Napelemekről nem lehet úgy beszélni, hogy ne érintsünk újra és újra a villamossági hálózathoz való kapcsolódást: ahogy egyre jelentősebb részt vállalnak a megújulók az áramtermelésben, úgy kezdenek egyre nagyobb hatást gyakorolni mind a hálózatra, mind a villamosenergia árára (ez utóbbiról ld korábbi posztunk).

A hálózatra gyakorolt hatással pedig foglalkozni kell: a megújulók, mint a nap és a szél, nem egyenletesen termelnek, az időjárás alapján ingadozik a teljesítményük. Ezt szabályozni és kiegyenlíteni kell majd hosszú távon, hogy a hálózat stabilitása fennmaradjon.

Egyelőre azért nyugtassunk meg mindenkit: a hazai megújuló aránya az áramtermelésben alig kimutatható hatást fejt ki.  MAVIR-os és áramszolgáltatói villamossági szakemberek egy-egy oldottabb háttérbeszélgetésen rendre elismerik, hogy a mai hálózatban van annyi rugalmasság, hogy amíg a nap és szélenerergia nem éri el az 5-10%-ot, addig különösebb fejlesztés nélkül is kezelhető ez a betáplálás a mostani rendszerekbe - más országok ennél még nagyobb arányt is kezelni tudtak. Márpedig ettől irdatlan messze vagyunk Magyarországon, a mostani fejlődési ütemmel 10 év alatt se fogja elérni a nap és szél aránya az 5%-ot sem az áramtermelésből.

De a villamosági hálózatok és stratégiák hosszabb távra szólnak, a technológiák (erőművek, hálózatok) akár 20-30 éves élettartama és pénzügyi tervezhetősége, beruházási igényei miatt. Emiatt már most aktuális és fontos, hogy kezdjünk beszélni arról, amit intelligens hálózatoknak, vagy a nemzetközi szakirodalomban smart grid-nek neveznek.

Az elmúlt több, mint 100 évben a villamosenergia hálózatok és erőművek abban az irányba épültek, hogy minél nagyobb erőművet építünk, annál gazdaságosabb, majd ezt jó nagy gerinchálózatokon szétosztjuk területileg, amit a középfeszültségű hálózatokon viszünk tovább pl. falvak és városrészek szintjén, ahonnan a 230/400V-os hálózatokon jut el az áram a végfelhasználókhoz legnagyobb részéhez. Igazán egy fához hasonlítható szerkezetről beszélünk, a gyökerek az erőművek, a törzsből (nagyfesz hálózat) ágak ágaznak ki (középfesz hálózat), és a levelek a családi házak - csak hogy nagyon leegyszerűsítsük.

Igen ám, de jöttek a 90-es évek, majd a 2000-es évek első évtizede, és a technológia fejlődésével megjelentek a kis helyi termelők: először a korszerű gázmotorok, újabb turbinák, majd egyre növekvő számban a szélerőművek, most pedig a napelemek kezdenek tömegesen elterjedni a világban. Tehát mintha a falevelek szintjén is kezdenénk áramot termelni - márpedig erre a hálózatok nincsenek felkészülve, mivel a kisfeszültségű hálózatokon a legtöbb transzformátor nem tud visszafelé is táplálni a középfeszültség felé.

Ez egy lassan évtizede ismert jelenség. És mivel az áram helyi szinten nem tárolható nagy mennyiségben, így kezelni kell ezt a lokálisan megtermelt villamos energiát. Az egyik kézenfekvő megoldás lenne a kiegyenlítő pufferelés: a világ legnagyobb vállalatai, mérnökök ezrei dolgoznak a tároláson, szerteágazó fejlesztések folynak ebben az irányba - biztos, hogy ez lesz az egyik részmegoldás, de itt még nincs gazdaságos és egyértelmű válasz (bővebben tárolásről ld korábbi post itt)

A hálózati szabályozás egy másik fontosabb eleme a smart grid: az intelligens hálózatok, melyek maguk is jobban tudják elosztani a villamos energiát. A smart grid sok összetevőből és megoldásból állnak, ez nem egyetlen receptet jelent, de a folyamat sokban hasonlítható a kommunikációs hálózatok elképesztő fejlődéséhez - ez egy olyan út, ami nem kerülhető el (legfeljebb lemaradni lehet róla és hátrányba kerülni).

Talán példákkal lehet legjobban bemutatni a smart-grid-et: nézzük például a napelemes inverterek oldalán mit jelent ez. Az inverterek a mostaninál jóval komplex eszközök lesznek, amik a ház áramellátását és a hálózati csatlakozást is szabályozzák: ha hálózati túlterheltség jelentkezik, akkor az inverterek betáplálása korlátozható lesz, finom szabályozással is (egyébként a ma használt, vagy akár 10 évvel ezelőtti inverterek is leválnak a hálózatról, ha túlterhelt és a frekvencia 50,2 Hz fölé emelkedik, de ez nem egy finomhangolás).

Egy másik elem, hogy a ház rendszere, otthoni gépeink is kapcsolódnak a smart gridhez: pl. ha az inverter korlátozó jelet kap, és közben a napelem éppen szépen termel, akkor az inverter ebben az időben indítja el a mosógépet, mosogatógépet és egyéb nagyobb otthoni fogyasztót (pl. tölhetjük majd az elektromos autót is ekkor). Azaz nem csak a táplálást, de a fogyasztást is szabályozza. Vagy például ha a tárolási fejlesztések lesznek sikeresek, akkor ezen időszak alatt eltárolja a ki nem táplálható áramot.

És ez nem sci-fi: 2012. januártól már csak olyan inverterek installálhatók Németországban, melyek korlátozhatók és szabályozhatók. Ráadásul a vezető gyártók inverterei már megoldást kínálnak idei modelljeikben, hogy korlátozás idején egy opcionális kimenetelen táplálnak ki, pl. majd tárolás vagy ideiglenes nagyfogyasztók irányába.

A smart grid további fontos eleme a hálózati struktúra átalakítása is részben: rugalmasabb, kevésbé merev hálózatokra lesz szükség - a korábbi példát felhasználva a faágak struktúrája helyett az informatikai hálózatok és az internet felépítéséhez jobban hasonlító hálózatra lesz szükség. 

Összességében a smart grid tehát megoldások sokasága: a lokális termeléstől, a fogyasztáson át a villamosenergia elosztásáig egy új megközelítést jelent a villamosenergia világában.

A smart grid fontosságát már régen felismerték: a fenti technológiákon dolgoznak a világ legnagyobb cégei (GE, Siemens, Toyota - és akkor energetikai és olajipari cégeket nem is emlegettem), felismerve, hogy ez nagyon fontos terület lesz. Ahogy az informatika és kommunikáció alakult át drámaian az elmúlt 20 évben, úgy a villamossági rendszerekkel is ez várható a következő 20 évben: időnként újraíródnak több gererációs rendszerek, és ezt már nem lehet megállítani.

Persze ezt a világ vezető országai (USA, Németország, Kína) is kiemelten kezelik, a smart-grid építése kiemelt támogatottságú, stratégiai programnak számít sok helyen. De a nemzetközi energetikai ügynökség, az IEA is ezt mondja: a smart grid fejlesztés kulcsfontosságú terület, amit minden kormánynak igyekeznie kell támogatni jobb, átláthatóbb szabályozási környezettel. Reméljük, ez az üzenet egyszer eljut a hazai döntéshozókig is.