Már látni, hogyan győzheti le az energiaválságot a digitalizáció

Az elektromos áram útja az erőműtől a konnektorig egy egyre komplexebb, átalakuló villamosenergia-rendszeren keresztül vezet, melyben az ellátás biztonságát növekvő számú kihívás közepette kell biztosítani. Ilyen kihívás például a lakossági napelemes rendszerek tömeges megjelenése is, ami az eddigi, egyszerű „erőműtől a fogyasztóig történő egyirányú áramlást” átértelmezi, hiszen ennek hatására a háztartás pillanatok alatt fogyasztóból a hálózatra betápláló termelővé válhat.

Kritikus jelentőségű rendelkezésre állás

Eközben a villamosenergia megbízható rendelkezésre állása kritikus jelentőségűvé vált és ez a jövőben mindinkább így lesz a dekarbonizációs átállásnak is köszönhetően. A világnak egyre több tiszta elektromos energiára van szüksége, hiszen a globális energiaigény folyamatosan bővül, a villamos energia ebben elfoglalt részaránya pedig szintén emelkedik. Például gázkazán helyett egyre többen hőszivattyúval oldják meg az ingatlan fűtését, melyek jelentősége és fogyasztása a fokozódó hűtési és fűtési igény miatt is növekszik, de a villanyautók és e-töltők terjedése is hasonló hatással jár.

Ezt a trendet már nemcsak klímavédelmi megfontolások, hanem a fosszilis energia importfüggőségével és árával kapcsolatos aggályok is motiválják, így míg a hagyományos erőművi kapacitás stagnál vagy zsugorodik, a legolcsóbban üzemeltethető naperőművek exponenciálisan terjednek.

Ezért, ahogyan az időjárásfüggő erőművek aránya növekszik, a villamosenergia-rendszer irányítójának (TSO) egyre több, a kiegyenlítő szabályozást biztosító tartalék kapacitásra is szüksége van. Ez olyan energiapiaci szereplőket takar, amelyek kifejezetten arra szerződtek le, hogy szükség esetén pozitív vagy negatív teljesítménytartalékot biztosítsanak a rendszernek. Ha például egy nem várt felhősödés miatt visszaesik a napenergia-termelés, akkor vagy termelésük visszaszabályozásával állítsák helyre a rendszeregyensúlyt, vagy egyéb időjárásfüggetlen forrásból szabályozzák ki a pillanatnyi kiesést.

Bár utóbbiból a nap- és szélerőművek is mindinkább kiveszik a részüket, a tartalékkapacitásokat döntően továbbra is hagyományos, azon belül is elsősorban földgáztüzelésű erőművek adják. Ezzel azonban vissza is érkeztünk a probléma gyökeréhez, hiszen ezek fenntartása rendkívül megdrágult, és ellátásbiztonsági szempontból szintén nem tűnik optimális megoldásnak, a klímavédelemről nem is beszélve.

Mit jelent mindez a felhasználók számára? 

A hazai naperőmű-kapacitás gyors bővülésével a hagyományos elvek mentén tervezett villamosenergia-rendszer már most is alig-alig képes tartani a lépést, aminek máris több érzékelhető negatív hatása van lényegében valamennyi hazai villamosenergia-fogyasztóra nézve.

Egyrészt, az említett szabályozási kapacitások mára egyértelműen szűkössé váltak a jelentős fotovoltaikus kapacitáshoz mérten, másrészt a hazai kiegyenlítő szabályozás jelenleg drága, jellemzően fosszilis energiahordozón alapuló erőművekkel megoldott, melynek terheit végső soron az összes hazai villamosenergia-fogyasztó viseli.

A hálózat állapota a naperőművek hálózati csatlakozásával kapcsolatos problémák kialakulásában is szerepet játszik. A 2022. október 31. után benyújtott igények nyomán telepítendő HMKE-kre (háztartási méretű kiserőművek) hirdetett átmeneti hálózati betáplálási stop bevezetésének indoka az, hogy az elosztóhálózat műszaki állapota miatt nem képes kezelni az újonnan telepítendő termelő egységeket. Emiatt helyenként már a régebben telepített napelemes rendszerek hálózati betáplálása is akadozik, kedvezőtlenül befolyásolva a beruházás megtérülését is.

Fogyasztási oldalon mindehhez hozzáadódnak a hőszivattyúk és az elektromos autók és az otthoni e-töltők terjedésének hatásai is. Ezek a háztartás villamosenergia-fogyasztását a korábbi többszörösére emelik, a plusz igény pedig nem ritkán egy időben jelentkezik – ráadásul jellemzően az esti csúcsidőszakban, amikor a napelemek már nem termelnek. A terhelés ebből adódó drasztikus megugrása nehéz helyzet elé állítja a hálózatüzemeltetőket, a trend pedig az előrejelzések szerint a következő években is folytatódik.

Egyértelmű, hogy az egyszerre több szinten jelentkező problémákat egyszerre is kell kezelni, ugyanakkor sok más, a 20. századból örökölt struktúrához hasonlóan a villamosenergia-rendszerre is igaz, hogy nem erre tervezték, és az általa képviselt fejlettségi szint mára túlhaladottá vált. Ezáltal többé már az a filozófia sem tartható, mely kizárólag a rendszer rendkívül költséges bővítésével igyekszik választ adni a kihívásokra.

Mi a megoldás? 

Az biztos, hogy a megváltozó körülmények között valami olyan új dolgot kell kitalálni, ami a korábbiaktól merőben eltérő megközelítést alkalmazva ad választ a kihívásokra.

A megoldást nem más szolgáltatja, mint az élet egyéb területein is földcsuszamlásszerű változásokat okozó digitális forradalom, amely korunk legnagyobb, a korábbi viszonyokat gyökeresen felforgató globális trendjei közé tartozik. Amennyire hihetetlennek tűnik, hogy a Holdra szállást és az emberiség történelmének hasonló mérföldköveit a maihoz képest kis túlzással digitális szakócákkal és kőbaltákkal sikerült elérni, úgy lesz magától értetődő a jövőből visszapillantva, hogy a gazdaságunk és társadalmunk alapját képező energiaellátás most zajló példátlan átalakulását a digitalizáció lendíteni majd át a paradigmaváltásokat természetüknél fogva kísérő legnagyobb zökkenők időszakán, új szintre emelve az egész energiarendszert.

Míg ugyanis az energiaátmenet első szakasza a megújulóenergia-termelő egységek villamosenergia-rendszerbe való belépéséről szólt, a hangsúly a következőkben részben átkerül az energiaelosztás korszerűsítésére, amit éppen a termelési szerkezet gyors átalakulása tesz elkerülhetetlenné.

Ennek eredményeképpen az eddig döntően nagy vasak (illetve a vezetékekben kulcsfontosságú réz - lásd „copper-driven”, vagyis rézalapú) meghatározta statikus, „buta” hálózat az új digitális technológiákat és eljárásokat alkalmazó adatalapú („data-driven”), rugalmas, okos (smart) hálózattá válik. Ezt úgy lesz képes kezelni a kisebb-nagyobb időjárásfüggő erőművek és fogyasztó berendezések kereslet-kínálati viszonyokat drámai mértékben módosító hatását, hogy közben az ellátásbiztonságot is megerősíti.

Mit jelent a hálózatok „megokosítása”? 

Először is, az okos hálózat fő feladata sem lesz más, mint a hagyományos hálózaté: a kereslet és a kínálat egyensúlyban tartása, hiszen az elsődleges cél továbbra is a felhasználók ellátásának biztosítása. Ezt a hivatását a korábbinál jóval több termelő és fogyasztó eszközt magába foglalva, a termelés és az igények jelentős ingadozása, az áramlási irányok akár gyors egymásutánban történő váltakozása esetén is megbízhatóan be kell és be is tudja tölteni. Az ezt lehetővé tevő digitális technológiák már ma is elérhetőek, és ezek nagyrészt emberi beavatkozás nélkül, automatikusan képesek a hálózatra csatlakozó új eszközökben e szempontból rejlő potenciál kiaknázásával előnyt kovácsolni a látszólagos hátrányból.

Az okos hálózat adatalapú vagy adatvezérelt jellege azt jelenti, hogy működésének alapja és elsődleges feltétele a növekvő számú termelő és fogyasztó berendezéstől származó adatok szenzorokkal és az IoT-vel történő begyűjtése, melyek valós idejű információkat adnak ezek termeléséről és felhasználásáról. A például mesterséges intelligencia segítségével folyamatosan feldolgozott óriási adattömegből aztán az egész rendszert összefüggéseiben megjelenítő pontos kép alkotható. Ez alapján a hálózat üzemeltetője megítélheti, hogy a rendszeregyensúly fenntartása érdekében hol, mely pontokon célszerű beavatkozni, ami az erre kedvezmények és díjak fejében leszerződött fogyasztók és termelők (valamint tárolók) fogyasztásának és termelésének módosítását jelenti.

Nagy vonalakban így működik a rendszerirányító által végzett le- és felszabályozás, vagyis a kiegyenlítő szabályozást biztosító tartalékkapacitások költséges lekötése és igénybevétele, de lényegében a vezérelt („éjszakai”) áram intézménye is ezen az alapelven nyugszik. Ahogyan ma anyagi ellentételezés fejében, a kényelmi szint minimális csökkenését bevállalva a szolgáltatóra bízzuk, hogy mikor biztosítja a villanybojler, valamint elektromos fűtés áramigényét, ehhez hasonló módon járhatunk el nemsokára egyéb új energiatermelő és -fogyasztó berendezéseinkkel is, amennyiben így döntünk.

A bevonható eszközök köre egyre szélesebb lesz, és a mind több háztartásban megjelenő energiatermelő és -tároló berendezések szükség esetén pluszforrást nyújtva is beléphetnek a rendszerbe. A napelemes pályázat támogatási feltételei között például már szintén szerepel, hogy a HMKE telepítéséhez kapcsolódóan kizárólag olyan háztartási tárolóegységek és inverterek számolhatók el, amelyek alkalmasak arra, hogy a későbbiekben a villamos energiáról szóló törvény felhatalmazása alapján eljáró szervezet (például az elosztó) távolról tudja azokat vezérelni, szabályozni. Ehhez hasonlóan később akár az elektromos autók akkumulátorában rejlő lehetőségek is kiaknázáshatóak lesznek (vehicle-to-grid, V2G).

A smart grid nem egyesével kezeli az ehhez hozzájáruló felhasználók rendszerszintű szolgáltatási potenciálját, hanem sok kis kvázi alrendszer (mikrogid) is létrejön, melyekben az aggregátor nevű új piaci szereplők fogják és hangolják össze számos különféle egyéni termelő és fogyasztó berendezéseket a digitalizáció segítségével. Ezáltal megkönnyítik az elosztó dolgát is, hiszen az eszközöket egy csomagban kezelve nyújtanak rugalmassági szolgáltatást az elosztóknak, de akár a rendszerirányítónak is. Így sok MW-os nagyságrendben biztosíthatnak kiegyenlítő szabályozási kapacitást, nagyjából úgy, ahogyan ma a gázerőművek, csak éppen ezeknél jóval energia- és költséghatékonyabb, valamint klímabarátabb módon, miközben az ország importfüggősége és energiaszámlája is csökken, a felhasználók pedig alig érzékelnek ebből bármit.

Miért jó ez a felhasználóknak? 

Az okos hálózatok megjelenésével tehát a villamosenergia-rendszer evolúciója az energiaelosztás magasabb szintre emelése felé halad. Ez természetesen új beruházásokat tesz szükségessé, amelyek költségeit nem kis részben a felhasználóknak kell állniuk, de ezeknek a fejlesztéseknek ma nincs alternatívájuk.

Ez a gyakorlatban például azt is jelenti, hogy a jövőbeli napelemes rendszerünket a lehető leggazdaságosabb módon tudjuk üzemeltetni akár villamosenergia tároló berendezéssel kombinálva, így saját rendszerünk a drága áramszolgáltatói hálózatból csak minimális mértékben vételez de szükség esetén képes önmagát szabályozni a hálózat stabilitásának megőrzése érdekében. Az okos hálózatok kialakítása korántsem csak a ma még sokak számára elérhetetlen háztartási naperőművek, hőszivattyúk és villanyautók tulajdonosainak áll érdekében, hanem mindannyiunknak. Ez biztosíthatja ugyanis, hogy a jövőben továbbra is magától értetődő legyen, hogy van áram a konnektorban, és hogy a hagyományoknak megfelelően a karácsonyfa meghitt fényei mellett (ellátás)biztonságban tölthessük az ünnepeket.

A szerző a Siemens Zrt. Smart Infrastructure divíziójának vezetője.

A véleménycikkek nem feltétlenül tükrözik az Index szerkesztőségének álláspontját.