Grid Edge – kapcsolódási pont a villamos hálózat és a fogyasztók között

Az áramellátás évtizedekig ugyanazon az elven működött. A nagy erőművek energiát termelnek, ami a hálózaton keresztül jut el a fogyasztókhoz. Ez a koncepció az energia új világában, ahol egyre több áram származik megújuló energiaforrásokból, a határaihoz fog érkezni. Az energiaellátás dekarbonizációja lényegesen többet jelent, mint „csupán” a fosszilis tüzelőanyagokról való lemondás. Elkerülhetetlenné teszi az energetikai rendszer átalakítását. Ennek egyik oka a következő: megújuló energiát – nevezetesen szél- és napenergiát – nemcsak nagyberendezések állítanak elő, hanem egyre jellemzőbb a decentrális termelés kis- és mikroberendezések millióiban, melyek ipari parkokban, családi házak tetőin vagy vidéken, kisgazdaságokban üzemelnek. A napelemes rendszerek és a szélturbinák áramtermelése ráadásul erős ingadozásoknak van kitéve: nem mindig süt a nap, csakúgy, mint ahogy a szél sem mindig azonos erősséggel fúj. Ezzel szemben a hagyományos erőművek folyamatosan szolgáltatják az energiát.

 

Az energetikai rendszer rugalmassága

Minél nagyobb a szél- és a napenergia részesedése a villamos energia összetételéből, annál nagyobb fluktuáció mutatkozik az energiatermelésben: bizonyos időszakokban sokkal több áram termelődik, mint amennyit felhasználnak, máskor viszont a kereslet nagyobb a kínálatnál. „A villamos hálózatban a termelésnek és a fogyasztásnak mindig összhangban kell lennie” – szögezi le Michael Weinhold, a Siemens Smart Infrastructure technológiai vezetője. A nagy kihívást az jelenti, hogy az egyre inkább ingadozó termelést egy hasonlóan ingadozó fogyasztással kell összhangba hozni. „Ha több áramot szeretnénk a megújuló energiaforrásokból nyerni, akkor az energetikai rendszernek rugalmasabbnak kell lennie” – magyarázza Weinhold.

Így a jövőben akkor is fedezhető lesz az áram iránti kereslet, ha éppen kevés szél- és napenergia áll rendelkezésre. Ennek eléréséhez rugalmas, gyorsan vezérelhető teljesítménnyel rendelkező erőműveknek kell bekapcsolódniuk, vagy csökkenteni kell a terhelést, azaz fogyasztókat kell lekapcsolni, hogy kisebb legyen az áramigény. A szükséges rugalmassághoz részben tárolók is hozzájárulhatnak. De fordított esetben is szükséges a rugalmasság: ha a napelemes rendszerek egy szép, nyári napon délben sokkal több áramot termelnek, mint amennyire szükség van, akkor ezt a „felesleges” energiát lehetőleg okosan kell felhasználni. A nagyobb rugalmasság alapfeltétele a nagyobb transzparencia a hálózat pillanatnyi állapota, valamint a csatlakoztatott komponensek közötti interakció tekintetében: a napelemes rendszereket, szélerőműveket és más energiatermelőket digitálisan össze kell kapcsolni, és digitálisan vezérelhetőnek kell lenniük. Ugyanez érvényes a fogyasztói oldalon is: minél pontosabban prognosztizálható vagy esetleg módosítható egy ipari létesítmény, vagy egy okosépület fogyasztása, annál rugalmasabb lesz az energetikai rendszer. „A cél egy olyan intelligens rendszer, melyben a villamos hálózat, a termelő, a tároló és a fogyasztó messzemenően önállóan működnek együtt” – mondja Michael Weinhold. Bizonyos, hogy egy ilyen rendszernek szüksége lesz további kapacitásokra az áram tárolásához. Hálózati szinten olyan tárolók szükségesek, melyek a másodperc törtrésze alatt képesek sok energiát leadni vagy felvenni. Ilyenek például az akkumulátorok és a lendkerekes energiatárolók. Másrészről hosszú távú tárolók is szükségesek, például már meglévő szivattyús-tározós erőművek kiegészítéseként. A tárolási megoldások az energetika új világában lényegesek, de nem csak hálózati szinten. A saját maguk áramot előállító vállalatok és magánszemélyek (az ún. termelő-fogyasztók) számára is hasznos, ha tárolni tudják az áramot. Amennyiben szélerőműveket és napelemes rendszereket használnak, ők is hasonló problémákkal találják magukat szemben kicsiben, mint a hálózatüzemeltetők: berendezéseik egyes időszakokban felesleget termelnek, máskor pedig nem tudják fedezni saját szükségleteiket. Tárolók segítségével a termelő-fogyasztóknak lehetősége nyílik az áramot a termelés időpontjától függetlenebbül felhasználni. Így több energiát tudnak saját maguk hasznosítani, ami gazdasági előnyökkel jár. Ráadásul magasabb szintű önellátást érnek el – így biztosabb az áramellátásuk.

 

Energiatárolás – de nem áram formájában

Az elektromos energia tárolási, illetve optimális felhasználási lehetőségei utáni kutatás már jó ideje túlnőtt a szűkebb értelemben vett áramellátáson. A szektorok összekapcsolásának alapötlete a különböző energiaszektorok kombinálása: például a villamosenergia-szektor összekapcsolása a gáz- vagy hőtermelő szektorral. Ez annyit jelent, hogy az áramot az úgynevezett Power-to-X eljárással hő- vagy gáztermelésre használják. Az elgondolástól függően ezek az energiahordozók használhatók fűtésre vagy – megfelelő veszteségekkel – ismét áramtermelésre. Az elektromos járművek fokozódó terjedésével előtérbe kerül a villamosenergia- és a közlekedési szektor összekapcsolása is. Ez a felállás – intelligens hálózatok, tárolók és termelő-fogyasztók, akik az energiát a fogyasztási helyhez közel termelik – új lehetőségeket teremt az energetikai rendszer rugalmasabbá és ezzel megbízhatóbbá tételére. Ugyanakkor az áramtermelők, hálózatüzemeltetők, de a vállalatok és a magánszemélyek számára is adott a lehetőség, hogy új üzleti modellekben vegyenek részt. E lehetőségek közül sok a hálózat és a fogyasztó, ill. termelő-fogyasztó közötti kapcsolódási ponton van – az úgynevezett grid edge-en. „A grid edge egy új dimenzió, ami azáltal nyílik meg, hogy a fogyasztók, a termelő-fogyasztók, az energiapiacok és az intelligens hálózat együttműködnek” – mondja Michael Weinhold. A grid edge megközelítés során újragondolják a fogyasztás, a termelés és a tárolás közötti kapcsolatokat. Ez a digitalizálás által válik lehetővé. Az energiaáramlásokat átláthatóvá, a termelői és a fogyasztói oldal összetett együttműködését pedig kezelhetővé teszi. A grid edge megoldásaira jellemző, hogy különböző alkalmazási eseteket fednek le, és a technológiák – igény szerint – modulárisan kombinálhatók.

Alkalmazási példák grid edge megoldásokra:

  • Intelligens terhelésmenedzsment (Demand Side Management) – lehetőséget nyújt a hálózatüzemeltetőnek arra, hogy befolyásolja az áramfogyasztást, ha az áram iránti kereslet túl nagy vagy túl alacsony, vagy a villamos hálózat nem képes fedezni a szükségletet.
  • Virtuális erőművek – decentrális egységeket kapcsolnak össze, hogy ezáltal nagyobb rugalmasságot generáljanak, és a résztvevők számára lehetővé tegyék az áram közös értékesítését.
  • Mikrogridek – elkülönített helyi, intelligens villamos hálózatok, melyek energiát termelnek
  • Elektromos járművek – a töltési folyamatokat egyeztetik, ill. koordinálják a rendelkezésre álló hálózati kapacitásokkal; az elektromos járművek rugalmas fogyasztókként viselkedhetnek.