Bírja-e a hálózat a rengeteg villanyautót?

Általános vélekedés, hogy a villanyautók gyors elterjedése miatt össze fog omlani a villamos energia hálózat. Ezt meglovagolva a laikusok hamar „belátják”, hogy jobban járnak, ha nem is gondolkodnak tovább akkumulátoros járművön, hiszen mire eljön az olcsó elektromos autók kora, addigra az áram lesz a szűkös erőforrás. Szerencsére ezek az állítások bármennyire logikusnak hangzanak, nem igazak. Megmutatjuk miért!

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.

Eromuvek
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.

Eromu_teljesitmeny
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.

Import_export
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
EZT OLVASTAD MÁR?  A CHAdeMO a legelterjedtebb villámtöltési szabvány

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.

Év Összes villamosenergia fogyasztás (GWh) Lakossági villamosenergia fogyasztás (GWh)
2008 35.089 11.243
2009 33.237 11.285
2010 33.918 11.034
2011 34.252 10.873
2012 34.063 10.619
2013 34.205 10.579
2014 34.715 10.426
2015 35.760 10.672
2016 36.037 10.719

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.

EZT OLVASTAD MÁR?  Elektromos autó villámtöltőt avattak Zalaegerszegen

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.

mavir_csucs
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.

Oszd meg ezt a cikket minél több helyen, hogy az embereket ne lehessen fals információkkal elriasztani az elektromobilitástól!

Elektromos autót használsz?