KURZUS: Ellátási lánc menedzsment

MODUL: Vezetékes logisztika

13. lecke: Egy speciális vezetékes hálózat, a villamos energia ellátás logisztikai megközelítése: az áram útja az erőműtől a fogyasztóig

|  | Tanulási útmutató
| Tevékenység
| sorolja fel a villamos energia térhódításának öt fő okát; tanulmányozza a 2. ábrát; állítsa sorrendbe az egyes energiatermelési módokat a termelés nagysága szerint; figyelje meg a 2. ábrán, hogy a hazánkban felhasznált villamos energia hány %-a származik importból; gyűjtse össze, milyen jellemzői vannak az országok közötti összekapcsolt hálózatnak; jegyezze meg, miért kell a villamos energiát magas feszültségen szállítani; jegyezze meg, hogy a fogyasztók villamos teljesítmény-igényének két jellemzőjét; tanulmányozza a napi terhelési görbéket; próbáljon magyarázatot találni a teljesítmény-igény napon belüli változására; jegyezze meg, milyen eszközei vannak a fogyasztói igények befolyásolásának; sorolja fel a villamos energia tárolásának módjait, és jegyezze meg az egyes módszerek lényegét.
| Követelmények
| Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha
| a villamos energia jövőbeli helyzetére a villamos energia jövőbeli helyzetére igaz állításokat; felsorolásból ki tudj választani, melyik energiaforráson alapuló villamos energia termelési mód a legnagyobb arányú Magyarországon; felsorolásból ki tudj választani az országok közötti összekapcsolt hálózat jellemzőit; felsorolásból ki tudj választani, miért kell a villamos energiát magas feszültségen szállítani; felsorolásból ki tudj választani a fogyasztók villamos teljesítmény-igényének két jellemzőjét; felsorolásból ki tudj választani, milyen eszközei vannak a fogyasztói igények befolyásolásának; párosítani tudja egymáshoz a villamos energia tárolásának módjait és azok jellemzőit.
| Tananyag
| 1. A villamos energia szektor jellemzői
| A váltakozó áramú villamos energia az erőművek szempontjából tulajdonképpen termék, gyártmány. Valójában ez olyan termék, ami jelentős mértékben nem tárolható, így a villamos erőműveknek mindig termelésre kész állapotban kell állniuk, akkor és olyan mértékben, ahogyan a fogyasztók ezt igénylik. A szolgáltatás elsősorban az aktuális teljesítményigény biztosítására vonatkozik.
Elektromos erőmű
1. ábra
| Forrás: http://www.aecom.com/media/5302.jpg
| A villamos energia szektor napjainkban is folyamatosan bővül. Növekvő térhódításának oka, hogy:
Sorolja fel a villamos energia térhódításának öt fő okát! |
1. | A villamos energia a nagy erőművekben egyre javuló hatásfokkal állítható elő, a villamos energia termeléséhez kapcsolódó hulladék-hő hasznosítása is ígéretes (fűtő- és hűtőenergia szolgáltatás).
2. | Az erőművek együttműködésével lehetővé válik egymás kisegítése, együttes üzemben elegendő kevesebb tartalékot képezni, így növelhető az egyes generátorok mérete, és nő a fogyasztók ellátás-biztonsága.
3. | A váltakozó áramú villamos energia jó hatásfokkal transzformálható és szállítható.
4. | Elosztása jól megoldható, ugyanarról a hálózatról több különböző teljesítmény-igényű fogyasztó is kiszolgálható.
5. | Sokoldalúan, könnyen, jó hatásfokkal felhasználható, egyre több új technológia alkalmazását teszi lehetővé. A felhasználás szintjén tiszta energia, ezért bizonyos esetekben kizárólagosságot élvez (közlekedés: villamos vontatás).
| A fogyasztók energia és teljesítmény igénye pillanatról pillanatra változik, berendezéseiket ki- vagy bekapcsolják, illetve az üzemelő berendezések terhelését változtatják. A villamos energia ellátás alapfeladata a fogyasztói igények kiszolgálása:
1. | megbízhatóan rendelkezésre álló (biztonságos),
2. | a minőségi követelményeket kielégítő villamos energiával (frekvencia és feszültség),
3. | a termelési, szállítási és elosztási költségek minimum értéken tartása mellett (gazdaságosság),
4. | a szolgáltatói és a lekötött energiaszállítási szerződésekkel összhangban.
Tanulmányozza a 2. ábrát! Állítsa sorrendbe az egyes energiatermelési módokat a termelés nagysága szerint! Figyelje meg a 2. ábrán, hogy a hazánkban felhasznált villamos energia hány %-a származik importból! |
A magyar villamosenergia-rendszer adatai 2007. (www.mavir.hu)
2. ábra
| A fenti követelményrendszer feltételeinek együttes teljesítése a rendszerirányítás központi problémája. A rendszerirányítási feladatok sokrétűségét szemléltetik az ábrák (Forrásuk: Szabó L., Faludi A.: Villamosenergia-rendszerek üzeme és irányítása, oktatási segédlet, 2006. www.vet.bme.hu).
A rendszerirányítási feladatok kapcsolata
3. ábra
Rendszerirányítási feladatok
4. ábra
| A rendszerirányítás valós időben működik, feladata az országos energiarendszer teljesítmény-egyensúlyának fenntartása.
| Ehhez meg kell határozni a szükséges tartalékokat, a szabályozás számára lekötött teljesítményeket és azt is figyelembe kell venni, hogy melyik erőmű milyen gyorsan, milyen hatásfok-változással és mennyiért tudja követni az elrendelt változásokat. Mindehhez tudni kell, hogy a hálózat alkalmas-e a zavartalan üzemhez szükséges teljesítmények szállítására.

|  | Figyelemmel kell követni a hazai átviteli hálózat, a nemzetközi távvezetékek állapotát, összehangolni az áramszolgáltatói hálózatok karbantartási terveit, eldönteni melyik kikapcsolás engedélyezhető és melyik nem, ahhoz hogy az ellátás mindig biztonságos és jó minőségű legyen. Gondoskodni kell az üzembiztonsági mutatók javításához szükséges hálózati karbantartások és felújítások elvégzéséről, a hálózati vagyon (távvezetékek, alállomások, alállomási berendezések) megőrzéséről, gyarapításáról, a jogszabályoknak, a hálózatfejlesztési stratégiának és a tulajdonosi elvárásoknak megfelelő munkálatok koordinálásáról és kivitelezéséről.
| A villamosenergia-szolgáltatás megbízhatóságát a termelő és szállító eszközök, berendezések, az üzemirányítási rendszer és a kezelést végző ember együttesen határozza meg.
| A zavarmentes működéshez korszerű, megbízható berendezések, megfelelő szervezés, fizikai és adatvédelem, a felelősségi körök pontos meghatározása és jól képzett, az energetikát hivatásának tekintő kezelőszemélyzet egységes rendszere szükséges.
| A Rendszerirányító felelős azért, hogy a villamos-energia megfelelő minőségben és biztonsággal jusson el a fogyasztókhoz, ezért az ország villamos-energia hálózatán mindig elegendő áteresztőképesség tartalékot, az erőművekben teljesítmény tartalékot kell biztosítania.
| A szállítás biztonságát növeli, hogy mind a 220-400 kV-os átviteli hálózat, mind a 120 kV-os elosztóhálózat hurkolt. Ez azt jelenti, hogy az egyes hálózati csomópontok között többirányú összeköttetés van, így egy elem elvesztése nem okozhat nagy kiterjedésű zavart a villamos-energia ellátásban (topológiai biztonság). A különböző feszültségszintű hálózatok egymásnak természetes tartalékot jelentenek, tehát pl. egy 400 kV-os távvezeték kiesése esetén a rajta áramló teljesítmény egy része a többi 400 kV-os vezetékre, egy része a 120 kV-os hálózatra terhelődik át.

|  | 2. Országok közötti együttműködés
| Az egyes országok hálózatai egymással összekapcsolva üzemelnek, rendszer-egyesülést alkotnak. Ez nem csak a topológiai biztonságot, hanem a termelés biztonságát is növeli. Az erőművekben keletkezett üzemzavarok esetén a kiesett teljesítmény pótlásában részt vesznek az együttműködő energiarendszerek. Az együttműködés Nyugat- és Közép-Európa minden országára kiterjed és több mint 300.000 MW teljesítményű energiarendszer kooperációját jelenti (összehasonlításul a magyar energiarendszer elmúlt évi csúcsteljesítménye nem érte el a 6000 MW-ot).
Gyűjtse össze, milyen jellemzői vannak az országok közötti összekapcsolt hálózatnak! | Az országok közötti kapcsolat az energia-szolgáltatás fizikájából adódóan rendkívül szoros, bármely rendszerben is lép fel hiány, a vele szinkronban működő energiarendszerek mindegyike részt vesz annak pótlásában. Az automatikus segítségnyújtás biztosítja, hogy a fogyasztó nem veszi észre a hazai erőművek valamelyikében bekövetkezett gépkiesést, legyen az bármilyen méretű.
5. ábra
| forrás: http://www.euvonal.hu/kulugy/upload/M_15/rek2/5589.jpg
| Ez a nem tervezett import formájában megjelenő teljesítmény azonban nem vehető igénybe korlátlan ideig. Előírás, hogy minden energiarendszernek 15 percen belül gondoskodnia kell teljesítmény-mérlege egyensúlyának helyreállításáról. Ez a szabály biztosítja, hogy a nagy európai rendszer folyamatosan készen álljon tagjainak kisegítésére. Az előírás megszegésének legsúlyosabb következménye az lehet, ha megszüntetik a kapcsolatot a szabály ellen vétő rendszerrel. Ilyen nálunk még nem fordult elő, bár ennek érdekében 2003 januárjában mintegy 300 MW mértékben korlátoznunk kellett a fogyasztást.
| Az energiarendszer szórt struktúrája, többszörösen hurkolt topológiája, a nemzetközi együttműködés nagy biztonságú ellátást biztosít. Ellátási zavarok csak kis területre lokalizáltan, a fogyasztók kis csoportjánál és rövid ideig lép(het)nek fel. A gyakorlat azt mutatja, hogy nagyon kevés azoknak az üzemzavaroknak a száma, amelyeknél a fogyasztói kiesés a villamos-energia iparág működését meghatározó Üzemi Szabályzatban jelentéskötelesként meghatározott 50 MWh-t eléri.

|  | Bár a fentiek szerint az ellátás biztonsága tervezhető és felügyelhető, az üzemzavarok sokkal "találékonyabbak" annál, mintsem így leegyszerűsítsék a Rendszerirányító dolgát. Fel kell készülni előre nem látható helyzetek kezelésére is. Hetente, naponta történnek olyan események, amelyek kezelése nem kisebb figyelmet igényel, mint az üzemzavarok elhárítása, következményeik csökkentése, de ezeket csak az üzemeltetők és üzemirányítók szűk köre ismeri. Ez így van rendjén, a fogyasztót nem a munka nehézsége, hanem eredménye győzi meg, vagyis ha az üzemzavart észre sem veszi.
| A villamos energia termelésében elengedhetetlen az együttműködés az erőművek között. A pillanatnyi fogyasztói igény az összes vételezett hatásos (P) és meddő (Q) teljesítmény eredője - a termeléssel ezt az igényt kell kiszolgálni. Természetesen figyelembe kell venni az erőművek házi üzemi fogyasztását (ezt a fogyasztás részének tekintjük) és a szállítás veszteségeit is (ez kb. a kapcsokon kiadott generátor teljesítmény 10%-a).
| A villamos energia rendszer generátorait forgásban tartó mechanikai teljesítménynek mindig egyenlőnek kell lennie a tengelyt tulajdonképpen fékező fogyasztói teljesítmény és a veszteségek összegével. Ehhez az erőművek összesített teljesítményét folyamatosan szabályozni kell. A meghajtó és a fékező teljesítmények eltérése a forgó tömegek lassulását vagy gyorsulását eredményezi, ennek során a kinetikus energia alakul át villamos energiává, és viszont, ami a hatásos teljesítmény és a frekvencia változásában is nyomon követhető.
| A primer és szekunder turbina-szabályozás célja a rendszer frekvenciájának szűk határok között tartása.
| Szinkronjáró, együttműködő villamos energia rendszerek esetén a szabályozás a frekvenciatartás mellett az egymás közötti teljesítmény-szállítások előre rögzített menetrendjének betartására is kiterjed. A nemzetközi együttműködés azért is fontos, mert egy rendszerben nem csak a fogyasztói teljesítmény igény változásával, hanem a menetrendtől eltérő üzemállapotokkal (termelő egységek vagy szállítási lehetőségek esetleges kiesésével) is számolni kell.
| A teljesítményigény biztosításában és a szabályozásban különböző típusú erőművek vesznek részt. A terhelés-szabályozás központi és automatikus irányítást igényel (szerződött menetrendek betartása, erőművek terhelhetősége, tartalékok fenntartása, hiányok, kiesések gyors pótlása, alkalmazkodás a teljesítményszállítás hálózati feltételeihez).
| Törekedni kell arra, hogy a kis költséggel termelő alaperőművek folyamatosan a névleges teljesítményükkel termeljenek, de a megfelelő szabályozási tartalékot mindig biztosítani kell.
| A szabályozáshoz szükséges teljesítménytartalékok
1. | az erőművi tartalékokból (forgó és hideg tartalékok, amelyek különböző költséggel és időtényezővel vehetők igénybe),
2. | importból,
3. | végszükség esetén a fogyasztói korlátozásból származnak.
| A rendszerek nagy kiterjedtsége a fizikai tehetetlenségnél fogva is előny, az importot szükség esetén a fizikai jelenségek automatizálják - nem könnyű feladat azonban a fizikai történéseket összhangba hozni a szabadpiaci kereskedelemre érvényes gazdasági szerződésekkel és jogi szabályokkal.
Nemzetközi fizikai villamosenergia-forgalom
6. ábra

|  | 3. A villamos energia szállítása, elosztása
| A villamos energia szállítása és elosztása hasonlóan fontos kihívás. A villamos energia termelése és fogyasztása időben nem, de térben annál inkább elkülönül. A különböző típusú erőművek együttműködése mellett az átvitel és az elosztás feladatát is meg kell oldani - az ellátási lánc szereplői (itt a termelő és a fogyasztó) közötti áthidaló elem a szállítás: továbbítási és elosztási feladatok megvalósítása.
7. ábra
| Forrás: http://sant.theiet.org.au/wp-content/uploads/2007/11/electricity-transmission-line.jpg
Jegyezze meg, miért kell a villamos energiát magas feszültségen szállítani! | A villamos energia rendszerben a szállítást a veszteségek (P v=I 2 R) csökkentése érdekében indokolt minél magasabb feszültségszinten végezni, ugyanis ha a feszültség növekszik, az áramerősség csökken, így a hőveszteség is kisebb lesz. Ez a váltakozó áramú rendszerben a magyar feltaláló triásznak (Déry, Bláthy, Zipernowsky, 1885) köszönhetően transzformátorok alkalmazásával történik. Mivel az elosztáskor és a felhasználáskor a feszültséget a berendezések szigetelésének megfelelő értékre kell csökkenteni, itt is transzformátorokat alkalmazunk. A villamos energia szállítása a különböző feszültségszinteken távvezetékekkel történik. A hálózatok kialakítása sokféle, magasabb feszültségszinteken hurkolt, ami növeli az ellátás biztonságát valamely szakasz vagy berendezés kiesése esetén.
| A villamos energia átvitel alapvető célja a hatásos (P, W) teljesítmény szállítása a fogyasztókhoz. Ennek legsajátosabb jellemzője a frekvencia (f, Hz), amely az általában lassan változó és állandósult állapotok sorozatának tekinthető normál üzemben a rendszer minden pontján azonos.

|  | A fogyasztók azonban berendezéseik működtetéséhez nem csupán hatásos teljesítményt (P) igényelnek, hanem induktív meddő teljesítményt is (Q), amit szintén elő kell állítani, és el kell juttatni a fogyasztási helyre. A meddő teljesítmény forrásai a túlgerjesztett erőművi szinkrongenerátorok, a statikus fázisjavító kondenzátor-telepek, a távvezetékek természetes kapacitása. A hálózat egyes pontjain meddő teljesítmény fogyasztóként hatnak a bekapcsolt söntfojtók. A távvezetékek és a transzformátorok induktivitása meddő teljesítmény veszteséget okoz. A meddő teljesítmény szállítása növeli a távvezetékek veszteségét, ezért indokolt a minimálisra csökkenteni. A feszültség és a meddő teljesítmény szoros kapcsolatban van egymással, és egymásra hat: a feszültség különbség meddő teljesítmény áramlását vonja maga után, és viszont.

Jegyezze meg, hogy a fogyasztók villamos teljesítmény-igényének két jellemzőjét! |  | A fogyasztók teljesítmény igényét a névleges U feszültségen és f frekvencián kell kielégíteni. A feszültség nem olyan globális jellemzője a rendszernek, mint a frekvencia, fogyasztói körzetenként lehetnek eltérések - az összehangolt szabályozásról mindenütt gondoskodni kell, ez megköveteli a megfelelő hálózati topológia kialakítását.
| A villamos energia fogyasztásának természete sajátos, fogyasztói szokásainkkal összhangban folyamatosan változó képet mutat.
| A napi terhelési görbe nagy érzékenységgel követi valamely ország termelési, életmód, meteorológiai és egyéb körülményeit.
Tanulmányozza a napi terhelési görbéket! Próbáljon magyarázatot találni a teljesítmény-igény napon belüli változására! |
Napi terhelési görbe (nyári munkanap)
8. ábra
Napi terhelési görbe (téli munkanap)
9. ábra

|  | Normál üzemben a fogyasztói területekre és a rendszer egészére vonatkozóan a véletlenszerű terhelés-változások egymás hatását kiegyenlítik, illetve az összes fogyasztás viszonylag lassú, előre jól becsülhető változásában jutnak érvényre. A terhelés változására jellemző, hogy viszonylag rövid mind a napi csúcs-igény, mind a völgyidőszak energia-igénye, a tervezésnél ennek a tartománynak az átfogását kell tudni a szabályozással biztosítani.

|  | 4. A fogyasztói igények befolyásolása
Jegyezze meg, milyen eszközei vannak a fogyasztói igények befolyásolásának! | A villamos energia rendszerben több módszer is rendelkezésre áll a fogyasztói igények befolyásolására. Ez természetesen akkor és csak akkor történhet a várakozásokkal összhangban, ha pontosan ismerjük nemcsak a fogyasztók jellemző csoportjait, és azok igényeit, várható viselkedését, hanem a teljes ellátási lánc, a termelés, szállítás, elosztás jellemzőit, sajátosságait az idő, a vételezés földrajzi megoszlása és az igényelt mennyiségű energia függvényében.
| Különböző jellegzetes fogyasztói típusok különíthetők el a napi terhelési igény (és menetrend) szerint: háztartások, ipari fogyasztók (1-2-3 műszak), iskolák, közhivatalok, üzletek, közvilágítás, hőtárolós berendezések (az olcsóbb éjszakai áram igénybe vételére, hogy akkor ne kelljen nagyobb alaperőmű-egységeket leállítani, mert azok újraindítása nehézkes és költséges volna) stb.
10. ábra
| Az ábrákból is látható, hogy a fogyasztók igényeinek előre jelzése nem könnyű feladat. A vételezési viselkedés befolyásolásának célja az, hogy műszaki és gazdasági eszközökkel kivédjük az igényeknek a jelenleginél is nagyobb mértékű ingadozását.
| 4.1. Tarifa-rendszer kialakítása
| Az első eszköz a tarifa-rendszer kialakítása (hasonló működik a távközlésben is). A fogyasztó fizet az általa lekötött villamos teljesítménynek a rendelkezésre állásáért ("előfizetés"), valamint az elfogyasztott villamos energiáért is ("percdíj"). A fogyasztó a saját szokásai ismeretében és tudatos fogyasztói viselkedést gyakorolva eredményesen vehet igénybe kedvezményeket ("éjszakai tarifa"). A szerződött mennyiségtől való lényeges eltérés költsége magas.
| 4.2. Műszaki eszközök
| A fogyasztók által vételezett villamos energia mennyisége műszaki eszközökkel is befolyásolható:
1. | hangfrekvenciás vezérléssel (ki- és bekapcsolás),
2. | feszültségcsökkentéssel ("puha" korlátozás),
3. | automatikus frekvenciafüggő korlátozással (ennek rendszermentő szerepe van),
4. | végső esetben diszpécseri lekapcsolással.

|  | 5. A villamosenergia-szolgáltatás környezeti hatása
| A villamosenergia-szolgáltatás környezeti hatása, a zöld energiák szerepe a fenntartható fejlődés egyik alappillére.
| A legfontosabb gondolatok - vázlatosan:
| Kezdeti káros hatások: Kis léptékben a természet kompenzálta, zavar csak szűkebb környezetben (por, szmog), közvélekedés: "vele jár". Később: Savas esők, ózonpajzs vékonyodása - a válasz: kénleválasztás, NOx kibocsátás csökkentés. Vízhiány - a válasz: száraz hűtőtornyok (Heller-Forgó). Napjainkra: Globális problémák. Üvegházhatás: légköri melegedés? A környezeti problémák nagyságrendje: lokális, regionális, globális hatások.
| Kihívások az EU energiapolitikája előtt:
| Fenntarthatóság (+2°C fok átlaghőmérséklet, +5% CO2 növekedés veszélye) Ellátásbiztonság (2030-ban a gáz 85%-a és az olaj 93%-a import lesz) Versenyképesség (drága munkaerő és energia, 100$/barrel feletti olajár 2030-ban)
| Cél az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése 2020-ig 30%-kal, 2050-ig 50%-kal, ebből a fejlett országokban 60-80%-kal mindenképpen hozzájárul a versenyképességhez is, mivel ehhez jelentősen csökkenteni kell a primerenergia felhasználást.
| A hazai adatok és a lehetséges stratégiák, eredmények 2030-ra:
S1 | Business as usual, folytatás a jelenlegi feltételekkel | Baseline scenario
S2 | Erőmű oldali beavatkozások | Supply scenario
S3 | Hatékonyságjavítás, megújulók alkalmazása | Efficiency & RES scenario
S4 | Minden lehetőség optimális használata | Role of Electricity scenario
| Hazai stratégiák 2030-ra
Eredmények 2030-ra | S1 | S2 | S3 | S4
Teljes energiaigény (2005=100) | 118 | 102 | 113 | 106
Villamosenergia-fogyasztás (2005=100) | 145 | 127 | 143 | 172
Villamos energia atomerőműből (TWh) | 654 | 852 | 1535 | 1643
Villamos energia megújulóból (TWh) | 1092 | 1675 | 1267 | 1359
Tárolt CO2 (Mrdt) | 0 | 0 | 4,8 | 3,6
Erőmű létesítés ( ΣGW) | 928 | 984 | 950 | 1090
Nettó gázimport (2005=100) | 188 | 179 | 174 | 164
Nettó olajimport (2005=100) | 116 | 97 | 108 | 93
Villamos energia ár (2005=100) | 11 | 122 | 132 | 120
Teljes energia költség a GDP %-ában | 9,57 | 10,27 | 10,61 | 9,64
CO2 emisszió (1995=100) | 110 | 70 | 70 | 70
CO2 kvóta ára (euró/t) | 5 | 16 | 125 | 56
1. táblázat
| 6. Megújuló energiaforrások
| A megújuló források fokozottabb mértékű alkalmazása, a kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés nagyobb mértékű elterjedése természetesen hazánkban is lehetséges - ennek viszont többlet-költségei vannak, támogatásokra van szükség, vagyis a villamosenergia-termelés normál módon gazdaságtalan részét többlet anyagi ráfordítással gazdaságossá kell tenni a befektető és az üzemeltető részére. A többlet anyagi ráfordítás fedezésére két eset lehetséges:
| az állampolgár adójából az állam fizeti a többletet, a villamosenergia-fogyasztó fizeti meg a többletet.
| A szélsebesség, a napsütéses órák száma, a vízhozam statisztikai törvények szerinti változása miatt a megújulók mindig csak kiegészítő energiaforrások lesznek. A pillanatnyi fogyasztói igények, és a megújulókból aktuálisan előállított villamos teljesítmény közötti különbséget más hagyományos energiaforrásokból kell fedezni, nagyobb forgó tartalékot kell tartani Az így keletkező többletköltség a villamos-energia rendszerben lévő szélerőmű kapacitás nagyságával nő. (2003-ban az E.ON-nak ez 100 millió euró veszteséget jelentett, ha a belépő helyettesítő erőmű részterhelésen, így a névlegesnél lényegesen rosszabb hatásfokkal üzemelt.) A termelésben jelentkező ingadozások, a bizonytalan rendelkezésre állás kiegyenlítésére legalkalmasabb megoldás ma a szivattyús-tározós vízerőművek alkalmazása.
| A megújuló forrásokra épített erőművek hazai jövőjét illetően érdemes végigvezetnünk egy gondolatkísérletet: Tételezzük fel, hogy 2010-ben a bruttó hazai villamosenergia-felhasználás (az importszaldóval együtt) eléri a 44,4 TWh-t. Az EU elvárásai szerint ennek 3,6%-át, 1600 GWh energiát kell a megújuló forrásokra épített erőművekben megtermelni.
| Alapvetően négy nagyobb forrás jön Magyarországon tekintetbe - számos kisebb mellett:
| biomassza-tüzelésű erőművek, vízerőművek, szélerőművek, hulladékhasznosító erőművek.
| Villamosenergia-termelés 2010 (terv)
Villamos energia megújuló forrásokból, 2010 (terv) | Teljesítőképesség MW | Termelés GWh | Kihasználás h/a
Biomassza-tüzelés | 130-160 | 900-1150 | 6000-7000
Vízerőmű | 55-60 | 200-240 | 3500-4000
Szélerőmű | 160-200 | 180-230 | 1100-1200
Hulladékégető erőmű | 25-30 | 120-180 | 5000-6000
Összesen | 370-450 | 1400-1800 | 3000-5000
2. táblázat
| Kedvező esetben tehát valamivel több, mint 400 MW villamos teljesítőképességű, megújuló forrásokkal működő erőmű termelhet évente 1600 ( ±200) GWh-t az évtized végére. Ennek többsége biomasszából (64%) várható, vízerőművekből már jóval kevesebb (14%). Sok szélerőmű is azonban viszonylag keveset tesz hozzá (12%), és a hulladékégetés fejlődése sem nagyon remélhető, így még szelektív gyűjtés esetén is alig 10%-os hozzájárulást adhatnak. Mindez persze csak akkor igaz, ha támogatási rendszer garantálja a szükséges létesítések megtérülését. Annak érdekében tehát, hogy teljesíteni tudjuk az EU követelményeit, módosítani kell a támogatási rendszerünkön.
| Reálisan az várható, hogy az évtized végéig 160-200 MW szélerőmű működik hazánkban. A kihasználásuk alig fogja meghaladni az 1000-1200 h/a-t, jelentős energiára tehát nem lehet számítani, a teljesítőképesség értéke pedig alig 5% körül lehet csak.

|  | 7. A villamos energia raktározásának lehetőségei
Sorolja fel a villamos energia tárolásának módjait, és jegyezze meg az egyes módszerek lényegét. | A villamos energia raktározásának, készletezésének lehetőségei különösen fontosak a nemzeti energiaipar számára. A váltakozó áramú villamos energia tárolására a hazainál szerencsésebb adottságú nemzeti energia-rendszerekben szivattyús-tározós vízi erőművek alkalmazásával van mód.
| A megoldás lényege, hogy a "mélyvölgyben", az alacsony fogyasztású éjszakai időszakban az alsó víztározóból a szivattyúkkal a felső víztározóba pumpálják a vizet. Ez rendkívül előnyös, hiszen ezzel a megoldással jelentős kiegyenlítő éjszakai fogyasztás generálható, tehát az energia rendszerben a szabályozással a napi legalacsonyabb és legmagasabb terhelés (és termelés) között kisebb tartomány átfogását kell biztosítani. A nyilvánvaló előny természetesen az, hogy a raktározott villamos energiát lehetséges a későbbiekben, akár a napi legmagasabb terhelés időszakában igénybe venni: a felső víztározóból leengedett víz egy turbinát forgatva villamos energiát termel, miközben helyzeti energiája mozgási energiává alakul. Ebben a klasszikus esetben tehát a villamos energiát "helyzeti energia formájában" tároljuk.
Vízi erőművek teljesítménye
11. ábra
| A szupravezető technikák alkalmazása ígéretes. A szupravezetős lebegtetésű lendkerék alkalmazásával az energiatárolás forgási energia formájában történik, az energiatároló szupravezető tekercs közvetlen villamos energia formájában tárolásra ad lehetőséget, de ezeknek az eszközöknek a gyakorlati alkalmazása ma még csekély mértékű.
12. ábra
| Forrás: http://pannonbazar.hu/images/7063.jpg
| A teljesítmény elektronika (inverterek) és az akkumulátor technika fejlődésével az egyenárammá átalakítás és a kémiai formában való tárolás is egyre inkább elképzelhetővé válik a jövőben. A villamos energia tárolásának ezt a módját nem hagyhatjuk figyelmen kívül, a tudományos és technikai teljesítmények vonatkozásában elég csak a mobiltelefon-akkumulátorok terén az elmúlt évtizedben végbement rendkívüli fejlődésre gondolnunk.
13. ábra
| Forrás: http://images.formula.hu/galeria/12946bmw_hydrogen_7_2.JPG
| Növekszik a tudományos-fejlesztői érdeklődés és aktivitás a hidrogén-technológiák fejlesztése terén is. Elterjedésükhöz elsősorban a közúti közlekedésben fűznek nagy reményeket, de ahogyan a technikatörténet mutatja, az infrastruktúrális rendszerek fejlődése igen gyakran a meglévő rendszerekkel párhuzamosan, azok alapjain történik, elég csak a gáz- és villanyvilágítás, a petróleum-ellátás és a benzinkorszak példáját idéznünk.
| A hidrogén-technológiák a tiszta energia képzetét ígérik, de ma még drágák - olcsóbbá válnak viszont, ha a forrásoldalon csak jelentős bizonytalanságokkal tervezhető szélerőművek mindenkori energiaszolgáltatásának, valamint az olcsón termelő alaperőműveknek a közvetítő "raktáraként" alkalmazzuk a hidrogént előállító elektrolizáló berendezéseket, és a hidrogénből villamos áramot gyártó üzemanyag-cellákat. Ez lehet az új lehetőség a villamos energia nagymértékben történő raktározásában - ahogyan a tisztább és fenntarthatóbb közúti közlekedés megteremtésében is.

|  | Önellenőrző kérdések
| 1. Jelölje meg, hogy az alábbi állítások közül azokat, amelyek igazak a villamos energia jövőbeli helyzetére!
| Az erőművek együttműködésével lehetővé válik egymás kisegítése, nő a fogyasztók ellátás-biztonsága.
| A villamos energia a nagy erőművekben egyre javuló hatásfokkal állítható elő.
| A villamos energia termeléséhez kapcsolódó hulladék-hő hasznosítása valószínűleg nem lesz megoldható.
| Az egyenáramú villamos energia jobb hatásfokkal transzformálható és szállítható, mint a váltakozó áramú.
| A villamos energia elosztása jól megoldható, ugyanarról a hálózatról több különböző teljesítmény-igényű fogyasztó is kiszolgálható.
| A villamos energia jelentős veszteséggel használható fel.
| 2. Jelölje meg, melyik energiaforráson alapuló villamos energia termelési mód a legnagyobb arányú Magyarországon!
| Szén.
| Olaj.
| Földgáz.
| Atom.
| Lignit.
| 3. Jelölje meg az országok közötti összekapcsolt villamos energia-hálózatra igaz állításokat!
| Az összekapcsolás növeli a termelés biztonságát.
| Ha egy adott energia-rendszerben hiba lép fel, akkor egy előre meghatározott másik rendszertől kap segítséget.
| Minden energiarendszernek 15 percen belül gondoskodnia kell teljesítmény-mérlege egyensúlyának helyreállításáról.
| Az ellátási zavarok akár egész országrészekre is kiterjedhetnek.
| 4. Jelölje meg, miért kell a villamos energiát magas feszültségen szállítani!
| Azért, mert így kisebbek a szállítási veszteségek.
| Azért, mert a nagyfogyasztók magasfeszültségű energiát használnak.
| Azért, mert az erőművek eleve magasfeszültséget állítanak elő.
| Azért, mert így nagyobb az energia munkavégző képessége.
| 5. Mely két adattal jellemezhető a fogyasztók villamos teljesítmény-igénye?
| Feszültség (U)
| Aramerősség (I)
| Frekvencia (f)
| Ellenállás (R)
| Teljesítmény (P)
| 6. Jelölje meg, milyen eszközök vannak a fogyasztók villamos energia igényének befolyásolására!
| A fogyasztó egyes időszakokban kedvezményesen veheti igénybe a szolgáltatást.
| A szerződött mennyiségtől nem lehet eltérni.
| A szolgáltatás lekapcsolása.
| Az elektromos berendezések hangfrekvenciás vezérlése.
| 7. Melyik villamos energia-tárolási módra jellemző, hogy a tárolás helyzeti energia formájában történik?
| A szivattyús-tározós tárolásra.
| A szupravezetős technológián alapuló tárolásra.
| Az akkumulátoros tárolásra.
| A hidrogén-technológián alapuló tárolásra.
| 8. Melyik villamos energia-tárolási módra jellemző, hogy a tárolás kémiai formában történik?
| A szivattyús-tározós tárolásra.
| A szupravezetős technológián alapuló tárolásra.
| Az akkumulátoros tárolásra.
| A hidrogén-technológián alapuló tárolásra.