Balasa Levente, a Siemens Zrt. Smart Infastructure divízióvezetőjének írása
Az energiaátmenet következtében a villamosenergia-hálózatok egyre komplexebbé válnak: a megújulóenergia-termelő egységek számának gyors növekedése, a mérőóra előtti és mögötti energiatárolók terjedése, az áramigény jelentős növekedése, a szélsőséges időjárás és az elöregedő infrastruktúra miatt a hálózatkezelés jellege és feladatai alapvetően megváltoznak, miközben új stratégiai és üzemeltetési kérdések merülnek fel. Az időjárásfüggő megújuló kapacitás gyarapodásával a rendszerben megnő a volatilitás, a feszültség- és frekvenciaingadozás mértéke, ami számos problémát okoz, végső soron pedig feszültségkimaradásokhoz is vezethet, miközben a rendszerszintű kiegyenlítő-szabályozási kapacitást, illetve a beavatkozási lehetőségeket a hagyományos, jól szabályozható erőművi kapacitás zsugorodása is korlátozza.
Bár az elmúlt években a megújuló erőművek telepítései stabilan növekedtek, a villamosenergia-hálózatot kontrolláló átvitelirendszer-irányítók (TSO-k), az elosztórendszert üzemeltető társaságok (DSO-k), illetve a közművek nem ritkán továbbra is bizonyos fokú közönyösséggel figyelik a folyamatot. Mostanra azonban az energiarendszerek átalakulása fordulóponthoz érkezett. A fenntarthatósági célok elérése érdekében a hálózathoz a jövőben még több új megújulós termelő egységnek kell csatlakoznia, és a pénzügyi szempontok által is hajtott, exponenciálisan növekvő trendnek nincs alternatívája vagy visszaút belőle.
Hogy a megújuló alapú villamosenergia-termelés terjedése mennyivel gyorsabb a korábban vártnál, azt jól mutatja a Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) jó évtizeddel ezelőtti elemzésének viszonya a végül megvalósult növekedéshez. A meghatározó World Energy Outlook című éves jelentés 2010-es változata az akkori körülményeket figyelembe véve még úgy számolt, hogy 2035-ig összesen 410 GW fotovoltaikus (PV) naperőmű-kapacitást telepítenek majd világszerte. Ezzel szemben a teljes globális PV-kapacitás már 2017-ben elérte az IEA által 2035-re várt értéket, napjainkban pedig már valahol 1000 GW körül jár.
Hasonló jelenség tapasztalható a hazai villamosenergia-rendszerben is. A kormány aktuális várakozásai szerint a 2020-ban megjelent Nemzeti Energiastratégia által a naperőművek beépített teljesítőképességére vonatkozóan 2030-ra kitűzött 6000-6500 MW-os célszámot várhatóan még az évtized első felében sikerül elérni, az eredetileg 2040-re kijelölt 12 000 MW-os kapacitás pedig 2030 körül lehet meg.
Fotó: Siemens
Miközben a villamosenergia-termelés dekarbonizálódik, egyúttal decentralizálódik is: a korábban jellemző néhány nagy termelő mellett és helyett a termelést egyre inkább a sokasodó számú kisebb-nagyobb, elsősorban időjárásfüggő termelő adja. Így a még mindig erősen centralizált rendszer már ma is egyre több elosztott energiaforrást (DER) foglal magába: Magyarországon például az immár 4 GW-ot közelítő fotovoltaikus kapacitást több, mint 166 ezer darab, különféle méretű naperőmű alkotja.
Közben a villamos energia teljes energiafogyasztáson belüli súlya növekszik, nagyrészt szintén az emissziócsökkentési szándék által motiválva, így a zöldáram szinte minden szektorban elsődleges energiaforrássá válik. Ennek egyik fő hajtóereje a személyi közlekedés elektrifikációja; az e-töltők száma gyorsan nő, és ahhoz, hogy a villanyautók a klímacélok eléréséhez megfelelő ütemben terjedhessenek, globális állományuknak a mai 1 millió körüli darabszámról 2030-ig 40 millióra kell bővülnie az IEA szerint. Nem utolsó sorban e trend hatására az áramigény jelentős része az éjszakai völgyidőszakban fog jelentkezni, amikor azt napenergiával nem lehet közvetlenül kielégíteni, ami olyan új stratégiák alkalmazását teszi szükségessé, mint az akkumulátoros energiatárolók telepítése vagy a fogyasztó oldali befolyásolás szerepének fokozása.
A hagyományos megközelítés azt diktálná, hogy miután teljesítőképessége határára ért, új, nagyobb vezetékekkel, transzformátorokkal, illetve alállomásokkal bővítsük a hálózatot. Erre bizonyos mértékig továbbra is szükség lesz, de beruházási és időigényük miatt ezek a projektek csak korlátozottan kezelhetik a problémát. A mostani komplex és sürgető helyzetben ezért a hálózatkezelés filozófiájának meg kell változnia; ha a fizikai bővítés nem tudja tartani a lépést, akkor a digitalizációnak, a hálózat okosításának kell átvennie a vezető szerepet.
Az energetikai szakértők egyetértenek abban, hogy csak egy erősen digitalizált okos hálózat képes biztosítani az energiaátmenet kezeléséhez szükséges rugalmasságot.
A közepes és kisméretű megújuló erőművek túlnyomórészt az elosztóhálózathoz csatlakoznak, amely ezek tömeges befogadásához ma többnyire nem elég okos és transzparens, valamint egyáltalán nem a kétirányú energiaáramlásra lett tervezve. Ezért a hálózatüzemeltetők az elosztott energiaforrások működési kondícióit sem képesek figyelemmel kísérni, ami rendkívül megnehezíti számukra, hogy megbízható képet kaphassanak hálózatuk aktuális állapotáról, ami alapján kellő időben reagálhatnának.
Ilyen helyzetben a hagyományos hálózatkezelési megközelítések és rendszerek már nem működnek megfelelően. A TSO-k és DSO-k alapfeladata a jövőben is változatlanul az marad, hogy fenntartható, stabil, megbízható állapotban tartsák a hálózatot. A korábbiakhoz képest viszont egyre gyorsabban kell reagálniuk, és sokkal több eszközt kell kontrollálniuk, ami szükségessé teszi, hogy tökéletesen tisztában legyenek a hálózat állapotával.
Ehhez olyan új eszközökre van szükségük, amelyek nagyobb rálátást biztosítanak a hálózatra, és amelyek lehetővé teszik a saját és harmadik felek eszközeinek aktív kontrollját az infrastruktúra kihasználtságának optimalizálása érdekében. A hatalmas adatmennyiség, a folyamatosan változó helyzetek és a gyakori döntések miatt mindez csak a hálózat, különösen a közép- és kisfeszültségű elosztóhálózat okosabbá tételével, lényegében smart griddé, okos hálózattá alakításával érhető el – digitalizálással és automatizálással. Az új digitális technológiák alkalmazásával, valamint az elosztott energiaforrások integrálásával és kezelésével a hatalmas számú kapcsolódó berendezés értékes adatforrássá és beavatkozási eszközzé válik, stabilabbá, hatékonyabbá és rugalmasabbá téve az egész rendszert.
Balasa Levente, a Siemens Zrt. Smart Infastructure divízióvezetője, a cikk írója
A DER-ek hatékony kezelése ezért egyre inkább a TSO-k és DSO-k kulcsfeladatává válik, ahogyan az energiaátmenet folytatódik. Ehhez az energiaszektor a digitális technológiák folyamatosan bővülő skálájára támaszkodhat. Az aktív termelő-fogyasztók (prosumerek), az e-töltők és az okos hőszivattyúk egyre nagyobb számban való megjelenése, illetve a fogyasztó oldali befolyásolás lehetőségeinek az ipari és kereskedelmi szektorban is megfigyelhető bővülése új távlatot nyit a hálózatkezelés számára is: a begyűjtött hatalmas mennyiségű adat kritikus fontosságú a különböző hálózati komponensek hatékony monitorozásához, elemzéséhez és irányításához; ezáltal végeredményben a hálózat fizikai bővítése nélkül, annak okosításával válnak elkerülhetővé a negatív hálózati következmények.
Az üzemeltetői és ügyféloldalon működő eszközök sokasága és változatossága miatt a hálózatüzemeltetők számos különböző megoldást alkalmazhatnak azért, hogy képesek legyenek begyűjteni és feldolgozni a hatalmas adatmennyiséget, újabb adatforrásokat integrálni és előrejelzéseket készíteni a hálózat jövőbeli állapotáról. Szenzoraiknak és kommunikációs rendszereiknek együtt kell működniük a fogyasztói berendezésekkel, illetve az internetalapú IoT-megoldásokkal, és ahhoz, hogy az adatokból hasznos, könnyen értelmezhető információk váljanak, olyan új módszerek alkalmazása is elengedhetetlen, mint a gépi tanulás, illetve mesterséges intelligencia.
A különféle rendszereket aztán egy átfogó, integrált és bővíthető digitális hálózati adatkezelő modellé kell egyesíteni, amelyben a különböző források kombinálhatók és elemezhetők, és amely így megteremti a növekvő komplexitás kezeléséhez szükséges átláthatóságot.
Az elosztóhálózat részben teljesen automatikus, kézi beavatkozást nem igénylő mikrogriddé (mikrohálózattá) is átalakítható, amelyek segítenek rendszerezni a jövőben egyre inkább aggregátorok által összefogott és összehangolt eszközökről és működésükről szóló információkat. A mikrogrid óriási előnye hálózatüzemeltetői szempontból, hogy a kapcsolódó termelés és felhasználás adatait a mikrogrid irányítója feldolgozza és kiegyensúlyozza, így a hálózatüzemeltető egyetlen, egységes információforrással rendelkezik eszközök egész halmazáról. Így az aggregátorok válhatnak a hálózati szolgáltatások és megbízhatóság legfontosabb forrásaivá: ahelyett, hogy maguk kezelnék a DER-eket, a DSO-k az aggregátorokhoz fognak fordulni helyi stabilitási szolgáltatásokért, míg a TSO-k a stabil frekvencia fenntartására vehetik igénybe őket.
Fotó: Siemens
A jövő okos hálózatában a hardvermegoldások és a szoftveralapú megközelítések mellett a piaci mechanizmusok képviselik a hálózatüzemeltetés tökéletesítése érdekében alkamazható eljárások harmadik kategóriáját. A TSO-k és DSO-k energia, kapacitás, működési tartalékok és egyéb szolgáltatások biztosításához is igénybe vehetik az aggregátorokat, esetleg saját tevékenységüket is kibővíthetik az aggregátor szerepkörrel, amennyiben a szabályozás ezt lehetővé teszi.
Az energiarendszer átalakulása nem egy felülről lefelé haladó stratégiai megközelítésben, egyértelmű mérföldkövekkel megtervezett koncepció eredménye, sokkal inkább alulról felfelé irányuló evolúciós folyamatként jellemezhető. Ez egyben azt is jelenti, hogy a jelenlegi helyzetben merev ütemtervek követése önmagában nem elegendő. A hálózatüzemeltetőknek ilyen körülmények között a korábbinál több találékonyságra, agilitásra és a jövőről szóló vízióra van szüksége, amihez persze az is kell, hogy a szabályozó hatóságok ezt lehetővé tegyék számukra. Vagyis nem csak a hálózatoknak, hanem az ezek jövőjét alakító szereplőknek is rugalmasabbá kell válniuk.
Ez a nagyfokú rugalmasság változást igényel a hálózatüzemeltetők gondolkodásmódjában is a jövőbeli hálózat tervezésétől a tényleges irányításig. A hálózatüzemeltetőknek nem árt tisztában lenniük azzal, hogy az új körülmények közepette új készségek elsajátítására is szükségük lesz: az IT, az adminisztráció, a szoftver-programozás és az adatelemzés olyan alapkompetenciák lesznek, melyeknek vagy a szervezeten belül vagy a partnerhálózatban mindenképpen rendelkezésre kell állniuk az okos hálózat bölcs üzemeltetéséhez. A fenntartható üzleti siker és átalakulás lehetősége azonban várhatóan bőségesen kompenzálja majd őket az erőfeszítésekért.
fotók: Siemens
Major András
