Európa szárazföldi szélenergia-potenciálja

2025/1. lapszám | Magyar Energetika |  104 |

Az EU felülvizsgált és újjáalkotott megújulóenergia-irányelve uniós szintű célként határozza meg, hogy 2030-ra a megújuló energiaforrások részaránya – az eredeti 32%-os célkitűzéssel szemben – legalább 42,5% legyen, ami a megújuló energia jelenlegi uniós részarányának megkétszerezését jelenti. Ennek eléréséhez a szélerőművek is hozzájárulhatnak.

2025 januárjában tette közzé az EU a Kutatási Központ (JRC: Joint Research Center) a legújabb tanulmányát az unió és a környező országok szárazföldi szélenergia-kapacitásának újraértékeléséről. A jelentés nagy földrajzi felbontású modellszámítások alapján mutatja be Európa gazdaságilag is életképes szárazföldi szélenergia-potenciálját és megállapítja, hogy egyes forgatókönyvek esetében a telepíthető kapacitás és az éves villamosenergia-termelés körülbelül kétszerese a korábban becsültnek. Ez azt jelzi, hogy a szárazföldi szélenergia a korábban értékeltnél sokkal nagyobb szerepet játszhat Európa energiarendszerének dekarbonizációjában. Azt is megállapítja, hogy a telepítési távolságokra (setback distances) vonatkozó szakpolitikai döntések jelentős hatást gyakorolnak a szélenergia-potenciálra. A modell (ENSPRESO 2) az eredeti ENSPRESO projektre (ENergy Systems Potential Renewable Energy SOurces, technical potential) épül, amely 2018-ban zárult le. Az új, frissített változat mindeddig példa nélküli, 1 km²-es felbontást alkalmaz, felhasználja a legújabban rendelkezésre álló szélenergia-adatbázisokat és a szélenergia-technológiában elért legfrissebb kutatási és a gyakorlatban felhalmozott eredményeket.

Korábban a JRC kialakította a szél-, nap- és biomassza-energia potenciál uniós szintű, adatbázisát, az ún. ENSPRESO adatokat¹. Ennek fő célkitűzése az volt, hogy bemeneti adatokat szolgáltasson a JRC-EU-TIMES energiarendszer-modellhez. Térbeli felbontását a statisztikai célú területi egységek nevezéktana (NUTS: Nomenclature of territorial units of statistics²) határozta meg, az adatokat pedig NUTS 2 szinten aggregálták, mivel ez volt a TIMES energiarendszer-modell által igényelt térbeli részletesség. Időközben egyértelművé vált, hogy aktualizálásra van szükség (ennek eredménye az ENSPRESO 2), hogy a modellszámítások tükrözzék a megújulóenergia-termelés terén a közelmúltban elért technológiai fejlődést, valamint, hogy az energetikai átállás támogatása érdekében nagy térbeli felbontású (< 1 km) adatok álljanak rendelkezésre. Az ENSPRESO 2 az EU27 tagállamára összpontosít, de más európai országokat is vizsgál: az Egyesült Királyságot, az EFTA-t (Izland, Liechtenstein, Norvégia, Svájc), a Nyugat-Balkánt (Albánia, Bosznia-Hercegovina, Koszovó, Montenegró, Észak-Macedónia, Szerbia) és Törökországot is.

Az ENSPRESO projekt több forgatókönyvet vizsgál annak érdekében, hogy fel lehessen tárni a bemeneti paraméterek, a technológiai jellemzők és a szakpolitikai lehetőségek megválasztásával kapcsolatos bizonytalanságokat. A szárazföldi szélenergia esetében a forgatókönyvek korábban csupán a településektől (városoktól, falvaktól és egyes házaktól) mért különböző telepítési távolságokon alapultak. A most bemutatott tanulmány eredményei a szárazföldi szélturbinák potenciálisan telepíthető kapacitását, és az évente termelhető villamos energiát is figyelembe veszik. Az 1×1 km-es felbontás részletes információt nyújt a megújuló energiaforrások potenciáljának térbeli eloszlásáról is.

A modellszámításhoz az alapvető széladatokat a globális szélatlasz (Global Wind Atlas, GWA) 2023. évi adatbázisa szolgáltatta3. A GWA adatai lépcsőzetes leskálázással az Európai Középtávú Időjárás-előrejelzési Központ (ECMWF) adatkészletéből állnak elő, amelyek a 2008 és 2017 közötti légköri viszonyokat veszik alapul. Ezt követően az adatokat a Dán Műszaki Egyetem (DTU) által kifejlesztett Wind Atlas Analysis and Application Program (WAsP) segítségével mikroméretre skálázzák le. A WAsP a helyi szélviszonyokat öt magasságban (10 m, 50 m, 100 m, 150 m és 200 m a talajszint felett) számítja ki 250 m-es térbeli felbontásban. A GWA legújabb változata megadja az átlagos szélsebességet, az átlagos szélsűrűséget és a C_F értékeket (a szélturbinák kihasználási tényezője, capacity factor) az IEC I., II. és III. osztályú referenciaturbinákhoz.

A másik adatforrás, a telepítési paramétereket tartalmazó Global Atlas of Siting Parameters (GASP) projekt célja a szélenergia-projekt teljes élettartamára számított energiaköltségeinek (LCOE: levelized cost of energy) csökkentése olyan nagy felbontású adatkészletek segítségével, amelyek számszerűsítik a szélsőséges szélviszonyokat.

A megújulóenergia-potenciál elemzésekor számos, meghatározott jelzővel értelmezett potenciál használatos:

• Az elméleti potenciál a szél teljes energiatartalmát jelöli;
• A földrajzi potenciál az az energia, amely az adott helyen azonosítható földrajzi korlát figyelembevételét elérhető;
• A műszaki potenciál az adott földrajzi potenciálon termelhető energia, figyelembe véve a szélturbinák teljesítménysűrűségéből eredő energiaveszteségeket is;
• A gazdasági potenciál azt a technikai potenciált jelenti, amely gazdaságosan kinyerhető, azaz megfelel a fejlesztők minimális jövedelmezőségi elvárásainak.
• A piaci potenciál a gazdasági potenciálnak az a hányada, amely az adott körülmények figyelembevételével, a szakpolitikai ösztönzők és a más energiaforrások által kialakított versenyhelyzet figyelembevétele után életképesnek bizonyulhat.

A közelmúltban egy további potenciál-típus is megjelent a tudományos igényű vitákban, amely átfedi a fent felsorolt potenciál-típusokat. Ez az a lehetséges potenciál (feasible potential), amelyet a piaci, szervezeti és társadalmi akadályokat figyelembe véve elérhető gazdasági potenciállal tekintenek azonosnak. Ez hasonlít az először az1990-es években definiált ún. megvalósítási potenciálhoz (implementation potential): a gazdasági potenciálnak az a hányada, amely egy bizonyos időkorláton belül, az intézményi jellegű befolyásoló tényezőket (pl. jogszabályok, társadalmi elfogadhatóság) és ösztönzőket figyelembe véve megvalósítható.

A fent felsorolt – ugyanakkor nem kellő pontossággal definiált – potenciáltípusok többféleképpen is átfedésben vannak egymással. A tanulmányban a szerzők az ún. gazdaságilag életképes potenciál (economically viable potential) fogalmát használják. A modellben a szélturbinák kihasználási tényezőjére olyan küszöbértéket határoznak meg, amelynek mentén feltételezhető, hogy az adott szélerőműparkok gazdaságilag is megvalósítható üzemmódban képesek lennének működni. Ugyanakkor nem végeztek olyan, az adott helyszínhez illesztett költségmodellezést, amely meghatározná a villamosenergia-termelés energia tényleges, az erőmű teljes élettartamára számított fajlagos termelési költségét (LCOE) az egyes helyszíneken.

A modell alapvető feltételezései

A vizsgált terület (helyszín) alkalmassága

Az egyes helyszínek alkalmasságának értékeléséhez a JRC földhasználaton alapuló integrált fenntarthatósági értékelési modellezési platformjának LUISA (Land-Use based Integrated Sustainability Assessment) 2018-ban készült alaptérképét⁴ használták. Ebben az egyes rasztercellák pixelmérete 100 m, a térképen feltüntetett objektumok minimális mérete (MMU: minimum mapping unit) 1 hektár a mesterséges (artificial) területek és 5 ha a természeti (non-artificial) területek esetében. A LUISA 2018 osztályozása 42 felszíntípust különböztet meg egymástól.

Az erőmű távolsága a településektől

A településektől való távolság a szélerőművek tervezése szempontjából rendkívül fontos, és elsősorban az egészségügyi és biztonsági szempontokkal, a környezeti hatásokkal és az esztétikával kapcsolatos fenntartásokkal függenek össze. A legfontosabb probléma a zajhatás, mivel a levegőben mozgó lapátok aerodinamikai zajt keltenek és a turbina mechanikai működése is zajkeltő folyamat. A lakott területektől mért távolság növekedésével a zajhatás csökken. A megfelelő távolság megtartása az említetteken kívül azért is fontos, mert a turbinalapátokon felhalmozódott jég adott körülmények között lerepülhet, vagy a lapát, esetleg a turbina meghibásodása esetén keletkező törmelék a berendezéstől távolabb érhet földet.

A szélparkok és a lakott területek között megtartandó távolságot az egyes országok különféleképpen és gyakran meglehetősen bonyolultan szabályozzák. A modellezés során a szerzők olyan egyszerűsített eljárást alkalmaztak, amelyben egyszerűen az épületektől mért távolságot vették figyelembe tekintet nélkül arra, hogy az adott épület része-e egy településnek vagy sem. Ugyanakkor ügyeltek arra, hogy az egyes országok (időnként módosuló) jogszabályai hogyan rendelkeznek ebben a vonatkozásban. Ötvennél több ország, illetve régió előírásai alapján zárták ki azokat a területeket, ahová nem telepíthető szélerőmű az előírt távolság, a zajterhelési határérték túllépése vagy az építmények magasságára vonatkozó korlátozás miatt.

Négy forgatókönyv szerint végeztek modellezést: A referencia forgatókönyv a 2024. év elején érvényes előírásokat vette alapul, a közepes forgatókönyv esetében 1000 m távolságtartással számoltak, míg az alacsony (low) forgatókönyvben 2000 m volt a távolsági korlát. A magas (high) forgatókönyv a legmegengedőbb: 500 m, amely a zajhatás szempontjából tekinthető mértékadónak.

A terület lejtése

Szélerőműveket általában olyan helyen telepítenek, ahol a talajfelszín lejtése nem haladja meg az 5%-ot, azaz a 2,86^o-ot. Az átszámítás egyébként a következő (a 45^o-os lejtő 100%-os):

ahol
α a lejtő szöge, fok
y a lejtő meredeksége, %

A nagyobb meredekség megnehezíti az építési terület megközelítését és más logisztikai problémákat is felvet. Figyelembe kell venni azt is, hogy a terep meredeksége és irányszöge befolyásolja a levegő áramlásának jellegét és nem kívánatos turbulenciát okozhat, valamint csökkentheti a szélsebességet is. Ezek a tényezők a beruházási és az üzemeltetési költségekre is hatással vannak. A modellezés során a küszöbértéket 18%-ban (10,2^o) határozták meg.

A természetvédelmi területek figyelembevétele

Általános gyakorlat, hogy az érzékeny ökoszisztémák megzavarásának elkerülése és a védett területek integritásának megőrzése érdekében a természetvédelmi területeket kizárják a szélenergia-potenciállal kapcsolatos vizsgálatokból. A szélerőműparkok közvetlenül (pl. madárütközések révén) vagy közvetve (pl. az élőhelyek megzavarása által) károsíthatják a védett fajokat és azok élőhelyeit. Fontos és figyelembe veendő tényező az ökoszisztéma-szolgáltatások fenntartásának (pl. vízszűrés, talajképződés, éghajlat-szabályozás) igénye is)

Az elemzés során a Natura 2000 területként megjelölt területeket zárták ki a lehetséges szélerőművi fejlesztésekből úgy, hogy azokat minden irányban egy 500 méteres távolságú pufferzónával egészítették ki. A megfelelő adatokhoz az Európai Környezetvédelmi Ügynökség (EEA: European Environmental Agency) adatbázisa szolgált alapul⁵.

Kihasználási tényezők és referencia szélturbinák

A szélerőműpark kihasználási tényezőjét (C_F) abból az időtartamból származtatjuk, amelyben a szélturbinák a névleges teljesítőképességükkel üzemelnek. Ha ez pl. 1752 óra, akkor a teljes év 8760 óráját figyelembe véve a C_F értéke 20%-nak adódik A kihasználási tényező az egyik legfontosabb gazdasági indikátor, miután a befektetők és a hitelezők ennek ismeretében becsülik a szélparkok hitelképességét és megtérülését. A kihasználási tényező a műszaki fejlesztések eredményeképpen az utóbbi időben jelentősen nőtt és a 2000-es évekre jellemző 14–20%-ról mára 22–28%-ra emelkedett és egyes elemzők szerint 2030-ra elérheti a 40%-ot.

1. ábra. Tipikus IEC I szélturbina normált teljesítménye a szélsebesség függvényében (az n index a névleges teljesítőképességre utal)

A Global Wind Atlas-ban fellelhető adatok lényegében az adott hely szélviszonyain és a referenciaturbinák teljesítménygörbéin (1. ábra) alapulnak. Ez azt jelenti, hogy egyfajta elméleti értéket képviselnek anélkül, hogy figyelembe vennék a szélerőműparkok üzemeltetése során felmerülő működési korlátozásokat. Tekintettel ennek a paraméternek a kiemelt fontosságára, e szempont a kezeléséhez a modellezés során is egy olyan veszteségtényezőt alkalmaztak, amely kifejezésre juttatja a berendezések üzemzavara, a karbantartási állásidő és a környezeti feltételek miatt meg nem termelhető energiamennyiséget. A szélerőműparkok teljesítő-képessége az élettartamuk során szükségszerűen csökken, amit ugyancsak figyelembe kell venni. A németországi szárazföldi szénturbinák számított átlagos veszteségtényezője 2020-as adatok szerint 17%-nak adódott. A modellezés során 15%-kal számoltak.

Az International Electrotechnical Commission (IEC) referencia-turbináinak jellemzőit az 1. táblázat mutatja.

1. táblázat. A Global Wind Atlas szerinti referencia szélturbinák műszaki jellemzői

A szélturbina jellemzői	M.e.	A referenciaturbina jelzése
		IEC I	IEC II	IEC IlI
Névleges teljesítmény	MW	3,45	3,45	3,45
A rotor átmérője	m	112	126	136
Tengelymagasság	m	100	100	100
Átlagos méretezési szélsebesség	m/s	10	8,5	7,5
Becsült szélsűrúség	kg/m³	1,225	1,225	1,225
Bekapcsolási szélsebesség	m/s	3	3	3
A névleges teljesítmény eléréséhez szükséges szélsebesség	m/s	12,5	11,5	11
Kikapcsolási szélsebesség	m/s	25	22,5	22,5

Teljesítménysűrűség

A teljesítménysűrűség a szélerőműpark névleges teljesítményének és annak a földterületnek a hányadosa, amelyre a parkot telepítették; mértékegysége MW/km². Napjainkban vita folyik a modern szélerőműparkok megfelelő, optimális kapacitássűrűségéről mind a szárazföldi, mind a tengeri telepítés esetén. A 2017 előtt megjelent tudományos igényű közleményekben a legkisebb és a legnagyobb adatok között meglehetősen nagy eltérés található: 1,5 és 18,6 MW/km². Működő szélerőműparkokról készült beszámolókban sem mozognak kisebb tartományban az értékek: a 6,2–50 MW/km² közötti adatok átlaga 20 MW/km²-nek adódik.  A tanulmányban 10 MW/km²-es maximális teljesítménysűrűséget vettek figyelembe.

Az egyes területrészekhez rendelt teljesítőképesség és a villamosenergia-termelés számításba vétele

Az ENSPRESO 2 szárazföldi szélenergia modell output adatainak tényleges felbontása 1 km². A modellben két output szintet hoztak létre: a telepíthető kapacitás becslését MW/km²-ben és a GWh/km²-ben kifejezett éves villamosenergia-termelést.

A 10 MW/km²-es maximális szárazföldi szélerőművi teljesítménysűrűség feltételezése azt jelenti, hogy amennyiben a teljes 1×1 km-es cellát (amely a földterület megfelelősége tekintetében megfelelőnek bizonyul) alkalmasnak ítélik szélenergia-fejlesztésre, akkor ehhez a cellához a 10 MW maximális kapacitást rendelték. Ha az érintett területnek csak kisebb hányada megfelelő a széljellemzők alapján, akkor a kapacitást e hányadnak megfelelően lineárisan csökkentették, azaz pl. egy 1 km²-es, 30%-os alkalmasságú cellához első közelítésben 3 MW/km² kapacitást rendelnek.

A lineáris leskálázás logikájának alkalmazása mindazonáltal azt jelentené, hogy minden 1 km²-es, de 30%-nál kisebb megfelelőségű cellához (területrészhez) zérus kapacitást kellene rendelni. Ez azonban azzal járna, hogy esetenként akár a jelentős szélpotenciált figyelmen kívül kellene hagyni, ami a teljes potenciál alábecsléséhez vezetne. Ezt a problémát korábbi elemzések tapasztalatai alapján úgy küszöbölték ki, hogy azokhoz az 1 km²-es cellákhoz is 3 MW kapacitást rendeltek, amelyek megfelelő nagyságú területrésszel rendelkeztek ahhoz, hogy befogadják egyetlen turbina fizikai lábnyomát, azaz a torony alapját és az ahhoz kapcsolódó infrastruktúrát. Feltételezték, hogy ehhez minimum 4 ha (200×200 m, azaz 40 ezer m² az 1 millió m²-es cellában) elegendő. Ez azt jelenti, hogy minden olyan 1 km²-es cellához, amely a szélenergia szempontjából legalább 4% -os mértékben megfelelőnek bizonyul, hozzárendelték a 3 MW-nyi potenciált (2. ábra).

2. ábra. Az ENSPRESSO 2 modellben a szárazföldi szélerőművi teljesítőképesség hozzárendelése az 1 km²-es területrészhez annak alkalmasságának függvényében

Az éves villamosenergia-termelést az összes alkalmas cella kapacitástényezőjének figyelembevételével számították ki, a referenciaturbina megfelelő kihasználási tényezőjének felhasználásával. Ezt az output értéket GWh/km² mértékegységben vették figyelembe.

A modellszámítások eredményei

A tanulmány mintegy harminc ábrán mutatja be a modellszámítások eredményeit. Ehelyütt a referencia forgatókönyv (a 2024. évi jogszabályi korlátok) és az ún. közepes forgatókönyv (legalább 1000 m távolság a védett objektumoktól és területektől) szerint számított adatok segítségével készült ábrákból mutatunk be néhányat.

3. ábra. A szárazföldi szélenergiakapacitás és villamosenergia-termelési potenciál 1000 m-es védőtávolság esetén a közepes forgatókönyv esetében

A 3. ábra szerinti feltételek mellett a legnagyobb szélenergiakapacitás Kelet-Európában, Magyarországon és Romániában, valamint az Ibériai-félszigeten mutatkozik. A 3/b. ábra szerint hazánkban jelentős területek vannak, ahonnan évi 10-15 GWh szélerőművi villamosenergia-termelés lenne lehetséges. A legnagyobb teljesítőképességi potenciál a vizsgált országok közül Spanyolországban van (1000 GW felett!), Romániában 400 GW-nál nagyobb, hazánkban kb. 200 GW lenne elérhető, amelyektől évente 4-500 GWh villamosenergia-termelés lenne elvárható. A referencia forgatókönyv szerint számítható értékek nem térnek el jelentősen a fentiektől, miután Magyarországon 700 m a jelenlegi előírások szerint a betartandó legkisebb védőtávolság.

Az egyes országok egészére összesített adatokat (NUTS 0) közül a megvalósítható szélerőművi kapacitásokat a 4. ábrán mutatjuk be. Látható, hogy amennyiben a hazai előírások szerinti védőtávolságot 700 m-ről 1 km-re módosítanák, a kapacitás mintegy 70 GW-tal lenne nagyobb.

4. ábra. A modellezésbe bevont európai országokra számított szélerőművi kapacitás a) 1000 m védőtávolság és b) a referencia forgatókönyv (a jelenleg érvényes előírások érvényessége) esetén

Az elemzés során négy forgatókönyv mentén vizsgálták, hogy a védőtávolságokra vonatkozó szabályozások milyen hatást gyakorolnak a rendelkezésre álló lehetőségekre, amelyek közül természetesen az 500 m a legkevésbé korlátozó, a 2000 pedig a legkonzervatívabb megközelítés. Az eredmények alapján kijelenthető, hogy a védőtávolság növelése a szélerőművi potenciált jelentős mértékben csökkentik. Az 500 m-es forgatókönyv esetében körülbelül 8100 GW telepíthető kapacitás becsülhető, amelyhez 22 500 TWh éves villamosenergia-termelés tartozhat. Ezek az értékek 4150 GW/10 800 TWh-ra, illetve 1600 GW/3900 TWh-ra csökkennek az 1000 m-es, illetve a 2000 m-es forgatókönyv esetében. Mindazonáltal a tanulmány szerzői azt is megállapították, hogy a hasonló elvek alapján, de durvább területi felosztás mellett 2018-ban végrehajtott elemzéshez képest a jelenlegi modellezési eredmények a korábbiaknál mintegy kétszer nagyobbak.

5. ábra. A modellezésbe bevont európai országokra számított szélerőművi kapacitás megvalósítása esetén évente termelhető villamos energia a) 1000 m védőtávolság és b) a referencia forgatókönyv (a jelenleg érvényes előírások érvényessége) esetén

Hivatkozások

1. data.jrc.ec.europa.eu
2. A jelenlegi, 2021. évi NUTS-osztályozás 2021. január 1-jétől érvényes, és 92 NUTS 1 szintű, 242 NUTS 2 szintű és 1166 NUTS 3 szintű régiót sorol fel; europarl.europa.eu
3. globalwindatlas.info
4. land.copernicus.eu
5. eea.europa.eu/data-and-maps

Forrás

• European Commission: Joint Research Centre, Elsner, P., Collaer, J. and Uihlein, A.: The onshore wind potential of the EU and neighbouring countries – ENSPRESO 2 – Update of the energy systems potential renewable energy sources data set, Publications Office of the European Union, 2025, data.europa.eu

Európaszélenergiaszélerőmű