Óriási a tét: 30 vagy 300 euróba fog kerülni a villamos energia a piacon?

Egy kényes egyensúly

Alapvetés az elektromos árammal (és persze az elektromos elosztórendszerekkel) kapcsolatban, hogy a termelésnek és a terhelésnek egyensúlyban kell lennie. Vagyis, amit valaki valahol elfogyaszt, azt valahol valakinek meg is kell termelnie, ráadásul valahogy össze is kell kötni a kettőt. Az egyensúly fokmérője a hálózati frekvencia, ami Európában tipikusan az 50 Hz körüli vékony sávban mozog. Ha a sávon felül van, akkor túl sok a termelés, ha pedig alatta, akkor túl sok a terhelés.

A klasszikus felállás szerint a termelők mindig annyit termelnek, amennyit a fogyasztók fogyasztani szeretnének, így a kettő egyensúlyban van. Vagyis így volt mostanáig.

A megújulók és az időjárás

A mai energiarendszer egyik legnagyobb kihívása – a fosszilis energiatermelés miatti kiugróan magas árak mellett –, hogy a megújuló energiaforrások elterjedésével a termelés előrejelzése jóval komplexebb feladattá vált, mint korábban volt. A szél vagy a nap energiáját hasznosító rendszerek ugyanis nagyban függnek az időjárástól. A hosszú távú időjárás-előrejelzések természetüknél fogva meglehetősen pontatlanok, de sajnos rövid távon se tökéletesek. Emiatt pontosan, 24 órára előre jelezni egy napelem- vagy szélturbina-farm 15 percenkénti termelését még napjaink mesterséges intelligenciával támogatott számítógépes modelljeinek is nehéz feladat. Persze a fogyasztási előrejelzésekkel kapcsolatban mindig is gondot okozott az időjárás változékonysága, de ez manapság a termelői oldalon is jelentkezik. Vagyis egy kora tavaszi hirtelen felhősödés és lehűlés nem csak a fogyasztást növeli, hanem párhuzamosan a napelemek termelését is csökkenti.

Az előrejelzés mellett a másik kihívás a hálózati tehetetlenség – idegen szóval inercia – fokozatos csökkenése a szél- és naperőművek termelésének növekvő betáplálásával. Egy gáztüzelésű erőmű turbinája a hálózati frekvenciával összehangolva forog, így túlterhelés/túltermelés esetén a turbina lendülete lassítja a frekvencia változását, ami elegendő időt biztosít a frekvencia szabályozására hálózati egyensúlytalanság esetén. Ez az inercia. Viszont egy szélturbina vagy naperőmű jellemzően olyan átalakítóval kapcsolódik a hálózatra, aminél nincs meg ez a hatás, így pedig a rendelkezésre álló reakcióidő is csökken. A termelés és a fogyasztás aránytalanságait az elektromos hálózat egyensúlyáért felelős rendszerirányító – hazánkban a MAVIR – hagyományosan a termelésért felelős szereplők rugalmasságával kezeli. Ez a gyakorlatban gyorsan reagáló, tipikusan gáztüzelésű erőműveket jelent. Vagyis így volt mostanáig.

Az egyensúly ára

A rendszer egyensúlyban tartása drága mulatság, és minél változékonyabb a termelés az előrejelzésekhez képest, annál drágább. Ezt könnyű belátni, ha megnézzük, mi kell ahhoz, hogy az egyensúlyt hagyományos eszközökkel biztosítani lehessen. Ahhoz, hogy egy erőmű parancsra növelni tudja a termelését, az kell, hogy eleve ne menjen teljes gőzzel. Ahhoz, hogy ezt elég gyorsan tegye (7,5 vagy 15 percen belül) pedig az, hogy valamennyire azért termeljen, hiszen a hagyományos erőműveknek idő kell a beinduláshoz.

Tehát ahhoz, hogy legyen rugalmasság, először is fizetni kell az erőműveknek, hogy alacsony hatásfokkal üzemeljenek, hátha szükség lesz rájuk, ha hirtelen felhős lenne az égbolt. Ha pedig tényleg szükség van rájuk, akkor azért is fizetni kell, hogy átmenetileg, rövidebb ideig többet termeljenek, utána megint kevesebbet. Ugyanígy olyan erőművek is kellenek, amelyek teljes kapacitással működnek, de képesek gyorsan csökkenteni a termelésüket, majd ugyanolyan gyorsan megnövelni, ha esetleg hirtelen rövid ideig elkezdene fújni a szél. Ráadásul mivel a rendszernek egyensúlyban kell lennie, ezért nem elég, ha nagyjából garantálni lehet a megfelelő rugalmasságot. Ha 1% esély van arra, hogy nem lesz elegendő a termelés, vagy túl sok lesz, az nem elég jó. Sok-sok rugalmasságra van szükség.

Vagyis fizetni kell, hogy erőművek sora üzemeljen, de azért is, hogy ne. Azért, hogy többet termeljenek, és azért is, hogy kevesebbet.

Bonyolítja a helyzetet, hogy a rugalmassági igény napjainkban már nem csak a teljes rendszer szintjén, hanem lokálisan kisebb-nagyobb körzetekben is megjelenik. Vagyis nem elég, ha valahol megvan a rugalmasság, az is számít hol van helyileg. Sőt a tervezett fogyasztást is nehéz kielégíteni, ha csúcsszerűen jelentkezik.

Ha a jövőben mindenki egyszerre szeretné gyorstölteni Budapesten az elektromos autóját, akkor már kezdhetjük is építeni Paks 3-at a városhatárban.

Ha pedig az összes Balaton környéki nyaralóra napelem kerül, akkor ez egy szép tavaszi napon termelésével komoly elosztóhálózati problémát okozhat.

Rugalmasság 2.0

Felmerülhet a kérdés, hogy ahelyett, hogy aránytalanul drágán a termelést növeljük és csökkentjük, miért nem fogyasztunk kevesebbet akkor, amikor túl alacsony, és többet amikor túl magas az energiatermelés? Vagy miért nem tároljuk el az energiát amikor túl sok van belőle és használjuk fel akkor, amikor nincs elég? Az elektromos áram tárolása az új energiarendszerek jolly jokere lehetne, és egy csapásra szűntetné meg a problémákat, hiszen amikor sok az áram, akkor a tároló tölt, amikor kevés akkor merül. Tiszta ügy, de mégsem az, mivel ehhez aránytalanul sok akkumulátort kellene gyártani. Ha a tárolás lenne a joker, akkor a zöld hidrogén a svájci bicska, ami aztán tényleg mindent megold. Gyártása során a fölösleges áramot használják fel, és még a gázfogyasztást is kiváltja. Csakhogy a nagyléptékű gyártás még messze van, legalább 5-10 éves távlatban, továbbá a tárolást nézve a teljes hatásfoka alacsonyabb az akkumulátorokénál.

A fogyasztás oldaláról közelítve a megoldáshoz épp az a féloldalasság szüntethető meg, ami a klasszikus felfogás velejárója, vagyis, hogy a fogyasztás adott, a termelés változtatható.

A világ számos részén még ma is létező jelenség, hogy a fogyasztást korlátozzák egyszerűen azért, mert nincs elég elektromos áram. Ilyenkor lekapcsolják a nem kritikus fogyasztókat, leállnak a gyárak egészen addig a mértékig, amíg az egyensúly biztosítható. Ez ugyanakkor nem önkéntes és nem igazán tervezhető, inkább egyfajta vészintézkedés. De a fogyasztók sem akarnak mindenáron ugyanannyit fogyasztani. Vannak olyanok, akik, ha nagyon olcsó lenne az áram akkor jóval többet fogyasztanának és vannak olyanok is, akik sokkal drágább áram mellett valamivel kevesebbet. Az igazi probléma mégsem ez, hanem a reagálási sebesség. Olyan fogyasztók még csak-csak vannak, akik egy napi előre tervezéssel hajlandóak többet vagy kevesebbet fogyasztani, de olyanból már tényleg nincs sok, aki ezt pár órás, vagy 15 perces előre tervezéssel megtenné, ráadásul úgy, hogy 7,5-15 percük van a változtatásra. Sőt még azt is bizonyítaniuk kell, hogy tényleg változtattak a terven. És hogy miért nincsenek ilyen fogyasztók? Azért, mert a ma működő fogyasztói elektromos rendszerek analóg módon épülnek fel, az ipari termelésirányító struktúrák statikusak, nehezen állíthatók, az épületek és városok „felokosítása” pedig még előttünk áll.

A fogyasztást gyorsan, dinamikusan változtatni nehéz, erőforrásigényes, manuális feladat, de néha még lassan is az. Vagyis így volt mostanáig.

Energia 4.0

A digitális energiarendszerben az eredendően analóg eszközök digitálissá válnak, minden eszköznek, mérhető mennyiségnek létrejön a digitális leképezése. Az okos eszközök megjelennek az elosztószekrényben, az alállomásokban, a trafókban, az épületekben az utcasarkokon, mindenhol. A rendszerek digitális leképezései az ún. digitális ikrek, valós vagy közel valós időben szinkronizálódnak a fizikai rendszerekkel. A felhőben tárolt adatokon mesterséges intelligenciával megtámogatott módszerek és elemzések keresnek mintázatokat és optimalizációs lehetőségeket, vizsgálnak lehetséges kimeneteket és működéseket. Kicsit úgy hangzik, mint egy tudományos-fantasztikus regény? Pedig nem az.

Az energia 4.0 és az ipar 4.0 IoT megoldásaikkal karöltve úgy formálják át a valóságunkat, ahogy a személyi számítógép tette – még ha ez kevésbé látványos is.

A modern épületmenedzsment rendszerek (melyek bevezetése itthon 2025-től kötelező) igény szerint képesek szabályozni az épület fogyasztását, sőt az okosvárosok ezt akár város szinten képesek megtenni. Az adatközpontok, az okosgyárak, az elektromos autótöltő-rendszerek képesek eltolni, növelni, csökkenteni a fogyasztásukat perces, sőt esetenként akár másodperces időtávokon. Az energiaközösségekben az aktív fogyasztók megosztják egymással termelésüket, szabályozzák együttes fogyasztásukat. Az akkumulátorokkal és rugalmas fogyasztókkal párosított energiatároló rendszerek mikrogridekbe (kis, lokális elektromos hálózatokba) kötve igény szerint szabályozzák a hálózati terhelést vagy termelést. Az aggregátorok, virtuális erőművek összegyűjtik és hozzáférhetővé teszik az így keletkező rugalmasságot.

A régi paradigma a múlté, ami „így volt mostanáig”, nem kell, hogy a jövőben is így legyen.

A rugalmasságot már rég nem csak a gyors gáz- vagy szénerőművek jelentik, a rugalmasság itt van körülöttünk, körbevesz minket pont úgy, mint a megújuló energia. A szükséges technológiák és megoldások már ma is velünk vannak és csak arra várnak, hogy használjuk őket. Hogy mire?

4+1 egy dolog, amire jó a rugalmasság

A rugalmasságot hagyományosan az ún. rendszerszintű szolgáltatásokhoz vették igénybe a rendszerirányítók, vagyis a hálózati frekvencia már említett szinten tartásához és az inerciához, illetve egyéb, a teljes rendszer stabilitását érintő célokhoz. Emellett azonban számos felhasználási területe létezik a rugalmasságnak:

1. A csúcsletörés, vagyis a hálózati kapacitásköltségek csökkentése. A nagyfogyasztók hálózathasználati költségének jelentős részét teszi ki az ún. kapacitásdíj, melynek az alapja a negyedórás legmagasabb elfogyasztott mennyiség (a gyakorlatban inkább e fölötti, biztonsági okokból). Vagyis a díj változatlan, akkor is, ha csak 15 percig magas a fogyasztás, és akkor is, ha az év túlnyomó részében csúcsra jár. A helyi rugalmasság felhasználásával a fogyasztó csökkentheti a csúcsigényét, így pénzt spórol meg.
2. Terheléseltolás, vagyis a fogyasztás átütemezése. Megfelelően megválasztott szerződéssel lehetősége nyílik a fogyasztóknak arra, hogy annyit fizessenek az áramért, amennyi az aktuális piaci ára. Ha pedig ezek a fogyasztók el tudják tolni a fogyasztásukat, akkor értelemszerűen olyankor fogyasztanak, amikor az áram olcsó, és nem fogyasztanak, ha drága.
3. Napon belüli kereskedés. Ez lehetővé teszi, hogy az adott napra előre megvásárolt áramot bizonyos órákra, de ugyanazon a napon belül az adott piaci szereplő eladja, vagy vásároljon még, ha szüksége van rá. A rugalmassággal rendelkező szereplő akár önállóan, akár aggregátorokon keresztül értékesítheti a már beszerzett áramot, amikor az sokat ér, illetve vehet, amikor olcsó.
4. Elosztóhálózati rugalmasság. Az elosztóhálózatok komoly problémával szembesülnek a feszültségtartás kapcsán, melyet hagyományosan hardvereszközök beépítésével próbálnak kezelni. Megfelelő kereskedelmi platform esetén a rugalmassággal rendelkező szereplők hozzájárulhatnak a feszültségtartáshoz.

Folytathatnánk még, de most jön a lényeg

+1 Dekarbonizáció és árcsökkenés. A jelenlegi tőzsdei árak a kereslet és kínálat egyensúlyából alakulnak ki, a határár elve alapján. Ez azt jelenti, hogy akárhonnan is jön az áram nagy része, minden fogyasztó a legutolsó termelésbe bevont erőmű árát fogja megfizetni, hiszen ez lesz a legutolsó, éppen aktuális ár.

Szélsőséges esetben elképzelhető egy olyan helyzet, amikor a termelés 99,99%-a napenergiából és más megújulókból jön, amit 10 €/MWh áron kínálnak, de a fennmaradó 0,01%-a gázerőműből származik, amit viszont 300 €/MWh áron. Ebben az esetben mindenki 300 €-t fog fizetni. Kivéve, ha ezt a 0,01%-ot a gázerőmű beindítása helyett a rugalmasságból tesszük bele.

Ha ezt megértjük, rögtön látjuk, hogy miért a rugalmasság az új olaj, az új gáz, és az új szén is egyben.

László Dávid, a Schneider Electric budapesti energia- és fenntarthatósági szolgáltatóközpontjának szakértője, Feldmájer Benjámin a cég európai uniós zöld fordulatért felelős magyarországi programmenedzsere.

Címlapkép forrása: Shutterstock