A napenergia csökkenő ára nagyobb sajtóvisszhangot kap, de a széltechnológia terén is nagy dolgok történnek. És úgy értem, nagy dolgok.

A szélturbinák matematikája nagyon egyszerű: A nagyobb jobb. Konkrétan kétféleképpen lehet egy adott területen több energiát termelni a szélből.

Az első a nagyobb rotorok és lapátok használata, amelyekkel nagyobb területet lehet lefedni. Ez növeli a turbina kapacitását, azaz a teljes potenciális termelést.

A második az, hogy a lapátok feljebb kerülnek a légkörbe, ahol a szél egyenletesebben fúj. Ez növeli a turbina “kapacitási tényezőjét”, vagyis azt az energiamennyiséget, amelyet a teljes potenciáljához képest ténylegesen termel (vagy köznyelvben: milyen gyakran működik).

A szélenergia fejlesztésének története az egyre magasabb és magasabb, egyre nagyobb és nagyobb lapátokkal rendelkező turbinák tervezésének története volt. Ez egy trükkös és kényes dolog. A magas, vékony dolgok nagyobb szélben elhelyezve hajlamosak elhajolni és meghajolni. Amikor a hosszú turbinalapátok elhajlanak, a toronyba vagy a kerékagyba csapódhatnak, ahogy ez a dán rendszer tette 2008-ban, miután a “fék” meghibásodott, és irányíthatatlanná vált:

A harmadik mérnöki kihívás tehát az, hogy olyan terveket és anyagokat találjunk, amelyek ellenállnak a magassággal és a nagyobb széllel együtt járó feszültségeknek. Ezek a terhelések elég nagyok – nézze meg ezt a videót, amelyen a mérnökök egy hatalmas turbinalapátot tesztelnek úgy, hogy “körülbelül 16 afrikai elefánt súlyával” húzzák ide-oda.”

Mindenesetre a turbinák egyre nagyobbá és nagyobbá tétele a játék neve. Amikor szárazföldi (onshore) turbinákról van szó, ez a folyamat különböző nem technikai korlátokba ütközik – közlekedési és infrastrukturális akadályok, földhasználati aggályok, a kilátás, a nagy madarak, az árnyék stb. miatti aggodalmak…

De különösen Európában a szélenergia egyre inkább a tengerre kerül. És kint az óceánon, ahol a szárazföldet alig lehet látni, az egyetlen méretbeli korlátot a mérnöki tervezés jelenti. Következésképpen a tengeri turbinák ma még gyorsabban ugrálnak, mint a szárazföldi turbinák az elmúlt évtizedben.

Egy szemléletes példa erre a trendre 2018 márciusában bukkant fel (amikor először publikáltam ezt a cikket). A GE Renewable Energy bejelentette, hogy 400 millió dollárt fektet be egy új monstre turbina kifejlesztésébe: a Haliade-X, amely (legalábbis a következő nagy bejelentésig) a világ legnagyobb, legmagasabb és legerősebb turbinája lesz.

Ez mérnöki teljesítményként lenyűgöző, de a turbinaméret növekedésének jelentősége jóval túlmutat ezen. A nagyobb turbinák több energiát takarítanak be, egyenletesebben; minél nagyobbak, annál kevésbé változékonyak és megbízhatóbbak, és annál könnyebben integrálhatók a hálózatba. A szél a nagykereskedelmi energiapiacokon már most is felveszi a versenyt más energiaforrásokkal. Még néhány generációnyi növekedés után ez már nem is lesz verseny.

Mit érnek el a szélturbinák

Hogy megértsük, mekkora ez az új GE-turbina, kezdjük néhány összehasonlítással.

Felhívtam Ben Hoent, a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium kutatóját, hogy megtudjam a szélturbinák méretére vonatkozó legfrissebb adatokat. (Hangsúlyozza, hogy ezek előzetes adatok – az LBNL néhány hónapon belül jelentést készít erről, de nem számít arra, hogy ezek a számok sokat változnak, ha egyáltalán változnak.)

Hoen szerint az USA szárazföldi turbináinak átlagos teljes magassága (az alaptól a csúcsig) 2017-ben 142 méter (466 láb) volt. A medián turbina közelebb volt a 152 méterhez (499 láb). Sőt, Hoen szerint a medián a maximumhoz közelít. Más szóval, idővel úgy tűnik, hogy az amerikai szárazföldi turbinák nagyjából erre a magasságra közelítenek. Hogy miért? Mert ha 499 lábnál magasabbra építesz, akkor a Szövetségi Légügyi Hivatalnak néhány extra lépést kell tennie az engedélyezési folyamat során, és úgy tűnik, hogy a legtöbb fejlesztő nem találta úgy, hogy ez megéri a fáradságot.

A legmagasabb amerikai szárazföldi turbinák a Hancock Wind projektben vannak a Maine állambeli Hancock megyében. Azok – Vestas V117-3.3-asok, ha tudni akarod – körülbelül 574 láb magasak.

Ez tehát szárazföldi. Mi a helyzet a tengerparton? Nos, az Egyesült Államokban egyelőre egyetlen működő tengeri szélerőmű van, a Block Island szélerőműpark Rhode Island mellett. A turbinák nagyjából 590 láb magasra emelkednek.

Hogyan viszonyul mindehhez a Haliade-X? A GE szerint 853 láb magas lesz.

Azt hiszem, ez lenne a világ legmagasabb szélturbinája. Amennyire a guglizásból meg tudom állapítani (mint mondtam, ezek a dolgok gyorsan változnak), a korábbi rekordtartó egy 809 láb magas szárazföldi turbina Németországban.

A nagyobb turbinák több energiát jelentenek, gyakrabban

A magasság azonban nem minden, ami számít. A Haliade-X néhány más szuperlatívussal is büszkélkedhet.

A forgórészátmérő a turbina lapátjainak teljes szélességét (az általuk meghatározott kör átmérőjét) jelenti. Ha minden más tényező egyenlő, a nagyobb rotorátmérő azt jelenti, hogy a turbina több szelet tud betakarítani.

2017-ben, mondta Hoen, az amerikai szélturbinák átlagos rotorátmérője 367 láb volt. A Haliade-X rotorátmérője 722 láb lesz, ami nagyjából kétszerese az átlagnak. A lapátok óriásiak lesznek, egyenként 351 láb hosszúak, hosszabbak, mint egy futballpálya, és a GE szerint hosszabbak, mint bármelyik eddigi tengeri lapát.

A hatalmas rotorátmérő, valamint a stabil tengeri szél, továbbá a 12 MW-os turbina (a szárazföldön átlagosan 3 MW körüli, a tengeren 6 MW körüli) azt jelenti, hogy a Haliade-X szokatlanul magas kapacitás-tényezővel fog rendelkezni.

Ez az idézet az Energiaügyi Minisztérium 2016-os Wind Technologies Market Report című jelentéséből mutatja, hogyan alakultak a szélkapacitási tényezők az idők során: “A 2014-ben és 2015-ben épült projektek átlagos 2016-os kapacitástényezője 42,5% volt, szemben a 2004-2011 között épült projektek átlagos 32,1%-os és az 1998-2001 között épült projektek mindössze 25,4%-os átlagával.”

Összehasonlításképpen: 2016-ban az amerikai nukleáris flotta átlagos kapacitástényezője 92% körül volt. (A jelenlegi piacokat tekintve az atomenergia csak akkor gazdaságos, ha folyamatosan, alapterhelésként üzemel.) A szén és a földgáz 55, illetve 56 százalékos volt. (A földgáz azért ilyen alacsony, mert a kereslet ingadozásait követve gyakran növeli és csökkenti a kapacitását. A szén korábban közel 80 százalékon állt, de egyre kevésbé gazdaságos egyáltalán szénerőműveket üzemeltetni.)

A modern amerikai szélerőművek 42,5 százalékon állnak, a földgáz pedig 56 százalékon. A Haliade-X a GE szerint 63 százalékos lesz a kapacitástényezője. Ez őrület, bár nem ez lenne a legmagasabb a világon – a Hywind skóciai projekt úszó tengeri turbinái nemrég 65 százalékot értek el.

Ha mindezt összeadjuk, egy “tipikus német északi-tengeri helyszínen” – mondja a GE – minden egyes Haliade-X évente mintegy 67 GWh-t termel, “turbinánként akár 16 000 háztartás számára elegendő tiszta energiát, 750 MW-os szélparki konfigurációban pedig akár 1 millió európai háztartás számára”. (Elég, ha azt mondjuk, hogy az energiafogyasztó amerikai háztartások esetében ez a szám kisebb lenne). Ez a vállalat szerint “45 százalékkal több energiát jelent, mint bármely más, ma elérhető tengeri szélturbina”.

Az első Haliade-X jelenleg a hollandiai Rotterdamban épül. A GE áprilisban közölte, hogy még ebben az évben elkezd áramot termelni.

A nagyobb turbinák, amelyek gyakrabban futnak, minden versenytársat le fognak nyomni

Mondjuk el, mit jelentenek ezek a növekvő kapacitástényezők a szélenergia számára.

Gyakran visszatérek Ramez Naam energiaelemző 2015-ös bejegyzéséhez a szélenergia végső lehetőségeiről. “A szél 60%-os kapacitástényező mellett” – írta – “még a mai kwh-enkénti ár mellett is óriási mértékben értékesebb lenne, mint most, és kevesebb korlátot szabna annak, hogy mennyit használhatnánk belőle.”

Miért van ez így? Több okból is.

• Minél változékonyabb egy forrás, annál több tartalékra van szükség ahhoz, hogy megszilárduljon és megbízhatóvá váljon. (Ma a tartalékot leggyakrabban földgázerőművek biztosítják, bár az akkumulátorok is egyre inkább előtérbe kerülnek). Azáltal, hogy a szél kevésbé változékony és megbízhatóbb, a magasabb kapacitási tényezők csökkentik a tartalékolási költségeket.
• A változó megújuló energia (nap és szél) hajlamos “megenni a saját ebédjét”. Mivel mind egy időben termel energiát (amikor süt a nap vagy fúj a szél), a következő hozzáadott kapacitásnövekedés hatására csökken az összes többi növekmény elszámoló ára. Minél több energia áll egyszerre rendelkezésre, annál alacsonyabb az ár. Azáltal, hogy az energiát hosszabb időre osztja szét – a 2011-es évjáratú turbinák 32 százalékának nagyjából kétszeresére -, egy 60 százalékos kapacitástényezőjű turbina tompítja és lassítja ezt az árcsökkentő hatást.
• Azáltal, hogy meghosszabbítja üzemidejét, egy magas kapacitástényezőjű turbina nagyobb valószínűséggel termel a keresleti csúcsok idején, amikor az energia a legértékesebb.

A 60+ százalékos kapacitástényező nem egészen “alapterhelés”, de sokkal kevésbé tűnik változónak. Tehát a Haliade-X-hez hasonló turbinák még akkor is értékesebbek lennének, ha a szélenergia ára változatlan maradna.

De természetesen nem marad változatlan; 2009 óta 65 százalékkal csökkent. Egy nemrégiben készült NREL-jelentés előrejelzése szerint a szélenergia-technológia innovációi (amelyek közül a nagyobb turbinák csak egy a sok közül) 2030-ig további 50 százalékkal csökkenthetik az árat. (A Virginiai Egyetem kutatói egy olyan tengeri turbina tervén dolgoznak, amely – nem hazudik – 1640 láb magasra tornyosul, magasabbra, mint az Empire State Building.)

Az új amerikai szélturbinák 2025-re átlagosan 460 láb magasra nőnek, ami nagyjából megfelel a jelenlegi előrejelzéseknek. Az NREL adatai szerint az ilyen turbinák 60+ százalékos kapacitástényezőt érhetnek el több mint 750 000 négyzetmérföldnyi amerikai területen, és 50+ százalékot 1,16 millió négyzetmérföldnyi területen.

Ez a sok szél, ilyen kapacitástényező mellett, a széltechnológia előrelátható fejlődésével, elég olcsó áramot fog termelni ahhoz, hogy minden versenytársat teljesen letaroljon. És 2025 nincs is olyan messze.