2014. március: jegyzet, portré, agykutatás, tudomány, nanotechnológia, megújuló energia, atomenergia, innováció, közlekedés, biztonságtechnika, egyetem, ipari automatizálás, elektronika, it, paragrafus, zöldkörnyezet
2014. március 5.

Szerző:
B. Szabó Edina

Smart Energy

Évek óta vezető téma az okos energia, nem csupán a környezetvédelem, de a várostervezés és az IT ipar szakemberei körében is. Tisztázzunk néhány fogalmat, elsőként magát az „okos energia” kifejezést!


Okos energia = megújuló energia?

Nos, nem. Hajlamosak lehetünk azt gondolni, hogy a két fogalom ugyanazt takarja, pedig az egyik – nevezzük így – terméket, a másik korszerű felhasználási módot jelent. A megújuló energiaforrások biztosíthatják fenntartható fejlődésünk alapját, hiszen olyan természetes forrásokról van szó, amelyek kinyerésével nem rombolunk, ezek egyszerűen csak „vannak”, rendelkezésünkre állnak. Ilyen a szél-, a nap-, a geotermikus energia, a víz vagy az alga, a biomasszából kivont energia. Az okos energia felhasználása pedig maga a technológia, amely úgy segíti igába hajtani a felsorolt forrásokat, hogy nem csupán nem rombolunk, de képesek lehetünk hatékonyan csökkenteni is az eddig okozott károkat.

A megújuló energia felhasználása már cseppet sem új keletű gondolat, legfeljebb régebben nem így hívták. Például amikor a víz vagy a szél erejét fogták be malmok, fűrésztelepek üzemeltetésére. A terület igazi kihívását azonban a kinyert energia meg­felelő mozgatása, tárolása, felhasználásának nyomon követése jelenti.

Ha energiafelhasználásról beszélünk, általában három területről esik szó. Mivel az áram-, a fűtőanyag- és az üzemanyag-ellátás a gazdasági működésének egyik alap­feltétele, rendkívül fontos e terület fejlesztése. Az elosztás pedig politikai és üzleti csúcstalálkozók témája.

Eközben a háttérben

Ahhoz, hogy a rendelkezésünkre álló energiát minél hatékonyabban nyerjük ki és hasznosítsuk, megfelelő hálózatra van szükség. Ehhez pedig a hagyományos elektronikus hálózatokat modern eszközökkel kell fejleszteni. Új hálózatok építése esetén viszont természetesen ezek betervezésére, beépítésére van szükség. A háttérben az IT ezek fejlesztésén és megvalósításán dolgozik.
Az „okos társadalom” elve természetesen lehetne csupán hang­zatos marketingszöveg az IT termékek értékesítése érdekében – amiben van azért ráció –, de ha ez a törekvés hosszú távon valós meg­oldást jelenthet a környezeti és a kapcsolódó egészségügyi, társadalmi és gazdasági kérdésekre, miért ne válasszuk a hatékony, ez esetben az okos megoldást?
Ahhoz, hogy bármely hálózat hatékonyabban működhessen, szükség van a működése során kinyert információk megfelelő feldolgozására. Ezen információk kinyerése a szenzorok és mérő­eszközök feladata.

A szenzorok területe rendkívül dinamikusan fejlődik, nem csupán az ipari felhasználás miatt, hanem mert kis lépésekben a lakossági felhasználásban is megjelenik az okos eszközök, hálózatok iránti igény. Lakossági hálózati szinten még nem beszélhetünk elsöprő sikerről, egészen egyszerűen azért, mert bár költséghatékony és környezetbarát megoldás okos hálózaton működtetni háztartásunkat, egyelőre túlságosan magas a kezdeti beruházás mértéke. Természetesen nem hűtőszekrényekről, televízióról vagy távoli irányítású klímákról van szó, hanem komplex hálózati megoldásokról, szenzorostól, mérőórástól és információfeldolgozó központokról, valamint olyan energiaszolgáltatókról, amelyek az okos rendszerünket befogadva képesek az együttműködésre.

Mitől okos a szenzor? Kiváló érzékelőképessége mellett képes kommunikációra vagy akár a szerzett információ értékelésére is. Minden halmazállapotú környezet, hőmérséklet, extrém fény­viszonyok vagy különleges erőhatások között is képesek teljesíteni. A szenzorok egyik legizgalmasabb területe a smartdust érzékelőké. Durva fordításban „okos por”, ami funkciójának jellege mellett méretét is jelöli. A smartdust rendszer mikro-elektromechanikus érzékelők sokaságát jelenti. Vezeték nélküli, általában rádiófrekvenciás kommunikációval bíró rendszerük – amelyben egyedi tápellátása és azonosítása megoldott – valóban képessé teszi „elszórójukat” gyakorlatilag bármely információ kinyerésére. Sohasem voltak nagyok, de kezdeti 1-2 centiméteres méretük ma már csupán 50 mikron, ami szabad szemmel nemigen látható… Most ne gondoljunk arra a lehetőségre, hogy a levegőben szétszórva akár be is lélegezhető, vagy hogy mindez milyen könnyen felhasználható katonai célokra. Hol van ehhez képest a Google-szemüveg?

Az intelligens szenzorok hadában a smartdust felettébb hasznos szerkezet, amely mérete és működése révén számos esetben rendkívül hatékony megelőző eszköz. Mivel előállításuk – a tömegméretű sorozatgyártásnak köszönhetően – igen gazdaságos, egyszerre sok ilyen eszköz elhelyezhető egy adott területen. Egyedi kialakítási lehetőségük okán akár a természetben, akár épületekbe építve is felhasználhatóak, így a környezeti állomány megfigyelésétől a szerkezeti romlásig vagy éppen különleges természeti jelenségekig sok minden felmérhetővé és kivédhetővé válik. Az ötlet még a kilencvenes évek elején bukkant fel, 2001-re pedig Kristofer Pister, a smartdust „megálmodóinak” egyike már a milliméterről mikrométerre történő méretcsökkentésről beszélt. Elegendő volt egy évtized, hogy a szenzorok e válfaja forradalmi megújuláson menjen át, a második évtized eredményeinek tükrében pedig ezen a területen is kulcsfontosságúvá váltak a sokat emlegetett biztonsági kérdések.
Az okos szenzor semmire sem lenne jó okos mérés és adatfeldolgozás nélkül. Szenzoraink kommunikációs képességük révén a kívánt időközönként és mennyiségben elküldik a jeleket azokat akár részben feldolgozva a mérőknek. Míg a szenzorok mérete és elhelyezése, kalibrálása meglehetősen fontos és érzékeny feladat, a mérőórákat illetően némileg könnyebbnek tűnik a megoldás.
Hazánkban több kiemelt okosmérő-tesztprogram is fut, amelyek célja egyebek között a már említett szolgáltató platform kialakításának felmérése. Lényeges, hogy a közművek bevonása az okos energiahálózat tervezésébe és kiépítésébe optimális módon történjen: lehetőségük legyen a fogyasztáscsökkentés mellett piacképes, a mért adatokra és szokásokra alapozott ajánlat kidolgozására. Emellett persze fontos mindezt a későbbiekben úgy felépíteni, hogy az államkasszát se terhelje, és ne kövesse a működtetési (és kiépítési) költség fogyasztókra terhelése sem. A feladat tehát nem egyszerű és nem gyors, de tegyük fel, hogy a smart hálózatot előbb-utóbb bevezetik, beépítik a közművek területén is.

Most nézzük meg a szenzorokat követő rendszerelem, a mérőórák csoportját. Mi az okos mérőóra? Olyan elektronikus, digitális szerkezet, amely bármely energiatípus fogyasztása esetén valós idejű információt nyújt a fogyasztók energiafelhasználásáról. Kétirányú kommunikációra képes eszköz, amely távoli elérésben is küld és fogad adatot. Az ezekkel kialakított mérési rendszerek (Advenced Metering Infrastructure – AMI) már képesek együtt mérni, gyűjteni és elemezni akár az összes típusú fogyasztást, és egyszerre, egy központba továbbítani az adatokat. Akár áram-, víz-, gázfogyasztás méréséről van szó, biztonságtechnikai megoldásokat hozzákapcsolva (feltörés, rongálás) tökéletes és egyedi környezet hozható létre. Alkalmazásukkal rövid távon lehetőség nyílik a fogyasztás racionalizálására, hosszú távon pedig környezetkímélő hatásai is jelentősek. Szoftver és hardver téren sem egyszerű azonban az okosmérőgyártók élete, legalábbis, ha a hazai cégeket nézzük. Számos nyugat-európai és amerikai megoldás kínálkozik felhasználásra, de magyar cégek is igyekeznek részesedni a piacból. Az előállítás költségei azonban sokszor meghaladják a rendelkezésre álló keretet. Elsősorban nem a mérőórák hardveregységeire kell itt gondolnunk, hiszen az egyes órák gyártása a megfelelő előkészítésnek köszönhetően a tervezést követően már szinte villámgyors.

Gyártásuk ugyanúgy folyik, mint más termékeké: különböző egységeik akár több országban kerülnek le a gépsorokról, míg összeszerelésük és szoftveres beállításuk már hazai környezetben történik. Komoly nehézséget jelenthet viszont a konfigurációk egyedi beállítása, nem is iparági, hanem fogyasztói szinten. Ugyanahhoz az eszközhöz másra van szükség egy lakóépület, másra egy egészségügyi intézmény és megint másra egy mezőgazdasági létesítmény esetében attól függetlenül, hogy – tegyük fel – mindenütt villanyóráról van szó. Az elektronikai és IT mérnöki megoldásokat követően az igazi kihívás az órához kapcsolódó szenzorok kalibrálása, a rendelkezésre álló kommunikációs csatorna összehangolása, a kapott adatok tárolásának módja, és mindezek mellett az információk megjelenítése (fogyasztói grafikus felület). Arról nem is beszélve, hogy már maga az adattárolás is mekkora terhet róhat a mérőrendszert szolgáltatóra. A hazai gyártói sikereknek tehát elsősorban financiális akadályuk lehet – fejlesztés, karbantartás és működtetés –, mert technikailag világelső know-how áll rendelkezésre.

Az okos hálózat nagy körültekintéssel meghatározott és tervezett hálózat, amely saját hatékonyságát is képes növelni a különböző IT technológiák beépítése és összehangolása révén. A kifejezés megjelenése a 2000-es évek elejére datálható, és azóta is több meghatározása született, de a lényeg közös mindegyikben. A digitális jelfeldolgozásra és kommunikációra épülő rendszer megbízható, gazdaságos és könnyen fenntartható. További nagy előnye, hogy – egyebek közt a nemzetközi szabványosításra törekvés következtében – létrehozható több, egymástól független hálózat is, amelyek összekapcsolva, de külön-külön is biztosíthatják az elvárt feltételeket. Folyamatos fejlesztésének köszönhetően egyre automatizáltabbá válik az ilyen hálózatok működtetése, adott esetben akár az emberi hibázás lehetőségét, sőt, egyéb olyan, a rendszertől független külső tényezőket is kizárva, mint az időjárás vagy akár egy háborús helyzet.

Alapvetően minden nagyobb, a területet némileg érintő vállalatnak létezik smart grid megoldása, a HP-től kezdve a Sagemcomig, bár ezekről a nevekről először inkább irodai hardver jut eszünkbe… Hogy egy komplett ágazatát a témának szentelő óriást is említsünk, vegyük az IBM-et! A vállalat vitathatatlanul felkarolta a területet: tanulmányai, fejlesztései és megoldásai az elsők közé emelik az ágazatban. Smart Planet nevű programja részeként az MTA Regionális Kutatások Központjának Nyugat-magyarországi Tudományos Intézete révén egy tanulmánysorozattal mi, magyarok is hozzájárultunk tanulmányai sorának bővítéséhez. Hol, miben van itt szerepe az IT ágazatnak? Természetesen az összes folyamatban megjelenik, kezdve a szenzortervezésen a mérőórák gyártásán keresztül a kommunikáció biztosításáig.

Infokommunikáció
Az intelligens hálózatok elemei – szenzor, mérő, szolgáltató központ, frontpage – közötti kommunikáció lényege a valós idejű adatszolgáltatás biztosítása, az egyes elemek közötti biztonságos kétirányú információszolgáltatás megteremtése.
Az információtechnológiai fejlődés jóvoltából egyre nagyobb számú és több típusú csatorna és eszköz válik alkalmassá az okos hálózatokban történő kommunikációra. A mobileszközökről nyomon követhető folyamatok már lakossági és ipari szinten is elérhetővé váltak, az energiaszolgáltatások mérésére és optimalizálására létrehozott applikációk pedig könnyű kezelhetőséget kínálnak minden felhasználónak.
Az infokommunikációs eszközök használata természetesen nem csupán az energiaszektor kiváltsága. Alkalmazásuk jelentős támogatást nyújthat minden smart grid megoldással bíró ágazatban, legyen az oktatás, egészségügy vagy akár turizmus. A bennük rejlő potenciál – akárcsak a smart grid hálózatok által hordozott lehetőségek – egy olyan új területet nyitott meg globális szinten, amely jelentős mértékben alakíthatja a hétköznapi felhasználói, a vállalati – ipari vagy akár mezőgazdasági – területen is a működés folyamatait. Az eszközök fejlődésében például már tetten érhető a 3D technológia, nemcsak a nyomtatásban, de a virtuális 3D világban történő együttműködésben is (virtuális labor).
A 3D-s egerek, mobiltelefonok, laptopok, szemüvegek, a mozgás- és érintésérzékelés új alapokra helyezése világosan mutatja az utat az okos hálózatok egyre magasabb szintű kiépítése felé. Ha a cél az élhetőbb bolygó, bízzunk benne, hogy a temérdek és folyamatosan bővülő high-tech meg­oldások kívánta árammennyiség előteremtéséhez már megújuló energiaforrásokat veszünk majd igénybe…


És akkor mi a Smart Energy?

Okos energia a szó szoros értelmében nem létezik. Okos energia­felhasználás létezik, amely a fent leírtakat alkalmazva létrehoz olyan rendszereket, amelyek élhetők, és illeszkednek a fenntartható fejlődés célkitűzéseibe. (Maga az okos energia kifejezés szigorúan ezzel a két szóval leírva csupán az okosan előállított és fogyasztott villamos energiára alkalmazható. Ez a virtuális erőműben előállított energia már itthon is elérhető, kiskereskedelmi szinten is.)

Smart rendszereinket persze érdemes megújuló energiaforrások segítségével működtetni, hiszen ezek is villamos energiával működnek. Itt kerülnek képbe a nap-, a víz-, a szél-, a geotermikus energiát hasznosító, valamint a kombinált vagy éppen ipari megsemmisítésre (hulladékmegsemmisítés) szakosodott energiatermelő megoldások. Ezek csatasorba állítását számos elő- és megtérülési tanulmány, helyszíni felmérés, tervezés és hitelesítés előzi meg. Ami azonban mindegyiknél közös és megoldásra váró problémát jelent, az a kinyert energia tárolása. Természetesen még más is lehet, de belátható, hogy adott esetben ez lehet a legfontosabb kérdéskör. Egyes részterületeken ezt már megoldották, illetve a kapacitás és a felhasználás aránya egyszerűen kipipálja, mert a termelt energiát azonnal fel is használják. Ha viszont a kitermelt áramhoz nem akkor szeretnénk hozzájutni, amikor éppen előállítjuk, jól jönnek az alternatív tárolók.

A technológiai fejlődés ma már nem csupán a szó szoros értelmében vett kivitelezett megoldásokban érhető tetten. Már az elméleti, tervezési szakaszban, a helyszíni és piaci adottságokra és elvárásokra, a majdani hálózat optimális kihasználása terén előrelátóan megmutatkozik. Az egymástól független hálózatok, ezek kombinálása, stabil kommunikációjuk, kiegyensúlyozott működtetésük megteremtése pedig izgalmas feladatokat nyújt a kutatók és a mérnökök mellett az IT szakembereknek is. Az okos eszközöknek, az egyes bekötött elemeknek – mérőknek, riasztóknak, adatfeldolgozóknak – rendkívül dinamikusaknak kell lenniük, mégpedig a változásokra minimális reakcióidővel. Újabb és újabb szoftvereket és felhőben tárolt információs szolgáltatásokat fejlesztenek ki, hogy az egységesen elfogadott és elvárt nemzetközi standardok betarthatóak legyenek.•

 
Innotéka