Az okoshálózat lehet a megoldás az energiaköltségek csökkentésére?

A villamos energia és a gáz árának az 1970-es évek olajválsága óta nem látott drasztikus mértékű emelkedése az elmúlt hónapok egyik legégetőbb kérdése a nemzetközi energiapiacokon és a sajtóban is. Ahhoz azonban, hogy az áremelkedésről, annak a gazdaságra és a mindennapi életre gyakorolt hatásairól és ok-okozati összefüggéseiről beszéljünk, látnunk kell azt is, hogy a világ energiafogyasztása fél évszázada, rövid megtorpanásoktól eltekintve, évről évre folyamatosan emelkedik. Az évtizedek óta tapasztalható stabil növekedésnek pedig csak a 2020 elején a koronavírus-járvány megfékezésére bevezetett korlátozó intézkedések szabtak gátat. Az Enerdata energetikai tanácsadó cég felmérése szerint ennek hatására – tizenegy évvel a 2008–2009-es gazdasági világválság után először – globálisan 1,1 százalékkal, az EU-ban 4,3 százalékkal csökkent az energiafogyasztás. 

A változás nem bizonyult tartósnak, másfél évvel később, 2021 végére ismét a 2019-es szintre ugrott vissza a fogyasztás.

A villamos energia a világ energiafogyasztásának jelentős hányadát, az Our World in Data adatai szerint az energiamix 15,7 százalékát adja, és az előrejelzések szerint a következő harminc évben az Európai Unióban megkétszereződik rá az igény. Új gyárak, ipari parkok, szolgáltatóközpontok, lakóparkok létesülnek, amelyek kis területre koncentrált energiaigényt generálnak. Ezek villamosenergia-ellátása a közelükben létesített transzformátorállomásokkal tehető gazdaságosabbá. Emellett a háztartásokban is növekszik a villamos energiával működő készülékek száma, például az egyre melegebb nyarak és kényelmi szempontok miatt rohamosan szaporodó légkondicionáló berendezések száma és fogyasztása is, és Magyarországon is megjelentek a konnektorról feltölthető hibrid gépjárművek.

Szerencsére, miközben egyre nő a villamos energia iránti igény, a termelői oldalon a megújuló energiaforrásokkal működő erőművek szerepe is fokozatosan erősödik. 

Kiapadhatatlan erőforrásaink például a szél, a nap vagy a biomassza. Ahogy egyre nő a megújuló energián alapuló erőművek kapacitása, egyre szükségesebb az okosabb és hatékonyabb kihasználásuk is. A teljes beépített erőművi kapacitás csaknem 20 százalékát teszik ki az ipari és háztartási méretű fotovoltaikus erőművek. 2020-ban pedig a naperőművek beépített kapacitásának kihasználtsága mindössze 16,3 százalék, a szélerőművek esetében 22,5 százalék volt. A fejlődésre, bővülésre, az elektromos energia tudatosabb felhasználására tehát bőven van még rendelkezésre álló tér. 

A klímaváltozás problémája mellett most az energiapiaci árak kilengése is felveti a kérdést: hogyan tehető gazdaságosabbá, takarékosabbá, rugalmasabbá az eddig nagy erőművekre alapozó villamosenergia-ellátás és nem mellékesen annak hosszú távú, fenntartható működtetése úgy, hogy kielégítse az egyre növekvő igényeket? A válaszban szerepe van az erőművek és a fogyasztók közelében létesített transzformátorállomásoknak és a hagyományos villamosenergia-rendszer utóbbi évtizedeinek egyik jelentős technológiai fejlesztésének, az okoshálózatnak (Smart Grid System) is.  

A ma ismert elektromos hálózatok nélkülözhetetlen elemei a transzformátorok. Ezek a villamos energia feszültségszintjének átalakítására szolgáló gépek gondoskodnak a megfelelő energiaátvitelről, az elektromos jelek továbbításáról, a különböző feszültségek egymástól való elszigeteléséről és a villamos energia nagy távolságokra történő gazdaságos továbbításáról is. Működési idejük akár a harminc-negyven évet is meghaladhatja, megfelelő karbantartásukkal, élettartamuk meghosszabbításával pedig a hosszú távú anyag-, illetve energiafelhasználásuk és ezáltal a környezetterhelés is jelentősen csökkenthető. Hiszen a transzformátorokban található anyagok 90 százaléka újrahasznosítható: a tekercsek reze, a vasmagba és szerkezeti részekbe épülő acél újra feldolgozható. Emellett az elmúlt évtizedekben terjednek a hagyományos transzformátorolajokat kiváltó, biológiailag gyorsan lebomló észterekkel töltött transzformátorok is, amelyek anyaghasználata kevésbé környezetterhelő.

A transzformátorok tehát nélkülözhetetlen részei a villamosenergia-rendszernek, és kulcsszerepük van az említett okoshálózatok működésében is. Az energiafogyasztás évtizedek óta tartó stabil növekedése és a megújuló forrásokra való egyre nagyobb támaszkodás ugyanis elkerülhetetlenné tette a hagyományos villamosenergia-rendszer működésének átgondolását.

Az okoshálózat a hagyományos villamosenergia-rendszerek, az elosztottan és időjárástól függően termelő erőművek és az időben változó fogyasztás összehangolására kínál megoldást. Lényege a digitalizálás, a fejlett állapotfigyelési, mérési és információtechnológiai eszközök és módszerek felhasználása arra, hogy megfigyeljük a villamosenergia-rendszerben zajló folyamatokat, értékeljük őket, majd a gazdaságos és megbízható üzemeltetés biztosítására meghozzuk a szükséges intézkedéseket. A hagyományos villamosenergia-rendszer működéséhez viszonyítva jelentős különbség, hogy az okoshálózat áramelosztása nem egy, hanem kétirányú, azaz az energia nemcsak az erőművek irányából érkezik, hanem visszatáplálható például a fogyasztóknál telepített napelemek használatával. 

Továbbá, amíg a hagyományos rendszer esetében az áramelosztás központosított, azaz elsősorban az alapterheléssel működő erőművek köré épített infrastruktúrától függ, a smart grid rendszerben több betáplálási ponton keresztül is érkezhet villamos energia, s ezek ütemének okos összehangolása által is csökkenthető a csúcsterhelés, illetve az áramkimaradások veszélye. Az okoshálózat előnye az is, hogy a számítógépes vezérlés révén az energia nagy pontossággal irányítható oda, ahol szükség van rá azokról a területekről, ahol csökkenő igény mutatkozik. Az intelligens mérőrendszer pedig a mindenkori termelés és fogyasztás viszonyát figyelembe véve pontosabban árazhatja be az energiát, így a kereslet is jobban igazodik a kínálathoz.

A smart grid technológia terjedésével várhatóan növekszik az igény az állapotfigyelő eszközökkel, szenzorokkal felszerelt hálózati elemekre, köztük a transzformátorokra is. Az okoshálózat technológiája ugyanis lehetővé teszi, hogy a felhasználó valós idejű információt kapjon a transzformátor állapotáról, és ezeknek az információknak az ismeretében hozza meg üzemeltetési és karbantartási döntéseit. A technológia fokozódó térnyerését támasztja alá, hogy Nyugat-Európában, például az Egyesült Királyságban az áramszolgáltatók ma szinte kizárólag állapotfigyelő rendszer telepítésére előkészített transzformátorokat rendelnek. 

Ma már egyértelmű, hogy a megújuló erőforrásokat használó, ezen belül elsősorban a naperőművek részarányának jelentős növekedése várható. Magyarországon is számos fotovoltaikus erőművi projekt megvalósítási, tervezési vagy előkészítési szakaszban van. Az időjárásfüggő erőművek fokozott és gazdaságosabb kihasználásának érdekében pedig várható a villamosenergia-tároló kapacitás növelése. Illetve az új napelemparkok és az energiatárolók is a szakaszos terheléshez optimalizált transzformátorokat igényelnek. Így idővel hazánkban is esedékes lesz az átviteli hálózaton üzemelő elöregedett transzformátor parkok cseréje, esetleg felújítása, ami jelentős transzformátorgyártói kapacitást igényel.

Napjaink globális energiapiaci helyzete megerősíti: a következő évtizedek a villamosenergia-piacon is az innovatív megoldások kereséséről és olyan fejlesztésekről szólnak majd, amelyek gazdaságosabbá, fenntarthatóbbá és megfizethetővé teszik a villamos energiát. Ahogyan a hatékony működés érdekében az is szükségessé vált, hogy szélesebb körben összehangoljuk a termelői, átviteli, elosztói és fogyasztói oldalt, ezzel is fokozva az elsősorban a megújuló energiaforrásokra támaszkodó okoshálózati megoldásokkal és a digitalizált állapotfigyelő rendszerekkel felszerelt transzformátorok terjedését.