Hogy kerül az áram a konnektorba?

Magyarországon a pillanatnyi villamos energia felhasználás átlagosan 4000 és 6500 MW (megawatt) között mozog, évszaktól és napszaktól függően. Ez az ország teljes fogyasztása, beleértve a háztartásokat, gyárakat, kereskedelmi épületeket, vasutat, közvilágítást és bármit ami hálózati áramforrásról működik. Viszonyításképpen, ez olyan mintha egyszerre 4 millió hajszárítót működtetnénk az országban, és semmi mást.

Szerencsére nem egyszerre mos hajat 4 millió ember, az energia igény a nap során folyamatosan változik. Példaként egy márciusi hétköznap fogyasztásának grafikonját elemezhetjük. (1. ábra)

1. ábra, napi rendszerterhelés

A fogyasztás minimuma hajnali 4 óra körül található. Ekkor ébrednek a korán kelők, beindul a tömegközlekedés. 6 óra tájban a gyárak, üzletek és irodák megkezdik működésüket, reggel 8 órára nagyjából mindenki felveszi a munkát. Délután kettő óra körül egy jó kis ebédszünet, majd még pár órányi délutáni munkavégzés. Este 6-7 óra tájban hazaérnek az emberek, tévét néznek, elindítják a mosógépet, világítanak, így ekkor található a fogyasztás napi maximuma, amely innentől egészen hajnalig csökkenni fog. Hétvégén és ünnepnapokon a görbe alakja hasonló, de az értékek alacsonyabbak. A lakosság napi rutinja nem sokat változik, viszont az ipari fogyasztók egy része nem üzemel hétvégén. Télen a fűtés, nyáron a klíma használata miatt magasabbak az értékek.

A villamos energia előállítását erőművekben végzik, ahol különböző tüzelőanyagokból szabadítják fel az energiát. Az áramot távvezetékeken továbbítják a fogyasztók felé, így tehát úgy is tekinthetünk a konnektorba dugott eszközünkre, mint ami a bekapcsolás pillanatában egy akár több száz kilométerre lévő, éppen lángoló széndarabból felszabaduló energiából táplálkozna.

Durva hasonlattal, mindig pontosan annyi széndarabnak kell lángolnia, ahány eszköznek szüksége van az energiájára. Ez persze érvényes más tüzelőanyagokra és megújuló energiaforrásokra is. Nem szabadíthatunk fel olyan energiát, amit nem tudunk azonnal felhasználni, hiszen akkor azt vagy tárolnunk kell a felhasználásig, vagy kárba vész. Ha pedig nagyobb az igény, mint az aktuális termelés, akkor valakinek nem fog jutni az energiából.

Képzeld el, hogy egy emelkedőn biciklizel felfelé. Ahhoz, hogy a sebességedet tartani tudd, valamekkora erőt folyamatosan ki kell fejtened tekerés közben. Ha az emelkedő hirtelen meredekebb lesz, akkor ahhoz, hogy ne lassulj le, nagyobb erőt kell kifejtened. Ha az emelkedő laposodik, és nem veszel vissza az erődből, akkor fel fogsz gyorsulni. A példához hasonló az erőművek működése is. Ha megnő a fogyasztói igény, a generátorok leterhelődnek és lelassulnának, ha nem adnánk rá nagyobb teljesítményt. Fordított helyzetben, amikor a fogyasztás csökken, a generátor az addigi betáplált energia mértékének hatására fel fog gyorsulni, ezért csökkenteni kell a teljesítményét.

2. ábra, napi terhelés és termelés. Forrás: wikipédia

Ezt a nagyon kényes egyensúlyt az erőművekben kell fenntartani, hogy a termelés mindig pontosan kielégítse a fogyasztói igényeket. A különböző típusú erőművek azonban más és más módon, más idő alatt szabályozhatóak. Ebből a szempontból 3 típusú erőművet különböztethetünk meg. A 2. ábrán látható, hogy egy napi periódus alatt felmerülő igényt milyen erőművel fedeztünk.

– Az úgynevezett alaperőművek teljesítménye nagyon lassan változtatható. Egy atomerőmű indítása 1-2 napot is igénybe vehet, nem lehet csak úgy ki-be kapcsolni. Előnye viszont, hogy folyamatos nagy teljesítményen rendkívül gazdaságosan üzemeltethető, olcsó áramot állít elő. Ilyen erőmű a Paksi Atomerőmű, nukleáris energiával, és a Mátrai Erőmű, amely magyar lignitet használ fel.

– A menetrendtartó erőművek már rugalmasabban szabályozhatóak, előre tervezhető teljesítmény szinteken képesek működni. Ezért ezeket a napi fogyasztói szükséglet ingadozásokhoz igazítva lehet üzemeltetni. Ilyen például a Dunamenti gáztüzelésű erőmű Százhalombattán.

3. ábra, magyarországi erőművi termelés megoszlása, tüzelőanyag szerinti bontásban

– A csúcserőművek néhány perc alatt beindíthatóak, így a gyors változásokat, váratlan igényeket, csúcsterheléseket lehet velük kielégíteni. Hátrányuk viszont, hogy az általuk előállított áram igen drága. Egy csúcserőmű viszonylag keveset üzemel, sokat áll készenlétben, és ezt a készenléti díjat is azon kevés üzemelés alatt kell megtermelnie. Tipikusan gázturbinás erőművek, illetve tározós vízerőművek.

A 3. ábrán a magyarországi erőművi termelés, tüzelőanyag fajtánkénti megoszlása látható. A legnagyobb részt az atomenergia teszi ki (alsó kék sáv), jelentősek még a szén és gáz tüzelésű erőműveink (zöld és sárga). Világoskékkel látható a szélenergia termelésünk, amely a diagram első felében még egészen jelentős, majd alig fél nap elteltével szinte nullára csökken. Elállt a szél 🙂
Érdemes megfigyelni, hogy a magyar termelés nem éri el a felhasználás szintjét. Az ábrákon kb. 3000 MW a termelésünk, az első grafikonon a fogyasztásunk 5500 MW körüli volt. A különbözetet importáljuk, a villamos energia szükségletünk kb. egyharmadát külföldről vásároljuk.

4. ábra, Magyarország villamosenergia átviteli alaphálózata

Az európai országok között létrehozott villamos energia hálózat lehetővé teszi, hogy együttes erővel, gazdaságosabban lehessen az áramot előállítani. Az összefogás által kevesebb tartalék teljesítményt kell országonként fenntartani, hiszen a szomszédos országok erőművei egymás tartalékaiként is szolgálhatnak. Az energiát mindig oda irányítják, ahol éppen szükség van rá. Általánosságban az északi szomszédainktól vásárolunk, és a déli szomszédainknak adunk el villamos energiát. A 4. ábrán a magyar villamosenergia elosztó rendszer nagyfeszültségű hálózata látható (a nagy távvezetékek 🙂 ) illetve nagy nyilakkal az energia áramlás irányát jelölték.

Hova illeszkedik ebbe a rendszerbe egy szél vagy nap erőmű?

5. ábra, Magyarország pillanatnyi szélerőművi termelése

Az eddig ismertetett erőművek hosszabb-rövidebb idő alatt, de tervezhetően szabályozhatóak. Akkor kapcsolják be őket, amikor szükség van rájuk. A szél erőssége és a napsütés azonban nem ennyire pontosan tervezhető, ezen erőművek rendelkezésre állása nem garantált kellőképpen ahhoz, hogy a rendszerbe könnyedén beilleszthetőek legyenek. Az 5. ábra a magyarországi szélerőművek tervezett és tényleges termelését mutatja egy négy napos periódusban. Látható, hogy a tervezettet (zöld) olykor nem érte el, máskor jelentősen felülmúlta a tényleges (piros) termelés.

Milyen jó lenne, ha ezt az energiát a megtermeléskor el lehetne raktározni, és akkor felhasználni, amikor arra tényleg szükség van. A villamos energia tárolása rendkívül költséges, és ilyen nagy, országos léptékben nem gazdaságos. Sokkal jobb lenne az energiát más formában tárolni. Erre a problémára nyújtanak megoldást a Szivattyús Tározó Erőművek, amelyek működéséről a következő cikkben lesz szó.

Források:

http://mavir.hu/web/mavir/adatpublikacio

https://hu.wikipedia.org/wiki/Magyarország_átviteli_hálózata

 

mm

Petri János

Villamosmérnök, hang- és fénytechnikus, elektronikai ezermester, repülőgép-fanatikus :)

You may also like...