A villamosenergia-rendszer stratégiai kérdései

Köztestületi Stratégiai Programok

A villamosenergia-rendszer stratégiai kérdései

Kádár Péter Vajda István

Budapest, 2010. október

Tartalom 1

2

A VILLAMOS ENERGETIKA ÉS KÖRNYEZETI HATÁSAI ............................... 3 1.1 Az energiatermelő berendezések környezeti hatásai 3 1.1.1

Kibocsátások az életciklus során

3

1.1.2

Területigény

6

1.1.3

Vízfelhasználás

7

1.1.4

Externáliák költsége

8

1.2

Az energetikai beruházások értékelése

11

1.3

Hálózati kérdések

12

1.4

A hálózat flexibilissé tétele

13

1.5

A regionális energiatermelés előmozdítása

13

AZ ELOSZTOTT VILLAMOS ENERGIATERMELÉS ÉS -TÁROLÁS ............ 15 2.1 Elosztott és megújuló termelés 15 2.2

A Smart hálózat

16

2.3

A megújuló energiák hálózatba integrálása

20

2.3.1

Szélerőművi termelés szabályozása és korlátozása

20

2.3.2

Területi diverzifikáció

20

2.3.3

Lokális irányító-szabályozó központok

20

2.3.4

Tőzsdei ügyletek

21

2.3.5

Innovatív módszerek

21

2.3.6

További módszerek

21

2.4

Igény az energiatárolásra

22

2.5

A villamos energiatárolás eszközei

22

2.5.1

A SZET

24

2.5.2

MikroSZET

25

2.5.3

Energiatárolás hidrogén formájában

26

2.5.4

Tárolás hő formájában

31

2.5.5

A villamos autók

31

2.5.6

Lendkerekek

31

2.5.7

Akkumulátorok

33

2.5.8

A VRB

35

2.5.9

Sűrített levegős energiatárolás

36

2.5.10

Szuperkapacitások

37

A fogyasztás befolyásolása

38

2.6

2.6.1

A DSM tartalékok

39

2.6.2

Fogyasztásszabályozási stratégiák

40

VER stratégiai kérdések

A villamos energetika és környezeti hatásai

1 A villamos energetika és környezeti hatásai 1.1 Az energiatermelő berendezések környezeti hatásai

Nincs olyan erőművi technológia, amelyik környezetterhelés nélkül üzemelne, ezért az energetikai fejlesztési és üzemeltetési döntési szempontrendszernek komplex módon kell a kérdést vizsgálni, a túlhangsúlyozott rövidtávú gazdasági tényezők helyett. Az összehasonlítási szempontok mérlegelésénél a hatásfok, a beruházási költség, a fajlagos költségek, az üzemanyag költségek mellett figyelembe kellene venni a CO2 és egyéb károsanyag kibocsátást, az együttműködést a villamos hálózattal, a területigényt, a vízfelhasználást és egyéb externális költséget is. Energetikai beruházásoknál az eddiginél nagyobb hangsúllyal javasoljuk a környezeti hatásokat figyelembe venni. A környezeti hatások figyelembe vételének a tervezési fázis részét kell képezni. Célszerű a meglévő rendszereket környezetvédelmi korszerűségük tekintetében felülvizsgálni (pl. ennek eredményeként épültek az erőművi füstgáz kéntelenítők)

1.1.1 Kibocsátások az életciklus során Gyakorlatilag minden erőmű létrehozása, üzemeltetése és elbontása során jelentős nyersanyag felhasználás történik, illetve különböző károsnak minősített anyag kibocsátása történik a technológiából következően, ami esetenként jelentősen csökkenthető, de nem megszüntethető. A fenntarthatósági elemzésekben a hagyományos élettartam-, megtérülés- és hatásfokszámítások mellett egyre inkább helyet kap a környezet- és energiatudatos életciklus elemzés alapú megközelítés. Ennek lényege, hogy egy eszközt, tárgyat, terméket nem csak annak előállítása vagy felhasználása alatt vizsgálunk, hanem a teljes előállítási, használati és megsemmisítési folyamatát egyben nézzük: mit használunk fel hozzá, mi marad vissza belőle. Ebben a megközelítésben már árnyaltabban tudunk egyes tisztán megújulónak tartott energiaforrást, vagy annak a környezetre gyakorolt hatását vizsgálni. A következő táblázat tájékoztató jelleggel megadja néhány ipari félkész alapanyag előállítási energiaszükségletét. Ez azt mutatja, hogy pl. egy szélerőmű nem bocsát ki káros anyagot, ingyen termeli az energiát – de ehhez igen sok energiát kellett korábban befektetni, ami többek között károsanyag kibocsátással is jár. Hasonlóképpen a már nem üzemelő berendezéseket le kell majd bontani, az anyagokat megfelelően újra felhasználni, megsemmisíteni vagy deponálni kell. A berendezések előállításába fektetett energiát láthatatlan „szürke energiának” nevezik. GJ/t

Alumínium Beton Réz Rozsdamentes acél

207 1,4 131 53

MWh/t 57,5 0,39 36,4 14,7

1. táblázat: Félkész ipari termékek előállításához szükséges energia 1

1

White – Radcliffe – Kulcinski: Life cycle energy cost of wind and gas-turbine http://fti.neep.wisc.edu/presentations/sww_energy_ctr.pdf

3



1-1. ábra: Alumínium elektrolízisnél felhasznált energia 2

A fentebbiekre alapozva pl. konkrét szélerőműparkok létrehozásánál az energia befektetés, illetve az életciklus alatti károsanyag kibocsátás is elemzésre került.

1. táblázat: Egy átlagos szélerőműhöz felhasznált energiaigényes anyagok [kg] 3

1-2. ábra: Szélerőmű életciklusa során felhasznált energiaigényes anyagok 4

2

European Aluminium Technology Platform & VISION 2030; January 2006 Matthew McCulloch - Marlo Raynolds - Michelle Laurie; February 2000: Life-Cycle Value Assessment of a Wind Turbine, Alberta, Canada 3

4



Az életciklus elemzésnek egy másik kimenete az Energy Payback Time, az az időtartam években, amennyi alatt megtermeli az előállítás során befektetett energia mennyiséget a készülék. Egyes esetekben soha (pl. űrhajók korábbi napelemei), de itt nem is feltétlen ez a cél. Energetikai célú beruházásoknál viszont alapvető, hogy ne fordítsunk több energiát az előállításukra, mint amennyit meg tud termelni a napelem (vagy mint amennyi energia van a bioüzemanyagban). Fotovoltaikus rendszereknél szűkebb értelemben csak magát a napelemet vizsgálják, tágabb értelemben a tartószerkezetet, invertert, stb.

1-3. ábra: Két konkrét polikristályos és egy vékonyfilmes napelemes rendszer energia visszatérülési időtartama év-ben kifejezve. 5

Hasonló energiamegtérülési időtartamokra jut egy másik kutatás is, mintegy 20 rendszer vizsgálata alapján. Modul fajta

Energy Payback Time (év)

monokristályos-Si

3,2

Vékonyfilm

2,7 2. táblázat: Napelem rnergia megtérülési idő 6

Az életciklus során felhasznált energia számításakor részletesen elemezhető pl. a félvezetőgyártás egyes lépései során összességében befektetett energia mennyiség (pl. tisztítás, őrlés, olvasztás, kristálynövesztés, szeletelés, stb.) 7 Újabb elemzések már 9-17

4

Barbara Batumbya Nalukowe - Jianguo Liu - Wiedmer Damien - Tomasz Lukawskií. Life Cycle Assessment of a Wind Turbine; May 22, 2006 5 Sergio Pacca, Deepak Sivaraman and Gregory A. Keoleian Center for Sustainable Systems, Report No. CSS05-09: Life Cycle Assessment of the 33 kW Photovoltaic System ont he Dana Building at the University of Michigan: Thin Film Laminates, Multi-Cristalline modules , and balance of the system compontents; University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, June 1, 2006; http://css.snre.umich.edu 6 Colin Bankier and Steve Gale: Energy Payback of Roof Mounted Photovoltaic Cells: Published Jun 16 2006 by Energy Bulletin 7 A. Wokaun, A. Steinfeld: Lecture 2: Life Cycle Analysis and multi-criteria assessment of energy systems in view of sustainability indicators; http://ene.web.psi.ch/teachingWA.html; Life Cycle Analysis (LCA) of photovoltaic (PV) energy systems

5

VER stratégiai kérdések szeres energia-visszatérülési visszatérülést. 8

A villamos energetika és környezeti hatásai rátát

jósolnak,

illetve 1-4

éven

belüli

energia

A következő diagram a tipikus erőművi technológiák életciklusa alatt kibocsátott, 1 GWh előállított villamos energiára vonatkozó CO2 kibocsátást mutatja (t/GWh).

1-4. ábra: Erőművi fajlagos CO2 kibocsátások (t/GWh) 9

Az energetikai beruházásoknál javasoljuk az életciklus szemléletű tervezést megvalósítani.

1.1.2 Területigény Az energiatechnológiák különböző területigényűek, amit mindenképp figyelembe kell venni, ugyanis az emberiség az extenzív fejlődés határait feszegeti – azaz a világ sok részén kezd elfogyni a szabad terület, a terület felhasználását nem lehet mindig az energetikának alárendelni. Különösen igaz ez a világvárosokban, mint. pl New York, London, Tokyo. Területigény (m2/kW)

Energiaforrás fosszilis hőerőmű (bánya nélkül) termikus naperőmű napelemes erőmű szélerőmű energiaültetvény 10

1-4 10-30 20-60 50-150 4000-6000

1-5. ábra: A villamosenergia-fejlesztés fajlagos területigénye 11 8

Life-Cycle Environmental Performance of Silicon Solar Panels, http://www.oregon.gov/ODOT/HWY/OIPP/docs/solar_panel_lifecycle.pdf 9 S.W.White – W.H.Readcliffe-G.L.Kulcinski: Life Cycle Energy Cost of Wind and Gas-Turbine Power 10 1 kW beépített kapacitású, biomassza alapű erőműhoz szükséges termőterület (az egy éves folymatos üzem biztosításához)

6



1-6. ábra: Egyes villamos energia termelő technológiák teljes technológiai láncra vetített fajlagos területigénye 12

Kétségtelen, hogy a fajlagos terület-kihasználási mutató szempontjából, ha a beépített teljesítményt viszonyítjuk a természetátalakítást szenvedett területek nagyságával, akkor a vízerőművek igen rossz helyen szerepelnek (kb. 100.000 -1.000.000 m2/MW azaz 110 W/m2) 13. A kompakt gázerőművek (ha nem tekintjük a gázkitermelés és -szállítás területigényét), akkor igen előkelő helyen végeznek (akár 100 m2/MW azaz 10000 W/m2). Relatívan kicsi a nukleáris erőművek helyigénye is, ha nem számoljuk a hűtési technológia, az uránbányászat és dúsítás helyfoglalását.) A hazai környezet egyáltalán nem bővelkedik szabad területekben, ezért a nagy helyigényű, területre vetített kis energiasűrűségű energetikai létesítmények nem előnyösek.

1.1.3 Vízfelhasználás A XXI. században előre láthatólag a víznek stratégiai szerepe lesz, a vízzel mint helyenként ritka természeti erőforrással kell számolni (pl. Közel-Kelet, Észak-Afrika). Ezért sem közömbös, hogy az egyes technológiák mennyi vizet igényelnek. Ha azt vizsgáljuk, hogy a tüzelőanyag előállításához mennyi vizet használunk (bányászat, tisztítás, kémiai kezelés, öntözés stb.), akkor azt találjuk, hogy míg 1000 kWh villamos energia előállításához szükséges földgáz mennyiséghez 38 liter víz, szénhez 2100 l víz, olajhoz (sajtolásos technológia) 31000 l víz szükséges, addig a bioetanolhoz kb. 200 000 és a biodízelhez kb. 400 000 l víz szükséges. 14 Maga az erőmű is igényel vizet. 11

forrás Vajda György: Energetika és fenntartható fejlődés Természet Világa,132. évfolyam, 8. szám, 2001. augusztus 12 forrás : Fazekas A.I. 13 A fenti táblázat csak a vízerőtelep méretével számol 14 IEEE Spectrum: How Much Water Does It Take to Make Electricity? - Virginia Water Resources Research Center - www.spectrum.ieee.org/apr08/6182

7



A geotermális 2000 l-t, a hagyományos szenes erőmű 20 000 l-t (folyami hűtés), a nukleáris kb. 30 000 l-t a fenti energiamennyiség előállítása közben. Az erőművek telepítésének sarkalatos kérdése a hűtőközeg, rendszerint a hűtővíz rendelkezésre állása, ezért előszeretettel építik azokat tavak, tengerek vagy folyók mellé (pl. Dunamenti erőmű, Tisza II. erőmű, Gönyűi erőmű, Paksi erőmű). A hazai energetika eddig nem kellően számolt a víz stratégiai jelentőségével. Össze kell hangolni a hazai vízstratégiával is.

1.1.4 Externáliák költsége Az erőművek költségét sokszor csak a beruházásra és üzemeltetésre szűkítik le. Azért, hogy teljesebb képet kapjunk, bevezették az externália fogalmát, amely nem csak a közvetlen költségeket (pl. bányászat, bontás, hulladék lerakás), hanem esetenként olyan közvetett költségeket is meghatárol, mint pl. egy erőmű által okozott egészségkárosodás társadalmi költségei. "Externális” költségeknek, vagy más néven járulékos, külső költségeknek azokat a költségeket nevezik a villamosenergia-ellátás vonatkozásában, amelyek az emberek egészségkárosodásával, a természetben, a gazdasági tevékenység természeti feltételeinek romlásában, a társadalom anyagi javaiban, életkörülményeiben, szociális viszonyaiban jelentkező károkkal, többletráfordításokkal, többletköltségekkel összefüggésbe hozhatók, s amelyek a villamosenergia-ellátás technológiájának következtében keletkeztek, merültek fel. Tisztán gazdasági megközelítésben és a fogalom terjedelmének erős leszűkítésével az mondható, hogy a villamosenergia-ellátás externális költségei alatt azok a költségek értendők, amelyek a mindenkori piaci árakban nem ismertethetők el. Jóllehet a külső költségek léte mindenki számára világos, a fogalom tehát kvalitatíve lényegileg meghatározott, a költségek számszerűsítése, konkrét, kvantitatív meghatárolása nagyon nehéz. Nagyon nehéz ugyanis megfelelően számba venni a különböző területen jelentkező költségeket. Ennek alapvető oka az, hogy nincs egységes módszer, eljárás a külső költségek számbavételére, s nincs valójában abban sem egyetértés, hogy mely költségek sorolhatók a villamosenergiaellátás külső költségei közé. Egyes vélemények szűkebb körét határozzák meg az ide sorolható költségeknek, mások a költségeknek lényegesen tágabb körét hozzák összefüggésbe a villamosenergia-ellátással. A költségek számbavétele más okokból is nagyon nehéz. Számos esetben egyértelmű, hogy az adott költség a villamosenergiaellátás külső költségei közé sorolható, ugyanakkor nem állnak rendelkezésre adatok a költségek számbavételére. Más esetben elvi problémaként merül fel, hogy egyes károkat hogyan lehet számszerűsíteni, hogyan lehet a veszteség költségét, a kárt számszerűsíteni. A tájrombolás, a zavaró zaj 'kára' nagyon nehezen számszerűsíthető, s bizonyosan bármilyen számszerűsítés erősen szubjektív, esetleges." 15 A terjedőben lévő életciklus elemzési módszer csak a közvetlen költségeket takarja. Jelenleg az építési és üzemeltetési költségeket tekintve a hagyományos fosszilis és nukleáris energiatermelés a legolcsóbb. Nincs ez így, ha a figyelembe vesszük a környezeti, légköri és egészségkárosodást is. Ezeknek pontos számszerűsítésére még 15

Fazekas András István: http://www.zoldtech.hu/cikkek/20050727externalia

8



Cent / kWh

nincs egységes módszertan. A technológiák egyik mutatószáma az egységnyi energiatermelésre vonatkozó CO2 kibocsátás. Az externális költségek tartalmazzák az egyéb, nem a jelenben okozott közvetlen költséget és – definíciótól függően – tartalmazhatják a CO2 kibocsátás költségeit is. Alapértelmezésben tartalmazni szokták. 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Kőolaj

Fekete és barnakőszén

Biomassza

Földgáz

Napelem

Szél

1-7. ábra: Az erőművi villamos energia externális költségei (tól – ig) Németországban 16

Az externáliák értékeinek felhasználásával a hazai energiamix optimalizálása során az alábbi eredményeket kapjuk: 17 • Az erőmű, az üzemanyag és az externális költségek összemérhetőek • A radikális mértékű országos CO2 csökkentés költsége, illetve a távlati externália minimalizálás kb. azonos költségű és hatású (azaz vagy ma csökkentem le a kibocsátást, vagy majd később legalább ennyibe fog kerülni a károk felszámolása) • A költségtakarékos megoldás még a 13%-os megújuló részaránnyal is óriási kibocsátás (és externália) növekedést vonna maga után • A minimimális beruházási költségű megoldásokban az üzemanyagköltségek tetemesek (pl. gázerőművek)! • A gáz részarányt nem szabadna tovább bővíteni, mert növeli a CO2 kibocsátást (amit épp csökkenteni kellene), illetve a legmagasabb üzemköltségű • Minél több szélerőművet kell építeni • A vízerőmű mindig belekerült a mixbe • A jelenlegi típusú biomassza fejlesztést (természetes erdők igen alacsony hatásfokú égetése) egyik egyedi optimum sem kívánja • A szélerőműves és/vagy vízerőműves optimum is tartalmazza a nukleáris fejlesztést (vigyázat, ez nem jelenti, hogy szabályozható a rendszer, egy tárolós erőmű egyértelműen növeli az externális költségeket!) Véleményünk szerint a több technológiát támogató, kiegyensúlyozott párhuzamos technológiai fejlesztés nyújtja legkisebb külső energiafüggőséget.

16 17

Forrás: Az Európai Bizottság Extern-E kutatása, Időközi jelentés 2003.

A villamosenergia termelés externális költségei, különös tekintettel a megújuló energiaforrásokra; Elemző tanulmány a MEH részére, 2010 április

9



1-8. ábra: Európai technológiák externális költségei (tól – ig) 18

1-9. ábra: Technológiák CO2kibocsátásai18

Az energetikai tervezésnél a rövidtávú közvetlen költségek helyett a teljes életciklusra számított összköltség és az externális költség szemléletű tervezést javasoljuk . Mindezt az energiamix optimális összetételének meghatárolásakor is figyelembe kéne venni.

18

MEH háttéranyag, 2009

10



1.2 Az energetikai beruházások értékelése Az energetikában ritkán merül fel szabad, minden paraméterében nyitott kérdés, sokkal inkább jól meghatározott, kevés döntési alternatíva közül kell választani, pl.: • A termelést vagy a felhasználás hatásfokát növeljük? • Fosszilis vagy nukleáris erőművek épüljenek? • Épüljön-e vagy ne új vezeték? • A profit vagy az ellátásbiztonság a fontosabb? • Koncentráltan vagy elosztva termeljünk-e (DG)? • Hagyományos vagy megújuló forrásokat alkalmazzunk (REN)? • Megépüljön-e a vízlépcső? • Nukleáris vagy gáz alapú erőmű épüljön? stb. Mint azt már fennebb láttuk, egy erőmű, de bármely beruházás számos előnnyel és hátránnyal jár. Nem ismerünk olyan energiatermelési formát, amely mindenki számára csak előnyt, tisztaságot, hasznot hoz. De ugyanakkor nincsen jó és rossz erőmű sem. A beruházás hatásait nem csak műszaki, hanem szélesebb szempontrendszerben kell vizsgálni. A beruházások egyik értékelési sémája lehet a kvantitatív súlyfaktorokkal dolgozó “STEPLE” (szociális, műszaki, gazdasági, politikai, jogi és környezetvédelmi - Social, Technical, Economy, Policy, Legal, Environmental). Pl. a következő szempontokat vizsgálhatjuk: Szociális tényezők • Munkahelyteremtés • Energia-ellátáshoz való jog • Ipari fejlődés egy régióban • Új szakmák megjelenése, stb. Műszaki szempontok • Ellátási biztonság • Energia minőség • Termelési- és felhasználási hatékonyság • Szabványosítás • Integráció, stb. Gazdasági oldal • Költségek • Energia végfelhasználói ár • Gazdasági növekedés • Megtérülés (ROI) • A beruházott értékek felhalmozódása • Időtartam/életciklus, stb. Politikai megközelítés • Az állam szerepe • Az ellátás elsődlegességének kérdése • Csoport érdekek lobbying • Nemzeti érdekek, stb. Törvénykezési megfontolások • Szabályozás bonyolultsága • Alkalmazott restrikciók • Ellenőrzött verseny • Belépési korlátok • Korrupció 11



• Kooperáció a résztvevők között, stb. Környezeti szempontok • Üvegházhatás • Fel- és elhasznált anyagok mennyisége • Táj átalakítás • Ökológiai hatás • Természeti energiaforrások, stb. A véleményeket és döntéseket a fenti komplex szempontrendszer alapján lehet meghozni. A komplex értékelés egyik megközelítően jó sémája a STEPLE, de további szempontokat is figyelembe lehet venni. Az energetikai döntések során nem az önmagában optimális megoldást választják, hanem az adott helyzetben a relatívan legmegfelelőbbet. Minden szempont egyszerre érvényesül. 19 A döntéselmélet-tudomány igen fejlett, bár az energetikában sajnos ritkán jut szerephez. Jelentős előrelépés lehet, ha az egyszerű, politikusok által is könnyen kezelhető STEPLE sémát bevezetnék. Vannak hasonló módszerek is, mint pl. STEEP (az előző, a jogi szempontrendszer nélkül).

Javasoljuk a STEPLE sémát alkalmazni az energetikai döntéshozatalban.

1.3 Hálózati kérdések Környezeti szempontból nem lehet megfeledkezni a villamos energia szállításának eszközeiről, elsősorban a távvezetékekről sem. A távvezetékek megszokott látványelemei az iparilag fejlett országoknak, de ma már egyre nehezebb újabbakat létesíteni. Részben ezért, részben pedig az elektromágneses hatások minimalizálása miatt is nagy jelentősége van a kompakt (viszonylag kis térfogatú) távvezetékek kifejlesztésének. Európai politikusok gyakran felemlítik az Európán átívelő nagyteljesítményű energiahálózat kiépítésének szükségességét. Ehhez tudni kell, hogy a mai nemzeti energiarendszereket alapvetően a kölcsönös kisegítés érdekében kapcsolták össze. A mai kor nagyléptékű kereskedelmi igényeinek kielégítése helyenként szűk keresztmetszeteket hozott létre. Ezek feloldása nem történik egyedi és egyszeri akcióval, kizárólag egy nagy vezeték megépítésével, hanem folyamatosan építeni kell minél több határkeresztező vezetéket – így hazánkban is. A helyzet hasonló ahhoz, mint amikor a kelet-nyugati közlekedési folyosók kapacitását számos új út létesítésével, és nem egy nagy országút létrehozásával lehet megoldani. A hazai határkeresztező kapacitások szűkösségét mutatja az is, hogy a régióban szigetszerűen magas villamos energia árak vannak, amelyek kiegyenlítődése csak az elégséges határkeresztezés megléte esetén várható.

19

Kádár P.: Döntési módszerek az energetikában, Energiagazdálkodás 48. évf. 2007/1 sz. pp 3-8

12



A villamos hálózatok deregulációja előtti világban központi tervgazdálkodás szerint folyt a hálózatfejlesztés. Piaci körülmények között nincs tisztázva, hogy kinek a kötelessége a piaci alapú hálózatfejlesztés, mi tartozik a hazai üzembiztonsághoz, mit kell a nemzetközi tranzitok miatt fejleszteni. Jelenleg az MVM csoporthoz tartozó MAVIR koordinálja az ütemes alaphálózati fejlesztést. Meg kell azonban jegyezni, hogy bizonyos irányokban (É – D, ill. K – DNy) az épülő kapacitások még jó ideig nagyobb terheléssel fognak üzemelni, ugyanis a nemzetközi tranzit igényt még sokáig a határkeresztezés fogja korlátozni, azaz a belső ellátásra és hálózatra mindez inkább csak terheket ró.

Elengedhetetlen a határkeresztező kapacitások fejlesztése.

1.4 A hálózat flexibilissé tétele A hazai villamosenergia-rendszer megfelel a biztonságos ellátási követelményeknek. Struktúráját a központi irányítás, központi tervezés és koncentrált termelés jellemzi. A mai kihívások viszont az elosztott termelésről, az időjárásfüggő erőművekről, a finom szabályozásról, az energiatakarékosságról, környezetvédelemről szólnak. A régi filozófiájú hálózat értelem szerint nem mindenben tud ennek megfelelni, tehát elsősorban nem a hálózati eszközök, hanem a hálózat fizikai struktúrájának, az irányítás filozófiájának fejlesztése a feladat. Mindez a hálózatnak az aktuális termelésifogyasztási környezethez való illesztését jelenti, azaz a hálózat flexibilis lesz. Ennek megvalósításakor együtt kell működni a mesterséges intelligencia eszközeinek alkalmazásában az ICT szakemberekkel. A következő fejlesztéseket javasoljuk: • korszerű virtuális irányító központok létrehozása • intelligens terhelésszabályozás • pontos terhelés és termelés előrejelzés • korszerű mérőrendszerek • automatikus rekonfiguráció • fogyasztói tájékoztatás stb. A hazai hálózat fizikai és irányítási struktúráját kell fejleszteni az elkövetkező években.

1.5 A regionális energiatermelés előmozdítása Az energiatermelés jelenleg, mint önálló profitorientált gazdasági tevékenység szerepel. Ennek megfelelően, ha valaki profitábilisan tud termelni, és az engedélyeket megszerzi (értsd legális, de környezeti és társadalmi szempontból nem biztos, hogy optimális), akkor az energiapiac aktív szereplőjévé válhat. Hazánkban több olyan helyi kezdeményezés látott napvilágot, melyekben egy adott régió a területén található nap-, víz-, szél-, biomassza- és földhő energiából termel villamos- és hőenergiát elsősorban saját ellátásra. Ezáltal munkahelyek teremtődnek, a terület természeti képe karban lesz tartva (erdők, mezők, útszélek), a lakók energiatudatossá válnak és nem kevésbé jelenlegi prioritás az is, hogy megújuló energiát

13



termelnek (ezáltal csökken a régió, és az ország energiafüggősége). Ez együttesen társadalmi szinten profitábilis, még akkor is, ha energiaárra vetítve nem a legolcsóbb megoldás. „A MIKROVIRKA-projekt hosszú távú célja egy olyan rendszer kiépítése, melyben a megújuló energiaforrások termelői gazdasági társasági formába tömörülve, szabadon kereskedhetnek egy közös mérlegköri elszámolást lehetővé tevő rendszeren – az „energianeten” - keresztül, regionálisan mérlegköröket alkotva a fogyasztókkal, akik ezáltal olcsó és környezetbarát technológiából származó energiához juthatnak.” 20

A fenti megoldás mintaértékű, innovatív, amire külföldön is felfigyelhetnek. A regionális energiatermelési kooperáció egy innovatív megoldás.

20

részlet a MIKROVIRKA Egyesület alapszabáláyból

14


Az elosztott villamos energiatermelés és -tárolás

2 Az elosztott villamos energiatermelés és -tárolás Ebben a fejezetben ismertetjük a REN, DG, Smart fogalmakat, majd az energiatárolási műszaki lehetőségeket.

2.1 Elosztott és megújuló termelés Mindenekelőtt különbséget kell tennünk az elosztott termelés (Distributed Generation – DG) és a megújuló energiaforrások (Renewable Sources – REN) között. Elosztott a termelés, ha az energiarendszer méreteihez képest kicsi egységekből áll. Pl. Magyarország kb. 6000 MW-os terheléséhez képest a 2-5 MW kicsinek számít, míg a 50-100 MW felett koncentrált termelésről beszélhetünk. Az elosztott termelés előnye a helyi adottságok jobb kihasználása, a hálózat nagyobb stabilitása, a kisebb szállítási veszteség. Nálunk főként gázmotorok vannak elterjedve. Megújuló az erőforrás, ha a nap által megújított (fény-, hő-, szél-, víz-, biomassza) energiát, vagy el nem fogyó energiát (pl. geotermikus) használ fel. Egyes esetekben a hulladékot is a megújulók közé sorolják. Manapság sokat beszélnek az elosztott ÉS megújuló erőművekről, de ez a táblázatban is csak egy kategória. ELOSZTOTT (DG)

KONCENTRÁLT NEM ELOSZTOTT

MEGÚJULÓ (REN)

Napelemes erőművek Egyedi szélerőművek Mini vízerőművek Kis biomassza erőmű

Bősi erőmű Kisköre Mosonmagyaróvári szélpark Pécsi biomassza

NEM MEGÚJULÓ, FOSSZILIS, NUKLEÁRIS

Gázmotorok

Mátrai Erőmű Dunamenti Erőmű Paksi Erőmű Tisza II. Erőmű

3. táblázat: A REN és DG viszonya

Egyes vélemények szerint a DG és bizonyos REN források a központosított hagyományos termelési formáknál költségesebbek. Ez igaz a jelenlegi szabályozási környezetben, ennek ellenére a számos előnnyel is rendelkező elosztott termelési filozófia alapján a világon egyre több létesítmény készül. Erre a folyamatra hazánknak is fel kell készülnie.

15



2.2 A Smart hálózat A Smart Grid filozófia létrejöttét két folyamat is indokolta: • Az extenzív hálózatépítés során nem jutott (nem jut) elég fizikai erőforrás a meglévő hálózatok teljes cseréjére 30-50 évenként. Ezek üzembiztonsága az öregedéssel rohamosan csökken. • Ennek felismerésével egy időben az átmeneti energia szűke és a „demokratikus energiatermelési” jog terjedésével megjelent az igény a kisléptékű, zömében megújuló energiatermelés (egyben elosztott is) integrálására A Smart Grid fogalomra nem létezik zárt, egyértelmű meghatárolás. Mindemellett több definíciót áttekintve azt mondhatjuk, hogy Smart Gridnek nevezzük azt az intelligens hálózati együttműködést, ahol az ellátás jobb minőségéért és a rendelkezésre álló erőforrások jobb kihasználásáért a korszerű elektronikai, elektromos és ICT technológiát használjuk fel nagy mennyiségben.

2-1. ábra: A hagyományos és ICT 21 technológia találkozása 22

21 22

Information and Communication Technology EPRI 2005

16



Egy Smart Grid definíció a KEMA kutatóintézettől: 23 : 24 • Intelligens • Jövőbe mutató • A szolgáltatónak is át kell hozzá alakulnia • A fogyasztó aktívan részt vesz benne • Minden termelést magára vesz, nem válogat • Új termékek, piac • Öngyógyító • Kevésbé sérülékeny • Fenntartható • A digitális technológia átszövi az energiaszállítás minden részletét • Lehetőséget teremt az elosztott termelés integrációjára • Optimalizálja a hálózatot • A hálózat önjavító, megbízható, biztonságosabb, jobb hatásfokú lesz, miközben a fogyasztó is energiatudatossá válik. • Mindez hozzájárul a fenntarthatósághoz, környezetvédelemhez A hagyományos és Smart hálózat összehasonlítása: 25 20. századi hálózat Elektromechanikus Egyirányú kommunikáció Központi termelés Sugaras hálózat Kevés érzékelő

21. századi hálózat Digitális Kétirányú kommunikáció Elosztott termelés Hurkolt hálózat Számos érzékelő és monitorozó berendezés Önmagát monitorozza Helyreállítási automatizmusok működnek Adaptív, szigeteket képezhet

„vakon” működik Kézi helyreállítás A hibáknak és kieséseknek ki van szolgáltatva Kézi készülék ellenőrzés Diszpécseri döntések szakemberek által

Folyamatos távmonitorozás Döntéstámogató rendszerek segítik a diszpécsereket Aktív áramláskontrol Teljes aktuális árinformációk Sok fogyasztói lehetőség

Az áramlásokat nemigen befolyásolják Korlátozott árinformációk A fogyasztónak kevés a választási lehetősége

A mai Smart Grid filozófia a fizikailag lehatárolt klasszikus mikrogridekből eredeztethető. Míg az előbbiek önálló energiarendszert alkotnak, bennük a termelésterhelés egyensúlyának biztosításával, addig a virtuális mikrogrid egy nagy hálózatra szuperponált számos termelés és terhelés egy részéből képez csoportot, amelyben az Dr. Robert Wilhite, KEMA consulting: The Smart Grid vision for a Smarter Planet előadás alapján Smarter Grids for California and the Planet - KEMA’s Perspective and Observations; CEC Workshop on Defining the Pathway to the California Smart Grid of 2020; Sacramento CA, August 5, 2008 25 “The Emerging Smart Grid”, Centre for Smart Energy, October 2005 23 24

17



egyensúlyi és szabályozási feladatokat is megoldják. Ezáltal a nagy hálózat egyensúlya nem függ a virtuális mikrogridbe kapcsolt terhelésektől. Ezt ma Smart Grid jellegű működésnek nevezzük. 26 Jellemzői: • Nem izolált/izolálható hálózatrész, a közép- és nagyfeszültségű hálózaton helyezkedik el • Saját koordinációs/felügyelő központtal rendelkezik • „Kellemetlen és kicsi” termelőket és fogyasztókat fog össze • A saját termelés és fogyasztás egy nagyságrendbe esik • Kifelé mérlegköri elszámolással, menetrendadással, míg befelé terhelés- és termelésbefolyásolással működik • Középfeszültségű és nagyfeszültségű hálózatot használja • Részben független tarifa rendszer A meglévő hálózat SMART jellegű fejlesztésével lehet a berendezéseket jobban kihasználni (a hálózat, illetve az erőművek terhelési tényezője növekedhet) 27, a biztonságot fenntartani 28, a szükséges (koncentrált) erőművi kapacitásokat minimalizálni.

26

A Smart kifejezés csak az utóbb három évben terjedt el. az átlagteljesítmény és a névleges teljesítmény hányadosa, maximum 1. Atomerőműnél a karbantartást leszámítva ez 0,95-1, míg egy csúcserőmű esetén csak 0,2-0,4. 28 A Dynamic Rating segítségével a berendezések tényleges állapotának ismeretében terhelik, pl. a transzformátorok és vezetékek terhelhetőségét nem becsléssel, hanem hőmérséklet mérés alapján állapítják meg. 27

18



2-2. ábra: Virtuális

MikroGRID -> SMART GRID

KÖF elosztó hálózat

Irodaház

Távfűtés

Gen Gázmotor

Kis fogyasztók

Szél

KÖF elosztó hálózat 120 kV-os főelosztó hálózat

Szél

Szolgáltatói PV

Kis üzem

Gen Gázmotor

Elosztóhálózati üzemirányító felé

Kis üzem

Irodaház

Smartgrid központi vezérlő

(koordinálja a termelést, a terhelést, a hőenergia termelést és igényeket

Gen

Tárolás

Fogyasztói PV 19

Hő

Gázmotor

Hő

Kommunikáció és vezérlés

A VER stratégiai kérdései


2.3 A megújuló energiák hálózatba integrálása Számos elosztott, megújuló energiatermelő berendezés kapható piaci forgalomban, számunkra nem az alapberendezések fejlesztése, hanem a részben időjárásfüggő energiatermelés hálózatba integrálása jelenti a legnagyobb kihívást. A következőkben a hazai viszonyokra legjellemzőbb szélenergia-integrálási lehetőségeket említjük, de ezek esetenként érvényesek a többi elosztott erőműre is.

2.3.1 Szélerőművi termelés szabályozása és korlátozása

A szélerőművek termelése a meredek karakterisztika szakaszon (5-12 m/s) igen volatilis a kis szélsebesség-változásokra is. Ebben a tartományban igyekeznek a maximális teljesítményt kihozni a gépekből. A „vízszintes” szakaszon viszont lapátszög állítással csökkenthető a teljesítmény a névleges érték alá is. A korszerű szélerőművek tehát szabályozhatóak. Országos szinten, ahol szélerőműparkok termelnek, a szélerőművek leszabályozása nem az egyedi gépek külön-külön teljesítmény csökkentésével történhet, hanem a néhány tucat gépet számláló parkban üzemelő gépegységek számának arányos csökkentésével, azaz egyes gépek kikapcsolásával. Pl. 20 toronyból 6 kikapcsolása a kimenő teljesítményt közel 30%-al korlátozza. Az eddig alkalmazott erőművi menetrendek mellett is már több száz MW kikapcsolható kapacitás üzemelhet(ett volna). A rendszerirányító számára minimális kockázattal jár, ha kikapcsolható, vagy visszaterhelhető szélerőművi kapacitások kerülnek telepítésre. A szélenergia termelésnek egyes rendszerekben prioritása van, tehát csak átmeneti állapotokban nyúlnak a korlátozás eszközéhez, de műszakilag mindenképpen járható. Ez a gépeket nem rongálja, csak a tulajdonosnak okoz kis mértékű, jól számítható termeléskiesést. Példaként említhetnénk a burgenlandi erőműveket, ahol hálózati túlterhelés miatt az utóbbi 3 évben 3 × 1,5 óráig korlátozták kb. 50 MW-al, 250 MW-ra a szélenergia befogadását a hálózatba (kb. 16%-al). Veszélyhelyzet esetén a szélerőműpark durva, központi lekapcsolása is lehetséges.

2.3.2 Területi diverzifikáció A szétszórt elhelyezkedésű szélfarmok esetén egyenletesebb a szélerőművek összesített termelése (ami egyúttal azt is jelenti, hogy kisebb a szabályozási tartalék igény is), mintha az összes szélerőmű egy kisebb területen, koncentráltan épülne meg. Ezzel együtt a termelés becsülhetősége is jobb, valamint a nagy szélsebesség miatti kiesés egyidejűségének valószínűsége is kisebb. A fent felsoroltak mind olyan előnyök, melyek a szélenergia rendszerbe integrálását oly módon segítik, hogy csökkentik ennek relatív rendszerszintű költségét – a kevésszámú, koncentrált alkalmazáshoz képest.

2.3.3 Lokális irányító-szabályozó központok A hierarchikus villamosenergia-rendszer irányításban a TSO szerepe a teljesítményegyensúly megteremtése, a nagy erőművek szabályozása, a nemzetközi koordináció, stb. Ebből a

20



megközelítésből nem lehetséges, hogy a termelés ezrelékét kitevő kiserőműveket azonos fontossággal, technikával irányítsa, mit pl. a termelés 80%-át kitevő négy nagy erőművet. Mindemellett pl. a szélenergia kapacitások összességében jelentős tényezővé válhatnak, a német és spanyol példát tekintve, 20 % feletti részesedésük is lehet a beépített kapacitásokban. Ezt felismerve a nagy szélerőmű parkokat lokális felügyelő/irányító központokon keresztül kapcsolják az irányítási hierarchiába, hogy a rendszerirányító korlátozott darabszámú, nagyobb egységekkel állhasson kapcsolatban. A szélerőmű parkot vagy parkokat felügyelő központ megvalósíthatja a becslést, az üzemkészség nyilvántartást, menetrendadást, a leszabályozást, a vészleállítást, az intraday tőzsdei jelenlétet, stb. – ami a rendszerirányítónak könnyebbséget jelent, szemben az erőművek egyedi kezelésével. A virtuális erőműben lehetnek egyéb kistermelők is (víz, biomassza, napelem, gázmotor). A „virtuális erőmű” kezelő központ kialakításának előkészülete hazánkban is folyamatban van, egy kb. 80 és egy 35 MW-os erőműpark összefogására.

2.3.4 Tőzsdei ügyletek

A day-ahead energiatőzsdén a rendelkezésre álló termelési kapacitások energiáját kínálják fel egy napos időtávra. A szél- és napenergia előrejelzés pontossága ebben a viszonylatban kb. a teljesítmény 20 %-a, az energiamennyiség tekintetében kb. 10 %. Ez nem eléggé attraktív a másnapi kereskedelem viszonylatában. A napon belüli tőzsde az előzővel azonos mechanizmussal, de jóval közelebbi időszakokkal foglalkozik, ahol a becslési hiba már csak néhány százalékos. Az itt felkínált villamos energiáért esetenként a kötelező garantált átvételi árnál magasabb árat is elérhet az eladó, míg a vevő egy esetleges gázerőműves csúcsenergiánál olcsóbb árért juthat energiához. Jó hír a hazai áramtőzsde, a HUPX létrejötte.

2.3.5 Innovatív módszerek Az aktív fogyasztásszabályozás (Demand Side Management, Demand Response) a jól működő HKV és RKV (Hangfrekvenciás- és Rádiófrekvenciás KörVezérlés)rendszereken túl intelligens együttműködést biztosít a fogyasztók és kistermelők között, ami a szélenergia termelési kampánnyal szinkronban mozgathatja a fogyasztást. Világszerte kutatják a szélenergia átmeneti tárolásának és szabályozott hálózatba táplálásának lehetőségét. Hazánkban is vannak kezdeményezések szélerőművek tárolón keresztüli csatlakoztatására.

2.3.6 További módszerek A fenti módszereken kívül néhány olyan integrálási lehetőséget említünk, amelyek fizikailag és makrogazdaságilag működőképesek, de a jelenlegi hazai törvényi szabályozási környezetben számos ellenérdekeltség mutatkozik: • Szélerőművek üzemeltetése a jelenlegi erőművi blokkösszetétellel, a spontán kiadódó leszabályozási tartalékok dinamikus figyelembevételével. Az erőművi menetrendeket a szélprioritás alapján összeállítva szintén lefelé szabályozási kapacitáshoz juthatunk. Sajnos az energiaszektor tulajdoni szerkezete az elvi kapacitásoknak csak egy kisebb részét engedi a fentebbi prioritások alapján átmenetrendezni. • Üzemvitel a jelenlegi gyakorlattól eltérő, műszakilag lehetséges erőművi blokkösszetétellel. A termelés átterhelése szabályozós blokkokra (erőműtársaságok között).

21



• Szélerőművek és egyéb kiserőművek (pl. gázmotorok) együttműködése, közös menetrend tartással. • Gázmegtakarítás a bővülő hazai erőművi kapacitásokkal való együttműködésben. Ezen erőművek természetesen nem a szélerőművek kiegészítésére épülnek, de a majdani szabályozási kapacitásaik (főként le irányban) széltermelés kiszabályozására is igénybe vehetők. A gázmegtakarítás felvetése nem egyedülálló. Az USA 2030-ra az installált kapacitások 20%-át kitevő szélenergia “flottát” akar létrehozni, a nemzeti szintű “Fuel saving”, azaz Üvegház Hatású Gázt kibocsátó tüzelőanyagok kiváltására. 29

Az időjárásfüggő megújuló energiatermelési módokkal szemben hazánkban felemlegetett problémákra, – mint pl. a nehéz előrejelezhetőség, kiszabályozási problémák, energiatárolási kérdések – a világban számos megoldást alkalmaznak. A termelés korlátozhatósága, a diverzifikáció, a lokális központok, a napon belüli tőzsde a hazai szélenergia integrálását elősegíti.

2.4

Igény az energiatárolásra

Az energiatárolásra alapvetően két okból van szükség: • A kontrollálatlan pillanatnyi spontán energiafogyasztás mindenkori kielégítése túlzott léptékű, kis kihasználási óraszámú, drága üzemű energiatermelő berendezések üzemkészen tartását igényeli. • Az alapvetően tervezett üzemű energiatermelési menetrendekhez képest nehezen előre jelezhető időjárásfüggő termelés vagy terhelésváltozás hirtelen többleteket (vagy hiányokat) idézhet elő. Az energetika egyik kihívása a megfelelő tárolóeszközök kifejlesztése.

2.5 A villamos energiatárolás eszközei A villamos energia termelése és felhasználása egyedi szigetüzemben, mozgó közlekedési eszközökben vagy villamosenergia-rendszerben történik. A termelés és fogyasztás egyensúlyának minden esetben fenn kell állnia, mind egyenáramú, mind váltakozó áramú hálózatokban. A termelőeszközök rendelkezésre állása viszont nem mindig felel meg a fogyasztási igénynek, ehhez az energia tárolására lehet szükség. A villamos energiát közvetlen formában korlátozottan lehet tárolni, viszont gyorsan mobilizálható villamos energiatermelési képességet lehet teremteni mágneses, helyzeti- vagy mozgási energiára illetve kémiai tárolásra alapozva. A következőkben energiarendszerekben való alkalmazásra javasolt perspektivikus energiatárolási formákat mutatunk be. Rendszer szinten meg kell különböztetni a néhány órás-napos, nagy mennyiségű energia tárolását, illetve a néhány perces ellátáskiesést, feszültségminőségi problémákat vagy terhelésváltozási gradienst kiegyenlítő, alapvetően nem erőművi kapacitással gazdálkodó áthidaló energiatárolást. Az egyes energiatárolási formákat igen sok szempont alapján össze lehet hasonlítani, néhányat a következő táblázat mutat. Sajnos a jelenlegi akkumulátor technológiáknak igen nagy a környezetterhelésük. 29

Ed DeMeo, Renewable Energy Consulting Services, Inc. UWIG techn. Workshop, 24 July, 2007, Anchorage, Alaska

22



Villamosenergia tárolás módja

Előnyei

Hátrányai

Alkalmaz hatóság egyedi tápellátás ban.

Alkalmazható ság villamosenergiarendszerben

Szuper kapacitások

Hosszú élettartam, jó hatásfok

Alacsony energia sűrűség

Igen

Tervezik, áthidaló jelleggel

Lendkerekes (Flywheels)

Nagy teljesítmény


Igen

Ritkán, áthidaló jelleggel

Savas ólom akkumulátor

Olcsó

Alacsony élettartam, mélykisütéskor

Igen


Ni-Cd – akkumulátor

Nagy teljesítmény, jó hatásfok

Nincs

Igen


Li-ion akkumulátor


Magas ár

Igen


NaS Nátrium-Kén akku


Jelenleg még magas ár

Igen

Tervezik erőművi léptékben

Folyadék REDOX akkumulátorok VRB, PSB, ZnBr



Esetleg


Sűrített levegős tárolás

Nagy teljesítmény, alacsony költség

Megfelelő geológiai helyszínt igényel

Nem


Szupravezetős mágneses tárolás (SMES)

Nagy teljesítmény

Magas költség

Igen


Szivattyús tárolás

Nagy teljesítmény, alacsony költség

Megfelelő geológiai helyszínt igényel

Nem

Gyakran alkalmazott, erőművi léptékben

4. táblázat: Energiatárolók összehasonlítása néhány szempont alapján 30

30

Herbert Ferenc: Elosztott energiatárolás, előadás 2006. november 30.; BMF Smart Grid konferencia

23



Az energiatárolók gyakorlatilag nem képesek visszaadni a tárolt energia teljes egészét, hatásfokuk különböző. Ez is növeli a tárolás költségét. Egyik fontos paraméterük az élettartam, amit többek között a töltési-kisütési ciklusok száma is jellemez:

2-3. ábra: Hatásfok és élettartam 80%-os kisütésnél 31

2.5.1 A SZET A szivattyús energia tároló (SZET) ma egyelőre az egyetlen, energetikai léptékű tároló megoldás. A SZET egy alsó és felső tároló tóból áll, amelyek között szivattyúval feltárolják a vizet és vízturbinán keresztül visszaeresztik az alsó tóba, villamos energiát termelve. Amikor a villamosenergia-rendszerben energiatermelési kapacitás többlet van (pl. éjszakai mélyvölgyben), akkor az olcsó energiából fogyaszt a berendezés, majd csúcsidőben, amikor a termelési kapacitások szűkében vagyunk, energiát termelünk. A vízerőmű kialakítása megegyezik más vízerőművekkel, azaz nagy szintkülönbségnél Pelton turbinát alkalmaznak, kisebb esésnél Kaplan turbinát. Egyes alkalmazásoknál a motoros szivattyú generátoros turbina üzemmódra is képes (reverzibilis). A gyakorlatban megépített SZETek tipikus töltési (betárolási) teljesítménye 100-1000 MW, míg kisütése akár 3000 MW teljesítménnyel is történhet. Feltétele a szintkülönbség és a rendelkezésre álló „munka”víz. Az ilyen tárolók hatásfoka 65-75% között van 32, gyorsindításúak, azaz néhány perc alatt indíthatóak. Hozzánk legközelebb a szlovákiai Fekete-Vág folyón létesítettek ilyen erőművet.

31 32

www.electricstorage.org – E.C = Electrochemical capacitors, CAES = compressed-air energy storage A következő ábrán pl. 73%-al számolnak

24



A SZET rendszer nem befolyásolja a természetes fogyasztási görbét, mégis az erőművi oldalról nézve egy többletfogyasztást képez, ezáltal növeli a termelési igényt mélyvölgy időszakban, míg csúcsban erőműnek számít. Hazánkban számos érv szól egy SZET létesítése mellett és ellen, egyelőre még nem építettek ilyen létesítményt. A környező országokban (Ausztria, Szlovákia, Románia) a kedvező geomorfológiai adottságokat kihasználva több ilyen létesítmény üzemel.

2-4. ábra: Egy hazai SZET lehetséges üzeme 33

Jelenleg csak a SZET az energetikai léptékű tároló berendezés.

2.5.2 MikroSZET A több ezer MWh energiatároló kapacitású SZET-ek megépítését hazánkban számos környezetvédelmi probléma és társadalmi ellenállás hátráltatja. Vállalkozói oldalról jelent meg az igény, hogy meglévő természetes tavakat, vagy természetes tó és mesterséges tároló kombinációját használják ki szélerőművek hálózatra táplálásának szabályozására. Ez a berendezés egyrészt segíti az időjárásfüggő szélerőmű rendszerbe integrálását, mindemellett önálló energiatárolásra is képes. A kb. 5-10 MWh tároló kapacitást szinte környezet átalakítás nélkül is ki lehet alakítani, így komolyabb természetvédelmi problémákat nem okoz. Tipikusan elosztott termelést jelent, az országban több tucat mikroSZET létesítésére nyílna mód. Sajnos a hazai piaci törvényi szabályozás nem ismeri az energiatárolást mint piaci 33

Dr. Gerse Károly: Miért kell tárolós vízerőmű? MVM közleményei, XLIV. Évf. 2007. 1–2.sz.

25



szolgáltatási fogalmat, a hatóságok értetlenül állnak az ily módon csatlakoztatott szélerőművek kategorizálását illetően is.

2-5. ábra: Egy hazai MikroSZET terve 34

Az elosztott MikroSZET nem jelent nagy környezetterhelést, hazánkban innovatív megoldást jelentene.

2.5.3 Energiatárolás hidrogén formájában Sok szélerőmű együttes csatlakozása a nagy energiarendszerek üzemeltetése számára kihívást jelent. A megújuló energia tárolásának egy kézenfekvő formája a hidrogénné alakítás, annál is inkább, mert ez az anyag közvetlenül üzemanyaga lehet gépjárműveknek a robbanómotor vagy tüzelőanyag cella révén, miközben az időjárásfüggő termelés kevéssé zavarja meg a villamosenergia-rendszer folyamatainak tervezhetőségét. A villamos energia hidrogén formában való tárolását és visszaalakítását annak relatívan rossz hatásfoka miatt az EU direktívák jelenleg nem támogatják. Ez változhat, amennyiben a most még igen drága, maximum 200 kW-os tüzelőanyag-cellák egységteljesítménye tovább növekedik, hatásfokuk javul. Ezzel szemben a közlekedési célra gyártott szénhidrogénből (földgázból) előállított hidrogénnek az igazi megújuló zöld alternatívája a szélenergia segítségével termelt „szélhidrogén”. A hidrogénes energiarendszerek az alábbi elemekből épülhetnek fel: - Szélerőmű - Hidrogénfejlesztő „hidrogén generátor” - Hidrogén kompresszor - Tároló palack 34

F&L Kft. terv

26

A VER stratégiai kérdései -


Szállító tartály Szállító vezeték Hidrogén kút Tüzelőanyag cellás áramforrás Hidrogén üzemű járművek További hidrogén fogyasztók

A rendszer alap energetikai folyamatát tekintve nem környezetszennyező, nincs CO2 kibocsátása. Jelenleg nem foglalkozunk a rendszer előállításának és segédüzemének kibocsátásával.

2-6. ábra: A megújuló hidrogéntermelés és -felhasználás koncepciója 35

A norvégiai 240 fős lakosságú Utsira szigeten 2004-re fejeződött be 36 az a demonstrációs célú projekt, amelyben 2 db 600 kW-os szélturbinát, (a szélenergiából) hidrogénfejlesztőt és hidrogénből villamos áramot termelő tüzelőanyag cellát telepítettek egy ún. hibrid rendszerbe. Ezzel a rendszer megújuló energiából is képes magát teljesen ellátni. (Történelmi és biztonsági szempontok miatt létezik egy tengeralatti kábeles betáplálás és diesel generátor is a szigeten.)

35 36

E. Liu: Large scale Hydrogen Wind Systems (General Electric) http://www.hydro.com/en/our_business/oil_energy/new_energy/hydrogen/winds_change.html

27



2-7. ábra: Az UTSIRA-i rendszer blokkvázlata 37

2-8. ábra: Az UTSIRA-i rendszer látképe37

A ma felhasznált hidrogén jelentős mennyiségét környezetszennyező módon szénhidrogénekből (földgáz) állítják elő. A folyamat melléktermékeként üvegházhatású gázok is keletkeznek, illetve a földgáz, mint primer energiahordozó mennyisége is csökken. Jelenleg kereskedelemben is kapható számos hidrogénfejlesztő berendezés, amelyek villamosenergia segítségével vizet bontanak oxigénre és hidrogénre. Egységteljesítményük már a több száz kW-ot is eléri.

37

https://www.hfpeurope.org/uploads/699/808/UTSIRA

28



2-9. ábra: Egy hidrogénfejlesztő készülék

Tiszta, környezetbarát, „zöld” hidrogénnek csak a megújuló energiákból termelt hidrogént nevezzük. Egy hazai publikáció szerint „A helyzet a rendszer szabályozhatósága szempontjából már jelenleg is aggasztó. Érdemi változást az úgynevezett hidrogén-gazdaságra történő áttérés hozhat, amikor az éjszakai völgyidőszaki energiafelesleget a gépjárművek hajtására felhasználandó hidrogén előállítására lehet felhasználni, ha ennek gazdaságosságát a villamos- és motorhajtóanyag piaci árak biztosítják.” 38 Hazánkban is felmerült a szélenergiát hidrogén formájában eltároló és részben közlekedési célra felhasználó rendszer gondolata/terve. A rendszer gazdasági rentabilitása csak komplex, azaz villamos, közlekedési és környezetvédelmi térben értékelhető, azaz mai közvetlen költségekkel számítva rendkívül drága – műszakilag viszont mindenképpen működőképes. Hidrogénből villamos energiát előállítani azért nem érdemes, mert még jó hatásfokú tüzelőanyag cellával is az oda-vissza alakítás eredő hatásfoka az 50 %-ot sem éri el (villamos energiából villamos energiát hidrogénen keresztül). Összegezve, a szélenergia hidrogén formájában való eltárolása műszakilag lehetséges, sőt a rendszer szabályozhatóságát is javítja. Költségei miatt csak komplex közlekedési integrációval lehet nyereséges. Léptékét tekintve néhányszor 10 MW jöhet számításba. A zöldhidrogén, vagy a hidrogénes energiatárolás műszakilag megoldott, de költségei rendkívül magasak. Javasoljuk, hogy ilyen irányú demonstrációs projektek kerüljenek kidolgozásra. Ezek nemzetközi összehasonlításban is figyelmet érdemelhetnek. A következő ábrán egy lehetséges hazai rendszer koncepciója látható:

38

Dr. Gerse Károly: Miért kell tárolós vízerőmű? MVM közleményei, XLIV. Évf. 2007. 1–2.sz.

29



MAVIR

OMSZ

(szél előrejelzési adatok a szélerőművek termelés becsléséhez)

(a felajánlott szabályozási kapacitás igénybevétele)

Szélerőmű park

Szélerőmű park

Szélerőmű park

KÖF/NAF hálózat Központi szabályozó

(szélerőmű termelés kiegyenlítés és szabályozási kapacitás felajánlása)

Vízbontó

Vízbontó

Vízbontó Nagynyomású hidrogén tárolás

Nagynyomású hidrogén tárolás

Nagynyomású hidrogén tárolás

Szállítás

Szállítás

(max. 80 km)

(max. 80 km)

Szállítás (max. 80 km)

Hidrogén kút

Hidrogén kút

Hidrogén kút

Közlekedési felhasználás

2-10. ábra: Távlati terv a hidrogéntermelésre

30



2.5.4 Tárolás hő formájában Hazánkban is komolyan vizsgálják, hogy a kogenerációs gázmotorok szabályozhatósága érdekében hőtárolókat építenek be a gázmotor és a hőfogyasztó (pl. kórház) közé. Ebben az esetben a gázkazán időlegesen leállítható anélkül, hogy a hőszolgáltatási igény kielégítése sérülne. Kutatások vannak szélenergia közvetlen hővé alakítása, illetve a szélenergiával termelt villamos energiával való fűtésre – de ezek a műszaki megoldások kevéssé konformak a mindennapi életvitellel. A hő is tárolható bizonyos műszaki határok között.

2.5.5 A villamos autók Az elektromos autók nagyszámú elterjedése már komoly tényező lehet az energiatermelésben és -tárolásban. Normál üzem esetén ezek az autók energia felhasználók, így nagyon fontos lesz megismerni a töltési szokásokat, esetleg azt úgy befolyásolni, hogy a rendszer szempontjából kedvező völgyidőszakra essen. A másik, már több helyen felvetett lehetőség, hogy a hibrid járművek, amelyek hidrogénes vagy villamos meghajtással is rendelkeznek, alkalmasak lehetnek egy rendszerösszeomlás esetén szükség áramforrásként, vagy akár black-start forrásként is üzemelni. A nagyszámú elektromos autó képes a fogyasztási görbét jelentősen befolyásolni.

2.5.6 Lendkerekek Lendkerekes tárolókkal már a MWh-ás energiamennyiségeket ostromolják a néhányszor 10 mp-es időtartományban. Tipikusan energia-kimaradások áthidalására vagy pedig ritka, de nagy csúcsigényű berendezés ellátásához alkalmazzák (pl. daruk, emelőgépek). Az energiát a változó fordulatszámú nagy tömegű (perdületű) forgórészben tárolják, míg az energiát mágneses elven töltik (gyorsuló szinkronmotor) – ill. veszik ki (lassuló szinkron generátor). A lendkerekes energiatárolás számára új korszakot nyitottak az elektromágneses és szupravezetős csapágyak. Ezek felhasználásával valójában sem „csap”-ra sem pedig „ágy”-ra nincsen szükség, hiszen ilyen megvalósításban a lebegő forgórész az állórésszel mechanikai kapcsolatban nincs, a közöttük fennálló erőhatások mágneses terek egymásra hatásából származnak. A veszteségmentes lebegtetéshez, és a nagy áramsűrűséghez szupravezető technikát is alkalmazhatnak (lásd a szupravezetős technikáról szóló önálló fejezetet). A jelen lévő elektromágneses veszteségek mellett 0,1 %/óra energiaveszteségű lendkerekes energiatároló rendszer építhető, míg hagyományos csapágyakkal legalább 1 %/óra veszteséggel kell számolni. Ezekkel az értékekkel, ha a forgó villamos gép hatásfoka legalább 96 %-os mind motoros és mind generátoros üzemben, valamint napi egy feltöltéssel és kisütéssel számolunk, az elérhető 24 órás energia hatásfok 90 % feletti. A lendkerekes egységek kereskedelmi forgalomban kaphatók. Ma már 25kWh-s /100 kW-os egységekből építenek nagyobb tárolókat.

31



2-11. ábra: Energiatároló lendkerék és konténer belső (Beacon Power)

A lendkerekes energiatárolók legnagyobb technológiai hátránya az önkisülés. Szupravezetős csapágyazás esetén a cél, hogy csapágyveszteség 0,1 %/óra alatt maradjon a névlegesen tárolt energiára vonatkoztatva. Ehhez azonban még számos egyéb veszteség is hozzáadódhat (energia-átalakító üresjárási veszteségei, közegellenállás, hűtőköri veszteségek, szabályozó elektronika). A veszteségek tehát a legjobb esetben is napi 2,4 %-ra tehetők. Ezzel szemben akkumulátorok esetében a jellemző értékek jóval napi 1 % alatt maradnak. 39 A lendkerekes energiatárolók előnyei más energiatárolókhoz képest: • Nagy teljesítmény sűrűséggel rendelkezik • Hosszú élettartam • Nincs kapacitás csökkenés az élettartam során • Az élettartama független a kisütések idejétől és mélységétől • A töltöttsége könnyen és pontosan megállapítható • Skálázható technológia • Időjárástól független, környezeti hatásokra érzéketlen • Alacsony környezeti terhelést jelent Hátrányai pedig: • Mozgó alkatrészt tartalmaz • Jelentős az önkisülés • Rendszerszinten alacsony energiasűrűség A lendkerekes energiatárolásnak az elosztott és/vagy autonóm rendszerekben lehet szerepe.

39

Koháry Zalán: PhD Theses

32



2-12. ábra: A Budapest Műszaki és Gazdasátudományi Egyetem Villamos Energetika Tanszék kisméretű lendkerekes energiatárolója

2.5.7 Akkumulátorok Hatalmas fejlődést mutatnak a „hagyományos” akkumulátor megoldások is, melyek mindegyike egyre csökkenő fajlagos költséggel, egyre növekedő egységteljesítménnyel és energiasűrűséggel (kWh/kg vagy kWh/dm3)számol: 41, 42 • Savas ólomakkumulátorok – hagyományos, relatívan nagy súlyú, de már van 10MWhs létesítmény is • Nikkel – kadmium akkumulátorok, magas élettartam, 40 MWh-s alkalmazás, rendkívül környezetszennyező • Nátrium – kén akkumulátorok (NAS), 350 ºC üzemi hőmérséklet, hatásfokuk 58 -63 %, élettartamukat 3000 ciklusra becsülik • Cink –bróm akkumulátorok • Bróm – poliszulfid akkumulátorok • Litium-ion akkumulátorok • Na-klorid-nikkel akkumulátor – 270 ºC üzemi hőmérséklet, nagy energiasűrűség • Cink-bróm akkumulátorok • Plurion folyadék akkumulátor Cerium-cink metán-kénes savban • Regenesys-Poliszulfid-bróm akkumulátor Meg kell jegyezni, hogy az energiarendszer szintű tároláshoz az egyenáramú akkumulátorok és a hálózat közé igen nagy teljesítményű egyen- és váltóirányító teljesítményelektronikai eszközöket is kell telepíteni. A következő ábra a fejlődés irányát mutatja. Míg a baloldalon a hagyományos ólomakkumulátor kb. 30 Wh/kg energiasűrűségű, addig a jelenleg legelterjedtebb Li-Ion 41

Epri: Energy Storage for Grid Connected Wind Generation Applications, Technical Update, December 2004 Balogh Ernő - Tombor Antal: Fontosabb energiatárolási rendszerek gazdaságosságának és környezetvédelmi hatásainak, valamint központi szabályozhatóságának összehasonlító vizsgálata - 2008. május 42

33



akkumulátornál ez kb. 170 Wh/kg. Teljesítmény sűrűségre vonatkozóan több mint 20 szoros a különbség.

2-13. ábra: Akkumulátorok összehasonlítása

2-14. ábra: Ni-Cd akkumulátor Alaszkában, 46 MW/15 perc kapacitással 43

43

http://www.electricitystorage.org/pubs/2003/Newsletter_Sep_2003.pdf

34



2-15. ábra: Hazai elektromos autó fejlesztés lítium akkumulátorokkal

Az akkumulátorok egységteljesítményei rohamosan növekednek, de még messze elmaradnak az energiarendszer nagyságrendjétől, rendkívül környezetszennyezőek és költségesek. A fejlesztési trendekben megjelent a „Smart Storage battery concept”, melynek keretében az időjárásfüggő szélerőművek termelését igyekeznek rövid időre – akár a szélerőmű tornyok tövében elhelyezett – nagy kapacitású, újtípusú tárolókban eltárolni, egyrészt a néhány perces fluktuációt, másrészt viszont a csúcs-völgy időszakokból adódó problémákat is csökkenteni. 45 Az akkumulátoros energiatárolás megoldott, ám energetikai léptékben drága és környezetszennyező. A kutatás a növekvő energiasűrűség irányába hat, de ennek jelenlegi költségei még magasabbak.

2.5.8 A VRB Az energiatárolás egyik áttörő fejlesztése a VRB rendszer (Vanadium Redox Battery Energy Storage System – VRB-ESS) egy új fejlesztésű elektrokémiai rendszer, melynek felépítését az alábbi ábra 46 mutatja:

2-16. ábra: A VRB rendszer 45 46

The hard cell: smart solutions for renewable energy storage, Power Engineerint International, February, 2008 http://www.vrbpower.com/docs/VRB-ESS%20-%20An%20Introduction%20to%20Wind%20.pdf

35



Központi eleme a mindkét irányban működő - reverzibilis - PEM típusú tüzelőanyag-elem köteg (Proton Exchange Membrane), amely egyik irányban oxidál, a másik irányban pedig redukál. A két elektrolit-tartályban kénsavban oldott vanádium tárolja a betöltött energiát, mely később a tüzelőanyag-elem kötegen keresztül adható vissza a hálózatba. A rendszerhez komoly szabályozó berendezés tartozik, ami a wattos mellett lehetővé teszi a meddőteljesítmény szolgáltatását is. 5 kW-tól több 10 MW-os teljesítmény nagyságrendben és 2-től akár 20 órás betárolási idővel szállítják a berendezéseket. A világon, több helyen üzemelnek több száz kW-os, ill. több MW-os létesítmények. Főbb jellemzői: 47 • önkisülés kicsi • összhatásfoka 65-75% • töltésről kisütésre váltás mikrosec nagyságrendű • az elektrolit élettartama gyakorlatilag végtelen • a szivattyúk kb. 5-7 év után cserélendők • a membránok kb. 10-12 év után (13-15,000 ciklus után) cserélendők • fajlagos beruházási (berendezés) költség pl. egy 40 MW-os, 400 MWh-s tároló erőműre kb. 400 €/kWh • létesítési időtartam kb. 15 hónap A bemutatott fejlesztés a gyártó/forgalmazó szerint a közeljövőben valószínűleg forradalmasítja az energiatárolást, bár igen költséges megoldás. A nagyléptékű VRB fejlesztése kísérleti fázisban jár.

2.5.9 Sűrített levegős energiatárolás

A sűrített levegőt már majdnem egy évszázada is használták bányamozdonyok hajtására, majd tankok indítására. Manapság diesel generátorok villamos energia nélküli gyorsindítására használják (pl. Lőrinci gyorsindítású black-start gázturbina). Valamilyen gáz komprimálása mechanikai energiát vesz igénybe és ezt az energiát részben vissza lehet nyerni egy gázturbinán keresztül. Energetikai célokra kézenfekvő megoldás, hogy a gázközeg a levegő legyen, míg a tároló tér egy már nem használt földalatti üreg, pl. barlang vagy letermelt földgázmező. Ma már a demonstrációs berendezések csúcsteljesítménye elérte a 110 MW-ot (az USA-ban), folyamatban van néhány száz megawattos rendszer építése is, míg a távlati tervek több ezer MW kapacitásról szólnak. A megoldások hatásfoka tág határok között szór, de meghaladják a 60%-ot. A rendszert kombinálják gázturbinás erőművek üzemével is.

47

www.servian.hu

36



2-17. ábra: Levegő tárolós csúcserőmű mészkőbarlang kihasználásával 48

Érdekes lehet a hazai alkalmazhatóság vizsgálata.

2.5.10

Szuperkapacitások

Az elektrosztatikus kondenzátorok két, egymáshoz közel lévő, nagy felületű elektródán tárolnak töltéseket. A nanotechnológia alkalmazása lehetővé tette olyan speciális anyagok létrehozását, amelynek makro léptékű 1 négyzetcentiméterére 1000-2000 négyzetcentiméter tároló felület jut. Ez a hagyományos egységtérfogatra vetített tárolókapacitás több nagyságrenddel való megnövekedéséhez vezetett, ezeket az eszközöket hívják szuperkondenzátoroknak. Energetikai léptékű tárolásra még nem, de rövid idejű többletek elraktározására, – mint pl. robogó kismotorok és autók fékezési energiájának betárolása, majd visszavezetése a megható villamos rendszerbe – már működik.

2-18. ábra: Szuperkondenzátorok

A villamosenergia-rendszerméretéhez képest relatívan kis energiamennyiség tárolható. Szerepük elsősorban a Smart hálózatrészekben lehet. 48

CAES Development Company

37



2.6 A fogyasztás befolyásolása A korlátlan fogyasztási igény kielégítése több okból nem célszerű megoldás: •

Egyes erőművek, hálózatrészek csak csúcsterhelésnél lesznek kihasználva, terhelésük jelentősen változik

•

Azonos energiamennyiséget kevesebb erőműben, olcsóbb üzemanyaggal is meg lehetne termelni kevésbé dinamikus menetrenddel

Nem lehet eléggé hangsúlyozni, hogy a primer energiaigény kielégítése (erőmű építés) és az energia tárolása mellett, az előző kettővel azonos jelentőségű és nagyságrendű a fogyasztás befolyásolása, átmenetrendezése. A terhelés ingadozását bizonyos határok között a szabályozós erőművek ki tudják egyenlíteni, de kritikus időszakokban (pl. hajnali mélyvölgy) nem minden esetben áll rendelkezésre elegendő leszabályozási kapacitás.

2-19. ábra: A fogyasztás (és termelés) kiegyensúlyozása 49

A Demand Side Management (DSM) elsődleges célja a napi fogyasztás egyenletesebbé tétele. A DSM ennél többet is jelenthet: 50 - Passzív DSM, ami az energiafelhasználás hatékonysága, vagyis az alkalmazott eszközök nagyobb hatásfokán keresztül működik. Ezáltal a bármikor elfogyasztott villamos energia mennyisége kisebb lehet. (Megjegyezzük, hogy az áramszolgáltatói mennyiségi szemlélet itt ellentmond a „fogyasszon minél kevesebbet a fogyasztó” globális megközelítésnek.) - Aktív DSM – a pillanatnyi fogyasztás tényleges befolyásolása, amire számos eszköz létezik: o Indirekt DSM – önkéntes fogyasztás változtatás  Többtarifás rendszer  Real-time dinamikus tarifa  Megszakítható terhelés  Elosztott, (fogyasztó oldali) termelés  Mikrogridek  Intelligens (lokálisan vezérelt) fogyasztók o Direkt DSM – központi beavatkozás  HKV 49

Ábra forrása: MVM Michael Stadler: The relevance of demand-side-measures and elastic demand curves to increas market performance in liberalized electricity markets:the case of Austria, Priel, 2003 November 50

38

A VER stratégiai kérdései  

RKV Frekvencia-függőautomatika


és

Frekvencia-független

terheléskorlátozó

A DSM (Demand Side Management) – DR (Demand Response) elsődlges célja, hogy a fogyasztási menetrend napi hullámzását tudjuk csillapítani. Olyan műszaki megoldásokat vizsgálunk, amelyek a fenti, kedvező irányba hathatnak. A régóta alkalmazott HKV (Hangfrekvenciás KörVezérlés) mellet technológiailag ma már lehetséges a fogyasztó – termelő intelligens együttműködése, a Smart DSM, az intelligens fogyasztói teljesítményigény befolyásolás. Egy analitikus vizsgálatban50 pl. az alábbi 5 főbb fogyasztói csoportot különböztethetjük meg: - Hűtőberendezések - Vill. fűtő berendezések - Állandó üzemű motorok - Egyéb motorok - Világítás, elektronika Ezen fogyasztói csoportok aránya egy-egy ellátási területen belül, országonként, fogyasztási kultúránként változik, mégis minőségileg irányt mutathat a DSM vonatkozásában. A statisztikus megközelítés előnye, hogy globális mérésekre alapozható, nem kell, hogy esetleg több millió egyedi készülékkel foglalkozzon, hátránya, hogy nem mindig tud egyedi eseményekre felkészülni. A jelenlegi Hangfrekvenciás Körvezérlés is fogyasztók tömegét kapcsolja ki, illetve ad lehetőséget nekik a vételezésre (pl. villanybojlerek).

2-20. ábra: HKV-val kapcsolt fogyasztói teljesítmény igény lecsengése

A mintegy 1600 MW HKV-be bevont beépített teljesítmény51, egy egyidejű bekapcsolásnál a tapasztalat szerint az egységugrás szerint (valóságban nagy meredekséggel) bekapcsol, a főként hőtechnikai berendezések hőmérséklet célértékük elérésével mintegy 4-6 óra alatt kikapcsolódnak, azaz ez idő után csak kevesebb mint 10 %-uk van üzemben. Bizonyos módszerekkel a teljes országos fogyasztás egyes összetevői (pl. HKV által ténylegesen működtetett rész) jó közelítéssel meghatárolható.

2.6.1 A DSM tartalékok Az egyedi fogyasztói technológiák feltérképezésével (hűtőgépek, légkondicionálás, világítás, stb.) szinte minden fogyasztónál lehet jelentős szabályozási tartalékokat találni. Ez a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosenergetika Tanszék Villamos Művek és Környezet Csoport: A villamos energia rendszerérdek közvetítésének árszabályozási lehetőségei különös tekintettel a vezérelt, különmért tarifakategória szerepére és az alkalmazott zónaidőkre, Innotech tanulmány, 2003. 51

39



tartalék tulajdonképpen átmenetrendezés, miszerint a hűtést pl. korábban meg lehet kezdeni, hogy csúcsban kisebb teljesítményt igényeljen, vagy egyszerűen csúcsban kicsit leszabályozni, ami pl. a hűtöttségi közérzetet nem befolyásolja. Nem szabad elfelejteni, hogy a hűtőgépek esetenkénti kikapcsolása 1-2 órára, vagy csökkentett teljesítménnyel való üzemeltetése az összes felhasznált energiamennyiséget kismértékben növelheti. Lakossági szinten is vannak olyan át-menetrendezhető fogyasztók, amelyeket nem célszerű távoli, központi automatikával kapcsolni, de mégis bizonyos szempontok alapján (pl. olcsóbb tarifa) a fogyasztó úgy dönthet, hogy késleltetve használja őket (pl. mosógép, kenyérsütő, hőszivattyú, szárítógép, hűtőgép, fagyasztóláda, légkondicionáló, hőszivattyú). A fogyasztási összetevők szétválasztása után a legnehezebb (illetve költségesebb) a beavatkozó eszközök kiépítése. Szerencsés esetben a meglévő eszközök megtalálásával válthatjuk ki a szerelési munkákat. Az új épületek többsége már rendelkezik valamilyen épületinformatikai/épületfelügyeleti rendszerrel. Itt is ezt tudjuk kihasználni a központi hőmérséklet- és világításszabályozáson keresztül. A DSM szabályozásban nagy tartalékok vannak, amelyet az intelligens megoldásokkal lehet aktivizálni.

2.6.2 Fogyasztásszabályozási stratégiák A fent tárgyalt teljesítménykiegyenlítést központilag és lokálisan is lehet végezni. Jelenleg olyan megoldásokat tárgyalunk, amely nem végzi el a teljes energiarendszer szabályozását (erre ugyanis más megoldások vannak), mégis lokálisan a megfelelő irányban hatnak, azaz ha csúcsfogyasztás van, akkor csökkentjük a fogyasztást, ha völgyben vagyunk, akkor inkább felterhelünk. Az európai energiarendszerben mintegy 400 ezer MW fogyasztás üzemel együtt, egy egyedi fogyasztó vezérlésével pedig néhány kW-ot tudunk változtatni ezen. Amennyiben ezek az eljárások több tízezres darabszámban lépnek működésbe, akkor már érezhető hatása lehet országos és akár európai energiarendszer szinten is. A nagy darabszámú megoldásoknál az egyszerűség igen fontos, tehát szó sem lehet minden háztartás központi méréséről, szabályozásáról. Ezért inkább a lokális, autonóm megoldásoknak van szerepe: • Időzítés alapú megoldás Mint azt már láttuk, a terhelés menetrendek naponta nagyon hasonlóan ismétlődnek, tudjuk, mikor lesz maximális és minimális a fogyasztás. Ezt előre programozva egy helyi vezérlést működtethetünk. • Központi jelzés Jelenleg így működik a HKV és RKV. Ehhez adatátviteli utak, adók-vevők szükségesek, viszont a lokális állapotról nincs központi információnk. • Alacsony szintű központok Annak ellenére, hogy világméretekben az irányítórendszerek egyre több mérést, adatot, illetve nagyobb hálózatot kezelnek, a megújuló energiákat előállító kistermelők koordinálására létrejönnek alacsony szintű központok. Itt már a termelő/fogyasztóval történő oda-vissza irányú kommunikációval lehet viszonylag kiegyensúlyozott menetrendeket elérni. • Lokális szabályozó Amennyiben kiépül a Smart jellegű mérőrendszer és ott lokális tarifa információ is megjelenik, akkor ez alapján lehet a szabályozásba bevont készülékeket kontrollálni. 40



• Frekvenciamérésre alapozott szabályozó A váltóáramú energiarendszerekben a teljesítmény hiány/többlet indikátora a frekvencia. Ez a teljes összekapcsolt hálózatra (Európára) mutatja, hogy a névleges frekvenciához tartozó fogyasztási igényhez képest többlet vagy hiány van a termelési oldalon. Ezt a jelenséget lehet kihasználni olyan kis „vészmentő” alkalmazásoknál, amikor pl. drasztikus frekvenciaesést érzékelünk (akár minden lakásban!) és annak hatására önként mérsékeljük a fogyasztást. Ezzel elejét lehet venni nagy rendszerösszeomlásoknak, amire szerencsére ritkán van példa. Az erőműfejlesztésekkel és az energiatárolással egyenrangú energetikai megoldás a fogyasztás szabályozása. Ebben még igen nagy tartalékaink vannak.

41

A villamosenergia-rendszer stratégiai kérdései

Recommend Documents