A brutálisan szélsőséges időjárás már az egész villamosenergia-rendszerünket veszélyezteti

Magyarország villamosenergia-ellátása kiemelkedően jó. Minden problémánk (kevés és szélsőséges hazai termelés, magas importarány, a nagy léptékű hálózatfejlesztések elmaradása) mellett teljesen természetesnek vesszük, hogy amikor tölteni szeretnénk a telefont vagy az elektromos autót, csak rákapcsoljuk őket a rendszerre. Ha tévét néznénk, mosnánk, légkondit használnánk, azt minden további nélkül megtehetjük, és mivel a lakossági tarifa egységes, ráadásul alacsony (rezsiár), azon sem kell sokat agyalni, hogy mikor mit használjunk.

Kapitány István gazdasági és energetikai miniszter ugyanakkor az első hőhullám idején önkéntes fogyasztásszabályozást kért a lakosságtól, és az este 6 és 9 közötti időszakban a légkondihasználat és az autók töltésének elhalasztását kérte. Mindez ráirányította a figyelmet arra, hogy a jól működő villamosenergia-rendszer egyáltalán nem magától értetődő, azt azonban vélhetően kevesen tudják, hogy a probléma milyen mély és sokrétű.

Minderről a BME Villamos Energetika Tanszékének munkatársaival beszélgettünk, Vokony István tanszékvezető, Németh Bálint tanszékvezető-helyettes és Rácz Levente egyetemi docens részletesen beszéltek nekünk arról, hogy a szélsőséges időjárás milyen kihívások elé állítja a villamosenergia-rendszert.

Ez a problémakör most a hőkupola és a fogyasztás önmérséklésére felszólító kormányzati közlések miatt került szóba széleskörűen, de

a helyzet nem kizárólag a rekordfogyasztásról vagy a lakossági fogyasztáscsökkentésről szól, hanem arról, hogy a klímaváltozás miként alakítja át a rendszerünk egészét

– mondta Vokony István.

Haladhatnánk sorban, hiszen a villamosenergia-termelésétől az átvitelén át a felhasználásáig valóban minden fázisban vannak kihívások. Mivel nem fogunk tudni minden elemre részletesen kitérni, inkább kiemelnénk egy-két izgalmas, aktuális területet. Kezdjük egy talán meglepő történettel!

Van, ahol 100 fokos ingadozást is ki kell bírni

2024-ben Bosznia-Hercegovina, Albánia, Montenegró és Horvátország egyes részein (főként a tengerparti sávokban) hatalmas kiterjedésű, hosszan tartó áramszünet, vagy ahogyan az ilyen rendszerösszeomlásokat nevezik, blackout volt. Az áramszünetet később részletesen vizsgálta az Európai Villamosenergia-átviteli Rendszerirányítók Szövetsége (ENTSO-E). Kiderült, hogy a katasztrófát a vezetékek alatti növényzet nem megfelelő karbantartása indította (vagyis ez volt a „gyökérok”), a növényzet átívelt és zárlatot okozott a távvezetéken, a hálózati elemek kiestek, a rendszer összeomlott.

A probléma nagyon egyszerűen a hőtágulásról és ennek következményeként a megnőtt vezeték belógásáról szól. Két szomszédos oszlop között úgy kell kifeszíteni a vezetéket, hogy az az év bármely szakában biztonságos magasságban legyen a talaj és a tereptárgyak fölött. Az arányokat szemléltetve klasszikus nagyfeszültségen a még megengedett távolság 6–8 méter között mozog. A belógás mértékét télen a hűtő-, nyáron pedig a fűtőhatások dominálják, míg az áram az év egészében fűti a vezetéket. A hálózat méretezésekor a szabványok adnak iránymutatást a környezeti paraméterek megválasztásában, Magyarországon a távvezetékek terhelhetőségének számításakor például 35 °C-os külső hőmérséklettel számolnak, de korábban még ennél is alacsonyabb érték volt a mérvadó – foglalta össze Rácz Levente. Természetesen a mérnökök nemcsak ezt a paramétert veszik figyelembe, de kedvezőtlen környezeti hűtőhatások (kis szél, csapadékhiány) esetén a magasabb csúcshőmérsékletek már zavart okozhatnak.

Ha a melegben a hőtágulás miatt a sodrony 10 centimétert süllyed, azzal jellemzően nincs probléma, de ha több kedvezőtlen eset együttes fennállása alakul ki (nem megfelelő vegetációkezelés, vezeték alatt áthaladó mezőgazdasági gépek), a balkáni áramszünethez hasonló eseményekre lehet számítani. Mi lehet a megoldás?

Több minden, ugyanakkor elég bonyolult és drága lenne a Mavir (azaz a Magyar Villamosenergia-ipari Átviteli Rendszerirányító Zrt.) közel 5000 kilométer hosszú vezetékrendszerét magasabbra emelni, vagy ilyenkor folyamatosan hűteni. Léteznek magas hőmérsékletet kibíró sodronyok, ezek neve HTLS (High Temperature Low Sag), de azért az sem reális, hogy 5000 kilométeren hirtelen mindent lecseréljünk.

Az biztos, hogy az anyagokkal is érdemes felkészülni a jövőben a tartósan emelkedő hőmérsékletre, addig pedig bizonyos vezetékszakaszok újraszabályozása, vagyis szorosabbra feszítése, illetve a pontosabb időjárás-előrejelzés segíthet. A vezetékhőmérséklet folyamatos nyomon követése, a jobb előrejelzés egy olyan nemzetközi és hazai projekt, amelyben a BME, az elosztó hálózati cégek, azaz az MVM, az E.ON, illetve az Opus és az átviteli irányító, azaz a Mavir együtt dolgoznak. És igen, lehet, hogy ilyenkor a növényzetet jobban kell ritkítani a magasban, a nyomvonal sávjában.

Technikai megoldások azonban biztosan léteznek. Másfajta vezetékméretezés és oszlopkialakítás kell Norvégiában, mint Szaúd-Arábiában, de működő vezetékek egészen eltérő időjárási körülmények között is léteznek, még olyan helyeken is, ahol nagyon változatos a hőmérséklet. Montanában például a napi 45 fokos hőmérséklet-ingadozás is jellemző, míg

az oroszországi Verhojanszk városában az éves hőmérséklet-ingadozás 100 fok felett van, vagyis adott évben plusz 38 és mínusz 65 Celsius-fok is elképzelhető.

Bizonyos villamos összeköttetések a föld alatt haladnak ugyan, de valójában a földkábelek sem jelentenek 100 százalékos védelmet, hiszen a kiszáradt talaj ugyanúgy befolyásolja a hőleadási képességet. Ilyenkor ráadásul más érintésvédelmi szabályok lehetnek szükségesek, amelyek tovább bonyolítják a helyzetet.

A „vas” problémái

Nyáron Magyarországon is egyre nagyobb hőhullámok jönnek, ami egyszerre növeli a villamosenergia-igényt, miközben ezzel párhuzamosan szinte minden termelő teljesítőképessége és minden hálózati elem terhelhetősége csökken. Vagyis nemcsak nagyobb terhelést kell kiszolgálni, hanem egy olyan infrastruktúrával kell ezt megtenni, amely maga is kedvezőtlenebb körülmények között működik.

Az iparágban nagyon sok fejlesztés zajlik, a tanszék sok hazai és nemzetközi kutatásban működik közre, fontos trend a digitalizáció, a flexibilitás, az MI, de ennek az ágazatnak az alapja mégis a fizikai infrastruktúra, vagyis a „vas” – mondta Németh Bálint, hiszen fizikai eszközök nélkül ma még nincsen ipari méretű villamosenergia-átvitel. A probléma pedig egyáltalán nem Magyarország-specifikus; Hollandiában például több ezer új fogyasztó vár hálózati csatlakozásra a fizikai infrastruktúra elégtelensége miatt. Napi szinten téma a hírekben a hálózati torlódások problémája is, és emiatt a megújulóenergia-források kényszerűségből történő visszaszabályozása.

A sok fejlesztés tehát önmagában nem helyettesíti a fizikai infrastruktúrát. A villamosenergia-rendszer továbbra is erőművekből, vezetékekből, transzformátorokból, egyéb alállomási berendezésekből és az ezeket üzemeltető emberekből áll.

Csakhogy ezeket az eszközöket, azok öregedését nem ilyen időjárási viszonyokra tervezték. A laikusban felmerülhet, hogy amennyiben a klímaváltozás nagy kérdése az, hogy évtizedek alatt 1,5 vagy 2, esetleg 2,5 fokkal emelkedik-e az átlaghőmérséklet, a vezeték tényleg nem bír-e el egy kicsit melegebb időjárással. Nos, nem, és ennek az az oka, hogy az átlagváltozáshoz képest nagyobb mértékben változhatnak a szélsőértékek, akár 4-5 fokkal is. Vagyis a csúcshőmérsékletek mértéke és emellett azok száma a mérvadó. Egy adott évben sokkal több a hőséggel terhelt napok száma (olyan napok, amikor a napi maximum meghaladja a 30 °C-ot): míg korábban 30–35 nap volt kritikus, ma már inkább 55–60 nap.

Ez jelentős változás, ami azért is lehet sokkoló, mert amúgy a rendszerben olyan erőművek és hálózati elemek üzemelnek, ahol 60–100 éves is lehet egy eszköz (szénerőművek, vízerőművek, akár távvezetékek is), de a villamosenergia-piacon most mégis 10 év alatt olyan változások történtek, amelyekre azonnal és érdemben kell reagálni.

A hőség a legnagyobb nehézség

A szélsőséges időjárás egyáltalán nem csak az extrém hőséget jelenti. A már említett vezetékbelógás attól is bekövetkezhet, ha nagy mennyiségű jég fagy rá a hidegben a vezetékre, de gondot okozhat az erős szél és a nyári viharok is, ám a magas hőmérséklet biztosan állandó gond marad a következő években.

Arról gyakran írtunk, hogy az időjárásfüggő energia, azon belül is a napenergia örök problémája, hogy este már nem termelnek a naperőművek, de a fogyasztók ilyenkor is használnának energiát, erre rugalmasság, sok tartalék kell. Ez nem mindig könnyű a melegben. Ahogy a szakemberek mesélik, egy jellemzően melegebb éghajlaton lévő országban, legyen a konkrét példánk Omán, nagyon fontos lenne az energiatárolás, de a nagy melegben a tárolt energia közel 50 százalékát fel kell használni a tároló üzemeltetésére, azaz a hűtésére.

Az atomerőművek alapvetően zsinór, azaz állandó terhelésre készültek, sőt melegben lejjebb kell terhelni az atomerőműveket, ha a hűtésük nem biztosítható. Ezt most a napokban is megtapasztalhatta a magyar villamosenergia-rendszer: Magyar Péter miniszterelnök csütörtök este bejelentette, hogy a következő 24–72 órában teljesen le kell állítani a paksi atomerőművet.

Rugalmas gázerőművek vannak a rendszerben, de nem elegendő számmal és azok fajlagosan drágábban állítják elő az energiát. A szélerőmű-fejlesztések segítenek majd az energiamix változatosságán, de azok a tenderek csak most indulnak, így a kora esti hiányt az import oldhatja meg. Persze a szomszédos országok is azonos problémákkal küszködnek, importálni nem lehet korlátlanul és sokszor csak igen drágán áll rendelkezésre. Mint akár az EU-tól remélt 1,5 milliárd eurós energiacélú RRF-pénz tervezett felhasználásából is tudhatjuk, a villamosenergia-rendszer kapacitásának növelése az egyik legfontosabb feladat, amely a nemzeti villamosenergia-hálózatok előtt áll. Ez a kérdés különösen jelentős a megújulóenergia-források folyamatos és dinamikus fejlesztésének összefüggésében. A villamosenergia-hálózatok modernizálása és hatékony kihasználása nélkül az ilyen fejlesztések hatástalanok lesznek.

Ritkán esik szó a szerelők védelméről, de mostanában olyan meleg van, hogy éppen akkor, amikor a legtöbb probléma van a rendszerben, gyakorlatilag nem lehet karbantartást végezni a munkavállalók egészségvédelme mellett. Egy íválló védőruhában dolgozó szerelő számára a nyári hőség extrém fizikai terhelést jelent – mondja Rácz Levente. Egyes karbantartási munkák egyszerűen nem végezhetők el nappal, ezért a karbantartási stratégiákat, a munkaszervezést és a munkavédelmi gyakorlatot is újra kell gondolni. Egy megfelelő védőöltözetben dolgozó villamosenergia-hálózati karbantartó 50-60 fokos környezetben van.

Ahogyan nagyon sok forró éghajlatú országban, úgy lassan Magyarországon is teljesen természetes lesz, hogy a szakemberek éjszaka viszik el a balatoni településekről a szemetet, éjszaka építenek autópályát, éjszakára ütemezik a karbantartó javításokat a villamosenergia-rendszerben.

Miközben természetesen ezzel ellentétes fogyasztói, társadalmi igény, hogy ne legyen sokáig áramszünet. Észak-Amerika után Magyarország élenjáró volt a nagyfeszültségű FAM (feszültség alatti munkavégzés) kifejlesztésében és munkavégzésében, amely olyan villanyszerelési technológia, amely lehetővé teszi berendezések karbantartását és javítását a hálózat feszültségmentesítése nélkül. Az ilyen hálózatfejlesztéshez és karbantartási munkához azonban megfelelő technológia, speciálisan képzett munkaerő és biztonságos eszközök szükségesek, de cserébe a fogyasztó nem érez szolgáltatáskimaradást.

Termelési nehézségek

Az energiatermelés kánikula közben eleve limitált. Sokan talán azt gondolják, hogy minél melegebb van, annál többet termelnek a naperőművek, de ez nem így van. A napelemek félvezetői (általában szilícium) érzékenyek a hőmérsékletre: ahogy a panelek átforrósodnak, a hatásfokuk romlik. A legmagasabb energiatermelést ezért a hűvös, de napos tavaszi vagy kora nyári napokon érik el, míg a kánikulai melegben a teljesítményük akár 10-15 százalékkal is csökkenhet. A hőség, a hűtés problémái, a természetes hűtővizek veszélyes felmelegedése a hagyományos, „nagy” erőművek termelés-visszafogásával is járnak.

A tartós hőség gyorsítja a kábelek, a transzformátorok, a szigetelések és egyéb berendezések öregedését, ezért a teljes életciklus-tervezést, a cseréket, a javításokat újra kell gondolni. Ugyanakkor, ha a szándék és a pénzügyi háttér rendelkezésre áll, még akkor sem lehet tetszőlegesen rövid időn belül minden eszközt kicserélni.

Mik lehetnek a megoldások?

Ahogy a szakemberek mondják, a megoldás összetett, „nincs vietnámi balzsam”, vagyis hiányzik az egyetlen, mindenre jó megoldás, a mindent megoldó technológia. Ilyen helyzetben egyre nagyobb szerepet kapnak a valós idejű hálózatirányítási megoldások – mondja Vokony István –, a rugalmassági szolgáltatások, a fogyasztói szabályozás és a hálózati automatizálás, ugyanakkor ezek sem képesek felülírni a fizikai korlátokat. A klímaberendezések, hőszivattyúk és az elektrifikáció miatt a fogyasztási görbék is átalakulnak, ami új tervezési és hálózatfejlesztési feladatokat is jelent.

Biztosan hasznos az önszabályozás, azaz ha a társadalom partner abban, hogy ne a nehezebb időszakokban végezze a nagy fogyasztással járó, de halasztható tevékenységeit, például az autótöltést. Ha valami nem megy önként, lehet egy kis nyomást is gyakorolni, például anyagi ösztönzővel: a fix ár helyett megfelelő szabályozó lehet a diverzifikált lakossági ár vagy a dinamikus tarifa. Ha a csúcsidőben háromszor annyiba kerül a villamos energia, mint délben vagy hajnalban, biztosan lesznek olyan tudatos fogyasztók, akik ehhez igazodnak és ezzel segítik az egész rendszer stabil és biztonságos működését.

A korszerű mérési infrastruktúra, szenzorok, hálózatmonitorozás és előrejelzések nélkül ma már nem lehet hatékonyan üzemeltetni egy időjárásfüggő villamosenergia-rendszert. Ráadásul Magyarországon ma nagyon kritikus az, hogy akár egy egyszerű bővítést mennyi idő alatt lehet átfuttatni a szolgáltatóknál. Akár az ország gazdasági teljesítményének is akadálya lehet, ha napok, hetek helyett hónapok és évek alatt tudja csak a hálózat befogadni a bővítési kéréseket.

A klímaváltozás tehát összetett kérdés, nemcsak a hőkupolák, hőhullámok vagy szupercellák miatt, de a téli fagy, az extrém erős szél és a pusztító nyári viharok miatt is. A megváltozott külső környezet kezelése várhatóan a következő évtized hálózatfejlesztéseit, beruházásait és üzemeltetési gyakorlatát is alapvetően meghatározza. El kell fogadnunk, hogy Magyarország éghajlata, hőmérsékleti viszonyai változóban vannak. Már nem érdemes évről évre rácsodálkozni, hogy megint itt van az aszály és a hőség, a villamosenergia-rendszer minden pontján reagálni kell erre a dologra.