Entár – akkumulátoros energiatárolás Magyarországon

Az elektromobilitás és a megújuló energiatermelés terjedése kapcsán rendszeresen felmerül, hogy ezt a hálózat nem fogja bírni, maximum addig működhet, ameddig ilyen alacsony arányban vannak jelen a piacon. A beszélgetésbe itt szoktak beszivárogni az akkumulátoros energiatárolók, amelyek legismertebb példáit általában a Tesla telepíti Ausztráliában, illetve olyan szigeteken, ahol a fosszilis energiahordozókkal való áramtermelés nagyon drága. Ezeken a helyeken általában bőven rendelkezésre áll a szükséges napsütés és légmozgás, hogy a sziget a teljes energiaigényét megtermelje, csak a termelés és a felhasználás időbeli elcsúszását kell egy kicsit korrigálni.

Sokkal kevésbé ismert dolog azonban, hogy ilyen energiatárolók nem csak a világ másik végén, hanem közvetlen környezetünkben is vannak.

Az elektromos árammal kapcsolatos legnagyobb probléma, hogy alapesetben a hálózatba pont akkora energiamennyiséget kell betáplálni, mint amennyit a fogyasztók az adott pillanatban onnan ki akarnak venni. Ez a feltétele, hogy egyensúly legyen, tartani lehessen az elektromos hálózat legfontosabb paramétereit, legfőképpen az 50 Hz-es frekvenciát. Ha kisebb a termelés, mint a fogyasztás, akkor a frekvencia csökken, ha nagyobb, akkor nő. Néhány század voltos ingadozás folyamatosan van, de az egyensúly tartásához folyamatosan erre alkalmas erőművek állnak készenlétben, hogy a termelésük fel- illetve leszabályozásával néhány megawattal növeljék vagy csökkentsék a termelést. Ezek a primer szabályozást végző elsődleges erőművek.

Természetesen nem csak a pillanatnyi kis ingadozásokat kell kisimítani, hanem a napon belüli igénykülönbséget is. Amikor éjjel az emberek alszanak, és az üzemek illetve irodák egy része is zárva van, az ország energiaigénye töredéke a nappali igénynek. Este, amikor mindenki hazaér, és elkezd tévézni, főzni vagy más háztartási munkát végezni (pláne télen, amikor még világítani is kell), még a nappali fogyasztási szintnél is nagyobb lehet az áramigény. Ennek megfelelően éjszaka le kell kapcsolni, vagy kisebb teljesítményre kell állítani az erőműveket, míg este a nappali szintnél is többre lehet szükség egy rövid ideig. Pedig milyen jó lenne, ha a telepített erőművi kapacitások folyamatosan kihasználhatóak lennének, és éjjel nappal egy fix teljesítménnyel termelhetnének. Az elektromos áram azonban nehezen és költségesen tárolható, így sok helyen eddig a leggazdaságosabb megoldást a túlméretezett erőművi rendszer és ezek napon belüli folyamatos szabályozása jelentette.

Most itt logikusan az akkumulátoros energiatárolás kellene következzen, de azért meg kell említeni, hogy a kémiai alapon energiát tároló akkumulátorok (legfőképpen lítium-ion) elterjedése előtt is létezett energiatárolás, ráadásul nem is kisipari méretben. A Földön sok helyen adott a természeti környezet arra, hogy két különböző tengerszint feletti magasságban lévő, de egymástól nem túl távoli természetes vagy mesterséges tó között egy csőrendszeren vizet áramoltassanak. Hogy ez mire jó, és mi köze az energiatároláshoz? Amikor a rendszerben túltermelés van (pl. éjjel), az erőművek letekerése vagy lekapcsolása helyett a megtermelt energiából szivattyút hajtva az alacsonyabban lévő víztározó vizét felszivattyúzzák a magasabban lévő tározóba, ahonnan ugyanezen a csőrendszeren keresztül akkor eresztik vissza, amikor az erőművek teljesítményén túlmutató szintre nő a hálózatban az igény (nappal vagy esti órákban). Ilyenkor a víz generátorokat hajtva áramot termel ahogy a gravitáció erejét kihasználva az alsó tározóba folyik. Egy ilyen óriási energiatárolót mutat be az alábbi rövidfilm:

Tehát sok helyen már eddig is megoldották az energiatárolást, de természetesen nem lehet mindenhova ilyen rendszert építeni, és ez sem ad megoldást mindenre.

A mai modern lítium-ion akkumulátorok alapvetően kétféle feladat megoldására alkalmasak: primer szabályozóként a hálózat pillanatnyi egyensúlytalanságának javítására, illetve a napon belüli áramigény kisimítására. Míg előbbi feladathoz egy viszonylag kicsi akkucsomag is elegendő, addig az utóbbihoz rendszerszinten egyelőre elképzelhetetlen mennyiségű akkumulátorra lenne szükség. Érthető, hogy energiahálózati szinten egyelőre az első feladat megoldására kezdenek elterjedni ezek a rendszerek. Ráadásul már nem csak a világ másik végén, hanem nálunk is.

EZT OLVASTAD MÁR?  A Teslával társul a Vestas a 160 millió dolláros projektben

Tavaly augusztusban számoltunk be arról, hogy az Alteo Budapest XIV. kerületében az egyik gázmotoros erőműve mellett egy 3,92 MWh energiatároló képességű, bő 7 MW teljesítmény leadására képes akkucsomagot telepített, amivel a cég a primer szabályozási piacon tervezett megjelenni. Már akkor lehetett hallani, hogy nem az az egyetlen ilyen projekt az országban, de a másik energiatárolóról a tulajdonos kilétén túl nem sok mindent lehetett tudni.

Az ELMŰ soroksári alállomása, ami a környéket a 120 kV-os nagyfeszültségű hálózatról és 22 kV-os középfeszültséggel látja el.

A másik akkumulátor kicsit később, november közepén kapcsolódott be éles üzemben a MAVIR rendszerébe, de az Alteo rendszerével ellentétben nem egy erőmű kiegészítése, hanem egy teljesen önálló akkumulátoros energiatároló rendszer. Az ELMŰ (Innogy) által létrehozott Entár működésébe a napokban kaptunk egy kis betekintést.

Az ELMŰ soroksári alállomásán 1,5 milliárd forintból megvalósított akkus energiatároló paraméterei igazán elismerésre méltóak. A két darab 40 lábas konténerbe összesen 6 MWh kapacitású lítium-ion akkumulátor került, amelyek együtt 8 MW teljesítménnyel képesek a hálózatról áramot felvenni, vagy oda leadni.

A rendszer minden egyes fiókjába 22 db sorba kötött, 3,7 V kapocsfeszültségű prizmatikus Samsung cella került, és 16 ilyen sorba kötött fiók alkot egy teljes blokkot. Egy-egy ilyen blokk tömege 955 kg, kimeneti feszültsége pedig 1302,4 V, és 101,58 kWh energia tárolására képes. Ezekből került minden konténerbe 30 db, de a számuk konténerenként 9-cel növelhető. A teljes rendszer összesen 21.120 cellát tartalmaz, egy-egy konténer tömege pedig több mint 50 tonna.

10.560 Samsung cella összesen 3 MWh energiatároló képességgel

A rendszer a cellákat folyamatosan igyekszik 50%-os töltöttség környékén tartani, hiszen ez a legideálisabb az akkunak, illetve ilyen töltöttség mellett betárazásra és a hálózat felé történő kiszolgálásra is lehetőség van. A cellák 2C-vel tölthetők és terhelhetők is, de csak egy relatíve szűk töltöttségi sávban, ezért és az akkuk tartóssága érdekében a rendszer többnyire 20 és 80% töltöttségi szintek között üzemel. Ha az üzemeltető nem fut ki a gyártó által megadott töltöttségi tartományokból, illetve folyamatosan az előírt hőmérsékletet illetve páratartalmat tartja, akkor a Samsung 10 évig garantálja a cellák működését. Ezalatt nagyjából 6000 töltési-kisütési cikluson lesznek túl a cellák. A megfelelő klíma tartásáért konténerenként 2 db egyenként 7 kW-os légkondicionáló gondoskodik.

GE konverterek

Az egyenáramú akkumulátorok és a váltakozó áramú hálózat között 8 db 1,25 MW teljesítményű GE konverter biztosítja a kapcsolatot. Az egyenáramú 1302,4 Voltról 690 Voltos váltakozó áramot állít elő, amit 2 db egyenként 5 kVA-es transzformátor alakít az szomszédos alállomás rendszerébe is beköthető 22 kV feszültségre. A kapcsolatot a harmadik, fehér konténerben lévő rendszer biztosítja. A rendszer helyszíni személyzetet nem igényel, a működése teljesen automatizált, felügyeletét távolról látják el. A helyszínre csak akkor megy ki személyzet, ha valami meghibásodás történik.

Háttérben a 22 kV-os rendszerre kapcsolódást biztosító felszerelést rejtő konténer, előtte a transzformátor.

Bár egy ilyen rendszernél minimális a tűz esélye, egy túlhevülő lítium-ion cella nagyon csúnyán be tudja gyújtani a teljes konténert. Az egyes cellák hőmérsékletét távolról felügyelik, a normálistól eltérő működés esetén lehetőség van a hibás blokkok lekapcsolására. Legvégső esetben a konténerben kívülről kézzel aktiválható porral oltó rendszer hivatott csökkenteni a károkat.

Bár a rendszer jelenleg 6 MWh kapacitású, előkészítették a duplázásra, amihez egy harmadik konténer elhelyezése mellett a mostani, 3/4 részig töltött konténereket is teljesen fel kell tölteni akkumulátorokkal. A frekvenciaszabályozásban a felbővített rendszer 12,5 MW teljesítménnyel lesz képes részt venni.

Azt gondolná az ember, hogy 8 MW teljesítmény egy ország hálózatában szinte lényegtelen, de ez messze nem így van. Az európai villamos energia rendszer egy óriási összekapcsolt hálózat. Ha bárhol hiány keletkezik, akkor a frekvencia az egész kontinensen leesik, ami veszélyezteti az ellátás biztonságát. Ezért európai szinten 3000 MW azonnal indítható teljesítményt tartanak készenlétben, hogy primer szabályozóként belépjenek és biztosítsák a szükséges teljesítményt addig, amíg a lassabban reagáló szekunder erőművek teljesítménye el nem éri az új igényszintet. Az aktuális egyensúly, illetve a primer szabályozás aktuális állása itt követhető élőben. Energiatermelés arányában Magyarországra 29 MW teljesítmény készen tartása jut. A feladat ellátására a MAVIR negyedévente tendert ír ki, és a legalacsonyabb áron dolgozó erőművek kapják meg a feladatot a következő negyedévben.

Ezen a piacon eddig a legnagyobb erőművek voltak jelen, amelyek ha nem is a másodperc tört része alatt, de percen belül képesek néhány MW mértékben módosítani a termelésüket. Bár az atomerőműveket fix teljesítménnyel zsinóráramot termelő erőműként ismerjük, az energiatermelő blokkok egy-egy 240 MW-os turbinája fel van készítve arra, hogy normál működés mellett egy 10 MW-os sávban (~4%) gyorsan módosítani lehessen a termelését.

Erre a piacra lépett be tavaly nyár végén az Alteo 6 MW teljesítménnyel, majd ősszel az ELMŰ további 8 MW-tal, ketten együtt az év végén 50%-át adva a primer szabályozási piacnak (akkor még csak 28 MW szabályozási feladata volt Magyarországnak). Az akkumulátorok naponta akár több száz alkalommal tudnak belépni a rendszerbe áramot felvéve vagy leadva, ezzel segítve az 50 Hz körüli frekvencia megtartását. A szabályozásért a MAVIR az akkumulátoros energiatárolók belépése előtt MW-onként minden órában ~25 ezer forint körüli összeget fizetett. A 2018. utolsó negyedévében (pontosabban november 15-től, az Entár belépésétől) a verseny ezt az árat 5000 forint környékére szorította le. Ha ezen a szinten maradna az ár, akkor az energiatároló beruházás megtérülése jelentősen tovább tartana, mint ahogy tervezték, de a szakemberek az ár visszaemelkedésére számítanak.

Ha Magyarországon nem tudnánk korrigálni az egyensúlytalanságot, akkor azt egész kontinentális Európában azonnal észlelnék a hálózatok, és minden olyan rendszerben gond lenne, ami a hálózat frekvenciájára alapozva működik. Ilyenek az egyszerű konnektoros ébresztő órák, illetve tipikusan a mikrohullámú sütők órái. Ha hosszabb ideig nincs egyensúlyban a hálózat, akkor ezek késni vagy sietni fognak. Hogy ez mennyire valós helyzet, azt Európa tavaly kétszer is megtapasztalta, amikor a szerb rendszerirányító hetekig nem kompenzálta a koszovói hiányt. 2018 februárjában a hálózati frekvencia alapján működő órák egy hónap alatt 6 perc késést szedtek össze szerte Európában. Kivéve az Egyesült Királyság (és feltehetőleg Írország) óráit. Hogy miért, az is kiderül az alábbi videóból.

Attól ugyan még nagyon távol állnak ezek az energiatárolók, hogy hálózati mértékben egy későbbi felhasználáshoz eltárolják az elektromos energiát, de a szabályozási feladatok ellátásához már ma is sokkal ideálisabbak és olcsóbbak, mint a hagyományos erőművek.

Elektromos autót használsz?