| Učinkovita raba energije | | Andrej Souvent* | |
| Zahteve po učinkovitejši rabi energije, zahteve po večjem deležu proizvodnje električne energije iz obnovljivih razpršenih virov in nove tehnologije, kot je na primer uporaba električnih avtomobilov in pripadajoče polnilne infrastrukture, pomenijo za elektroenergetski sistem nov izziv, predvsem kako tudi v prihodnje zagotavljati zanesljivo, varno in kakovostno oskrbo z električno energijo. Razvoj omrežij v skladu s konceptom pametnih omrežij – SmartGrids – prinaša nove rešitve, temelječe na sodobnih informacijsko-komunikacijskih tehnologijah. | |
Elektroenergetski sistem lahko po funkciji razdelimo na proizvodnjo, prenos in distribucijo električne energije. Namenjen je predvsem zagotavljanju zanesljive, varne in kakovostne oskrbe končnih uporabnikov oziroma odjemalcev z električno energijo.
Temelj proizvodnje so velike elektrarne, kot so na primer hidroelektrarne, in termoelektrarne na fosilna in jedrska goriva. Tem proizvodnim enotam se v elektroenergetskem sistemu pridružujejo še manjše enote, kot so male hidroelektrarne, vetrne in sončne oziroma fotovoltaične elektrarne, naprave za soproizvodnjo toplotne in električne energije, bioplinske enote itd.
Proizvedeno energijo prenesejo do končnih uporabnikov elektroenergetska omrežja. Razdelimo jih na prenosna in distribucijska. Prenosno omrežje je hrbtenica sistema in obratuje na visoki napetosti (npr. 110 kV, 220 kV, 400 kV). Nanj so priključene velike elektrarne, omrežje pa je tudi povezano s prenosnimi omrežji sosednjih držav, s katerimi deluje sinhrono s frekvenco 50 Hz (v Evropi, v ZDA npr. je frekvenca 60 Hz). Del prenosnega omrežja so tudi razdelilne transformatorske postaje, ki so stična točka z distribucijskimi omrežji. Distribucijska omrežja delujejo na srednji (npr. 10 kV, 20 kV) in na nizki napetosti (npr. 400 V trifazno, oziroma 230 V enofazno), zato so v razdelilnih transformatorskih postajah transformatorji, ki poskrbijo za ustrezno pretvorbo napetosti. Na distribucijsko omrežje so priključeni končni uporabniki – odjemalci – in manjše proizvodnje enote.
Nove tehnologije prinašajo pametna omrežja
Delež proizvedene energije iz manjših proizvodnih enot je še zelo majhen, zato lahko rečemo, da se velika večina energije proizvede v velikih proizvodnih enotah in se prek prenosnega in nato distribucijskega omrežja prenese do odjemalcev. Značilnost elektroenergetskega sistema je tudi ta, da morata biti proizvodnja in poraba električne energije vedno usklajeni – toliko energije, kot neki trenutek porabimo, moramo tudi ta trenutek proizvesti. Električne energije namreč v velikih količinah še ne moremo učinkovito shranjevati, razen posredno kot zaloge vode v jezerih črpalnih hidroelektrarn. To pomeni, da morajo nekatere proizvodne enote vseskozi delovati v takem režimu, da se lahko s svojimi generatorji prilagajajo porabi in s tem skrbijo za zanesljivo delovanje elektroenergetskega sistema, ki bi sicer zaradi prevelike razlike med proizvodnjo in potrošnjo izpadel iz sinhronizma, kar bi povzročilo razpad sistema oziroma električni mrk. Zato in zaradi številnih drugih zahtev mora biti elektroenergetski sistem skrbno načrtovan in voden. Pri vodenju sistema pomagajo t. i. sekundarni sistemi, ki omogočajo med drugimi sprotne meritve pomembnih veličin, avtomatizacijo in daljinsko vodenje sistema iz računalniško podprtih centrov vodenja, in opravljajo še številne zaščitne funkcije, ki preprečijo ali omejijo škodo ob nepredvidenih dogodkih ali okvarah.
Principi načrtovanja, obratovanja in vodenja elektroenergetskega sistema so uveljavljeni že več desetletij, nove zahteve po povečanju deleža proizvodnje energije iz obnovljivih virov, zahteve po spodbujanju učinkovite rabe energije, ekonomika in nove tehnologije, ki prihajajo – na primer električni avtomobili – pa prinašajo potrebo po spremembi nekaterih konceptov in potrebo po razvoju novih tehnologij, ki bodo omogočile zanesljivo in varno delovanje sistema ter kakovostno oskrbo odjemalcev tudi v prihodnje. Govorimo o novih konceptih in tehnologijah, ki jih prinašajo t. i. pametna omrežja, imenovana tudi aktivna omrežja ali s tujko »SmartGrids«.
Pametna omrežja prinašajo nove rešitve temelječe na sodobnih informacijskih komunikacijskih tehnologijah, ki nadgrajujejo obstoječe sekundarne sisteme, omogočajo prenos še več informacij med elementi elektroenergetskega sistema, kot so razni senzorji in merilniki za merjenje pomembnih veličin, detektorji okvar in naprave za avtomatsko odpravo napak, sodobni sistemi za avtomatizacijo in daljinsko vodenje sistema ipd. Predvsem pa uvedejo prenos informacij tudi za nizkonapetostno distribucijsko omrežje, ki je bilo do zdaj neinformatizirano, in prinašajo končnim uporabnikom številne nove storitve, kot je na primer spremljanje porabe prek sistema novih elektronskih števcev porabe energije – t. i. pametnih števcev.
Odprta možnost za hranilnike energije
V zadnjem času se močno spodbuja proizvodnja elektrike iz obnovljivih virov energije, zato hitro narašča število malih proizvodnih enot, kot so na primer sončne elektrarne, vetrne elektrarne, naprave za soproizvodnjo toplote in električne energije ipd. Koristi teh enot so med drugimi uporaba obnovljivih virov (sonce, veter …), lokalna proizvodnja bliže odjemalcem, kar zmanjša prenosne poti in s tem izgube energije zaradi segrevanja vodov in izgub pri transformaciji. Ker pa se te enote priključujejo na distribucijsko omrežje, ki pa – sploh na nizkonapetostnem omrežju – za to ni bilo načrtovano, prinašajo v omrežje težave, ki se lahko odražajo v slabši zanesljivosti in kakovosti oskrbe z električno energijo. Poleg tega se lahko njihova proizvodnja zelo hitro spreminja, saj je odvisna od razpoložljivosti primarnega vira energije (npr. spreminjanje jakosti vetra, osončenja ipd.) Pametna omrežja prinašajo nove rešitve za reševanje teh težav: te enote opremijo z inteligentnimi napravami za daljinsko vodenje in jih povežejo v skupen informacijski sistem, ki se imenuje »virtualna elektrarna«. Ti viri tako niso več prepuščeni sami sebi, temveč so optimalno vodeni glede na potrebe in stanje v elektroenergetskem sistemu, kar se za lastnike virov in upravljavce omrežij odraža tudi v ekonomiki.
Z naraščajočim številom obnovljivih virov, katerih obratovanje ni vedno predvidljivo (npr. težko je zanesljivo napovedati, kako bo pihal veter in posledično proizvodnjo vetrnih elektrarn, podobno je s sončnimi elektrarnami), narašča tudi potreba po hranjenju energije. S konceptom pametnih omrežij bo mogoča tudi vključitev velikega števila manjših hranilnikov energije, ki se že pojavljajo na trgu, v omrežje.
Odjemalec naj modro upravlja prakso
Učinkovita raba električne energije je odvisna tudi od obremenitve elektroenergetsega sistema. Najmanj učinkovito rabimo energijo takrat, ko je sistem zelo obremenjen. Takrat so največje izgube v prenosu energije prek omrežja; v sistem je treba vključiti dodatne rezervne elektrarne, ki so praviloma bolj obremenjujoče za okolje in proizvajajo elektriko po višjih cenah, ali pa moramo elektriko uvažati iz sosednjih držav. V obdobju velikih obremenitev je zato dobro spodbuditi odjemalce, da zmanjšajo porabo. Tak ukrep imenujemo »upravljanje porabe«. Odjemalec, ki bo pripravljen prilagajati svojo porabo razmeram v elektroenergetskem sistemu, si bo s tem lahko bistveno znižal stroške oskrbe z električno energijo, hkrati pa pomagal elektroenergetskemu sistemu pri učinkoviti rabi obstoječih kapacitet in s tem k zniževanju stroškov. Pogoj za prilagajanje porabe pa je, da so odjemalcu na voljo dovolj pogoste informacije o njegovi porabi in informacije o časih, ko nastopijo večje obremenitve. Novi sistemi za merjenje porabe električne energije, ki uporabljajo t. i. pametne števce, omogočajo med drugimi dovolj pogosto daljinsko odčitavanje porabe in prenos teh podatkov v računalniške sisteme elektrodistribucijskih podjetij, kjer so potem na voljo za obdelavo in informiranje odjemalcev, npr. prek spletnih portalov ali posebnih hišnih energetskih prikazovalnikov. Hkrati prek inovativnih tarifnih shem omogočajo sporočanje povratnih informacij o časovnih obdobjih, ko je sistem bolj obremenjen in električna energija dražja.
Koncept pametnih omrežij zajema tudi infrastrukturo polnilnic za električne avtomobile. Uporabniki bodo morali biti motivirani, da polnjenje akumulatorjev električnih avtomobilov prestavijo v čas, ko sistem ne bo obremenjen. Električni avtomobil je lahko dosti več kot le porabnik električne energije: parkirane in na polnilnice priključene električne avtomobile lahko uporabimo tudi kot hranilnike energije, ki lahko po potrebi vrnejo del energije v omrežje in tako pomagajo elektroenergetskemu sistemu pri premagovanju kratkotrajnih velikih obremenitev.
Uvedba pametnih omrežij pomeni razvoj elektroenergetskih omrežij pri uvajanju novih tehnoloških rešitev, temelječih na sodobnih informacijsko-komunikacijskih rešitvah, prilagajanje energetske zakonodaje novim razmeram in predvsem motivacijo končnih uporabnikov za uporabo novih storitev, ki bodo omogočile učinkovito rabo energije, učinkovito proizvodnjo energije iz obnovljivih virov in znižale stroške uporabnikom in upravljavcem elektroenergetskega sistema. Tehnologija pametnih omrežij je tudi velika priložnost za domačo raziskovalno dejavnost in industrijo, ki se lahko z inovativnimi rešitvami na specializiranih področjih prebije v svetovni vrh.
*univ. dipl. inž. el., Elektroinštitut Milan Vidmar
