Elsőként kezdjük a legszárazabb résszel, a villamos energia termelés és elosztás működésével. Hogy érthető legyen, sok egyszerűsítéssel élünk, a lényeget középpontban tartva. Akinek ez a rész túl szakmai, nyugodtan átugorhatja a keretest, nem marad le a fő mondanivalóról.
Mint tudjuk, az áram nem csak úgy ott van a befalazott röfiben, hanem hosszú vezetékeken keresztül jut el keletkezése helyétől, az erőműtől, a fogyasztási helyig. Az erőművek sokfélék lehetnek aszerint, hogy miből nyerik az energiát.
→ Hőerőmű vagy más néven gőzturbinás erőmű
⇒ Szén- és lignittüzelésű
⇒ Gázfűtésű (szénhidrogén)
⇒ Nukleáris (atomerőmű)
⇒ Biomassza
⇒ A naperőművek egyes formái
→ Gázturbinás erőmű
→ Vízerőmű
→ Szélerőmű
→ Napelemes erőmű (fotovoltaikus)
A témában jártasak biztosan fel tudnának sorolni még jó néhány típust és más csoportosításban is fel lehetne őket írni, de a mi szempontunkból bőven elég ennyi.
Magyarország erőművei.
Forrás: mavir – A magyar villamosenergia rendszer adatai – 2016
A lényeg, hogy megértsük a hőerőművekben vizet kell forralni valamilyen fűtőanyaggal, majd ennek a gőznek a turbinára engedve egy generátort kell meghajtania. Ez egy nagy és stabil termelésű rendszert eredményez. A gázturbinás erőművekben a repülőgép sugárhajtóművéhez hasonló módon az elégett gázok pörgetik a turbinát, amivel a generátort hajtják. Ezek teljesítménye gyorsan változtatható. A Vízerőműben maga a víz lezúduló ereje, a szélerőműben pedig maga a szél forgatja a lapátokat. A napelem pedig a napsütés hatására képes mozgó alkatrész nélkül villamos energia előállítására.
Magyarország erőműveinek teljesítménye.
Forrás: mavir – A magyar villamosenergia rendszer adatai – 2016
Rövidítések: NBP: Névleges bejáratási próba; BT: Bruttó beépített villamos teljesítőképesség; ÁH: Állandó jellegű teljesítőképesség hiányok és többletek eredője; Rtá: Rendelkezésre álló teljesítőképesség.
Hazánk amellett, hogy számos erőművel rendelkezik, nagy mennyiségben importál és exportál elektromos áramot. A mérleg sajnos rossz irányba dől, mert több mint 12.000 GWh áramot kellett importálnunk saját felhasználásra 2016-ban.
Magyarország elektromos áram importja és exportja a szomszédos országok szerint. Forrás: mavir – A magyar villamosenergia rendszer adatai – 2016
Az áramszolgáltatás sajátossága, hogy minden pillanatban annyi energiát kell termelni, mint amennyit a fogyasztók elfogyasztanak. Ha nem így teszünk, akkor sem lesz nagyobb feszültség a csatlakozóinkban, csupán a hálózati frekvencia (ami Európában 50 Hertz) nő vagy csökken. A hálózatfelügyeleti berendezések, mert hogy ilyenek is vannak, folyamatosan figyelik a termelés-fogyasztás egyensúlyát és eltéréskor azonnal beavatkoznak.
Az áramszolgáltatóknak rengeteg adatuk, statisztikájuk van arról, miként változik általában a fogyasztás. Ezt menetrendnek nevezik, mint a buszoknál. Van éves, havi, heti és napi menetrend is. A legfontosabb és legérdekesebb talán a napi menetrend. Ahogy a lenti képen látható, a csúcsfogyasztás dél körül, míg a minimális fogyasztás hajnal 3-4 között van. A hajnali teljesítményigény körülbelül 60%-a csúcsigénynek. Ennek a jelenségnek a csökkentésére találták ki az olcsóbb „éjszakai áramot”.
Hogyan lehet beavatkozni a hálózatba? Két módon: az erőművek teljesítményének változtatásával és a fogyasztás vezérlésével. A fogyasztásba való beavatkozás leggyakoribb módja a kapcsolható fogyasztók (tipikusan bojlerek) beindítása. A köznyelv ezt hívja éjszakai áramnak, mert jellemzően éjszaka történnek ezek a bekapcsolások. A termelési oldalon pedig az erőművek teljesítményének szabályozása adja a mozgásteret, ez azonban nem olyan egyszerű. A nagy szén- és atomerőművek és a vízerőművek teljesítménye csak lassan, órák alatt változtatható meg. Ezért termelésük többé-kevésbé állandó.
A szabályozhatóság szempontjából 3 csoportra osztjuk az erőműveket:
→ Alaperőmű
→ Menetrendtartó erőmű
→ Csúcserőmű
Az elnevezések magukért beszélnek. Az alap erőművek termelése nem változik, egész nap ugyanazon a szinten termelnek. A korábbi grafikon már meg is adja a választ, hogy Magyarországon az ilyen erőművek aránya elméletileg sem lehet nagyobb 60%-nál, a gyakorlatban még ennél is kevesebb. A második csoportba kisebb teljesítményű, könnyen változtatható fajták tartoznak. A harmadik csoportot pedig a kicsi, jellemzően gázturbinás erőművek teszik ki. Ezeket csak akkor indítják be, amikor a menetrendtartó erőművek sem képesek olyan gyors felfutással kielégíteni az igényeket.
Láthatjuk, hogy a megújuló energia nem igazán illeszkedik a képbe a kiszámíthatatlansága miatt. Ha hirtelen jön egy felhő vagy szélcsend, gyorsan, szinte nullára csökken az áramtermelése és a kiesést valamiből pótolni kell. A választ ismét a csúcserőművek jelentik. Tehát minden megawatt megújuló mellé tenni kell majdnem ugyanannyi csúcserőmű kapacitást is, a hálózat biztonságos üzemelése érdekében.
Ennek a mozgásnak a kiegyenlítésére kiválóan alkalmasak lennének a garázsban álló, távolról kapcsolgatható töltésvezérléssel rendelkező elektromos autók.
Összefoglalva az energiatermelés kérdését, az áramigény napon belül akár 60%-ot is változhat. A hálózatot a csúcsteljesítményre tervezték vagy még jóval fölé, ezért szó szerint mindennapos eset, hogy 40% tartalék van a rendszerben. A legkevesebb igény jellemzően éjszaka keletkezik, amikor az elektromos autókat tölteni szokás.
A két szélsőérték különbsége ma Magyarországon 1800 MW is lehet. Ez azt jelenti, hogy hálózatfejlesztés nélkül, éjszaka, egy időben akár 18.000 villanyautót lehetne villámtölteni 100 kW-os töltővel és akkor érnénk el azt az áramfelvételt, ami napközben teljesen megszokott. A normálnak mondható, 3,5 kW-os konnektoros töltéssel (16 A) egy időben akár 500.000 villanyautó is tölthető. Mindezt a hálózat jelenlegi kapacitását figyelembe véve.
Ezek a számok csupán a napi mozgásokból adódnak. Most pedig nézzünk meg egy táblázatot arról, hogy mennyi áramot fogyasztottunk el Magyarország területén az elmúlt években. 2016-ban a Központi Statisztikai Hivatal (KSH) adatai alapján, több, mint 36.037 GWh-át (gigawattórát), ebből a lakossági fogyasztás 10.719 GWh volt.
Forrás: KSH
Ennek ismeretében gondoljuk végig, mennyivel nőne Magyarország teljes villamos energia felhasználása, ha az útjainkon futó, körülbelül 4 millió gépjárműnek a negyede vagyis 25%-a elektromos autó lenne. Tételezzünk fel egy átlagosnak mondható, éves 15.000 km-es futásteljesítményt és egy átlagos, 16 kWh/100 km-es fogyasztást (a fogyasztási adat a spritmonitor.de oldalon a Nissan Leaf tulajdonosok által mért fogyasztások átlaga).
1.000.000 Villanyautó éves villamos energia felhasználása = 1.000.000 * (15.000 km/év / 100 km × 16 kWh) = 2400 GWh/év.
Ez azt jeleni, hogy a lakossági fogyasztás kevesebb, mint 25%-kal, a teljes fogyasztás pedig kevesebb, mint 7%-kal emelkedne meg. Hoppá! A KSH fogyasztási adatait jobban megvizsgálva azt is látjuk, hogy 2010-ben a teljes villamos energia felhasználás 33.918 GWh volt, tehát a növekedés üteme egyébként is eléggé jelentős. Érdemes megemlíteni, hogy a lakossági szektor fogyasztása 2009-ben érte el a csúcsát 11.285 GWh-val, azóta annyival csökkent, amennyiből félmillió villanyautó töltését fedezni tudnánk.
Összefoglalva a leírtakat, a magyar villamos energia fogyasztásban elenyésző, 7 százalékot tenne ki akár egymillió villanyautó megjelenése is. A lakossági fogyasztás évről évre csökken, tehát a hálózat terheltsége lakossági oldalon egyre kisebb. Van bőven tartalék a villanyautók otthoni töltésére.
A ökölszabályként az is megállapítható, hogy egy villanyautó fogyasztása egy átlagos háztartás energiaigényével egyenlő.
Érdemes még megvizsgálni a csúcsterhelési adatokat. Az áramszolgáltató külön vizsgálja a téli és a nyári csúcsokat. A múltban ezek jelentősen eltértek a téli javára, de manapság a villamos fűtés visszaszorulása és a klímaberendezések elterjedése miatt közelít egymáshoz. Volt olyan év, ahol a nyári csúcs megelőzte a télit. Nekünk az egyszerűség kedvéért elég az éves csúccsal számolni, ami 2016-ban 6749 MW volt. Ez azt jelenti, hogy ekkora teljesítményt kellett leadnia egy időben a hálózatnak.
Forrás: mavir – A magyar villamosenergia rendszer adatai – 2016
Tételezzük fel, hogy erre a csúcsra ráterheljük a feltételezett 1.000.000 villanyautó 5%-ának egyidejű villámtöltését, darabonként 50 kW-tal.
Villámtöltés teljesítményigénye = 50.000 × 50 kW = 2500 MW
Ha ezt a legnagyobb csúcs idején tennénk meg, akkor 37%-kal nőne a hálózat terheltsége. Viszont ez annyira extrém esetnek számít, hogy a valóságban nem fordulna elő. Mire az E-mobi vagy a MOL letelepíti az 50.000 villámtöltőt, addigra a maximális teljesítményfelvétel már amúgy is 10.000 MW felett fog járni.
Tovább gondolkodva, a feltételezett 1.000.000 villanyautó naponta átlagosan (az éves 15.000 km-ből kiindulva) 40 km-t halad. Ezalatt elfogyaszt 6,4 kWh elektromos áramot, amit a töltőre dugva minden éjszaka pótol a tulajdonosa, hogy másnap újra feltöltött akksival indulhasson útnak. Ha feltételezzük, hogy okosan van megoldva a rendszer, akkor az éjszaka közepén, a hálózat minimális terheltsége környékén indulnak a töltők időben kicsit eltolva. Az elfogyasztott 6,4 kWh-át 3,5 kW-os otthoni töltéssel (1 fázis, 16 A) kevesebb, mint 2 óra alatt tölti be a rendszer. Ha 4 részre osztjuk az egymillió villanyautót, akkor
250.000 × 3,5 kW = 875 MW
teljesítményigény keletkezik 8 órán keresztül. Ezt a terhelést a hálózat vígan el tudja látni, sőt, a termelőknek könnyebb lenne, ha nem kellene minden éjjel akkora mértékben csökkenteni az erőművek teljesítményét.
Magyarországon tehát a jelenlegi villamos hálózat elbírna 1.000.000 villanyautót is. Ha a töltést nagyobb részben éjszaka intéznék a tulajdonosok, még jót is tennének a villamos hálózattal, mert a napi teljesítményigény ingadozást csökkentenék. Elég az elektromos hálózat minimális ismerete ahhoz, hogy beláthassuk, az összeomlás nem fog bekövetkezni. A villanyautók terjedésének jelenlegi gátja nem a villamos hálózatban, hanem az emberek fejében van.
NRGreport
