Okos városok (Smart Cities) energiaellátási kérdései

Wattmester

Mi az „okos város”?

Az okos város koncepciója túlmutat a hagyományos városlakó-szolgáltató kapcsolaton. Egyrészt ösztönzi a városi szereplőket, hogy aktív tagjai legyenek a városi közösségnek, például adjon visszajelzést a szolgáltatások színvonaláról, utak állapotáról, ezzel is élhetőbb és fenntarthatóbb életmódra törekedve. Az okos városok így vonzóbbak, élhetőbbek lesznek. Másrészt, a közösségi szolgáltatók, hasonlóan a modern piaci szolgáltatókhoz, költséget szeretnének csökkenteni, a szolgáltatás színvonalának növelésével.

 Okosvaros1.jpg

A biciklis saját maga állíthatja a közvilágítás fényerejét (forrás: amsterdamsmartcity.com)

A koncepció nem statikus, így pontos definíciója sincs az okos városnak. Nem végállapot, inkább folyamat, lépések sorozata, amellyel a város élhetőbb lesz és a változásokra, kihívásokra gyorsabban reagál. Az „okos” jelölésnek öt fő iránya van, amely mindegyik információ-vezérelt:

1.       modern digitális infrastruktúra, biztonságos, de nyitott hozzáféréssel, amely lehetővé teszi, hogy a városlakó elérje az információt, amire szüksége van

2.       a szolgáltatások felhasználó központúvá tétele, középpontban a felhasználó igényeivel; integrált szolgáltatások és információáramlás, teljes internetelérés

3.       intelligens fizikai infrastruktúra („okos” rendszerek és Dolgok Internete) a szolgáltatások menedzselésére és optimalizálására, fejlesztésére

4.       nyitottság új megközelítésekre és üzleti modellekre

5.       az eredmények, döntések, teljesítmény átláthatósága

Az okos város legfőbb kritériuma, hogy a városvezetésnek tiszta és konzisztens képe legyen arról, hogy a jövő városa mit kínáljon a lakóinak és mik az ehhez szükséges változtatások. Ennek a jövőképnek pedig a város lakóival és egyéb szereplőkkel konzultálva kell kialakulnia.

Közösségi szolgáltatások

A cél eléréséhez öt lényeges szolgáltatási kört különböztethetünk meg (amelyek természetesen integráltan, közös ill. megosztott menedzsmenttel jelennek meg):

·         intelligens közlekedés: forgalomirányítás és monitorozás, dugó és baleset menedzsment, tömegközlekedési információk, parkolás, intelligens jelzőlámpák

·         segített és független életvitel: tele-egészségügyi és gondoskodási rendszerek

·         vízgazdálkodás, rendszerfejlesztés, fogyasztás monitoring, használtvíz kezelés, környezetbiztonsági rendszerek

·         okos energetikai rendszerek: igény menedzsment, villamos autók támogatása, energiahatékonysági program, megújuló energiák integrálása

·         szemét-menedzsment, gyűjtés, kezelés és energia előállítás

Pár példa a világból, ahol ilyen jellegű fejlesztések indultak el:

Peking, Kína – intelligens közlekedés felügyelet, időjárásfüggő forgalomirányítás

Tianjin, Kína – okosmérők installálása, kerületi fűtés menedzsment, metró használati rendszer

Guiyang, Kína – 4 millió ember fogyasztási adatainak valósidejű gyűjtése

Dallas, USA – vízrendszer monitorozása és optimalizálása, tömegközlekedési rendszer menedzselése

Houston, USA – víz- és villamos rendszer hatékonyságának növelése, városi épületek energiahatékonyságának növelése

Párizs, Franciaország – okos energetikai rendszer kerület szinten, energiahatékonyság növelés, automatizált rendszerek, megújuló energiák integrálása, elektromos autó töltőrendszer

Lion, Franciaország – alacsony- és középfeszültségű hálózat menedzsment, automatizálás energiacsúcsok csökkentésére

Madrid, Spanyolország – valósidejű adaptív forgalomirányítás 739 kereszteződésben, webalapú utazási információk

Barcelona, Spanyolország – szabályozó központok forgalomirányításra, kritikus épületekre, metróra

Rio de Janeiro, Brazília – víz- gáz- és elektromos rendszer monitorozása és optimalizálása

Oskarshamm, Svédország – 28 épület energiaoptimalizálása aktív szabályozással

Amszterdam, Hollandia – 10 000 háztartás bekapcsolása okos mérésbe, okos elektromos hálózat kialakítása, napelemtermelés integrálása

 Okosvaros2.jpg

„Okos” forgalomirányítás (forrás: amsterdamsmartcity.com)

A fejlődés gátjai

A nagy lehetőségek ellenére az okos városok és integrált rendszerek fejlődése elég lassan történik. Ennek különböző okai vannak:

1.       információhiány: bár vannak általános elképzelések, hogy a városok milyen kihívások elé néznek és az okos technológiák hogyan tudnak ezeken segíteni, jelenleg nem létezik működő példa ilyen teljesen integrált rendszerekre, így nincsen megbízható információ sem a költségekről, előnyökről, esetleges problémákról.

2.       koordinációs problémák: az előnyök jelentős része csak akkor fog jelentkezni, ha a rendszerek teljesen integrálva lesznek (pl. sokkal nagyobb lesz a résztvevő városlakók száma). A beruházások, fejlesztések nagysága és összetettsége miatt egy szolgáltató sem tudja a fejlesztéseket egyedül megcsinálni, itt a városvezetésnek kiemelt szerepe van.

3.       a városoknak nem érdekük, hogy „elsők” legyenek, inkább a bevált, bizonyított megoldásokat keresik.

4.       a beruházások nagyságára tekintettel országos és kormányzati programok kellenek.

5.       félelem a kötöttségtől: mivel a rendszereket csak néhányan fejlesztik a világon, a városok félnek, hogy egy-egy megoldás alkalmazása esetén nehéz lesz majd váltani, vagy egyenesen ellehetetlenül. Ilyen téren a nyitott szabványok alkalmazásának kiemelt szerepe lesz.

6.       adatbiztonság és magánélet védelme: az okos rendszerek több adatot fognak tárolni a felhasználókról, amely felveti ezen adatok biztonságos kezelését és tárolását.

Mindezek ellenére, az okos város koncepció óriási lehetőségeket rejt, mind szociálisan, mind gazdaságilag.

Energiamenedzsment

A városok energia felhasználása az előrejelzések szerint a közeljövőben el fogja érni a teljes fogyasztás 60-80%-át, az optimális energiafelhasználás tehát nagymértékben befolyásolni fogja az energiaigényt és a klímaváltozást.

A fűtési és hűtési igény alacsony széndioxid kibocsátású kielégítése is fontos, mivel ez használja fel az energia 30-50%-át. A növekvő fűtési igény ismét előtérbe állítja a (kerületi) fűtési rendszereket, amelyek jobban és rugalmasabban ki tudják használni a különböző energiaforrásokat, mint az egyéni fűtések. A fűtési hálózatok esetén sokkal könnyebb új energiahordozókra átállni, mint sok-sok egyéni fűtőrendszer esetén.

Az energia kontrollált felhasználása az okos város koncepció egyik lényeges eleme. Az informatikai infrastruktúra, az alacsony széndioxid kibocsátású járművek töltése, az alternatív hőszivattyúk mind megnövekedett villamos energia felhasználással járnak. Ez olyan fejlesztéseket igényel, hogy a villamos energia ott és akkor legyen használva, ahol és amikor szükség van rá. A megújuló energiaforrások (pl. nap, szél) megnövekedő szerepe pedig azt eredményezi, hogy bizonyos időszakokban túltermelés keletkezik, bizonyos időszakokban viszont kevés lesz. Ez azt igényli, hogy a felhasználás a kínálathoz igazodjon, különben a villamos hálózat instabillá válhat. Az „okos” technológiák csökkenthetik ezt a veszélyt, mivel az igények szabályozása intelligenssé válik (keresletoldali válasz, demand side response). Az okos rendszerek kialakításához pedig okos mérők (villany, gáz) telepítése szükséges. Az új rendszerhez új tarifálás is tartozik, amely ösztönzi a felhasználókat az energia optimális vételezésére, és ezzel a megtakarításra.

A városokban az átlagos fogyasztás a csúcsfogyasztás kb. 40%-a. Ha a csúcsfogyasztást az okos rendszerekkel csökkenteni lehet, akkor nem lesz szükség új, drága energiabetáplálási eszközökre és transzformátorokra.

A keresletoldali válasz és az energetikai rendszer optimális szabályozásához szükség lesz megfelelő helyi energiatárolókra, például túltermelés esetén. Ez a tárolás történhet akkumulátorokban, hő formájában, hidrogén előállításával, vagy egyéb mechanikai tárolókban (pl. sűrített levegő). Ezek a technológiák még nem teljesen kiforrottak, fejlesztésüket fel kell gyorsítani. Több országban, például Angliában, elkezdték a villamosenergia piac szabályozásának reformját, amely lehetővé fogja tenni a keresletoldali válasz és az energiatárolás jogi szabályozását 2020-ig.

Az okos város további innovációkat is igényelni fog a helyi energiatermelésben. Ezen a téren a napelem és a kombinált nap-hő rendszerek a legígéretesebbek. A szelektív hulladékgyűjtéssel elérhető, valamint parkokban keletkező biomassza is fontos energiaforrás lehet. Az ilyen és hasonló fejlesztéseket országos szinten is segíteni kell.

Az okos város villamosenergia rendszere

Az elosztóhálózat automatizálásának célja az energiaellátás megszűnésének megelőzése. Megfelelő monitorozással előre észlelhetők a problémák, amelyek kimaradást okozhatnak. Ha a hiba fellép, gyorsan izolálható és az energiaellátás visszaállhat gyors hálózat átkonfigurálással. A felügyeleti rendszerekkel a hálózat hatékonyan kihasználható, a zavarok hatékonyan megoldhatók. A távfelügyelet és távbeavatkozás révén csökken a kiszállások száma, ami időt takarít meg, és a környezetet is kíméli.

Az okos elosztóhálózat az igények változásával fejlődik, alakul. A fejlesztés lépésről lépésre történhet, a legsürgetőbb igényeket kielégítve először, és képes az elosztott energiatermelés igényeit is kiszolgálni. Átkonfigurálással az új nagyobb fogyasztók energiaigénye gyorsan biztosítható.

Az energiarendszer kihívásai

Metró- és villamoshálózat

A metróhálózat energiahatékonysága növelhető:

-          optimalizált energetikai tervezéssel (alállomás elrendezés stb.)

-          a szerelvények vezérlésének optimalizálásával (pl. sebesség, gyorsulás profilok)

-          flotta optimalizálásával (pl. menetrend)

Létező vonalaknál kisebb továbbfejlesztések és optimalizált menedzsment tudja növelni az energiahatékonyságot. A fékezéskor használható energia-visszatáplálás lényeges része lehet az energiamegtakarításnak, főleg sok emelkedővel és kanyarral kialakított pályák esetén.

A villamosenergia-rendszer és a hajtás jellege alapján a visszatáplált energia háromféle módon használható fel:

1.       másik metrószerelvény direkt táplálására azonos vonalon

2.       energiatárolóba vezetve a szerelvényben vagy az állomáson

3.       visszatáplálással a rendszerbe (amennyiben kétirányú energiaáramlás megengedett)

Ezek közül a legkönnyebben megvalósítható, különösen létező vonalak esetén, az állomásokon elhelyezett energiatárolás (pl. akkumulátorokkal). Ez a megoldás növeli a rendszerbiztonságot is (pl. a szerelvény elér a következő állomásig energiakimaradás esetén), csökkenti a csúcsigényt, növeli az energiaminőséget (feszültségszint, felharmónikusok). Az energiatárolók együttműködhetnek más energetikai rendszerekkel is (pl. elektromos autók töltése).

Elektromos autók töltőrendszere

Az autók elektromos töltése függ azok használatától, a rendelkezésre álló töltőhálózat típusától, elhelyezkedésétől. A különböző töltőknek különböző hatása van a villamos hálózatra, amely interferenciát okozhat más fogyasztókkal is. A töltőhálózatok kialakulásában nagy szerepe lesz a tömegközlekedésnek; a buszok elektromossá válása szükségessé teszi a megfelelő töltőhálózat kialakítását, amelyet később a magánautók is használhatnak.

A problémák megoldása és a megnövekedett energiaigény kiszolgálására új, dedikált villamos hálózat kiépítése válhat szükségessé, illetve olyan létező hálózat használata vagy átkonfigurálása, amelyben az újfajta energiafelhasználás hatása a legkisebb.

Nagy hatásfokú épületek

Az épületek optimális energiafogyasztása érdekében dinamikusan modellezni kell a terheléseket, a szabályozásaikat, figyelembe véve a várható fogyasztásokat és időjárási feltételeket. Az üzemeltetés során együtt kell működniük az intelligens egyedi szabályozóknak, az energiarendszer monitoringjának, a vészrendszereknek és az adattovábbító rendszereknek. Az épület energetikai menedzsmentje részt vesz a keresletoldali válaszban is, azaz biztonsági és minőségi okokból képesek a fogyasztásukat megváltoztatni (pl. a légkondicionálás időleges leállításával). A keresletoldali válasz stratégiája minden épületnél más és más.

Elosztott energiatermelés

A kis energiatermelő egységek (pl. napelemek) installálása a megváltozott jogi keretek miatt mára már pusztán pénzügyi kérdés, és teljesen független a hálózat energiaigényétől. Ugyanez a helyzet a kombinált hő-villamos erőműveknél, ahol az elsődleges szempont a hő biztosítása, és a keletkező villamos energia, amelyet nem használnak fel helyben, szintén a villamos hálózatba kerül betáplálásra. A kiserőművek együttműködése, szabályozása, a lehetséges energiatárolási formák meghatározzák azt, hogy a városi villamos hálózat hogyan tudja ezeket a (gyakran előre nem jelezhető) energiaforrásokat fogadni.

 Okosvaros3.jpg

Az „okos” város látképe (forrás: amsterdamsmartcity.com)

Integrált energiarendszer

Az integrált és optimalizált városi energiamenedzsment további eszközöket, fejlesztéseket is igényel:

-          új koncepcionális tervezőeszközök a komplexitás tudomány, kockázatelemzés területek bevonásával

-          a szolgáltatás optimalizálás és újrakonfigurálás terén új technológiák és berendezések kellenek

-          a hálózati sebezhetőség csökkentése

-          a rendszerek közötti és a rendszer-környezet közötti kapcsolatok, hatások analízisére szolgáló módszerek

-          az emberi tényező és szervezési kérdések vizsgálata az automatizált rendszerekben

 

Készítette: Dr. Farkas László

Forrás: http://www.mvmpartner.hu/

Címkék: HÍREK, MÉRÉS
http://wattmester.blogstar.hu/./pages/wattmester/contents/blog/31662/pics/lead_800x600.jpg
HÍREK,MÉRÉS
Feliratkozás blogértesítőre

Ha mindennap szeretnél értesülni a legfrissebb bejegyzésekről, akkor iratkozz fel a blogértesítőre.

Feliratkozom

Hozzászólások

Ezeket a cikkeket olvastad már?