartásához is alkalmas.
A zöldhidrogén mobilitási eszközökben, ipari folyamatok során is felhasználható, közúton, de a földgázhoz hasonlóan, csővezetéken is olcsón szállítható.
„Jelenleg csak néhány ipari területen, ipari központban építettek ki csővezetékes hidrogénellátást, amelynek nagy előnye, hogy nem kell közúton szállítani a hidrogént. Ezen ipari területek környező régiói lesznek majd a „hidrogénvölgyek”, ahol a meglévő kapacitások mellé további (zöld) termelő- és új fogyasztó egységek közösen csatlakoznak majd. Az elektrolizáló berendezés, a hidrogén sűrítése és tárolása, valamint a tüzelőanyag-cellák is innovatív jellegükből adódóan még drága technológiai megoldások, ezért kiemelten fontos a holisztikus szemlélet. A pénzügyi tervezés mellett figyelembe kell venni a műszaki kihívásokat, környezeti hatásokat, a fenntarthatósági célokat, ESG szempontokat, rezilienciát. Továbbá javítja a megtérülést, ha teljes értékláncban gondolkodunk és a környezeti adottságokat figyelembe vevő, hidrogénes ökoszisztémát tudunk felépíteni” – mondta el Kovács Gábor, a Messer hidrogén üzletág vezetője.
Pécsen épül a magyar hidrogén kompetencia központja
2023-ban kezdete meg működését a Pannon Energiaközösség Nonprofit Kft., kiváló lehetőséget teremtve a Pécsi Tudományegyetem energiahatékonyság-növelésének támogatására, és arra, hogy az energiaközösség innovatív kiépítését, modern működtetését és monitorozását az egyetemi kompetenciákra építve valósítsa meg. Az energiaközösség további célja, hogy egyedülálló tudásbázist építsen fel az energiaközösségek korszerű működésének, a megújuló energiaforrások hatékony integrálásának, valamint a hidrogéntechnológiák optimális felhasználásának területein is.
2022-ben az országban elsőként a PTE Műszaki és Informatikai Karán indult egyetemi diplomát adó, posztgraduális, tüzelőanyagcella- és hidrogéntechnológia-szakember, szakmérnök képzés, amely azóta is folyik.
„A Megújuló energiák Nemzeti Laboratórium által életre hívott PTE Hidrogén Központjában hidrogénes infrastruktúrák modellezésével foglalkozunk. A PTE Közgazdaságtudományi Karán és a Hidrogén Központban működő kutatócsoportjaink közösen
egy olyan mobilitási célok modellezésére alkalmas szolgáltatási kompetenciát fejlesztettek, amely mind technológiai, mind gazdasági oldalról képes optimalizálni.
Hogy pontosan ez mit is takar? Amennyiben megkeresi az egyetemet egy fuvarozó cég, hogy beruházna 5 darab hidrogén üzemű tehergépjárműbe és tervezi az alternatív hajtású flottája további bővítését, és van már 3 MW teljesítményű napeleme, akkor milyen hidrogénes infrastruktúrát kellene kiépítenie, ezt le tudjuk neki modellezni. A műszaki réteg segítségével a célparamétereket fixálva különböző szcenáriókat tudunk vizsgálni és ajánlást tenni arra vonatkozóan, mekkora elektrolizálót, akkumulátort, tartályt, kompresszort, töltőállomást kell a rendszerbe tervezni. A gazdasági réteg pedig mindezt pénzügyi oldalról egészíti ki. Számolható a projekt beruházási és karbantartási költsége, a szükséges támogatás mértéke” – mondta el Dr. Bedő Zsolt, a PTE Hidrogén Központ igazgatóhelyettese.
A hidrogénes pilot projektek üzleti tervének megalkotását tovább bonyolítja a zöld hidrogén kérdése. Amennyiben az eredeti és nagyon is logikus gondolatmenetből indulunk ki, azokban az órákban termelünk hidrogént, mikor felesleges napenergia áll rendelkezésre, ez napi 2-4 órát jelentene.
A beruházás megtérülését azonban javítja, ha az elektrolizáló berendezést minél jobban kihasználjuk, tehát több hidrogént állítunk elő az üzemórák növelésével.
Megvalósulhat ez a napelem kapacitás növelésével, akkumulátorok integrálásával, vagy a hálózatról vételezett árammal is. Az infrastruktúra gazdasági mutatói javíthatóak rendszerkiegyenlítési szolgáltatás nyújtásával, vagy az oxigén lokális felhasználásával, például a szennyvíztisztításban.
„Ezek vizsgálatával is foglalkoznak kutatócsoportjaink, továbbá szoros kapcsolatban állunk ipari szereplőkkel, egyetemekkel, kutatóintézetekkel, annak érdekében, hogy a teljes értékláncot felölelő kapcsolati hálóval támogassuk a fejlesztői munkát, építsük a szinergiákat. Elkezdtük a modell további bővítését energiatárolási célok leírására is, mely jól illeszthető lesz majd energiaközösségi projektekbe. Az infrastruktúra modellezés mellett nem titkolt törekvésünk egy pécsi hidrogénes demonstrációs projekt megvalósítása, amely lehetőséget teremtene a technológia mélyebb szintű gyakorlati megismerésére és mintaként szolgálhatna más városok, cégek, intézmények számára.
A helyi kompetenciákat kitűnően egészíti ki a Messer, gázipari oldalról. A hidrogéntárolással kapcsolatos megoldások szakszerű tervezésében, kivitelezésében számítunk rájuk, mint stratégiai partnerünkre.
Bándy Tamás, a Messer energiairányítási igazgatója rendszeresen tart előadásokat a képzésben, melyet tovább fogunk bővíteni az együttműködésünk keretében, tavasszal már egy teljes tárgyat fog tartani, üzemlátogatással kiegészítve. A harmadik évfolyam már a záróvizsgára készül, a következő évfolyam pedig 2025 februárjában indul, amelyre már most lehet jelentkezni. További információk a képzés weboldalán találhatók.” – tette hozzá Bakk Diána Teodóra, a PTE Hidrogén Központ operatív vezetője.
Németországban már működik (hamarosan), itthon miért ne menne?
Egyértelmű, hogy a hidrogéntechnológiában rengeteg potenciál rejlik, amit a világ döntéshozói már felismertek, azonban a terjedésnek van egy alapvető gátja: a jelenleg (még) magas költségek.
„Nem lehet amellett elmenni, hogy a beruházási és üzemeltetési költsége magasabb a hidrogéntechnológiának, mint az akkumulátoroknak. A tervezés, telepítés, üzemeltetés speciális szakértelmet kíván, amely alapvető feltétele a technológia terjedésének. Nagy szükség lenne olyan pilot projektekre, amelyek jobban megismertetnék a szereplőkkel a technológiát, ehhez viszont elkerülhetetlen az állami támogatás. Erre látunk jó példákat Nyugat-Európában” – hívta fel a figyelmet Kovács Gábor.
A Messer, egy konzorcium tagjaként hidrogén-előállító üzemet épít a Brainergy Ipari Parkban a németországi Jülichben. A park kiemelkedő szerepet játszik a Rajna-vidék ipari területeinek energetikai átállásában, és a megújuló energiákhoz kapcsolódó innovatív technológiák elterjesztésében. A 10 MW névleges teljesítményű, és óránként akár 180 kilogramm hidrogén előállítására képes üzem a maga nemében az egyik legnagyobb lesz Németországban. A termelt zöldhidrogént elsősorban üzemanyagcellás buszok töltésére használják majd, amelyekből már eddig is öt darab közlekedett Dürenben és további 20 került üzembe 2024 novemberében. (Magyarországon is tesztelnek hidrogén-meghajtású buszt a HUMDA együttműködésével, amelyhez a Messer biztosítja az üzemanyagellátást.) A tervek szerint a zöldhidrogén üzemet 2025 őszén üzemelik be.
Megépítését a német állam mintegy 14,7 millió euróval (közel 6 milliárd forint) támogatja.
A magyarországi hidrogénvölgyek kialakítása már előkészítés alatt van, EU-s támogatásokra nagy eséllyel pályáznak az ipari termelők.
A cikk megjelenését a Messer Hungarogáz támogatta.
Címlapkép és fotók forrása: Messer Hungarogáz
