Az 1881-es párizsi elektrotechnikai világkiállítás látogatói csodájára jártak Thomas Edison elektromos világítási rendszerének. Aki csak látta, olyat szeretett volna saját városába – Magyarországon is. Így a párizsi bemutató után három évvel Temesváron a nagy európai projektekkel párhuzamosan már meg is kezdték az ország első elektromos közvilágításának a kiépítését.

Edison és találmánya még hosszú évekig világszenzáció volt (elterjesztésében, finomításában magyar feltalálóknak, többek között Zipernowsky Károlynak, Déri Miksának vagy Bláthy Ottónak is jelentős szerepe volt, mint az Antal Ildikó 2013-ban kiadott, online, pdf-ben is elérhető könyvéből kiderül). A 20. század első felére aztán olyan természetessé vált az elektromos hálózat, mint a vezetékes víz. Napjaink kihívásai azonban ismét menővé tették azokat a vállalatokat, melyek innovációval tudnak előrukkolni az elektromos hálózatok terén.

Az elmúlt évtizedben a környezetvédelem és az elektromobilitás kapcsán egyre több szó esik az ún. smart gridekről, azaz az okoshálózatokról. "Az áram továbbra is vezetéken jön, a fosszilis üzemanyagokat sem lehet bitekbe transzformálni – de a mögé tett szolgáltatásban már alapkövetelmény a digitalizáció" – írtuk négy éve. Azóta sokat árnyalódott a kép.

Smart gridek ma

A smart ökoszisztéma (a smart citytől a smart home-ig – lásd összeállításunk előző részét) az egész területet új megvilágításba helyezte.

De milyen problémára is keresi a választ a smart grid? Mindenekelőtt arra, hogy miközben az elektromos áram előállítása meglehetősen rugalmatlan és környezetszennyező, az energiaigényünk a dinamikus növekedés mellett napon belül is erősen hullámzik. Az energiarendszerek azonban tehetetlenségük és egyéb okok (pl. a szállítási veszteség) miatt roppant pazarlóak. A hagyományos erőművek lassan tudják növelni a teljesítményüket, a megújuló energiaforrások pedig kiszámíthatatlanok, ha fúj a szél, süt a nap stb., van áram, akár a szükségesnél több is, ha szélcsend van, lemegy a nap, nincs áram – hogy csak a legkézenfekvőbb példát hozzuk.

A globális digitalizációs trend folyamatosan növekvő energiaigényét emiatt egyre nehezebb kielégíteni a hagyományos energiaforrásokkal és hálózatokkal, ezért egyre fontosabb lenne a tárolás megoldása. A kihívásokat jól összegzi a kínai helyzet. A gazdaságát erőteljesen digitalizáló távol-keleti ország adatközpontjainak energiaigénye 2019 és 2023 között mintegy 60 százalékkal nő, amit jórészt széntüzelésű erőművekkel tud biztosítani, állítja a Greenpeace. Vagy ott vannak a különböző blockchain rendszerek (például a kriptovaluták), melyek szintén elképesztően nagy energiaigényűek. De az elektromobilitás szintén hasonló problémákat vet fel (akit ez az aspektus mélyebben érdekel, lapozzon vissza Hanula Barna motortervező mérnökkel, a Széchenyi István Egyetem docensével készített interjúnkhoz).

Szintén komoly kihívás a kiberbiztonság, melyet egy a kritikus infrastruktúra szabványai szerint felépített integrált rendszerben könnyebb megvalósítani.

A probléma összetettségét mutatja, hogy ezen a piacon az energetikai és egyéb infrastrukturális rendszerek kiépítésében otthonosan mozgó cégek (Európában ilyen például a svájci ABB, a német Siemens vagy a francia Schneider Electric) mellett fontos szereplőkké váltak a hálózati és folyamatszabályozási eszközök gyártói (például a Cisco és a Honeywell), a vállalati szoftvereket (vállalatirányítás, adatbázis-kezelés, analitika, mesterséges intelligencia stb.) fejlesztő cégek, ahogy a diszruptív szerepet betöltő autógyártók (mint a Tesla) és a különböző startupok is.

A megoldandó feladat bonyolult, bár egyszerűen leírható: olyan hálózatot kell létrehozni, amely intelligens módon (nagymértékben automatizálva) gyorsan reagál és alkalmazkodik környezete igényeihez. Ehhez a technológia elvileg adott: az IoT révén begyűjthető adatok alapján egy olyan automatizált vezérlés, valós idejű teljesítményoptimalizálás és proaktív karbantartás valósítható meg, az okosváros ökoszisztéma révén pedig olyan rendszer építhető ki, amely növeli az elektromos hálózatok megbízhatóságát, gazdaságosságát, rugalmasságát és biztonságosságát a fenntarthatóság jelenleginél jóval magasabb szintjén.

Közhely, hogy a karbonkibocsátás csökkentésének legfontosabb eszköze, hogy megújuló energiaforrásokra támaszkodunk. Ezek becsatornázását azonban nehezíti, hogy egyszerre kell biztosítani három feltételt: (1) decentralizált rendszerben (néhány nagy helyett sok kisebb alternatív erőmű) legyen megoldott a (2) szabályozott többirányú energiaáramlás a (3) hálózat maximális stabilitása és biztonsága mellett.

Nagyban és kicsiben

Nézzünk két konkrét példát. Az egyik egy az energetikai piacon egyelőre periferikus, de karizmatikus vezetője révén (is) diszruptív pozícióban lévő vállalat: a Tesla. Az, hogy a vállalat neve felmerül a smart gridek összefüggésében, jól mutatja, hogy az okosváros keretezte "smart" világ minden részrendszerének (energiaellátás, kommunikáció, közlekedés, közszolgáltatások stb.) működése szorosan összefügg.

A Tesla egyik, egyelőre mellékesnek tűnő projektjét, a Solarpanelst például az hívta életre, hogy napelemekkel segítse az elektromos autók töltéséhez szükséges áram előállítását. Ehhez Elon Muskék energiatárolót (Powerwall) is kínálnak, amelyben a fölösleges energia elraktározható. A fölösleg azonban akár az elektromos közműhálózatba is továbbítható (többirányú energiaáramlás egy elosztott rendszerben). A Solarpanels – Powerwall szisztéma működéséről például itt olvasható egy összefoglaló.
 

A smart grid ökoszisztéma (forrás: Siemens)
 Kattintson a képre a nagyobb méretért!
 

Azok a vállalatok pedig, melyek országos energetikai rendszerek minden eleméhez (az előállítástól az elosztáson és szállításon át a felhasználás optimalizálásáig) kínálnak eszközöket, nem csak hogy a teljes energiarendszerben gondolkodnak, hanem abban is, hogy az energiaellátást az okosvárosok más alrendszerivel összekapcsolva optimalizálják. A kutatások még csak a kezdeti fázisban vannak, de egyre inkább jellemző ez az integrált gondolkodás.

Arról, hogy hol is tarthatunk, sokat elárul a Siemens egy tavalyi, már lezárt innovációs versenyének kiírása: bár léteznek adatvezérelt megoldások a kereslet-kínálat összehangolására, még messze vagyunk attól a világtól, hogy maximálisan kihasználjuk a fogyasztóeszközökből és a folyamatokból kinyerhető adatokban rejlő lehetőséget, hívja fel a figyelmet a kiíró. A Siemens víziója ebben egy olyan komplex rendszer (grid edge), amelyben például az okosvárosok intelligens épületei (lásd összeállításunk előző részét) egyszerre felhasználói, tárolói és termelői is lehetnek a (megújuló) energiának.

Fényes jövő a smart gridek előtt

Hogy mennyire a gondolkodásunk középpontjába került ez a szemlélet, a smart grid megoldások piacának kilátásai is jól mutatják. Habár a szegmenst a pandémia visszavetette, írja elemzésében a MarketsandMarkets Research, az elkövetkező öt évben az éves átlagos bővülése megközelítheti a 20 százalékot. A kutatók 2021-ben mintegy 43 milliárd dollárra becsülték globális piac méretét, amely 2026-ra meghaladhatja a 103 milliárd dollárt.

Azon már meg sem lepődünk, hogy bár elektromos hálózatokról beszélünk, a növekedést elsősorban a szoftverek hajtják. Az elemzés azt is kiemeli, hogy a smart gridek nem önálló fejlesztések, hanem szerves részét képezik az egyre több országban elinduló okosváros projekteknek, melyek a fenntarthatóságot az élet minden területére kiterjesztik.
 

Ez a cikk független szerkesztőségi tartalom, mely a Siemens támogatásával készült. Részletek »