Adatgyűjtés a megújuló energiák területén
 

Napjainkban egyre aktuálisabbá válik a fosszilis energiahordozókról való részleges áttérés a megújuló energiahordozókra. Egyrészt a kimerülő készletek – gáz, szén, kőolaj -, másrészt a környezetvédelmi megfontolásokból, harmadrészt a környezetszennyezés visszaszorítása – ökológiai lábnyom csökkentése - miatt (fenntartható fejlődés).

Az Európai Unió elképzeléseinek/terveinek megvalósítása, illetve a célkitűzés gyakorlatba való átültetéséhez – 20%-os arány megújuló energiahordozókból, 20%-os energiahatékonyság javulás, valamint üvegház gázokból való 20%-os kibocsátás-csökkentés eléréséhez – jól illeszthető nap-, szél-, víz, illetve a biomassza hasznosítása és a geotermikus energia kiaknázása. Ugyanakkor már a 2008.-ban elfogadott EU javaslatban - amely az Európai Parlament és Tanács irányelve a megújuló energiaforrások által előállított energia támogatásáról szól - Magyarország részére 13%-os megújuló energiarészarányt írt elő 2020-ra (Dr. Horváth, 2011).

Ezzel szemben Magyarország – Megújuló Energia Hasznosítási Terv című dokumentumában – 14,65 %-os célkitűzést vállalt.

Az Európai Bizottság távolabbi terveiben szerepel 2050-re a villamosenergia szektor dekarbonizációja. Ez a jelenleg létező atomerőművek további növelése nélkül; de a fejlődő igények kielégítéséhez szükséges energia előállításához a megújuló energiák hasznosításának növelése /nagyobb mértékű bevonása szükséges.

Az Európai Unió megújuló forrásból előállított energia mennyiség arányát Magyarország viszonylatában 13 %-ban határozta meg, ezzel szemben Magyarország 14,65%-ot vállalt 2020-ig (Magyarország Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Terv). A vállalást – időarányosan – már 2010-ig túlteljesítette. 2013-ban az részarány már elérte 9,81 %-ot a tervezett 7,5 % szemben. A megújulóenergia részaránya a bruttó végső energiafelhasználáson belül 2015-ben elérte a 14,47%-ot.

Az Eurostat kimutatása szerint hazánkban 2016-ban az elért részarány 14,2% volt. 2015-ben elért eredményekhez képest valamivel csökkent az elért eredmény - a bruttó végső energiafelhasználás jelenti a viszonyítási alapot. Ugyanakkor az EU által előírt 13%-ot így is meghaladta.

Az EU által előírt megújuló forrásból előállított energia részarányhoz (2016 év) tartozó elért eredmények az egész EU-ban vegyes képet mutatnak. A legmagasabb megújuló részarányt Svédországnak sikerült produkálnia – az előírt 49 %-os mértékkel szemben 53, 8%-ot ért el, ez 4,8% többlet.

Az elért eredmények mértéke és sikeressége természetesen függ az adott térség természeti adottságaitól is. Azok az országok előnyösebb helyzetben vannak, ahol tenger található, mivel itt a szélenergia hasznosítás is lehetséges alternatíva.

A szélenergiára épülő beruházások növekedése jelentősebb ezekben az államokban. 2016-ban ilyen jellegű jelentős fejlesztések történtek Németországban, Hollandiában, Finnországban, Franciaországban, Írországban és Litvániában is.

Hazánkban több mint 1600 kút található, hőmérsékletük 30-50 fok között van.

Geotermikus energiához szükséges termálvízben is gazdag a terület – de ez még kevésbé hasznosított közvetlen villamosenergia termelésre.

Geotermikus erőmű Turán található, amely 2017. december óta működik. 3 kútból 130 fokos vizet hasznosít. Üzembehelyezésekor 3 MW beépített teljesítménye volt.

Az energiával való helyes gazdálkodás és a megújuló energiák igénybevétele jelentős mértékben hozzájárulhat az üvegház hatású gázok visszaszorításában.

A napenergia, szélenergia, biomassza és geotermikus energia alkalmazása jelentősen csökkenti a fosszilis energiahordozóktól való függetlenedésünket.

Környezetbarát energiatermelő technológiák kiválasztását a területi adottságoknak megfelelően kell megtenni. Tengerparti területen a szélenergia jelentős villamosenergia termelésre képes; míg más területeken lehet, hogy a napenergia hasznosítható jól. 

Háztartási használat esetén kombinálni is lehet a nap -és szél erőműveket egymást kiegészítve, mivel bizonyos időjárási viszonyok nem kedveznek a napelemek hatékony működésének.

Hazánkban a napsütéses órák száma kedvező – ezért a napelem parkok telepítése terjedőben van 2016. év végére beérkezett kérelmek száma 2100 naperőmű létesítésére irányult.

Megújuló energiák közül a napenergia a legdinamikusabb arányban terjedő beruházás Magyarországon, megelőzve a víz-, szél és geotermikus energiaforrásokat.

A kormány a napenergia, geotermikus energia és biomassza, mint megújulóenergia hasznosítását részesíti előnyben (Magyarország Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Terv).

2016-ban hazánkban a felhasznált megújuló energiaforrások közül a legnagyobb mértékű a biomassza aránya volt.

Forrás: Energy Statistics, 2018

2. táblázat Megújuló forrásból származó energiatermelés

Mivel a szélerősség szempontjából Magyarország a mérsékelten szeles vidékek közé tehető így az ebből nyerhető energia is kevésbé jelentős.

Hazánkban található szélerőművek beépített teljesítménye a legnagyobb esetében 48 MW, a legkisebb pedig 328,9 MW-os.

A kihasználtság elmaradását jól mutatja, hogy Németországban 2017-ben 41,6 százalék volt; ugyanebben az időszakban hazánkban csak 23,3 százalékos kihasználtságot produkált a szélenergia.

Hazánkban 2011-ben épült utoljára szélerőmű. A mai jogszabályok (2016. óta) értelmében már csak 2 MW villamostermelő egységgel szerelhetők fel az egyes szélturbinák.

2016-ban az Európai Unió 28 tagállamában a megújuló energiatermelés megegyezett 211 millió tonna olajegyenértékkel (toe).

Megújuló energia és smart metering

Céljaink eléréséhez kiemelten szükséges:

-      környezetvédelem

-      globális felmelegedés megakadályozása

-      fosszilis energiahordozóktól való függetlenedés megvalósítása/elérése

-      energiahatékonyság

-      ökológiai lábnyom csökkentése

-      üvegház-hatású gázok csökkentése

-      fenntarthatóság /fenntartható-fejlődés megvalósítása

Ehhez többféle megoldást kell alkalmazni.

-      A smart metering – okosmérők – alkalmazása az egyik lépés. Ennek társadalmi elfogadtatásához megfelelő tájékoztatás és információ átadás szükséges a fogyasztók felé.

-      Hazánkban a lakások és középületek energiafogyasztása egy 2016-ban megjelent szakirodalom megállapítása szerint a primer energia fogyasztás 45 %-át teszi ki. Ez 435 PJ/év. /Magyarország geotermikus felmérése, 2016/

-      A hatékony energiafelhasználás megvalósításának további elemei lehetnek az épületek felújítása, szigetelése és nyílászárók beszerelése – akár támogatással is.

-      Beszerezhetők energiahatékony műszaki berendezések: izzók, hűtőszekrények, mosógépek, porszívók stb.

-      Háztartásokhoz alkalmazható kiserőművek – napelemek, szélturbinák – további hosszútávú megtakarításokat eredményezhetnek.

4. ábra Napelemes rendszerrel szerelt SMART Home felépítése

Az EU 28 tagállamában a legnagyobb arányban a biomassza felhasználása elterjedt, világszinten is. Az ehhez szükséges alapanyagok nem függenek időjárási körülményektől, minden államban keletkezik – mezőgazdaságból, erdészetből, háztartásokból.

Hazánkban ennek aránya a megújuló energiaforrásokon belül a legmagasabb 10,8%. A biomassza energetika célú felhasználása a biogázt is beleértve az EU 28 tagállamában mindenhol jelen van. /A legnagyobb mennyiségben Lettország 31,8% termel biomasszaenergiát, a legkisebb részarányú felhasználó Málta 1,3% a részesedéssel a megújuló forrásokban/.

A szélenergia is nagy mértékű energiatermelő részt tesz ki, de ez már nem minden területen alkalmazható. Skandináv államokban, Németországban és más tengerrel rendelkező országokban hatékony potenciált jelent. Helyigény nem nagy és a környezetre gyakorolt hatása csekély.

A szélerőművek működtetése, illetve energiatermelése ugyan függ az időjárási körülményektől, viszont az évszakoktól kevésbé. Magyarország méréskelten szeles vidék, így a szélenergia a megújuló energiaforrások között kevésbé jelentős.

Naperőművek, napelem parkok

„Ha a besugárzott energiának csak 1% -át, át tudnánk alakítani villamos energiává 10% -os hatékonysággal, akkor 105 TW-ot jelentene, míg a teljes globális energiaszükséglet körülbelül 25-30 TW. Az EU-n belül jelentős napelemes beépített kapacitás van már most is.” (Török, 2017)

Számítások szerint hazánk fotovillamos potenciálja 486 TWh/év, amely által 2 PJ/év energia állítható elő. Ezzel szemben Magyarországon az ebből jelenleg felhasznált mennyiség 0,16 PJ/év. / Napelemes energia és környezet (2014) /

5. ábra: Jászberényi tesztparkunk, 130 kW

Termelése már sok esetben időjárás és évszak függő.

Kontinentális éghajlaton télen kevésbé hatékonyak. Noha már megjelentek a közvetlen sugárzást nem igénylő típusok is (Török, 2017). Nyáron viszont a megújuló energiatermelés jelentősebb részét képesek előállítani naposabb területeken.

A globális sugárzás nyáron hazánkban 600-1000W/m2, télen 250-600W/m2 érték körül változik délben (Török, 2017). Káros kibocsájtás a termelés során nem keletkezik.

Geotermia

Geotermikus energia felhasználása Európában terület függő. Hazánkban leginkább termálvíz formájában hasznosul fürdőkben, gyógyfürdőkben. Előnye a folyamatos, egyenletes teljesítmény. Időjárási körülmények nincsenek hatással rá, így a megtermelt energia elraktározása nem szükséges.

A Magyar Bányászati és Földtani Hivatal (2016) adatközlése alapján 2015-ben a kitermelt hévíz mennyisége 24,608 millió m3/év. A termelt hőmennyiség 2.509.519 GJ.

Távfűtésre, fólia-és üvegházak fűtésére is alkalmas. Több nagyvárosban is fűtenek geotermikus energiával lakásokat. Pl.: Hódmezővásárhely, Kistelek, Makó, Szeged, Szentes, Szentlőrinc. /Magyarország geotermikus felmérése, 2016/

6. ábra Geotermikus erőmű

Vízerőművek

„A vízenergia, mint energiaforrás nagyon fontos; hiszen a világon a vízerőművekkel megtermelt több, mint 3.000 TWh/év villamos energia műszakilag hasznosítható készletnek 10-20%-át teszi ki.” (Török, 2017) Egy 2014-ben megrendezett vitafórumon elhangzottak szerint a vízerőművek 85% részesedést tesznek ki a világ megújulóenergia termelésében.

 Európában a műszakilag hasznosítható vízenergiának a kihasználtsága 32% körül van; ezen belül Magyarországon 5-7 % a műszakilag hasznosítható vízkészlet kihasználtsága (Dr. Molnár, Dr. Szlivka, 2011).

Vízenergiából villamosenergia – állóvizek: tengerek, tavak és folyóvizek – által is előállítható. A megtermelhető mennyiség nagysága folyók esetén annak esésétől függ. 

7. ábra: Kiskörei víztározó

A vízerőművek környezetre gyakorolt hatásáról megoszlanak a vélemények. A víztározók és egyéb a termeléshez szükséges műtárgyak befolyása a vízi ökoszisztémára a megfigyelések szerint negatív hatással is bírhatnak (Dr. Guti, 2014). Ezt egyes halak életterének megváltoztatásában mutatkozik meg. Erre hozott példát Dr. Guti Gábor a 2014-ben rendezett a vízerő hasznosításról szóló vitafórum keretében a dunai viza esetét elemezve.

További kiemelhető változások a víz kémiai összetételének és a folyómeder aljának megváltozása nagyobb tározók környezetében. (Holtágak kialakulása a szabályozások következtében).

/Ausztriában alkalmaznak vízalatti „láthatatlan” erőművet is. Ennek működését a Duna aktuális (Bécs) szakaszának 3,8 méteres szintkülönbsége biztosítja így nem rontja a városképet, valamint a környezetet sem bontja meg. 130 háztartás számára tud villanyáramot termelni/.

Felhőrendszerekbe kapcsolt megújuló energia mérés

A megújulóenergia forrás által keletkezett adatok tárolása és elemzése továbbá az ezekből származó eredmények és információk elérésére a felhőrendszer alkalmas.

A valós idejű adatok sok hasznos információt szolgáltatnak az üzemeltetőknek, illetve a rendszert kutató intézményeknek.  Nyomon követhető a rendszer, és az esetleges hibák azonnal lereagálhatók.

A számítási felhő által bárhonnan lekérdezhetők az adatok, a termelés (napelem park teljesítménye) és az időjárási/meteorológia körülmények összefüggését is lehet vizsgálni.

Mivel a rendszer nagy mennyiségű adatot (big data) képes tárolni, így azokból komplex - energia termelés-felhasználás – elemzésekre van lehetőség, amely elősegíti a tervezést és segít összehangolni a két ’oldalt’.

Adott fogyasztáshoz/igényekhez - a kutatási időszak eredményei által – megállapítható a szükséges napelemek száma. Lehetővé válik személyre szabott megújulóenergia forrás által termelt energia hatékony használata.

A fogyasztó/működtető számára is elérhető a felhőrendszer és ezáltal a termelés és fogyasztás adatainak nyomonkövetése/megtekintése.

 A hatékony energiamenedzsment megvalósítását, a költséghatékony működést a két irányú kommunikáció teszi lehetővé.

Hibrid felhő rendszer és egy integrált vállalatirányítási rendszer összekapcsolása által az adatok (termelés, fogyasztás, hálózatba integrált villamos-energia mennyiség, számlázási adatok/költségek) online jutnak el a vállalat különböző részlegeire, ahol azok feldolgozhatóvá válnak.

Segítségével a termeléshez szükséges erőforrásokat meg lehet tervezni/integrálni/összehangolni.

Mivel skálázható (hibrid)felhő rendszer adja a hátteret, lehetőség van a rendszer testreszabására, illetve rugalmas változtatására vagy módosítására. Minden adat tárolása egy központi adatbázisban történik.

Ezen rendszerek közül a Solar Log rendszert emelnénk ki, amely a megújuló villamosenergia termelés, napelemes rendszerek energiatermelési adatait gyűjti, és továbbítja a felhő szolgálatatás felé.

SOLAR LOG

A Solar-Log napelemes adatrögzítő, távfelügyeleti egység, lehetővé teszi az áramtermelés áttekinthető megjelenítését, valamint az áram felhasználás pontos mérését csakúgy, mint pl. a Smart Heater, hőszivattyúk vagy klímakészülékek optimális vezérlését. A napelem által megtermelt többlet-, és az épület energiafelhasználásának méréséhez, nem szükséges egyéb további fogyasztásmérő installálása.  

Mivel Magyarországon 2017-2018. év vonatkozásában egy Paks méretű napelem telepítésére érkezett be kérelem a Magyar Energia és Közmű Hivatalhoz, így az IPMS_Solver Unio Kft projektjében a megújuló energiákon belül a napelem energiatermelésre és annak adatainak feldolgozására koncentrálunk.

A Solar-Log Meter adatgyűjtő és fogyasztásmérő egyben, amelynek segítségével folyamatosan nyomon követhető a működtetett napelemes rendszer. A készülék által a napelemes rendszerről gyűjthetők az adatok, valamint az online rendszernek köszönhetően távfelügyeletre is lehetőség van.

8. ábra: Solar-Log adatgyűjtőnk a jászberényi napelemparkban

A felhő alapú hozzáférési mód biztonságot, optimális készülék-karbantartási lehetőséget és állandó kényelmes hozzáférést kínál a hozam- és rendszeradatokhoz, még akkor is, ha a naperőműtől távol van annak felügyelője.

A Smart Home rendszereket elemezve egy távfelügyeleti rendszer az alábbi előnyöket kínálja:

-      Hozambiztonság: a meghibásodásokról és teljesítmény csökkenésekről történő azonnali e-mail vagy SMS értesítés küldése. Az időben detektált hibák gyorsan elháríthatók, minimalizálva a hozamkiesést.

-      A napelemmel felszerelt Smart Home rendszerek egyfajta függetlenséget biztosítanak az áram árának változásától, mivel a SolarLog rendszer képes optimálisan vezérelni a felhasznált és megtermelt áramot.

-      A SolarLog helyben (PLC panel) és távolról (online bejelentkezés) is biztosítja a egyszerű kezelés a gyors és hatékony ellenőrzéshez

-      Szoftvertelepítés nélküli gyors csatlakozás a hálózathoz

-      A saját energiát használó napelemes rendszer növeli az ingatlan értékét és vonzerejét.

-      Az energiafelhasználás mérésével kimutathatóan csökken az felhasznált energia mennyisége, ezzel hozzájárul a környezetvédelemhez.

Az oldalon több navigációs menü található:

-      Hozamadatok

-      Diagnózis

-      Konfiguráció

Továbbá

-      Vezérlőpult

-      Energia áramlás

-      Táblázat

Hozamadatok: különböző értékek/opciók szerint kerülnek tárolásra.

-      Pillanatnyi értékek: fogyasztás, termelés, betáplálás adatai

-      Termelés: termelés (W), fogyasztás (W), hálózati betáplálás (W), akkumulátor állapot több időtartamú – nap/hónap/év/összes - bontásban jeleníthetők meg a rendszer termelési adatai diagramon és táblázatos formában is.

-      Fogyasztás: a csatlakoztatott fogyasztó fogyasztási adatait tekinthetjük meg napi diagram formában.

-      Mérleg: a rendszer adatai termelési-fogyasztási viszony alapján látható; napi /havi/éves és összesítő nézetben továbbá termelés/fogyasztás/saját fogyasztás bontásban.

-      Pénzügyek: a rendszer pénzügyi vonatkozású adatai láthatók ebben a menüben. Részletezve - hálózati betáplálás, visszatérítés; saját fogyasztás, visszatérítés, megtakarított áramköltség, áramköltség, rendszeren keresztüli megtakarítások + bevételek; kiadások, áram

-      Érzékelők: a csatlakoztatott érzékelők adati grafikus megjelenítésére szolgál. Ezek lehetnek: besugárzás W/m2, modul hőmérséklet, külső hőmérséklet, szélsebesség m/s adatok.

-      Rendszerinformáció: a rendszer és a készülék adatai tartoznak ide.

A SolarLog készülék kezelésére saját hálózaton keresztül, illetve web felületen keresztül van mód. A mérési adatok a készülék LCD kijelzőjén helyben leolvashatók.

A SolarLog készülék módot ad valósidőben történő adatgyűjtésre, a napelemes rendszer meghibásodásának észlelésére és a hiba azonosítására.

METEO állomás

Internetes időjárásjelző állomás, amely különböző időjárási jelenségek adatainak gyűjtésére alkalmas készülék. Egy külső érzékelő gyűjti az adatokat folyamatosan:

-  Szélirány

-  Szélsebesség

-  Külső hőmérséklet

-  Légnedvesség

9. ábra: METEO állomás

Az adatokat egy internetes felületen lehet megtekinteni, ahová rögzítésre kerülnek. Ezeket az adatok bárhonnan, minden internet képes készülék által ellenőrizhetjük a www.wunderground.com oldalon. A nyers adatok elmentése után azok feldolgozásra kerülnek.