Kun Róbert (szerk.)

Energiatárolási és akkumulátoripari alapismeretek

Fejezetek a villamosenergia-rendszerek, az elektrokémiai és további energiatárolási technológiák témaköréből

2. A tárolók üzleti modelljeit megalapozó változások a villamosenergia-rendszerben

Az energiaátmenet időszakát az időjárásfüggő megújulótermelők térnyerése és a hagyományos fosszilis termelőkapacitások fokozatos leépülése jellemzi. A megújuló- és különösen az időjárásfüggő termelők jelentős változást hoznak a villamosenergia-rendszer működésében, mert a hagyományos nagyerőműveknél sokkal kisebbek, viszont sokkal számosabbak, és nemcsak a hálózat néhány kiemelt, nagy kapacitású pontján csatlakoznak, hanem az ország szinte teljes területén, elszórtan kerülnek telepítésre. Emellett termelésük sem szabályozható úgy, mint egy hagyományos fosszilis erőműé, maximális teljesítményüket erőteljes szezonális és napon belüli ingadozás jellemzi, és a termelés mennyisége sem jelezhető előre olyan pontosan, mint a hagyományos erőműveké.

Annak érdekében, hogy a megújulókat nagy mennyiségben lehessen integrálni a villamosenergia-rendszerbe, három alapvető változásra van szükség: tárolási szolgáltatásra, a fogyasztók aktív piaci szereplővé válására és a szereplők aggregálására, melyek mindegyike szélesíti a tárolók üzleti lehetőségeit.

Magas időjárásfüggő megújuló-részarány mellett a villamos energia tárolása nélkül nem lehet biztosítani a termelés és a fogyasztás egyensúlyát. A hagyományos erőművek és különösen a gázerőművek azonban menetrendkövetők, tehát a termelés szintje képes alkalmazkodni a fogyasztási igények változásához. Az időjárásfüggő megújulótermelés alakulását az időjárás, a napszakok és az évszakok változása szabja meg, és az így kialakuló kínálat alakulása jellemzően eltér a fogyasztás igények mintázatától. Magyarországon a napon belüli csúcskereslet napnyugta után jelentkezik, az éven belül pedig a hideg téli estéken alakul ki a legnagyobb rendszerterhelés. A fogyasztás és a termelés mintázatának eltéréseit tárolással lehet áthidalni. Az akkumulátoros tárolók elsősorban a rövidebb távú, napon belüli, napok közötti összehangolásban kapnak szerepet.

További tárolási szükséglet jelentkezik a hálózati topológia átalakulása miatt. A hagyományos villamosenergia-rendszerek centralizáltak, sugarasan épülnek fel, a betáplálási ponttól a fogyasztók irányában folyamatosan esik a feszültség szintje. Az átviteli hálózaton, amely a termelőegységeket és a csomópontokat, alállomásokat köti össze, nagyfeszültségű vezetékeken szállítják az áramot (750–400–220 kV), annak érdekében, hogy alacsony legyen a szállítás közben felmerülő hálózati veszteségek mértéke. Az elosztóhálózaton a biztonsági szempontok kerülnek előtérbe, így a hálózatnak ezen a részén a kisebb feszültségszint a célravezető, ezért transzformátorállomásokon csökkentik a feszültséget először nagyról közepes, majd kis feszültségszintre.

Egy ilyen felépítésű rendszerben jelentős változást eredményez, ha a termelőegységek közvetlenül csatlakoznak az alacsony és a közepes feszültségű hálózati szakaszokra. Ezek ugyanis a csatlakozási pontban megemelik a feszültség szintjét. A feszültség ingadozása jelentősen károsíthatja a végfelhasználói berendezéseket, így ezt ellensúlyozni kell. Ma a feszültségingadozás kezelésének elsődleges módja, hogy ha a feszültség kimozdul a biztonságos értékek sávjából, a PV-berendezések invertere lekapcsol, és így elveszik a megtermelt zöld energia. A problémás vezetékszakaszra telepített akkumulátoros tároló szükség szerint fogyasztóként vagy addicionális villamosenergia-kínálattal tud megjelenni a piacon, így a tárolók igénybevételével a lokális kereslet és kínálat könnyebben lesz megfeleltethető egymásnak, ezzel a megtermelt energia eldobása nélkül lehet kiküszöbölni a feszültségszint ingadozását.

A megújulók integrálásához szükség van a fogyasztók szerepének megváltozására is. Míg korábban a fogyasztók jellemzően autonóm módon, kizárólag technológiai folyamataik, szokásaik, pillanatnyi igényeik alapján döntöttek az adott időszakban vételezett villamos energia mennyiségéről, ma egyre nagyobb mértékben kell figyelembe venniük a villamos energia aktuális kínálatát és a hálózati korlátokat. Ez alapvetően implicit módon, ún. ár jellegű ösztönzőkön keresztül történik meg. A fogyasztók egyre szélesebb köre szembesül olyan napszakonként változó (time-of-use) vagy órás piaci árindexekhez kötött tarifákkal, amelyek a piaci keresleti-kínálati helyzetet és/vagy a hálózati szűkösségeket tükrözik. Ez arra ösztönzi őket, hogy a fogyasztásukat az olcsóbb időszakok irányába tereljék, illetve ha van saját megújuló energiaforrásuk, maximalizálják az önfogyasztásukat. Ebben az alkalmazkodásban alapvető szerepet játszanak a tárolók.

Az áralkalmazkodáson túl a fogyasztók egy része aktív villamosenergia-piaci szereplővé is válik, ami azt jelenti, hogy a villamosenergia-piacon eladja azt a képességét, hogy átmeneti időre meg tudja változtatni a hálózatról vételezett villamos energia mennyiségét. Elsősorban a TSO számára frekvenciaszabályozási termék formájában, a DSO számára szűkületkezelési termék formájában lehet értékesíteni a rugalmassági képességet, de akár a nagykereskedelmi piacon is lehet igény a fogyasztók által kínált termékre.

Az eladható rugalmassági képesség gyakran a berendezések működési rugalmasságából ered, például a hűtő-fűtő berendezések, elektromos autótöltők szolgáltatásának minősége nem romlik érdemben akkor, ha 10-15 percre csökken a teljesítményük. Ugyanakkor a technológiai folyamatok által jobban determinált ipari felhasználók is be tudnak kapcsolódni a rugalmassági szolgáltatások piacára, ha rendelkezésükre áll villamosenergia-tároló berendezés, amely átmenetileg képes kiváltani a hálózatról történő villamosenergia-vételezést. Ezt a típusú szolgáltatást a fogyasztók ott tudják a legkönnyebben nyújtani, ahol a tároló használata az alaptevékenység számára is releváns, például a szünetmentes villamosenergia-szolgáltatás biztosítása céljából.

A harmadik fontos változás az aggregálás megjelenése. Az aggregálás a nagykereskedelmi piacok működését is befolyásolja, de a legnagyobb jelentősége a rendszerszintű szabályozások piacán van. Hagyományosan csak a nagy erőművek vettek részt a rendszer kiszabályozásában, amelyeket könnyű volt akár telefonon, akár elektronikus üzeneten keresztül elérni, és utasítani arra, hogy növeljék vagy csökkentsék a teljesítményüket. A dekarbonizált villamosenergia-rendszerben ki kellett alakítani azokat a technikákat, amelyek révén a kis szereplők is be tudnak kapcsolódni a rendszeregyensúly megteremtésébe, miközben egyenként csak marginális a hozzájárulásuk a kereslet vagy a kínálat változásához, és jellemzően nem is áll rendelkezésre állandó „ügyelet” a kimenő vagy bejövő teljesítmény változtatásához. A digitalizáció azonban megteremtette a lehetőséget arra, hogy a kis egységek teljesítményét egy távoli központból hatékonyan szabályozzák. Így létrejöttek azok az aggregátorok, amelyek számos kis szereplő összefogásával képesek a piacra lépési küszöböt meghaladó teljesítményt felkínálni a villamosenergia-piac különböző szegmenseiben, ami jelenleg a nagykereskedelmi piacon 0,1 MWh, míg a rendszerszintű szabályozások piacán 5 MW teljesítménytől lehet akkreditálni, a legkisebb ajánlat mérete pedig a legtöbb szolgáltatás esetében 1 MWh. Először kisebb gázmotorok összefogásával jöttek létre aggregátorok, de ma már fogyasztó- és tárolói egységek is csatlakozhatnak.

Az aggregátortechnológia jelentősége a tárolók számára abban áll, hogy így a kisebb, akár a mérőóra mögött létesített egységek is be tudnak lépni a szabályozási és rugalmassági szolgáltatások piacára. Másrészt az aggregátorok számára a technológiai diverzifikáció jelentős szinergiát, azaz többletképességeket, illetve alacsonyabb működési költséget biztosít. Ha többféle technológia áll rendelkezésre, akkor olyan szereplők is részt tudnak venni a rugalmassági szolgáltatások nyújtásában, akik nem tudnak folyamatosan rendelkezésre állni (pl. egyes fogyasztók). Az időjárásfüggő megújulók és tárolók együttesen nagyobb szabályozási kapacitást tudnak eladni, mert nem kell számolni a megújuló termelés bizonytalanságával. A gázerőművek tárolóval történő kiegészítése pedig költségcsökkentést hoz azáltal, hogy a tároló nagyon rövid idő alatt fel tud terhelni, így az aggregátor által kialakított ún. virtuális erőműben (virtual power plant – VPP) nincs szükség arra, hogy a gázmotort folyamatosan forgassák annak érdekében, hogy megfelelő gyorsasággal tudjon reagálni az egység a MAVIR által kiadott utasításra.

Eddig azokat a változásokat mutattuk be, amelyek esetén azért jelentkezik piaci igény a tárolókra, mert ez segíti az időjárásfüggő megújulók piaci integrációját. Emellett a fosszilis technológiák kiváltásának igénye közvetlen módon is befolyásolja a tárolók üzleti lehetőségeit, mivel a tárolók olyan rugalmassági szolgáltatásokat tudnak nyújtani a rendszerüzemeltető számára, amelyeket hagyományosan a fosszilis erőművek biztosítottak. Hangsúlyozni kell azonban, hogy a fosszilis erőművek tárolókkal történő kiváltásának lehetősége nem terjed ki minden olyan funkcióra, amelyet ezek az erőművek szolgáltatnak a villamosenergia-rendszer számára. A villamos energia hosszú távú, évszakokon átívelő tárolására ma még nincs üzletileg érett tárolási technológia, így a hazai adottságok mellett a téli ellátásbiztonság fosszilis erőművek nélkül nem garantálható.

Energiatárolási és akkumulátoripari alapismeretek

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2025

ISBN: 978 963 664 126 9

Műszaki tudományok

A kötet átfogó, horizontális tematikával vezeti be az olvasót az akkumulátor értéklánc teljes spektrumába: bemutatja a villamosenergia-piac működését, a telepített energiatárolási megoldásokat, az akkumulátorok járműipari alkalmazása terén az alternatív hajtásláncok felépítését és kulcskomponenseit, valamint részletesen tárgyalja a Li-ion akkumulátorok felépítését, működését, gyártástechnológiáját és a legfrissebb fejlesztési irányokat. Áttekintést nyújt továbbá az akkumulátorok biztonságtechnikájáról, diagnosztikai eljárásairól és az újrahasznosítás legfontosabb szempontjairól. Az olvasó átfogó képet kaphat az elektrokémiai energiatárolás technológiai hátteréről, a mobilitási és telepített tárolási megoldások térnyeréséről, az akkumulátoripar hazai és globális fejlődési irányairól, valamint az ezekhez kapcsolódó lehetőségekről, kihívásokról és szabályozási kérdésekről. A kötet az akkumulátorgyártás alaplépéseitől a jármű- és energiarendszer-integrációig, a töltőinfrastruktúrától a biztonságtechnikai, gazdasági és jogi aspektusokig számos kapcsolódó területet is tárgyal. Hasznos olvasmány lehet gépész-, villamos- és vegyipari mérnökök, mechatronikai és gazdasági szakemberek, autóipari és energiaipari szereplők, valamint a közszféra és az oktatás területén dolgozók számára – de mindazoknak is, akik naprakész, rendszerszintű tudást keresnek az energiatárolás és az elektromobilitás dinamikusan fejlődő világában. A kötet elkészítését a Magyar Akkumulátor Szövetség támogatta.

Hivatkozás: https://mersz.hu/kun-energiatarolasi-es-akkumulatoripari-alapismeretek//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero