A villamosenergia-hálózat állapota normál esetben nem áll a közvélemény érdeklődésének előterében, az energiarendszerben zajló földrengésszerű változások azonban az utóbbi időben világszerte ráirányították a figyelmet az energiaelosztás helyzetére. Magyarországon az újonnan telepítendő kereskedelmi és saját célra termelő naperőművek rendelkezésére álló szabad hálózati csatlakozási kapacitások hiányáról szóló 2022-es bejelentések emelték fókuszba a témát, amely borítékolhatóan a következő években is középpontban maradhat.
Ahogyan ugyanis a fenntartható és független energiarendszer kialakítása mind sürgetőbb, és a növekvő áramigény kielégítéséhez egyre nagyobb időjárásfüggő megújuló kapacitás integrálása szükséges, az átfogó hálózatfejlesztések is egyre inkább nélkülözhetetlenné válnak majd.
Az üvegházhatású gázok (ÜHG) kibocsátásának csökkentése az elmúlt években mindenhol a legfontosabb energia- és klímapolitikai célkitűzéssé vált, az ambíciók pedig várhatóan csak erősödnek majd a következőkben. Az európai uniós célkitűzés szerint 2030-ig 55 százalékkal csökkenhet a kibocsátás az 1990-es szinthez képest, 2050-re pedig a klímasemlegesség elérése a cél az EU egészében, így Magyarországon is. A következő években ezért a világ nemzetei tetemes pénzügyi forrást fordítanak majd ÜHG-emissziójuk minimalizálására, ezen belül jelentős részben új nap- és szélerőmű kapacitások telepítésére. Becslések szerint a kapcsolódó beruházások az évszázad közepéig mai értéken összességében 23,9 ezer milliárd dollárral járulhatnak hozzá a globális GDP-hez.
Az egyre inkább fókuszba kerülő dekarbonizációs cél a megújulóenergia-termelő kapacitás folyamatos gyors bővülését teszi szükségessé, a sok új termelő – például a háztartási méretű naperőművek (HMKE-k) – megjelenése pedig az energiatermelés és -elosztás decentralizálódását vonja maga után. Ez azt jelenti, hogy a hagyományos nagyerőművek és egyirányú energiaáramlás jellemezte centralizált villamosenergia-hálózatnak jelentősen át kell alakulnia, alkalmassá válva mindenekelőtt a további jelentős megújuló termelő kapacitás befogadására. Ez a fejlődési kényszer a megújulók terjedésének gyorsulásával egyre feszítőbb, amit jól szemléltet a naperőművek magyarországi térnyerése is, melynek során a fotovoltaikus kapacitás három-négy év alatt nullárról 3,5 GW fölé nőtt – hangsúlyozta Balasa Levente, a Siemens Zrt. Smart Infrastructure divízió vezetője az Óbudai Egyetem Kandó Konferenciáján tartott előadásában.
Balasa Levente, Siemens Zrt. Smart Infrastructure divízió vezető
A váltakozó rendelkezésre állású megújulók villamosenergia-rendszerbe történő gyorsütemű integrálása jókora kihívást jelent, mivel a zöldáram arányának és felhasználásának növekedése miatt a hálózat részéről egyre nagyobb rugalmasságra van szükség. Időjárásfüggő jellegük miatt ugyanis a megújulós erőművek hálózati betáplálásának intenzitása, de akár az energiaáramlás iránya is pillanatok alatt képes megváltozni, ami egyre nagyobb feladatot ró az elosztó és az átviteli rendszer irányítóira. A villamosenergia-rendszer termelési oldalának drámai átalakulásával pedig lényegében megszűnik a kizárólag néhány hagyományos, jól szabályozható nagyerőmű által uralt, ezért könnyen egyensúlyban tartható modell.
Az elosztó- és átviteli hálózat szintjén további kihívásokat okoz az elektromobilitás energiaigénye, vagyis az elektromos meghajtású járműveknek a klímapolitikai célok eléréséhez szintén elengedhetetlen térnyerése. A villanyautók közeljövőbeli gyors elterjedésére pár évvel ezelőtt még szakmai körökben sem feltétlen láttak érdemi esélyt, ma azonban már nem kérdés, hogy hamarosan a piaci dominanciát is átveszik a belsőégésű motorral felszerelt modellektől. A gyártók többsége már bejelentette, hogy termelését mindinkább villanyautók gyártására fogja átállítani, melyek a várakozások szerint 2040-ben már mintegy 58 százalékos részesedéssel rendelkezhetnek az új autók piacán.
A töltési igény tömeges jelentkezése a helyi hálózat túlterhelődését, rendszerirányítói szempontból pedig a fogyasztás növekedését és a rendszerterhelés csúcsidei megugrását eredményezheti, azzal együtt, hogy az elektromos autók akkumulátorai a megfelelő szabályozási környezet és ösztönzők bevezetése után rugalmassági szolgáltatás nyújtásával akár kedvező hatással is lehetnek a rendszerre (V2G: vehicle to grid).
Microgrid Graphic Digital Grid (Siemens)
A villamosenergia-rendszer átalakulásának példátlan gyorsaságát jelzi, hogy a rendszerbe állított megújuló termelő kapacitás éves szinten több mint 17 százalékkal növekszik globális átlagban. Az úgynevezett elosztott energiarendszerek évente több mint 10 százalékkal bővülnek, az elektromobilitási infrastruktúra pedig évente több mint 30 százalékkal növekszik.
Ezen jelenségek következtében figyelhető meg az a másik kulcsfontosságú trend, mely szerint az épületek mindinkább mint energiatermelő és flexibilitás-szolgáltató is csatlakoznak a villamosenergia-hálózathoz (B2G Building2Grid) – emelte ki Balasa Levente.
A napelemes rendszerekkel és – az akár villanyautók akkumulátorai formájában – energiatárolókkal is mind jobban ellátott épületek mindinkább képesek a hálózatra való betáplálásra, de a rugalmasság biztosításában a fogyasztóoldali vagy keresletoldali szabályozást (Demand Side Response, DSR) lehetővé tevő eszközök és megoldások révén is részt vehetnek. Várakozások szerint a következő öt évben globálisan több mint 50 milliárd dollárnyi, a B2G képességet fokozó úgynevezett mérőóra mögötti (behind the meter) beruházás realizálódhat az ingatlanszektorban.
Az energiarendszert átalakító említett változások elsősorban az úgynevezett grid edge, vagyis a kisfeszültségű hálózat forradalmi átalakulását jelentik: az egyre nagyobb számú háztartási napelemes rendszer, e-töltő és elektromos fűtési megoldás mind a 400 voltos rendszerre csatlakoznak rá. Ugyanakkor, bár a kisfeszültségű hálózatot nagyfokú kiépítettség jellemzi, a hagyományos erőművek dominálta kor örökségeként az intelligens megoldásokkal és funkciókkal való ellátottsága csekély. Ebbe az intelligencia nélküli, „buta” rendszerbe igyekszünk integrálni az intelligens berendezéseket, miközben a felhasználók egyre gyakrabban a hálózatba betápláló prosumerek is egyben; a digitalizáció, illetve automatizáció elsődleges terepe tehát a grid edge – fogalmazott a Siemens Zrt. Smart Infrastructure diviízió vezetője.
A kapcsolódó kihívásokra az egyik kötelező választ a villamosenergia-rendszer egyre nagyobb mértékű digitalizációja jelenti, ezért az átalakulás egyik fő trendje az alállomások, kapcsoló-berendezések, illetve a hálózatra kapcsolódó egyre több áramfogyasztó berendezés ellátásának automatizálásáról és digitalizálásáról szól. A digitalizáció széles körű alkalmazása végső soron a gyors és radikális változások kézben tartását szolgálja, azzal együtt, hogy a problémák megoldásához más szóba jöhető eszközöket is alkalmazni kell, például nem csak az ellátás biztosítása, de a rendszer szabályozása érdekében is továbbra is szükség van a hagyományos nagy, úgynevezett alaperőművekre is.
Mindez felértékeli a villamoshálózat stabilitását és rendelkezésre állását, miközben a hálózat egész Európában öregszik. Ez utat nyit a villamos hálózatot felépítő berendezések digitális módon történő kezelésére szolgáló, a például a karbantartást is megkönnyítő asset-management rendszerek előtt is. A folyamatot támogathatja, hogy az energetikát most elérő digitalizációs trend más területeken, így az ipari folyamatirányításban, automatizálásban már két-három évtizeddel korábban megjelentek, így a technológiák átvételének nem előzmények nélkül kell végbemennie.
És hogy mit jelent mindez a gyakorlatban? Az épületeken és -ben elhelyezett napelemek, e-töltők, illetve energiatárolók megjelenésével a mikrogridnek nevezett kombinált rendszer jön létre az ingatlanokban. A mikrogridek energiagazdálkodását a hálózat felé a Magyarországon jogi kategóriaként nem régóta létező, az energiaközösség fogalmával együtt megjelent aggregátorok fogják majd össze és menedzselik. A jövőben ezek biztosíthatják majd a rendszer számára szükséges rugalmasságot a mikrogridekben rendelkezésre álló szabályozható termelői és fogyasztási potenciált felhasználva, az elosztóhálózat üzemeltetőivel együttműködve. Ezzel lényegében jelentős részben megoldást kínálva a fent részletezett változások jelentette problémákra is.
Az új, kialakulóban lévő energiarendszerben különösen fontos szerep jut a mikrogridek együttes energiamenedzsmentjét lehetővé tevő szoftvereknek: mivel a technológiai újítások bevezetésére rengeteg pénzt kell elkölteni, a technológiai cégek várhatóan havidíjas licenc alapon bocsátják majd terméküket a hálózati cégek rendelkezésére. A villamosenergia-elosztás digitalizációjának fokozódása maga után vonja a felhőalapú technológiák megjelenését is. Mivel kritikus infrastruktúrához kapcsolódnak, ezeknek kiberbiztonsági irányelveket is teljesíteniük kell, és egyéb dilemmák, kérdések is felmerülnek az alkalmazásukhoz fűződően. Ezzel együtt a szektor meghatározó szereplői világszerte tesztelik a felhőalapú infrastruktúrát, és ennek alkalmazásával tervezik felépíteni egyes részhálózataik intelligenciáját, ami egyértelműen kijelöli a fejlődési trend irányát.
Azt, hogy a B2G trend már Magyarországon is valóság, jelzi, hogy napjainkban már itthon is több mint 130 ezer lakóingatlan tetején működik napelemes HMKE, összesen közel 1,4 GW beépített teljesítőképességgel (összevetésül: a Paksi Atomerőmű elektromos összteljesítménye körülbelül 2 GW). Az egyebek mellett a Helyreállítási Tervben és a Nemzeti Energiastratégiában is rögzített cél szerint 2030-ig több mint 6 GW, 2040-ig pedig 12 GW fotovoltaikus kapacitás telepítése van előirányozva, de a kormány újabb várakozásai szerint ez a cél már korábban, 2030-ig is megközelíthető. Emellett a kormány számára az e-mobilitás is a fókuszterületek közé tartozik. A villanyautók terjedését az otthontöltést támogató keretrendszer kialakítása, majd az e-mobilitási modellek 2020-as évtized második felében várható standardizálása is támogatni fogja.
Ezen célok eléréséhez azonban a háztartási méretű és egyéb naperőművek hálózati csatlakozását és villamosenergia-betáplálását rendszeroldalon is lehetővé kell tenni, valamint a termelésük ingadozásaiból adódó rugalmassági-kihívást is menedzselni kell, és egyre világosabbnak tűnik, hogy mindez digitalizálás, illetve automatizálás nélkül nem oldható meg – derült ki Balasa Levente, a Siemens Zrt. Smart Infrastructure terület vezetőjének szavaiból.
Jó hír, hogy a kormány a villamosenergia-hálózat fejlesztésére is jelentős forrásokat tervez fordítani a következő években, és a helyreállítási terv alapján a nagy épületek energiahatékonyságának javítása, illetve mikrogrid alapú szabályozása is támogatott terület lesz.
Erre mindinkább égető szükség is van, hiszen a klímacélok, a felértékelődő ellátásbiztonság, az energiaimport-függőségtől való szabadulás szándéka, valamint az anyagi szempontok mind abba az irányba mutatnak, hogy az energiarendszert átalakító nagy trendek tovább gyorsulnak a következő években. A még teljesen más elvek mentén, de semmiképpen sem a napenergia tárolására tervezett villamosenergia-hálózat pedig csak úgy lesz képes tartani a lépést a termelés és fogyasztás gyors átalakulásával, és akkor lesz képes további jelentős napelemes kapacitások befogadására, ha a digitalizáció révén az energiaelosztás területén is radikális változások mennek végbe. Ellenkező esetben a fenntartható energiagazdaság kiépítésére és a klímaváltozás megfékezésére irányuló, például az ENSZ éves klímacsúcsán is tett ígéretek megvalósítására mutatkozó már mai is csekély esély még tovább zsugorodhat.
Major András
