KURZUS: Különleges ellátási rendszerek

MODUL: A villamos energia ellátás vizsgálata a vezeték-logisztikai elvek szerint

2. lecke: A villamos energia fogyasztásának sajátosságai

| Cél: A lecke célja, hogy a hallgató megismerje a villamos energia ellátás rendszerének sajátosságait, a fő fogyasztókat, a fogyasztói profilokat és a fogyasztás rendszerre gyakorolt hatásait
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes:
felsorolni legalább 5 háztartási villamos energia használati módot felsorolni legalább 5, a villamos energia fogyasztás mértékét befolyásoló tényezőt
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 60 percre lesz szüksége.
Kulcsfogalmak: Fogyasztói profil, villamos energia fogyasztás összetevői
Internetes gyűjtőmunka keretében keressen különböző, a villamos energia ellátás rendszeréhez kapcsolódó fogyasztói profil ábrákat, s a leckében tanultak alapján indokolja a profilok eltéréseinek okait!
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 megbízhatóan rendelkezésre álló (biztonságos), a minőségi követelményeket kielégítő villamos energiával (a rendszer egészében 50Hz frekvencia és minden ponton az előírt, a háztartások szintjén 400/230 V feszültség), a termelési, szállítási és elosztási költségek megfelelő értéken tartása mellett (gazdaságosság), a szolgáltatói és a lekötött energiaszállítási szerződésekkel összhangban, a megfelelő szabályozási tartalékok fenntartása mellett.
A fogyasztás napi terhelési görbéje nagy érzékenységgel követi valamely ország termelési, életmód, meteorológiai és egyéb körülményeit. 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.
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 a szezonálisan igényelt mennyiségű energia függvényében.
A fogyasztási profil alakjára a vízellátáshoz hasonlóan a villamos energia rendszer esetében is a háztartások gyakorolják a legnagyobb hatást (részarányuk a teljes fogyasztásában 2012-ben 31% volt). Az összes fogyasztásban hasonlóan magas részarányt (2012-ben 30%-ot) képviselő feldolgozóipar a profilban feltételezhetően viszonylag egyenletes összetevőként jelenik meg.
A nettó villamos energia fogyasztás ágazati megoszlása (MAVIR2012)
5.2.A Ábra
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.)
A jellegzetes fogyasztó-típusok 0-24h profilja (saját szerkesztés Szabó és Faludi 2002 alapján)
5.2.B Ábra
A fogyasztók igényeinek nagy pontosságú előre jelzése rendkívül összetett feladat: a profil alakja egészen más lehet az egyes hétköznapokon és a hétvégén, az évszaktól függően, de befolyásolja az időjárás adott napon belüli változása is.
A vételezési viselkedés befolyásolásának célja az, hogy műszaki és gazdasági eszközökkel kivédjük az igényeknek a jelenleginél is nagyobb mértékű ingadozását. 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 vagy vezérelt tarifa"). A szerződött mennyiségtől való lényeges eltérés költsége magas.
A fogyasztók által vételezett villamos energia mennyisége műszaki eszközökkel is befolyásolható: (1) hangfrekvenciás vagy rádiófrekvenciás vezérléssel (alapvetően engedélyezés és tiltás), (2) feszültségcsökkentéssel ("puha" korlátozás), (3) automatikus frekvenciafüggő korlátozással (ennek rendszermentő szerepe van), (4) végső esetben diszpécseri lekapcsolással, a rotációs kikapcsolási rend szerint (melyet előre rögzített, központilag vezényelt szabályok szerint hajtanak végre).
A hangfrekvenciás központi vezérlés (HKV) rendszertechnikailag olyan távparancs adó rendszer volt, amelynek átviteli útja maga az energia elosztó hálózat. Hazánkban a Központi Diszpécser Szolgálatok (KDSZ), az elosztó hálózati rendszerirányítók, a körvezérlési rendszer létrehozása, 1975 óta ilyen módon beavatkozhatnak a napi terhelési kép kedvezőbbé tétele érdekében, elsősorban a nagy teljesítményű villamos vízmelegítő készülékek (bojlerek) és hőtárolós kályhák (villanykályhák) egyidejű kapcsolásával. A 2000-es évek elején 1500 MW körüli teljesítményt vezéreltek HKV segítségével, ami a téli csúcsterhelés mintegy negyedének felelt meg. A rendszer különlegessége volt, hogy nem kellett külön átviteli utat létesíteni, hiszen a parancsokat az elosztó hálózat továbbította. Így akár több százezer fogyasztó vezérlése is megoldható volt egyetlen helyről, hisz adóberendezést nemcsak a kisfeszültségű elosztóhálózatra lehet telepíteni, hanem a közép- vagy a nagyfeszültségű hálózatra is. Az általános vezérlési feladatok (tarifaváltás, közvilágítás vezérlése) mellett bizonyos fogyasztói berendezések (forróvíztárolók, hőtárolós villanykályhák, klímaberendezések), és egyéb rendszerelemek (polgári védelmi szirénák, üzemi kapcsolások, díszvilágítás, reklámok világítása) vezérlésére is alkalmas.
A közelmúltban a hangfrekvenciás vezérlést (HKV) a rádiófrekvenciás központi vezérlés (RKV) váltotta fel. Az információ továbbítása hosszúhullámú antennával történik, így az adat-továbbítás függetlenné válik az elosztó hálózat topológiájától. Az RKV alkalmazása kiküszöböli a HKV rendszer hiányosságait. A címzési tartomány jelentősen kibővült, akár egyesével is lehetővé vált a fogyasztok indexelése, ezáltal nincs szükség több vezérlő frekvenciára. Egy központból a topológiától függetlenül több száz kilométerre lehet vele adatot továbbítani néhány másodpercen belül, valamint a kiserőművek sem zavarjak az adás jelszintjét.
A fogyasztó oldali befolyásolás (DSM: Demand Side Management) kedvező hatása jól követhető a 2007. és a 2008. évi napi terhelési profilokon (lásd az 5.2.C Ábrán). Bár ezek a változások a villamos energia szabadpiaci kereskedelméhez kapcsolódóan tűntek fel, természetesen egy ilyen típusú beavatkozás elvégezhető lett volna a piacnyitás előtt is, de akkor az érdekeltségnek még nem voltak ennyire kiélezett követelményei, a szolgáltatók a rendelkezésükre álló beavatkozási lehetőséget korábban saját menetrendjük kiegyenlítésében alkalmazták (ENPOL).
A fogyasztói beavatkozás eredménye télen (ENPOL)
5.2.C Ábra
A fogyasztói beavatkozás eredménye nyáron (ENPOL)
5.2.C Ábra
A téli munkanapok terhelési görbéjén látható, hogy a megelőző időszakban egy koradélutáni és egy esti csúcs jelentkezett, továbbá volt egy kisebb délelőtti, déli is (9-9 szerdai munkanap átlaga a 2007. és 2008. évben a csúcsterheléshez százalékban viszonyítva). A beavatkozás (DSM) eredményességet mutatja, hogy csak egy esti csúcs maradt és a terhelés a nap folyamán sokkal kiegyenlítettebb. A minimális terhelés 70% körüli értéke természetesen megmaradt, és a reggeli terhelésfelfutás meredeksége sem változott. A legnagyobb meredekség két óra alatt - reggel 5-től 7-ig - munkanapokon mintegy 9 %/h a csúcsterhelésre vonatkoztatva (mostanában kb. 600 MW/h, tehát 10 MW/min).
A korszerűbb beavatkozás hatása a nyári terhelési képre jelentősebb (9-9 szerdai munkanap átlaga a 2007. és 2008. évben a csúcsterheléshez százalékban viszonyítva). A terhelési görbe egyenletesebb lett, elmaradt a napi három lokális csúcs, a délutáni csúcs délre tevődött át, és ez nagyobb lett az esti csúcsnál. Ennek a beavatkozásnak az eredménye az is, hogy közelítünk az európai rendszeregyesülésben meghatározott, déli 11 órára értett csúcsterhelési időponthoz. Nyáron a minimális terhelés aránya kicsit kisebb (68-69%), és a minimális terhelés korábbra tevődött (4 óra helyett 3 órára). Ennek megfelelően kicsit korábban kezdődik a felfutás. A meredekség itt kb. 10%/h, azaz itt is elegendő a mintegy 600 MW/h-val vagy a 10 MW/min-mal számolni két órán át.
Az elmúlt évek fejlesztéseinek eredményeként megjelenő intelligens mérési (SM: Smart Metering) módszer a rádiófrekvenciás körvezérléshez képest annyiban összetettebb, hogy az intelligens mérő eszköz a fogyasztói vételezés aktuális értékének a rendszerirányítóhoz továbbításán túl egyéb feladatokra, például tarifaváltások menedzselésére (bizonyos átütemezhető fogyasztók csak kedvező tarifájú időszakokban engedélyezésére), akár ezeknek az eszközöknek (villanybojler, hőtárolós villanykályha, fagyasztó) a szolgáltató által történő közvetlen vezérlésére is alkalmassá tehető.
A kétirányú kapcsolatok menedzselésére fejlesztett szimulációs modellek vizsgálata megmutatta, hogy megfelelő tarifákkal a fogyasztók ösztönözhetők berendezéseik üzemeltetésének átütemezésére, és ily módon a csúcsidőszakról a völgyidőszak felé terhelést lehet átcsoportosítani. Azonban üzemzavari esetekben esetlegesen szükségessé váló fogyasztói terheléskorlátozás hatékony és gyors megvalósítása elképzelhetetlen a fogyasztók (egy részének) közvetlen vezérléssel történő befolyásolhatósága nélkül. A fogyasztók közvetlen vezérlésében rejlő lehetőségek mindenképpen indokolttá teszik, hogy a vezérlési rendszer, mint eszköz a szolgáltató kezében megmaradjon (Dán és mts, 2011).

| Önellenőrző kérdések
1. Válassza ki a listából a háztartások számára előírt frekvencia- és feszültség követelményeket!
| 400/230 V, 50 Hz
| 380/230 V, 50 Hz
| 400/220 V, 50 Hz
2. Válassza ki a helyes választ! Hazánk villamos energia fogyasztásában a háztartások részaránya:
| Kb. 30%
| Kb. 40%
| Kb. 25%
| Kb. 50%
3. Válassza ki a helyes választ! A DSM jelentése
| Demand Side Management - Fogyasztó oldali befolyásolás
| Demand Supply Management - A fogyasztói igény és a termelés összehangolása
| Demand Side Measurement - A fogyasztói oldalon vételezett energia intelligens mérése