A villamosenergia-hálózatok optimalizálása a hatékonyság, a megbízhatóság és a biztonság növelése, valamint az energiatermelés költségeinek csökkentése érdekében összetett probléma, amely különböző kihívásokat vet fel. Vannak olyan megoldások, amelyek a technológiai innovációnak köszönhetően ma már alkalmazhatók az energiahálózatok hatékonyságának növelése és a veszteségek csökkentése érdekében. Az energiahatékonyság nemcsak az energiatermelés és -átvitel környezetre gyakorolt hatásának csökkentését teszi lehetővé, hanem a felhasználók energiaköltségeinek mérséklését is

A veszteségcsökkentés célja

A villamosenergia-hálózatok műszaki veszteségei az energia átvitelének és elosztásának velejárói. Bár soha nem lehet teljesen kiküszöbölni őket, az energiahatékonyság intelligens, összekapcsolt eszközökkel, valamint komplex adatfeldolgozással történő javításával minimalizálni lehet – és kell is – őket. A villamosenergia-hálózatok veszteségeinek csökkentése több előnnyel jár:

• Pénzügyi: Az elosztási veszteség rendkívül költséges lehet. Európában ez az utóbbi 5 évben 2–14% között mozgott, amely több milliárd eurónyi éves pazarlást jelentett az elosztóhálózatokban megtermelt, de fel nem használt és ki nem számlázott villamos energiából.
• Környezeti előnyök: Az energiahatékonyabb hálózat alacsonyabb energiafelhasználást eredményez, amely csökkentheti a légszennyezést, csökkenthető az erőforrások pazarlása és a fosszilis tüzelőanyagok felhasználása.
• Szabályozás: Az új szabályozások megkövetelik az elosztóhálózatok hatékonyságának javítását, például az EU energiahatékonysági irányelve (2012/27/EU) és a 2019/944 irányelv. Ezek bevezetése minden EU tagországban folyamatban van.

A veszteségek oka, kezelésük módja

A veszteségeknek két típusa van: a nem műszaki jellegű veszteségek (például lopás vagy mérési hibák) és a műszaki veszteségek.

Bármely stratégiának a veszteségcsökkentés mindhárom pillérét célba kell vennie: a szervezeti stratégiát, a műszaki döntéseket és az adatkezelést:

• A szervezeti stratégia az üzemeltetési stratégiák végrehajtása körül forog, mint például a fázisok közötti terhelés kiegyenlítése.
• A műszaki döntések a hatékony komponensek vagy megoldások kiválasztására összpontosítanak.
• Az adatkezelés az adatok felhasználására összpontosít az energiafogyasztás és a veszteségek megértéséhez és nyomon követéséhez.

Az adatgyűjtés, és az ezen adatok feldolgozása által felhasználható információ mindhárom stratégiát támogatja, azok pontos alkalmazását csak ennek segítségével lehet elképzelni. A meglévő elosztóhálózati infrastruktúra cseréje költséges és nehézkes. Ehelyett a hálózatfejlesztés költséghatékony alternatívája a meglévő villamosenergia-hálózati infrastruktúra megtartása, és azok kiegészítése intelligens hálózati komponensekkel és fejlett szoftverekkel. Az intelligens technológiára való frissítés csökkenti a veszteségeket, miközben segít optimálisan kihasználni a meglévő energiaforrásokat, és az elosztóhálózat-üzemeltetők nagyobb ellenőrzést kapnak hálózatuk felett.

A veszteségcsökkentés eszközei

Az okos hálózat és az okos fogyasztásmérők olyan adatokat szolgáltatnak, amelyek új lehetőségeket nyitnak meg a közműszolgáltatók üzleti tevékenységében. Ezek az okos eszközök biztosítják az építőelemeket az energiaveszteség vagy -lopás gyors észleléséhez, a felhasználási minták elemzéséhez az optimális tarifaszerkezetek meghatározása érdekében, az üzemzavarokra való gyors reagáláshoz, az elosztó berendezések élettartamának maximalizálásához és az ügyfelekkel való kényelmesebb kapcsolattartáshoz.

Az okos eszközökből áramló adatok feldolgozása elsődlegesen MDMS rendszerekben történik meg. Amikor valamivel több mint egy évtizeddel ezelőtt kitalálták, a tömeges fogyasztásmérésre szolgáló MDM-rendszerek alig voltak többek, mint a mérőadatok tárolására szolgáló tárolóhely, központi gyűjtőhely és az összes mérőadat központi nyilvántartási rendszere. Ma az MDM-rendszerek továbbra is központi gyűjtőpontként szolgálnak, de ezek a korai rendszerek kiforrottak, és a közműszolgáltatók átfogó elemzési stratégiájának részévé váltak.

Az elemzési stratégiában a legértékesebb MDM-rendszerek azok, amelyek minden nap minden leolvasott mérőórát validálnak, hogy aktuális, megbízható adatokat szolgáltassanak a szomszédos megoldások számára. Az MDM-rendszereknek könnyen összekapcsolhatóknak kell lenniük a szomszédos rendszerekkel. Az MDM-megoldások központosított és összekapcsolt jellege lehetővé teszi a közüzemi részlegek számára, hogy használatra kész formátumban hozzáférjenek a legfontosabb adatokhoz, hogy teljesíthessék a részleg feladatát: pontos számlázási adatok a számlázási részleg számára, valós idejű használati adatok az ügyfélszolgálati képviselők számára és időben rendelkezésre álló üzemszüneti információk a hálózatüzemeltetők számára.

Az adatok sokrétűek, így sokféle probléma mutatható ki azokból közvetlenül és egymással összevetve is. Veszteségoptimalizásás céljából az alábbi adatok alakulásából nyerhetünk információt:

• aktív teljesítmény
• meddő teljesítmény
• látszólagos teljesítmény
• maximummutató (más néven maximális teljesítmény mérő vagy csúcsmérő)
• teljesítménytényező (cosφ)
• fáziszög

Aktív teljesítmény

Az aktív teljesítmény pillanatnyi értéke számos fontos információt nyújt az energetikai rendszer állapotáról és működéséről. Néhány kulcsfontosságú szempont, amelyet az aktív teljesítmény pillanatnyi értéke megvilágíthat:

1. Valós energiafogyasztás: Az aktív teljesítmény közvetlenül mutatja meg, hogy egy adott pillanatban mennyi valós energia (wattban mérve) kerül fogyasztásra az elektromos rendszerben. Ez segít az energiafogyasztás pontos nyomon követésében és a terhelés figyelemmel kísérésében.
2. Rendszerhatékonyság: Az aktív teljesítmény mérése segíthet az energetikai rendszer hatékonyságának értékelésében. A magas aktív teljesítmény a rendszer hatékony működését jelzi, míg a túl alacsony értékek hatékonysági problémákra utalnak.
3. Teljesítményigény: Az aktív teljesítmény pillanatnyi értéke segít megérteni, hogy mikor és hol van a legnagyobb teljesítményigény az energetikai rendszerben. Ez az információ segít optimalizálni a terheléselosztást és elkerülni a csúcsidőszakokban jelentkező túlterheléseket.
4. Terhelési profilok: Az aktív teljesítmény adatainak időbeli nyomonkövetése lehetővé teszi a terhelési profilok kialakítását. Ezek segíthetnek az energiahatékonysági intézkedések tervezésében és a fogyasztási szokások optimalizálásában
5. Rendszermeghibásodások azonosítása: A szokásosnál magasabb vagy alacsonyabb aktív teljesítmény értékek jelezhetnek rendszermeghibásodásokat vagy rendellenes működést. Az ilyen eltérések időben történő felismerése segíthet megelőzni a komolyabb problémákat és csökkenteni a karbantartási költségeket.

Az aktív teljesítmény pillanatnyi értéke tehát kulcsfontosságú mutató az energetikai rendszerek működésének megértésében és optimalizálásában.

Meddő teljesítmény

A meddő teljesítmény pillanatnyi értéke szintén több fontos információt nyújt az energetikai rendszer állapotáról és hatékonyságáról. Íme a szempontok:

1. Reaktív komponensek jelenléte: A meddő teljesítmény (varban mérve) a rendszerben lévő induktív és kapacitív terhelések jelenlétét jelzi. Az induktív terhelések, mint például motorok és transzformátorok, valamint a kapacitív terhelések, mint például kondenzátorok, reaktív teljesítményt igényelnek az elektromos mezők fenntartásához.
2. Rendszer hatékonysága: A magas meddő teljesítmény arány alacsonyabb rendszerhatékonyságot jelezhet, mivel a reaktív teljesítmény nem végez hasznos munkát, hanem csak „cirkulál” a rendszerben. Ez növeli a vezetékek és berendezések terhelését, ami energiaveszteséget okoz.
3. Feszültségszabályozás: A meddő teljesítmény segít fenntartani a megfelelő feszültségszintet a rendszerben. A reaktív teljesítmény ingadozásai feszültségingadozásokat is okozhatnak, ami befolyásolhatja a rendszer stabilitását és megbízhatóságát.
4. Teljesítménytényező javítása: A meddő teljesítmény értékének nyomon követése segíthet azonosítani a teljesítménytényező javításának szükségességét. A teljesítménytényező javítása (pl. kapacitív kompenzációval) csökkentheti a meddő teljesítményt és javíthatja a rendszer hatékonyságát.
5. Berendezések terhelése és élettartama: A meddő teljesítmény magas szintjei növelhetik a berendezések terhelését és csökkenthetik azok élettartamát. Az olyan eszközök, mint a transzformátorok és kábelek, nagyobb terhelésnek vannak kitéve, ami gyorsabb elhasználódást okozhat.

A meddő teljesítmény kezelése és optimalizálása kritikus a rendszer hatékonyságának és stabilitásának fenntartása szempontjából. Az ilyen típusú teljesítmény figyelemmel kísérése segíthet azonosítani és orvosolni a reaktív terhelések okozta problémákat.

Látszólagos teljesítmény

A látszólagos teljesítmény pillanatnyi értéke (VA-ban mérve) fontos információkat nyújt az energetikai rendszer működéséről és állapotáról. Íme néhány szempont, amelyet a látszólagos teljesítmény megvilágíthat:

1. Teljes energiaszükséglet: A látszólagos teljesítmény a rendszerben jelen lévő összes teljesítményt (aktív és meddő teljesítmény) méri. Ez az érték megmutatja a rendszer teljes energiaszükségletét, amelyet az energiaforrásoknak biztosítaniuk kell.
2. Rendszerterhelés: A látszólagos teljesítmény segít megérteni a rendszer teljes terhelését. Ez fontos a megfelelő méretezéshez és a berendezések kapacitásának meghatározásához, például a transzformátorok, generátorok és kábelek esetében.
3. Teljesítménytényező: A látszólagos teljesítmény és az aktív teljesítmény aránya meghatározza a teljesítménytényezőt (cosφ). A teljesítménytényező javítása (például kapacitív kompenzációval) csökkentheti a látszólagos teljesítményt, javítva ezzel a rendszer hatékonyságát és csökkentve az energia veszteséget.
4. Rendszerhatékonyság: A látszólagos teljesítmény figyelemmel kísérése segít azonosítani a rendszer hatékonysági problémáit. A nagyobb látszólagos teljesítmény a meddő teljesítmény miatt alacsonyabb hatékonyságot jelezhet, míg a kisebb látszólagos teljesítmény jobb hatékonyságot tükrözhet.
5. Berendezések terhelése: A látszólagos teljesítmény pillanatnyi értéke segít megérteni a berendezések, például generátorok, transzformátorok és kábelek valós terhelését. Ez fontos a berendezések méretezéséhez és az optimális működés biztosításához.
6. Kapacitáskihasználás: A látszólagos teljesítmény mérésével a rendszer kapacitáskihasználását is nyomon lehet követni. Ez segít az energiaforrások optimális elosztásában és a túlterhelés elkerülésében.

Összességében a látszólagos teljesítmény pillanatnyi értéke átfogó képet nyújt az energetikai rendszer teljesítményéről és hatékonyságáról, és segít az optimális működés és a berendezések megfelelő méretezésének biztosításában.

Maximális teljesítmény mérő

A maximummutató (más néven maximális teljesítmény mérő vagy csúcsmérő) felfutó értéke fontos információkat nyújt az energetikai rendszer szempontjából. A maximummutató felfutó értéke az az időszakos csúcs, amelyet a rendszer teljesítményének mérésére használnak, és az alábbi területeken ad felvilágosítást:

1. Csúcsterhelés: A maximummutató felfutó értéke megmutatja, hogy mikor és milyen mértékben lép fel csúcsterhelés a rendszerben. Ez segít az energiaszolgáltatóknak és a rendszerüzemeltetőknek az energiaigények pontosabb előrejelzésében és az energiarendszerek megfelelő méretezésében.
2. Rendszerkapacitás és tervezés: Az időszakos csúcsok ismerete lehetővé teszi a rendszerkapacitás optimalizálását és a berendezések megfelelő méretezését. Ez segít elkerülni a túlméretezett vagy alulméretezett infrastruktúrát, ami hatékonyabb működést és költségmegtakarítást eredményez.
3. Terheléselosztás: A maximummutató értéke segít a terheléselosztás optimalizálásában, biztosítva, hogy a terhelés egyenletesen oszlik el a rendszer különböző részei között. Ez megelőzheti a túlterhelést és az esetleges áramkimaradásokat.
4. Energiahatékonyság: A maximummutató segíthet azonosítani a rendszer energiahatékonysági problémáit, például ha a csúcsterhelések gyakran és hosszú ideig fennállnak, ez jelezheti, hogy szükség van energiahatékonysági intézkedésekre vagy a csúcsidőszakokban alkalmazott terheléskezelési stratégiákra.
5. Dinamika és stabilitás: A rendszer dinamikus viselkedésének és stabilitásának értékelésére is szolgál. A felfutó értékek elemzése segíthet azonosítani azokat az időszakokat, amikor a rendszer leginkább ki van téve instabilitásnak vagy zavaroknak, lehetővé téve a proaktív intézkedéseket a stabilitás fenntartására
6. Szabályozási stratégiák: A maximummutató által szolgáltatott adatok lehetővé teszik a fejlettebb szabályozási stratégiák alkalmazását, mint például a keresletoldali szabályozás (demand-side management), ahol a csúcsidőszakokban csökkentik a fogyasztást különböző ösztönzők és technológiai megoldások alkalmazásával.

A maximummutató felfutó értékének rendszeres figyelemmel kísérése és elemzése tehát kulcsfontosságú az energetikai rendszer hatékony és stabil működésének biztosításához, valamint a hosszú távú fenntarthatósági célok eléréséhez.

Teljesítménytényező (cosφ)

A teljesítménytényező (cos φ) pillanatnyi értéke kritikus mutató az energetikai rendszer hatékonyságának, stabilitásának és költséghatékonyságának szempontjából:

1. Rendszer hatékonysága: A teljesítménytényező azt mutatja meg, hogy az összes felhasznált teljesítmény mekkora része végez hasznos munkát (aktív teljesítmény) a teljes (látszólagos) teljesítményhez képest. A magas teljesítménytényező (közel 1) nagy hatékonyságot jelez, míg az alacsony teljesítménytényező energiahatékonysági problémákat mutat.
2. Reaktív teljesítmény igény: Az alacsony teljesítménytényező magas reaktív teljesítményt jelez, amely szükségtelenül terheli a rendszert. Ez növeli a vezetékek és berendezések terhelését, és csökkenti a rendszer hatékonyságát, mivel a reaktív teljesítmény nem végez hasznos munkát.
3. Költségek és számlázás: Az energiaszolgáltatók gyakran büntetést számítanak fel az alacsony teljesítménytényező miatt, mivel az növeli az energiaellátás költségeit. A teljesítménytényező javítása csökkentheti ezeket a költségeket és javíthatja az energiahatékonyságot.
4. Rendszer stabilitása: A teljesítménytényező pillanatnyi értéke segíthet azonosítani a rendszer stabilitásával kapcsolatos problémákat. A nagyon alacsony vagy ingadozó teljesítménytényező instabilitást okozhat, ami befolyásolhatja a rendszer megbízhatóságát és a feszültségszabályozást.
5. Berendezések élettartama: Az alacsony teljesítménytényező növelheti a berendezések, például motorok, transzformátorok és vezetékek terhelését, ami csökkentheti azok élettartamát és növelheti a karbantartási költségeket.
6. Környezetvédelmi hatások: A jobb teljesítménytényezővel működő rendszerek kevesebb energiát veszítenek el, ami csökkenti a teljes energiafelhasználást és az üvegházhatású gázok kibocsátását. Ez környezetbarátabb működést eredményez.

Az alacsony teljesítménytényező javítása jelentős előnyökkel járhat mind gazdasági, mind környezeti szempontból.

A felhasználás jövője

A fenti adatok követése, feldolgozása történhet hagyományos algoritmikus módszerekkel is, de akár gépi tanulási módszerek is jól alkalmazhatók a rendellenességek kiszűrése érdekében. Mindezek jól illeszthetők egy megfelelő big data eszközökkel építkező MDMS rendszerbe.

Ezen képességek kifejlesztése más területeken is alkalmazható lesz, hiszen például egyre fontosabbá válik a vízkészletek felelős kezelése, és így a viziközmű hálózatok optimalizálása.

Mint tudjuk, az energia ugyan nem vész el, de ha átalakul, nem pont azt kapjuk, ami nekünk hasznos. Jobb gondoskodni arról, hogy megfelelően, felelősen kezeljük.

Szöveg: Óvári Szilárd, Sagemcom