Képzeljük el a következőt: van egy olyan nagy teljesítményű erőművünk, amit oda küldünk, ahová kell. Földrengés sújt egy várost, és nem működik semmi; ha egy erőművet tudunk odaküldeni, az áram azonnal segítheti a mentési munkálatokat. Egzotikus helyszínen találtunk ritkaföldfémeket; nem kell kiépíteni az áramhálózatot, nem kell csak dízelgenerátorokkal dolgozni – egyszerűen „megérkezik” az erőmű. Álom, édes álom? Futurisztikus Verne-regény? Igen is, meg nem is: kísérleti, de a teszteken jól teljesítő erőműről van szó.
A nap és a szél
Magyarországon a legfontosabb megújuló energiaforrás a napenergia, de globálisan ma még a szélenergia-termelés erősebb. 2024-ben a globális szélenergia-termelési kapacitás elérte az 1,1 TW-ot, ami 117 GW új kapacitást jelentett egyetlen év alatt. A szélenergia a világ villamosenergia-termelésének körülbelül 8 százalékát adta, mintegy 2500 TWh-t termelve.
A napenergia-termelés is elképesztő ütemben bővül: a teljes beépített kapacitás 2024-ben meghaladta a 2 TW-ot, és csak abban az évben rekordot döntő, 600 GW új naperőmű épült. A napenergia a globális áramtermelés mintegy 6 százalékát biztosította. A figyelmes olvasó kiszúrhatja, hogy a beépített napkapacitás már nagyobb, mint a szél, mégis a széltermelés magasabb. Ennek leegyszerűsített oka az, hogy egy évben több órán át fúj a szél, mint amennyit a nap süt – a szélkapacitás kihasználtsága átlagosan magasabb.
A napnak ugyanakkor megvannak a maga előnyei: nem veszélyezteti a madarakat, nem kell magas építményeket a tájba állítani, a technológia ára évről évre esik, és – ahogy a szélre is – rengeteg támogatási program épül.
A két technológia ma már nem egymás versenytársa, hanem kiegészítője egymásnak: a nap a nappali órákban, a szél pedig éjszaka és rossz időben is képes áramot termelni, így együtt sokkal stabilabb, rugalmasabb zöld energiamix alakítható ki velük.
És mindkettőnek léteznek „mozgékony”, nem hagyományos verziói is.
Úszó napelemparkok, lebegő szélerőművek
A „mozgatható” napelemparkok sokfélék lehetnek. Vannak úszó verzióik is: tavakon, bányatavakon, kikötők védett vizein lebegnek, és – erősen leegyszerűsítve – viszonylag könnyen oda telepíthetők, ahol szükség van rájuk.
A szélenergia klasszikus képe a hatalmas alapra épített torony és a rotorlapátok. Első ránézésre ez nem tűnik olyan valaminek, amit egyszerűen „úsztatni” lehetne, azonban ilyen is akad. A világ egyik legnagyobb lebegő szélerőműparkja, a Hywind Tampen Norvégia partjaitól körülbelül 140 kilométerre található a Norvég-tengerben, és öt közeli olaj- és gázplatform villamosenergia-szükségletének nagyjából egyharmadát fedezi.
A Hywind Tampen összesen 94,6 MW rendszerkapacitással rendelkezik. 11 darab, egyenként 8–8,6 MW teljesítményű turbinából áll, és a Snorre, illetve a Gullfaks mezők termelését szolgáló platformok éves áramigényének körülbelül 35 százalékát képes kiváltani fosszilis forrásból. Az erőmű lebegő betonalapokra épül, amelyeket közös horgonyzórendszer rögzít a 260–300 méter mély tengerfenékhez. Ez ma az egyik legfontosabb mintaprojekt az offshore szélenergia vízen lebegő iparosításában.
A norvég példa jól mutatja, hogy a szél nemcsak partközeli villamosenergia-termelésre, hanem nagy energiaigényű ipari létesítmények – például offshore olaj- és gázplatformok – részleges zöldítésére is alkalmas, miközben új iparági beszállítói láncokat teremt az acélszerkezetektől kezdve a kábelezésen át a tengeri logisztikáig.
Szélmalom az égben
Mindez önmagában is izgalmas, de egy még meghökkentőbb fejlesztési irány is létezik. Ez aligha lesz rövid távon tömegtechnológia, nem váltja le a klasszikus szélerőműveket, de rendkívül érdekes kísérleti terep. Kína ugyanis évek óta teszteli szélmalommal hajtott, áramtermelő léghajóit, amelyek a nagy magasságban fújó, erős és egyenletes szeleket próbálják befogni.
A talaj felett 500 és 10 000 méter közötti magasságban fújó szelek jóval erősebbek és állandóbbak, mint a felszíni légmozgás. A kutatók szerint ezek a magaslati szelek a Föld egyik utolsó, ma még nagyrészt érintetlen, szén-dioxid-mentes energiatartalékát jelentik: gyakorlatilag minden kontinensen rendelkezésre állnak, csak eddig nem tudtuk hatékonyan hasznosítani őket.
Az, amiről itt szó van, egy zeppelin-szerű, S1500 néven futó léghajó, amely egy sorozat legújabb darabja. Ezek lebegő erőművek: a nagy magasságban termelt elektromos energiát egyrészt a fedélzeti rendszerek működtetésére használják, csökkentve az anyagfelhasználást és a költségeket a hagyományos turbinákhoz képest, másrészt egy hosszú, nagyfeszültségű kábelen keresztül le is vezetik a földre. A beszámolók szerint az S1500 sikeresen teljesítette első repülését Északnyugat-Kínában, Hami repülőterén.
Hogyan működhet ez?
A rendszer természetesen szigorú előzetes teszteken esett át, hiszen a szélsőséges időjárási körülményeket és a nagyon erős szeleket is bírnia kell. Maga a léghajószerű test nagyjából 60 méter hosszú, 40 méter széles és 40 méter magas; a fejlesztő Beijing SAWES Energy Technology szerint messze a legnagyobb a valaha épített, levegőben működő szélerőművek között. A cég egyetemi partnerekkel és a Kínai Tudományos Akadémia egyik kutatóintézetével dolgozik együtt a projekten.
Az, hogy egy szélerőműnek milyenek a turbinái, ma már viszonylag sokan el tudják képzelni: ha Nyugat felé, például az M1-esen Ausztria irányába indulunk, a szélkerekek elkísérnek egy szakaszon. Természetesen Magyarország más pontjain is vannak szélturbinák, csak ha nem célzottan keressük őket, ott a legvalószínűbb, hogy az autópálya mellett belefutunk a jellegzetes, karcsú tornyokba.
Az S1500 azonban teljesen más konstrukció: a héliummal töltött léghajótest a „torony”, így nincs szükség masszív acéloszlopra vagy mély alapozásra. A beszámolók szerint ez 40 százalékkal csökkenti az anyagfelhasználást, és 30 százalékkal a működéshez szükséges energiaköltségeket a hagyományos, talajra rögzített turbinákhoz képest.
A teljes egység mobil és mozgékony, akárcsak egy léghajó: elvileg órákon belül áthelyezhető olyan területekre, ahol hirtelen sok energiára van szükség, de hosszú távú erőmű-beruházás nem indokolt. A rendszer így használható sivatagos területeken, szigeteken, bányászati térségekben, de katasztrófaelhárítási helyzetekben – árvizek, földcsuszamlások, földrengések után – is gyorsan telepíthető, hogy árammal lássa el a mentőalakulatokat, a világítást, a rádió- és adatkommunikációs eszközöket vagy éppen az egészségügyi berendezéseket.
Ez a fajta „légi aggregátor” olyan helyeken is megoldást jelenthet, ahol egy hagyományos erőmű vagy hálózat kiépítése politikai, biztonsági vagy környezeti okokból nem reális, de a megbízható energiaellátás mégis kritikus – például humanitárius missziók, geológiai kutatóexpedíciók vagy távoli, időszakosan működő ipari létesítmények esetén.
Exponenciális lehetőségek
Az S1500 belseje tulajdonképpen egy hatalmas, csőszerű légcsatorna, amelyben 12 turbina–generátor egység található, egyenként 100 kW névleges teljesítménnyel. Ezek fogják be a nagy magasságban fújó, viszonylag állandó szelet, és alakítják át elektromos energiává, amelyet egy nagyfeszültségű kábelen keresztül juttatnak le a földre. Az ultrakönnyű generátorok és a kilométeres hosszúságú, nagyfeszültségű kötélzetek önmagukban is komoly mérnöki kihívást jelentenek.
A mostani modellnek már voltak előzményei: a héliummal töltött S500 léghajó mintegy 500 méteres magasságig emelkedett, és több mint 50 kW teljesítményt tudott. Ezt követte az S1000, amely nagyjából 1000 méteres magasságba jutott, 100 kW-ra duplázva a teljesítményt. Az S1500 ezzel szemben már megawattos kategóriába lép: összesen 1,2 MW körüli áramot képes termelni, ami ugyan még messze van egy modern szélerőműpark teljesítményétől, de demonstrációs szinten jelentős ugrás.
Jelenleg itt tartunk. Amikor valaki kitalál valami igazán újat, mindig felmerül a kérdés, hogy megoldás lehet-e a globális energiakihívásokra. Természetesen ez a technológia sem „a” nagybetűs megoldás, de egy fontos irány lehet.
A szélenergia fizikája ugyanis rendkívüli módon „multiplikálódik”: ha a szélsebesség megduplázódik, az általa szállított energia nagyjából a nyolcszorosára nő; ha a sebesség háromszorosára nő, körülbelül 27-szeres energiát kapunk – a teljesítmény ugyanis a szélsebesség köbével arányos. Ezt erősítették meg a fejlesztésben részt vevő kutatók is.
Ez magyarázza, miért izgathatja ennyire a mérnököket a magaslati szélenergia: ugyanannak az aerodinamikai rendszernek a teljesítménye nagyságrendekkel nőhet, ha sikerül elérni a stabilabb, gyorsabb szelek övezetét – még akkor is, ha ennek technológiai és szabályozási ára van.
Hova illik mindez az energiamixben?
A lebegő tengeri szélerőművek – mint a Hywind Tampen – és az égben lebegő léghajós turbinák ugyanannak a trendnek a különböző végpontjait jelzik: a megújuló energiás beruházások kimennek oda, ahol a természeti adottságok a legjobbak, nem várják el, hogy a fogyasztó költözzön a forráshoz.
A norvég projekt a meglévő ipari infrastruktúra – olaj- és gázplatformok – szén-dioxid-lábnyomát csökkenti, miközben új tapasztalatokat hoz az offshore építési technológiákban, a hálózati integrációban és a tengeri ökoszisztémák védelmében. A kínai léghajó ezzel szemben a rugalmasságra fókuszál: bár ma még kísérleti fázisban jár, megmutatja, hogyan lehetne „odaszállítani” a megújuló energiás erőművet a legkülönbözőbb, akár átmeneti felhasználási helyekre.
Energiakereskedő és -szolgáltató szemmel ezek a fejlesztések azt jelzik, hogy hosszabb távon nem csak fix, hálózatra kötött erőművi kapacitásokkal kell majd számolni, hanem mobil, moduláris, rugalmas megoldásokkal is. A jövő energiarendszere valószínűleg sokkal inkább fog hasonlítani egy „felhőalapú” szolgáltatásra: ott termelünk és ott fogyasztunk, ahol éppen a legnagyobb a hozzáadott érték – legyen szó olajplatformokról, elárasztott területekről, szigetekről vagy egy kritikus infrastruktúra gyors helyreállításáról.
Magyar szempontból mindez távolinak tűnhet, de a minta világos: a megújuló energiaipar már nem csak arról szól, hogy hány napelemet vagy szélturbinát telepítünk, hanem arról is, mennyire okosan tudjuk mozgatni, integrálni és kombinálni ezeket az erőforrásokat. Aki időben elkezdi követni és megérteni az ilyen úttörő projekteket, az könnyebben találja meg a helyét a jövő regionális és globális energiapiacán – akár mint beruházó, akár mint szolgáltató, akár mint nagyfogyasztó vállalat.