A fennálló és vélhetően velünk maradó energiakrízis, az üvegházhatású gáz kibocsátásának csökkentésére fókuszáló klímapolitika, a fenntarthatósági célok és a globális geopolitika mind hozzájárultak ahhoz, hogy a megújulónak nevezett energiaforrások szerepe felértékelődjön. Ez különösen igaz olyan országokban, ahol jelenleg még az importált fosszilis alapú energiahordozók határozzák meg az energiamérlegüket, fokozott külpolitikai kockázatnak kitéve magukat.
Mindezen nemzetközi kríziseken túl a megújuló energiaforrások jelentősége a zéró kibocsátási célok irányába történő elmozdulás miatt is egyértelmű. Azt azonban be kell látnunk, hogy az anyagi tekintetben zárt Föld-rendszerben egyszerűen lehetetlen mindent napelempanelekkel beborítani, hiszen nem rendelkezünk az ehhez elégséges mennyiségű kritikus nyersanyaggal. De sokszor a gyártásuk, telepítésük és leszerelésük (!) energiaköltségeit sem igazán veszik figyelembe az egyoldalúan gondolkozók.
Időjárásfüggőség
Ezeken az ismert problémakörökön túl egy újabb szempont is előkerül az időjárásfüggő megújulók kapcsán, ez pedig a termelés előrejelzésére vonatkozó számítások, azaz a menetrendezés pontossága. Ellentétben például a földgázzal, a villamosenergia nem tárolható érdemi mennyiségben. Az viszont egyértelmű, hogy mindenki azt szeretné, ha lenne áram, amint bekapcsol egy készüléket. Folyamatos egyensúlyban kell lennie a termelésnek és a fogyasztásnak. Ezt azonban meg is kell tervezni. Amint ebben a villamosenergia-termelési és -fogyasztási társasjátékban egyre nagyobb szerepet kapnak olyan források, melyek esetében a termelés előrejelzése bizonytalan, annál sérülékenyebb lesz a rendszer, mely sérülékenységet drága és jelentős üvegházhatású gázt kibocsátó termelőkapacitásokkal lehet ellensúlyozni. A kiegyenlítő energia hazánkban általában gázerőművekből érkezik, míg olyan országokban, ahol a domborzati adottságoknak köszönhetően vízerőműveket tudnak időszakosan munkára bírni, ott megújulóval tudják ellensúlyozni a kieső időjárásfüggő termelést. Összességében minden esetben igaz az az állítás, miszerint minél több a beépített fotovoltaikus energiatermelési kapacitás, annál több pufferre van szükség a rendszerben.
Főleg amiatt, hogy a menetrendezések komoly hibákkal működnek.
Magyarországon is kiemelt fontosságúak ezek a problémák, hiszen a fotovoltaikus energiatermelés folyamatosan rekordokat döntöget, mind az új kapacitások beüzemelése, mind az ezzel párhuzamosan járó termelési értékek tekintetében. A villamosenergia-termelésünk több mint 13 százaléka származott 2022-ben napenergiából, melynek mértéke 2015-ben még mindössze 0,5 százalék volt (ráadásul azóta az összes villamosenergia-termelés mintegy az ötödével emelkedett). Ezekkel az értékekkel európai szinten az elmúlt években dobogós helyezést értünk el. Éppen ebből kifolyólag, az időjárásfüggő megújulók ilyen gyors növekedése miatt van szükség a menetrendezés javítására.
A felhőzöttség becslése
A Napból érkező sugárzás előrejelzésének legfőbb problémája a felhőzöttség mértékének tág hibahatárokkal történő becslése. Kutatásaink során a korábbi szaharai porviharos események vizsgálatai közben felismert jelenséget vettük részletesebb elemzés alá, azaz azt, hogy a légköri por koncentrációjának megnövekedése során miért alakulnak ki nagykiterjedésű, hófehér felhőernyők a porral telített légtömegek előoldalán. Azaz miért sokkal több a felhő akkor, ha több por van a légkörben, mint por nélkül lenne?
A felhőcseppek kialakulásához szükség van valamiféle „szennyezőanyagra” a légkörben, enélkül csak igen speciális körülmények közt alakulnának ki jég- vagy esőcseppek. A légköri por finom szemcséi a légkörbe jutva a felhőképződéshez szükséges kondenzációs magként viselkedhetnek, melyek számának növekedése adott vízgőztartalom mellett több, de kisebb méretű felhőcsepp kialakulásához vezet, így a felhő színe világosabb lesz, tehát több sugárzást ver vissza. A kisebb cseppek másik tulajdonsága, hogy a légköri tartózkodási idejük viszonylag hosszú, következésképpen a felhő fényvisszaverő (radiatív) hatását hosszabban fejti ki, illetve a csapadék valószínűsége is csökken.
Ezt az alapvető kapcsolatot vizsgáltuk a 2022-es év példáján. A szaharai porviharos események száma és intenzitása az elmúlt években folyamatosan nőtt. 1979-től napjainkig több mint 270 ilyen epizódot azonosítottunk a Kárpát-medencében. A négy és fél évtizedes adatsorunk első évtizedeiben 3–5 porviharos esemény történt évente, ennek a száma az elmúlt másfél évtizedben átlagban átlépte a tízet.
A vizsgált évben történt eddig a legtöbb poros epizód: tizenhat alkalommal érte el észak-afrikai port tartalmazó légtömeg hazánk térségét. Ebből több ízben történt intenzív kimosódás is, azt sáros esőként észlelhettük.
A fotovoltaikus energiatermelés egynapos előrejelzési adatait hasonlítottuk össze a ténylegesen megtermelt értékekkel, különös tekintettel a 16 szaharai porviharos esemény időszakaira.
Látható volt, hogy olykor igen nagy eltérések voltak az előrejelzett és a termelt energia mennyisége közt, és ezek a nagy hibákat tartalmazó predikciók több alkalommal is épp a porviharos események időpontjaira estek.
A hibás előrejelzések hátterében az áll, hogy az alkalmazott modellek nem tartalmazzák a légköri pornak a tényleges, napi gyakoriságú adatait, csupán egy durvafelbontású aeroszolklimatológiát alkalmaznak, melyek pontossága épp a megváltozó éghajlat és áramlási viszonyok miatt közel sem nevezhető elégségesnek.
A légköri por kapcsán szintén nem tartalmazzák a számítások a poranyag felhőfizikai folyamatokban betöltött szerepét, csak a direkt besugárzás módosító hatását. Kutatásainkban épp arra világítottunk rá, hogy nem a légköri por elnyelése és szórása játssza a fő szerepet a besugárzás csökkentésében, hanem a közvetett hatása, ami a felhőképződés befolyásolásában testesül meg.
Szemcsejellemzők
Mindezen hiányzó paramétereken és kapcsolatokon túl fontos megemlíteni, hogy a poranyag szemcsemérete, szemcsealakja és ásványtani tulajdonságai is számításba veendő tényezők. Egy apró lapos, sötét színű szemcsének másféle felhőfizikai hatása van, mint egy nagyobb, majdnem gömb alakú, víztiszta kvarcnak. A sáros esős események során vett minták részletes laboratóriumi elemzése során a poranyag legfőbb jellemzőire vonatkozóan szintén szolgáltattunk részletes adatokat. Korábbi kutatásaink eredményeit erősítettük meg ezekkel, miszerint a hazánkat elérő poranyag jellemzően kvarcot, földpátokat, kalcitot, dolomitot, agyagásványokat és gipszet tartalmaz. A szemcsék mérete a néhány mikronostól, olykor a csaknem száz mikronos tartományig terjed, azaz jóval nagyobb szemcsék is eljutnak hozzánk, mint amilyet korábban gondoltak. A különböző meteorológiai helyzetek különböző szállítási útvonalakat is meghatároznak és a legkülönbözőbb föld- és talajtani jegyekkel jellemezhető szaharai források garmadája jöhet számításba, mint forrásterület, ezért még bőségesen van kutatni való a témakör kapcsán.
Varga György Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont A kutatások az NKFIH FK138692, valamint az RRF-2.3.1-21-2021 és MTA Fenntartható Fejlődés és Technológiák Nemzeti Program projektek támogatásával valósultak meg.
Forrás: Élet és Tudomány