Az Energia stratégia és környezeti hatások kutatócsoportot (E-SEE – Energy Strategy and Environmental Effects) az interdiszciplináris energetika alap- és alkalmazott kutatási kérdéseinek sokszínűségéhez igazodó szakmai hátterű (villamosmérnök, energetikai mérnök, tájépítész, meteorológus, fizikus, geográfus) kutatók alkotják.
A kutatócsoport tagjai:
Barancsuk Lilla https://orcid.org/0000-0002-3036-0133
Börcsök Endre, PhD https://orcid.org/0000-0002-4883-9839
Erdei Tímea, PhD https://orcid.org/0000-0001-7256-5025
Füri Péter, PhD https://orcid.org/0000-0002-9551-2871
Hartmann Bálint, PhD https://orcid.org/0000-0001-5271-2681
Molnár Boglárka
Oláhné Groma Veronika, PhD https://orcid.org/0000-0003-0893-5591
Sinkovics Bálint, PhD https://orcid.org/0000-0002-8832-8734
Soha Tamás https://orcid.org/0000-0001-9404-7472
Sőrés Milán https://orcid.org/0009-0007-9906-298X
Kapcsolat: olahne.groma.veronika@ek.hun-ren.hu
Energiarendszer-biztonság
Az energiarendszer-biztonság fókuszterület kutatásai kiterjednek a villamosenergia-rendszer stabilitási kérdéseire (rendszerinercia csökkenése, kaszkád összeomlások, szinkron oszcillátorokkal történő modellezés), a rezilienciát támogató fejlesztésekre, a haváriák és szándékolt támadások okozta üzemzavarok elleni védekezésre, illetve az energiastratégia infrastruktúra központú, komplex rendszer szemléletű megközelítésére. A fókuszterület kiemelt feladata a villamosenergia-rendszerek hibatűrését meghatározó tényezők kutatása villamos energetikai, hálózatelméleti és geoinformatikai módszerekkel.
Villamos energetika
A villamos energetika fókuszterület elsődleges feladatai közé tartozik a villamosenergia-rendszer és komponenseinek számítógépes modellezése, a megújuló energiaforrások, elosztott energiatermelők és energiatárolók rendszerintegrációjának vizsgálata, a lokális energiafelhasználás maximalizálása. A fókuszterület munkáját támogatja egy oktatási célú laboratórium, mely akkumulátorok élettartam-jellemzőinek vizsgálatát teszi lehetővé.
Magyarország első nátrium–kén akkumulátorának átadása (KFKI telephely)
Futó projektek:
A fókuszterület részt vesz a 2021-2.1.1-EK-2021-00002 „Tesseract Energiatároló” kutatás-fejlesztési-innovációs projektben, melynek keretében Magyarországon elsőként helyezett üzembe kísérleti céllal NaS akkumulátort a Kutatóközpont területén.
Energiaközösségek kialakítása és működését támogató mintaprojekt megvalósítása
Az energiaközösségek a jövő villamosenergia-rendszereinek fontos szereplőivé válhatnak, mivel egyszerre képesek növelni a hálózat rugalmasságát, elősegíteni az energiafüggetlenséget és támogatni a társadalmi szempontból igazságos átmenetet. Egyrészt, aggregált formában képesek reagálni a rendszerirányítói igényekre, ezáltal hatékonyan járulnak hozzá a kiegyenlítő szolgáltatások biztosításához és a rendszerstabilitáshoz. Másrészt lehetőséget kínálnak a helyi szintű energiatermelés és -felhasználás optimalizálására, különösen ott, ahol a hálózati infrastruktúra gyenge vagy korlátozott. Harmadrészt az energiaközösségek elősegíthetik az energiaszegénység mérséklését, valamint a lakosság aktív részvételét az energiaátmenetben.
A fenntartható fejlődés és az energiapiacok integrációja érdekében egy olyan közös, de nem uniformizált szabályozási keret kialakítása szükséges, amely egyszerre biztosítja a tagállami rugalmasságot és a határon átnyúló energiaközösségek fejlődésének lehetőségét. Ennek megvalósításához elengedhetetlen az energiaközösségek pontos jogi és technológiai definíciója, a különböző szereplők közötti együttműködési mechanizmusok fejlesztése, valamint megfelelő pénzügyi ösztönzők bevezetése. E kihívásokra kiváló válasz lehet a KFKI telephely energetikai rendszere, amely már most is egy több szintű, részben decentralizált, redundáns struktúrával rendelkezik. A meglévő napelemes termelés, energiatárolás és hőszivattyús rendszerek működése alapján a campus energetikai modellje közelít egy microgrid típusú működéshez, amely intelligens energiagazdálkodási és monitoringrendszerek integrációjával jelenleg is fejlesztés alatt áll. Az intelligens energiagazdálkodási és monitoringrendszerek integrációjával tovább fejlesztett infrastruktúra egyszerre szolgál a módszertani kutatások validálására és mintaként a hazai tudományos, illetve ipari alkalmazások számára.
Energiaközösségek modellezése és optimalizálása
A kutatás célja a megújuló energiaközösségek működésének modellezése és optimalizálása több energiavektor – villamos energia, hőenergia, akkumulátoros és hőtárolás – figyelembevételével. Python alapú modelleket és Mixed Integer Linear Programming (MILP) módszertant alkalmazunk. Olyan közösségeket vizsgálunk, ahol a résztvevők eltérő fogyasztási és termelési profillal rendelkeznek, közös akkumulátor segítségével osztják meg a többletenergiát, és vezérelhető fogyasztók – például hőszivattyúk – révén növelik a rugalmassági potenciált. A cél a közösségek optimális összetételének és a vezérelhető eszközök leghatékonyabb működtetésének meghatározása az energiamegosztás és önfogyasztás maximalizálására.
Omnes: Energiaközösségmodellező szotver
APolitecnico di Torino és a BME Automatizálási és Alkalmazott Informatika Tanszék közreműködésével közösen fejlesztjük az Omnes nevű általános célú energiaközösségmodellező szoftvert. A szoftver rugalmasan képes kezelni különböző energiavektorokat és felhasználói konfigurációkat. Moduláris felépítésének köszönhetően egyszerre alkalmas kutatási célú és gyakorlati optimalizálási és szimulációkra feladatokra. Célja, hogy egy egységes keretrendszerben támogassa az energiaközösségek tervezését, működésének elemzését és az intelligens vezérlési stratégiák tesztelését. A szoftver Python nyelven készül, nyílt forráskódú és elérhető a GitHubon: https://github.com/ntatrishvili/Omnes
Két háztartásból álló energiaközösség fogyasztási-termelési egyensúlya téli (fönt) és nyári (lent) időszakban.
Futó projektek:
2020-3.1.4-ZFR-EKM – Energiaközösségek kialakítását és működését támogató mintaprojekt megvalósítása – Berkenye a jövő faluja PV+ES park mintaprojekt
Energetikai meteorológia és klimatológia
A napelemek terjedésével a hálózatbiztonság és szolgáltatásminőség biztosításához, illetve a napenergia optimális felhasználásához elengedhetetlen a minél pontosabb közép- és rövidtávú termelés előrejelzés. Kutatásunk célja egy olyan megbízható ultrarövidtávú (legfeljebb egy órás) napelem-termelésbecslési eljárás kidolgozása, amely képes pontosan előrejelezni a várható globálsugárzást illetve a fotovillamos termelést, kiegészítve a hagyományos meteorológiai modellek által elérhető órás felbontású előrejelzéseket.
Mivel a termelést elsősorban a felhőzet befolyásolja, amely igen változékony, így az eljárás kidolgozása nagy kihívást jelent. A vizsgálatokhoz a KFKI telephelyen kialakított pilot helyszín monitoringállomásának adatait használjuk, amely PV termelő egységekkel, nagylátószögű égboltkamerával és kapcsolódó időjárás-állomással van felszerelve. Kutatásunk során egy új megközelítést dolgoztunk ki, amely mélytanulási modelleket alkalmaz, és kifejezetten alacsony számítási erőforrás-igényű környezetekre készült. Az eredmények alapján megállapítható, hogy 10%-kal jobb előrejelzési teljesítmény érhető el az 1-20 perces időhorizonton a perzisztencia-módszerhez képest, miközben jelentősen csökkenti a számítási költségeket a benchmarkként alkalmazott ConvLSTM modellekhez viszonyítva.
Példák égboltkamera-felvételek feldolgozására (bal oldal), valamint a GHI- és DHI-paraméterek 1–20 perces időhorizonton történő előrejelzésére (jobb oldal).
Futó projektek:
2020-3.1.4-ZFR-EKM – Energiaközösségek kialakítását és működését támogató mintaprojekt megvalósítása – Berkenye a jövő faluja PV+ES park mintaprojekt
Energiastatisztika fókuszterület
Az Európai Unió fontos célkitűzése a széndioxid semleges energia szektor kialakítása. A roppant ambiciózus cél megvalósítását sok tagállam a forráskiosztás szélsőségesen magas időjárásfüggő megújuló részarányával kívánja megközelíteni. Azokban az országokban ahol a megújuló potenciál szűkös vagy a források diverzifikációját kiemelt célnak tekintik, fontos szerep hárulhat az atomenergiára. Kutatócsoportunk a lehetséges energiatermelési alternatívákat a rendszerirányításhoz szükséges energiatárolási kapacitásokkal együtt, teljes körűen modellezi hazai és európai léptéken. Az ideális forráskiosztást többcélú optimalizálással valósítjuk meg ahol a döntési szempontok országonként hangolhatók és az eredmények statisztikus vizsgálata is megvalósítható.
A megújuló energiaforrások és az atomenergia esetén kiemelten fontos a nyersanyagok bányászatától a leszerelésig tartó, teljes életciklus alatt kibocsátott üvegházgázok mennyiségének meghatározása (LCA elemzés). Kutatásunk során összehasonlítotjuk az egyes villamosenergia-termeléshez használt energiaforrások (nap, szél, víz, biomassza, szén, gáz, olaj stb.) LCA kibocsátását és az időjárásfüggő megújuló energiaforrások esetén megvizsgáljuk a szükséges tárolás (szivattyús erőművek, akkumulátorok, hidrogén) karbonkibocsátását is. Az atomerőművek esetén a kis moduláris reaktorokat (SMR) külön is vizsgáljuk.
Futó projektek:
2021 óta az EUROfusion-WPSES projektbe (EUROfusion Consortium under Horizon 2020 Grant Agreement No.633053 – Eurofusion) becsatlakozva lehetőségünk van egy nemzetközi csapat részeként hosszútávú energetikai forgatókönyvek kialakításában részt venni.
Megújuló energiaforrások térségeinek vizsgálata
Kutatásunk célja, hogy szakmai iránymutatást adjon a megújuló energiaforrások – különösen a nap- és szélenergia – hazai térbeli tervezéséhez és elhelyezéséhez. Kiindulópontként az Európai Unió RED III. irányelve szolgál, amely kötelezi a tagállamokat a megújuló energiaforrások telepítésére legalkalmasabb úgynevezett „Kedvező Területek” azonosítására, valamint a gyorsított engedélyezési eljárást lehetővé tevő „Könnyített Térségek” kijelölésére. E területek meghatározása során figyelembe kell venni természetvédelmi, tájvédelmi, társadalmi-gazdasági, környezetvédelmi és energetikai szempontokat egyaránt.
Kiemelt figyelmet fordítunk az élővilág védelmére, valamint arra, hogy a tervezési folyamatokba a helyi közösségek is bevonásra kerüljenek, hiszen a társadalmi elfogadottság a sikeres megvalósítás egyik kulcsa. Kutatásunk során korszerű és megbízható térinformatikai adatbázisokat hozunk létre, amelyek megalapozzák a hazai energetikai átmenet térségi szintű tervezését. Ezen adatok és elemzések multidiszciplináris megközelítés révén segítik a döntéshozókat abban, hogy megalapozott, a környezeti és társadalmi szempontokat egyaránt figyelembe vevő fejlesztések valósulhassanak meg.
Magyarország GIS-es alapú területalkalmassági vizsgálata új szélerőművek elhelyezésének szempontjából a RENewLand projektben.
Futó projekt:
A RENewLand projekt (2023–2025) keretében kutatócsoportunk célja az EU megújulóenergia-irányelvének elvárásaival összhangban olyan területek azonosítása, amelyek alkalmasak a megújuló energiaforrások – elsősorban a nap- és szélenergia – hasznosításának felgyorsítására.
