A villamosenergia-rendszer átalakulása nem a jövő kérdése, hanem napjaink egyik realitása: gombamód szaporodnak az elektromos autók és a hozzájuk szükséges töltők, aki teheti saját napelemet telepít, energiaközösségekről és aggregátorokról olvashatunk, a digitalizáció pedig számos területen kulcsfontosságú téma. Mindeközben az energiaárak emelkednek, így a költségcsökkentést célzó fejlesztések is előtérbe kerültek. Ezen halmazok metszéspontjában helyezkednek el a mikrogridek.

De mi is az a mikrogrid? „Olyan kis, helyi energiarendszer, amely szabályozott módon képes termelni, elosztani és felhasználni a villamos energiát akár szigetüzemben működve, azaz áramszolgáltatói megtáplálás nélkül is. Megújuló energiatermelőket, akkumulátorokat, e-töltőket és egyéb fogyasztó berendezéseket szervez egységbe, ezek működését pedig átfogó, intelligens szabályozórendszerrel koordinálja” – tudjuk meg Flóra Zsolttól, a Siemens Zrt. digitális üzletfejlesztési menedzserétől. A mikrogrid egyik fontos funkciója, hogy zavartalan ellátást nyújtson és egyensúlyba hozza a lokális energiaigényeket a lokális termeléssel, így növelve az adott épület, kampusz vagy telephely energiahatékonyságát.

A Siemens kiterjedt technológiai portfóliójával a mikrogridek telepítése számos, egymástól különböző környezetben lehetséges, hiszen rugalmasságuknak köszönhetően felépítésük és vezérlésük mindig az adott célfeladat eléréséhez igazíthatók, így megvalósíthatók az ügyfelek egyedi igényei. „A mikrogridek egyik kézenfekvő felhasználási területe lehet az e-mobilitás egyre komolyabb térnyerésével a meglévő benzinkutak és pihenőhelyek mikrogriddé alakítása” – mondja Flóra Zsolt, aki egy gyakorlati példán keresztül szemlélteti egy egyszerű, háromszereplős mikrogrid rendszer felépítését és a használatából származó előnyöket.

Adott az egyszerűség kedvéért fix, 10kW önfogyasztású autópálya melletti pihenő/benzinkút, ahova 150kW-os teljesítményű Siemens SICHARGE-D publikus e-autó töltőt szeretnénk telepíteni. A helyszínen maximum 50kW-os mögöttes hálózati teljesítmény áll rendelkezésünkre, amely láthatóan nem képes önmagában az új megnövekedett fogyasztási igényt fedezni. A kiépített hálózati csatlakozási infrastruktúrát nem lehetséges fejleszteni, emiatt az új, nagyobb összfogyasztás kompenzálására első körben 50kW-os napelemes rendszer telepítéséről döntenek. A rendszerbe a Siemens SIESTORAGE NEO (100kW teljesítmény, 160kWh kapacitás) energiatároló berendezését telepítjük.

A kialakuló mikrogridünk tehát az alábbi szereplőket tartalmazza:

• Szabályozható energiatermelő: PV – 50kW (csúcsérték)
• Szabályozható energiatároló: SIESTORAGE NEO: 100kW teljesítmény, 160kWh kapacitás
• Szabályozható fogyasztó (Siemens töltő): max. 150kW töltési teljesítmény

Mind az elterjedt félvezető alapú, inverteres termelő és tároló rendszerek, mind a villamosautó töltő berendezés szabályozható eszköz, azaz egy ezen részrendszerek fölé telepített mikrogrid vezérlő képes az energiahatékony és biztonságos szabályozás kialakítására. A szabályozás célja, hogy a mindenkori helyi energiatermelés és a helyi fogyasztás egyensúlya a pillanatnyi állapotokat figyelembe véve (időjárás, szolgáltatói tarifák, pillanatnyi PV termelés, pillanatnyi e-töltő fogyasztás) úgy jöjjön létre, hogy az a meglévő áramszolgáltatói csatlakozásnál se túlterhelődés miatti biztosítókészülék lekapcsolást (túlzott helyi fogyasztás) se a csatlakozási ponton észlelhető veszélyes feszültségemelkedést (túlzott helyi termelés) ne okozzon. A legújabb törvényalkotási és gyakorlati alkalmazásoknak megfelelően egy ilyen mikrogrid szabályozási rendszer képes az áramszolgáltató által jelenleg megtiltott hálózati PV energia visszatáplálást is elkerülni a PV rendszer kimenő teljesítményének a pillanatnyi helyi fogyasztáshoz történő igazításával, elkerülve a PV rendszert lekapcsoló úgynevezett visszwatt védelmi működést.

Nézzük meg, hogyan alakulnak a napi termelések és fogyasztások immár energiamennyiségekre (E=P x t) számolva. A helyszín napi önfogyasztása 240kWh, a napelem termelése 200kWh (átlagosan 4 óra * 50kWp-vel számolva) egy nap alatt. Az e-töltők fogyasztása 300kWh, napi 6db 50kWh akkumulátorkapacitású villamos autó feltöltésével számolva. Itt szembesülünk a megújuló energiaforrások egyik jellemző problémájával: sok esetben alacsony az egyidejűség a villamos autók töltése és a napelemes termelés közt – például az autótöltési igény olyan időszakban jelentkezik amikor a PV rendszer nem, vagy csak minimálisan képes energiatermelésre.  Ezt segít áthidalni a mikrogrid rendszerbe illesztett 160kWh kapacitású energiatároló, melynek alkalmazásával a megtermelt napi fotovoltaikus energia nagy része elraktározható.

A tároló beépítése nélkül a teljes napi fogyasztás 500kWh lenne (240kWh + 300kWh – 40kWh) – a jelenlegi szabályozás nem teszi lehetővé a megtermelt energia visszatáplálását a hálózatba, így ebben az esetben az esetben a napelemes termelés nem tud megfelelő hatékonysággal besegíteni a helyi fogyasztók ellátásába, emiatt feltételezzük, hogy a teljes megtermelt PV kapacitás kb. negyedét tudjuk kihasználni (40kWh).

Tároló alkalmazásával viszont megközelítőleg a naperőmű által megtermelt teljes napi kapacitást fel tudjuk használni, így újabb 160kWh energiát spórolhatunk naponta, ami megközelítőleg 9 éves megtérülést jelenthet.

A fent vázolt egyszerű példa csak egy a mikrogridek lehetséges alkalmazási területei közül: a benzinkutak, illetve autópálya melletti pihenőhelyek mellett e-busz depók, ipari létesítmények, kisebb-nagyobb szabadidős létesítmények, lakó- vagy irodaházak mind hatékonyan alkalmazhatják a Siemens testreszabott mikrogrid rendszereit. A mikrogridek népszerűsége pedig felfele ível: Flóra Zsolt tapasztalatai alapján az érdeklődés Magyarországon is  egyre nagyobb a mikrogrid rendszerek iránt, amelyek már a világ számos pontján bizonyítottak az Egyesült Államoktól kezdve a Galápagos-szigeteken és Finnországon át egészen a Bécs Aspern kerületében megvalósított okosvárosig és irodaközpontig. (x)