2013. március: innováció, jegyzet, portré, tudomány, nanotechnológia, anyagtudomány, elektronika, paragrafus, egyetem, atomenergia, építés, it, fenntarthatóság, zöldkörnyezet
2013. március 6.

Szerző:
Bogdán Zoltán

Posztmodern életünk alapja: az elektrotechnika

A hétköznapi embert ritkán hozza izgalomba egy-egy erősáramú elektrotechnikai hír, pedig könnyen belátható, hogy megbízható áramszolgáltatás nélkül összeomlana az ország megszokott élete. Ha egy totális áramkimaradás miatt nem működnének az elektromos berendezések, nem lenne mobiltelefon-, internet-, víz- és gázszolgáltatás, a benzinkutaknál sem lehetne tankolni, akkor persze lenne médiafigyelem, de ebbe jobb, ha bele se gondolunk. Dr. Dán Andrást, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamos Energetika Tanszékének egyetemi tanárát a hazai elektrotechnika helyzetéről és arról kérdeztük, miként lehet megelőzni, hogy szükség legyen a vészforgatókönyvekre.


A nálunk jóval fejlettebb USA-ban vagy Olaszországban rémtörténeteket tudnának mesélni az országos energiarendszer részleges vagy totális összeomlásáról, de szerencsére nálunk az elmúlt évtizedekben nem volt hasonló havária. Ennyire megbízható a rendszerünk, vagy ennyire jók a magyar szakemberek?
– Is-is. Sokan, sok területen joggal szidják a szocialista rendszert, de azt el kell mondani, hogy a 25-30 évvel ezelőtt kialakított villamosenergia-hálózati védelmi rendszer még mindig megbízhatóan működik. Azokban az időkben folyamatosan kapacitáshiány-problémákkal küszködtünk, így érthető volt, hogy mindent túlbiztosítottunk. Az alaphálózati fő elemek, az erőművi blokkoktól a nagy transzformátorokig, gyakorlatilag duplikálva voltak. Ez persze nemcsak hazánkra, de az egész KGST-re is igaz volt. Magyarországon az elmúlt évtizedekben volt ugyan kimaradás néhány kisebb körzetben, de nagyobb összeomlás nem fordult elő. Az már más kérdés, hogy ez a rendszer éppen mostanában kezd elöregedni a még dolgozó – remélem, nem sértem meg őket –, nagyon tapasztalt, nagyon sokat tudó kollégákkal együtt.

A köznyelvben az elektrotechnika fogalma felölel szinte minden olyan gépet, eszközt és berendezést, amely villamos energiával működik.
A szaknyelv villamos energetikának nevezi a villamos energia elő­állításával, továbbításával és felhasználásával foglalkozó tudományterületet. Idetartoznak az erőművi generátorok, a transzformátorok, az erősáramú kábelek, elektromos hálózatok, kapcsolóberendezések, fogyasztói berendezések, tehát gyakorlatilag mindaz, ami egy erőmű turbinája és a fogyasztó között megtalálható.

Majd jönnek a fiatal szakemberek a szuper számítógépeikkel, és megoldanak minden problémát…
– Ezt a kérdéskört úgy szoktam felvezetni MSc-s hallgatóimnak, hogy valamikor diszpécserek dolgoztak a legfontosabb helyeken, ma pedig szenzorok. Csak egy a probléma: a diszpécserek gyakran megbízhatóbbak voltak, mint a mai érzékelők. Ennek nagy része humor, de így szeretném felhívni a figyelmüket arra a nagyon is komoly szakmai ellentmondásra, amely akár óriási károkat is okozhat egy gazdaságban: az alaphálózati villamosenergia-rendszerek megbízhatósága „7-8-9 kilences”, vagyis körülbelül 99,99999999 százalék az esélye annak, hogy minden tökéletesen működik, a szenzorok megbízhatósága pedig nagyságrendekkel kisebb. És mégis vakon meg kell bíznunk az általuk továbbított jelekben, hiszen a jelenlegi rendszerben egyszerűen nem tehetünk mást. De nekünk, villamosenergia-rendszer mérnököknek kötelességünk felkészülni arra a nagyon kellemetlen, extrém esetre is, amikor egy meghibásodott szenzor netán hibás adatokat juttat el hozzánk.

Gondolom, az ellenőrző rendszer rögtön észleli a szokatlan, rossz adatot, és jelzi a még létező diszpécsereknek, hogy valami probléma van…
– Ez így igaz, csak honnan tudja a diszpécser, hogy a szenzor romlott el, vagy tényleg jogos a hibajelentés, és nem kell felülbírálni? Nem akarom fárasztani az olvasókat a kaszkád hiba és kapcsolás szakmai részleteivel, de mire a „humánszféráig” eljut a probléma, az automata rendszer – a nagyobb gondokat megelőzendő – már le is kapcsolta a hálózatot, és akár a fél ország sötétségbe borulhat.

Ekkor jön a diszpécser, és egy mozdulattal ismét feléleszti a rendszert, és a fél ország folytathatja megszokott életét. Csak pár perc telt el…
– Szép is lenne, ha egy országos energiahálózat úgy működne, mint egy számítógép: meghalt a Windows, restart, és két perc múlva már folytatjuk is tovább. Egy nagy hálózati összeomlás után hosszú órákba, napokba, sőt akár egy hétbe is beletelhet, amíg visszaállítható a rendszer. Itt olyan fizikai, technikai korlátok vannak, amelyeket nem lehet figyelmen kívül hagyni. A hihetetlen méretű gazdasági károkat pedig, azt hiszem, nem is kell részletezni…

Kellene egy országos méretű szünetmentes tápegység, és akkor sok problémát meg tudnánk oldani…
– Bár humornak szánta, de rátapintott a magyar energiaszolgáltatás egyik leggyengébb pontjára: az energiatároló kapacitásaink hiányára. Ismét nem szeretnék elmerülni a szakmai részletekben, de országos szinten az energia tárolásának a legegyszerűbb és leggazdaságosabb módja az úgynevezett szivattyús energiatározó vízerőmű. Éjjel, amikor kicsi a fogyasztás, a lenti víztározóból a fentibe szivattyúzzák a vizet, csúcsidőszakban vagy különleges események idején pedig egy vízturbinán keresztül leengedik, villamos energiát termelve. A rendszer hatásfoka meghaladja a 70 százalékot, tehát egészen elfogadható, de sajnos Magyarországon egy ilyen erőművet bizonyos gazdasági és politikai okok miatt nem lehet megvalósítani – pedig elődeink már a harmincas években megterveztek egy hasonlót a Dunakanyarban, a Prédikálószéken.

A modern ipari üzemekben, biztonságilag kényes in­tézményekben, irodákban azért – gondolom – igen nagy erőfeszítéseket tesznek a szünetmentesség biztosítására. Ezek mögött van valami gyökeresen új energiatárolási módszer, rendszer?
– A szünetmentes vagy viszonylag szünetmentes energiaellátás évtizedes érthető cél, manapság már létezik ezen a téren néhány forradalminak nevezhető új találmány és berendezés. A szinte minden irodában megtalálható szünetmentes „backup” tápegységek nem tartoznak ide, ezek általában a jól bevált, gondozásmentes ólom­akkumulátorokra építenek, mostanában cserélik le őket lítiumionosra. Ahol pedig huzamosabb ideig nagy teljesítményre van szükség, ott még mindig a régi, dízelmotorral hajtott generátorokat alkalmazzák. Az egyik új irány az úgynevezett „szuperkondenzátor”, amelyben a tárolható energiasűrűség más kapacitások több százszorosa vagy ezerszerese, rövid idő alatt nagy energiamennyiséget tud felvenni és leadni. Még ennél is érdekesebb megoldás az úgynevezett szupervezetős mágneses energiatároló (SMES), amelyet általában olyan termelőüzemekben használnak, ahol még a más megoldásoknál előforduló néhány tizedmásodperces áramszünet is súlyos károkat okoz. A folyékony nitrogénnel mínusz 150 fokra hűtött, USA-ban készült berendezés természetesen nem olcsó, de néhány másodpercig tökéletesen áthidalja a feszültségkieséseket vagy -letöréseket.

Magyarország akár fejlesztői, akár gyártói oldalon szereplője lehet ezeknek az új folyamatoknak?
– Nem könnyű erre válaszolni, hiszen azok a legendás idők már rég elmúltak, amikor a világ legnagyobbjai is összerezzentek, ha meg­hallották, hogy a Ganz is elindul egy pályázaton, viszont a termelő­kapacitásaink egy része még megvan, csak más néven fut. Ez egyébként nem meglepő Európában, ahol tulajdonképpen csak három óriás maradt talpon – az Alsthom, az ABB és a Siemens. Azonban sok olyan fejlesztőintézetről tudok, ahol többek között a mi volt hallgatóink dolgoznak itt Budapesten, de a cég központja esetleg egy másik kontinensen van, a gyártás pedig egy harmadikon.

És tud olyan hazai kis- és középvállalkozásról, amely beszállít a nagyoknak?
– Nagyon kevés ilyet ismerek, ezek jelentős része is igen rossz helyzetben van, hiszen a kedvezőtlen befektetési környezet miatt a közeljövőben nem várható új erőművek építése, és a felújításokat is elhalasztják. Nincs hová, és nincs mit beszállítani. Egy pozitív hazai példát azért mindenképpen meg kell említeni. Az alapvetően hajtástechnikával foglalkozó magyar Procon Kft. cég kifejlesztett egy speciális tápegységet, amely lítiumion akkumulátorra alapozva képes két órán keresztül 500 kilowattot leadni. Ez nemzetközileg is elismerésre méltó teljesítmény.

Az erőművi turbináktól a fogyasztókig tartó szakaszon is vannak ilyen nagy jelentőségű újdonságok?
– Az előbb már volt szó a nagy számban elszaporodott szenzorokról. Ezek természetesen nemcsak potenciális veszélyforrások, de nagyban elősegítik a munkánkat. Egy alállomási transzformátort például a régi időkben négy-öt évenként meg kellett bontani, hogy kiderüljön, milyen állapotban van, meddig bírja még felújítás nélkül. A rengeteg beépített szenzornak és egyéb elektronikának köszönhetően jelenleg már online módban hihetetlen mennyiségű információt tudunk a berendezésről, így az anélkül is tovább működhet, hogy hozzányúlnánk. Egyébként általánosságban is egyre intelligensebbek a rendszerek, a gyengeárammal és elektronikával foglalkozó kollégák teszik a dolgukat. Ma már magától értetődik, hogy EMS és SCADA rendszerekkel dolgozunk, hogy számítógépes alapon működnek az alállomási kapcsolórendszerek vagy megjelenítők. Azért a profi ipari szoftverek készítésébe időnként mi, erősáramúak is bekapcsolódunk, mert azt sem árt meghatározni, hogy mit is mérjen, érzékeljen az a rengeteg szenzor. A hangsúly persze soha nem a műszaki újdonságokon, hanem az ellátás folytonosságán, biztonságán van.

Szakemberek szerint a jövő egyértelműen az okos hálózatoké. Kevesen ismerik önnél jobban a témakört, hiszen ezzel kapcsolatos „iskolát” is működtet a tanszéken. Mi is tulajdonképpen az a „smart grid”?
– A klasszikus váltóáramú hálózat több mint százéves, és annak is fél évszázada már, hogy ezek a hálózatok országokat kötnek össze. Kiderült, hogy a hatalmas erőművekre épülő régi modell a piaci környezetben nem folytatható, mert a privát szféra nem hajlandó olyan lassan megtérülő beruházást finanszírozni, mint a nagy erőművek. Előtérbe kerültek a gyorsan megtérülő kiserőművek, amelyek egyúttal a lakossági hőszolgáltatást is ellátták, így a figyelem az elosztott energiatermelés felé irányult. Az információs és kommunikációs technológiák fejlődése elősegítette, hogy az „okos mérők” segítségével egyre több, pontosabb információhoz juthassunk a szolgáltatók teljesítményéről és a fogyasztók szokásairól, ami lehetővé teszi a hálózatok jobb kihasználását. A 21. században pedig felmerült az a speciális igény is, hogy a kiserőművek mellett a megújuló energiaforrásokat is integráljuk a hálózatba, illetve hogy ezeket az új típusú hálózatokat az eddigieknél jobban védjük az esetleges terrortámadásoktól. Ha majd mindezt megvalósítottuk egyetlen hálózatban, akkor jöhet létre az úgynevezett „smart grid”.

Tehát ez még nem a jelen, inkább a jövő?
– Igen, ez még egy fejlődő technológia, amelynek még a gazdagabb államokban is csak részei, részegységei működnek, itthon pedig még csak a kezdeti lépéseknél tartunk. Kísérleti jelleggel kihelyeztek néhány ezer okos, kétirányú kommunikációra alkalmas árammérőt a háztartásokba, de képzeljük el, mennyibe kerülne, ha hárommilliót kellene legyártani és hálózaton felszerelni. Ki fizetné meg mindezt?

Úgy tűnik, az okos hálózatba integrálható megújuló erőforrások – szél-, nap-, biogáz és geotermikus erőművek – terén is nagy az elmaradásunk a nyugati államokkal szemben. Ön igazán jól ismeri ezt a problémakört, hiszen néhány hónappal ezelőtt a Gábor Dénes Energetikai Nemzeti Díjat egyebek között „az első hazai tervezésű kisszeles, háztartási méretű szélerőmű villamos berendezéseinek tervezésében és üzembe helyezésében nyújtott alkotó közreműködéséért” kapta…
– Akkor maradjunk is a szélturbináknál, hiszen ebben a témakörben egy kicsit tényleg otthon vagyok. Egyes nyugati országokban hihetetlen mennyiségi és minőségi fejlődés történt a szélerőművek terén, ma már az energiafogyasztásuk 10-30 százalékát ilyen forrásokból fedezik, és az arány egyre nő. Szakmai szemmel egészen elképesztő mondjuk a skót vizekre telepített, úgynevezett „offshore”, tehát parti, part menti szélerőműparkok látványa és technikai megvalósítása. Mondhatnánk, könnyű nekik, mert ott mindig erős szél fúj. Ez persze csak részben igaz, hiszen ott is vannak szélcsendes és viharos napok, amikor ugye a turbinák használhatatlanok, másrészt pedig a beruházás ott is hatalmas összegekbe kerül, és a rendszer­integráció technikai problémáit is meg kell oldani. Ott viszont még azt is elfogadják, hogy az így termelt áram jóval drágább, mintha szén- vagy atomerőműben állítanák elő, pedig a brit fogyasztók sem mindig környezettudatosak, ha a pénztárcájukról van szó.

Ezzel szemben nálunk…
– Hazánkban kétszer annyiba kerül egy kilowattóra „széláram”, mint amennyiért Pakson előállítják. Kérdés, hogy a különbséget ki állja, illetve ki hajlandó ma olyan lassan megtérülő beruházásokba pénzt fektetni, mint például egy atomerőmű. Másrészt pedig Magyarországon – mint említettem – nagy gondot okoz az energiatároló kapacitások hiánya, enélkül pedig egy időszakosan működő, nagy teljesítményű szél- vagy naperőműparkra nem lehet komolyabban alapozni.

Az önök „kisszeles” erőműve ott Gödöllő mellett legalább vígan termeli az áramot?
– Termelné, ha nem lopták volna szét az egészet. A beruházó a 24 órás őrzést már nem tudta megvalósítani, s mivel a szélkerék érthető módon nem a város közepén volt, a csatlakozóállomást és a gépházat egy éjszaka vandál módon feltörték. Minden mozdítható alkatrészt elvittek belőle, még a transzformátorolajat is. A lapátokat is valószínűleg csak azért hagyták ott, mert 36 méter magasan vannak, és különben is műanyagból készültek.•

Felvillanyozott utódok
A Magyar Elektrotechnikai Egyesületet (MEE) 1900-ban – többek között – olyan világhírű tudósok alapították, mint a transzformátort feltaláló Déri Miksa, Bláthy Ottó és Zi­per­now­sky Károly, illetve a vasút-villamosítás úttörője, Kandó Kálmán. A MEE ma közel ötezer tagjával és száz pártoló vállalatával az egyik legnagyobb független szakmai, közhasznú társadalmi szervezet. Az egyesület legfontosabb célja a hazai elektrotech­nika színvonalának emelése, illetve a szakma érdekképviselete.
Ezenkívül van még egy igen fontos feladata is: fiatal szakemberek támogatása a maga sajátos eszközeivel, illetve a pályaválasztás előtt állók érdeklődésének felkeltése az elektrotechnika iránt.

A MEE tehetségkutató és -gondozó tevékenységét Günthner Attila, az egyesület irodavezetője ismertette. Elmondta, hogy a fiatalokkal való foglalkozás alapvetően három szálon fut.
A már a szakmában dolgozó vagy felsőoktatásban pallérozódó fiatalokat a 2010-ben alakult Mechwart András Ifjúsági Társaság tömöríti. Életkoruknál fogva ők nagyon jól megértik egymást, az egyesületnek az a legfőbb feladata, hogy a sajátos érdekeiket képviselje, illetve hogy összehozza őket a gazdasági élet szereplőivel, a mértékadó cégekkel, ami mind a két félnek gyümölcsöző lehet.

A másik szál a kiemelkedő végzős hallgatók díjazása. A MEE Elektrotechnikai Alapítványa minden évben pályázatot hirdet az erősáramú elektrotechnika területén diplomatervet, szakdolgozatot készítő MSc és BSc hallgatók számára. A komoly szakmai zsűri által legjobbnak ítélt fiatalok pénzjutalmat kapnak, de legalább ekkora jutalomnak számít, hogy a nyertesek pályamunkái megjelennek az Elektrotechnika című szaklapban, illetve a szerzők előadást tarthatnak a MEE által szervezett szakmai konferenciákon.

Az egyesület legújabb kezdeményezése a Hobbim az elektro­technika című pályázat, amelynek célkitűzése elsősorban a továbbtanulás előtt álló tehetséges középiskolások felfedezése, díjazása és a szakma figyelmének felhívása. 2011-ben írták ki először ezt a pályázatot, és meglepően nagy volt az érdeklődés, sokan küldték be saját fejlesztésű, sufniban gyártott, néha egészen magas színvonalú „kütyüjeiket”. 2012-ben némileg módosítottak a kiíráson, külön kategóriába kerültek a diákok és a munkavállalók, de a lényeg nem változott: saját ötleteket, házilag megvalósított érdekes elektrotechnikai fejlesztéseket kértek és kaptak a szervezők. Ismét igen sokan érezték úgy, hogy szeretnék megismertetni a világgal a termékeiket, az elektromos Trabanttól a miniszélturbináig.

A fiatal győztesek elegáns környezetben vehették át a százezer forintos díjakat és mutathatták be termékeiket. A Magyar Elektrotechnikai Egyesület ugyanis – hagyományaihoz híven – 2012-ben is megrendezte a villamos szakma egyik legrangosabb eseményét, a Vándorgyűlés és Kiállítást. A Budapest Kongresszusi Központban mintegy 700 résztvevő tapsolt a „hobbis” és a „diplomás” győzteseknek. Őket már valószínűleg nem kell meggyőzni arról, hogy érdemes villamosmérnöknek tanulni. A rendezvényen minden alkalommal részt vesz a szakma elitje, akiket viszont remélhetőleg arról sikerült meggyőzni, hogy megtérülő befektetés lehet a MEE fiatal felfedezettjeit foglalkoztatni – és ezzel a pályázatok el is érték a céljukat.
 
Innotéka