Aszódi Attila és kutatócsoportja a gépi tanulási módszer segítségével vizsgálta a nap- és a szélenergia, valamint az atomenergia együttműködési lehetőségeit.

A kutatócsoport arra kereste a választ, hogy a nap- és a szélenergia fejlesztésével milyen mértékig lehet a villamosenergia-rendszert karbonsemleges villamosenergiával ellátni, és egy ilyen rendszerben az időjárásfüggő megújuló forrásokkal hogyan tudnak az atomerőművek együttműködni.  A nemzetközi energetikai tudományos közösség egyik legrangosabb szakmai újságjában, a 11,4-es impakt faktorú Applied Energy című lapban megjelent tanulmány felkeltette a hazai sajtó érdeklődését is.

Az időjárás viszonyoktól erősen függő nap- és szélerőművek európai elterjedése jelentős kihívások elé állítja a villamosenergia-rendszert, hiszen ezek termelése az év során, de akár egy napon belül is jelentősen változik, és nem illeszkedik a villamosenergia-igény időbeli változásához. Ezen kívül előfordulhatnak olyan állapotok, amikor sem a nap-, sem a szélerőművek nem képesek termelni, vagy nagyon alacsony az általuk a rendszerbe betáplált energiamennyiség. Az energiaellátás biztonságát nagyban segítené a szintén karbonsemleges atomenergia felhasználása.

A tanulmányról és médiautóéletéről kérdeztük Aszódi Attilát, a BME Természettudományi Kar (BME TTK) dékánját, a Nukleáris Technikai Intézet egyetemi tanárát.

Végeztek-e már az energetika terén hasonló számításokat gépi tanulással, illetve gépi neurális rendszer alkalmazásával?

Aszódi Attila: A gépi tanulási módszereknek, ezen belül a mesterséges neurális hálózatok alkalmazásának energetikai problémák megoldására komoly irodalma van. Hadd említsem meg itt a cikkünk elsőszerzőjét, Mayer Martin Jánost, aki a BME Gépészmérnöki Kar (BME GPK) Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszékének fiatal kutatója, neki is több cikke jelent meg korábban a gépi tanuláshoz kapcsolódóan. Ezt a módszert alkalmazta például napelemek termelésének előrejelzésére.

A mostani cikk hátteréül szolgáló kutatás egyébként úgy jött létre, hogy Biró Bencével és további, a Természettudományi Kar Nukleáris Technikai Intézet atomenergetika területén tevékenykedő hallgatójával 2021 végén megjelent egy nagyobb tanulmányunk az Energy Conversion and Management: X című folyóiratban, amelyben 19 európai ország nemzeti energiastratégiáját vettük górcső alá, és azt vizsgáltuk nagy időfelbontású szimulációk segítségével, hogy a 19 ország – közöttük hazánk – képes lehet-e a klímavédelmi és ellátásbiztonsági céljait elérni azokkal az erőművekkel, amelyeket a hivatalos kormányzati energiastratégiákban rögzítettek. Az eredmények sok szakmai vita alapját képezték, így arra jutottunk, hogy a TTK és a GPK ide vonatkozó munkájából egy közös, új irányba lépünk tovább: a gépi tanulási módszereket a nap- és a szélenergia termelésének becslése mellett a villamosenergia-igények időbeli változásának számítására is igénybe vesszük, valamint az eredmények alapján sok év adatait felhasználva becslést adunk az ún. sötétszélcsendes állapotok gyakoriságára, mert ezzel eddig itthon senki sem foglalkozott. A munkánkba Mayer Martin János és Biró Bence mellett Szücs Botond doktorandusz is bekapcsolódott. Egyébként nagyon fontosnak gondolom a BME fejlődése és jövője szempontjából, hogy minél több karközi, több tanszéket megmozgató projektünk legyen. Ez a munka is egy ilyen, és előnyösen kombinálja a két műhelyben rendelkezésre álló kompetenciákat.

Mi a gépi tanulás előnye egy ilyen tanulmány elkészítése szempontjából?

A gépi tanulás lényege, hogy nem a fizikai folyamatokat közvetlenül leíró determinisztikus egyenleteket oldjuk meg (mint a műszaki és természettudományos területen olyan sokszor), hanem sok-sok adattal megtanítunk egy speciális algoritmust arra, hogy adott input paraméterek mellett mi „szokott lenni” az output. Majd a tanítást követően, ha a neurális háló bemenetére új adatcsomagot küldünk, akkor a modell a megtanult mintázatok alapján előállítja a megfelelő kimeneti paramétereket. A módszer alkalmazása még intenzív kutatási stádiumban van, de ez sok esetben gyorsabban vezet elfogadható pontosságú eredményekre, mint egy determinisztikus modell.

A modell mennyire tudja figyelembe venni a folyamatban lévő klímaváltozást?

Ezt a modellt nem tanítottuk külön a klímaváltozásból származó folyamatokra. Ez most nem volt az érdeklődési körünkben, ám erre célzottan lehet a jövőben vizsgálatokat végezni.

A tanulmányról szóló cikkek nem felejtik el megemlíteni az ön korábbi pozícióját. Mit gondol, ez a tanulmány következtetéseinek szempontjából releváns információ?

Nem gondolnám, hogy a korábbi pozícióim a tanulmány szempontjából lényegesek. Én ezt magamban úgy fordítottam le, hogy azért szerepel a sajtócikkekben, mert ez egy hivatkozási alap, mintha azt mondanák, „kedves olvasó, tudják, ez az a szakember a BME-ről, akivel korábban az atomerőmű kapcsán találkozhattak”. Ennél több jelentőséget nem tulajdonítok ennek.

Egyébként az elmúlt 30 évben rendszeresen megszólaltam energetikai, fenntarthatósági és nukleáris biztonsági kérdésekben. Rengeteg helyre hívnak interjúra, előadásra, vitafórumokra, itthon és külföldön egyaránt. Sokat beszélek az energetikához kapcsolódó kérdésekről, és úgy érzem, hogy ez egyetemi tanárként a küldetésem is.

A karbonsemleges energiatermelés érdekében mintha mindent egy lapra, a megújuló energiaforrásokra tettek volna fel Európában a döntéshozók. Ön szerint mennyire „népszerű” rámutatni ennek a koncepciónak a gyenge pontjára?

Mérnökként és egyetemi oktatóként szerintem felelősségünk van abban, hogy a társadalom és a politikai döntéshozók felé is elmondjuk, milyen eredményre vezetnek a szakmánk normái szerint elvégzett, nemzetközi összehasonlításban is legkorszerűbb elemzési módszerek.

Ha a politikai és/vagy gazdasági döntéshozók, vagy éppen a társadalom valamerre haladnak, és az valamilyen kitűzött cél szempontjából nem megvalósítható vagy veszélyes, akkor erre igenis fel kell hívni a figyelmet, még akkor is, ha ez adott esetben nem népszerű. Ha az orvos megállapít a betegnél egy súlyos betegséget, azt akkor is köteles megmondani, ha azzal nem lesz népszerű.

Mindig azt mondom a hallgatóimnak is, a fenntarthatóságnak három pillére van: környezeti, gazdasági és társadalmi fenntarthatóság. Ha bármelyik pillér sérül a másik következtében, azzal a fenntarthatóság is sérül. Ettől egy szakember nem tekinthet el, még akkor sem, ha ez esetleg nem népszerű!

1. ábra: Az 5%-os küszöbértékkel rendelkező Dunkelflaute órák valószínűségének hőtérképe az év összes (8760) órájára vonatkozóan, a 42 év – neurális hálóval modellezett – kihasználási tényezője alapján. Az ábrán megjelenik január 1-től december 31-ig minden nap (vízszintes tengely) minden órája (függőleges tengely), a színekkel pedig 42 év adatai alapján annak a valószínűsége, hogy az adott órában 5% alatt marad mind a naperőművek, mind a szélerőművek órás kihasználási tényezője. A 0 valószínűségű állapotokat a fehér szín jelzi, minden fehértől eltérő színű pixel nullánál nagyobb valószínűséget mutat a jobb oldali színskála szerint.

Miközben egy közelmúltbeli közvéleménykutatás szerint növekszik az atomenergia elfogadottsága Magyarországon, a kormány új gázerőművek építéséről döntött. Ön szerint ezek alkalmasak lehetnek a megnevezett cél, az ipari energiaigény kielégítése mellett a sötétszélcsendes időszakok áthidalására?

Az atomenergia hosszú idő óta 50% fölötti támogatásnak örvend Magyarországon, és nem csak nálunk, hanem Európa számos országában is felismerték az emberek, hogy a háború miatt korlátozottan rendelkezésre álló földgáz helyett kell olyan energiaforrás, ami nagy megbízhatóságú, és klímavédelmi szempontból is megfelelő. Ez okozta szerintem az atomenergia felértékelődését hazánkban, és máshol is. A tervezett gázerőmű építések nincsenek ezzel ellentmondásban. Ahogy arról sokszor, sok helyen beszéltem, éppen a 2021 végén megjelent nagy tanulmányunk alapján: a 2020-as magyar energiastratégia túl kevés hazai erőmű építését határozta el. A naperőművek és további nukleáris egységek mellett is kellenek még erőművek a magyar rendszerbe, mert a 30%-os villamosenergiaimport-függőségünk túl magas, nagyon kockázatos. Ráadásul a gázerőművek rugalmasan működtethetőek, így a megújuló források és az atomerőművek mellett a villamosenergia-rendszer rugalmasságának megteremtésében is nagy szerepet játszhatnak. Persze a működtetésük költsége magas lesz, és a magyar áramtermelés földgázárnak való kitettsége növekedni fog ezen fejlesztések következtében, de ezeket a költségeket és kockázatokat a jelenlegi helyzetben fel lehet vállalni. Magas kihasználási tényezőjű és szabályozható erőművet a leggyorsabban földgáz bázison lehet építeni.

KJ-TZS

Fotó: Geberle B.