NRGreport
Menü

Az energiarendszer teljes átalakítása jelenthet védelmet az extrém időjárás ellen

Elemzés | Major András | 2021-09-22 05:00

Az egyre gyakoribb szélsőséges időjárási jelenségek az energiaellátás biztonságát is veszélyeztethetik. A számos technológiát magába foglaló úgynevezett elosztott energiaforrások (Distributed Energy Resources, DER) a szén-dioxid-kibocsátás csökkentése mellett az energiarendszer időjárásállóságának növelésére is az egyik legjobb megoldást jelentik.

Egyre kevésbé kétséges, hogy az extrém időjárási jelenségeket - így az északi féltekét sújtó közelmúltbeli példátlan hőhullámokat, árvizeket és viharokat - az éghajlatváltozás még súlyosabbá teszi, tette. Az elosztott energiaforrások (DER) pedig nem csak a klímaváltozás megfékezése, de az energiabiztonsági kihívások kezelésében is nélkülözhetetlennek tűnnek, védelmet nyújtva a szélsőséges időjárási események hatásaival szemben - hívja fel a figyelmet a Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) új elemzői kommentárjában.

A "DER" kifejezés olyan, a kibocsátáscsökkentést szolgáló technológiák széles skáláját öleli fel, amelyeknek közös jellemzője, hogy a fogyasztók, illetve termelő-fogyasztók (prosumerek) közvetlen környezetében találhatóak. Ide tartoznak például az energiahatékonysági és a fogyasztás rugalmasságát növelni képes (Demand Side Response, DSR) megoldások, a napelemes rendszerek és az energiatárolók. Vagyis ezek a decentralizált eszközök és megoldások nem csak az energiatermelésben, de a -tárolásban és a fogyasztás szabályozásában is jelentős szerepet játszhatnak.

Fekete doboz

A DER-ekre szokás alkalmazni a "mérőóra mögötti megoldások" (behind the meter) meghatározást is, ami elsősorban azt a hálózatüzemeltetői és közműcéges szempontot fejezi ki, hogy ezen megoldások működési adataira kívülről viszonylag kis rálátás nyílik - főleg valós időben. Ez a "fekete doboz" jelleg az, ami miatt az elektromos közművek számára fejtörést okoz, hogy hogyan is illeszthetők be tömegesen a DER-ek az energiarendszerbe, és hogy hogyan javíthatják a hálózat megbízhatóságát. Mivel az új energiarendszer keretei állandó mozgásban vannak, a DER-technológiák, a szabályozás és az üzleti modellek folyamatos fejlődése a jövőben újabb kihívásokat és megoldásokat hív majd életre.

Ezek az eszközök egyre nagyobb számban jelennek meg világszerte. Például az elektromos járművek száma 2017 és 2020 között megháromszorozódott és meghaladta a 11 milliót. Az elosztott napenergia-termelő kapacitás ugyanezen időszak alatt 179 GW-tal bővült, vagyis a telepítések körülbelül 40 százalékát a nem közműcélú ("utility scale") beruházások adták. De hasonló folyamatok figyelhetők meg a hőszivattyúk vagy az energiatároló rendszerek esetében is. A trend a következő években is folytatódni fog, ez pedig - amellett, hogy hozzájárul az üvegházhatású gázok csökkentéséhez, valamint mérsékli a centralizált ellátásra nehezedő, növekvő ellátásbiztonsági nyomást - új kihívások elé is állítja a döntően 20. századi elektromos hálózatot - figyelmeztetnek az IEA elemzői.

A legtöbb hálózat több évtizede épült, a ma már elavultnak tekinthető 20. századi villamosenergia-rendszer részeként, amelyben a nagy, központi erőművek által előállított elektromosság csak egy irányban áramlott a fogyasztókhoz, nem ritkán nagy távolságokat megtéve. A villamosenergia-igény stabil volt és rugalmatlan, a hálózatüzemeltetők számára így az elsődleges kockázatot a nagyerőművek és a hálózat műszaki hibái jelentették. Mivel a fogyasztói igények csak lassan változtak, az elektromos hálózat megerősítése során a fő szempontot az jelentette, hogy az képes legyen megfelelni a csúcsterhelésnek.

Átalakuló energiarendszer

A DER-ek megérkezése alapvetően alakítja át az energiarendszert. A villamosenergia-termelés egyre nagyobb részét az időjárásfüggő, változó rendelkezésre állású megújulók adják, ami fokozott rugalmasságot igényel a kereslet következetes kielégítésének biztosításához (például energiatárolók formájában). Az energiaáramlás kétirányúvá válása, például a prosumerek termelésének megugrása és a végfelhasználó eszközök villamosítása további kihívást jelent a közművek számára. Sok fogyasztó hasonló napi rutint követ, például este ugyanabban az időben tér haza a munkából. Ha pedig egyszerre nagyszámú háztartásban csatlakoztatják a töltőre az elektromos autót és kapcsolják be a hőszivattyúkat, az energiaigény olyan mértékben megugorhat, hogy az túlterhelheti a hálózatot.

Mindezeknek az erősödő kihívásoknak arra kell motiválniuk a hálózatüzemeltetőket, hogy proaktívan fejlesszék és menedzseljék a hálózatot, valamint a mérőóra mögötti megoldásokat. Sok üzemeltető ma még nem lát rá az egyes DER-ekre és nincs ellenőrzésük felettük. Az egyre változékonyabb energiafogyasztás előrejelzését a tetőre telepített napelemes rendszerek és más megújuló termelők tovább bonyolítják. Különösen nehéz megtervezni azon időszakokban a rendszer szabályozását, amikor nem várt felhősödés miatt a napelemek nem képesek hozni a tervezett termelést.

Az új eszközök jelentette kihívások zöme abból ered, hogy nagyrészt láthatatlanok a hálózatüzemeltetők számára, amelyek így képtelenek számolni velük és kontrollálni hatásaikat, ezért rendkívül nehéz őket integrálni a hálózat üzemeltetésébe. A kihívás megoldásában a digitalizáció óriási segítséget jelenthet: az okos digitális megoldások lehetővé teszik a tulajdonosok számára, hogy valós időben követhessék nyomon és kezelhessék a DER-ek működését. Ez pedig a hálózatüzemeltetőknek is segíthet abban, hogy sokkal nagyobb rálátásuk és befolyásuk legyen ezekre a tevékenységekre, ami a szóban forgó megoldások értékét is alaposan megnöveli a hálózat egésze szempontjából. A digitalizáció ráadásul gyakorlatilag korlátlanul skálázható az egyes eszközöktől az épületeken és közösségeken át a nagyobb régiókig.

Az irányított ("éjszakai") áram Magyarországon is jól ismert intézményétől a napelemes rendszerek fejlett inverterekkel való felszerelésén át az akkumulátoros energiatárolókig - akár az elektromos autóké is - a DER-ek számos módon járulhatnak hozzá a hálózati stabilitás növeléséhez. Az úgynevezett virtuális erőmű projektek (VPP) pedig képesek egész régiók DER-jeit integrálni és hálózati szintű szolgáltatásokat nyújtani, és miközben rendszerszinten is jelentősnek számító rugalmasságot biztosítanak, az eszközök tulajdonosai számára is plusz értéket képviselhetnek, például optimalizálva energiaköltségeiket. Az ilyen rendszerek lelkét adó fejlett algoritmusok, például a mesterséges intelligencia akár több tízezer megoldás összehangolt együttműködését teszi lehetővé: a világ legnagyobb, Ausztráliában folyamatban lévő VPP projektje 50 ezer napelemes és energiatároló rendszert foglal magába.

Együttműködésre ösztönözni a fogyasztókat

De a DER-ek még a digitális technológiákkal együtt is kihívásokat teremthetnek a hálózatüzemeltetőknek. Ugyanis, hacsak a tulajdonosok nincsenek valamilyen módon ösztönözve, nem feltétlen van okuk rá, hogy számításba vegyék eszközeik hálózatra gyakorolt hatásait. A fogyasztók proaktív bevonása tehát elengedhetetlen, és szabályozással, illetve kompenzációval ez meg is oldható, ugyanis így arra ösztönözhetők, hogy eszközeiket a hálózat állapotához jobban igazodva telepítsék és üzemeltessék.

A kompenzáció - vagyis különféle anyagi kedvezmények bevezetése a villamosenergia-tarifák átalakításával - méltányos díjazást kínálhat a DER-ek által nyújtott értékekért, ezzel elősegítve a tulajdonosok érdekeit a hálózat szükségleteihez igazítani, egyszerre javítva a hálózat megbízhatóságát és a DER-ek gazdaságosságát. Az úgynevezett energiaközösségek és aggregátorok létrejöttének lehetővé tételével a szabályozók elősegíthetik a kisméretű DER-ek csoportos belépését is a nagykereskedelmi villamosenergia-piacra - ahogyan ez a folyamat már Magyarországon is megindult. Az ösztönző rendszerek mindemellett arra is alkalmasak lehetnek, hogy a közműcégekek a költséges hálózatfejlesztések helyett a DER-ekbe történő beruházásra sarkallja.

A megfelelő szabályozási keretek megteremtésével az ellátásbiztonság fenntartásához minimálisan szükséges követelmények vezethetők be. Az ennek részeként létrehozható adatgyűjtési szabályok úgy javíthatják az eszközök felügyeletét, hogy az a tulajdonosokra nem ró extra költségeket, de a szabályozás segíthet mérsékelni a krízishelyzetek hatásait is, amikor például a hálózatba irányuló energiabetáplálást korlátozni kell. A megfelelően kialakított szabályozás ezen túl például optimalizálhatja az akkumulátorok használatát is.

A hálózatüzemeltetőknek a kompenzációs sémák alkalmazásához és a szabályok betartatásához is digitális fejlesztésekre van szükségük. Az összefoglaló néven elosztott energiaszolgáltatást kezelő rendszerekre (DERMS) jó példa a már számos helyen széles körben telepített okos mérő infrastruktúra. A kihívást azonban az is nehezíti, hogy a szigorodó adatvédelmi és kiberbiztonsági követelményeknek is meg kell felelni, és természetesen az is fontos, hogy az új energiarendszer összetettsége ne veszélyeztesse az elosztott energiaforrások fenntartható növekedését. 

Major András