Miért jelentenek problémát a támogatással megtolt napelemek? Hol a rendszerszintű hiba és miért alakult így? Energetikai forradalom zajlik, és éppen egy átállás közepén járunk. 1. rész.
A magyar elektromos hálózat a kezdetektől fogva egy elosztó jellegű hálózat volt, ahol az energiatermelés koncentráltan, nagy erőművekben történt – földrajzóráról sokan még emlékeznek, hogy az iskolai térképen be voltak jelölve a szénerőművek. A közelmúltban viszont elindult egy energetikai forradalom, amely nyomán decentralizálttá vált a termelés, a nagy naperőművek mellett a családi házak tetejére szerelt napelemek is elkezdtek betermelni a hálózatba.
A magyar hálózatot eredetileg a villamos energia elosztására alakították ki, az erőművektől a háztartásokig. Amikor ennek az alapjait kiépítették az ötvenes-hatvanas években, még nem volt értelmezhető az, hogy egy háztartás betermel a hálózatba. Ennek a megoldása pedig nem megy egyik napról a másikra.
„Ezen a területen a rövid távú projektek körülbelül huszonöt évre szólnak” – magyarázza Flamich Péter, a Vertesz Kft. ügyvezető igazgatója.
A Vertesz története a ötvenes évekig nyúlik vissza, egy klasszikus szocialista nagyvállalat volt, amely a magyar villamosipart látta el saját gyártású berendezésekkel, a magyar villamoshálózat jelentős részét a Vertesz építette ki. A rendszerváltás után a cég a Schneider Electric-hez került, majd amikor az anyacég 1996-ban úgy döntött, hogy megszünteti a magyarországi innovációs csoportot, az ott dolgozók összefogtak és a vezetőséggel megegyezve a Vertesz nevet megtartva kiváltak a cégből. A Vertesz azóta cégcsoporttá fejődött és komplett energetikai megoldásokat kínál a méréstől, a tároláson át az energiagazdálkodás menedzseléséig, a legalacsonyabb szinttől, a vezérlő- és mérőelektronikák gyártásától a mesterséges intelligencia alapú szoftveres vezérlésig.
A probléma az áramszolgáltatók szempontjából
A háztetőre szerelt napelemek problémájának megértéséhez tudni kell, hogy nem egyenletes az országos áramfelhasználás. Reggel egy hatalmas csúccsal indulunk, nagyjából hat és nyolc óra között mindenki felkel, bekapcsolja a kávéfőzőt, feljebb veszi a fűtést és sorban kapcsolja be az elektromos eszközeit. Ez a hullám nyolc óra körül elül, hiszen addigra elindulnak az emberek otthonról.
Ez a völgy nem tart sokáig, mert ahogyan a tömegek beérnek dolgozni és beindulnak a cégek, ismét elindul felfelé a fogyasztás, és ez kitart nagyjából délutánig, amikor mindenki hazamegy. A visszaesés után kezdődik az esti csúcs, ami nagyjából hattól tízig tart, amikor otthon felkapcsolják a villanyt és a klímát, főznek, illetve ezzel párhuzamosan rengeteg szolgáltató cég is még működik ilyenkor, például az éttermek, az áruházak vagy szórakozóhelyek.
Este tízkor pedig a fogyasztás letörik, lényegében nullára esik vissza. Ám ilyenkor az atomerőművek ketyegnek tovább, az ekkor megtermelt felesleg pedig a szomszédos országnak sem kell, hiszen ők is ezzel küszködnek. Ezt az éjjel fél három és reggel hat (télen fél kettő és reggel öt) közötti időszakot mélyvölgynek hívják, és ugyanúgy problémát okoz, mint a nyár esti csúcs, amikor a napelemek már nem termelnek, de mindenki bekapcsolja otthon a klímát. Ahhoz, hogy megértsük, miért jelentenek ezek problémát a hálózatra nézve, pár dolgot meg kell értenünk az árammal kapcsolatban.
Különbségek áram és áram között
A villamosenergiának vannak minőségi paraméterei, melyeket nemzetközi szabvány rögzít. Egyik ilyen paraméter egyik ilyen a konnektorban lévő feszültség nagysága, amit a köznyelv 220 voltnak nevez, de valójában 230 voltról van szó. Ugyanakkor a konnektorban lévő feszültségszint nem mindig ennyi, van egy nagyjából 10 százalékos toleranciasáv, ami megengedett a rendszeren belül. Amikor minden elektromos berendezés megy otthon, akkor ez leesik – úgy kell elképzelni, mint a vízvezetékben a víznyomást: ha mindenki kinyitja otthon az összes csapot, leesik. Ha pedig az utcában hétfő délben nincs otthon senki, de mindenkinek van napeleme, akkor a konnektorban mért feszültség 230 V-nál feljebb megy.
További kiemelten fontos minőségi jellemző a frekvencia, ami Magyarországon 50 Hz, és ebben nagyon-nagyon kicsi a tolerancia, legfeljebb +/-1 százalékot enged meg a rendszer. Ugyanis a hálózatok nemzetközi összekapcsolásánál nagyon fontos ez a paraméter, ahhoz, hogy a hálózatokat össze lehessen kötni és át lehessen adni köztük energiát, tökéletes szinkronban kell lenniük. Mintha fogaskerekeket szeretnénk összekapcsolni, ha nem illeszkednek egymáshoz, nem tudják átvinni a forgómozgást.
Éppen ezért minden áramszolgáltató és átviteli rendszerirányító (Magyarországon a Mavir) rémálma, hogy valahol frekvenciaeltolódás alakul ki. Éppen ezért a hálózatban számos biztonsági rendszer található, amelyek eltérést észlelve lekapcsolnak.
Amikor minden összeomlott
Talán még emlékszünk arra, amikor április végén Európa egyik legsúlyosabb áramszünete sújtotta Spanyolországot: földön ragadtak a légi járatok, megbénult a metrórendszer, megszakadt a mobilkommunikáció, nem működtek a bankautomaták és leálltak a gyárak. Az áramellátás mintegy tízórás szünet után kezdett csak fokozatosan helyreállni.
Ott a rendszer feszültségingadozása és a frekvenciaeltérés miatt elkezdtek leoldani a biztonsági berendezések, és elindult a dominóhatás: a kieső szakaszok átterheltek egy másik szegmensre, amelyek ezért szintén leoldottak.
A napelemek diadalmenete és a megoldásra váró feladat
Amíg csak nagy erőművek termelnek be a hálózatokba, addig a frekvencia tartásával kevesebb a gond, ezekben hatalmas berendezések gondoskodnak a tehetetlenségükkel (inercia) arról, hogy a frekvencia mindig megfelelő legyen. A gond akkor kezdődik, amikor a háztartások naperőművei is becsatlakoznak: ezek egyenáramot állítanak elő, amit egy inverter alakít váltóárammá és szinkronizál rá a hálózatra. Alapvetően a szinkronizáló elektronikák pontosan végzik a dolgukat, viszont magukat a napelemeket nehéz szabályozni, nincs tehetetlenségük, a napsütésre és a borult időre azonnal reagálnak, ezért nagyon hirtelen változásokat tudnak előidézni a hálózatban.
MTVA/Bizományosi: Jászai Csaba
A házi naperőművek felfutása valamikor 2018 magasságában indult, több tényező találkozott ekkor. Egyfelől különböző támogatási programok is segítették, de ekkora érte el a technológia azt az árszintet, ahol már érdemes volt ebben gondolkodni. A támogatások által felpörgő házi erőművekre viszont az elektromos hálózat nem volt felkészítve.
A probléma akkor tud előállni, ha egy helyszínen a villamosenergia-termelés nagy mértékben megnő, és ott a környéken nem tudják elhasználni.
„Az alapvető probléma a villamos energia transzportból ered, hiszen a hálózatnak kell elvezetnie azt a többlet energiát, ami megtermelődött” – magyarázza Gerendás Szabolcs, a Bábolnai Energiaközösség Nonprofit Kft. ügyvezetője.
Az energiaközösségek éppen erre a problémára jelentenek megoldást, ezek lényege, hogy a megtermelt felesleges energiát ott helyben kell felhasználni és nem a hálózaton kellj tovább tolni. (A bábolnai energiaközösségről a Forbes 2024. decemberi Zöld különszámában írtunk.)
A jómódú kertváros kihívásai
Gerendás Szabolcs egy jól érthető példán keresztül mutatja be a kialakult helyzetet: vegyünk alapul egy jómódú kertvárosi utcát, ahol új építésű, modern családi házak sorakoznak, mindegyik kiváló energetikai besorolású, a tetőn ott sorakoznak a napelemek.
Szerda délben senki nincs otthon: dolgoznak vagy nyaralni mentek, a nap viszont veszettül süt. Az így megtermelt energiából a háztartások alig használnak, hiszen nem megy a mosógép, nincs otthon az elektromos autó, nem ég a villany. Ilyenkor a házi erőmű megpróbálja a felesleget visszatolni a hálózatba, de erre csak úgy képes, ha fölfelé húzza a feszültséget. Képzeljük el ezt úgy, mintha a vízvezetékbe szeretnénk visszatolni tiszta vizet: ez csak úgy megy, ha nagyobb nyomással pumpáljuk mint ahogyan a csapból jön. Ha ebben az időszakban rámérnénk az elképzelt utcában valamelyik konnektorra, nem 230 voltot, hanem jóval többet találnánk.
Mivel a hálózat maximális feszültsége szabályozott, ennek a maximuma 253 volt, a jól beállított rendszerekben az inverterek ezt elérve lekapcsolnak.
„Ebben az elképzelt, jómódú kertvárosi utcában, ha tíz házon van napelem, egyben biztosan olyan kínai invertert telepítettek, ami nem tartja be ezt a szabványt. Ez megtolja 260 volttal, és akkor az összes többi lekapcsol az utcában. Onnantól nem termelnek vissza, feleslegesen vannak a tetőn a napelemek” – magyarázza Gerendás.
„Simán előfordul, hogy egy utcában a szabályosan működő inverterek nagy része nem termel semmit, hiába süt a nap. Tehát úgy kezdődik minden reggel, hogy kisüt a nap és az inverterek lekapcsolnak.”
Flamich Péter, a Vertesz ügyvezetője elmondta, hogy a szolgáltatóknál a hibabejelentések jelentős része ebből ered, illetve a túltermelés mellett ugyanúgy probléma, amikor a lakók munkából hazaérve egyszerre kezdik tölteni villanyautóikat, kapcsolják be elektromos berendezéseiket, és a hirtelen megugró fogyasztással rántják meg a hálózatot.
Fotó: Andrew Roberts / Unsplash
A szemünk előtt zajló forradalom
A megoldást a nappal megtermelt energia és a fogyasztás ütemezett összehangolása,
például a nappali vízmelegítés vagy az energia elraktározása, majd esti elhasználása jelenti.
„A megújuló energia decentralizált termelése, tárolása és elosztása és a digitalizáció a mozgatói annak a forradalomnak, ami most zajlik” – magyarázza Flamich Péter.
Az eddig kifejtett problémákra az egyik megoldás a házi energiatároló, melyeket nem véletlenül kezdtek el preferálni az összes új pályázatnál. Ezekkel a nappal megtermelt felesleges energiát nem a hálózatba toljuk vissza, hanem helyben félretesszük az esti csúcsfogyasztás idejére. Vagyis az ingyen áramot megőrizzük arra az időre, amikor a legdrágább az áram előállítása, ráadásul a hálózat terhelése nélkül.
Alapvetően az áramszolgáltatók is igyekeznek lépést tartani a kihívásokkal és üzemeltetnek konténer méretű tárolókat, illetve már léteznek kapcsolható áttételű transzformátorok, melyek egy-egy utca megfelelő ellátásáért felelnek. Ám a legjobb, ha a háznál megtermelt áramot helyben tároljuk és használjuk fel, így nem csak az áram díját, hanem a sokszor elfelejtett rendszerhasználati díjat sem fizetjük a számlában.
Nem csak akkumulátor lehet energiatároló, hanem egy villanybojler is. Egy modern bojler általában 24 órán át jól megtartja a hőt, tehát alkalmas arra, hogy a dél és délután négy között felmelegített vizet elraktározza estére. De ugyanígy működik télen a fűtés, amikor nappal a hőszivattyú előfűti a lakást estére.
„Ma már ha gazdálkodni akarunk az energiával, nem csak azzal kell foglalkozni, hogy ledes izzókat teszek be, hanem azzal is, hogy hogyan ütemezem a fogyasztásomat is. Hiszen ugye ott már nem táplálok vissza, hanem elhasználom azt az energiát” – mutat rá Gerendás Szabolcs.
A cikk következő részében megmutatjuk, milyen nehézségekkel szembesülnek az ipari felhasználók, milyen gátakat állít eléjük a magyar elektromos hálózat és milyen hazai fejlesztésű megoldás létezik a rengeteg energiát fogyasztó ipari létesítmények számára.
