Marokkó és Egyiptom példája megmutatja, hogyan változtatja meg a vízhiány a naperőművek tervezését, üzemeltetését és tisztítását
A sivatag első pillantásra ideális helyszínnek tűnik a napenergia számára. Hatalmas, nyílt területek, rendkívül erős napsugárzás és hosszú napsütéses időszakok kínálnak kiváló lehetőséget nagyméretű naperőművek létesítésére.
Van azonban valami, amiből ezeken a területeken rendkívül kevés áll rendelkezésre: víz.
A Közel-Kelet és Észak-Afrika, vagyis a MENA-régió a világ egyik legsúlyosabb vízhiánnyal küzdő térsége. A Világbank szerint 2023-ban az egy főre jutó átlagos éves vízkészlet mindössze 480 m³ volt, ami a globális átlag kevesebb mint 10%-a, és már a vízhiány nemzetközileg alkalmazott határértéke alatt van.
A Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) szerint a térség édesvízigénye és megújuló vízkészlete közötti egyensúlytalanság négyszerese a világátlagnak, miközben a világ nyolc leginkább vízstresszes országa közül hét ebben a régióban található.
Mindez különös helyzetet teremt: miközben a térség kiváló adottságokkal rendelkezik a napenergia-termeléshez, az erőművek tervezésénél és üzemeltetésénél egyre fontosabb kérdéssé válik, hogy mennyi vizet igényel maga az energiatermelés és a napelemek tisztán tartása.
Marokkó – amikor a napenergia és a vízhiány találkozik
Marokkó az elmúlt években komoly lépéseket tett a megújuló energiaforrások fejlesztése felé. Az ország célja, hogy 2030-ra a beépített villamosenergia-termelő kapacitásának 52%-át megújuló energiaforrások adják. Ebben fontos szerepet kap a napenergia. A marokkói sivatagos területeken rendkívül kedvezőek a napsugárzási adottságok, ezért az ország több nagyszabású naperőműprojektet is megvalósított.
Ezek közül az egyik legismertebb az Ouarzazate közelében felépített Noor Solar Complex, amelynek teljes kapacitása körülbelül 580 MW.
A komplexum különlegessége, hogy többféle napenergia-technológiát alkalmaz, és fejlesztése során egyre nagyobb figyelmet kapott a vízfelhasználás csökkentése is.
Noor Ouarzazate – naperőmű a sivatagban
A Noor Ouarzazate nem egyszerűen hagyományos fotovoltaikus naperőmű. A komplexum jelentős része koncentrált napenergia-technológiát, azaz CSP-t (Concentrated Solar Power) alkalmaz. A CSP-rendszerek tükrök segítségével koncentrálják a napsugárzást, az így előállított hőenergiából pedig villamos energiát termelnek. Ez lehetővé teszi a hőenergia tárolását is, ugyanakkor egy fontos különbséget jelent a hagyományos fotovoltaikus napelemekhez képest: a CSP-erőművek hűtése jelentős vízigénnyel járhat.
Ez különösen fontos kérdés egy olyan száraz térségben, mint Ouarzazate.
A Noor komplexum vízellátása a Mansour Eddahbi víztározóhoz kapcsolódik, ezért már az erőmű fejlesztése során fontos szemponttá vált a vízfogyasztás csökkentése.
Noor I és Noor III – ugyanaz a napenergia, egészen más vízigény
A Noor komplexum különböző fejlesztési szakaszai látványosan mutatják meg, milyen jelentősége lehet a megfelelő technológia kiválasztásának. A Noor I erőmű 160 MW teljesítményű és nedves hűtési rendszert alkalmaz. A később épült Noor III ezzel szemben már száraz hűtési technológiával működik. Az Afrikai Fejlesztési Bank jelentése szerint a 150 MW teljesítményű Noor III számára engedélyezett éves vízmennyiség 155 000 m³ volt. Az első hat hónap tényleges fogyasztása 73 951 m³ volt, amely alapján az éves vízfogyasztást körülbelül 148 000 m³-re becsülték. A jelentés szerint az alacsonyabb vízfogyasztás egyik legfontosabb oka éppen a száraz hűtési rendszer alkalmazása.
Összehasonlításképpen: a nedves hűtést alkalmazó Noor I éves vízfogyasztása a Mansour Eddahbi víztározó rendszeres éves vízmennyiségének körülbelül 0,7%-át, míg a Noor III fogyasztása mindössze körülbelül 0,06%-át jelentette.
A két erőmű ugyanabban a száraz környezetben működik, mégis nagyságrendi különbség lehet a vízigényük között. Ez jól mutatja, hogy a vízhiány már nem csupán környezetvédelmi kérdés: közvetlenül befolyásolhatja egy naperőmű műszaki kialakítását is.
De a vízigény nem ér véget az energiatermelésnél
A sivatagi naperőműveknek van egy másik problémájuk is. A por. A csapadékban szegény területeken a panelek és tükrök felületére lerakódó por természetes úton csak ritkán mosódik le. Ha pedig a szennyeződés tartósan a felületen marad, csökkentheti a beérkező napsugárzást és ezzel az energiatermelést. Marokkóban több kutatás is vizsgálta ezt a jelenséget. Egy Rabat környékén közel egy éven keresztül végzett kutatás a fix telepítésű PV-rendszereknél átlagosan körülbelül 0,22%-os napi szennyeződési rátát állapított meg. A kutatók szerint a szennyeződés kezelése különösen tavasszal és nyáron válik fontossá, amikor magasabb lehet a pollenterhelés, illetve kevés a jelentős csapadék. A kutatók még azt is vizsgálták, hogyan lehetne a természetesen képződő harmat vizét felhasználni a panelek felületének tisztulásához. Vagyis egy olyan területen, ahol minden csepp víz számít, már maga a természetes harmat is potenciális tisztítási erőforrássá válhat.
Kevesebb vízzel is lehet hatékonyan tisztítani?
Egy másik marokkói kutatásban a Benguerirben található Green Energy Parkban különböző tisztítási és felületvédelmi megoldásokat vizsgáltak. A kutatás azért különösen érdekes, mert nem egyszerűen azt vizsgálta, hogy tisztábbak lesznek-e a panelek, hanem azt is, mennyi vizet kell felhasználni a tisztításhoz. A kutatók hagyományos vizes tisztítást, tisztítóoldatot és különböző hidrofób bevonatokat hasonlítottak össze. Az egyik vizsgált megoldás a hagyományos, csak vízzel végzett tisztításhoz képest 50%-kal kevesebb vizet használt fel.
A vizsgálat arra is rámutatott, hogy a tisztítás nélküli rendszer teljesítménye a por felhalmozódásával romlott, miközben a különböző tisztítási és felületvédelmi megoldásokkal kezelt rendszerek jobb teljesítményt mutattak. Ez fontos üzenet a vízhiányos területek számára: nem feltétlenül a tisztítás elhagyása a megoldás, hanem a tisztításhoz felhasznált víz mennyiségének csökkentése és a technológia optimalizálása.
Egyiptom – Benban, a sivatag hatalmas napelemparkja
Marokkóból továbbhaladva kelet felé egy másik különleges példához érkezünk. Egyiptomban, Asszuán térségében található a Benban Solar Park, amelyet a világ egyik legismertebb nagyméretű fotovoltaikus fejlesztéseként tartanak számon. A fejlesztési terület mintegy 37 km², a teljes tervezett kapacitás pedig körülbelül 1,8 GW volt. Itt már elsősorban hagyományos fotovoltaikus napelemek termelik a villamos energiát. A PV-technológia működése önmagában lényegesen kisebb vízigényű, mint a nedves hűtést alkalmazó CSP-technológiáé. A sivatagi környezet azonban itt is felveti ugyanazt a problémát: hogyan lehet tisztán tartani ekkora napelemfelületet ott, ahol kevés a víz?
Amikor a napelemek tisztítása már a vízellátási infrastruktúrát is befolyásolja
A Benban projekthez készült környezeti dokumentáció külön foglalkozott a panelek tisztításához szükséges vízzel. Az EBRD tanulmánya szerint az üzemelés során vízre van szükség a panelekre rakódó por eltávolításához, bár a dokumentum azt is hangsúlyozza, hogy az alkalmazott technológiától függően víz nélküli tisztítás is lehetséges. Ha azonban sok projekt választaná a nedves tisztítást, a szükséges vízmennyiség jelentőssé válhatna. Ezért a fejlesztés során egy különleges megoldást is vizsgáltak: a Nílusból vezetnének vizet a napelemparkhoz.
A dokumentáció egy körülbelül 16 kilométer hosszú vízvezeték lehetséges nyomvonalát is bemutatja a Nílus és a Benban PV-terület között. Ez talán minden statisztikánál jobban érzékelteti a sivatagi napelemek tisztításának vízigényét. Egy olyan infrastruktúránál, amelynek célja a napenergia hasznosítása, a panelek tisztításához szükséges víz biztosítása már az egész beruházás infrastruktúrájának tervezésében megjelenhet.
A válasz: száraz tisztítás, ahol csak lehetséges
Benban különböző projektjeinek dokumentációja jól mutatja, milyen irányba indulhat el a sivatagi napelem-tisztítás. Az IFC által dokumentált Acciona Benban 3 projekt esetében például a száraz tisztítást jelölték meg elsődleges módszerként. A tervek szerint száraz tisztításra havonta akár 1–3 alkalommal is sor kerülhet, miközben vízzel történő tisztítást lényegesen ritkábban alkalmaznak. Az üzemeltetés becsült átlagos vízigénye 27 m³/nap volt, ugyanakkor az IFC külön megjegyezte, hogy a tényleges vízfogyasztás nagyban függ a száraz és nedves tisztítás arányától, valamint például a homokviharok gyakoriságától. Egy másik Benban-projekt szintén elsősorban száraz tisztítással, időszakos nedves tisztítással számolt. A vízfelhasználást ennél a projektnél már külön teljesítménymutatóként – KPI-ként – is kezelik, amelyhez vízgazdálkodási terv és vízminőség-ellenőrzés kapcsolódik. Ez már túlmutat azon, hogy „meg kell mosni a napelemet”. A vízfelhasználás mérhető és optimalizálandó üzemeltetési tényezővé válik.
A sivatagi napenergia paradoxona
Marokkó és Egyiptom példája ugyanahhoz az érdekes ellentmondáshoz vezet. A világ napenergia-termelésre legalkalmasabb területei közül sok éppen ott található, ahol a víz az egyik legértékesebb természeti erőforrás. Sok napsütés. Kevés csapadék. Sok por. Hatalmas napelemfelületek. A napelemeknek pedig tisztának kell maradniuk ahhoz, hogy megfelelő hatékonysággal hasznosítsák a rendelkezésre álló napsugárzást. A kérdés ezért egyre kevésbé az, hogy: kell-e tisztítani a napelemeket?
Sokkal inkább az, hogy: mikor, milyen technológiával és mennyi víz felhasználásával érdemes tisztítani őket?
A jövő nem feltétlenül vízmentes – hanem víztakarékos
A Marokkóban és Egyiptomban alkalmazott, illetve vizsgált megoldások alapján nem egyetlen technológia jelenti a választ.
A jövő inkább több módszer megfelelő kombinációjáról szólhat:
- száraz mechanikus tisztítás,
- automatizált és robotizált rendszerek,
- felületkezelési és szennyeződést csökkentő technológiák,
- a tisztítási időpontok optimalizálása,
- a természetes csapadék figyelembevétele,
- valamint ott, ahol a szennyeződés jellege miatt szükséges, kontrollált és takarékos vízfelhasználású tisztítás.
A cél tehát nem feltétlenül az, hogy minden körülmények között teljesen elhagyjuk a vizet. Sokkal inkább az, hogy csak annyi vizet használjunk, amennyi valóban szükséges a megfelelő tisztítási eredmény eléréséhez. A marokkói Benguerirben végzett kutatás jó példa erre: megfelelő tisztítási technológiával a vizsgált rendszerben a hagyományos vizes tisztításhoz képest 50%-kal sikerült csökkenteni a felhasznált vízmennyiséget.
Amikor minden csepp számít
A víz és a napenergia kapcsolata elsőre talán nem tűnik magától értetődőnek. Pedig Marokkó és Egyiptom példája megmutatja, hogy a kettő egyre szorosabban összekapcsolódik. A vízhiány hatással lehet arra, milyen erőművi technológiát választanak, hogyan oldják meg annak hűtését, milyen tisztítási technológiát alkalmaznak, milyen gyakran tisztítják a paneleket, és végső soron arra is, hogyan üzemeltetik az egész naperőművet. A Noor Ouarzazate esetében a száraz hűtés alkalmazása jelentősen csökkentette a vízigényt. Benbanban a száraz paneltisztítás vált fontos eszközzé. Marokkói kutatások pedig már olyan megoldásokat vizsgálnak, amelyek kevesebb vízzel, felületkezeléssel vagy akár a természetes harmat segítségével próbálják mérsékelni a szennyeződés problémáját.
A technológiák különböznek, de az irány ugyanaz: minél több napenergiát előállítani úgy, hogy közben minél kevesebbet használjunk fel egy másik, egyre értékesebb erőforrásból – a vízből.
A „Víz mint kincs” sorozat végén
A világ különböző pontjain más és más körülmények között találkoztunk ugyanazzal a problémával: hogyan lehet fenntartani a napenergia-termelést ott, ahol a víz rendelkezésre állása korlátozott. A Szahara peremén ennek talán a legszélsőségesebb példáját látjuk. Itt a napenergia szinte korlátlan lehetőségnek tűnik. A víz azonban nem az. Ezért a jövő naperőműveinek hatékonyságát már nemcsak az határozhatja meg, hogy mennyi energiát képesek megtermelni, hanem az is, milyen erőforrás-felhasználással képesek hosszú távon fenntartani ezt a termelést. A napelemek tisztítása ebben csak egyetlen részletnek tűnhet. Több millió panelnél, vízhiányos környezetben azonban ez a részlet már nagyon is számít.
Mert ahol a víz valódi kincs, ott minden egyes megtakarított csepp értéket jelent.
Felhasznált források
1. World Bank – In MENA, make every drop of water count
A MENA-régió vízhiányának és az egy főre jutó vízkészlet bemutatásához.
https://blogs.worldbank.org/en/voices/in-mena-make-every-drop-of-water-count
2. International Energy Agency (IEA) – The Future of Electricity in the Middle East and North Africa
A régió vízstresszének és a víz–energia kapcsolatnak a bemutatásához.
https://www.iea.org/reports/the-future-of-electricity-in-the-middle-east-and-north-africa/executive-summary
3. International Energy Agency (IEA) – Morocco Renewable Energy Target 2030
A 2030-ra kitűzött 52%-os megújulóenergia-kapacitási cél forrása.
https://www.iea.org/policies/6557-morocco-renewable-energy-target-2030
4. African Development Bank – Noor Ouarzazate Solar Complex Project, Phase III
A Noor III vízfogyasztásának, a száraz hűtésnek és a Noor I–Noor III összehasonlításnak a forrása.
https://www.afdb.org/sites/default/files/documents/projects-and-operations/morocco_-_noor_ouarzazate_solar_complex_project_-_phase_iii_noor_ouarzazate_iii_power_plant_-pcr.pdf
5. PubMed – New approach towards mitigating photovoltaic panels soiling by dew flowing
A marokkói szennyeződési ráta és a harmattal történő természetes tisztítás vizsgálatához.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35211855/
6. Heliyon / PMC – Performance analysis of innovative cleaning and soiling mitigation solutions in the semi-arid climate of Benguerir Morocco
A víztakarékos tisztítás, hidrofób bevonatok és az 50%-os vízmegtakarítás bemutatásához.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10199190/
7. Az Africa50 és partnerei bejelentették a 390 MW-os Benban naperőmű projekt befejezését Egyiptomban
https://www.africa50.com/media/news/article/africa50-and-its-partners-announce-the-completion-of-the-390-mw-benban-solar-power-project-in-egypt-306/
8. IFC – Acciona Benban 3
A száraz és nedves tisztítás gyakoriságának, valamint az üzemeltetési vízfogyasztásnak a bemutatásához.
https://disclosures.ifc.org/project-detail/ESRS/39997/acciona-benban-3
9. IFC – SECI-DT Benban 1 – ARC
A száraz és nedves tisztítás kombinációjának, valamint a vízfelhasználás KPI-ként történő kezelésének bemutatásához.
https://disclosures.ifc.org/project-detail/ESRS/37580/seci-dt-benban-1-arc
Kép forrás:
https://www.nsenergybusiness.com/company-news/edf-solar-farms-egypt
