KLÍMAPOLITIKA. A mini megújuló kapacitás integrációja a magyar villamos energia rendszerbe

KLÍMAPOLITIKA

A “mini megújuló” kapacitás integrációja a magyar villamos energia rendszerbe

A „mini megújulós” kapacitás integrációja a magyar villamos energia rendszerbe

Tartalomjegyzék Ábrák jegyzéke ............................................................................................................... 5 Táblázatok jegyzéke ....................................................................................................... 7 1

Vezetői összefoglaló (Kazai Zs.) ............................................................................. 8

2

Bevezetés ................................................................................................................. 9

3

Rövidítések............................................................................................................ 12

4

A jelenlegi helyzet bemutatása............................................................................ 14 4.1

Előzmények................................................................................................... 14

4.2

A jelenlegi villamosenergia ellátás eszközei, struktúrája, a termelés

filozófiája.................................................................................................................... 16 4.3

A jelenlegi rendszerirányítási problémák áttekintése .............................. 22 4.3.1

Erőművek ................................................................................................ 22

4.3.2

Hálózat .................................................................................................... 25

4.3.3

Egyéb problémák .................................................................................... 28

4.4 5

Az elosztott termelés és a Microgrid jelenlegi jogszabályi háttere.......... 30 A villamos irányító rendszer működése ............................................................. 33

5.1

A rendszerirányító számára kedvező hálózati jellemzők ......................... 33

5.2

SZET, mikroSZET és mini-hydro.............................................................. 36 5.2.1

Szivattyús energiatározó (SZET) ............................................................ 36

5.2.2

MikroSzet ................................................................................................ 37

5.2.3

Vízerőművek ........................................................................................... 37

5.2.4

Mini-hydro .............................................................................................. 38

5.3 6

A microgridek terjedésének hatása a rendszerirányító munkájára ....... 39 A fogyasztás befolyásolása................................................................................... 40

6.1

A fogyasztási görbe, és annak jelentősége az energiarendszerben .......... 40 6.1.1

A fogyasztás szerkezete .......................................................................... 41

6.1.2

A fogyasztói görbe változtatásának igénye............................................. 49

6.1.3

A fogyasztás becslése.............................................................................. 49

6.1.4

A fogyasztás befolyásolásának módszerei .............................................. 51

6.1.5

A termelési és fogyasztási menetrend készítése...................................... 55

2


6.1.6

A

fogyasztás

befolyásolásának

jogi/szerződéses

keretei

és

a

magyarországi gyakorlat. A MEH szerepe. ........................................................... 56 6.2

A fogyasztás befolyásolásának műszaki megoldási lehetőségei ............... 58 6.2.1

A terheléskorlátozás ................................................................................ 58

6.2.2

Megszakítható terhelés............................................................................ 59

6.2.3

HKV és RKV .......................................................................................... 60

6.2.4

IP alapú vezérlési lehetőségek................................................................. 65

6.2.5

Együttműködő, intelligens hálózatok...................................................... 67

6.3

7

Néhány gyakorlati megvalósítás a fogyasztás befolyásolására ................ 74 6.3.1

A DSM felhasználása .............................................................................. 74

6.3.2

Fogyasztói csoportok dinamikus képzése ............................................... 74

6.3.3

Vezérlési hierarchia kialakítása............................................................... 75

6.3.4

Központi konzol(ok) kialakítása ............................................................. 76

6.3.5

HW/SW igények ..................................................................................... 78

6.3.6

Néhány fogyasztói megoldás .................................................................. 79

6.3.7

A DSM hatás megbízhatósága ................................................................ 81

Elosztott termelés ................................................................................................. 82 7.1

Az elosztott termelés, és a Microgrid ......................................................... 82 7.1.1

Microgrid struktúrák ............................................................................... 84

7.1.2

Microgrid vezérlés, üzemvitel és kommunikáció ................................... 89

7.2

A microgrid struktúrák alkalmazásának lehetőségei ma Magyarországon 92

8

7.2.1

Eszközök, amelyek részt vehetnek az új típusú együttműködésben ....... 92

7.2.2

Virtuális erőmű........................................................................................ 95

7.2.3

A szél- és gázmotorok együttműködése.................................................. 97

7.2.4

A megvalósítható VGRID..................................................................... 103

Megújuló energiaforrások integrálása ............................................................. 106 8.1

Háztartási megújuló energiaforrások hálózatba táplálási lehetőségeinek

vizsgálata .................................................................................................................. 106 8.2

Kis (háztartási)méretekben hasznosítható megújuló energiaforrások . 107

8.3

A kis rendszerek hazai terjedését akadályozó körülmények (Kazai Zs.)108

9

Javaslatok ........................................................................................................... 109 9.1

Lakossági iránymutatás ............................................................................ 109 3


9.2

Társadalmi hatások (Kazai Zs.) ................................................................. 112

9.3

Kis rendszerek terjedésének ösztönzése (Kazai Zs.) ................................ 113

9.4

A Smart Grid optimális mérete ................................................................ 116

9.5

Konkrét javaslatok .................................................................................... 116

10

Irodalomjegyzék................................................................................................. 119

11

Mellékletek.......................................................................................................... 121

11.1

Microgrid struktúrák ................................................................................ 121

11.2

Az elosztott termelés és az adatgyűjtő rendszerek.................................. 123

11.2.1

Jelenlegi kommunikációs szabványok .................................................. 125

11.2.2

Trend, jövőbeli kommunikációs szabványok........................................ 126

11.3

A microgrid rendszerekben alkalmazott készülékek ismertetése ......... 127

11.3.1

Termelő egységek ................................................................................. 127

11.3.2

Villamosenergia tárolás......................................................................... 129

11.3.3

Inverterek .............................................................................................. 131

11.4

CHP (kogeneráció)..................................................................................... 131

11.5

Megújuló mikrotermelő egységek bemutatása a BMF KVK VEI-ben . 133

11.5.1

Napelem cellák...................................................................................... 133

11.5.2

Szélturbina............................................................................................. 134

11.5.3

Tüzelőanyag cella.................................................................................. 135

11.5.4

A „házi napelemes erőmű”.................................................................... 136

4


Ábrák jegyzéke 1. ábra Eltérés a korrigált menetrendtől......................................................................... 15 2. ábra A villamos energia termelése, szállítása, fogyasztása ........................................ 17 3. ábra A fogyasztás és termelés egyensúlya................................................................. 17 4. ábra A különböző fogyasztók terhelési görbéi .......................................................... 18 5. ábra A magyar hálózat egy napi terhelése ................................................................. 19 6. ábra Nyári és téli erőműkiosztás................................................................................ 19 7. ábra Különböző erőműfajták termelési idő-termelés karaktesztikája........................ 20 8. ábra Megújuló erőművek tipikus napi termelési karakterisztikája............................ 21 9. ábra A menetrendkövetés pontossága 2003. szept. 10-én ......................................... 23 10. ábra Eltérés a korrigált menetrendtől....................................................................... 23 11. ábra A VER forrásainak megoszlása – téli munkanap ............................................ 24 12. ábra Mélyvölgy hatás – 2005. június - július........................................................... 24 13. ábra A MÁTRA erőmű környékének erős terheltsége ............................................ 26 14. ábra A PAKS erőmű környékének erős terheltsége ................................................ 26 15. ábra Gyűjtősín feszültség – 120 kV......................................................................... 27 16. ábra Az E.ON szélerőművekkel szemben támasztott követelménye Németországban ........................................................................................................................................ 27 17. ábra A szivattyús energiatározó sematikus ábrája................................................... 36 18. ábra Az ipari szektor terhelése................................................................................. 42 19. ábra A kereskedelmi szektor terhelése .................................................................... 42 20. ábra Irodai (office) fogyasztás terhelése14 ............................................................... 43 21. ábra Lakóhelyi fogyasztás terhelése ........................................................................ 43 22. ábra

A tapasztalat alapján a főként hőtechnikai berendezések a hőmérséklet

célértékük elérésével mintegy 4-6 óra alatt kikapcsolódnak .......................................... 46 23. ábra A HKV által vezérelt fogyasztókat éjjel később kellene bekacsolni............... 47 24. ábra Országos terhelés hétköznap............................................................................ 48 25. ábra A német spot-ár változása................................................................................ 52 26. ábra A Spanyolországban alkalmazott háromtarifás rendszer................................. 53 27. ábra Többtarifás rendszer Angliában....................................................................... 53 28. ábra A többtarifás és a dinamikus fogyasztói ár hatása a fogyasztásra ................... 54 29. ábra Aktív terhelés menedzsment............................................................................ 63

5


30. ábra A hagyományos és a jövőbeli sturktúra........................................................... 68 31. ábra A hálózat automatizálása és a nem végponti mérések elhelyezése ................. 72 32. ábra A DSM beavatkozást kezdeményező funkciók elhelyezkedése...................... 77 33. ábra Smart controller ............................................................................................... 79 34. ábra E-max képernyő.............................................................................................. 81 35. ábra Az SGRID struktúra sematikus rajza ...............................................................83 36. ábra Az MGRID struktúra sematikus rajza …………………………………….…84 37. ábra A VGRID struktúra sematikus rajza ................................................................85 38. ábra A szélerőművek és gázmotorok együttműködő szabályozása .........................96 39. ábra Átlagos szélsebességek a nap során, különböző évszakokban ........................ 99 40. ábra

A hegyhátsáli mérőtorony különböző szintjein mért szélsebességek napi

menete........................................................................................................................... 100 41. ábra Szélfarm kimenő teljesítményének időegység alatti megváltozása a beépített teljesítmény százalékában ............................................................................................ 101 42. ábra Hazai VGRID a meglévő- tervezett eszközök felhasználásával ……………103 43. ábra Egy lehetséges Microgrid kialakítás sematikus rajza ....................................112 44. ábra Egy másik lehetséges Microgrid kialakítás sematikus rajza.......................... 122 45. ábra Elvi Microgrid struktúra ................................................................................ 125 46. ábra Az elosztott termelésben jelenleg használt kommunikációs szabványok...... 125 47. ábra Az elosztott termelés trendje, a jövőben használt kommunikációs szabványok ...................................................................................................................................... 126 48. ábra Microgrid teljesítmény igénye energiatárolással és szabályozással .............. 130 49. ábra Kogenerációs erőmű hőfelhasználása............................................................ 133 50. ábra Napelemes mérőrendszer a Budapesti Műszaki Főiskolán ........................... 134 51. ábra AirX401 szélturbina a Budapesti Műszaki Főiskolán ................................... 134 52. ábra Tüzelőanyagcella ........................................................................................... 135 53. ábra Megújuló eszközök a Budapesti Műszaki Főiskola tetején........................... 135 54. ábra A napelem, a tüzelőanyag cella és a szélturbina kapcsolódása a mikrogrid modellre ........................................................................................................................ 135 55. ábra A mikrogrid elvi sémája ................................................................................ 136 56. ábra A mikrogrid modell ....................................................................................... 136 57. ábra Házi napelemes erőmű................................................................................... 136

6


Táblázatok jegyzéke 1. Táblázat A microgridek hatása a rendszerirányító munkájára .................................. 40 2. Táblázat A HKV rendszerbe bevont fogyasztók beépített teljesítménye áramszolgáltatók szerint ................................................................................................. 46 3. Táblázat A becsült DSM hatás különböző eszközök esetén...................................... 82 4. Táblázat Háztartási méterű, elosztott energetikai berendezések főbb jellemzői ..... 108 5. Táblázat Kismegszakító névleges áramerősségekhez tartozó jellemző teljesítmények ...................................................................................................................................... 110

7


1 Vezetői összefoglaló Globális világunkban az energia- termelés és felhasználás módja, struktúrája, logisztikája teljes átalakulásban van. Nem egyedi folyamat ez, összhangban van más ágazatok átalakulásával. Az energiaszektor jellegéből fakadóan más ütemben, alapvetően lassabban mozdítható más szektorokkal szemben. Ugyanez az átalakulás sokkal nagyobb léptékben zajlik pl. a telekommunikáció terén. Az energetika területén ugyanis legtöbb esetben 20-50, vagy akár 100 évre tervezett infrastruktúrával - ideértve az erőműveket, logisztikai eszközöket, és a felhasználókat is - találjuk szembe magunkat. Az elmúlt pár évtizedben rohamos fejlődésnek indult az energetika azon ága, mely jellegéből fakadóan nem a már kialakult centralizált rendszerekbe illeszkedik, hanem az elosztott, vagy decentralizált termelés irányába hat. Ez és természetesen a környezeti hatások – köztudott, hogy az energetika felelős az üvegházhatású gázok kibocsátásának több mint kétharmadáért – kikényszerítették a változtatásokat ebben a szektorban is. Továbbá az államoknak ma már nincs pénzük óriási erőművek építésére, a vállalkozók pedig a gyorsabban megtérülő beruházásokat kedvelik. Ma már egyre többet hallunk arról, hogy e területen is a fejlődési irány a decentralizált termelés- és felhasználás, valamint a hálózatokba rendeződés. Ez utóbbi nem kis mértékben épülhet a fent említett telekommunikációs fejlődés adta lehetőségekre. Lehetővé vált, hogy akár a meglevő infrastruktúra gyökeres átalakítása nélkül, abba integrálva kiépíthessünk olyan kisebb hálózatokat, melyek segítségével egy közösség, település, vagy kisebb régió önmagát energiával elláthatja, de azon felül akár még energiatermelővé is válhat. Ez

a

váltás

természetesen,

új

szemléletet

jelent

és

bizonyos

területeken

kompromisszumokat kell kötni ennek érdekében, de mondhatjuk, hogy ennek technikai, technológiai akadálya ma már nincsen. Tanulmányunkkal is elsősorban az volt a célunk, hogy bemutassuk a sokat vitatott megújuló energia felhasználás jelenlegi rendszerbe integrálhatóságának műszaki megvalósíthatóságát. Tettük ezt nem csak elméleti szinten, hanem speciálisan a magyarországi viszonyokra vonatkozóan. A munkából kiderül, hogy viszonylag egyszerű lépésekkel, mondhatni szemléletváltoztatással, óriási eredmények érhetők el. Ráadásul ehhez nem kell óriási anyagi és fizikai ráfordításokat végezni, hiszen a jelenlegi rendszer is tartalmaz olyan elemeket, melyek hatékonyabb alkalmazásával a szükséges feltételek adottak lehetnek.

8


Megjegyezzük, hogy ezen változtatások társadalmi-, gazdasági- és környezeti hatásainak vizsgálata mindenképpen további vizsgálatokat igényel, melyre jelen munka keretében nem, vagy csak korlátozott mértékben volt lehetőségünk.

2 Bevezetés A napjainkra kialakult villamosenergia-rendszerek szerte a világon centralizált szervezésűek. Ez vonatkozik a hosszú távú fejlesztésre, tervezésre és üzemeltetésre, de a nagyobb távolságú kereskedelmi szállítások is központosított platformon keresztül bonyolódnak. A nagy hálózatrészek együttes kezelése szükséges az alap-energia ellátáshoz, de eközben nehéz gazdaságosan kezelni a lokális adottságokat/igényeket főként a Distributed Generation (DG – elosztott termelés) és RENewable energy sources (REN – megújuló energiaforrások) területén. Magyarországi példaként említhetjük a gázmotorok illetve szélerőművek „problémás” helyzetét a nagy energiarendszerben. A villamosenergia hálózatokon megindult kereskedelem szintén szemléletváltást kíván az üzemelőkészítés és az üzemvitel gyakorlatában. Az a villamosenergia ellátási elv, hogy „néhány nagy erőműben megtermeljük a szükséges villamos energiát, és azt továbbítjuk

a

fogyasztókhoz”

mára

idejétmúltnak

és

bizonyos

esetekben

gazdaságtalannak bizonyult, ugyanis világszerte egyre jelentősebb a DG és REN részesedése a villamosenergia termelésből. A DG és REN energiatermelés elterjedése, a hagyományos erőművi és hálózati struktúra, valamint a villamosenergia kereskedelem egyre nagyobb térnyerése a rendszerirányító munkáját több ponton is nehezíti, melyek közül a fontosabbak a következők: ¾ A bevethető szabályozási tartalékok nem elegendőek ¾ A hálózatfejlesztés intenzitása és ezzel az üzembiztonság is csökken ¾ A pillanatnyi kereskedelmi igények a kiegyensúlyozott üzemvitelt nehezítik ¾ Adott régiók önellátó képessége igen csekély ¾ A jelen trendekkel a fenntartható fejlődés nem biztosítható ¾ Az alapvetően kedvező kapcsolt termelés jelentősen szűkíti a játékteret

9


¾ A helyzetet tovább rontja a szélerőművek megjelenése ¾ A határkeresztező kapacitások korlátozzák a kereskedelmet A rendszerirányító érdeke, hogy a jelenlegi kedvezőtlen tendenciák ne folytatódjanak, hovatovább megforduljanak. A jelenlegi energetikai problémákra adható válaszok közül az extenzív megoldás az elsődleges, amelyben a jelenlegi struktúra bővítésével enyhíthetőek a napi gondok (termelői-, szállítói- és tározó kapacitások bővítése). A másik klasszikus válasz az energiafelhasználás hatékonyságának növelése, amelyben bár születtek lépések, még számos tartalék rejlik. Szükséges az olyan új ellátási struktúrák vizsgálata, amely az előző két lehetőség mellett lokálisan ad megoldásokat a globális problémákra. Pl. új típusú kis energiatermelő kapacitások rendszerbe kapcsolása (pl. háztartási mikro kapcsolt energiatermelő berendezések, stb.). Mindeközben lehetőség adódik arra, hogy az alternatív energiaforrások is versenyképesen termeljenek, miközben a fogyaszt(ás)ok egy része energiatudatosan, a rendszer számára kedvezően, intelligensen viselkedik. A Microgrid koncepció több évtizede ismert, lényege, hogy a (kisebb) villamosenergia termelők és fogyasztók egy alacsonyabb szinten integrált és szabályozott egységet alkotnak, a nagy villamosenergia-rendszer (VER) irányítás felé csak egy szabályozott (menetrendes) termelői/fogyasztói csomópontként lépnek fel. Ezáltal: ¾ A VER rendszerirányítás nem aprózódik szét ¾ A VER irányítás felé kedvezőbb műszaki paramétereket képviselnek (tervezhetőség) ¾ Gazdaságos(abb)an lehet a világban jelenleg terjedő kis egységteljesítményű energiatermelő egységeket integrálni (mikroturbina, tüzelőanyag cella, stb.) ¾ A lokális energiatermelési adottságok jobban illeszthetők a lokális felhasználási igényekhez ¾ A korszerű ICT alkalmazásával a lokális szabályozás, a rendszerirányítóval való kapcsolattartás és a készülékek „intelligenciája” is növekszik. A korszerű energiarendszerekben a fogyasztásbefolyásolás is szerephez jut, tehát nem csak a kis termelők, hanem az intelligens fogyasztó berendezések is szerephez jutnak. 10


Jelen tanulmány azt vizsgálja, hogy a fejlett országokban már a kereskedelemben is kapható, háztartási méretű energetikai termelő- és fogyasztói eszközök miképpen segíthetik a nagyléptékű problémák megoldását. A vizsgált eszközök többek között: Termelés: -

Mikroturbina

-

Napelemes egység

-

Tüzelőanyag cella, stb.

Fogyasztás: -

Kikapcsolható, szabályozható fogyasztások

-

Ütemezhető fogyasztó készülékek

-

Mikrotárolók

-

Hőtechnikai berendezések, stb.

11


3 Rövidítések AGC Automatic Generation Control AMR Automatic Meter Reading - rendszer ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line - Nagysebességű digitális adatátviteli technológia hagyományos vagy ISDN telefonvonalon. DSM Demand Side Management - fogyasztás befolyásolás rendszer EFR Europaische Funk-Rundsteuerung - a hosszúhullámú rádióvezérlés adás szolgáltatója FKA Frekvencia függő korlátozó automatika FTK Frekvencia független terheléskorlátozó automatika GSM Global System Mobile a jelenleg legelterjedtebb mobil telefonszabvány. Európában 900 és 1800 MHz-en, az USA-ban 1900 MHz-en működik. GPRS General Packet Radio System - csomagkapcsolt adatátviteli rendszer GSM mobil hálózatokhoz. Ennek a megoldásnak a lényege, hogy a beszéd által éppen nem használt kapacitást használják fel adatátvitelre. Ez egy változó sebességű, és késleltetésű adatátvitelt eredményez, amiben egy felhasználó sebessége függ a hálózat beszédterhelésétől és az egy időben adatot átvivő készülékek számától. GPRS esetén a maximális sebesség akár 170 kpbs HKV - HFKV Hangfrekvenciás Központi Vezérlés ICT, IT Információ és Kommunikáció Technológia ISO Independent system operator KAPAR Határkeresztező kapacitás aukciós rendszer KÖF Közép Feszültség (3-35 kV) MAVIR Magyar Villamosenergia-Rendszer Irányító ZRt. MGRID MicroGrid MMI Man Machine Interface MVM MagyarVillamos Művek Zrt. KDSZ Körzeti diszpécser szolgálat

12


OVT Országos Villamos Teherelosztó (a MAVIR elődje) PLC Power Line Carrier - erősáramú vezetékes, vivőfrekvenciás jeltovábbítás) RF Radio Frequency RKV Hosszúhullámú Rádiófrekvenciás Központi Vezérlés SCADA Supervisory Control and Data Acquisition SGRID Simple Microgrid (belső szabályozás nélkül) SMS Short Message System - rövid szöveges üzenetek küldése/fogadása vezetékes telefonhálózaton keresztül. TSO Transmission system operator UCTE Union for the Co-ordination and Transmission of Electricity ÜIK Üzemirányító központ VGRID Virtuális mikrogrid VER Villamos energia-rendszer VPN Virtual Private Network - virtuális magánhálózat. Olyan számítógépes hálózat, melynek egyes – földrajzilag különálló – szegmensei között a biztonságos kommunikáció egy nyilvános átviteli közegen keresztül valósul meg.

13


4 A jelenlegi helyzet bemutatása 4.1 Előzmények A villamosenergia termelés – elosztás – felhasználás eddigi gyakorlata alapvetően a tervezhetőségre épül. A következő évszázad trendjét tekintve egyre többet beszélnek az előre lefektetett tervekhez képesti kisebb-nagyobb termelői vagy fogyasztó oldali eltérésről, a menetrend flexibilitásáról. Ebben a termelő nem egy földrajzilag is távoli merev fogyasztási menetrendet elégít ki, hanem együttműködik a fogyasztóval. Egy, a villamosenergia iparban lehetséges együttműködési szempontokkal foglakozó vizsgálat a következők megállapításokat teszi1: Az együttműködés alapjai: -

Önkéntesség és nyitottság

-

Demokratikus kontroll

-

Gazdasági érdekek

-

Függetlenség és autonómia

-

Nevelés, képzés és információk

-

A felek közötti együttműködési szándék

-

Közösségi törődés és figyelem

Az egyes együttműködési stratégiák megvalósításához szükséges: -

A partner fizikai/gazdasági/mentális képessége

-

A megbízhatóság

-

A fogékonyság

-

Az életminőséget javító eredmény

-

A fenntarthatóság

A közeljövőben egyértelmű trendként mutatkozik az -

Új típusú energiatermelő berendezések megjelenése

-

Automatizálás, IT és telekommunikáció terjedése az energiarendszerben

-

Minőségibb energiaelosztási gyakorlat

-

Hangsúly az energia termékeken és azok marketingjén

14


A fogyasztói kapcsolat ezen távlati átértékelődése mellett a magyar villamosenergiarendszer irányításában napi problémák is jelentkeznek. Mint ismeretes, a magyar villamosenergia-rendszer szabályozhatósága elmarad a kívánalmaktól, és előfordul, hogy bizonyos időszakokban az UCTE előírásoknak megfelelő szabályozási tartalék sem áll rendelkezésre.2

1. ábra Eltérés a korrigált menetrendtől

Ennek a problémának a megoldása (vagy legalább mérséklése) elsősorban a villamosenergia-termelői oldalon, másodsorban a fogyasztói oldalon képzelhető el. Jelen tanulmányban a fogyasztói oldal befolyásolásában rejlő lehetőségeket is bemutatjuk, mivel ezek a megoldások általánosságban olcsóbban és gyorsabban kivitelezhetők, mint a termelői oldal kapacitás bővítése. (Azonban nem szabad elfeledkezni a jelenleg nem szabályozható kiserőművek esetleges csoportos szabályozásáról sem, mely szintén megoldási alternatíva lehet.) A MAVIR üzembe helyezte a Fogyasztói Korlátozó Automatika (FKA), ill. RKR rendszert, amelyek az üzemzavari fogyasztás-korlátozás eszközei. Ezek nem tekinthetők az intelligens együttműködés eszközeinek, szerepük biztonsági. 1

Electric cooperative technology solutions – Roadmap, October, 2002; National Rural Electric Cooperation Association – Cooperative research Network 2 Dr. Tombor Antal: A magyar villamosenergia-rendszer ellátásbiztonsági problémái piaci körülmények között; MEE 52. Vándorgyűlés, Eger, 2005. augusztus 24.

15


Normál üzemben elsősorban a KDSZ-ek hatáskörében lévő HKV rendszer révén lehet beavatkozni a fogyasztás változásába. A teljes piacnyitás során újra kell gondolni a HKV rendszer jelenlegi működési struktúráját is, mivel a szabadpiaccal nem összeegyeztethető az „ÁSZ-utód” kezében lévő, és csak általa működtethető HKV rendszer. Esetleges megoldást jelenthet az RKV rendszer kiépítése, mely már több éve húzódik. A tervezett menetrend követésére, illetve a napi fogyasztási görbe finomabb befolyásolására többféle műszaki megoldás is elképzelhető. Lehetőségek vannak a nagymennyiségű, de nem kizárólag hőtárolós fogyasztók ütemezett kapcsolásában is. A fogyasztási görbe tudatos, és célszerű befolyásolásával a tartalékok bővítésének egy részét is meg lehet takarítani.

4.2 A jelenlegi villamosenergia ellátás eszközei, struktúrája, a termelés filozófiája A villamosenergiát erőművekben, legtöbbször generátorokkal termelik, hálózaton továbbítják a fogyasztók felé. A rendszer főbb elemei: •

Generátorok

•

Vezetékek

•

Kapcsolókészülékek

•

Transzformátorok

•

Védelmek, automatikák

•

Meddő kompenzátorok

•

Fogyasztások, stb.

Jelen tanulmányban a hálózati veszteség, a hálózati eszközök és a hálózati üzemvitel tárgyalásától eltekintünk.

16


2. ábra A villamos energia termelése, szállítása, fogyasztása

A különböző feszültségszintek szerepe: •

220, 400 (750 kV) – alaphálózat, nemzetközi és hazai energiaszállítás, hurkolt

•

120 kV – főelosztó hálózat, országon belüli „egyenletes terítés” a nagyobb fogyasztói centrumokba, hurkolt

•

10, 20 és 35 kV – elosztóhálózat, áramszolgáltatói elosztás közel a fogyasztókhoz

Az energiarendszer üzeme szempontjából a legfontosabb a termelés és fogyasztás egyensúlya:3

3. ábra A fogyasztás és termelés egyensúlya

3

Stróbl Alajos nyomán

17


Jelenleg a rendszer fogyasztó vezérelt, azaz a fogyasztó igényét igyekeznek kielégíteni a termelő erőművek (generátorok).

Ipari fogyasztó

Kommunális fogyasztó

Háromműszakos fogyasztó 4. ábra A különböző fogyasztók terhelési görbéi

Egyedi fogyasztások A fogyasztók többsége a fenti ábrák szerint többé-kevésbé szabadon, technológiai igényük szerint fogyaszt a nap folyamán. Ezekből az individuális terhelési görbékből a következő napi, országos teljesítményigény görbe adódik:

18


MW

A hazai villamosenergia-rendszer terhelése 2005.12.14. 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

óra

5. ábra A magyar hálózat egy napi terhelése4

A fenti országos fogyasztási igényt a független termelők a MAVIR koordinálásával elégítik ki. A következő ábra a nyári és téli erőműtípus kiosztást ábrázolja:

6. ábra Nyári és téli erőműkiosztás5

Az egyes erőműveknek technológiájukból adódóan van egy termelési idő-teljesítmény karakterisztikájuk és egy ehhez tartozó költség. Általában a flexibilis termelésnek (pl. gázturbina) magasabb a költsége, míg az alacsony költségű atomerőmű gyakorlatilag nem szabályozható. 4

www.mavir.hu

19


Egyedi gázturbina

Jól szabályozható szenes blokk

Kapcsolt gázturbina

Olajtüzelésű blokk

Atomerőmű

Szenes blokk, kis szabályozással

7. ábra Különböző erőműfajták termelési idő-termelés karaktesztikája

A fentebbi országos teljesítmény igényt tehát az itt bemutatott erőművi termelési görbékből kell össze „Tetris”-ezni. Ebbe a „játékba” jön bele, ha megújuló erőműveket is akarunk alkalmazni. A következő ábrákon a megújuló erőművek tipikus napi termelési

karakterisztikáját

mutatjuk

be.

Hangsúlyozni

kell,

hogy

ezek

a

karakterisztikák részben a tüzelőanyag rendelkezése állástól, időjárástól és egyéb tényezőtől függ.

Bükkaranyosi szélerőmű 3 heti termelése 5

Forrás MVM Rt.

20

Kis teljesítményű (400 W-os) szélturbina


termelése 2 óra leforgása alatt6 biogáz erőmű kiadott teljesítmény 270 260

kW

250 240 230 220 210 200 1

7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 1/4 óra

Biogáz erőmű8

Biomassza erőmű

Mikro(gáz)turbina termelése

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22

14 12 10 kW

MW

Napelemes erőmű napi termelése7

8

Adatsor1

6 4 2 0

1

3

5

7

9

11 13 15 17 19 21 23

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

óra

óra

Biomassza erőmű napi termelése9

Mikroturbina tipikus termelési görbéje

8. ábra Megújuló erőművek tipikus napi termelési karakterisztikája

A fenti ábrákból is látható, hogy a kisléptékű „mini” megújuló és elosztott (DG és REN) termelőegységek alkalmazása nem segíti a rendszerirányítót a terhelési görbe kiegyensúlyozásában. A termelés balanszírozására elsősorban a gázturbinák, olajosgázos-szenes szabályozós erőművek és a vízerőművek egy része alkalmas. A következő megoldások képzelhetőek el: -

A rendszerirányító az „össze-vissza” termelő kiserőművek eredőjét méri, és szabályozza ki.

-

A rendszerirányító menetrend adásra és betartásra kötelezi a mikro erőműveket, esetleg menetrendet ad nekik, majd csak az eltérést szabályozza ki.

-

A szabályozási hatáskört mérlegköri szintre delegálja (elszámolási megoldás – gazdasági kényszer)

6

Forrás: BMF KVK VEI Forrás: SolarWind demo 8 Wolfgang Rehm: Auxiliary Power Demand of Biogas Plants nyomán 7

9

Forrás: SolarWind demo

21


-

Önálló kis szabályozó központok jönnek létre (lokális SCADA – AGC)

Minthogy az energiaellátás egyik sarokpontja a termelés-fogyasztás egyensúlyának biztosítása, ezért a továbbiakban a fogyasztás befolyásolását (kicsiben és nagyban), mint negatív erőművet is vizsgáljuk. Ez hasonlóképpen kezelendő kis méretekben is, mint a kis, elosztott, és esetenként megújuló termelés.

4.3 A jelenlegi rendszerirányítási problémák áttekintése A jelenlegi rendszerirányítási problémák nagy részét az okozza, hogy az elmúlt évtizedben a magyarországi (és ezzel együtt a regionális) erőmű szerkezet és a villamosenergia-hálózat fejlesztésének sebessége jóval elmaradt a villamosenergia rendszerben bekövetkezett változások (piac, országon belüli és határokon túli kereskedelem, elosztott termelés, megújuló források, stb.) sebességétől. Általános problémát jelent, hogy az egyes régiók önellátó képessége igen csekély, mivel a villamosenergia termelő források eloszlása nagyon egyenlőtlen. Ennek eredményeként a hálózat néhány helyen igen erős tranzitnak van kitéve. A jelen trendekkel a fenntartható fejlődés bizonyos területeken nem biztosítható, mivel a további fejezetekben ismertetett problémák jelentősen korlátozzák egyes új technológiák (elosztott termelés, megújuló energiaforrások, időjárásfüggő termelő egységek) térnyerését, melynek nem csak műszaki, hanem (törvényi) szabályzási okai is vannak.

4.3.1 Erőművek A túlnyomórészt régi erőművek miatt a jelenlegi erőműpark szabályozási kapacitása (bevethető szabályozási tartalék nagysága fel és le irányba) és szabályozási sebessége gyakran nem elegendő az előírt tartalékolási kritériumok betartásához. Ez azt eredményezi, hogy a menetrendkövetés pontossága csökken:

22


9. ábra A menetrendkövetés pontossága 2003. szept. 10-én Forrás: MAVIR, Dr. Stróbl Alajos

Ennek eredményeként, a korrigált menetrendtől való eltérés is növekszik. 2005-ben összesen 334 órában volt nagyobb az eltérés a megengedettnél (±20 MWh/h):

10. ábra Eltérés a korrigált menetrendtől Forrás: MAVIR, Dr. Tombor Antal, 2006.02.14.

23


A hatásfokát tekintve kedvező (80% körüli hatásfokú) kapcsolt termelés jelentősen szűkíti a játékteret, ami elsősorban leszabályozáskor okoz gondot:

11. ábra A VER forrásainak megoszlása – téli munkanap

Ennek oka, hogy a jelenlegi átvételi rendszerben a gázmotoros erőművek közel zsinórtermelésre álltak be (kivéve a mélyvölgy időszakot):

12. ábra Mélyvölgy hatás – 2005. június – július

24


Sokkal kedvezőbb helyzetet lehetne elérni, ha valamilyen formában a kogenerációs erőművek is részt vennének a szabályozásban. Erre megfelelő módszer lehetne, ha az árszabályzás nem csak a megtermelt villamos energiát tekintené terméknek, hanem a fel és leszabályozási képességet (kapacitás és sebesség) is, hasonlóan a nagyerőművekhez. Természetesen az nem megvalósítható, hogy minden egyes kiserőművet külön-külön szabályozzanak, de megfelelően kialakított csoportban, vagy mérlegkörben ez kivitelezhető lenne. A gázmotoros erőművek szabályozhatóságáról a 7.2.3. fejezetben található részletesebb ismertető. A jelenlegi szabályozást további kihívások elé állítja a megújuló energia termelés növekedése, mivel az általuk megtermelt villamosenergiára is vonatkozik a kötelező átvétel, így az egyre zsugorodó közüzemi mérlegkörnek kellene „megbírkóznia” az általában zsinór-termelésre berendezkedett kiserőművekkel és az időjárásfüggő megújulók változó termelésével is. Erre a problémára jelenthet megoldást a 7.2.3. fejezetben ismertetett javaslatunk, valamint a jelenleg kidolgozás alatt álló új VET-ben szereplő azon elgondolás, mely szerint a támogatásban részesülő termelőknek külön mérlegkört kell alakítaniuk.

4.3.2 Hálózat Mint említettük, nem csak az erőművi, hanem a hálózatfejlesztési beruházások intenzitása is elmaradt az igényektől, ami hosszabb távon az üzembiztonság csökkenésével járhat. A MAVIR által üzemirányított átviteli hálózat bizonyos esetekben csak a 120 kV-os főelosztó hálózat igénybevételével tudja biztosítani az N-1 kritérium10 betartását. Ennek eredményeként bizonyos kapcsolási állapotokban előfordul, hogy az erőművi kiszállítások (indokolatlanul) terhelik a 120 kV-os hálózatot (a színskála a névleges terhelhetőség 0% - 140%-os tartományát mutatja):

10

Az N-1 kritérium azt jelenti, hogy a folyamatosan üzemelő hálózat bármelyik egy elemét kivehetjük (hiba miatt szabadon kieshet – pl. távvezeték, transzformátor, erőművi blokk), és ez az energiaellátás folyamatosságát nem érinti. Az N-n kritérium ugyan ezt jelenti n db elem kiesésére.

25


13. ábra A MÁTRA erőmű környékének erős terheltsége (MÁTRE, DETK, GYÖN, EGER, NBÁT)

14. ábra A PAKS erőmű környékének erős terheltsége (PAKS, BELEM, DÚJV, KALO, SZEK)

A biztonságos üzemvitelhez igen fontos a hálózaton az előírt határokon belüli feszültségtartás, és a feszültség szabályozás. Esetenként, a hálózat magas terheltsége mellett a hálózat bizonyos részein igen alacsony feszültség tapasztalható. A következő ábra a 120kV-os gyűjtősín feszültségeket mutatja (a színskála feszültségtartománya 108 kV - 138 kV):

26


15. ábra Gyűjtősín feszültség – 120 kV

Mivel az 5 MW-nál kisebb erőművekre vonatkozó előírások alapján a csatlakozási ponton cosϕ=1 értéket kell tartani, így a kiserőműveket a hálózat üzemeltetők eleve kizárják a feszültség szabályozásból, pedig egy jól megválasztott karakterisztikával az elosztott termelők igen kedvező, helyi feszültségszabályozást tudnának végezni. Ez különösen igaz a szélerőművekre, mivel a modern inverteres áramátalakítóknak igen jók a szabályozási tulajdonságaik. A következő ábra az E.ON szélerőművekkel szemben támasztott követelményét mutatja Németországban:

16. ábra Az E.ON szélerőművekkel szemben támasztott követelménye Németországban

Forrás: E.ON Germany

27


•

A piros vonal feletti tartományban bekövetkező feszültségletörések esetén a szélerőmű nem kapcsolódhat le a hálózatról.

•

A szürke tartományban a szélerőműnek többlet meddőteljesítményt kell termelnie az üzembiztonság növelése végett.

4.3.3 Egyéb problémák

4.3.3.1 HKV A kiépített HKV rendszer csak a fogyasztók egy bizonyos körét éri el (hőtárolós kályha, vízmelegítő), nincs közvetlen visszahatása (kapcsolata) a villamosenergia termelésre, inkább vezérlés, mint szabályozás jellegű a beavatkozás (használata mellett pl. a mélyvölgy probléma még mindig fennáll). Ennek eredményeként a jelenlegi HKV rendszer „völgyterhelés növelő hatása” nem elégséges. A völgyidőszaki terhelés feltehetően növelhető lenne, ha más berendezések is üzemeltethetők lennének az „éjszakai olcsó áram”-mal (pl. ha a háztartásokban lenne ún. „éjszakai konnektor”). Természetesen ehhez az is szükséges, hogy legyen egy olyan meghatározott időszak, amikor az „éjszakai konnektorban mindig van áram”. A kenyérsütők, mosógépek, és mosogatógépek egy része eleve tartalmaz beépített időzítő órát, mellyel tetszőlegesen programozható/késleltethető a bekapcsolás ideje. (Egy Magyarországon kapható AEG típusú mosógép használati utasításában a következő mondat szerepel: „A késleltetett indítás gombjának segítségével a program 1-19 órával késleltethető az éjszakai tarifa kihasználása érdekében.”) Ez alapján pl. az is megoldás lehetne, ha a lakosság körében is lenne többtarifás díjszabás (és mérés). Érdekességként megemlítjük, hogy tudomásunk szerint egyik villamosenergia kereskedőnek sincs olyan ügyfele, ahol vezérelt különmért fogyasztókat látnak el. Vagyis a villamosenergia piacra kilépett fogyasztók körében egyáltalán nem használatos a HKV!

4.3.3.2 Határkeresztező kapacitás A határkeresztező kapacitások mennyisége és jelenlegi aukciós rendszere korlátozza a kereskedelmet. Az aukciók eredménye alapján megfigyelhető, hogy a kapacitás igény több irányban is általában nagyobb, mint a rendelkezésre álló kapacitás. Újabb 28


határkeresztező távvezetékek építésével a helyzet valószínűleg nem nagyon változna, mivel a rendelkezésre álló kapacitás növekedése mellett az igények is ugyan úgy növekednének. A legfontosabb gátló tényező, hogy jelenleg általában csak éves és havi aukciók vannak (kivéve a magyar – osztrák és magyar – szlovák metszéket, ahol már napi aukció is van, illetve folyamatban van a magyar – román napi aukció előkészítése), és csak zsinórtermék létezik. Ez a lehetőség a rossz időbeli kihasználtság miatt pl. gazdaságtalanná teszi a völgyidőszaki exportot és a csúcsidőszaki importot. (Ha valaki csúcsidőszakban

szeretne

villamosenergiát

behozni

az

egyik

metszéken,

és

völgyidőszakban kivinni egy másik metszéken, akkor kénytelen mindkét metszéken a megfelelő irányba megvenni a zsinórterméket, annak ellenére, hogy az egyik metszéket csak csúcsidőben, a másikat pedig csak völgyidőszakban kívánja használni.) Hasonlón hátrányos helyzetben van az a kereskedő, aki csak néhány hétre, vagy néhány napra (esetleg néhány órára) szeretne villamosenergiát behozni, vagy kivinni, mivel egész hónapra meg kell vennie a kapacitás jogot. Tudomásunk szerint a MAVIR „KAPAR” aukciós rendszere éves, havi és napi aukciók kezelésére is képes. Az első kettő aukció típus esetén völgy és csúcsidőszaki termékre (munkanap és munkaszüneti nap egyaránt), a napi aukciók során pedig órás termékekre is lehet ajánlatot tenni.

4.3.3.3 Kereskedelem A központi irányítású villamosenergia ellátás a részben tervezett, illetve spontán felmerülő villamosenergia igényeket valamilyen optimum keresés alapján elégíti ki. Az optimum lehet egy nemzetgazdasági költség minimum - valamilyen biztonsági peremfeltételek mellett. A liberalizált kereskedelmi lehetőségekkel élve az új szereplők a saját egyéni optimumukat keresik, mint pl. egy kereskedelmi tevékenység profitjának maximalizálása. Mindemellett a klasszikus rendszerüzem tervezésnél használatos hosszabb távú időtartamokból a rövidtávú, esetenként a napon belüli kereskedelmi igény felmerüléssel is kell számolni (termelési vagy szállítási igény). Összességében megállapíthatjuk, hogy a dinamikusan változó pillanatnyi kereskedelmi igények a kiegyensúlyozott üzemvitelt nehezítik. 29


4.4 Az elosztott termelés és a Microgrid jelenlegi jogszabályi háttere Ebben a fejezetben azt vizsgáljuk, meg, hogy a VET, Kereskedelmi Szabályzat, Üzemi Szabályzat és az Elosztói Szabályzat hogyan kezeli az elosztott termelést és a Microgridet. A felsorolt dokumentumok (beleérte azok mellékleteit és a kapcsolódó irányelveket is) egyikében sem szerepel az „elosztott termelés”, vagy a „Microgrid” kifejezés. A VET (és ennek megfelelően a többi dokumentum is) a villamosenergia termelőket két kategóriába sorolja: 50 MW alatt – kiserőmű; 50 MW és feletti – erőmű. A VET vhr. szerint a beépített teljesítményt telephelyenként kell számítani. Így pl. ha egy cégnek 8 telephelye van 10-10 MW-tal, akkor az 8 db kiserőműnek számít, attól függetlenül, hogy az adott cég összesen 80 MW termelői kapacitással csatlakozik az energiarendszerhez, és annak üzemét ennek megfelelően befolyásolja. Az 50 MW alatti erőművekkel (kiserőművek) kapcsolatban a fenti dokumentumok különböző további előírásokat, jellegzetességeket tartalmaznak, melyek alapján a kiserőművek további csoportokba sorolhatók: •

A VET értelmében a 0,5 MW alatti teljesítményű erőmű létesítése nem engedélyköteles tevékenység.

•

A Kereskedelmi Szabályzat I./2.67. pontja, amely a „Termelőegység”-et definiálja, ezt tartalmazza: Az erőművi gépegység és az 5 MW-nál nagyobb teljesítményű kiserőmű.

•

Az Üzemi Szabályzat 1.1.1 pontja, amely az ÜSZ hatálya alá tartozókat sorolja fel, a következőket tartalmazza: (E) a kiserőmű üzemeltetők (Kiserőművek), amennyiben a 120 kV-os (vagy afeletti feszültségű) hálózatra csatlakoznak vagy 5 MW beépített teljesítményt elérő termelő egységet üzemeltetnek, (L) A 120 kV alatti feszültségű hálózatra csatlakozó vagy 5 MW-nál kisebb beépített teljesítményű kiserőmű üzemeltetője a jogszabályban előírt adatszolgáltatási kötelezettsége vonatkozásában,

30


•

Az Üzemi Szabályzat 6-1 táblázata „Csatlakozási pontok adatfelelősei” a következőket tartalmazza: 3. 4. 5.

•

Átviteli hálózatra csatlakozó Kiserőművek csatlakozási pontonként Elosztóhálózatra csatlakozó 5 MW-os vagy annál nagyobb beépített teljesítményű Kiserőművek csatlakozási pontonként Elosztóhálózatra csatlakozó 5 MW alatti beépített teljesítményű Kiserőművek csatlakozási pontonként

Rendszerirányító Rendszerirányító Elosztó hálózati engedélyes

Az Üzemi Szabályzat 6-2 táblázata „Körzeti Mérési Központok elszámolási összesítési eljárásai” a következőket tartalmazza: 1.

5 MW alatti beépített teljesítményű Kiserőművek, valamint saját célú erőművel rendelkező fogyasztók csatlakozási pontjain betáplált (6-1 Táblázat 5. és 6. pont szerint)

Elosztó hálozati engedélyes hálózatára történő csatlakozás összesített, elszámolási mérési időintervallumonkénti energiaértékei

ETK5

A megadott hivatkozások alapján a kiserőművekre vonatkozó szabályok egyrészt attól függenek, hogy elosztóhálózatra, vagy átviteli hálózatra csatlakoznak, másrészt pedig attól, hogy beépített teljesítményük 5 MW alatti, vagy 50 MW alatti, de nem kisebb, mint 5 MW. Általánosságban megállapítható, hogy amennyiben a kiserőmű a 120kV-os hálózatra csatlakozik, és beépített teljesítménye 5 MW feletti, abban az esetben üzemviteli, csatlakozási és elszámolási szempontból a rendszerirányítóhoz tartozik, míg abban az esetben, ha 5 MW alatti, és elosztóhálózathoz csatlakozik, akkor az elosztóhálózati engedélyeshez tartozik üzemviteli, csatlakozási és elszámolási szempontból. Ha a kiserőmű 5 MW alatti, és a nagyfeszültségű hálózathoz csatlakozik, vagy 5 MW feletti és a középfeszültségű hálózathoz csatlakozik, akkor már nem ilyen egyszerű a helyzet, mert pl. a csatlakozási pontok adatfelelőse a rendszerirányító, de

31


középfeszültségű csatlakozás esetén üzemviteli szempontból az elosztóhálózati engedélyeshez tartozik. Középfeszültségű csatlakozás Mivel az elosztott termelés és a Microgrid fogalomkörébe tartozó termelő berendezések telephelyenkénti beépített teljesítménye általában nem haladja meg az 5 MW-ot, és csatlakozási

pontjuk

általában

középfeszültségű

ezért

a

területileg

illetékes

elosztóhálózati engedélyeshez tartoznak üzemviteli, csatlakozási és elszámolási szempontból. A csatlakozással kapcsolatban az Elosztói Szabályzat 7.3.1. „Csatlakozás”-sal foglalkozó fejezete nyújt útmutatást, mely alapján „Kiserőművek közép- és kisfeszültségű hálózatra csatlakozásakor az 6. sz. melléklet szerint kell eljárni”, azonban ez a melléklet sem tartalmaz külön az elosztott termelésre, vagy a Microgridre vonatkozó előírásokat, bár néhol megjelenik néhány, csak naperőműre, szélerőműre és váltóirányítós generátorokra (szigetüzemre alkalmas, és szigetüzemre nem alkalmas) vonatkozó előírás. Ezen kiserőművek on-line adatszolgáltatásával kapcsolatban nincs kötelező érvényű előírás, mindössze az Elosztói Szabályzat 17. sz. melléklete „Elosztó hálózati távfelügyeleti rendszerek” tartalmaz némi útmutatást: 2.1.3. Kiserőműi (gázmotor) csatlakozás A kiserőmű telemechanikai jelzései esetén a kábelköri kapcsoló állomás előírásait kell betartani, és azt ki kell egészíteni a betáplálás hatásos- és meddő teljesítmény pillanatérték méréssel

Nagyfeszültségű csatlakozás A 120kV-os, vagy nagyobb feszültségre csatlakozó termelő egységekkel kapcsolatban (beleértve a kiserőműveket is) igen részletes útmutatást ad az „Irányelv erőművek 120 kV-os és/vagy nagyobb feszültségű hálózathoz csatlakoztatásához” című irányelv, mely az üzemi szabályzat részét képezi. Fontos megjegyezni, hogy az irányelv külön kiemeli, hogy szélerőművekre milyen eltérő előírások vonatkoznak.

32


Az „Irányelv erőmű létesítésére (alapkövetelmények rendszerszintű szolgáltatások érdekében)” című irányelv azonban csak az 50 MW feletti beépített teljesítményű erőművekre vonatkozik, ami azt jelenti, hogy a jelenlegi szabályzás kizárja a kiserőműveket a rendszerszintű szolgáltatások nyújtásából. Javasoljuk megfontolni, hogy amennyiben egy kiserőmű, vagy egy tulajdonos több telephelyen lévő kiserőművei (melyek összesen már meghaladják az 50 MW-ot) technikailag képes valamilyen rendszerszintű szolgáltatás nyújtására, akkor erre legyen lehetősége.

5 A villamos irányító rendszer működése 5.1 A rendszerirányító számára kedvező hálózati jellemzők A rendszerirányító alapfeladata: •

Az energiaellátás üzemelőkészítése és on-line felügyelete

•

Az ellátás biztonságának megteremtése

•

A hálózaton történő kereskedelmi folyamatok feltételeinek megteremtése

A fenti célok eléréséhez egy „jól irányítható” hálózat szükséges. Az alábbiakban ennek jellemzőit foglaljuk össze. Természetesen a valóság nem midig követi az igényeket, de mindenestre megfogalmazhatók azok a tulajdonságok, amelyek a rendszerirányító munkáját, és ezáltal az alapfeladatok elvégzését megkönnyítik: •

nagy tartalékok A fogyasztási szokásokhoz képest megfelelő nagyságú és szerkezetű tartalék álljon rendelkezésre (forgó-, hideg- és szabályozható tartalék)

•

szabályozhatóság A rendszer szabályozható legyen mind a wattos egyensúly szempontjából (szabályozható termelők és fogyasztók), mind pedig lehetőség legyen az áramlásokra hatni (elsősorban a nemzetközi áramlások)

•

kis dinamika Lehetőleg ne legyen nagy és hirtelen változás (nagy áramlások kapcsolása, nagy egységteljesítmény kiesése, szélsőséges feszültségviszonyok)

•

napi kiegyensúlyozott fogyasztás,

33


Kedvező, ha a fogyasztás minél közelebb kerül a zsinórterheléshez (kis völgy – kis csúcs) •

energia minőségi paraméterek betarthatósága Az operatív irányítás hatáskörébe az üzemzavaroktól eltekintve elsősorban a feszültségnek az előírt határokon belül tartása tartozik

•

lehetőleg N-2 feltétel10 teljesülése, a hálózat kis sérülékenysége Az üzembiztonság jellemzésére használt N-n kritériumban10 kedvező, ha az n minél nagyobb. Ehhez minél több, lehetőleg nem kiterhelt hálózati elem szükséges

•

nem túl magas kihasználtság Az egyedi készülékek kiesésének valószínűsége erősen függ azok tartós igénybevételétől (túlmelegedés, átmeneti többlet terhek el nem viselése)

•

megfigyelhetőség, elegendő mérés Az irányított hálózatról érkező minél több mért (nem számított) adat segíti a pontos képalkotást, illetve üzemzavar esetén, egy esetleges degradált állapotban is viszonylag teljes képet mutat

•

megfelelő szabályozások és automatizmusok A jól működő autonóm szabályozások segítenek abban, hogy a hálózati beavatkozások

időben,

megfelelő

irányban,

szükség

esetén

egyszerre

párhuzamosan, sok helyen létrejöjjenek •

elosztott, autonóm működések -> felügyelet, mintsem aktív kontroll A diszpécseri munka a koordinálás, informálás és szükség esetén a beavatkozás. A mai diszpécseri tevékenységnek nem része a nagy erőművek belső üzemének irányítása, az elosztott kis termelők és fogyasztók egyedi felügyelete

•

átláthatóság A diszpécseri munkához hozzátartozik, hogy ne „ellenérdekelt fekete dobozokat”, hanem transzparens együttműködő hálózatokat, erőműveket felügyeljen. Ennek megfelelően a kiszámíthatósághoz szükséges információkat, méréseket, előrejelzéseket meg kell adni a rendszerirányítónak

•

az áramlásokból minél több ismert és tervezhető legyen A jelenlegi nemzetközi kereskedelmi, tranzitálási gyakorlatban a szállítások nagy hányada anonim, nem lehet rá hatni

34


•

kevesebb congestion11 A hálózatépítés, a kisebb kiterheltség, illetve mértéktartó nemzetközi kereskedelem mérsékli a congestionok számát

•

fejlődő hálózat A hálózatépítés üzemirányítási szempontból mindenképpen kedvező, a biztonságot növeli, a kiterhelést csökkentheti – ha a nemzetközi tranzit nem nyomja agyon

•

nem túl bonyolult és kiterjedt hálózat, kevés elem Bár a SCADA rendszerek képesek egyre nagyobb számú adatot kezelni, mégis, az irányíthatóság és átláthatóság csökken a komplexitás növekedésével. A rendszerirányító számára kedvezőbb, ha nem kell „alacsonyszintű” tényezőkkel számolnia.

•

megfelelő védelmi ellátottság Fontos, hogy adekvát, szelektív védelmi rendszerrel a hibás elemek, területek könnyen izolálhatóak legyenek

•

átkonfigurálhatóság A rendszer legyen jól szakaszolható, alternatív kapcsolási állapotok is legyenek előállíthatók (pl. izolált tranzitútvonal biztosítása)

•

jó kommunikáció a horizontálisan és vertikálisan együttműködő partnerekkel A diszpécseri munka jelentős részét teszi ki a kommunikáció, ezért a rendszer minden szereplőjének együttműködő, kommunikatív attitűddel kell dolgoznia. A szereplők nem ellenfelei az irányítónak.

•

egyszerű elszámolás Az elszámolási adatgyűjtést a MAVIR koordinálja, így a tiszta mérési topológiák, a rendszeres, pontos elszámolási adatszolgáltatás/érkezés érdeke a rendszerirányítónak

•

kis kockázat a kapcsolódó szolgáltatások területén A pontos tervezés, illetve az ebből eredő kockázatok viselése (pl. felhasznált kiegyenlítő energia mennyiség tervezés, költsége) jelenleg a mérlegkör felelősök, illetve a MAVIR vállát nyomja. Újabb, nagy kockázatú szereplő nem szívesen fogadott a rendszerben.

11

Torlódás, szűk keresztmetszet. Ez akkor alakulhat ki valamely hálózati elemen (távvezetéken, transzformátoron), ha valamilyen oknál fogva nagyobb teljesítményt szeretnének átvinni rajta, mint amire méretezték (amit lehetővé tesz).

35


•

tervezhetőség A biztonságos üzem feltétele a pontos tervezés, a jól tervező partnerek, a tervek betarthatósága.

5.2 SZET, mikroSZET és mini-hydro 5.2.1 Szivattyús energiatározó (SZET) A SZET-erőművek alapelve az, hogy a víz két különböző magasságban lévő, turbinán/generátoron keresztül összekötött víztároló között ingázik föl-alá. Amikor más erőművek által megtermelt villamosenergiára (például szeles erőmű, vagy nem szabályozható atomerőmű, stb.) nincs szükség, mivel sem export igény, sem fogyasztói igény nem jelentkezik, akkor a „fölös” energiával fölszivattyúzzák a vizet a felső tóba. Amikor pedig a villamos hálózatban fogyasztási csúcs van, akkor ezt a vizet ráengedik a turbinára, így termelve áramot. Ezzel a módszerrel 60-70 % körüli hatásfokkal (egyes publikációk 78%-ot is említenek) lehet elraktározni a villamos energiát.

17. ábra A szivattyús energiatározó sematikus ábrája Forrás: MAVIR - Dr. Stróbl Alajos

36


A SZET nagyobb méretekben (néhány 100 MW, és felette) elsősorban a rendszerirányító számára igenhasznos, mivel le és fel irányba is gyorsan bevethető tartalékként kezelhető.

5.2.2 MikroSzet Kisebb méretekben (néhányszor 10 - 100 MW) alkalmas lehet időjárásfüggő villamosenergia termelők gyors, és előre nem becsülhető mértékű termelésének kompenzálására és/vagy menetrendesítésére is. Fontos megjegyezni, hogy ezek nem erőművek, hanem gyorsan mobilizálható nagy kapacitású energiatárolók, tehát céljuk nem a villamosenergia termelése, hanem a termelői, vagy a fogyasztói oldal gyors, előre nem látható változásainak kiegyenlítése. Ennek következtében piaci értéküket nem elsősorban az elfogyasztott és megtermelt energia mennyisége, hanem teljesítményük és szabályozási sebességük alapján kell megítélni, és díjazni. A jelenlegi technológiák mellett a néhányszor 10-100 kW-os tartományban nem éri meg SZET berendezéseket építeni, mivel beruházási költségük többszöröse az akkumulátor alapú villamosenergia tárolásnak. A hivatkozott cikk12 20 kW-os teljesítményű 100 kWh villamosenergia tárolási kapacitású SZET és akkumulátoros beruházásokat hasonlít össze, melyek egy 20 kW-os napelemes erőműhöz csatlakoznának. Konklúzió: a SZET költsége közel 4,5-szerese az akkumulátoros alapú energiatárolásnak.

5.2.3 Vízerőművek13 Magyarország műszakilag hasznosítható vízerőpotenciálja kb. 1000 MW, amely természetesen jóval több a valóban villamosenergia-termelésre hasznosított vagy hasznosítható vízerő-potenciálnál. A százalékos megoszlás durván az alábbi: •

Duna 72%,

•

Tisza 10%,

•

Dráva 9%,

•

Rába, Hernád 5%,

•

egyéb 4%.

12

A comparison of the feasibility of battery storage and pumped hydroelectric storage for a solar PVpowered mini-grid - Chris Greacen, Ph.D., Nattaporn Chayawatto

37


A teljes hasznosítás esetén kinyerhető energia 25-27 PJ, azaz 7000-7500 millió kWh évente. Ezzel szemben a valóság az, hogy •

a Dunán nincs – és várhatóan a közeljövőben nem is lesz – villamosenergia termelésre szolgáló létesítmény,

•

a Tiszán a – hazai viszonyok között nagynak számító – Tiszalöki Vízerőmű és, mint legújabb létesítmény, a Kiskörei Vízerőmű található 11,5 MW és 28 MW beépített teljesítménnyel,

•

a Dráván jelenleg nincs erőmű,

•

a Rábán és a Hernádon, illetve mellékfolyóikon üzemel a hazai kis- és törpe vízerőművek döntő többsége,

•

egyéb vizeinken működő energiatermelő berendezés nincs üzemben.

5.2.4 Mini-hydro Érdemes viszont áttekinteni a kisvízerő-hasznosítás lehetőségeit, hiszen a privatizáció, az önkormányzatok önálló gazdálkodása és nem utolsó sorban az energiaárak rendezése ezt a kérdést előbb-utóbb napirendre tűzi. A hazai lehetőségek – az esésmagasságokat figyelembe véve – mind kisesésűek, hiszen a létrehozható szintkülönbségek a 10-15 métert sehol sem haladják meg. Célszerű azonban teljesítőképesség szerint sorolni az erőműveket, illetve a lehetőségeket, és így 3 kategóriát különböztethetünk meg: •

I. kategóriába sorolhatók az 500 kW fölötti erőművek, mert ezek teljesítményük miatt országos jelentőségűek. Ilyenek lehetnek a nagyobb hőerőművekbe (Tisza, Dunamenti, Paks) építhető rekuperációs turbinák (energiatörő), vagy pl. a Maros vagy a Kőrösök vízkészletét ilyen méretű erőművekkel lehetne hasznosítani.

•

II. kategóriába sorolhatók a 100-500 kW teljesítménytartományba eső erőművek vagy a még kihasználatlan lehetőségek. Ide sorolható a meglévő kisvízerőművek egy része, vagy mint lehetőség, néhány nyugat-dunántúli vízfolyás vagy az alföldi főcsatornák.

•

III. kategóriába a 100 kW alatti lehetőségeket soroljuk, amelyekre számos példa van a magyar gyakorlatban.

Hazai kis- és törpe vízerőműveink nagy része a kedvező hidrológiai és topográfiai adottságokkal rendelkező vidékeken üzemel. A működő erőművek mindegyike 13

ENERGIAHATÉKONYSÁGI KÉZIKÖNYV - Ház- és lakástulajdonosok részére

38


rekonstrukcióra szorul. Van, ahol kisebb-nagyobb munkák már megtörténtek, de a teljesítménynöveléssel és modernizációval is együttjáró teljes rekonstrukció még várat magára. Észak-Magyarország területén a Hernádból kiágazó Bársonyos csatornán öt törpe vízerőmű üzemel. Mindegyik a század elején létesült, helyi energiaforrásként, egy-egy 40 kW-os Francis-turbinával. Összteljesítményük 200 kW, éves átlagos energiatermelésük 0,5 millió kWh lenne, de kettő már üzemképtelen közülük. Rajtuk kívül három közepes teljesítményű vízerőmű hasznosítja még a Hernád vízerőkészletét. Az északi térségben is számos vízhasznosítási lehetőség kínálkozik még, amelyeket mind érdemes megvizsgálni. Sőt, nemcsak energiatermelési, hanem egyéb más helyi és általános vízügyi érdekeket is figyelembe kell venni. Elsősorban a jelenlegi duzzasztóműveknél,

ipari

vizek

visszavezetésénél,

tározóknál

érdemes

az

energiatermelés lehetőségét is megvizsgálni, hiszen ilyen helyeken többnyire adott az infrastrukturális háttér, azaz minimális költséggel és építészeti munkával lehet eredményt elérni. A törpe vízerőművek elterjedésére az éghajlat változás is kedvezőtlenül hat, mivel a vízfolyások vízhozama szinte folyamatosan csökken, és ezzel együtt vízjárásuk is egyre szélsőségesebbé válik, amely jelentősen lecsökkenti a villamosenergia termelésre alkalmas időszakot.

5.3 A microgridek terjedésének hatása a rendszerirányító munkájára A következőkben összefoglaljuk, hogy ha egy egészséges mennyiségben (nem 1 db, de nem is a hálózat teljes egészére vonatkozó) átstrukturálódás következne be, akkor ez milyen irányba befolyásolná a rendszerirányító tevékenységét. Három opciót minősítünk: •

SGRID - Fizikailag lehatárolt microgrid, mérlegköri tervezés nélkül (nem ad menetrendet)

•

MGRID - Fizikailag lehatárolt microgrid, mérlegköri tervezéssel, menetrenddel

•

VGRID - Virtuális microgrid, nem saját hálózattal, de önálló irányítórendszerrel, mérlegköri elszámolással, menetrendadással és befolyásolással

39


Az egyes opciókat a jelenlegi állapotokhoz képest minősítjük: ⇑

javít a jelenlegi helyzeten

=

nincs érdemi hatással

⇓

ront a jelenlegi helyzeten

Irányítási szempont SGRID nagyobb tartalékok ⇑ szabályozhatóság ⇑ = kisebb dinamika = Napi kiegyensúlyozott fogyasztás, energia minőségi paraméterek betarthatósága ⇑ lehetőleg N-2 feltétel teljesülése, a hálózat kis ⇑ sérülékenysége nem túl magas kihasználtság ⇑ = megfigyelhetőség, elegendő mérés megfelelő szabályozások és automatizmusok ⇑ elosztott, autonóm működések ⇑ átláthatóság ⇑ = az áramlásokból minél több ismert és tervezhető legyen kevesebb congestion ⇑ = fejlődő hálózat nem túl bonyolult és kiterjedt hálózat, kevés elem ⇑ = megfelelő védelmi ellátottság átkonfigurálhatóság ⇑ = kommunikáció = egyszerű elszámolás = kis kockázat a kapcsolódó szolgáltatások területén = tervezhetőség

MGRID ⇑ ⇑ ⇑ ⇑ ⇑ ⇑

VGRID ⇑ ⇑ ⇑ ⇑ = =

⇑ = ⇑ ⇑ ⇑ ⇑ ⇑ = ⇑ = ⇑ = ⇑ ⇑ ⇑

= = ⇑ ⇑ ⇑ ⇑ = = = = = = ⇑ ⇑ ⇑

1. Táblázat A microgridek hatása a rendszerirányító munkájára

6 A fogyasztás befolyásolása 6.1 A

fogyasztási

görbe,

és

annak

jelentősége

az

energiarendszerben Míg az egyedi kisfogyasztók üzeme külön-külön nem tervezhető (abszolút szabad és sztochasztikus), addig egy nagyobb fogyasztói egységnek, főként, ha ismert technológia áll mögötte, a fogyasztása igen pontosan becsülhető. Országos méretekben ez pl. 1-2 nappal előre 1-4 %-os pontossággal tehető meg. Éppen ezért az erőművek termelése

40


menetrendhez kötött, azaz a szabályozós és tartalék kapacitásoktól eltekintve előre megtervezett. A fogyasztási gyakorlat alapján mind a menetrend tervezésénél, mind pedig a menetrend betartásánál előállnak olyan terhelési állapotok, amelyek kielégítése műszakilag nehézségekbe ütközik, vagy nagyon költségesek. A fogyasztási görbét részben a biztonság, részben a költségek csökkentése miatt is célszerű befolyásolni.

6.1.1 A fogyasztás szerkezete A

fogyasztás

befolyásolás

hatásmechanizmusának

elemzése

közben

nem

felejtkezhetünk meg a fogyasztási szerkezetről sem. A következőken egy analitikus vizsgálat, majd egy statisztikai vizsgálat eredményét mutatjuk be.

6.1.1.1 Analitikus elemzés Egy ausztriai vizsgálat során 5 főbb fogyasztói csoportot különböztettek meg14: -

Hűtőberendezések

-

Fűtő berendezések

-

Állandó üzemű motorok

-

Egyéb motorok

-

Világítás, elektronika

Ezen fogyasztói csoportok aránya egy-egy ellátási területen belül rendkívül különböző lehet. Természetesen ezek az arányok országonként, fogyasztási kultúránként változnak, mégis minőségileg irányt mutathatnak a DSM vonatkozásában.

14

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

41


18. ábra Az ipari szektor terhelése

Országos viszonylatban az ipari szektor terhelését vizsgálva egy téli napon a fenti arányok mutatkoztak.14

19. ábra A kereskedelmi szektor terhelése

A kereskedelmi szektor (főként mall-ok) fogyasztási összetétele már jelentősen különbözik ettől.14

42


Jelmagyarázat: -

Low temperature – hűtés

-

Process heat – folyamat fűtés

-

Stationary electric motors – folyamatos üzemű motorok

-

Other motors – egyéb hajtások

-

Light/EDP – Világítás, elektronikus készülékek

20. ábra Irodai (office) fogyasztás terhelése14

21. ábra Lakóhelyi fogyasztás terhelése14

43


A fenti ábrákból is látható, hogy mind a többtarifás, mind pedig az on-line tarifás módszernek a különböző fogyasztói szektorokban különböző lehetőségei vannak. Úgy tűnik, hogy az ipari szektornál nem érdemes az ilyen jellegű befolyásolást kezdeményezni, ott sokkal inkább a szigorú menetrendtartást, illetve az esetleg drasztikusabb csúcs/csúcson kívüli ár különbségével lehet hatást elérni. Ezzel szemben a lakossági hőtechnikai készülékeknél jelentős tartalékokat találunk a fogyasztás átütemezésére. A KEMA15 egyik osztályozása szerint a fogyasztókat az alábbi csoportokba lehet sorolni16: -

Ipari technológiák (tipikusan kerülik a csúcsfogyasztást)

-

Forgó gépek

-

Hőfok temperálás termosztáttal

-

Ipari hűtés-fűtés

-

Világítás

-

Melegvíz előállító berendezések

-

Energiatároló (új típusú) egységek

-

Háztartási fogyasztókészülékek

A közvetlen személyi igények kielégítésére szolgáló villamos berendezéseket a következő csoportokba osztja ugyanaz a KEMA tanulmány. Ezek használatának feltérképezésével és „skálázásával” az összes fogyasztás egy részének flexibilitása becsülhető: -

Levegőkezelés o Ventillátorok o Légtisztítók o Párásító és párátlanító

-

Italok o Hűtés o Melegítés (vízmelegítő, kávéfőző)

15

KEMA – Holland alapítású, német villamosenergia ipari tanácsadó cég

44


-

Lakótér hőmérséklet o Fűtés o Hűtés o Közvetlen fűtés (elektromos takaró)

-

Ételek o Melegítés (sütő, mikrohullám, rezsó) o Hűtés (hűtőszekrény, mélyhűtő)

-

Higiénia o Fürdés, zuhanyozás o Mosás o Szárítás o Takarítás o Mosogatás

-

Világítás o Térvilágítás o Szolárium

-

Egészségügyi monitorozás

-

Szórakozás o Videó és audió eszközök o Interaktív játékok

-

Kommunikációs eszközök

-

Testkultúra, sporteszközök

-

Közlekedés, mozgás o Villamos járművek o Felvonók

6.1.1.2 Statisztikai megközelítés Egy 2003-ban készített tanulmány megállapítja,17 hogy a jelenlegi HKV gyakorlat kizárólag az áramszolgáltatói terheléskiegyenlítési eszközeként működik, amelyet saját anyagi érdekeik függvényében üzemeltetnek, és nincsen sem áramszolgáltatók közötti, 16

Flexible electricity grids; KEMA survey; 2006 April

45


sem pedig MAVIR - áramszolgáltatói koordináció. A HKV egy jelenleg hatékonyan üzemelő, aktív DSM eszköz. Ennek részben a rendszerérdekek szolgálatába állítása mindenképpen indokolt lenne.

18

2. Táblázat A HKV rendszerbe bevont fogyasztók beépített teljesítménye áramszolgáltatók szerint

A táblázat tájékoztató jelleggel mutatja a hazai HKV rendszerbe bevont fogyasztók beépített teljesítményét (illetve a potenciálisan kapcsolható fogyasztást).

22. ábra A tapasztalat alapján a főként hőtechnikai berendezések a hőmérséklet célértékük elérésével mintegy 4-6 óra alatt kikapcsolódnak Forrás: 17

17

BMGE VET VMKC: A villamos energia rendszerérdek közvetítésének árszabályozási lehetőségei különös tekintettel a vezérelt, különmért tarifakategória szerepére és az alkalmazott zónaidőkre, Innotech tanulmány, 2003 18 ÁSZ – áramszolgáltatók (ÉMÁSZ, ÉDÁSZ, ELMÜ, DÉDÁSZ, DÉMÁSZ, TITÁSZ). Megjegyezzük, hogy ezek a szolgáltatók fizikailag még megkülönböztethetők, de cégcsoport szinten összeolvadások történtek, azaz jelenleg az (E-ON, RWE és EDF érdekkörébe tartoznak).

46


A tapasztalat alapján az egységugrás szerint (valóságban nagy meredekséggel) bekapcsolt, főként hőtechnikai berendezések hőmérséklet célértékük elérésével mintegy 4-6 óra alatt kikapcsolódnak, azaz ez idő után csak kevesebb, mint 10 %-uk van üzemben.

23. ábra A HKV által vezérelt fogyasztókat éjjel később kellene bekacsolni Forrás: 17

Az említett tanulmányban egy eljárást dolgoztak ki, ami alapján a tényleges országos fogyasztási görbéből (kék színnel jelölve) kivonják a HKV által kapcsolt hőtechnikai berendezések fogyasztását (ez adja a piros görbét). Jól látni, hogy a jelenlegi HKV gyakorlat nem kedvez a fogyasztás kiegyenlítésének, különösen a hajnali mélyvölgy időszakban. A piros görbe azt mutatja, hogy az éjszakai minimum fogyasztás (mélyvölgy) éjjel három óra körül lép fel. Ekkor kéne, hogy lehetséges fogyasztókat még bekapcsoljanak. Ehelyett már este 9-10 órakor bekapcsolják a hőtárolós kályhákat, bojlereket, és ezért ezek hajnali 1-2 órára felfűtenek és ki is kapcsolnak. Pont akkor, amikor be kellene kapcsolni őket. A javaslat szerint (zöld görbe) érdemes lenne a HKV által vezérelt fogyasztókat éjjel később bekapcsolni.

6.1.1.3 A jelenlegi hazai országos terhelési görbe A villamos energia-rendszerben a termelt és elfogyasztott energia a tárolás korlátossága miatt minden pillanatban megegyezik. A természetes fogyasztás ingadozó, tipikusan az un. „kétpupú” napi görbével jellemezhető egy áramszolgáltatói területre vonatkoztatva.

47


A következő ábra az országos terhelés tényleges lefutását mutatja egy nyári hétköznapra:

24. ábra Országos terhelés hétköznap19

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. Az elmúlt néhány év negyedórás átlagteljesítményeit vizsgálva a minimális terhelés 2600-2700 kW körüli, a maximális pedig 5900-6000 kW körül mozog. Több évre visszatekintve megállapítható, hogy a nyári csúcsterhelés folyamatosan növekszik (a légkondicionálás terjedésének hatása), és emellett egyre jobban nő a különbség a minimum és maximum terhelés között, vagyis a terhelési görbe kiegyenlítetlensége is folyamatosan nő. Ezek a változások szintén kedvezőtlenül befolyásolják a rendszer szabályozhatóságát, ami szintén azt támasztja alá, hogy kiemelten fontos feladat lenne a fogyasztás (és a fogyasztói szokások) befolyásolása, módosítása. Alapvetően ez a megoldás elsősorban nem a rendszerirányító, hanem inkább az áramszolgáltató részéről kíván(na) beavatkozását, viszont a jelenleg kialakult „szokások” alapján az áramszolgáltatónak pénzügyileg nem érdeke a fogyasztói szokások befolyásolása (hiszen az a jó, ha a fogyasztó „sok villanyt vesz”, és azt is a „drágábból” /csúcsidei/ veszi). 19

Terbe – Terhelésbecslő alkalmazás a MAVIR-ban, © PowerConsult Kft.

48


6.1.2 A fogyasztói görbe változtatásának igénye A fogyasztási görbe változtatása számos érdekből és okból történhet: -

Az áramszolgáltató a lekötött teljesítmény menetrendet be akarja tartani – ez alapvetően áramszolgáltatói érdek

-

A rendszerirányító műszakilag nem tud feloldani egy helyzetet (éjszakai mélyvölgy időszak, vagy üzemzavar) – ez ellátásbiztonsági érdek

-

Kibocsátás csökkentés/energiahordozó kiváltás miatt a fogyasztást csökkentés – környezetvédelmi érdek

-

A fogyasztó az olcsóbb tarifális időszakokra időzíti fogyasztását – fogyasztói érdek

-

Szélsőséges nemzetközi tranzitok adott esetben a hazai fogyasztásra, annak menetrendjére is visszahathatnak – nemzetközi érdek (?), stb.

A fenti érdekek pontos ismerete vagy esetleges befolyásolása indirekt a fogyasztási görbe változtatását eredményezheti, akár közvetlen rendszerirányítói beavatkozás nélkül is. Célszerű megkeresni a rendszerirányító stratégiai szövetségeseit és közösen fellépni az érdekekért, azaz törvényileg is megjeleníteni a célokat (pl. környezetvédelem – kisfogyasztók – rendszerirányító). Az aktív és rosszindulatú fogyasztásbefolyásolásra példa az egyik 2004. eleji hajnalban történt eset, amikor az áramszolgáltatók az MVM-el folytatott vitájuknak azúton adtak nyomatékot, hogy az egész ország területén félóránként szinkronban kapcsolták ki-be a fogyasztóikat,

ami

kb.

3-szor

egy

szokatlan,

+/-

500

MW-os

terhelés

emelkedést/visszaesést okozott, a MAVIR diszpécsert ezáltal nagy feladat elé állítva.

6.1.3 A fogyasztás becslése A fogyasztói igények előrejelzése sokszor összetett feladatot jelent, de a történeti adatok és a fogyasztási szokások elemzésével és a fogyasztást befolyásoló tényezők azonosításával viszonylag pontos megoldások adhatók. Ennek eredményeképp olyan becslési eljárásokat lehet megvalósítani, amelyek figyelembe veszik a legjelentősebb fogyasztás-befolyásoló tényezőket. Ezen tényezők lehetnek egyszerű determinisztikus hatások (pl.: üzemállapot, évszak, vagy műszak függő fogyasztás), de lehetnek összetettebbek is, amelyek pl. valamilyen meteorológiai adatokkal mutatnak korrelációt.

49


A néhány éves történeti adatsorokra alapozott becslési eljárások régóta ismertek, de az üzleti folyamatokba illeszkedő mindennapi alkalmazásoknak ma egyre nagyobb a jelentősége. Általános elvárás, hogy pl. egy feljogosított fogyasztó, villamosenergia kereskedő egyszerű módszerrel menetrendet tudjon adni az elkövetkező napokra, esetleg hetekre. Az így elkészített menetrendek felhasználási területe elsősorban kereskedelmi és üzemviteli célú. A megoldási módszerek sokfélék lehetnek, azonban a választás attól is függ, hogy a becslésnek milyen az előretekintési ideje, vagyis hogy mennyi időre kell előre becsülni: •

Az idősorelemzés segítségével általában hosszútávú (1-5 év) becslések készíthetők, melyeket általában tervezési célokra és a várható maximális igények meghatározására használnak. Az elemzéssel dekomponálhatók a vizsgált mennyiségben

tapasztalható

trendek,

a

szezonalitás

és

ciklikusság

jellegzetességei, valamint a véletlen ingadozás. •

A neurális hálózatok és egyéb mesterséges intelligencia alkalmazások általában rövidtávú on-line becslésekhez használatosak, melyek feladata a pillanatnyi adatok extrapolálása néhány percre, vagy órára előre. Ezen módszer célja az üzemvitel segítése.

•

A középtávú becslési módszerek általában valamilyen statisztikai módszert használnak egyedi eljárásokkal kiegészítve. Ilyen statisztikai módszerek lehetnek pl. a korreláció- és regresszió számítás, amely két vagy több mennyiség közötti korreláció felhasználásával különböző típusú regressziós függvényeket állít elő, és azokkal végzi a becslést. Ezeket a középtávú becslési módszereket általában üzemviteli, és kereskedelmi célokra használják.

A felsorolt módszerek mindegyikében közös, hogy hasonló algoritmusokkal különböző mennyiségek becslése is elvégezhető, figyelembe véve az adott terület specialitásait. Pl. egy korreláció- és regresszió analízisen alapuló időjárásadaptív becslés, ami feltételezi, hogy a becsült mennyiség függ a környezeti hőmérséklettől egyaránt használható lakossági célú villamosenergia-, gáz-, és távhő fogyasztás becslésére is. Az egyes alkalmazások csak néhány specialitásban és a felhasznált algoritmus paramétereiben térnek el egymástól.

50


6.1.4 A fogyasztás befolyásolásának módszerei A fogyasztói befolyásolás (Demand Side Management /DSM/) elsődleges célja a napi fogyasztás egyenletesebbé tétele, melynek révén csökkenthető és optimalizálható a felés leszabályozáshoz szükséges szekunder tartalék mennyisége. Bizonyos esetekben az is előfordulhat, hogy a tartalék mennyisége elegendő, azonban a fel- leszabályozás sebessége nem elegendő. A fogyasztói befolyásolás ezekben az esetekben is megoldást nyújthat. A DSM megvalósítása többféle módon is lehetséges. A DSM lapvetően a következőket jelentheti:20 •

Passzív DSM, ami az energiafelhasználás hatékonysága, vagyis az alkalmazott eszközök nagyobb hatásfokán keresztül működik. Ezáltal az elfogyasztott villamosenergia

mennyisége

kisebb

lehet.

(Megjegyezzük,

hogy

az

áramszolgáltatói mennyiségi szemlélet ellentmond a „fogyasszon minél kevesebbet

a

fogyasztó”

energiafelhasználás

globális

hatékonyságának

megközelítésnek, növelése

sem

valamint

az

közvetlenül

a

rendszerirányító feladata.) •

Aktív DSM, ami a pillanatnyi fogyasztás tényleges befolyásolása, amire számos eszköz létezik: o Indirekt

Többtarifás rendszer

Real-time dinamikus tarifa

Megszakítható terhelés

Koordinált elosztott termelés

Mikrogridek

Intelligens (vezérelt) fogyasztók

o Direkt

HKV

RKV

FTK, FKA

20

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

51


A

felsorolt

lehetőségek

alkalmazása

általában

nem

tartozik

közvetlenül

a

rendszerirányító hatáskörébe, azonban fontos, hogy ezeket az eszközöket ismerje, és aktívan tudjon közreműködni a fenti lehetőségek megvalósításában/módosításában, hogy a beavatkozások eredménye a rendszerirányító szempontjából is kedvező legyen.

6.1.4.1 Dinamikus tarifa Dinamikus tarifáról beszélünk, amikor központilag, előre nem meghatározható módon árazzuk a villamosenergiát.

25. ábra A német spot-ár változása

A dinamikus tarifa alapját például adhatja a spot ár21 is. A fenti ábra a német spot ár változását mutatja. Ez a szabályozás akkor hatékony, ha jelentős különbség van a „normál” és spot árak között. Itt ez kb. kétszeres tényezőt jelent. Ezen eszköz használata véleményünk szerint jelenleg Magyarországon nem aktuális.

6.1.4.2 Többtarifás rendszer Többtarifás rendszerről beszélünk, ha előre meghatározva, időszakoktól függően függ a villamos energia ára.

21

Spot árnak nevezzük a napi villamosenergia tőzsdén kialakuló órás/negyedórás pillanatnyi (spot) árat.

52


26. ábra A Spanyolországban alkalmazott háromtarifás rendszer

A fenti ábra az Iberdolá-nál (Spanyolország) alkalmazott háromtarifás rendszert ábrázolja.

27. ábra Többtarifás rendszer Angliában

Főként az angol szolgáltatók alkalmazzák a Time-of-Use (TOU) tarifákat. A fenti ábra azt is mutatja, hogy hányszoros az eltérés a maximális és minimális ár között.

53


A következő ábra egy németországi kísérlet eredményét mutatja, melyben a többtarifás és dinamikus ár fogyasztói hatását mérték. Alapvetően nem fogyasztáskorlátozás, hanem fogyasztás eltolás, átütemezés volt tapasztalható a fogyasztók részéről. Meg kell jegyezni, hogy a nagyon drasztikus ár (35-szörös) is csak 12%-al vetette vissza a fogyasztást.

28. ábra A többtarifás és a dinamikus fogyasztói ár hatása a fogyasztásra

6.1.4.3 EU trendek Az EU direktívák (2003/54/EK és 2003/55/EK) kiemelten foglalkoznak az energiahatékonysággal, és ennek ösztönzésével. Az irányelvek egyúttal kiemelik az árképzés és a mérés fontosságát az energiahatékonyság növelése terén, mely szerint: „Az energiatermékek jelenlegi árképzési szerkezetét felül kell vizsgálni, mivel nem ösztönzi a fogyasztókat ésszerűbb felhasználásra. A csúcsidőben vagy energiahiány esetén történő alacsonyabb fogyasztásra való ösztönzést is meg kell fontolni. Ez azt is jelenti, hogy a nemzeti szintű szabályozók ösztönzik a mérés alkalmazását, hogy a fogyasztókat valós időben tájékoztatni lehessen fogyasztásukról.” A 2006/32/EK irányelv az energiafogyasztás mérésével és informatív számlázásával kapcsolatban a következőket tartalmazza: „A földgáz, a távfűtés és/vagy hűtés, valamint a háztartási melegvíz végső fogyasztóit a technikailag lehetséges, pénzügyileg ésszerű és

54


a potenciális energia-megtakarításokhoz képest arányos mértékben ellássák olyan versenyképes árú, egyéni fogyasztásmérőkkel, amelyek pontosan tükrözik a végső fogyasztó tényleges energiafogyasztását, és a tényleges felhasználási időszakról szolgáltatnak információkat.” Természetesen a fenti idézetek csak iránymutatások, és ezért viszonylag kevés konkrétumot tartalmaznak, azonban egyértelmű az a szándék, hogy minden energia felhasználó fogyasztása mért legyen, és a számlázást a tényleges (és pl. nem az előző év azonos időszaka alapján becsült, vagy az előző hónapok átlagfogyasztásai alapján becsült, stb.) fogyasztás alapján kell végezni. Azon persze lehet vitatkozni, hogy mi az a számlázási gyakoriság, amely lehetővé teszi, hogy a fogyasztók szabályozhassák saját energiafogyasztásukat, de véleményünk szerint a jelenlegi általános gyakorlat (lakossági fogyasztók esetén évi 1-szeri leolvasás, és havonta átalány számlák) ennek az irányelvnek csak részlegesen felel meg. Igaz ugyan, hogy a fogyasztó akár heti rendszerességgel is bejelentheti az óraállását, de ettől függetlenül továbbra is csak átalány számlát kap. Az év közbeni óraállás bejelentés csak az év végi elszámolásban jelenik meg, ráadásul a szolgáltató az óraleolvasás feladatát a fogyasztóval végezteti el (természetesen ingyen!). Az irányelv mindenesetre kifejez egy olyan tendenciát, hogy az on-line, illetve többtarifás mérések alkalmazása, és nem kevésbé a tarifák felhasználáskori tudatosulása a fogyasztóban egyre erősebb lesz, ami egy hosszú távú, “smooth” befolyásolásnak felel meg.

6.1.5 A termelési és fogyasztási menetrend készítése Az OVT a piacgazdaság előtti időszakban az igények összegzése után erőművi menetrendet állított össze a legkisebb költség elvén. A

MAVIR

mint

független

rendszerirányító

(ISO)

összegezte

a

felügyelt

energiarendszerben fellépő fogyasztási igényeket, az erőművek bejelentett termelését, valamint a tervezett export/import szaldót, és ezek ellenőrzése után tervezte meg (és rendelte meg) a kiegészítő kapcsolódó szolgáltatásokat (tartalékok, szabályozás, stb.).

55


Az MVM-be szervesen integrálódott TSO MAVIR adminisztrálja a tőle független kereskedelmi termelési/fogyasztási igényeket, illetve ezen túl jelentős mértékben képviseli az MVM tulajdonolta portfolió érdekeit. A teljes liberalizáció után, a közüzem megszűnésével formailag eltűnnek a direkt befolyásolható fogyasztói csoportok. Természetesen marad egy „végső menedékes – ill. egyetemes szolgáltatónál” maradó hányad, ők még esetleg üzemelhetnek a jelenlegi HKV filozófia szerint.

6.1.6 A fogyasztás befolyásolásának jogi/szerződéses keretei és a magyarországi gyakorlat. A MEH szerepe. Jelenleg Magyarországon többféle tarifa is létezik, azonban a tarifa fogyasztás befolyásoló hatása attól függ, hogy a piaci szereplőnek mi a státusza (kereskedő, feljogosított fogyasztó, közüzemi szolgáltató, közüzemi fogyasztó). Kereskedő A kereskedő a portfoliójának összeállításához általában zsinórterméket, csúcsidei terméket és egyedi menetrend szerinti terméket vásárol, melyet teljesen eltérő termékstruktúrában értékesít. A kereskedő portfoliója összeállítása során a költségminimalizálásra és a bevétel maximalizálásra törekszik. Az aggregált menetrend lefutása a kereskedő aktuális fogyasztói körének igényétől függ, vagyis a tarifának ebben az esetben egyáltalán nincs fogyasztás befolyásoló hatása! Feljogosított fogyasztó (piacra lépett) A feljogosított fogyasztók alapvetően három féle konstrukcióban vásárolhatnak villamosenergiát: profilos, teljes ellátás alapú, és egyedi menetrendes (illetve ez utóbbi kettő keveréke). Sajnos, ezen konstrukciók egyike sincs hatással a fogyasztó vételezésére, mivel: •

Profilos fogyasztás esetén a fizetendő díj csak energiadíj, amely állandó

•

Teljes ellátás alapú fogyasztás esetén a fizetendő díj szintén egy állandó energiadíj

•

Menetrendes fogyasztás esetén a fizetendő díj szintén állandó energiadíj, csak a menetrendtől való eltérés esetén kell többlet díjat fizetni, azonban a fogyasztó a

56


menetrendet az igényeinek megfelelően próbálja kialakítani, vagyis egyáltalán nem veszi figyelembe a rendszerirányító érdekeit. A fentiek alapján a teljes villamosenergia fogyasztás több mint 1/3-át kitevő feljogosított fogyasztók vételezését egyáltalán nem befolyásolják a különböző tarifák. Közüzemi szolgáltató A közüzemi szolgáltatók szintén igyekeznek a hozzájuk tartozó közüzemi fogyasztók igényeinek megfelelő mennyiségű villamosenergiát megvásárolni. Vásárlásai során alapvetően kétféle tarifával tud vételezni a közüzemi nagykereskedőtől: csúcsidei és völgyidőszaki. Tapasztalatunk alapján a kétféle tarifa, valamint a közüzemi szolgáltatók rendelkezésére álló HKV rendszer ellenére sem befolyásolják aktívan a fogyasztói szokásokat. Közüzemi fogyasztó A közüzemi fogyasztók igen sokféle tarifával vételezhetnek. Tapasztalatunk alapján a fogyasztók egy része tudatosan választja ki a fogyasztási szokásainak legmegfelelőbb tarifát, míg mások ezzel egyáltalán nem foglalkoznak. A választható tarifák: •

Alapdíjas egytarifás / kéttarifás / vezérelt különmért

•

Teljesítménydíjas I. / II.

•

Lakossági általános / vezérelt

•

Közvilágítás

Látható, hogy a tarifa-szerkezet ennél a fogyasztói csoportnál tud a legnagyobb hatással lenni a fogyasztói szokásokra. Összegzés A fentiek alapján megállapíthatjuk, hogy a jelenlegi tarifarendszerben egyedül a (fogyasztás alig 2/3-át kitevő) közüzemi fogyasztókra vonatkozó tarifarendszer képes arra, hogy befolyásolja a fogyasztói szokásokat. Ez annál is inkább sürgős intézkedést igényel, mivel várhatóan 2007. nyarától megszűnik a közüzem. Ha a közüzem megszűnésével együtt megszűnik a közüzemi tarifarendszer is, és ezért a jelenlegi közüzemi fogyasztók szintén csak profilos és teljes ellátás alapú (esetleg menetrendes) fogyasztói szerződést tudnak kötni (a jelenlegi kereskedelmi szabályzat nem is tesz lehetővé mást), akkor ez azt jelenti, hogy teljesen megszűnik a fogyasztást befolyásoló

57


tarifa. Ez azt fogja eredményezni, hogy a terhelési görbe minimuma és maximuma még inkább távol kerül egymástól. Ezért kiemelten fontosnak tartjuk, hogy a MAVIR a szabályozási problémák csökkentése érdekében amellett foglaljon állást, hogy a közüzem megszűnésekor ne szűnjön meg a végfogyasztók többtarifás rendszere, illetve olyan kereskedelmi szerződés típusok kerüljenek kialakításra, melyek fogyasztás befolyásoló hatása javítja a rendszer szabályozhatóságát! További kérdéseket vet fel, hogy mi lesz a sorsa a vezérelt (éjszakai) fogyasztóknak (illetve a vezérelt tarifának) a teljes piacnyitás után, illetve kinek lesz lehetősége a vezérelt fogyasztók kapcsolására. Ezzel a témával részletesebben foglalkozunk a HKVval és RKV-val foglalkozó fejezetekben. A szabályozó hatósággal és a jogszabályalkotóval történő konzultációk során törekedni kell arra, hogy a kereskedelmi szabályzatban olyan kereskedelmi konstrukciók is megjelenjenek, melyek a fogyasztás kiegyensúlyozására ösztönzik a piaci szereplőket.

6.2 A

fogyasztás

befolyásolásának

műszaki

megoldási

lehetőségei 6.2.1 A terheléskorlátozás A fogyasztás befolyásolásának mindenképpen elkerülendő és nem normál üzemi módja a terheléskorlátozás. Ennek egyik fajtája a nem feltétlen közvetlenül villamoshálózati problémák hatására alkalmazott Hatósági villamos terheléskorlátozás, amelynek elrendelésére a Kormányrendeletben meghatározott esetben kerülhet sor. Időtartama előre általában nem rögzíthető. A végrehajtása a Rotációs Korlátozási Rend (RKR) alkalmazásával történik. Az üzemzavari villamos terheléskorlátozás fajtái: -

Frekvencia függő terheléskorlátozás (FTK) jelentős frekvencia csökkenéssel járó üzemzavari helyzetben a frekvencia adott érték alá csökkenésének a megakadályozására alkalmazzák. A fokozatok frekvencia beállítását, késleltetési idejét és a fokozatokba bevont teljesítmények nagyságát a Rendszerirányító határozza meg. 58


-

Frekvenciától független terheléskorlátozás (FKA) alkalmazására akkor kerül sor, amikor hirtelen nagymértékű teljesítmény csökkenéssel járó üzemzavar következik be, és ennek ellensúlyozása azonnali beavatkozást igényel. Az egyes fokozatok élesítésére, bénítására a Rendszerirányító ad utasítást.

A végrehajtás történhet automatikusa (FTK, FKA), illetve kézi indítással (FKA). Az üzemzavari korlátozás az egyes fogyasztóknál maximum 6 órán keresztül tartható fenn. Bár a tervezésnél figyelembe veszik a fogyasztók jellegét, típusát, működtetése során a HKV-hez hasonlóan, statisztikailag meghatározható fogyasztásértéket lehet kapcsolni.

6.2.2 Megszakítható terhelés A fogyasztás befolyásolásának egyik normál üzemben is alkalmazható lehetősége a megszakítható terhelés (fogyasztó) igénybevétele. Ezt a módszert a gáziparban már régóta eredményesen használják a terhelési csúcsok levágására, azonban a villamosenergia rendszer üzemvitele során is eredményesen használható lehet a szűkös szabályozási, illetőleg tartalékolási lehetőségek kiegészítésére. Bizonyos villamosenergia fogyasztók (általában azok, melyek nagy tömegű anyag melegítését, vagy hűtését végzik) hosszabb-rövidebb ideig elviselik, ha megszűnik a villamosenergia ellátásuk. Ez a képességük a villamosenergia piacon pénzre váltható (a díj az erőművekhez hasonlóan áll egy rendelkezésre állási díjból (Ft/MW), valamint a megszakíthatóság igénybevételekor egy energia díjból (Ft/MWh)), mivel ezen a fogyasztók kikapcsolásának a hatása olyan, mintha a kikapcsolt teljesítménnyel azonos termelő kapacitáshoz jutottunk volna. Célszerű lenne összeállítani egy olyan listát, amely tartalmazza, hogy Magyarországon hol, hány db, és mekkora teljesítményű ilyen fogyasztó létezik. Amennyiben ezen fogyasztók száma nem túl nagy (néhányszor tíz), illetve teljesítményük nem túl kicsi (néhányszor 10 MW), abban az esetben az üzemirányítás során a MAVIR is igénybe vehetné ezeknek a fogyasztóknak ezt a képességét. Tudomásunk szerint most is van lehetőség arra, hogy ilyen fogyasztók a megszakíthatóságukat értékesítsék, illetve ajánlatot tegyenek szabályozási tartalékra, azonban eddig még nem volt ilyen jelentkező. Véleményünk szerint ennek egyik 59


lehetséges oka, hogy az ilyen fogyasztók nem tudják magukról, hogy megszakítható fogyasztók, illetve azt sem tudják, hogy ezzel pénzt tudnának keresni, és vélhetően arról sincs fogalmuk, hogy ezt a képességüket hogyan lehetne értékesíteni. Lehet, hogy az lenne célravezető, ha a MAVIR a MEH feljogosított fogyasztói nyilvántartása alapján, direkt megkeresné azokat a fogyasztókat, amelyek vélhetően megszakítható fogyasztók, és tájékoztatást (ajánlati felhívást) küldene nekik.

6.2.3 HKV és RKV

6.2.3.1 A megvalósult HFKV rendszer képességei A HKV-program fő célja a villamos energia-rendszer terhelési görbéjének javítása volt (terhelés csökkentése csúcsidőszakban, illetve növelése völgyidőszakban) a főleg lakossági fogyasztóknál felszerelt elektromos vízmelegítők és hőtárolós kályhák programozható ki- és bekapcsolásával. Az elmúlt évek során azonban inkább áramszolgáltatói terheléskiegyenlítési eszközzé vált, melyet saját anyagi érdekeik függvényében üzemeltetnek. A HKV rendszer üzemeltetésével kapcsolatos ellenérdekeltségekre több fórum is felhívja a figyelmet: rendszerirányító ↔ áramszolgáltató ↔ fogyasztó Fontos

megemlíteni,

hogy

szakmai

körökben

jelenleg

is

folynak

olyan

kutatási/szoftverfejlesztési munkák, melyeknek témája: „HKV alkalmazása a közüzemi menetrend tartására”! Könnyen belátható, hogy a teljes piacnyitás után ez többé nem lehet cél! A teljes piacnyitás további kérdéseket is felvet a HKV-val, illetve annak jelenlegi működtetési gyakorlatával kapcsolatban. Pl.: ha a jelenleg még közüzemi, vezérelt fogyasztók piacra lépnek, akkor majd ki fogja kapcsolgatni (illetve kinek lesz joga kapcsolgatni) a HKV-t, és ezt milyen célfüggvény alapján fogja végezni?

60


Tudomásunk szerint jelenleg nincs a piacon olyan fogyasztó, aki vezérelt módon vételez energiát valamely kereskedőtől. Ha lenne ilyen fogyasztó, akkor nem biztos, hogy a kereskedője „jó néven venné”, hogy az adott fogyasztó részére elosztói szolgáltatást nyújtó áramszolgáltató-utód a kereskedő „feje felett”, saját érdekeit szem előtt tartva kapcsolgatja ki/be a kereskedő fogyasztóját! Mivel a teljes piacnyitás után, a jelenlegi közüzemi szolgáltató „hálózatos utódja” már csak a villamosenergia szállítását fogja végezni, ezért a HKV használatát részéről semmi sem indokolja! Ha a HKV rendszer használata a közüzemi szolgáltató „kereskedő utódjához” fog tartozni, akkor itt már értelme lehet a HKV használatának, azonban, ha ehhez más kereskedők nem férhetnek hozzá, akkor ez tisztességtelen előnyt teremt a többi kereskedővel szemben, akinek nincs (és gyakorlatilag nem is lehet soha) HKV-ja. Erre megoldást jelenthet, ha a teljes piacnyitás után a HKV használata egyik kereskedőhöz sem fog tartozni, hanem közvetlenül a MAVIR-hoz, aki a „rendszerérdekek” alapján fogja „kapcsolgatni” a vezérelt fogyasztókat. További megoldás lehet a HKV-ban rejlő azon lehetőség kiaknázása, hogy a fogyasztók csoportokba sorolhatók, és az egyes fogyasztói csoportok külön-külön kapcsolhatók. Az áramszolgáltatók jelenleg is használnak csoportokat, azonban ezek száma általában 10 körül mozog, ami jóval kevesebb, mint az elméletileg lehetséges kb. 150 csoport. A fogyasztók csoportba sorolásában rejlő lehetőségeket a következő fejezetben részletesen ismertetjük.

6.2.3.2 A jelenleg kiépülő RKV lehetőségei Jelenleg az RKV szolgáltatást Európában kizárólagos joggal az EFR cég végzi, aki kísérleti jelleggel már üzemeltet Magyarországon is egy adóberendezést. A következőkben az EFR által felépített rendszert mutatjuk be. Felhasználói Vezérlő Állomás (User Control Station): Azoknak a felhasználóknak, akik csatlakozni szeretnének az RKV rendszerhez az EFR biztosít egy munkaállomást, amely kapcsolódik a Központi Számítógéphez. A munkaállomáson egy szoftver segítségével a felhasználó megszerkesztheti az általa kiküldeni kivánt parancsokat idő- vagy eseményvezérelten. Amennyiben már más

61


központi

vezérlő

(pl.

HKV)

és/vagy

terhelésgazdálkodási

rendszere

van

a

felhasználónak, akkor itt oldható meg a rendszerek összekötése. Központi Számítógép (Central Computer): Az adó mellett elhelyezett EFR számítógép, amely feldolgozza a felhasználói munkaállomásokról beérkező adáskéréseket, prioritás szerinti sorrendbe teszi őket, majd előállítja és továbbítja a HH (hosszú hullámú) rádióadó felé a kiadásra kerülő parancsot. Felhasználói parancsok közti időben 10 másodpercenként a kódolt pontos idő kerül a rádióadóra. Hosszúhullámú Rádióadó (Transmitter System): Ez az adó sugározza ki 200Bd-os sebességgel az éterbe a központ által összeállított parancsokat. Egy adó hatósugara kb. 400-600km a terepviszonyoktól és az adóteljesítménytől függően. A használt frekvencia Németországban 129.1 és 139 kHz. Ezt az egységet az EFR bérli valamely szakosított cégtől, például Németországban a Deutsche Telekom-tól. A rendszer előnye a az egyszerűség és nagy hatótávolság, de hiába alkalmas individuális címzés használatára, lassúsága és az egy csatorna miatt nem versenytársa az IP alapú, akár több száz Mbit-es sebességű egyedi címzés használatnak. RKV vevőkészülékek (Receiver): Az adó körzetében elhelyezett vevők feladata a kisugárzott parancsok vétele és végrehajtása. Leggyakrabban a vevők -egy vagy több- potenciál független kimeneti relét tartalmaznak, amely(ek) parancsokkal direkt vagy indirekt módon vezérelhetők. A modern vevők nemcsak szimpla parancsvégrehajtásra alkalmasak, hanem a beépített óra segítségével távparaméterezhető időfüggő kapcsolásokra is használhatók. A HKV szerepét az új fejlesztéseknél feltehetően átveszi az RKV. Ez elvileg sokkal finomabb beavatkozást, és egyedi címzési lehetőséget is magában hordoz, azonban ennek ellenére is csak a jelenlegi HKV rendszer cseréjére használják mindennemű funkcionalitásbővítés

nélkül.

Éppen

ezért

a

rendszer

üzemére,

a

teljesítménygazdálkodásra érdemi hatása egyelőre nincs. Korszerűsége ellenére hibája, hogy csak egyirányú, azaz központból a fogyasztó felé történő adattovábbításra alkalmazható.

62


Felhasználási lehetőségei: •

Villamosmérők tarifaváltása

•

Közvilágítás vezérlése

•

Fogyasztói készülékek kapcsolása

•

Katasztrófavédelmi vezérléseknél (pl. Sziréna)

•

Villamos terhelésvezérlő rendszerekben

•

Ipari üzemekben beavatkozó eszközként

Amennyiben

megfelelő

adatgyűjtők

beépítésével

megoldják

a

„kétirányú”

kommunikációt (fogyasztási adatok gyűjtése), akkor az egyszerű vezérlés átalakulhat egy intelligens szabályzássá, melynek segítségével aktív terhelés menedzsment is megvalósítható. A következő ábra egy ilyen rendszer lehetséges kialakítására mutat példát az RKV alkalmazásával.

Alállomási mérők

Terhelési görbe

Vezérlőjel küldés

Adatgyűjtés

pl..

Converge M2C

Aktív terhelés menedzsment Feldolgozás & Döntés

Terhelés Menedzsment program

Rádió adó (EFR) Rádió vevő a fogyasztónál

29. ábra Aktív terhelés menedzsment (Forrás: ENSTO ELSTO, Landys+Gyr)

Jelenleg az RKV rendszer kizárólag a hagyományos, lassan terét vesztő HKV-t váltja ki, így rendszertechnikailag nem bővíti a funkcionalitást, bár korlátozottan képes lenne rá! A fentiek alapján pl. az RKV rendszer olyan kialakítása lehetne javasolt megoldás, amelynél az egyes fogyasztók önállóan címezhetők, és egy központon keresztül szabadon csoportokba rendezhetők. Az egyes csoportokat célszerűen az egyes kereskedőkhöz kellene hozzárendelni, akik a vezérelt fogyasztóikat „berakják” a saját

63


csoportjukba, majd a csoport (vagy a csoporton belüli fogyasztók) ki-/bekapcsolását már a kereskedő végezné a saját portfoliójának megfelelően. Célszerű lenne a rendszert úgy kialakítani, hogy a MAVIR-nak olyan jogosultsága legyen, hogy (dinamikusan = naponta, hetente, vagy havonta) meghatározhassa azt az intervallumot, amikor a kereskedők kapcsolgatni tudják a hozzájuk tartozó fogyasztókat. Ezt a „dinamikus” intervallumot a MAVIR már a „rendszer-érdekek” figyelembe vételével tudná meghatározni. Mint említettük, a jelenlegi HKV rendszer is támogatja a fogyasztók csoportba sorolását, azonban ha egy fogyasztót egy másik csoportba szeretnénk átrakni, akkor ez nem végezhető el a központban, hanem csak a helyszínen, a vevő átállításával.

6.2.3.3 Az RKV és a HKV összehasonlítása Mindkét rendszer alapvetően egyirányú, szolgáltató -> fogyasztó irányú, és ez eléggé be is határolja a rendszer lehetőségét, éppen ezért nem szabad túlértékelni a jelenlegi generációváltást. Korábban az áramszolgáltatók távparancsadásra a HKV-t használták. A szakemberek között is gyakran vita dúl, melyik rendszer a jobb. Mindenek előtt le kell szögezni, hogy technikai értelemben mindkét rendszer kiforrott, a jelenlegi feladatoknak megfelel. Mi az igazi különbség? A használhatóságuk a liberalizált piacon. A szolgáltatásokban néhány évvel ezelőtt megkezdett liberalizáció alapjaiban átrendezte a több, mint száz év alatt kialakult szokásokat. A szolgáltatóknak a piaci viszonyok megjelenésével -sok más mellett- csökkenteniük kell a költségeiket és biztosítaniuk a felhasználók szabad szolgáltató választásának technikai feltételeit. Költség oldalon, ha minden tényezőt számításba veszünk, az RKV rendszer olcsóbb, mint a HKV. Például, míg HKV esetén az áramszolgáltató cégeknek az adót és csatolást először meg kell venni, majd ezeket folyamatosan amortizálni majd idővel cserélni kell, az üzembenntartáshoz szakember gárda kell, új alállomásokra újabb berendezés kell, a generátorokhoz szűrőkör kell, addig az RKV-nál ezt szolgáltatásként - összességében jóval olcsóbban - megveheti egy külső cégtől.

64


Mobilitás szempontjából az RKV sokkal praktikusabb, mint a HKV. Például, ha egy fogyasztó, aki szolgáltatót vált és a tarifáját, egyéb eszközeit előzőleg RKV vezérelte, akkor az új kereskedő egyszerűen megrendelheti az EFR-nél egy új vezérlési mód kialakítását az adott fogyasztó számára. Ez az RKV-ban könnyen kezelhető probléma a HKV rendszerben rendkívül nehezen megoldható: Először is hozzáférést kellene biztosítani a hálózati cégek kezelésében levő HKV adókhoz a független vagy netán konkurens cégek kereskedőinek, és azután kezelni kellene a költségek elosztása, valamint a HKV rendszer topológia függése, lassú átviteli sebessége által okozott problémákat is. Amennyiben számottevő mértékben fennmarad a HKV jellegű fogyasztói távkapcsolás, akkor mindenképpen javasoljuk a fogyasztó – MAVIR direkt kapcsolat felépítését, de legalább a fogyasztó – áramszolgáltató – MAVIR lánc elkészítését. A direkt kapcsolat pl. IP alapon igen könnyen megoldható fizikailag.

6.2.4 IP alapú vezérlési lehetőségek Az

áramszolgáltatók

jelenleg

is

rendelkeznek

olyan

rendszerekkel,

melyek

felhasználhatók fogyasztói kommunikációs feladatok ellátására, azonban ezek általában csak egyirányú kapcsolatot tesznek lehetővé (pl. HKV, illetve mérőóra leolvasás GSM modulon keresztül). A meglévő erősáramú infrastruktúra felhasználásával – vagy annak egyszerű bővítésével, fejlesztésével – olyan kétirányú kommunikációt megvalósító rendszerek telepítésére/kiépítésére nyílik lehetőség, melyek sokkal több lehetőséget nyújtanak az áramszolgáltatók részére a fogyasztói kommunikációban. Ennek az a jelentősége, hogy a fogyasztó pillanatnyi állapotáról is rendelkezésünkre állhat információ, tehát a HKV filozófiához képest nem „vakrepülésről van szó, hanem pl. a tényleges pillanatnyi fogyasztások kapcsolhatók ki/be, valamint ennek hatása is előre számítható.

6.2.4.1 Mobil átvitel (SMS, GSM, GPRS) Az áramszolgáltató és a fogyasztó közötti kétirányú adatátvitel mobil-kommunikációs megoldással is megoldható. Ennek nagy előnye, hogy az átviteli hálózat üzemeltetésével és karbantartásával nem kell foglalkozni, mivel azt valamely mobil kommunikációs társaság biztosítja.

65


Amennyiben az adatmennyiség viszonylag kicsi (naponta néhányszor egy-két jelzés, parancs, vagy mérési érték továbbítása), akkor erre egyszerűen alkalmazható az SMS. Ezt a megoldást azonban a kétirányú kapcsolat lehetőségének ellenére inkább csak egyirányú kommunikációra (távfelügyelet, adatgyűjtés, riasztási információk küldése, stb.) használják. Nagyobb adatmennyiségek továbbítására (pl. mérési adatsorok, táviratok, stb.) használható a GSM adathívás, és a GPRS kapcsolat. A GSM adathívás (vonalkapcsolt) esetén a szolgáltatásért fizetendő díj az adatátvitel időtartamától, míg GPRS esetén (csomagkapcsolt) pedig az adatmennyiségtől függ. További eltérés, hogy míg a GPRS szinte azonnal biztosítja a kapcsolat létrehozását, és állandó adathálózati kapcsolatot biztosít a felhasználónak, addig GSM adathívás esetén várni kell a kapcsolat felépítésére, majd azt le kell bontani. A GPRS végpontok közötti IP kapcsolatot nyújt, így különböző hálózatokat (készülékeket) egyszerűen lehet összekötni. A jelenleg elterjedt mobil adatkapcsolati alkalmazások (pl. mérőórák leolvasása, rendszer felügyelet, flotta menedzsment, stb.) általában a GPRS átviteli módot használják, melynek piaca igen dinamikusan növekszik. Az újonnan megvalósult alkalmazások kb. 80%-a használja ezt a megoldást. A korszerű GPRS kapcsolat sebességének elméleti maximuma 26 kbps, míg a GSM adathívásé 14,4 kbps (Class 10 4/2 időosztásos üzemmód esetén a letöltési sebesség: 52 kbps, a feltöltési pedig 26 kbps). Mivel a GPRS kapcsolaton keresztüli összeköttetés IP kapcsolatot nyújt, ezért az egyes GPRS modemek (végpontok) önállóan is címezhetők. Ezt a kommunikációs módot az áramszolgáltatók jelenleg mérőórák távleolvasására, és ideiglenesen kihelyezett adatgyűjtők adatainak letöltésére használják.

6.2.4.2 PLC A PLC a 0,4 kV-os hálózaton néhány MHz frekvenciával 1-8 Mbit/s sebességű kétirányú

adatkapcsolatot

valósít

meg.

A

kapcsolat

egyik

végpontja

a

transzformátorállomás (ház), míg a másik végpont(ok) a kisfeszültségű fogyasztónál van(nak) elhelyezve (modem a mérőóra környékén). A transzformátorállomás és a távolabbi központok között „hagyományos”, azaz nem erősáramú hálózaton történik az adatátvitel (hanem pl. üvegszálon). Fontos megjegyezni, hogy a PLC egy, a meglévő 66


erősáramú hálózatra telepíthető additív eszköz, amelyen szélessávú adatátvitel valósítható meg. A PLC ezért nem illeszkedik szervesen az áramszolgáltatói infrastruktúrába, azaz ezt a kapcsolatot az áramszolgáltató saját céljaira is használhatja, de átengedheti részben vagy teljesen más szolgáltatónak is. A PLC eszköze lehet a kis fogyasztók/termelők vezérlésének, mérésének. Gyakorlatilag minden nagyobb cég kilépett a piacra az első generációs PLC megoldással. A Siemens Powerlink-et22 pl. alállomási távfelügyeleti (biztonsági kamera) jelek továbbítására is alkalmazzák. Az ABB ETL600-asa általános PLC eszköz 8 csatornával, programozható „standard” modemekkel, analóg csatornával.23

6.2.5 Együttműködő, intelligens hálózatok

6.2.5.1 Koordinált elosztott termelés, SmartGrid A koordinált elosztott termelés és a Microgridek szabályozásra gyakorolt hatását részletesen megvizsgáltuk és bemutattuk a Microgrid struktúrák alkalmazásáról24 szóló tanulmányunkban. Jelenleg az eddig Microgrid és Virtuális Microgrid-nek nevezett irányítási filozófiát Smartgrid-ként emlegetik. Ez gyakorlatilag az egész világon a kutatás középpontjában áll, egy lehetséges műszaki alternatívának, fejlődési iránynak tekintik. A korszerű Informatikai Technológiák (IT) és az új energetikai eljárások a termelők és fogyasztók bonyolult rendszerének összehangolt működését valósítják meg, a termelést és ellátást biztonságosabbá-, a helyi lehetőségekhez jobban illeszkedővé- és a környezet szempontjából fenntarthatóbbá teszik. Az újfajta hálózati struktúrának olyannak kell lennie, amelyben: -

A villamosenergia-rendszer (VER) irányítása nem aprózódik szét

22

http://www.innovations-report.de/html/berichte/informationstechnologie/bericht-30221.html http://www.abb.com/Product/seitp336/cb197268743be5c1c1257068002ea8dc.aspx 24 A Microgrid struktúra alkalmazásának lehetőségei a hazai energiarendszerben; tanulmány; Power Consult Kft.; 2006. április 23

67


-

A VER irányítás felé kedvezőbb műszaki paramétereket lehet képviselni (tervezhetőség)

-

Gazdaságos(abb)an lehet a világban jelenleg terjedő kis egységteljesítményű energiatermelőket integrálni (mikroturbina, tüzelőanyag cella, stb.)

-

A lokális energiatermelési adottságok jobban illeszthetők a lokális felhasználási igényekhez

-

Jobban működik az öngondoskodás, az energiatudatosság és a civil érdekérvényesítő erő, stb.

30. ábra A hagyományos és a jövőbeli sturktúra K. Mauch: Smart Grid Technology Oveview alapján

A hagyományos microgrid struktúra több évtizedes koncepció, melyben egy izolált kis hálózat megoldja az energiaellátás minden felmerülő problémáját, esetenként egy ponton rá tud kapcsolódni a nagy hálózatra. A virtuális Microgrid illetve a Smart Grid alapvetően a meglévő hálózati struktúrát használja fel, de IT alkalmazások révén virtuálisan Microgridként üzemel, melynek főbb tulakdonságai: -

Nem feltétlenül 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 (DMS) működik

68


-

Középfeszültségű és nagyfeszültségű hálózatot használja

-

Részben független, belső és dinamikus tarifa rendszer

Az együttműködésben – akár a közeljövőben is – a következő berendezések képesek műszakilag résztvenni: -

Gázmotorok (1-3 MW)

-

Szélerőművek (0,6-2 MW)

-

Kis teljesítményű biogáz és biomassza erőművek (2-10 MW)

-

Kis vízerőművek (30kW-1,5 MW)

-

„Intelligens” fogyasztók

-

HKV, RKV ill. IP alapú vezérelt fogyasztók

-

Lakóparkok (200-600 kW)

-

Bevásárlóközpontok (1-2 MW)

-

Mikroturbinák (10-30 kW)

-

mikroSZET (kisméretű szivattyús energiatározás – 50 kW-5 MW)

-

Hőszivattyú(2-10 kW)

-

Napkollektor (10-50 kW)

-

Napelem(1-10 kW)

-

Tüzelőanyag cella (1-30 kW)

-

Hidrogén formában energiatárolás (10-50 kW)

Az utóbbi eszközök már piacon kaphatók, de a következő évtizedben az ezeknél egy nagyságrenddel olcsóbb eszközök integrálására kerülhet sor. Az árak csökkenésével, valamint új hálózatirányítási stratégiákkal már lehet realitása a Microgrid-beli alkalmazásnak. Egy jól üzemelő Smart Grid – amelyből sok megfér egy hálózaton – a nagy energiarendszer

irányíthatósága

szempontjából

rendelkezhet: -

Nőnek a tartalékok

-

Jobb a szabályozhatóság

-

Kisebb a hálózati dinamika

-

Kiegyensúlyozottabb a fogyasztás

69

számos

előnyös

tulajdonsággal


-

Átláthatóság

-

Egyszerűbb központi elszámolás

-

Csökkenő központi kockázat és felelősség

-

Jobb tervezhetőség

Természetesen nagy kérdés az, hogy a fenti előnyök megvalósítása nemzetgazdasági méretekben mekkora költséggel, milyen további előnyökkel és esetleg hátrányokkal jár. Megindult

a

fogyasztói 25

energiaszolgáltatás”

igények

tökéletes

kielégítését

célzó

„perfekt

alapjainak kidolgozása az amerikai „Galvin Energetikai

Kezdeményezés” jegyében. Ebben a fogyasztói készülék szintről haladnak az épület-, elosztóhálózat- és végül az energiarendszer szint felé. Az épületekben hangsúlyt helyeznek a kisléptékű energiatárolásra, az elosztott termelésre, a hibrid járművekre, a korszerű fűtési és világítási rendszerre. Ehhez hasonló az elosztóhálózaton is megtalálható megújuló termelés, tárolás, és intelligens vezérlés. Az elosztott termelést többek között beruházások elkerülésére is alkalmazzák, például hálózati terhelési csúcsok csökkentésére26. A Detroit-i energiaszolgáltató egy kisebb terület ellátására a meglévő vezeték bővítése helyett helyi gázmotort telepített, ami csak csúcsidejű igénykor lép üzembe. Ennek műszaki üzenete, hogy a terhelési csúcsokat, speciális, lokális DG erőművekkel is lehet csökkenteni. Értelemszerűen a DG erőmű ne termeljen mélyvölgy időszakban! A Smart Grid egyik fontos tulajdonságaként említik a hibatűrő képességet27, az automatikus rekonfigurációt. Amennyiben belső hiba, vagy a külső ellátásban történik esemény, akkor a hibás rész automatikusan „kiszakaszolódik”, az ellátás más úton jön létre, illetve ami ennél is fontosabb, nagy hálózati összeomlás esetén degradált üzemben talpon tud maradni a rendszer.

25

Gellings – Yeager – Forsten: The path to the perfect power system; CIGRÉ 2006 Paris, plenary session Asgeirsson – Seguin – Steeley: DTE Energy Considers Distributed Generation; Transmission and distribution world, September 2006 27 Massoud – Wollenberg: Toward a Smart Grid; IEEE Power & energy magazine, 2005 September/October 26

70


Egyre inkább terjed, hogy az áramszolgátatók nem csak végponti méréseket is telepítenek az üzembiztonság javítása, a hibaanalízis és a fogyasztáseloszlás on-line monitorozására. A közép- és kisfeszültségű elosztóhálózatok jellegéből adódóan legfeljebb csak a táppontokon vannak mérések elhelyezve. Ez elegendő egy bizonyos ellátási színvonalhoz, de hálózatrészek kiesésének beazonosításához nem elegendő, ezért ott időigényes eljárásokat, méréseket kell alkalmazni. Megindult a „smart” hálózat, ill. alállomás építési hullám, amelyben az IT technológiával kiegészített energiaátviteli hálózatokat hoznak létre. Mindehhez számos vonali („oszlop”) kapcsolót építenek be, helyi mérésekkel. Az adatokat valamilyen célszerű (üvegszál, wireless, stb.) úton továbbítják az alközpontba, ahol számos automatikus funkció oldja meg a rutinfeladatokat (pl. átkonfigurálást). Fontosnak tartjuk megemlíteni, hogy a mérési-automatizálási funkciót az új filozófia igényei alapján, nem pedig valamilyen egyedi telekommunikációs lehetőség alapján tervezik, ugyanis számos adattovábbítási megoldás közül lehet választani. Az intelligens elektronikus készülékek (IED) időbélyeggel ellátott méréseket használnak.28 A fenti filozófia a gyakorlati fejlesztésekbe is áttevődik. A Duke áramszolgáltató (Carolina, USA) alállomásait és hálózatát már „intelligens elosztóhálózat”-ként29 építi, a távfelügyelet egészen új színvonalú megoldásaival: -

Intelligens és adaptív védelmek

-

Részletes leágazási mérések beépítése

-

Központi, automata alállomás vezérlő gép

-

Adatkoncentrátor

-

Kommunikációs vonalak

-

Alarm rendszer a mobil szolgálat felé

-

Adatok távoli elérése, elemzése

-

Datawarehouse

-

Feszültség és meddő szabályozás nem csak alállomásban

28

J. Waizenegger et. al.: Massive automation initiative; Transmission and distribution world, November 2006

29

J. Daugherty – Ervin – Uluski – McDonald:On the road to Intelligent distribution; Transmission and distribution world, September 2006

71


31. ábra A hálózat automatizálása és a nem végponti mérések elhelyezése28

A Budapesti Műszaki Főiskolán régóta folyik oktatás a ma még különleges vagy alternatív jelzőkkel illetett energiaforrásokról. A BMF Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar Villamosenergetikai Intézete elhatározta, hogy egy demonstrációs energiaparkot hoz létre a Bécsi úti telephelyen. A munka célja a megújuló energiatermelő eszközök gyakorlati bemutatása, üzemviteli tapasztalatok szerzése illetve új típusú hálózati struktúrák tesztelése. A projekt szakképzési támogatásból valósult meg. A rendszer jelenleg önálló energiatermelő eszközöket tartalmaz, de a későbbiekben egy integrált microgrid kialakítását tervezzük, melynek elemei: -

Szélturbina (időjárásfüggő termelő)

-

Tüzelőanyagcella (szabályozható termelő)

-

Napelem (időjárásfüggő termelő)

-

Napkollektor (időjárásfüggő termelő)

-

Hőszivattyú (időjárásfüggő, szabályozható fogyasztó)

72


A villamosenergia termelés alaptechnológiája az utóbbi évszázadban lényegében kialakult. A dinamikus igény növekedés, a környezetvédelmi kihívások, a globalizálódó energiahálózatok az előnyök mellett problémákat is felvetnek. A hagyományos termelési technológiák mellett rendelkezésre álló újfajta erőművek, és az intelligens hálózatok

kiépítése

hozzásegíthet

a

fenntartható,

biztonságos

energiaellátás

megteremtéséhez. Célszerű, ha a MAVIR bekapcsolódik azokba a nemzetközi együttműködésekbe, amely az új hálózatirányítási stratégiákat határozza meg, és ezáltal megismerkedik a fogyasztás befolyásolás közeljövőbeli eszközeivel, valamint a lehetőségeknek megfelelően fejleszti is azokat.

6.2.5.2 Szabályozható termelés, virtuális erőművek A villamosenergia termelés és fogyasztás egyensúlyának megtartására mind a termelés, mind a fogyasztás befolyásolásán keresztül is eljuthatunk. A koncentrált erőművek mellett a fogyasztókhoz közel a következő szabályozható „erőmű jellegű” eszközök vannak, melyeknek egyre szélesebb körű bekapcsolását javasoljuk a rendszerbe: -

Kapcsolható fogyasztók (HKV)

-

Indirekt szabályozott, flexibilis fogyasztók (tarifa szabályzás)

-

Elosztott termelő eszközök (gázmotorok, szélerőművek és egyéb kiserőművek) melyek fizikailag külön-külön is leszabályozhatóak, de virtuális mikrogridbe kapcsolva menetrendtartóan tudnak viselkedni

-

Mikroméretű termelő egységek, amelyek közös mozgatása aktív termelést jelent (mikroturbinák, napelemek)

Mindezen eszközök együttműködése esetén az ún. „smart grid” filozófia valósul meg a flexibilis, nem nagyerőművi hálózati oldalon (kiserőművek és fogyasztók).

73


6.3 Néhány gyakorlati befolyásolására

megvalósítás

a

fogyasztás

6.3.1 A DSM felhasználása A fogyasztás változtatását ill. a befolyásolási tevékenységet az egyes szereplők másmás okból/célból végzik: Fogyasztó -

Spontán igényváltozás

-

Takarékosság

-

Csúcselkerülés, menetrend átrendezés

-

Olcsóbb tarifába való menetrend átrendezés

Szolgáltató -

Vételezési menetrend maximális kiegyenlítése

-

Esetleges lokális túlterhelés megszüntetése

Rendszerirányító -

Erőművi menetrendtartás (mélyvölgy is)

-

Nemzetközi menetrendtartás

-

Országos teljesítményhiány kezelése

-

Jelentősebb rendszerhibák

-

Congestion feloldás egy átmeneti módja

-

UCTE szintű hiány kezelése

A fenti eltérő okok alapján történő beavatkozásoknál a fogyasztásbefolyásolási eszközök eltérőek, de azonosak is lehetnek. A következőkben a rendszerirányítói szempontokat vesszük figyelembe.

6.3.2 Fogyasztói csoportok dinamikus képzése Az 6.2.1 - 6.2.3 fejezetekben bemutatott fogyasztás-befolyásolási lehetőségek alapvetően vezérlés jellegűek, mivel az egyirányú kapcsolat miatt nincs közvetlen visszajelzés,

visszacsatolás.

A

beavatkozás

eredményéről/hatásosságáról

csak

közvetetten, például az összesített fogyasztás változásából tudunk következtetni. Ez nem csak akkor jelenthet problémát, ha valamilyen szabályozást (pl. célértékre, vagy

74


maximum limitre, stb.) szeretnénk megvalósítani, hanem vezérlések esetén is, mivel nincs információnk a ki/bekapcsolandó fogyasztó állapotáról. A ki/bekapcsoláson alapuló fogyasztói befolyásoló rendszerek esetén igen nagy hibát okozhat, hogy pontosan nem lehet tudni, hogy a kikapcsolandó fogyasztó (vagy fogyasztói kör) a kikapcsolási parancs kiadásakor be van-e kapcsolva, illetve pontosan mennyi a fogyasztása, és így mennyivel fog változni a teljes terhelés. A jövőbeli fejlesztések során javasolt előnyben részesíteni azokat a fogyasztásbefolyásoló megoldásokat, melyek kétirányú kapcsolatot tesznek lehetővé (6.2.4 és 6.2.5 fejezetek), mivel így státusz

és fogyasztási információkat is kaphatunk a

ki/bekapcsolni kívánt fogyasztói körről. Ilyen kapcsolat esetén arra is lehetőség nyílik, hogy az egyes fogyasztóktól (fogyasztási helyekről) származó információk birtokában dinamikusan, a mindenkori igényeknek megfelelően lehessen különböző fogyasztói csoportokat létrehozni. Ezzel a módszerrel így nem csak a kívánt ki/bekapcsolandó fogyasztói teljesítmény alapján képezhetünk csoportokat, hanem figyelembe vehetjük azok

pillanatnyi

rendelkezésre

állását,

karakterisztikáját,

és

a

terhelés

megszakíthatóságának időtartamát.

6.3.3 Vezérlési hierarchia kialakítása A direkt fogyasztói befolyásolás hierarchiájának kialakítása nem egyszerű feladat, mivel a különböző piaci szereplők gyakran ellenérdekeltek, amit tovább nehezít a nyáron bekövetkező teljes piacnyitás és a közüzem megszűnése.

6.3.3.1 Üzemzavari beavatkozás Az üzemzavari korlátozással kapcsolatos fogyasztói befolyásolást végző rendszer kialakításának mindenképp olyannak kell lennie, hogy a rendszerirányító dönthessen a szükséges beavatkozásról (és annak mértékéről). Ezért fontos, hogy ennek a rendszernek a működtetése a MAVIR a kezében legyen.

6.3.3.2 Normál üzemi beavatkozás A normál üzem során alkalmazható fogyasztói befolyásolásra alkalmas rendszereknek (figyelembe véve a teljes piacnyitásnak megfelelő elvárásokat) nyíltnak kell lenniük, és lehetővé kell tegyék, hogy minden olyan piaci szereplő, aki közvetlenül fogyasztókat lát

75


el villamosenegiával (kereskedők, ESCO-k, stb.) élhessen ezzel a lehetőséggel. (Az 6.2.3.1 és az 6.2.3.2 fejezetek részletes javaslatokat tettek a HKV és RKV rendszer át/kialakítására.) Ennek lényege, hogy olyan struktúrát kell létrehozni, hogy: •

a fogyasztók egyedi címzéssel megszólíthatók legyenek

•

a fogyasztókat egy központi helyen csoportokba lehessen sorolni, mely később egyszerűen megváltoztatható legyen az egyedi címzés alapján

•

minden olyan piaci szereplőhöz tartozzon legalább egy fogyasztói csoport, aki közvetlenül fogyasztókat lát el

•

a fogyasztói csoport, illetve a csoporton belül az egyes fogyasztók ki/bekapcsolását a csoportot felügyelő piaci szereplő a saját portfoliójának (és a ki/bekapcsolandó

fogyasztók

karakterisztikájának,

és

minimum

előírt

üzemidejének) megfelelően végezhesse. •

garantált legyen a minimum bekapcsolási időtartam

•

a rendszerirányítónak legyen olyan jogosítványa, hogy rendszerérdekből esetenként megtilthassa a fogyasztói csoportok ki/bekapcsolását

•

a

rendszerirányító

dinamikusan

megadhassa,

hogy

melyek

azok

az

időintervallumok, melyekben engedélyezi, illetve megtiltja a ki-, vagy a bekapcsolás

6.3.4 Központi konzol(ok) kialakítása Az országos DSM koncepció meghatározása után lehet kialakítani a DSM vezérlési struktúrát. Ez célszerűen illeszkedik a hierarchikus villamosenergia-rendszer irányítási sémába. Az egyes pozíciókban az oda rendelt funkciók szerint szükséges a SCADA rendszerhez való megfelelő csatolást és az MMI felületet elkészíteni. Az alábbi ábra egy elvi koncepciót mutat be, amely feltehetően illeszkedik a közeljövő villamosenergiaellátási struktúráihoz.

76


UCTE

TSO

kooperáció

Nagy erőművek

OVIT ÁLL.

KDSZ

KDSZ

Kis erőművek 120/KÖF Tráll.

ÜIK

KDSZ

Ipari fogy. 120/KÖF Tráll.

ÜIK

ÜIK

120/KÖF Tráll.

ÜIK

ÜIK Mérlegkörfelelős

DG erőművek KÖF/kisf. Trf.

KÖF/kisf. Trf.

KÖF/kisf. Trf.

KÖF/kisf. Trf.

Fogyasztó Fogyasztó

Mikrotermelő

Fogyasztó

Fogyasztó

Mikrotermelő

Fogyasztó

Fogyasztó Mikrotermelő Fogyasztó

Mikrogrid jellegű együttműködés

32. ábra A DSM beavatkozást kezdeményező funkciók elhelyezkedése

77


Hangsúlyozzuk, hogy a DSM funkcionalitás nem egy független és párhuzamos SCADA rendszer kiépítéssel valósítandó meg, hanem a meglévő rendszerbe szorosan integrálva, figyelembe véve a: -

Jogszabályi környezetet

-

Tulajdonviszonyokat

-

Rendszerirányítási érdekeket

-

Energiakereskedelmi szerződéseket

-

Fogyasztói szabadságot, stb.

6.3.5 HW/SW igények A fogyasztás befolyásolásának alapvető feltétele, hogy rendelkezésre álljon on-line információ a fogyasztásról, valamint legyen lehetőség a fogyasztást csökkentő/növelő parancs/jelzés elküldésére a fogyasztóhoz. Ehhez az szükséges, hogy valamilyen (egy, vagy kétirányú), speciálisan az energiaellátás céljait szolgáló kommunikációs rendszer legyen kiépítve. Ez a kommunikációs rendszer különféle hardver és szoftver elemekből áll. A következőkben néhány ilyen kommunikációs megoldást mutatunk be: -

Egyirányú megoldások o A jelenlegi HKV rendszer fizikai eszközbázisa szinte az egész országra kiterjed, feltehetően évtizedes távlatban üzemelni fog. o A HKV-t váltó RKV eszközök folyamatosan veszik át a HKV szerepét, a megoldás tipizálása folyamatban van. o URH háló

-

Az új típusú kétirányú fogyasztói kommunikációra több megoldás létezik: o Telefon modemes adatkapcsolat (mérések távlekérdezésére használják) o GSM alapú kommunikáció (mérések távlekérdezésére használják) o GPRS alapú kommunikáció (SCADA rendszerekhez használják) o Elvi megoldás a szélessávú internet, a fogyasztók jelentős százalékánál kiépítették már egyéb célból, de ezt még erre a célra nem tipizálták. Ez lehet ADSL, kábeles, vagy kár Power Line Carrier megoldás is.

78


A fentiekből látni, hogy a kommunikációs technológiai lehetőségek messze lefedik a felmerült energetikai igényeket, tehát a rendszerirányítónak, a piacszervezőnek, az áramszolgáltatóknak és a törvényhozásnak kell az új üzleti modellt lefektetni.

6.3.6 Néhány fogyasztói megoldás Az elektronika és a kommunikációs gyors fejlődése lehetővé tette, hogy olyan eszközökkel egészítsük ki a villamosenergia-fogyasztó berendezéseket, melyek folyamatosan figyelik a hálózat bizonyos jellemzőit (pl.: frekvencia, feszültség, vagy ezek változása) és ha ezek jobban eltérnek a normális értékektől, mint az előre beállított határértékek, akkor bizonyos időre (5-10 perc, esetleg fél-egy óra) lekapcsolják a fogyasztót. Ez a megoldás természetesen nem normál üzemben, hanem valamilyen hálózati esemény (hiba) esetén lehet hasznos. Egy ilyen lehetőségre mutat példát a következő fejezet. Nagyobb üzemek, intézmények esetén olyan energia-/teljesítmény-gazdálkodó rendszer használatára is lehetőség van, amely figyelembe véve a helyi sajátosságokat és fogyasztói paramétereket, olyan beavatkozásokra képes (fogyasztók ki/be kapcsolása, szabályozók alapjelének állítása), hogy adott időszakokban a vételezett teljesítményt (vagy energiát) egy előre meghatározott szint alatt tartsa. Erre mutat példát a 6.3.6.2. fejezet.

6.3.6.1 Smart Controller Piaci termék már az a kis készülék, amely hálózati energiaminőségi jelek alapján néhány percre lekapcsolja a hálózatról pl. a hűtőgépet, ezáltal is segítve a feltehetően túlterhelt hálózat talpon maradását. 100 W átlagos kikapcsolt teljesítménnyel számolva 1 millió smart controller kiválthat 100 MW csúcserőművi kapacitásbővítést!

33. ábra Smart controller

79


A fenti terméket „GridWise chip” a Pacific Nortwest National Laboratory az USA észak-nyugati részén tesztelik. Az egyik alkalmazás, amikor a hőszivattyús fűtések és a ruhaszárító berendezések rövid időre automatikusan csökkentett teljesítménnyel üzemelnek, míg a második esetben az on-line tarifát kijelző készülék alkalmazásával a fogyasztók önként korlátozzák a fogyasztásukat. A teszt során a mintegy 200 fogyasztó az 500 kW +/- 100 kW-os fogyasztását mintegy 200 kW-al fogta vissza. A csökkentés nem csak a csúcsra, hanem az energiamennyiségre is vonatkozott.30

6.3.6.2 E-max Illusztrációként említünk egy áruházi E-max teljesítménygazdálkodó modult, mely folyamatosan figyeli az áruház által felvett teljesítményt, és úgy ütemezi a szükséges technológiai/gépészeti beavatkozásokat (folyadék hűtő lekapcsolása), hogy a hálózatból felvett teljesítmény lehetőség szerint ne haladjon meg egy előre beállított értéket, pl. ez jelenleg 2500kW. Ez az alkalmazás hazánkban már széleskörűen elterjedt (ld. következő kép). A képen látható képernyőkét azt mutatja, hogy az előre lekötött villamosenergia vételezési menetrendhez képest (jobboldali sárga függőleges vonal) a ténylegesen vételezett villamosenergia mennyisége (negyedórás értékek, piros téglalapok) mennyire közelítik meg a lekötést s A felügyeletet a Siemens Building Technologies DESIGO INSIGHT rendszere végzi. Ez egy modul rendszerű, autonóm rendszer, amely többféle szabványos kommunikációs protokoll (LON, PROFIBUS, ETHERNET TCP/IP) segítségével végzi az adatgyűjtést és a beavatkozást. A rendszerben a szokásos SCADA funkciókon (adatgyűjtés, vezérlés, archiválás, megjelenítés, trendképzés, stb.) kívül megtalálhatók a különböző gépészeti szabályzások, valamint az energiagazdálkodást segítő „E-max” teljesítménygazdálkodó modul. A felügyeleti rendszer által lefedett területek, amelyekre az E-max funkció is hatással van, általában valamilyen „termikus” rendszer a nagy hőtehetetlenség miatt:

30

•

Fűtési rendszer

•

Roof-topok

•

Hűtési rendszer

•

Légkezelők

Power Engineering Magazine: Smart Technology brings power to the people; December,2006

80


34. ábra E-max képernyő

Magyarázat: A piros színű vízszintes oszlopok a fogyasztó egyes negyedórákban mért átlagteljesítményeit mutatják (felül a legrégebbi, alul az aktuális). A jobb oldali sárga függőleges vonal mutatja a lekötött maximális teljesítményt, amit nem szabad túllépni. Ha a mért átlagteljesítmény a beállított maximum közelébe kerül a rendszer riasztást ad, lehetőséget teremtve a kezelői beavatkozásra. Amennyiben az átlagteljesítmény továbbra sem csökken, a rendszer automatikusan kikapcsol néhány fogyasztót, hogy csökkentse a teljesítmény felvételt. A rendszer által kikapcsolható fogyasztókról előzetesen egy listát kell összeállítani, megadva a kikapcsolás sorrendjét, a kikapcsolt teljesítményt, valamint azt, hogy az adott fogyasztó mennyi ideig lehet kikapcsolva. Egy jövőben megvalósítandó MAVIR központi DSM konzol célszerűen együtt tudna működni az ilyen és ehhez hasonló épületfelügyeleti rendszerekkel.

6.3.7 A DSM hatás megbízhatósága Az egyes DSM eszköz hatását befolyásolja az adatátviteli út megbízhatósága, de a pontosan nem ismert pillanatnyilag kikapcsolható fogyasztás tényleges nagysága, illetve a potenciálisan bekapcsolható terhelés. Mindehhez hozzájárul az üzemállapot is, azaz normál üzemi állapotban vagyunk-e, vagy alert állapotban, amikor a kommunikációs utak is sérülhettek. A becsült DSM hatást a következő táblázatban foglaljuk össze:

81


Eszköz

adatátvitel megbízhatósága %

FTK, FKA HKV RKV IP, internet kétirányú kommunikáció

98 99 99 85

a kapcsolt fogyasztás pillanatnyi nagyságának ismerete % 60 70 75 95

eredő megbízhatóság %

59 69 74 81

3. Táblázat A becsült DSM hatás különböző eszközök esetén

7 Elosztott termelés 7.1 Az elosztott termelés, és a Microgrid A Microgrid koncepció az energiarendszerek evolúciójának eredményeként jött létre. A hagyományos rendszerben a néhány (központi) nagy erőmű termelte a villamos energiát, melyet átviteli (nagyfeszültségű) és elosztó (középfeszültségű) hálózaton keresztül juttattak el a fogyasztók közelébe, míg a kisfogyasztók kiszolgálására pedig kisfeszültségű hálózatot létesítettek. Ez a megoldás egyszerű műszaki megoldást és emellett áttekinthető központi rendszerirányítást eredményezett, mivel a fogyasztás termelés egyensúlya maximum néhányszor tíz erőmű szabályozásával egyszerűen megoldható volt. Ezekben a nagyerőművekben a villamosenergia előállítási hatásfoka kb. 35-40% körüli (amennyiben a hulladékhőt nem tudják hasznosítani). Az 1990-es években megjelent egy új fogalom, az elosztott termelés (Distributed Generation - DG) melynek lényege, hogy a villamosenergia-rendszerben a nagy erőművek mellett egyre több néhány MW-os, vagy néhányszor 10 MW-os kiserőmű is bekapcsolódik a termelésbe. Ezek jellemzően gázmotoros CHP erőművek voltak, de emellett kis vízerőművek és szélerőművek is épültek. Míg a kis víz és szélerőművek a földrajzilag és meteorológiailag optimális helyszínre települtek, addig a CHP erőművek valamilyen lokális hőigény kielégítésére, a termikus energia felhasználási helyéhez közel épültek fel. Ezek alapján könnyen belátható, hogy az így felépült kiserőművek földrajzi elhelyezkedése egyáltalán nem vette figyelembe a villamosenergia hálózat kiépítettségét, és üzemirányítási rendszerét. Amíg csak néhány darab ilyen erőmű

82


üzemelt, a villamosenergia rendszer működésének és irányításának szempontjából ez nem jelentett semmilyen problémát, azonban tömeges megjelenésük – az alapvetően nem az elosztott termelésre berendezkedett energiarendszerben – nehézségekhez vezetett. Erről a 4.3. fejezet tartalmaz részletes ismertetést. 5-10 éve kezdődött el az a folyamat, melynek eredményeként egyre szélesebb körben kezdték el vizsgálni a villamos és hőenergia igények helyi kielégítésének és együttes kezelésének lehetőségét. Ennek eredményeként jött létre a Microgrid fogalma. A Microgrid a kis-, vagy középfeszültségű hálózatnak egy olyan jól körülhatárolható része, amely fogyasztókból, és legalább két villamosenergia termelő egységből áll. A Microgrid alapvetően a villamosenergia hálózattal szinkron üzemel, de saját szabályozása/vezérlése révén arra is képes, hogy hosszabb-rövidebb ideig önellátó módon, a hálózat többi részétől (teljesen, vagy részlegesen) leválva, szigetüzemként is üzemeljen. A Microgridek beépített villamos teljesítménye általában néhány 10 MW körüli és önálló U/Q és P/f31 szabályozásra is képesek. Ennek eredményeként, szinkron üzemben a hálózat felé mint menetrend-tartó fogyasztók jelennek meg. Az egyik Microgrid-del foglalkozó szakértő véleménye szerint: „az egész városokat, tartományokat ellátó gigantikus erőművek kora lejárt, és ezeket a monstrumokat kicsi, tiszta és jó hatásfokú kombinált energiaellátó rendszerekre kell cserélni, melyek csak egy-egy falut, üzemet vagy egyetemi épületcsoportot látnak el. Az utóbbi időkben egyre népszerűbb szélerőművek és napelemek vagy geotermikus hőforrások is csak ilyen kis, speciálisan tervezett rendszerekbe integrálhatók.” Emellett további előnyként említik az igen magas hatásfokot: „A fogyasztók közvetlen közelében termelt villamosenergiát ráadásul nem kell elvezetni, így a kisebb veszteségek miatt a hatásfok 35-40 %-ról akár 80 %-ra növelhető. Mindennek ára van, mert az eddiginél sokkal kifinomultabb vezérlőrendszerekre, számítógépes hálózatra van szükség.”

31

A villamosenergia-rendszer (kicsiben és nagyban) üzemeltetéséhez meg kell oldani a feszültség-meddő (U/Q) szabályozást, illetve a teljesítmény-frekvencia egyensúly (P/f) szabályozást.

83


7.1.1 Microgrid struktúrák A következő fejezetekben néhány Microgrid struktúrát mutatunk be melyek az egyes termelők és fogyasztók intergráltsági fokában, valamint azok fizikai elhelyezkedésében térnek el egymástól.

7.1.1.1 SGRID Fizikailag lehatárolt klasszikus microgrid Jellemzői: •

Izolált/izolálható hurkolt hálózatrész

•


•

Csak a belső termelési többlet/hiány folyik a 120kV-os elosztó hálózaton

•

Minimális belső koordináció

•

Középfeszültségű Microgrid hálózat

•

Lehetséges belső tarifa rendszer

7.1.1.2 MGRID Fizikailag lehatárolt microgrid belső koordinációval Jellemzői: •

Izolált/izolálható hurkolt hálózatrész

•


•

Minimális a belső termelési többlet/hiány

•

Jelentős a belső koordináció, kifelé pontos menetrendet ad

•

Együttműködés az elosztó hálózat irányítóval

•

A hő- és villamosenergia termelés és fogyasztás együttes kezelése

•

Középfeszültségű és kisfeszültségű Microgrid hálózat

•

Lehetséges belső tarifa rendszer

7.1.1.3 VGRID Fizikailag nem lehatárolt, saját hálózattal nem rendelkező virtuális Microgrid

84


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

•


•

Kifelé mérlegköri elszámolással, menetrendadással, míg befelé terhelés és termelésbefolyásolással működik

•

Középfeszültségű és nagyfeszültségű hálózatot használja

•

Részben független tarifa rendszer

85


SGRID

Távfűtés tüzelőanyag cella

Kórház Kis fogyasztók

Inverter

Hálózati kapcsolat Hő Alállomás 120 kV-os elosztó hálózat

Szél

Szolgáltatói PV

Kis üzem

Gen Gázmotor

Megszakító vezérlés sziget-/ párhuzamosüzem móddal

Kis üzem

Irodaház Gen

Tárolás

Fogyasztói PV

Hő

Gázmotor

35. ábra Az SGRID struktúra sematikus rajza

86

Hő


MGRID

Távfűtés tüzelőanyag cella

Kórház Kis fogyasztók

Inverter

Hálózati kapcsolat Hő Alállomás 120 kV-os elosztó hálózat Elosztóhálózati üzemirányító felé

Szél

Szolgáltatói PV

Kis üzem

Gen Gázmotor

Megszakító vezérlés sziget-/ párhuzamosüzem móddal

Kis üzem

Irodaház

Microgrid központi vezérlő (koordinálja a termelést, a terhelést, a hőenergia termelést és igényeket, a villamosenergia minőségi paramétereit és a védelmek működését

Gen

Tárolás

Fogyasztói PV

Hő

Gázmotor

36. ábra Az MGRID struktúra sematikus rajza

87

Hő

Kommunikáció és vezérlés


VGRID 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

Microgrid központi vezérlő (koordinálja a termelést, a terhelést, a hőenergia termelést és igényeket

Gen

Tárolás

Fogyasztói PV

Hő

Gázmotor

37. ábra A VGRID struktúra sematikus rajza

88

Hő



7.1.2 Microgrid vezérlés, üzemvitel és kommunikáció A microgridekben alkalmazott készülékeket (termelő egységek, villlamosenergia tárolók, inverterek) a 11.3 fejezetben ismertetjük. Amint azt említettük, a Microgridek kiépítése az eddiginél sokkal kifinomultabb vezérlőrendszert és számítógépes hálózatot igényel. A Microgrid struktúrája és üzemvitele számos olyan elosztott funkció kifejlesztését, és megvalósítását igényli, melyeket a hagyományos villamosenergia rendszerben központilag végeztek (pl. teherelosztás, teljesítmény- és feszültségszabályozás). A Microgrid vezérlési és üzemviteli feladatai a következő három csoportba sorolhatók: •

Termelés vezérlés: A termelő egységekhez csatlakozó teljesítmény és feszültség szabályozó, amely gyors válaszidővel reagál a hálózati zavarokra és a terhelés változásra. Ezeknek a vezérlő egységeknek autonóm módon kell üzemelniük, hogy ha meghibásodik az összeköttetés az energia menedzsment rendszerrel, akkor is üzemképesek maradjanak.

•

Energia menedzsment: Ez a rendszer végzi a Microgrid üzemvitelét azáltal, hogy a termelésvezérlők felé továbbítja a kiszámított teljesítmény és feszültség alapjelet/célértéket. Ennek a funkciónak a válaszideje perces nagyságrendű.

•

Védelem: Ez a Microgrid védelmi rendszere. A termelőegységek általában valamilyen teljesítményelektronikai (pl. inverter) berendezésen keresztül csatlakoznak a Microgridhez. A védelmi rendszer feladata az egyes berendezések, vagy hálózatrészek leválasztása, átkapcsolása, illetve a csatlakozó inverterek működésének befolyásolása a hiba / zavar mértékétől és típusától függően.

7.1.2.1 Termelés/fogyasztás vezérlés A Microgrid működésének az alapja a vezérlő, amely: •

a hálózat általa felügyelt részén (ágán) attól függően szabályozza a teljesítményáramlást, hogy hogyan változik az ottani fogyasztók terhelése.

•

attól függően szabályozza a termelőegységek kapocsfeszültségét, hogy hogyan változik a fogyasztók terhelése

89


•

és biztosítja, hogy minden termelő egység gyorsan felvegye a terhelés rá eső részét szigetüzem bekövetkezésekor.

•

egy előre tervezhető menetrend közelítő betartása végett lokális (griden belüli) fogyasztásvezérlést hajt végre

A felsorolt funkciókat kiegészíti a termelésvezérlő azon képessége, hogy a Microgridet üzemszerűen tápláló (nagy, vagy középfeszültségű) hálózat üzemzavara esetén a szigetüzemre való áttérést automatikusan elvégzi, úgy, hogy az a Microgrid üzemvitelében semmilyen fennakadást ne okozzon, valamint az üzemzavar megszűnése után automatikusan visszakapcsolódik a hálózatra (szinkronozás). További fontos tulajdonsága a termelésvezérlőnek, hogy válaszideje milliszekundumos nagyságrendű, és a termelő egység vezérléséhez nem központilag, hanem a felszerelési helyének közelében mért feszültség és áramértékeket használja, így gyorsan tud reagálni az adott hálózatrészen történt változásokra. Ebből következik, hogy nem szükséges gyors kommunikációs útvonal kiépítése az egyes termelő egységek között a Microgrid üzemeltetéséhez, mivel minden inverter előre meghatározott jelleggörbe alapján tud beavatkozni terhelés változás esetén (autonóm működés). Ez a megoldás biztosítja a termelő egységek „plug and play” képességét – vagyis úgy lehet a rendszerhez további termelő egységeket csatlakoztatni, hogy nem kell megváltoztatni a már előzőleg telepített egységek vezérlését és védelmi rendszerét. A Microgrid egyik igen fontos tulajdonsága, hogy szigetüzemben is képes működni. Ennek feltétele, hogy a termelő berendezések képesek legyenek P(f) és U(Q) szabályozásra.

Ezek

a

szabályozási

karakterisztikák

lényegében

azonosak

a

„hagyományosan”, nagy erőművekben alkalmazott karakterisztikákkal.

7.1.2.2 Energia menedzsment Az energia menedzsment rendszer feladata a Microgrid üzemirányítása oly módon, hogy kiszámítja a teljesítmény és feszültség alapjeleket, és azokat továbbítja a termelésvezérlők felé. Az aktuális P és U alapjelek szétosztása többféle szempont figyelembe vételével történhet: •

Biztosítani kell, hogy a termelők kielégítsék a mindenkori hő és villamosenergia igényeket 90


•

Biztosítani kell, hogy a Microgrid üzemvitele a műszaki paraméterek tekintetében megfeleljen az áramszolgáltatóval kötött hálózat csatlakozási és hálózat használati szerződésben foglaltaknak, valamint a Microgrid betartsa a leadott menetrendet.

•

Lehetőleg minimalizálni kell a kibocsátást és/vagy a veszteségeket

•

Lehetőleg maximalizálni kell a termelő egységek üzemi hatásfokát

A fentiekben felsorolt feladatok alapján a Microgrid energia menedzsment rendszere úgy működik, mint egy „mini rendszerirányító”. A Microgrid energia menedzsmentjét ellátó szoftver lehetséges megvalósításának folyamatábrájára példák találhatók a microgrids.power.ece.ntua.gr web címen.

7.1.2.3 Védelem A védelmi rendszernek egyaránt reagálnia kell a Microgrid, valamint az üzemszerűen azt tápláló (nagy, vagy középfeszültségű) hálózat zavaraira, hibáira. Ha az elosztó hálózaton valamilyen hiba történik, akkor a védelmi berendezések feladata, hogy a Microgrid azon részét, melyen érzékeny terhelések vannak a lehető leggyorsabban leválassza a hálózatról és a termelésvezérlő rendszer segítségével gondoskodjon a kritikus fogyasztók folyamatos ellátásáról. Ez a megoldás igen hasonló a szünetmentes áramforrások működési módjához. Az, hogy a hálózatrész leválása és önálló ellátásának biztosítása milyen gyorsan történjen, mindig adott fogyasztói csoporttól függ. Ezért célszerű az egyes fogyasztókat típusonként (fontosság, és hibatűrő képesség/érzékenység szerint) külön hálózatrészre csatlakoztatni. Bizonyos esetekben (a fogyasztók típusától függően) elegendő lehet a feszültség letörések kompenzálása, és nem szükséges az elosztó hálózatról történő leválás. Ha a Microgriden belül történik valamilyen hiba, akkor a védelmi rendszer feladata az, hogy

szelektíven,

a

lehető

legkisebb

hálózatrészt

kapcsolja

ki

a

hiba

elhárításáig/megszűnéséig. A Microgrid inerciája nagyságrendekkel kisebb az országos hálózatnál, így a védelmeknek/szabályozásnak külön figyelmet kell szentelnie a feszültség, stabilitás (és sziget üzem esetén a P/f) alakulásának is. 91


7.1.2.4 Kommunikációs szabványok A Microgridek rendszerbe illesztésével foglalkozó előírásokat az IEEE SCC21 munkacsoportjának P1547.X szabványsorozata tartalmazza. Bár ezek a szabványok alapvetően az elosztott termelés villamosenergia rendszerbe történő integrálásáról szólnak és szó szerint nem említik a Microgrid kifejezést, azonban értelem szerűen erre is alkalmazhatók, amennyiben a Microgridet egy 10 MW alatti elosztott termelő egységnek fogjuk fel.

7.2 A microgrid struktúrák alkalmazásának lehetőségei ma Magyarországon A hazai adottságok és lehetőségek középtávú kihasználásában a jelen hálózati, termelői eszközrendszerből, illetve fogyasztói struktúrából indulunk ki. A villamosítás által lefedett fogyasztói terület nagysága, az ellátás sűrűsége nem igényli, illetve nem teszi lehetővé a teljesen szabad, független hálózatok kiépítését. Erre esetleg a lakóparkok építésénél van/lenne mód, de a lakópark építési tendencia is változhat a közeljövőben. Keressük azokat a megoldásokat, melyek a lokális-szinergikus hatások kiaknázásával javítják az energia ellátás fenntarthatóságát, csökkentik a gáz felhasználást.

7.2.1 Eszközök,

amelyek

részt

vehetnek

az

új

típusú

együttműködésben A következőkben a hazai energiarendszerben meglévő, a microgidekben felhasználható berendezéseket soroljuk fel. Fontos látni, hogy ezek az egységek kb. 2 nagyságrenddel kisebb

egységteljesítményűek,

mint

az

alaperőművekben

használt

blokkok

teljesítménye. •


A hazai energetika mostoha gyermeke a több száz gázmotor, amely több előnnyel bír, és részben emiatt is volt kedvező a befektetési klíma: elosztott termelés, jó kogenerációs hatásfok. Sajnos több hátrányos tulajdonság is felróható a jelenlegi gyakorlatnak: gázfogyasztás, zsinórtermelés, kétséges hőfelhasználás. Tulajdonképpen mindhárom hátrányos tulajdonság részben vagy egészében eliminálható a megfelelő törvényi- és 92


műszaki szabályozással. A microgrid az a lépték, ahol néhány gázmotor partnerként és hasznosan tud együttműködni a többi kisléptékű energiatermelő eszközzel •

Szélerőművek (0,6-2 MW)

A gázmotorokhoz hasonló a szélerőművek helyzete. Amennyiben a beruházási költséget a befektető állja, akkor csak a nehezen tervezhető termelés és a magas átvételi ár az, ami hátrányosan érinti a rendszert. A microgrides léptékrendszerbe jól illeszkedik néhány, együttműködő szélgenerátor •


A küszöbön áll, és a jelenlegi adminisztratív nehézségek ellenére indokolt a kis egységteljesítményű

bioerőművek

hazai

terjedése.

Ezek

létjogosultságát

az

energiatermelésen túl a mezőgazdasági munkaerő-, terület-, és hulladékok hasznosítása is indokolja. Ezek az erőművek jól szabályozhatóak. •


Hazánk nem gazdag nagy esésű folyókban. A már meglévő, illetve tervezett kis- és mikro erőművek teljesítménye elvész az országos szaldóban. Ezzel szemben szerepük felértékelődhet a „finom, odafigyelő, mikro” szabályozásban. •

„Intelligens” fogyasztók

A menetrendet nem adó fogyasztás gyakorlatilag minden tudatosság nélkül, véletlenszerűen fogyaszt. (Természetesen az összfogyasztás statisztikai módszerekkel jól becsülhető.) A fentiek miatt az energia-, illetve energiarendszer tudatos fogyasztók köre még jelentősen bővíthető. Az intelligencia több szinten megvalósítható, mint pl. háztartási fogyasztás (és termelés) ütemezése, dinamikus tarifa használata, fogyasztók egy csoportjának távkapcsolhatóvá tétele, stb. •

HKV, RKV ill. IP alapú vezérelt fogyasztók

A jelenlegi körvezérlési rendszerek logikája egy valószínűsíthető, de nem pontosan ismert fogyasztói kör viszonylag kevés csoportban történő durva ki-/bekapcsolása. Az újabb rendszerek (RKV, ill. IP alapú adattovábbítás) már lehetővé teszik a teljesen individuális címzést és kommunikációt, azaz nem csak területi, hanem pl. technológiai

93


csoportokat is címezhetünk. A címzés elosztott termelő eszközöket is kapcsolhat (pl. mikroturbinák) •

Lakóparkok(200-600 kW)

A mai életforma egyik jellegzetessége, hogy a fejlettebb/fejlődő országokban u.n. lakóparkokat hoznak létre. Ezek az egyszerre kiépülő, nagyobb fogyasztást egyszerre beléptető formációk lehetőséget teremtenek arra, hogy kialakításukkor figyelemmel legyenek

az

energiarendszer

szintű

igényekre

is.

Az

épületfelügyeleti

és

energiagazdálkodó rendszerek kiegészíthetőek on-line energia-, ill. energiarendszer szempontú managementtel is. •


Az előző kategóriához hasonló a nagyobb kereskedelmi létesítmények üzemeltetése. Itt szóba jöhet a gázmotorok, hűtőházak és mikroturbinák vezérlése. •

Mikroturbinák (10-30 kW)

Piacon már kapható, és feltehetően terjed majd az a kisteljesítményű gázturbina, amely hő- és villamosenergiát egyaránt termelni képes. A hőfogyasztás elaszticitása miatt a villamosenergia termelés ütemezhető. •

mikroSZET (kisméretű szivattyús energiatározás – 50 kW-5 MW)

Sajnos a hazai energiaipar jellegzetessége, hogy csak nagy egységteljesítmények létesítésében tud gondolkozni, azaz legtöbbször koncentrált, nagy környezeti átalakítással járó beruházásokban. Az ehhez kapcsolódó társadalmi ellenállás számottevő. A privatizált energiaszektorban támogatandó a kisebb méretű, de energiatárolásra alkalmas létesítmények építése, mint pl. a kisebb méretű szivattyús energiatározó. Bár mind a létesítési, mind az üzemeltetési gazdaságossága kisebb a nagy egységteljesítményű társainál, mégis ez a hazai domborzati viszonyok mellett is kitörés lehet a csak „nagyot, vagy semmit” patthelyzetből. A kisebb tározó méretei miatt is jól illeszkedhet a microgrid-be.

94


•

Hőszivattyú(2-10 kW)

Napjainkban terjed a villamos energiával működő, a befektetett villamos energia néhányszorosát hő formájában a környezetből kinyerő készülék. Ezeknek az üzeme megfelelő intelligencia alkalmazásával programozható, vezérelhető, azaz egy a rendszerirányítás szempontjából kedvező fogyasztóval állunk szemben. •

Napkollektor (10-50 kW)

A napkollektorok már ma is a legrentábilisabb, kis léptékű alternatív energiaforrást jelentik a háztartások számára. Felhasználásuk egy komplex villamos- és energiagridben mindenképp indokolt, most a tiszta hő szempontokat NEM vizsgáljuk. •

Napelem(1-10 kW)

•

Tüzelőanyag cella (1-30 kW)

•

Hidrogén formában energiatárolás (10-50 kW)

Ezen eszközök már piacon kaphatók, de a következő évtizedben az ezeknél egy nagyságrenddel olcsóbb eszközök integrálásán van a sor. Az árak csökkenésével, új hálózatirányítási stratégiákkal már lehet realitása a microgrid-beli alkalmazásnak. A Microgrid rendszerekben alkalmazott eszközökről a 11.3 fejezetben található további részletes információ.

7.2.2 Virtuális erőmű

7.2.2.1 Árverés, aukció A virtuális erőmű elnevezést egyre gyakrabban lehet hallani, elsősorban árverésekkel és kapacitás aukciókkal kapcsolatban. Ez egy olyan aukciós termék, ahol nem nevesítik az energia forrását, csak a menetrendjét s egyéb kondícióit. Az MVM kapacitás aukciójának szabályzata értelmében a virtuális erőmű definíciója a következő: „A Kiíró portfolió-elemeiből képzett erőmű, amelyből értékesített villamos energia

mennyisége

megegyezik

az

Árverési

Szekciókban

felajánlott

mennyiséggel (MWh), kapacitása (MW) pedig egyenlő ezen mennyiség és az ajánlati időtartam (óra) hányadosával. A Virtuális Erőmű és a meghirdetésre

95


kerülő kapacitás, energiamennyiség és Kiinduló Árak pontos meghatározása a Kiíró diszkrecionális joga, amit az Árverésen hoz nyilvánosságra.” A virtuális erőmű fogalmát hasonló értelemben az EdF, E.ON és RWE is használja.

7.2.2.2 Üzemanyag cella A virtuális erőmű kifejezést az üzemanyag cellákkal kapcsolatban is alkalmazzák: “A

virtuális

üzemanyag-cellás

erőmű

olyan

decentralizált,

lakossági,

kisteljesítményű kogenerációs üzemanyag cellák halmaza, melyeket kisebb társasházakba, kisebb vállalatokhoz, közintézményekhez telepítettek az egyedi fűtési, hűtési és villamosenergia termelési igények kielégítéséhez. Ezen egységeket központilag vezérelve és a hálózatra csatlakoztatva - mint a virtuális erőmű egyes elemei - vesznek részt a kisfeszültségű (vagy elosztó) hálózat csúcsidei energiaigényének kielégítésében, és ezáltal virtuális erőműként működik.”

7.2.2.3 Általános értelmezés Az előző pontok alapján virtuális erőműnek tekinthetők az olyan hálózatra csatlakozó kiserőművek, elosztott termelő berendezések, kihasználatlan termelő kapacitások halmaza, melyet valamilyen központi vezérlés, szabályozás, vagy aukció folytán látszólag egy erőműnek lehet tekinteni. Fontos, hogy lehetőleg előre meg lehessen adni a virtuális erőmű teljesítőképességét (kapacitását – kW, MW) és adott időszakra vonatkozó energiatermelő képességét (kWh, MWh). Törekedni kell arra, hogy a virtuális erőmű termelése menetrendezhető legyen, hogy ezzel segítse a rendszerirányító munkáját. Technikailag az is megoldható, hogy a virtuális erőmű a hálózat adott pontjain feszültség szabályozást végezzen, illetve, hogy (forgó) tartalékként is igénybe lehessen venni. A virtuális erőmű ezen általános értelmezésén alapul a következő fejezetben bemutatott szélerőmű és gázmotor együttműködés lehetősége, valamint a virtuális Microgrid.

7.2.2.4 „Pénzügyi erőmű” Az előző absztrakciót tovább gondolva, ha erőműnek nevezzük azt a jelenséget, hogy amikor teljesítménybetáplálásra van szükség, akkor valaki termel a hálózatra (illetve

96


nem fogyaszt) és fordítva, szükség esetén csökkenti a betáplálást, vagy növeli a fogyasztást, akkor eljutunk a „virtuális pénzügyi erőműhöz”. Ezek jelentik mindazokat az eszközöket, amelyek közvetett financiális ráhatással vannak a termelés-fogyasztásra. Ilyenek lehetnek: •

Day-ahead és Intraday tőzsde (túlkínálat esetén növeli a fogyasztást, illetve fordított esetben fékezi)

•

Dinamikus fogyasztói tarifa rendszer

•

Nemzetközi viszonylatban a market splitting (amely a szűk keresztmetszetek két oldalán éri el ezt a hatást a túloldali teljesítmény iránti kereslet szabályozásával)

A fentiekből következik, hogy mindenképp érdemes a pénzügyi szabályozás irányában is kutatásokat végezni, mert ennek is lehetnek a jelen nehézségeket könnyítő hatásai.

7.2.3 A szél- és gázmotorok együttműködése Magyarországon mintegy 300 gázmotor üzemel, összteljesítményük meghaladja a 400 MW-ot. Jellegében zsinórtermelésre álltak be, a mélyvögy időszakban többségük visszaterhel. Ez a karakterisztika elfogadott, illetve megtűrt a rendszerirányító részéről. A gázmotorok üzemmeleg állapotban kb. 2 perc alatt tudnak 0-ról 100 %-ra felterhelni. Hideg állapotból kb. 15 perc alatt tudják felvenni a maximális terhelést. 30% terhelés felett tartósan tudnak üzemelni. Kiterhelésüket a gyakorlatban főként gazdasági megfontolások miatt szinte folyamatosan 100 % közelében tartják. Jól szabályozhatóak, többségüket távirányító központokból 24 órában diszpécserek távfelügyelik. Az üzemanyagul szolgáló gázenergia drága, de a kapcsolt hőtermeléssel – ha ténylegesen felhasználják a termelt hőt – valóban gazdaságos, jó energetikai hatásfokú eszközzel állunk szemben. A szélerőművekből néhány már telepítésre került, de a tényleges elterjedésük hazánkban még nem indult meg. Termelésük időjárásfüggő, évente a névleges teljesítményükre vetítve, maximum 20 %-os kihasználtsággal üzemelnek. A szélerőművekkel szembeni averziót főleg a „Mi van, ha nem fúj a szél?”

97


Kérdéssel szokták felvezetni, azaz, ha eláll a szél, a betervezett, de „kieső” teljesítményt más forrásból pótolni kell. Mint említettük, a kihasználtság 20 % körül jár, így alapvetően a szélerőművek az idő nagy részében nemigen termelnek energiát. Éppen ezért vizsgálatukra a „Mi van, ha fúj a szél?” megközelítés a helyes. Ezek szerint ne akkor kezdjünk akcióba, ha nem, vagy kevésbé fúj a szél, hanem akkor, amikor neki indul, elkezd fújni. A fenti jellegzetességekből következik az a javaslat, amit „Szél- és gázerőmű közös szabályozása”-ként tárgyalunk.

7.2.3.1 Szél- és gázerőmű közös szabályozása A megoldás lényege, hogy néhány szél- és gázerőművet egy közös teljesítmény szabályozó rendszerrel látunk el, és ez az egység (virtuális grid) együttesen a független termeléshez képest kedvezőbb termelési karakterisztikával bírhat. Villamos menetrendet tud adni (pl. zsinór menetrendet) a csoport, amelyet alapvetően a gázmotorok tartanak, és erős szél esetén valamennyivel visszaszabályozzák termelésüket. A szabályzásnak figyelembe kell venni •

A gázmotorok 30 %-os terhelés alatt ne üzemeljenek

•

A leszabályozás túl sok ideig ne tartson (pl. télen 2 órán túl)

Előnyök: •

Gázmegtakarítás

•

A szélerőművek 5-15 perces terheléslökéseit a gázerőművek a hőszolgáltatási kötelezettségük betartásával tudják kiszabályozni – a hőfelhasználó rendszer hőtehetetlensége révén

•

A rendszer lehetővé teszi szélerőművek kapcsolódását a rendszerbe úgy, hogy a jelenlegi termelési menetrend portfolió nem rosszabbodik (egy újabb bizonytalan termelő bevonásával).

98


Szélerőművek és gázmotorok együttműködő szabályozása 120 kV-os főelosztó hálózat

Gen Gázmotor

KÖF elosztó hálózat

Szél

Szél

Gen Gázmotor Elosztóhálózati üzemirányító felé


38. ábra A szélerőművek és gázmotorok együttműködő szabályozása

7.2.3.2 Néhány órás kiszabályozás

39. ábra Átlagos szélsebességek a nap során, különböző évszakokban Forrás (PIER PROJECT FINAL REPORT - Publication # 500-04-066)

99


-1

Szélsebesség [m s ]

7 6 5

115 m 82 m

4

48 m 10 m

3 2 0

2

4

6

8

10

12 14

16 18

20

22

Idő [ óra] 40. ábra A hegyhátsáli mérőtorony különböző szintjein mért szélsebességek napi menete Forrás: Bartholy és Radics, 2004.

A fenti két mérési ábra mutatja, hogy a napközbeni szélsebesség változás viszonylag lassú, azaz nem hirtelen nagy lökésekkel érkezik általában a szél. A pontos érkezést viszont nehéz megmondani, ezért is kedvező, ha a gázmotorok a becsült szélenergia termelés – és a korábbi érkezés közötti időszakban tudnak leszabályozni. Amennyiben a szél később érkezik a vártnál, úgy az éppen üzemben levő kapacitások további üzemeltetésével, vagy a jelenleg rendelkezésre álló többlet felszabályozási kapacitással lehet a szél késéséből adódó nem tervezett hiányt pótolni. Lehetőség van arra is, hogy a magyar rendszerben lévő gázerőművek és a szélerőművek között egy virtuális mikrogrid jellegű kiszabályozást hozzunk létre, azaz kis csoportokat alakítva immár nem időjárásfüggően, hanem előre tervezhetően menetrendet adjunk. A gázmotorokat megfelelő hőtárolási kiegészítésekkel felhasználhatjuk az előrejelzett szélenergia termelés és a valóságos termelés közötti energiakülönbség kiszabályozására.

100


7.2.3.3 Rövid távú csúcsok kiszabályozása

Szélfarm kimenő teljesítményének időegység alatti megváltozása a beépített teljesítmény % -ában 80

beépítet teljesítmény %-a

70 60 50 40 30 20 10 0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

perc

41. ábra Szélfarm kimenő teljesítményének időegység alatti megváltozása a beépített teljesítmény százalékában

A szélsebesség változás eloszlását ábrázoló görbe nem valószínűsíti pl. azt, hogy 5 perc alatt a szélerőmű teljesítménye 30 %-nál jobban megváltozzon, de nem zárja ki ennek lehetőségét. A hirtelen hatást pl. egy 10 perces csúcsot vagy völgyet egy pl. 70%-on üzemelő gázmotor képes részben, vagy esetleg teljesen kiszabályozni. Amennyiben az országban több szélerőmű is kapcsolódik a rendszerbe, akkor ezek a rövid távú teljesítményváltozások nem esnek egybe a nagy földrajzi kiterjedés miatt. Megfelelő körülmények estén a gázmotorok alkalmasak a rövidtávú anomáliák kiszabályozására is. Az egész szabályozási algoritmusnak csak akkor van értelme, ha a hőfogyasztó ténylegesen elhasznált hőigényét a gázmotor ki tudja elégíteni. Abban az esetben, ha pl. a szélerőmű üzemelése miatt a gázmotor tartósan leszabályozva maradna, és ezért pl. további gázkazánt kellene üzemeltetni, akkor amit a réven nyerünk, elvesztjük a vámon, ugyanis a gázkazán nem kogenerációs eszköz, a gázt ugyan úgy elégetik, csak a villanyt máshol termeljük meg. A szélerőművek és gázmotorok biztonságos együttműködése ezért inkább az 1-2 órás időtartamban valósulhat meg. 101


Szélelőrejelzést a mennyiség tekintetében jól lehet adni 6-12 órára, de azon belül ½-1 órás pontatlanságok lehetnek a szél „beindulását illetően”. Éppen ez az indulási pontatlanság esik a gázmotorok által kompenzálható időtartományba.

7.2.3.4 Tartalék tervezés A villamosenergia-rendszer üzemeltetésének egyik fontos szempontja a megfelelő tartalékok képzése. Ezt a sztochasztikus fogyasztások ellensúlyozására, a nem tervezett tranzitok veszteségének fedezésére, illetve a kiesések pótlására szolgál. A tartalék egyik fontos jellemzője a bevethetőségének gyorsasága. A szélerőművek kiszabályozásában az a kedvezőtlen, hogy jelenleg mindenki csak a leggyorsabban bevethető, legdrágább (forgó) tartalék felhasználásban gondolkodik. Amennyiben lehetséges a tartalék típusát lassabban mobilizálható fajta felé eltolni, akkor jelentős költségcsökkenést érhetünk el, mert nem kell fogyó tartalékot tartani, illetve olcsóbb tüzelőanyagot is felhaszálhatunk (pl. gáz -> szén).

7.2.3.5 Szélerőművek termelés becslése Mivel a szélerőművek termelése erősen időjárásfüggő, ezért a villamosenergia-rendszer irányítása szempontjából igen kedvezőtlen tulajdonságúak. Egyaránt megnehezítik az üzemelőkészítés (tartalékolás) és az üzemvitel (szabályozás) folyamatát. Ez a kedvezőtlen hatás csökkenthető a szélerőművek termelésének előrebecslésével. A szélerőművek termelésbecslése alapvetően két részből áll: 1. szélelőrejelzés a szélfarmok területére 2. kimenő villamos teljesítmény becslése a szél-előrejelzési adatok alapján Az OMSZ operatív szélelőrejelzésének jellemzői (Forrás: Kertész Sándor OMSZ): •

Naponta kétszer: 00 és 12 GMT-kor 48 órás előrejelzés

•

5 km-es vízszintes felbontás Magyarország egész területére (pontra szóló előrejelzések előállítása interpolációval)

•

10 m-es függőleges felbontás a légkör alsó 500 m-es rétegében

•

1 órás időbeli felbontás 0-48-ig

•

48 óra után csak a globális modellek szélelőrejelzései állnak rendelkezésre (2530 km-es felbontás) 102


A szél-előrejelzési adatok alapján reálisan megvalósítható egy olyan alkalmazás, amely az OMSZ előrejelzési adatai alapján 2 napra előre, órás felbontással megadja az egyes szélfarmok becsült termelését egyenként és összesítve is. Tapasztalatok alapján a becslés pontossága 10-15 % körüli. Ez az off-line becslés elsősorban az üzemelőkészítést segíti. A fenti becslési módszeren kívül olyan on-line becslés is megvalósítható, amely az elkövetkezendő néhány órára ad becslést negyedórás, vagy 5 perces felbontással, amely az üzemirányítók számára lehet fontos. Ennek feltétele, hogy on-line mérési adatok (szélsebesség, és kimenő teljesítmény) álljanak rendelkezésre az egyes (vagy néhány nagyobb) szélfarmokról.

7.2.4 A megvalósítható VGRID A hazai műszaki-gazdasági gyakorlatot és tulajdoni viszonyokat figyelembe véve nehezen elképzelhető, hogy meglévő hálózatrészeket leválasztva microgrideket alakítanának ki. Mindemellett lehetőséget kell teremteni arra, hogy a hálózati üzemvitel nagyobb sérelme nélkül a magántőke DG és REN termelést tudjon megvalósítani. Az eddigiek alapján a virtuális microgrid az a struktúra, amely az irányítás szempontjából nyújtani tudja a microgrid előnyeit, de emellett a primer hálózatot nem kell átalakítani. A virtuális microgrid tervezés és elszámolás szempontjából hasonlít a „zöld mérlegkör”höz, a „tagok” az országon belül bárhol kapcsolódhatnak, de bármely kis léptékű REN és DG tagja lehet, viszont nem szükséges, hogy mindenki csatlakozzon a VGRID-re. Egyszerre párhuzamosan több VGRID is kialakítható, a mérlegkörökhöz hasonlóan. Az alapvető különbséget a mérlegkörök és VGRID-ek között az operatív üzemirányítás módja

jelenti,

azaz,

hogy

nem

minden

egyes

elem

van

kapcsolatban

a

rendszerirányítóval, hanem a sok kis elem egy közös, a mikromenetrendeket aggregáló irányító központon keresztül egy menetrendi pontot képvisel. A „tagság” dinamikusan változhat (a megfelelő adminisztráció lebonyolításával). A microgriden tömegeszközökkel tendenciák érvényesítése a cél, így a mérés- és adattovábbításnak nem kell 100%-os biztonsággal működnie, azaz, ha egy DSM 103


parancsot küldenek ki egy fogyasztói csoportnak, és csak 90% ér célba, akkor is ez a jelenlegi HKV „hatásfok”-hoz képest nem rosszabb (a HKV-nél nem feltétlen az adattovábbítás, sokkal inkább a kapcsolandó eszközök állapota a bizonytalan). Ennek megfelelően a legkézenfekvőbb az amúgy már igen nagy „lefedettséget” elérő Internetes IP adattovábbítás, de egyéb kétirányú GSM alapú rendszer is használható. Ezen keresztül történhet egy viszonylagos pontosságú szinkronozás, tarifa vezérlés, kommunikáció az intelligens háztartási eszközökkel. Az önálló microgrid és VGRID között különbség, hogy a VGRID nem saját hálózatot használ. Míg a microgriden belül nem érvényesek az általános hálózathasználati díjak, addig a VGRID tagjai (esetleg valamelyest támogatott) a mindenki számára kötelező hatósági hálózathasználati díjat fizetik.

104

Hazai VGRID a meglévő- tervezett eszközök felhasználásával KÖF elosztó hálózat

Mall Szél

Gen

Gen

Gázmotor Gázmotor

HKV, RKV, IP Intelligens termelés és fogyasztás

Lakópark, Lakótelep

Szél Szél

KÖF elosztó hálózat 120 kV-os főelosztó hálózat

Szél

Gen

Távfűtés

Biomassza

Kis üzem

Gázmotor

Elosztóhálózati üzemirányító felé


Gen Szél

Kis üzem

Irodaház

Távfűtés

Gen Fogyasztói PV

Hő

Biogáz

42. ábra Hazai VGRID a meglévő- tervezett eszközök felhasználásával

Hő



8 Megújuló energiaforrások integrálása 8.1 Háztartási megújuló energiaforrások hálózatba táplálási lehetőségeinek vizsgálata A lakosság körében alkalmazható, megújuló energiaforrású villamosenergia termelők köre igen szűk. Praktikusan ezek a következők •

Szélerőmű

•

Napelem

Sajnos a jelenlegi beruházási költségek mellett támogatás nélkül egyik sem versenyképes a jelenlegi közüzemi lakossági árak mellett, vagyis sokkal olcsóbb megvásárolni a villamosenergiát a szolgáltatótól, mint a fenti eszközökkel helyben előállítani. (Ez alól kivétel lehet, ha a fogyasztási hely a kiépített villamos hálózattól igen messze van, és a hálózat kiépítésének költsége összemérhető a fenti berendezések telepítési költségével.) A másik problémát ezen termelő eszközöknek az időjárástól való függése (nem biztos, hogy

akkor

termel,

amikor

szükség

lenne

rá),

valamint

az

alacsony

kihasználtsága/hatásfoka jelenti. Az időjárástól való függés áthidalására javasolt energiatároló (akkumulátor) egység beépítése, de ez jelentősen megnöveli a telepítési költségeket. A lakossági célú szélerőművek kihasználtsága kb. csak 10% körüli (szemben a nagy erőművekkel, melyek mintegy 20 % kihasználtságúak). Ez praktikusan azt jelenti, hogy egy 1 kW-os szélerőmű egy év során kb., annyi villamosenergiát termel, mintha egy 100 W-os egység folyamatosan a névleges teljesítményén működött volna. Napelemek esetén a kihasználtság szintén csak kb. 10 % körüli, mivel 8-9 m2 napelem névleges teljesítménye kb. 1 kW, mely éves szinten átlagosan 800 kWh villamosenergiát állít elő.

106


A teljes beruházási költségnek jelentős részét (akár 50%) teszi ki a folyamatos üzemhez szükséges egyéb berendezések ára, mint pl.: •

Feszültség szabályozó

•

Inverter

•

Akkumulátor

•

Egyenirányító

•

Védelmek

Figyelembe véve a jelenlegi 23 Ft/kWh körüli átvételi árat, megállapítható, hogy támogatás nélkül ezek a beruházások belátható időn belül nem térülnek meg, viszont használatuk nem szennyezi a környezetet. Figyelembe véve a jelenlegi szabályozási környezetet, nem várható, hogy tömegesen megjelennek ezek a kisméretű termelő berendezések, így ezek kezelése sem jelent problémát a villamosenergia rendszer irányítói számára.

8.2 Kis

(háztartási)méretekben

hasznosítható

megújuló

energiaforrások A következő táblázatban a háztartási méretű (DG, azaz elosztott) energetikai berendezések főbb jellemzőit foglaljuk össze, becslések alapján: eszköz

Megújuló Szélturbina Kis teljesítményű biogáz és biomassza erőmű Törpe vízerőművek Napelem Napkollektor Korszerű Mikroturbinák Tüzelőanyag cella

kimenet

beruházási ktg.

Villamos Hő Villamos Villamos Villamos Hő

Közepes Magas

10 15

Kicsi Közepes

Magas Magas Alacsony

20 25 4

Kicsi Kicsi Nagy

8

Közepes

-

Közepes

Hő Magas Villamos Hő Magas Villamos Hő Magas

Hőszivattyú Nem közvetlen termelők DSM „Intelligens” fogyasztók

Alacsony 107

Megtérülés Rendszerértékű (beruházás hatás + üzemeltetés) év

15

Kicsi

5

Közepes


Hidrogén formában energiatárolás HKV, RKV ill. IP alapú vezérelt fogyasztók mikroSZET Egyéb tárolók

DSM

Magas

-

Kicsi

DSM

közepes

5

Nagy

DSM DSM

Magas Magas

-

Kicsi Kicsi

4. Táblázat Háztartási méterű, elosztott energetikai berendezések főbb jellemzői

A fentiek szerint kis léptékben mint megújuló energia csak a napkollektoros melegvíz előállítás jöhet szóba, míg a villamos szempontból inkább a DSM szabályozás a meglévő HKV rendszerekkel (ennek közvetlen költségeit az áramszolgáltató viseli), illetve az intelligens fogyasztók szerepelhetnek. Megjegyezzük, hogy az intelligens fogyasztó szabályozó eszközeinek költségét jó esetben részben a készülékgyártók (a piaci verseny egyik eleme lehet a termék intelligenciája), másrészt pedig az egyéb célú telekommunikáció állhatja (pl. meglévő szélessávú internet kapcsolat).

8.3 A kis rendszerek hazai terjedését akadályozó körülmények Magyarországon ma leginkább azt tapasztaljuk, hogy a megújuló energiaforrásokat döntően a meglevő centralizált struktúrába igyekeznek integrálni. Ez, ahogy a fentiekben említettük alacsony hatásfokot, a környezeti-, társadalmi-, gazdasági fenntarthatóság szempontjából kedvezőtlen körülményeket teremt. Köszönhető ez a megújuló energia felhasználás több mint 80%-át kitevő biomassza nagy erőművi rendszerekben történő energetikai célú hasznosításának. Fontos körülmény, hogy ezzel Magyarország már 2005-ben elérte a 2001/77/EK direktívával összhangban kitűzött célját a villamos energia felhasználásra vonatkozó megújuló arány tekintetében. Mivel kötelező érvényű vállalása az országnak csak a villamos energiára vonatkozóan lett megállapítva, teljes, tehát a hőt is tartalmazó felhasználásra vonatkozóan nem, ezért ez utóbbi ösztönzésére látványos intézkedések nem is történtek. A 2010-es cél ilyen vitatható módon történő korai elérése azt is eredményezte, hogy innentől kezdve kisebb érdekeltség fűződött a további megújuló hasznosítás bővítéséhez, vagy a biomasszán kívül egyéb, a területi adottságok

108


kihasználását célzó további megújuló források, mint a nap-, a szél-, vagy a geotermikus energia hasznosításának ösztönzéséhez. További akadályozó tényező, a fosszilis energia nagymértékű támogatása. A lakossági gázár-támogatásra szánt összeg 2007-ben is meghaladja a 100 milliárd Ft-ot, míg ugyanebben az időszakban a lakossági megújuló energia felhasználás bővítésére és energiahatékonyság-ösztönzésre együtt nem éri el a 3 milliárd Ft-ot a támogatási keret. Ez utóbbi kedvezményes hitellel is kiegészül ugyan, de így is szembeötlő a különbség. Az adminisztratív és piaci akadályozó tényezőkön kívül igen nagy szerepe van az infrastrukturális körülményeknek is. Itt egyrészt a korábban már említett hálózatra csatlakozási

nehézségeket

említhetjük,

illetve

a

tanulmányban

is

kifejtett

hangfrekvenciás központi vezérlés (HKV) nem megfelelő alkalmazását, vagy pl. a szélerőművekre vonatkozó kvótaszabályozást. Ehhez tartozik, mint ahogy azt a szél- és gázerőművek közös szabályozási lehetőségének leírásában is kifejtettük (ld. 7.2.3.1 fej.), hogy a jelenlegi szabályozási és tartalékkapacitások kihasználása sem történik meg. Eközben időről-időre felmerül újabb tartalékkapacitások kiépítésének az igénye, ami indokolatlanul vonná el más fejlesztési lehetőségektől a forrásokat. Ezen kívül a háztartásokban alkalmazható megújulók terjedését akadályozza természetesen az információ- és a fogyasztóvédelem hiánya is. A piacon jelenleg sok olyan cég működik, mely nem szakszerűen ajánlja a különböző megújulós berendezések beszerzését és beszerelését, de mivel a vevőknek nincs elegendő tudásuk ennek kiszűrésére, nagyon sok a negatív tapasztalat. Ez nyilván csökkenti a kedvet a nem kis értékű beruházások elindításában.

9 Javaslatok 9.1 Lakossági iránymutatás Mivel a VET értelmében a 0,5 MW alatti teljesítményű erőmű létesítése nem engedélyköteles tevékenység, ezért a lakosság körében használható „háztartási méretű” energiaforrások alatt ezeket az 500 kW-nál kisebb teljesítményű berendezéseket értjük, mivel egyrészt háztartási méretekben ez a teljesítmény bőven elegendő, másrészt pedig az engedélyezési procedúra végigjárása igen távol áll a lakosságtól. 109


Ugyanakkor azt is feltételezzük, hogy ezek a berendezések a kisfeszültségű hálózatra csatlakoznak, mivel háztartási méretekben is ennek van realitása. A csatlakozás általában 3 fázisú, de kis (5 kW alatti) egységek esetén 1 fázisú csatlakozásra is van lehetőség. Figyelembe véve a lakossági villamosenergia felhasználást a beépítendő készülékek ténylegesen várható teljesítménye fogyasztási helyenként néhány, vagy néhányszor 10 kW. Tájékoztatásul megadjuk, hogy néhány kismegszakító névleges áramhoz mekkora jellemző teljesítmény tartozik: Csatlakozási áram 3x16 A 3x32 A 3x64 A 3x128 A 3x256 A

Teljesítmény 10 kW 20 kW 40 kW 80 kW 160 kW

5. Táblázat Kismegszakító névleges áramerősségekhez tartozó jellemző teljesítmények

Ezeknek a kis termelő egységeknek a hálózatra csatlakozásával kapcsolatos előírások elsősorban

a

hálózati

engedélyesekre

vonatkozó

Elosztói

Szabályzatban

és

Üzletszabályzatban találhatók meg. Általánosan a következőket érdemes megemlíteni: •

Feltehetően a meglévő közüzemi szerződés módosítása szükséges, mivel be kell jelenteni a csatlakozó áramtermelő várható maximális betáplálási teljesítményét

•

Nagy valószínűséggel a hálózati engedélyes a jelenlegi mérőt is le fogja cserélni, mivel az általában nem alkalmas a kétirányú (fogyasztás és betáplálás) mérésre

•

A közcélú hálózattal párhuzamosan kapcsolni kívánt áramtermelő berendezés működésére jellemző adatokat abban az esetben is be kell jelenteni, ha a rendszerhasználó nem kíván a hálózatba villamos teljesítményt betáplálni

•

Ha a csatlakozási ponton váltakozva fogyasztás és betáplálás is történik, a vételezni kívánt, és a betáplálni kívánt villamos energia jellemzőire vonatkozó adatokat különválasztva közölni kell az igénybejelentésben

•

A csatlakozó berendezés létesítési és bővítési munkáinak tervezése és kivitelezése a rendszerhasználó igénybejelentése alapján a hálózati engedélyes 110


feladata. Az összekötő berendezés és a fogyasztásmérő hely létesítése a rendszerhasználó feladata. Egyéb részletes információk: •

A berendezés hálózatra történő csatlakozásával kapcsolatosan a hálózati engedélyes felé közlendő adatokat részletesen tartalmazza az Elosztói Szabályzat 4. melléklete (Hálózatra csatlakozási tájékoztató tartalmi elemei)

•

A „Kiserőművek elosztóhálózati csatlakozásának műszaki feltételei”-t az Elosztói Szabályzat 6. melléklete tartalmazza.

A hálózatba betáplált „felesleges” villamosenergiát jelenleg xx Ft/kWh áron veszi át a hálózati engedélyes, mely igen alacsony, az egyes EU tagállamokban lévő kb. 50 € cent / kWh-hoz képest. Ezért a jelenlegi szabályozás mellett, támogatás nélkül általában nem rentábilis a csak villamosenergiát termelő, lakossági méretű kiserőművek üzemeltetése. A lakosság számára az elérhető árú, és belátható időn belül megtérülő beruházás a napkollektor lehet. Ennek felhasználási területe elsősorban használati melegvíz készítése, illetve előmelegítése (vagy medencefűtés), de nagyobb beruházással fűtés rásegítésre is használható. Szintén rentábilis lehet olyan, elsősorban hőtermelő berendezés működtetése (mikro turbina, gázmotor, stb.) amely a hőn kívül villamosenergiát is termel. Érdekességképp megemlítjük, hogy két hálózati engedélyes (az egyik E.ON, a másik RWE

érdekeltségű)

ügyfélszolgálatára

elküldtük

a

következő

szövegezésű

információkérő levelet (2007. május 4-én): Tisztelt Hölgyem / Uram! Azzal kapcsolatban szeretnék érdeklődni, hogy amennyiben, mint lakossági fogyasztó, a lakáson belüli hálózathoz néhány kW-os, vagy esetleg néhányszor 10 kW-os napelemet, és/vagy szélerőművet szeretnék csatlakoztatni, abban az esetben milyen feladataim/kötelezettségeim vannak a közüzemi szolgáltatóval kapcsolatban.

111


További kérdésem, hogy abban az esetben, ha a lakás villamosenergia fogyasztása kisebb, mint a napelem és/vagy szélerőmű együttes termelése, akkor a hálózatba betáplált villamosenergiáért mennyit fizet a közüzemi szolgáltató? Köszönettel:

A levélre az E.ON ügyfélszolgálatától 2007. május 30-ig (a jogszabályban előírt 30 nap előtt 4 nappal) még nem érkezett válasz. A RWE érdekeltségű áramszolgáltatótól 2007. május 16-án érkezett válaszlevél, amely egyrészt nem a feltett kérdésre válaszolt, másrészt viszont két nevet és telefonos elérhetőséget adott meg, hogy a továbbiakban kivel lehet egyeztetni műszaki kérdésekben, illetve szerződéskötéssel és átvételi árral kapcsolatban. A fenti példa jól illusztrálja, hogy a szolgáltatóknál még messze nem rutin feladat a kisméretű megújulók integrálása.

9.2 Társadalmi hatások A kis rendszerek, illetve a megújuló energiaforrások használatára épülő decentralizált energiatermelés arányának növelése nem csak technológiai, de a társadalom részéről is komoly változásokat feltételez. Mint azt korábban említettük és a tanulmányban bemutattuk, a kis rendszerek integrációjának és a fogyasztó oldali szabályozásnak (DSM) a technikai lehetőségei már ma is adottak hazánkban. Éppen ezért feltételezzük, hogy a szükséges változtatások nem csak a döntéshozók, de az egész társadalom részéről egyfajta szemléletváltással is elérhetők. Ehhez azonban olyan tájékoztatás szükséges,

mely

fogyasztói

típusra

vonatkozóan

bemutatja

az

alkalmazható

technológiákat és a fogyasztó oldali szabályozásba kapcsolódás lehetőségeit. Amikor a korábbi centralizált, alapvetően fosszilis energiára épülő rendszerek hálózatos, decentralizált és alapvetően megújuló energiaforrásokra épülő rendszerekké történő átalakításáról beszélünk, természetesen arra is gondolunk, hogy maga a társadalom is tudatosabb energia-felhasználóvá válik. Ezáltal megtanulhatjuk valós értékén kezelni a felhasznált energiát, a környezeti-, gazdasági-, társadalmi vonatkozásaival együtt. 112


Ennek egyik első lépése lehet a teljes energia piaci liberalizáció, ahol a fogyasztó maga dönthet, honnan vásárol energiát. Esetleg a fogyasztó maga válik termelővé, ha pl. háztartási megújulós berendezésével több energiát termel, mint amennyit ő maga felhasznál. A liberalizációhoz kapcsolódóan Magyarországot is köti az a szabályozás, mely szerint a fogyasztói számlákon fel kell tüntetni az eladott energia származási forrását. Ezáltal a fogyasztó tisztában lehet mennyi fosszilis és mennyi megújuló energiaforrást

hasznosít.

Több

országban

a

háztartásoknak

lehetősége

van

megválasztani, hogy milyen forrásból kérik az energiát, így pl. ha hajlandóak többet fizetni, vásárolhatják a környezetbarát megújuló forrásokat, így támogatva pl. a klímaváltozás elleni lépéseket. A „smart”-, vagy „microgrid” rendszerek alkalmazása azonban túlmutat a háztartások szintjén. Ezek alkalmazásának társadalmi hatásai települési, vagy kistérségi szinten jelentkezhetnek. Olyan technológiai megoldások, melyek lehetővé teszik a megújuló energiaforrások helyi hasznosítását, ezáltal lehetőséget adva a településeknek, hogy saját kezükbe vegyék az energiamenedzsmentjük kezelését. Számos példa mutatja már, hogy ezáltal komoly eredményeket érhetünk el a terület- és vidékfejlesztés terén, hiszen tőkét vonzunk az adott térségbe, közvetve és közvetlenül is munkahelyeket teremtünk, modern technológiát és tudást honosítunk meg, illetve jövedelmet termelünk az adott térség számára. Ez komoly segítség lehet az elnéptelenedő térségek felzárkóztatásában. Ma már számos települési, kistérségi kezdeményezést találunk hazánkban is, ahol a megújuló energiaforrásokra alapozottan próbálnak új utakat keresni.

9.3 Kis rendszerek terjedésének ösztönzése Elöljáróban szeretnénk megjegyezni, hogy szándékosan ösztönzésről és nem támogatásról beszélünk. Ezt azért tartjuk fontosnak kiemelni, mert szeretnénk rávilágítani arra, hogy nagyobb arány elérését a megújuló energia felhasználásában nem kizárólag csak pénzügyi eszközök bővülő felhasználása mellett érhetünk el. Ez természetesen csak egy eleme a lehetőségeknek. Másodsorban fontos meghatározni, hogy mit is értünk kis rendszerek alatt. Fizikailag megkülönböztethetjük a beépített teljesítmény alapján őket. Kis megújulós rendszereken alapvetően a lakosság körében, a háztartásokban alkalmazott egységekről beszélünk

113


elsősorban, mely villamos energia esetében általában nem haladja meg az 5 kW-os beépített teljesítmény értéket. Ennek eszközei döntően a mellékletben is bemutatott napelemek és szélturbinák lehetnek. Kis megújulós rendszerek alatt azonban nem csak a villamosenergia-, hanem a hőtermelő berendezéseket is érthetjük. Ez utóbbiak jelenleg jelentősebb arányt képviselnek

a

lakossági

felhasználásban.

Ennek

eszközei

a

napkollektorok,

hőszivattyúk, biomassza kazánok. Kis rendszerek alatt azonban, mint ahogy a tanulmány eddigi részéből is kiderült, nem csak a háztartási méretű eszközök érthetők, hanem minden olyan egység, mely a nagy elosztó hálózatoktól valamilyen szintű függetlenséget teremt a felhasználók számára. Ez utóbbi esetében is beszélhetünk beépített teljesítmény nagyságról (pl. 5-20 MW), de talán itt már szerencsésebb területi lehatárolásban gondolkodni. Ez esetben döntően egy-egy település, vagy maximum kistérség energia autonómiájának feltételeit biztosító egységekre gondolhatunk. Ösztönző eszközök lehetnek: -

pénzügyi

-

adminisztratív

-

technológiai/infrastrukturális

Pénzügyi és adminisztratív eszközök Az első kettő természetesen az, amelyik döntéshozói szinten kezelendő. Közhelynek számít, hogy a megújuló energiaforrásokra alapozott energiatermelés ma még nem él meg állami támogatások nélkül. Ez természetesen nem szerencsés állapot, a cél az kell hogy legyen, hogy ez állami támogatások nélkül is egy széles körben racionális választási lehetőséggé váljon. A megújuló energiaforrások mai versenyhátránya a fosszilisokkal szemben több tényezőből adódik.

114


Két csoportja a belső és külső tényezőkben foglalható össze. Belső tényező, mely magából az energiaforrásra jellemző tulajdonságokat jelöli, így a relatíve kis energiasűrűség, vagy az időjárástól függő rendelkezésre állás stb. A kis energiasűrűségből adódik, hogy ezeket az energiaforrásokat a fellelési helyükhöz közel, lehetőleg helyben a leghatékonyabb felhasználni. Sem gazdasági, sem környezeti szempontból nem érdemes nagy távolságokra szállítani őket (pl. biomassza). Így a megújulók növekvő arányú felhasználása a decentralizáció növekedését kell hogy magával hozza. A hagyományos centralizált rendszerekbe „erőltetésük” alacsony hatékonysághoz vezet és pont azokat a pozitív externáliákat veszíthetjük el, melyek miatt érdemes alkalmazni őket. A pénzügyi eszközökön túlmenően olyan adminisztratív eszközök is a rendelkezésünkre állnak, mint pl. melyet korábban be is mutattunk, nevezetesen a fogyasztási szokások és a rendszerkapacitások optimális összehangolása a villamosenergia-tarifarendszerben. Külső tényezők, azok melyek a piaci- szabályozási környezetből adódnak. Ilyenek pl. a nem elismert externális költségek a fosszilis energia árában, vagy a mesterségesen alacsonyan tartott piaci árak, hosszú távú szerződések stb. A jelenlegi technológiai színvonal mellett amíg ezek a tényezők nem változnak, a megújuló energiaforrások hasznosításának növeléséhez továbbra is szükséges, ráadásul a jelenleginél nagyobb mértékű állami támogatások biztosítása. Így kompenzálva a versenyhátrányt és elismerve a pozitív externáliákat. Technológiai/infrastrukturális eszközök Ezen eszközök alatt elsősorban, támogatás szempontjából azokat értjük, melyek lehetővé teszik a kis megújulós berendezések, vagy rendszerek nagyobb elosztó hálózatokhoz történő csatlakozását. Ma Magyarországon a Villamos Energia Törvény (VET) lehetőséget ad ugyan a kis rendszerek csatlakozására és az általuk termelt „zöld” áram kiemelt átvételére, de a gyakorlatban ez igen nehézkes még. Nem egyértelmű ugyanis a szabályozásban, hogy egy-egy kis termelőegységnek milyen feltételeknek kell megfelelni ahhoz, hogy pl. villamos energiát a hálózatra termeljen. Ebből fakadóan területi áramszolgáltatónként eltérő mértékű beruházást igényel pl. egy háztartás részéről a közcélú hálózatra való csatlakozás, attól függően, hogy milyen mérőórát 115


követel meg az adott szolgáltató. Az eltérés 100 ezer forintokban mérhető, mely nyilván eltántoríthat egy háztartást attól, hogy ilyen megoldást válasszon. A nem háztartási, hanem települési, kistérségi igényeket ellátó rendszerek terjedésének ösztönzésénél hasonló lehetőségek adódnak, azzal a különbséggel, hogy a környezeti szempontokon túl területfejlesztési vonzataival is érdemes számolni.

9.4 A Smart Grid optimális mérete Az együttműködő/gondolkodó hálózat méretét villamos szempontból alapvetően a teljesítménnyel tudjuk jellemezni. A 15. fejezet tanúsága szerint a túlzottan elosztott mikro áramtermelés (5 kW-ig) drága és nem várható a hirtelen terjedése. Túlzott állami szubvencionálás esetén a részarány emelkedhet (ld. Németországi háztartási napelem telepítés), de a megtermelt energia mennyisége még így sem számottevő, míg annak költsége és környezeti terhelése nem elhanyagolható. Ennek szerepét inkább az energiatudatosságban látjuk. Gondoljunk csak arra, hogy aki invesztál, és odafigyel arra, hogy pl. napi 3 kWh energiát megtermel, az esetleg hajlandó lesz a villanykörtét is energiatakarékosra cserélni, illetve kandallóban fával tüzelni villanykályha helyett. Energetikai léptékben, a ténylegesen elosztott, szabályozható egységeknek a következőket látjuk: •

Szélerőmű –erőmű park (1-25 MW)

•


•


•


•

Lakóparkok(200-600 kW)

•


9.5 Konkrét javaslatok Az eddigiek alapján önálló microgrid létrehozását a hazai viszonylatok között – speciális új létesítményektől eltekintve – nem javasoljuk. Mindazonáltal számos

116


részmegoldást lehet megemlíteni, ami a jelenlegi gyakorlathoz képest előrelépést jelenthet. Javasolt műszaki megoldások •

Szél – gázmotor együttműködés kialakítása Néhány szélerőmű és gázmotor termelésének közös szabályozásával egy menetrendet

tartani

tudó,

csökkentett

gázmennyiséget

fogyasztó

termelőkapacitást tudunk létrehozni. •

Virtuális microgrid (VGRID) kialakítása A VGRID az energiarendszeren belüli, közös irányítóközponttal ellátott menetrend tartó fogyasztói/termelői csoport, benne DG és REN termelőkkel, illetve intelligens fogyasztókkal.

•

Új nagy fogyasztói egységeknél kötelező energiagazdálkodási rendszer Az

épületfelügyeleti

fogyasztókat

rendszerekkel

(irodaházak,

mall-ok)

kialakításra intelligens,

kerülő

nagyobb

együttműködő

energiagazdálkodó rendszerekkel kell kiegészíteni. A törvényi szabályozásnak a fenti műszaki megoldások támogatása érdekében a következőkre is ki kell térnie: •

Gázmotorok üzemeltetésének gazdasági kondícióit úgy módosítani, hogy a lokális szabályzásban résztvevő felek ne járjanak rosszabbul, mint egyéb társaik (pl. szabályozási energiát adhat el). A gázmotorokkal társuló szélerőművek pedig nem kell, hogy a „szabályozatlan szélerőművek” kvótáját fogyasszák. Nekik nem új tartalékerőművet kell építeni, hanem egy szabályozási rendszert kell kiépíteniük meglévő erőművekhez.

•

Az együttműködő energiagazdálkodó rendszerekkel ellátott fogyasztók kapjanak valamilyen kedvezményt, pl. a szabályozásba bevonható teljesítmény/energia szerint (ennek megfelelő a gáziparban az x órán belül kikapcsolható fogyasztó).

A fentieken túl a tartalékolás optimalizálása érdekében támogatni kell azokat a törekvéseket, amelyek a szélsőséges keresleti állapotok kialakulását csökkentik (túl

117


kicsi- és nagy kereslet). Ezt elsősorban dinamikus piaci árazással lehet megtenni, amire megfelelő eszközöket jelenthet a: •

Napi- és napon belüli tőzsde

•

Dinamikus tarifa bevezetése (pl. a VGRID-ben résztvevő fogyasztók és termelők számára) illetve

•

(nemzetközi viszonylatban a market splitting)

Elszámolási kérdések •

A jelenlegi mérlegkör alapú elszámolási gyakorlat fenntartásával is lehetséges létrehozni egy VGRID mérlegkört. Ennek kifelé egy általános mérlegköri képet kell mutatnia, míg befelé már termelési fajtától-, menetrendtől-, tarifától-, stb. függő belső elszámolást végez.

A szabályozó hatóságnak a rentábilis üzemeltetés lehetőségeinek kialakításával, a törvényhozónak a törvények és támogatási rendszerrel, míg a rendszerirányítónak a rendszerbe illeszthetőség biztosításával együttesen kell támogatnia a: •

Passzív/aktív microléptékű eszközök

•

Intelligens háztartási fogyasztók és a

•

MicroSZET

terjedését. Mindehhez meg kell követelni az új és meglévő DG/REN eszközök közvetlen vagy (aggregáló központon keresztüli) közvetett mérését. Az újfajta hálózatirányítási módszerek részletesebb vizsgálatát az alábbi szempontok alapján javasoljuk: •

A microgrid együttműködésben szereplő egységek modelljei

•

Lokális szabályozási stratégiák

•

Központi szabályozási stratégiák

•

Üzemzavari stratégiák

•

Védelmi eszközök

•

Üzemállapotok, stabilitás

•

Kommunikációs rendszer

•

Létesítési és üzemeltetési kérdések

•

Gazdasági számítások

118


10 Irodalomjegyzék

1. Electric cooperative technology solutions – Roadmap, October, 2002; National Rural Electric Cooperation Association – Cooperative research Network 2. Dr. Tombor Antal: A magyar villamosenergia-rendszer ellátásbiztonsági problémái piaci körülmények között; MEE 52. Vándorgyűlés, Eger, 2005. augusztus 24. 3. www.mavir.hu 4. www.mvm.hu 5. Wolfgang Rehm: Auxiliary Power Demand of Biogas Plants nyomán 6. 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 7. Flexible electricity grids; KEMA survey; 2006 April 8. BMGE VET VMKC: A villamos energia rendszerérdek közvetítésének árszabályozási lehetőségei különös tekintettel a vezérelt, különmért tarifakategória szerepére és az alkalmazott zónaidőkre, Innotech tanulmány, 2003 9. Terbe – Terhelésbecslő alkalmazás a MAVIR-ban, © PowerConsult Kft. 10. http://www.innovations-report.de/html/berichte/informationstechnologie/bericht30221.html 11. http://www.abb.com/Product/seitp336/cb197268743be5c1c1257068002ea8dc.aspx 12. A Microgrid struktúra alkalmazásának lehetőségei a hazai energiarendszerben; tanulmány; Power Consult Kft.; 2006. április 13. Gellings – Yeager – Forsten: The path to the perfect power system; CIGRÉ 2006 Paris, plenary session 14. Asgeirsson – Seguin – Steeley: DTE Energy Considers Distributed Generation; Transmission and distribution world, September 2006 15. Massoud – Wollenberg: Toward a Smart Grid; IEEE Power & energy magazine, 2005 September/October 16. J. Waizenegger et. al.: Massive automation initiative; Transmission and distribution world, November 2006

119


17. J. Daugherty – Ervin – Uluski – McDonald: On the road to Intelligent distribution; Transmission and distribution world, September 2006 18. Power Engineering Magazine: Smart Technology brings power to the people; December,2006

120

11 Mellékletek 11.1 Microgrid struktúrák A következő ábrák néhány lehetséges Microgrid kialakítást mutatnak be:

Távfűtési terület

NSVK = Nagy Sebességű Védelmi és 1200 kW Kapcsoló berendezés tüzelőanyag cella

Kórház (1 MW) Kis üzleti fogyasztók egyenként 50 kW fogyasztás alatt

Inverter

Elsődleges leválási pont “Microgrid” üzemben NSVK

Alállomás 120 kV-os elosztó hálózat Elosztóhálózati üzemirányító felé

Hő áramlás

NSVK

NSVK

Szolgáltatói PV 750 kW

NSVK

Kis üzem (1 MW)

10 kV Megszakító vezérlés sziget-/ párhuzamosüzem móddal

NSVK

NSVK

NSVK

Gen 4000 kW szolgáltatói Belsőégésű erőmű motor

10kV kábel

Irodaház (2 MW)

Microgrid központi vezérlő (koordinálja a termelést, a terhelést, a hőenergia termelést és igényeket, a villamosenergia minőségi paramétereit, és az NSVK berendezéseket)

NSVK

25 kW Szél NSVK

NSVK

Tárolós alapú stabilizátor

Fogyasztói PV 250 kW

Hő

Gen 2500 kW Belsőégésű motor

(akku, forgási energ. stb.)

43. ábra Egy lehetséges Microgrid kialakítás sematikus rajza

Kis üzem (1.25 MW) Hő



44. ábra Egy másik lehetséges Microgrid kialakítás sematikus rajza Forrás: The CERTS Microgrid Consortium for Electric Reliability Technology Solutions (CERTS)

122


11.2 Az elosztott termelés és az adatgyűjtő rendszerek Az elosztott energiatermelés (szélerőművek, napkollektorok, napelemek, gázturbinák, vízerőművek, biomassza tüzelésű erőművek stb.) felügyeletét és irányítását – hasonlóan a centralizált erőművekhez – különböző adatgyűjtő és megjelenítő rendszerek segítik. Ezen SCADA rendszerek néhány alapvető funkciói: • Jogosultság kezelés • Felügyelet (megjelenítés, adatgyűjtés: mérések, jelzések) • Beavatkozás (vezérlés, szabályzás, paraméter módosítás) • Alarmkezelés • Naplózás Az elosztott energiatermelő rendszerek által igényelt adatgyűjtők funkcionalitásukat tekintve nem különböznek a hagyományos SCADA-któl, legfeljebb a feldolgozott mérések és jelzések, illetve azok távadói mások. Általában nem az adatok helyi összegyűjtése jelent nehézséget, hanem ezen adatok továbbítása valamilyen felsőbb felügyeleti, vagy üzemirányítói szint felé. Az USA-ban egyre szélesebb körben alkalmazott IEEE P1547 szabvány szerint az 1MW-nál nagyobb egyedi, vagy aggregált beépített teljesítményű elosztott termelőegységek esetén kötelező a megfigyelhetőség (adatgyűjtés) biztosítása a felsőbb üzemirányító szinten. A probléma általában az elosztott energiatermelés területileg elosztott jellegéből adódik, ugyanis viszonylag nagy területről, olcsón és megbízható módon kell összegyűjteni a szükséges információkat. Több, ezzel a területtel foglalkozó projekt is létezik, de talán a legegyszerűbb megoldás az interneten keresztüli biztonságos adatcsere, melynek segítségével egyszerűen és viszonylag olcsón építhetők intelligens elosztott rendszerek. (Pl. ilyen megoldást ajánl a SCADAOnWeb projekt www.scadaonweb.com, amely nyílt, TCP/IP alapú technológiát és xml sémákat használ.) Jelenleg sokféle szabvány használatos az energiarendszeren az alállomásokon kívüli adatkommunikációra, azonban a jövőben az IEC 61850 bevezetése várható. Mivel az elosztott termelőegységek általában a középfeszültségű hálózatra csatlakoznak, igen fontos, hogy elsősorban az elosztóhálózat irányítói elegendő információt kapjanak ezekről a termelő egységekről. Sok esetben megfigyelhető – főleg kisfeszültségre csatlakozó termelőegységek esetén – hogy az elosztóhálózat irányítóknak egyáltalán nincs információjuk a pillanatnyi és a várhatóan termelt energiamennyiségről és ezért ezek az egységek, mint befolyásolhatatlan negatív fogyasztások jelennek meg az üzemirányítónál. Az üzemirányításhoz és az optimalizáláshoz fontos lenne elsősorban a megfigyelhetőséget, majd a vezérelhetőséget/szabályozhatóságot is biztosítani. Ehhez általában csak a megfelelő kommunikációs infrastruktúra kialakítására lenne szükség, hiszen a minimálisan szükséges mérések általában minden termelő egységnél rendelkezésre állnak. Amíg a villamosenergia-rendszerhez csatlakozó elosztott termelőegységek száma és ezek összteljesítménye viszonylag kicsi (kevesebb, mint a rendszer terhelésének néhány %-a) addig a villamosenergia-rendszer üzeme és irányítása szempontjából a jelenleg is használt SCADA rendszerek nem igényelnek további kiegészítő funkciókat.

123


Amennyiben az elosztott termelő egységek energiatermelésből való részesedése ezen szint fölé emelkedik, abban az esetben olyan energia menedzsment rendszereket is ki kell építeni, melyek képesek a következő funkciók ellátására: • koordinálják a sok és sokféle típusú elosztott termelő egység működését • előrejelzik az elosztóhálózati üzemirányító területén várható fogyasztást • időjárásfüggő megújuló energiaforrások esetén (szél-, nap-, vízenergia) előrejelzik a várható termelést • lehetővé teszik az elosztott termelőegységek által nyújtott villamosenergia piaci termékek kereskedelmét (zöld-bizonyítvány, tartalékok, feszültség szabályzás, stb.) A villamosenergia-rendszer üzeme és irányítása szempontjából különösen a nagy teljesítményű szélerőmű parkok energiatermelésének előrejelzése egy igen fontos feladat. A szélerőművi termelés előrejelzése szoros kapcsolatot kíván a meteorológiai előrejelzéseket készítő intézményekkel, újfajta szimulációs és szélsebesség adatokon alapuló becslési eljárásokat igényel. A jelenlegi adatgyűjtő rendszereket olyan energia menedzsment funkciókkal is ki kell egészíteni, melyek képesek különböző elosztott energiatermelő technológiák összehangolására, és az ún. MicroGrid-ek irányítására. A MicroGridek néhány főbb jellemzője: • Villamosenergia fogyasztók és termelők halmaza • A termelő egységek lehetnek: tüzelőanyag cellák, gázmotorok, szélturbinák, naperőművek, akkumulátortelepek, stb. • MicroGrid-et alkothatnak pl. a bevásárlóközpontok, ipari parkok, egyetemek, főiskolák, stb. • A MicroGrid egy szabályozható villamosenergia fogyasztó • Energia menedzsment rendszert igényelnek: o optimalizáció az energia igények, termelési lehetőségek, energiahordozó és villamosenergia árak figyelembevételével o terhelés becslés és gépösszeállítás megtervezése o a pillanatnyi igények kielégítése.

124


Elvi Microgrid struktúra:

Smart switches/

to Base Power

R Electricity routers DR

Customer nodes DR

DR generation (fuel cells, etc)

Micro Ring

DR

R

DR

DR

DR

R

R

R

DR

Micro Ring

Micro Ring

DR

DR

Micro Ring

DR

R DR

R

to Base Power

DR

Micro Ring

DR

DR

R DR

DR

to Base Power

to Base Power

45. ábra Elvi Microgrid struktúra

11.2.1

Jelenlegi kommunikációs szabványok

A következő ábra az elosztott termelésben jelenleg használt kommunikációs szabványokat mutatja be:

46. ábra Az elosztott termelésben jelenleg használt kommunikációs szabványok

125


11.2.2

Trend, jövőbeli kommunikációs szabványok

A következő ábra a trendet, és a jövőbeli kommunikációs szabványokat mutatja be:

47. ábra Az elosztott termelés trendje, a jövőben használt kommunikációs szabványok

126


11.3 A microgrid ismertetése

rendszerekben

alkalmazott

készülékek

Nagyon sokféle energiatermelő és tároló technológia létezik, melyeknek egy részét már jelenleg is használják a csúcsterhelés csökkentésére, valamint tartalék energia-ellátási célokra hálózati kiesések esetén. Ez a fejezet egy rövid áttekintést ad ezekről a technológiákról, melyeknek egy részét már jelenleg is széles körben használják, míg mások csak a közeljövőben lesznek gazdaságosan elérhetők.

11.3.1

Termelő egységek

A következőkben felsorolt technológiák mind valamilyen üzemanyagot, vagy egyéb energiaforrást alakítanak át villamos energiává. Ezen berendezések nagy része (természeténél fogva) csak egyenáram előállítására alkalmas (üzemanyag cella, napelem), míg mások (szélerőmű, motorok, stb.) közvetlenül váltakozó feszültséget állítanak elő. Az egyenáramot előállító berendezések inverteren keresztül kapcsolódnak a hálózatra, melynek a Microgrid működése és irányítása szempontjából kiemelt fontossága van.

11.3.1.1

Mikroturbinák

A mikroturbinák egy generátorból és a vele közös tengelyen lévő kis gázmotorból állnak. Általában magas fordulatszámon járnak (100.000 1/min). A többnyire állandó mágnesű generátor nagyfrekvenciás váltóáramot állít elő, melyet előbb egyenirányítanak, majd az inverter segítségével alakítják 50Hz-es váltóárammá. A mikroturbinák általában földgázzal (esetleg biogázzal) üzemelnek, de folyékony üzemanyaggal (diesel, biodiesel) is működnek. Jelenleg kb. 30-100 kW-os teljesítményűek léteznek, a nagyobbak kifejlesztése jelenleg is folyamatban van. A berendezések villamos hatásfoka 20-30% körüli, de a hulladékhő hasznosításával ez a villamos és termikus hatásfok együttesen elérheti a 70-80%-ot. Mivel a belsőégésű folyamat folyamatos szabályozás alatt van igen alacsony a károsanyag kibocsátás. A mikroturbinák működhetnek izolált villamosenergia forrásként, vagy a villamosenergia hálózatra csatlakozva. A hálózattal párhuzamosan járó mikroturbinák általában fix teljesítménnyel üzemelnek, vagy részt vesznek a teljesítmény csúcsok csökkentésében. Izolált alkalmazás esetén a berendezésnek feszültség- és frekvenciaszabályozást kell végeznie, és követnie kell a terhelés változását. Általában gyors terheléskövetésre képesek. Kombinált villamos és hőtermelés esetén a kedvező hatásfok, és alacsony emisszió miatt kedvező a használatuk.

11.3.1.2

Üzemanyag cellák

Jelenleg igen sokféle típusú üzemanyagcellás villamosenergia termelő technológia áll fejlesztés alatt, és hasonlóan sokféle típusú technológia található meg jelenleg is. Ezeknek a berendezéseknek a legnagyobb előnyük az igen magas, 35-55%-os villamos hatásfok (termikus hatásfok nélkül). A jelenleg legelterjedtebb technológia az ún. foszforsavas üzemanyag cella, amely 200 kW-os teljesítmény nagyságú. Ez kb. 40%-os villamos hatásfokú. Mivel üzemi hőmérséklete 205 °C-os, ezért gőz előállítására is képes, mely tovább növeli a hatásfokát.

127


Minden üzemanyag cella típus villamosan ugyan azt az elvet használja, azonban a megvalósítás igen eltérő lehet: pl.: működési hőmérséklet, töltéshordozó, elektróda anyaga, elektrolit, katalizátor, stb. Az üzemanyag általában hidrogén, esetleg tisztított földgáz, vagy diesel olaj, azonban ez utóbbi esetekben ezekből kell előállítani a tiszta hidrogént. Az előállított villamos energia egyenáram formájában jelenik meg, így azt a mikroturbinákhoz hasonlóan, inverteren keresztül lehet a hálózathoz csatlakoztatni. Az üzemanyagcellák kibocsátása igen kedvező; általában vízgőz. Az alkalmazott technológiától függően ehhez kevés CO, CO2, NOx társul. Jellemzőjük az igen jó hatásfok, nagy megbízhatóság, és csendes üzemelés. Hátrányuk az igen magas ár.

11.3.1.3

Napelem

A napelemek már régóta ismertek, azonban energia átalakítási hatásfokuk igen alacsony, átlagban 13-17% körüli. Ezt az alacsony hatásfokot tovább rontja, hogy éjjel nem termelnek. Ez azt eredményezi, hogy kb. 10 m2 napelem felület tud leadni 1 kW csúcsteljesítményt. A napelemek által kiadott áram és feszültség a fény intenzitásától és a cella típusától függ. A napelem cellákat panelekbe szervezik, melyeket fixen, vagy „napkövető” módon állítanak fel. A mikroturbinákhoz és üzemanyag cellákhoz hasonlóan a napelemek is egyenáramot termelnek, melyet inverter közbeiktatásával lehet a hálózatra betáplálni. A terhelés követő képessége igen limitált. Önálló alkalmazás esetén valamilyen villamosenergia tárolási megoldást is ki kell építeni. Ha süt a nap, abban az esetben a napelemek igen nagy megbízhatósággal, csendesen és káros anyag kibocsátás nélkül működnek. Legnagyobb hátrányuk a magas beruházási költség, a napsütés változékonysága, és a nagy területi igény.

11.3.1.4

Napkollektor

A napkollektorokat általában elsődlegesen hőenergia előállítására alkalmazzák néhány megawattos nagyságrendben, azonban a Stirling-motorok (külsőégésű motor) elterjedésével a 10-25 kW-os mérettartományban villamosenergia előállítása is lehetséges. Ennek folyamata, hogy a „napkövető” tükrök a nap hőjét egy pontra koncentrálják. Ezt a hőt a Stirling motor meleg pontjához továbbítják, amely azt átalakítja forgó mozgássá. A motor tengelyéhez csatlakoztatott indukciós generátor vilamosenergiát termel. A napelemekhez hasonlóan, a Stirling motor kimenő teljesítménye is erősen függ a napsugárzástól. Zárt rendszerben valamilyen villamosenergia tárolási megoldást kell kiépíteni, hogy a villamosenergia szükségletet a napsugárzás mentes időszakokban is ki lehessen elégíteni. Mivel a Stirling motorok indukciós generátorokat hajtanak, ezért a Microgridben való önálló alkalmazásuk igen nehézkes. Feltehetően a közeljövőben is igen magas lesz az áruk.

11.3.1.5

Szél

A szélerőművek már több éve kereskedelmi forgalomban vannak, és a technológia igen kidolgozottnak nevezhető. Főleg a 700 kW – 1,5 MW egységteljesítményű gépek igen elterjedtek, de ezeket általában szélfarmokon használják 15-60 MW-os beépített

128


összteljesítménnyel. Számos kisebb méretű (250kW) szélerőmű is létezik, melyek a Microgrid-ekben is alkalmazhatók. Ezeknél általában indukciós generátort hajt a szélerőmű rotorja. Ahogy a napenergiát hasznosító berendezésekre is igaz, a szélerőművek termelése is erősen függ az energiaforrás (a szél) rendelkezésre állásától. Önálló alkalmazás esetén energiatárolókat, vagy más energiatermelőket kell a rendszerbe építeni. Mivel általában indukciós generátorokat használnak, ezért nehéz őket a Microgrid rendszer üzemvitelébe beilleszteni, kivéve, ha más termelőegységek megfelelő feszültség és frekvencia szabályozást biztosítanak.

11.3.1.6

Kis dugattyús motorok (Ottó, Diesel)

A dugattyús motorok változatos üzemanyag felhasználás mellett, néhány kW-tól néhány MW-ig rendelkezésre állnak. Ezek a berendezések mind egyedi üzemű, mind tartalék villamosenergia termelők működhetnek. A hatásfokuk (különösen a nagyobbaknak) igen jó, 30-40 % körüli. Kiválóan alkalmasak önálló alkalmazásban, mivel a meghajtott szinkron generátor frekvencia és feszültség szabályozásra is képes. A hulladékhő hasznosításával tovább javítható a hatásfokuk. A dugattyús motorokkal történő villamosenergia termelés alacsony költségű, és emellett igen előnyös a Microgrid szempontjából. A legnagyobb hátrányuk a zaj, a karbantartási költségek, és a környezetszennyezés. Ez utóbbi erősen függ az üzemanyagtól. Tiszta tüzelőanyag használatával, mint pl. a földgáz (biogáz), igen alacsony kibocsátás érhető el. Diesel üzemanyag esetén igen komoly a környezetterhelésük, azonban ez csökkenthető biodiesel használatával.

11.3.2

Villamosenergia tárolás

A villamosenergia tárolása igen fontos a Microgridben, mivel a hiányzó csúcsidei villamosenergia beszerzése (piaci feltételek mellett) jóval drágább, mint egyéb időszakokban, illetve az is elképzelhető, hogy a Microgrid termelő kapacitása nem elegendő a terhelésváltozások követésére. Ezek a terhelésváltozások lehetnek rövididejűek (motorok/berendezések beindítása, kikapcsolása), vagy hosszabbak, melyek meghaladják a generátorok maximális fel-, vagy leterhelési sebességét. Az ebben a fejezetben ismertetett berendezések valamilyen teljesítményelektronikai eszköz segítségével alakítják át a tárolt energiát 50Hz-es villamos energiává. Ezek a berendezések néhány ciklusidő alatt képesek bekapcsolni, és így ideálisak a gyorsan változó terhelés követésére, vagy pedig tartalék energiaforrásként. A következő ábra a villamosenergia tárolás és a termelőegységek szabályozásának jelentőségét mutatja a Microgriden belül (a zöld görbe a Microgrid teljesítmény igénye energia tárolás és a saját termelőegységek szabályozása nélkül, a szürke pedig ezekkel együtt):

129


48. ábra Microgrid teljesítmény igénye energiatárolással és szabályozással

11.3.2.1

Akkumulátorok

Az akkumulátorok használata a villamosenergia tárolás hagyományos módszere. A folyékony savas akkumulátorok tetszőleges méretben rendelkezésre állnak, és széles körben használják őket tartalék áramforrásként. Az utóbbi évek fejlesztéseinek eredményeként különböző kémiai reakciókon alapuló akkumulátorok kerültek kifejlesztésre, és emellett jelentősen nőtt az akkumulátorok energiasűrűsége és élettartama. Az akkumulátorok az energiát kémiai formában tárolják, és a feltöltésük/kisütésük egyenárammal történik. Az egyenáramot inverterrel alakítják át 50 Hz-es váltakozó árammá.

11.3.2.2

Lendkerék

Az elmúlt években jelenős fejlődés volt megfigyelhető a lendkerekes energiatárolás területén. Ezek a rendszerek nagy fordulatszámú (100.000 1/perc) lendkerekekben tárolják az energiát (a nagy fordulatszám azért fontos, mert a tárolt energia a szögsebesség négyzetével arányos). Az energia tárolása úgy történik, hogy a hálózatból vételezett villamosenergiát felhasználva egy motor felpörgeti a lendkereket. Az energia visszatáplálása során a lendkerék egy generátort hajt meg, ami (a változó fordulatszám miatt) egy inverteren keresztül csatlakozik a hálózathoz. A lendkerekes energiatárolók különböző méretben, és különböző kisütési idővel telepíthetők. A berendezések energiatároló képessége adott (kWh), A kisütés ideje általában attól függ, hogy mekkora az időegység alatt kivett teljesítmény (kW)vételezése motorhoz/generátorhoz csatlakoztatott. A lendkerekes energiatárolók nem tartalmaznak veszélyes anyagokat, és működésüket sem befolyásolja a szélsőséges hőmérséklet, mint az akkumulátorok esetén. Ezzel szemben igen költségesek, és csak meghatározott ideig képesek tárolni az energiát.

11.3.2.3

Szupravezetős mágneses-energia tárolás

A szupravezetők veszteség nélküli elektromos áram vezetést tesznek lehetővé. A villamos energiát szupravezető tekercsben keringő áram formájában tárolják. Ez az 130


áram mágneses teret hoz létre, és ez a mágneses mező tárolja az energiát. A rendszer legfőbb energia vesztesége abból származik, hogy a tekercseket nagyon alacsony hőmérsékletre kell hűteni. A tekercsek feltöltését és kisütését teljesítmény-elektronikai berendezések végzik. A jelenleg kapható egységek teljesítménye 250 kW körüli. Ez az energia tárolási forma nagyobb Microgridek esetén is előnyös lehet.

11.3.2.4

Szuper kondenzátorok

A szuper kondenzátorok igen-nagy kapacitású elektrolitikus berendezések, melyek az energiát elektromos mező formájában tárolják. A két elektróda között vékony szigetelő található. A tárolt energia mennyiségének növelése az elektródák felületének növelésével érhető el. Mivel a szuper kondenzátorok a villamos energiát „egyenáramként” tárolják, ezért feltöltésükhöz és kisütésükhöz teljesítményelektronikai készülékek szükségesek. A szuper kondenzátorok igen nagy kisütési teljesítményűek, ezért a Microgridben igen jól használhatók a gyors teljesítményváltozások ellensúlyozására.

11.3.3

Inverterek

A 11.3.1 és 11.3.2 fejezetekben felsorolt eszközök áttekintése alapján egyértelműen megállapítható, hogy a Microgridekben igen nagy szerepe van az 1 és 3 fázisú AC/DC és a DC/AC átalakítóknak. A teljesítményelektronikai félvezetők fejlődése napjainkban lehetővé teszi az akár 3000 V-os és 1200 A-es IGBT-k alkalmazását is, ennek köszönhetően a néhány 100 kW-os mikroturbinák, üzemanyagcellák és napelemek rendszerbe illesztése nem jelent problémát. A különböző elektronikai kapcsolások és vezérlések további fejlesztésével egyre kedvezőbb hatásfokot, feszültség- és teljesítményszabályozási tulajdonságokat és egyre kisebb felharmonikus tartalmat lehet elérni. Mivel manapság egyre több háztartási készülék (főleg szórakoztató elektronikai és számítástechnikai berendezés, gondoljunk csak az otthonunkban levő számtalan AC/DC adapterre) üzemel egyenárammal, ezért a Microgrid struktúrában létjogosultsága van az egyenfeszültségű villamosenergia-hálózat kiépítésének, és az olcsó (értelemszerűen transzformátor nélküli) DC/DC átalakítóknak is.

11.4 CHP (kogeneráció) A CHP (kogenerációs) erőművek egyszerre állítanak elő villamos energiát és hőt. Ezzel a megoldással annak a hőnek körülbelül a 2/3-át lehet még hasznosítani, mely hagyományos villamosenergia termelés esetén hulladék hőként jelentkezik. Ez azt eredményezi, hogy ezeknek a berendezéseknek a hatásfoka 80-85% körüli (35-40% villamos, 45-50% termikus hatásfok). Távhő szolgáltató rendszerekben a jellemző gépnagyság 2-4 MW villamos teljesítmény körüli (a hő teljesítmény ennek megfelelően kb. 2,3 -4,6 MW), míg Microgridekben gyakran találhatók 100-300 kW-os gépek kisebb egészségügyi, közösségi és oktatási intézmények, valamint kereskedelmi egységek kiszolgálására. A néhány MW teljesítményű CHP berendezések általában, mint „alaperőművek” működnek a Microgridben. Mivel a megtermelt hőenergia gőz, vagy melegvíz formájában jelenik meg, azt sokkal nehezebb nagy távolságokra szállítani, mint a villamos energiát. Ezért általában a CHP erőművek elsősorban lokális hőigényeket elégítenek ki: épületek fűtése, hűtése, technológiai fűtés, vízmelegítés, távhő szolgáltatás, stb. Ahhoz, hogy ezek a

131


berendezések gazdaságosan üzemeltethetők legyenek, a környezetükben megfelelő hőigénnyel rendelkező objektumoknak kell lenniük. Milyen előnyei vannak a CHP-nak a Microgridben: 1. Mivel a Microgrid-ek hőtermelése viszonylag jól skálázható, ezért jól alkalmazkodnak az igényekhez. Ez azt jelenti, hogy a Microgrid termelő egységeit a hulladékhőt termelő (pl.: magas hőmérsékletű üzemanyag cella, mikroturbina) és az ezt nem termelő (szélerőmű, naperőmű) villamosenergia termelési módszerek leggazdaságosabban kombinációjában kell kielégíteni, úgy, hogy a hő és a villamosenergia termelés optimalizálható legyen. Vagyis a hő és villamosenergia igények kielégítését szolgáló berendezések együttes költségét kell minimalizálni a Mirogridben. 2. A Microgridben a hőtermelést a felhasználás helyéhez közel kell megvalósítani, mivel a villamosenergia sokkal könnyebben szállítható, mint a hőenergia. (Ugyan ezen elv alapján, általában a nagy erőművek oda települnek, ahol a közelben elegendő hűtővíz van, és nem pedig oda, ahol nagy a villamosenergia igény.) Mivel a Microgrid struktúra lehetővé teszi a sokféle termelő egység koordinált üzemvitelét (üzemeltetését), ezért villamos szempontból sem jelent problémát a villamosenergia termelő egységek hőfogyasztási helyekhez közeli telepítése. A CHP rendszerek általában a következőkből állnak: 1. Az energiahordozóból az energiát felszabadító technológia 2. A villamos áram termelő egység 3. Hő hasznosító/visszanyerő berendezés, mely előállítja a termikus energiát 4. Az égéstermékek eltávolítását végző egység (ha szükséges) 5. Irányító/vezérlő rendszer 6. Villamos védelmek és csatlakozó berendezés 7. Hangszigetelt felépítmény Az 1. pontban szereplő technológia lehet dugattyús motor, mikroturbina, vagy üzemanyag cella. A 3. pontban szereplő technológia megvalósítása attól függ, hogy milyen típusú és milyen teljesítményű az 1. pontban használt technológia. A CHP berendezések igen jó hatásfoka azonban csak akkor érhető el, ha a Microgrid fogyasztói a megtermelt hőt is fel tudják használni. Ez a fűtési idényben általában nem jelent gondot, azonban ezen időszakon kívül jóval kisebb a hőigény. Erre jelenthet megoldást az abszorpciós hűtés és a levegő nedvességtartalmának csökkentése (látens hő elvonás). Ezek a hűtési igények természetesen villamosenergia felhasználással is megoldhatók lennének, azonban sokkal célszerűbb az egyébként is rendelkezésre álló hőenergia felhasználása erre a célra. Számos országban már nem csak téli, hanem a nyári időszakban is villamosenergia terhelési csúcsok jelentkeznek a megnövekedett légkondicionálási kapacitás miatt, amely jelentősen körülhatárolja a nagyobb erőművek nyári nagyjavítási idejét. Többek között ezért is lenne célszerű ezeknek a hűtőberendezéseknek az energia igényét nem villamos árammal, hanem hőenergiával fedezni a Microgriden belül. A következő ábra erre mutat példát:

132


49. ábra Kogenerációs erőmű hőfelhasználása

11.5 Megújuló mikrotermelő egységek bemutatása a BMF KVK VEI-ben A Budapesti Műszaki Főiskolán régóta folyik oktatás a ma még különleges vagy alternatív jelzőkkel illetett energiaforrásokról. A BMF Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar Villamosenergetika Intézete elhatározta, hogy egy demonstrációs energiaparkot hoz létre a Bécsi úti telephelyen. A munka célja a megújuló energiatermelő eszközök gyakorlati bemutatása, üzemviteli tapasztalatok szerzése illetve új típusú hálózati struktúrák tesztelése. A projekt szakképzési támogatásból valósult meg. A rendszer jelenleg önálló energiatermelő eszközöket tartalmaz, de a későbbiekben egy integrált microgrid kialakítását tervezzük. Főbb elemei a következők:

11.5.1

Napelem cellák

A cél, hogy részletes mérési adatsorok gyűljenek össze, arról, hogy a hazai időjárási viszonyok mellett mennyi villamos energiát lehet termelni a különböző fix tájolású panelekkel (ld.1. ábra). Az energiapark ezen első egysége mintegy másfél éve üzemel. Az amorf szilícium technológiával készült DS40-es napelemek főbb adatai: • névleges teljesítmény: 40W • névleges feszültség: 44,8V • névleges áram: 900mA

133


• üresjárási feszültség: 62,2V • rövidzárási áram: 1150mA • felület: 0,8 m2 Vizsgálati szempontok: • hatásfokmérés • megfelelő tájolás kiválasztása • szórt fény hatása • öregedés vizsgálat • a megfelelő rögzítéstechnika kiválasztása • segítség építészeti alkalmazások tervezéséhez

50. ábra Napelemes mérőrendszer a Budapesti Műszaki Főiskolán

11.5.2

Szélturbina

Az AIR-X 401-es kísérleti szélturbina elektromos kapcsolószekrényét, a műterhelést és a mérőrendszert a főiskola diákjai építették. Főbb jellemzői: • rotor átmérő: 1,15 m • névleges feszültség: 12 V • indulási szélsebesség: 3 m/s • névleges teljesítmény: 400 W/11,5 m/s • maximális leadott teljesítmény: 520 W/18 m/s •

51. ábra AirX401 szélturbina a Budapesti Műszaki Főiskolán

134


11.5.3

Tüzelőanyag cella

A 20 W-os FLEXIVA típusú tüzelőanyag cella tiszta hidrogénből állít elő villamos energiát. Ez az egység jelenleg 12 V-os akkumulátorra dolgozik.

52. ábra Tüzelőanyagcella

53. ábra Megújuló eszközök a Budapesti Műszaki Főiskola tetején

54. ábra A napelem, a tüzelőanyag cella és a szélturbina kapcsolódása a mikrogrid modellre

135


55. ábra A mikrogrid elvi sémája

56. ábra A mikrogrid modell

11.5.4

A „házi napelemes erőmű”

57. ábra Házi napelemes erőmű

A német háztartásokban megtalálható napelemes rendszerek hálózati visszatápláló inverter egysége (P=2,2 kW; hatásfok: 94%; bemeneti feszültség 250-600V, kimenet 230 V AC)

136

KLÍMAPOLITIKA. A mini megújuló kapacitás integrációja a magyar villamos energia rendszerbe

Recommend Documents