Segít áramszünetben a sok szélkerék

Egyetlen nagy erőmű helyett sok kis alközpontból építenének újfajta áramhálózatot német tudósok nap-, szél- és biogázerőművekkel. Ezzel megelőzhetővé válnak a fővezetékek sérülése miatt beálló országos áramkimaradások.

Amennyiben a nap-, szél- és biogáz-erőműveket rákötjük a villamos hálózatra, azzal sűrűbbé tehetjük a rendszert, amivel egyenletes teljesítmény szolgáltatására lesz képes vészhelyzet esetén is. A decentralizálás előnyeivel eddig is tisztában volt a szakma, de megoldatlan volt az energiaforrások szinkronizálása a fogyasztókkal. Mintha egy zenekar éléről hiányzott volna a karmester - szemléltetik elképzelésüket a német Max Plack Társaság kutatói.

A fél országokat ellátni képes óriás erőművek helyett és mellett terjednek a kiserőművek. Az áramhálózat a korábbi csillagszerű architektúrából mindinkább halászhálóra emlékeztető rendszerré alakul. A társaság Göttingenben működő Dinamika és Önszerveződés Intézetében elsőként modellezték országos méretben ilyen energiahálózat működését. Marc Timme és Dirk Witthaut jelesül az Egyesült Királyság hálózatán igazolta számítógépes modellekkel, hogy a kiserőművek és a fogyasztók képesek az önszerveződésre.

Az okos hálózatba feltöltött villamos energiának köszönhetően nem fenyeget teljes rendszerleállás egy-egy összekötő vezeték sérülése esetén, hiszen az áram kerülő úton, más alközpontok bekapcsolásával továbbítható az adott fogyasztási helyig. Ezeket az alközpontokat pedig legésszerűbb megújuló energiaforrásokra alapozni. "Eddig attól féltünk, hogy gyakrabban lesz áramszünet a sok kis erőművel ellátott hálózatokban. Vizsgálatunk pont az ellenkezőjét bizonyítja" - mondta Witthaut.

Átalakuló hálózati mintázat

Mi történik egy központosított hálózatban, ha megsérül az egyik összekötő vezeték? A rendszer elemei a túlterhelés miatt egymás után állnak le, mint ahogy a dominó kockái dőlnek el. Ez történt 2006-ban, amikor egy észak-németországi vezeték lekapcsolása után fél Európa áram nélkül maradt. Idén július 30-án 670 millió ember maradt áram nélkül India húsz szövetségi államában. A decentralizált, sűrű hálózatban viszont a sok vezetéken megoszlik a megnövekedett terhelést.

Ám az újfajta hálózat sem képes minden problémát kiküszöbölni. Az egy időben jelentkező áramigénnyel (például ha több ezer háztartás egyszerre kapcsolja be a légkondicionálót) jobban megbirkóznak a nagy erőművek, amelyek képesek pufferolni a hullámzó fogyasztást. Forgó generátoraik több mozgási energiát tárolnak, ezzel pedig kiegyenlíthetők a hálózati ingadozások. Ezzel szemben a sűrű hálózatnak gondot jelenthet az egyidejű terhelés, részben az áramtermelés szakaszossága miatt (éjszaka vagy szélcsend idején) - ismerték el tanulmányukban a kutatók.

A hálózatbővítés csapdája

Nagy feladatot jelentett a szimuláció tervezése során, hogy az új összekötő vezetékek csökkentik az egész hálózat átviteli képességét. Ezt az ellentmondást Dietrich Braess német matematikus írta le 1968-ban, róla nevezték el Braess-paradoxonnak, és a közlekedési úthálózatokra alkalmazták eddig. Marc Timme és Dirk Witthaut azonban az energiatovábbítás tekintetében is érvényesnek találta.

Egy új út elkerülő építése ugyanis nem feltétlenül növeli a hálózatban közlekedő járművek sebességét. Az új út nagyobb áteresztőképessége több sofőrt vonz. Így aztán az autók dugót okoznak, amint az úthálózat régebbi, kisebb forgalomra méretezett, palacknyakhoz hasonlóan szűkülő részén. Ez kimutatható a decentralizált, sűrű hálózatoknál: az új vezetékek éppenséggel megakaszthatják a hálózati terhelés kiegyenlítődését, ami szerencsére körültekintő tervezéssel és teszteléssel megelőzhető. A német kutatók most matematikai modelljük tökéletesítésén dolgoznak, hogy a szimuláció az időjárás okozta ingadozást is figyelembe vegye az alternatív energiaforrások esetében.

Az elektromos hálózatok tervezése során harmóniát kell kialakítani. Az egyes áramtermelőket (alternatív generátorok) és -fogyasztókat (háztartási berendezések) ugyanis azonos frekvenciára kell hangolni, méghozzá a vezetékhálózatban mérhető 50 Hertzre. A nagy erőművek szinkronban vannak a hálózattal, akárcsak a hálózatra csatlakozó mosógépek, hűtőszekrények és egyéb fogyasztási egységek, megelőzendő a rövidzárlatokat és a túlterhelés miatti vészleállásokat. (A világ túlnyomó részén ez az elfogadott hálózati frekvencia.)