Razvoj e-mobilnosti narekuje okrepitev omrežja

Energijski prehod predvideva energijsko prihodnost, ki bo temeljila na razogljičenju, decentralizirani proizvodnji in množični elektrifikaciji oziroma rabi elektrike kot glavnega energenta v prometu in ogrevanju. O tem podrobneje govori tudi pred kratkim izdelana študija o vplivu množične elektrifikacije osebnega prometa in ogrevanja na razvoj distribucijskega omrežja, o kateri smo se pogovarjali z Vladimirjem Maukom, direktorjem tehniškega sektorja družbe SODO.

Vladimir Mauko je leta 1996 diplomiral na Fakulteti za elektrotehniko, računalništvo in informatiko v Mariboru. Leta 1996 se je zaposlil v družbi Elektro Maribor, kjer je dvanajst let pridobival izkušnje na področju načrtovanja in razvoja elektrodistribucijskega omrežja, na področju priključevanja uporabnikov in urejanja prostora. Sodeloval je v različnih projektih, med drugim tudi pri uvajanju prostorskih informacijskih sistemov v poslovanje družbe Elektro Maribor. Med letoma 2005 in 2007 je v tej družbi vodil oddelek razvoja. 

Leta 2007 se je zaposlil pri sistemskem operaterju distribucijskega omrežja, SODO, kjer je bil odgovoren za področje razvoja, investicij in načrtovanja elektrodistribucijskega omrežja. Leta 2013 je prevzel mesto direktorja tehniškega sektorja v tej družbi.

Kateri dejavniki bodo vplivali na razvoj distribucijskega omrežja v prihodnjem obdobju?

V prihodnosti pričakujemo integracijo večje količine energije iz razpršenih proizvodnih naprav, priključenih v distribucijsko omrežje na strani proizvodnje, množično elektrifikacijo ogrevanja v smislu povečanja priključenih toplotnih črpalk in množično elektrifikacijo osebnega prometa na strani odjema, aktivno sodelovanje uporabnikov, ki nastopajo v vlogi odjemalca in proizvajalca, ter druge nove tehnologije, kot so hranilniki energije in virtualne elektrarne. Pomembni bodo upravljanje velike količine podatkov in aktivno sodelovanje s sistemskim operaterjem ELES ter izmenjava podatkov s posameznimi udeleženci na trgu električne energije. Upravljanje naprednega distribucijskega sistema je tesno povezano z novimi storitvami, ki bodo prilagojene uporabnikom sistema, in jim bodo omogočile aktivno vlogo. Koncept dolgoročnega načrtovanja razvoja in obratovanja bo po eni strani treba prilagoditi novim razmeram, ki jih narekuje prihajajoče obdobje energijskega prehoda v smislu obvladovanja stroškov in zanesljivega obratovanja, po drugi strani pa nujnega investiranja v distribucijski sistem.

Kaj je narekovalo izdelavo študije o vplivu množične elektrifikacije osebnega prometa in ogrevanja na razvoj distribucijskega omrežja?

Čeprav je število električnih vozil danes še dokaj majhno, je v prihodnosti glede na napovedi o postopni izenačitvi nabavne vrednosti in stroškov v celotni življenjski dobi med električnim vozilom in vozilom na klasična goriva mogoče pričakovati večjo rast vozil na električni pogon in števila polnilnih mest. Predvsem so lahko problematični posamezni deli podeželskega nizkonapetostnega omrežja in urbana območja s koncentriranim odjemom, kjer so priključeni odjemalci z večjo kupno močjo. Z vidika obvladovanja in ugotavljanja vpliva uresničevanja aktualne energetske politike, predvsem množične elektrifikacije osebnega prometa in ogrevanja s toplotnimi črpalkami na elektrodistribucijski sistem, smo se odločili za izdelavo študije z zunanjim izvajalcem Elektroinštitutom Milan Vidmar. Osredotočili smo se predvsem na nizkonapetostno omrežje, kamor se bo priključevala večina dodatnega odjema in kjer bodo nastajala dodatna bremena. Študija obsega analize, razmere v omrežju in dodatne obremenitve v omrežju do leta 2030 in naprej.

Katere ključne ugotovitve in ocene prinaša omenjena študija?

Študija je izdelana ob upoštevanju sprejete Strategije na področju razvoja trga za vzpostavitev ustrezne infrastrukture v zvezi z alternativnimi gorivi in Uredbe o samooskrbi z električno energijo iz obnovljivih virov. Upoštevan je tudi rastoči trend ogrevanja s toplotnimi črpalkami, podprt s subvencijami iz Eko sklada. Na splošno študija sledi energetski politiki, ki predvideva elektrifikacijo prometa s ciljem doseganja ničelnih izpustov CO2. Ob množični elektrifikaciji prometa in ogrevanja pričakujemo povečanje konične obremenitve v omrežju, na katero pa vplivajo različni dejavniki, kot so število polnilnih mest za električna vozila, diagram in moč polnjenja, istočasnost polnjenja, lokacija in priključne točke v distribucijski sistem, temperaturna odvisnost in obratovalne razmere v lokalnem omrežju. V primeru mrzlega zimskega dne lahko pričakujemo povečanje konične obremenitve posameznih individualnih gospodinjstev z današnjih 5 kW na okrog 15 kW. 

Ob upoštevanju istočasnosti rabe električne energije lahko pričakujemo nekoliko nižjo obremenitev pri okrog 10 kW. Omrežje ni načrtovano in zgrajeno za take obremenitve oziroma za tako rabo električne energije. Z večanjem omenjenih vplivov bo najprej treba širiti in okrepiti nizkonapetostno omrežje, nato še srednjenapetostno omrežje in transformacijo 110 kV/SN. Pri tem bo zelo pomembno aktivno upravljanje omrežja, kar med drugim pomeni tudi nadzorovano polnjenje električnih vozil in prilagajanje odjema, s čimer bo mogoče optimalno izkoriščati dane zmogljivosti. V končni fazi tudi ti ukrepi ne bodo prispevali dovolj, da bi se lahko izognili intenzivnejšim vlaganjem v širitve nizko- in srednjenapetostnega omrežja, kot jih izvajamo zdaj. Seveda bodo pri dinamiki uporabe električnih vozil in toplotnih črpalk imeli veliko vlogo tarifna politika, cene električne energije, subvencije, uporabniška izkušnja, odziv proizvajalcev avtomobilov na zahteve uporabnikov in še kaj.

Se morda trenutno v omrežju pojavljajo težave s priključevanjem polnilne infrastrukture ali toplotnih črpalk?

Trenutno zaradi polnilnic za električna vozila ni večjih negativnih vplivov ali preobremenitev. Morda je bilo kje treba ojačati posamezni priključek v distribucijski sistem. Po naši oceni se bodo vplivi na sistemu pokazali, ko bo nad 20 do 25 odstotkov vseh vozil v državi na električni pogon in bodo za polnjenje uporabljali energijo neposredno iz distribucijskega omrežja, torej ne iz lastne proizvodnje. Po drugi strani se v nekaterih delih lokalnega nizkonapetostnega omrežja srečujemo s problematiko povečanih obremenitev zaradi obratovanja toplotnih črpalk, pri katerih ocenjujemo, da njihov delež danes vključuje okrog 3 odstotke vseh gospodinjstev v Sloveniji. Prav tako toplotne črpalke za delovanje zahtevajo izpolnitev merila glede referenčne impedance v točki priključitve, ki je pogojena z dolžino omrežja in presekom vodnikov, to pa je problematično predvsem v podeželskem omrežju.

Kolikšen obseg vlaganj je predviden glede potrebne okrepitve nizkonapetostnega omrežja?

Potrebna vlaganja v infrastrukturo za distribucijo električne energije in razvojne usmeritve v naslednjem dolgoročnem obdobju smo opredelili v zadnjem desetletnem razvojnem načrtu distribucijskega sistema za obdobje 2019 do 2028. V njem smo upoštevali tudi zaključke predmetne študije glede povečanja obremenitev v sistemu. S tako imenovano »razširjeno različico« smo predvideli večji obseg vlaganj v skupnem obsegu 35 odstotkov glede na osnovno različico z najintenzivnejšim vlaganjem v nizkonapetostno omrežje, ki smo ga zvišali za 55 odstotkov.

S katerimi ukrepi naj bi v prihodnje obvladovali razvoj množične uporabe električnih vozil, da bi se izognili preobremenitvam v omrežju?

Ključna bo zagotovitev dovolj robustnega omrežja, ki bo zmožno pokrivati potrebe. Dolgoročno bo treba začeti z načrtnimi ojačitvami nizkonapetostnega omrežja in zamenjavo distribucijskih transformatorjev. V naslednji fazi bo treba vlagati v srednjenapetostno omrežje in transformacijo 110/20(10) kV. Kljub vsem ukrepom, ki jih izvajata in predvidevata družba in politika na področju energetske in okoljske problematike, še vedno obstaja določena negotovost pri scenarijih razvoja množične uporabe električnih vozil tako glede obsega kot časovne dinamike. S tega vidika bi lahko kratkoročno obvladovali povečane obremenitve v sistemu z nadzorovanim polnjenjem. Ugotovitve v primerih polnjenja električnih vozil brez in z uporabo nadzornega sistema polnjenja nazorno kažejo, da se z nadzorovanim polnjenjem lahko delno izognemo preobremenitvam v omrežju. 

Ob zavedanju, da se bo večala uporaba električnih vozil in tudi razpršenih proizvodnih virov električne energije, bo distribucijski operater moral obvladovati ogromno količino informacij in podatkov, ki jih bo pridobil pri merjenju električne energije s strani pametnih vmesnikov za potrebe nadzora polnjenja, za potrebe nadzora nad proizvodnjo iz razpršenih virov in zaščitne naprave v omrežju. To pomeni prehod v aktivno upravljanje distribucijskega sistema, ki ima za posledico povečanje operativnih stroškov, hkrati pa na drugi strani omogoča, da se distribucijski operater izogne nekaterim stroškom investicij ali investicije časovno zamakne.

Kaj bo v prihodnje treba nadgraditi ali spremeniti, da bo mogoče delovanje distribucijskega sistema v sodobnih razmerah, še zlasti v primeru množične elektrifikacije osebnega prometa in ogrevanja?

Priključevanje in zagotavljanje ustreznih zmogljivosti v distribucijskem omrežju je ena od osnovnih nalog distribucijskega operaterja pri izvajanju GJS. Ključni dejavnik načrtovanja omrežja bo še vedno konična moč na točki odjema iz distribucijskega sistema v danem trenutku. Glede na nove dejavnike bo več pozornosti treba nameniti istočasnosti rabe energije, tako z vidika samega polnjenja električnih vozil z različnimi diagrami polnjenja kot za določanje skupnega vpliva odjemalčevih naprav na omrežje. Obravnavati bo treba različne tipe uporabnikov z njihovim prispevkom k povečanju odjema in možnosti njihovega prilaganja rabe električne energije. Z vidika uporabe omrežja je in bo v prihodnosti še bolj pomembno, da vsi uporabniki pravično in sorazmerno prispevajo k pokrivanju stroškov za delovanje elektroenergetskega sistema. Pričakovati je treba, da bo imel operater zaradi obvladovanja vseh novih dejavnikov višje stroške delovanja (operativni stroški), čemur pa bo morala slediti tudi zakonodaja.