Az energiatárolás jó, de nem az egyetlen jó megoldás a hálózati kihívásokra

Amikor 2006-ban Magyarországon kiírták az első, és máig egyetlen szélenergia tendert, egyes szakemberek amellett kardoskodtak, hogy a közvetlenül a hálózatra kapcsolandó szélfarmokat előzetesen érdemesebb lenne egy köztes, a szélenergia termelés ingadozását a rendszer felé kisimító megoldással, például gázmotoros kiegyenlítő rendszerrel együtt a rendszerhez illeszteni. Az akkor még elvetett javaslat ma már többféle megfogalmazásban is gyakran visszaköszön, mivel az energiaátmenet és a szerkezetváltás sikerének egyik kulcsa éppen a hálózati rugalmasság fokozása. A villamos energia hálózatok digitalizációjának kényszere arról szól, hogy miként lehet a megújuló energiás termelőket hatékonyan a rendszerbe integrálni.

„Az Európai Unióban a zöldenergiás támogatáspolitika és a szabályozás drasztikusan a napelemes rendszerek építése felé tolta el az európai projekteket, ami azzal is járt” – magyarázza Flóra Zsolt, a Siemens Zrt. digitális üzletfejlesztési menedzsere -, „hogy az áramszolgáltatói hálózatokról mostanra kiderült, nincs lehetőség a végtelen bővülésre és a zöldenergiás termelők hálózati csatlakoztatása sem mindig evidencia„.

Új megoldások felé visz az okoshálózat (forrás: Siemens)

Az aktuálisan érvényes hazai előírásoknál – annál, hogy az újonnan létesítendő villamos energia erőműveket a szabályozás kizárólag a legdrágább rugalmasságot biztosító komponensek, az energiatárolók felé tereli – azonban a legtöbb esetben vannak olcsóbb, praktikusabb, jobb és eredményesebb megoldások is. A szakember szerint a modern technológiák számos lehetőséget tudnak biztosítani, elérhetővé tenni arra, hogy az energiatárolóknál olcsóbban is hálózatkonformmá tehetők legyenek a napelemes rendszerek.

Nehéz teher

Az első kérdés az, hogy honnan kell, honnan érdemes ezt a feladványt megfejteni: a szabályozás oldaláról vagy az új technológiák alkalmazása felől? A Siemens üzletfejlesztési menedzsere úgy látja, hogy érdemes ezügyben is több szempontot vizsgálni; az áramszolgáltatói és a napelemes, termelői oldalról egyaránt érdemes elindulni az intelligens hálózat kiépítése felé. Az ilyen hálózat lényege, hogy digitalizációs eszközökkel lehetőséget teremt a fogyasztók decentralizált energiafelhasználására. Ehhez elsőként az adat transzparenciát kell megteremteni a hálózaton.

A kisfeszültségű hálózatokon a nagy számban csatlakozott háztartási méretű kiserőművel, (de a villanyautó töltök számának növekedésével, és az elmúlt években a földgáz helyzetre adott válaszként hirtelen, nagy számban megjelenő hőszivattyús rendszerekkel is) jelentősen megváltozott az eddig ismert hálózati környezet. Ez az áramszolgáltatókra nehéz terheket rak, ráadásul az utóbbi évtizedben jelentősen csökkent a hálózatfeljesztési méret és volumen az újraindulást és a fejlesztések felpörgetését is nehezebbé teszi. A hálózatok ellenállóbbá tétele érdekében azonban el kell kezdeni a fogyasztás racionalizálását és a hálózatüzemeltetést is optimalizálni kell. Megkönnyíti a helyzetet, hogy bár az áramszolgáltatókra ezügyben nagy felelősség hárul, a jelenlegi elosztóhálózati kihívásokra a Siemensnél vannak kész válaszok. A szükséges eszközöket és megoldásokat nem kell kitalálni és kifejleszteni, mivel az energiafüggőség csökkentésétől a mikrogriden át a kritikus infrastruktúrákra érvényesített kiberbiztonsági előírások betarthatóságáig minden a rendelkezésre áll.

Akár olyan működés biztosítására is képessé tehetők a rendszerek, hogy az áramszolgáltatótól kapott paraméterekre szabályozzák az erőmű működését, vagy ahogyan a milánói Siemens-komplexum esetében bizonyítást nyert: innovatív technológiákkal, lokális energiatermeléssel és fogyasztásfelügyelettel, csupán 1 MW össztermelői kapacitásra támaszkodva, fenntartható módon, akár 1800 ember munkahelyi energiaigénye is biztosítható. „Egyre szofisztikáltabb eszközkészletünk van arra, hogy egy mindenki számára jó ökoszisztémát teremtsünk. Ugyanakkor a beruházásigényt és a fejlesztési költségeket nem lehet kizárólag a végfogyasztóra, vagy csak az áramszolgáltatókra sem terhelni” – mondta Flóra Zsolt. Annál hamarabb lehet eredményesen előre lépni szerinte, minél hamarabb elfogadják a szereplők: közös az érdek, de közös a feladat is abban, hogy az új technológiák mindenkihez eljussanak.

Az okoshálózat sok kérdésre tud jó választ adni (forrás:Siemens)

Cél: a hálózati adatnyerés

A zöldenergiás erőművek szabályozhatóságának feltétele, hogy csatlakozni kell tudni egy olyan rendszerhez, amely szabályozó alapjelet tud küldeni ezeknek az erőműveknek. A nagyerőművek esetében ez már adottság, de a modern szabályozástechnikáknak le kell szivárognia alacsonyabb szintekre is – akár a háztetőkön lévő napelemes rendszer szabályozhatóságáig.

Ehhez a hálózati adatnyerés adja meg a célt; a folyamatos monitoringból a mérési adatok alapján kidolgozhatók forgatókönyvek, melyekkel reagálni lehet a rendszerüzemeltetésben, és optimalizálni lehet a működést akár azáltal is, hogy az adatokból levezethető: valóban szükséges-e vezeték keresztmetszetek és alállomás kapacitások növelése, vagy van az adott problémára kompaktabb, gyorsabb megoldás is. A kisfeszültségű hálózaton fölépített online monitoring rendszer – amivel a szakember szerint a valós mérési adatokon alapuló folyamatos kapacitásfigyelést, a digitalizációval pedig automatizálást és a számítógépes analízist is elérhetünk – az áramszolgáltatót abban is segíteni tudja majd, hogy pontosan meghatározza, egy-egy új lakossági napelemes rendszer csatlakozási igénye aktuálisan megadható-e a hálózat adott pontjára. Ehhez a globális átviteli hálózatban már működő automatizálást és transzparenciát egye lejjebb lévő szinteken kell érvényesíteni.

Ebben az igazán nagy kihívást a középfeszültségen és kisfeszültségen csatlakozó eszközök mennyisége jelenti, amelyeket e részlogikákba vagy a teljes adatfolyamba be kellene tudni vonni.

Majdnem Jolly Joker

Az intelligens hálózatok optimalizációra képes fogyasztói rendszerekre épülnek, melyek megvalósulását a mikrogridek, mint önállón működő, kis energiarendszerek segíthetik kis településeknél, társasházaknál, irodakomplexumoknál. „A mikrogrid néha az áramszolgáltatótól való teljes függetlenség varázsszavaként jelenik meg. Ezt azonban érdemes árnyalni” – magyarázta Flóra Zsolt.

A visszwattos védelemmel ellátott napelemes rendszerek esetében a megfelelő szabályozó rendszer beépítésével, energiatároló nélkül is elérhető a többlettermelés és az optimálisabb rendszerkihasználás. A névleges feszültség tíz százalékos túllépésére lekapcsoló inverter energiaveszteséget jelent, ám e statikus visszatáplálás ignorálás helyett kialakítható egy optilálisabb szabályozási környezet is. A Siemens a naperőműveknél ezt a megoldást választja – tehát nem egyszerűen rendszer ki-be kapcsolás történik, hanem le-, és felszabályozási lehetőség. A lakossági méretű rendszernél erre a legtöbb modern inverter már képes: a vezérlésükbe beépítették, hogy valamilyen gradiensű profil alapján szabályozni tudják a rendszert.
A névleges feszültség tíz százalékos túllépésére lekapcsoló inverter energiaveszteséget jelent, de a statikus visszatáplálás ignorálás helyett kialakítható egy visszaszabályozás is, a Siemens naperőműveknél ezt az igényt is kiszolgálja, a lakossági méretű rendszerek esetében pedig a legtöbb modern inverter már képes valamilyen gradiensű profil alapján szabályozni a rendszert.

A mikrogridek a hagyományos energiaelosztáshoz képest megbízhatóbbak, hatékonyabbak és biztonságosabbak azáltal, hogy lehetőséget kínálnak a decentralizált áramtermelésre, a nettó fogyasztás mérésére és az energiagazdálkodásra, a karbonkibocsátás csökkentésére is. „Azt a célt, hogy hozzuk ki a legtöbbet a rendszerből, egy ilyen szabályozó rendszer képes biztosítani. Ha további források állnak rendelkezésre, akkor érdemes már a tárolókban is gondolkodni, de jobb, ha a szabályozás az első tétel” – mondta Flóra Zsolt.

Nem ördöngösség ez, mivel e rendszerek a standard ipari kommunikációs protokollokon (például modbuson) keresztül elvégzik e feladatukat, az adatkoncentrátorok illesztésével összegyűjthetők az inverterből érkező adatok, és lehetőség van smart loggereken (vagy az inverter set pointjain) keresztül azt is beállítani, hogy a napelemes rendszerek milyen termelési görbe szerint dolgozzanak. „Mi az eszközkészletet hangoljuk össze” – magyarázta a Siemens szakembere, hozzátéve, hogy ennek az összehangolásnak az alapja lehet a mindenkori fogyasztás, erre skálázható az inverter. De ha a rendszer energiatárolóval is kiegészül, akkor az akkukapacitás függvényében tág határok között beállítható az is, hogy napon belül mennyi zöldenergiát tudunk a tárolóban elhelyezni, koncentrálni, illetve, hogy milyen egyéb eszközök (villanyautó töltőrendszer, bojler stb.) állnak rendelkezésre ahhoz, hogy minél jobban hasznosíthatók legyenek a megújuló energiaforrás által termelt, volatilis energiamennyiségek.

Napsütésben jobb tankolni

Céges környezetben szinte önálló optimalizálási tétellé nőtte ki magát a villanyautók töltésmenedzsmentje, mivel egyre több telephelyen terveznek és építenek jelentős számú töltőből álló infrastruktúrát. A szabályozási igény jellemzően a szűkös kapacitások felszámolására érkező kihívás. A hálózati, kapacitáselosztási kérdésben a Siemens megoldása a töltőkben alkalmazott OCPP kommunikációs protokollra ültetett rendszer is lehet, amely adatkoncentrátorral mind a töltési viselkedésre, mind a terhelés optimalizállására képes jótékony hatással lenni.

A gyakorlati működést illetően ez azt jelenti, hogy az ilyen vezérlővel felszerelt infrastruktúra akár önálló alrendszerként is használható, és képes arra, hogy ha süt a nap, és megfelelően sok zöldenergia áll rendelkezésre, akkor a töltők nagyobb teljesítményen működve szolgálják ki a villanyautók akkumulátorait. Ha pedig kevesebb a napfény, illetve: ha csak az áramszolgáltatói kapacitás érhető el, akkor pedig visszahúzza a töltésintenzitást egy beállított, standard értéken legyen ez biztosított.

Flóra Zsolt (fotó: Siemens)