GridEX az online napenergia kereskedési platform

Koncepció terv -  Csorba Gyula, Konczos Tibor


A növekvő lakossági napelem termelő kapacitások hatékonyabb felhasználásának forradalmasítására alkottuk meg a lakossági energia kereskedési platform koncepcióját, a GridEX-et.
A termelők az extra áram kapacitásukat tudnák felajánlani a piaci árnál kedvezőbb feltételekkel, feltételezve, hogy bizonyos lakóközösségeken (pl. falu, lakópark stb.) belüli fogyasztók, rövid időn belül lekötik, és felhasználják. A koncepció ereje az időjárás előrejelzések figyelése, a hagyományos energiatermelés csökkentése napsütéses időszakokban, és a megtermelt lakossági napenergia-áram azonnali felajánlását egy mobilalkalmazáson keresztül, amely, mint lakossági energia tőzsde, irányítja a tudatos áramkereskedést.
A platform a helyi Elosztókon keresztül (E.on, ELMÜ, ÉMÁSZ stb.) elszámolja a kereskedett értéket a felhasználók között, illetve folyamatosan áram kapacitás és kereslet adatokat szolgáltat az országos elektromos hálózat kulcs szereplőinek (MAVIR, ipari erőművek), akik ezáltal a jelenleginél szofisztikáltabb áram-használati adatokkal a termelés hatékonyabb tervezhetőségének irányába tudnának elmozdulni.


 

Bevezetés

Az innovációs ötlet fő motivációja, a megújuló energiaforrások gyors terjedése, valamint annak minél hatékonyabb nemzetgazdasági szintű felhasználása. Az EU előírta magának, hogy 2050-re lemond a szénről, a gázról és az olajról, hogy megvédje a Földet a túlzott felmelegedéstől, és átáll megújuló energiaforrásokból (víz, szél, nap) termelt villamos áramra. Magyarország, a megújuló erőforrások közül, a napenergia áramelőállításának arányában európiai szinten vezető pozícióban van, 2023-ban a teljes áramtermelés kb. 10%-a, 5600MW áram előállítása naperőművek segítségével történt. A kormányzat energia stratégiájának megfelelően, 2030-ra a naperőművek által termelt villanyáram nagysága a 12GW-ot kell, hogy elérje. Tehát a megújuló energiaforrások közül a napenergia használata abszolút prioritást élvez. Lantos Csaba energiaügyi miniszter szerint egyszerűen olyan sok – főként napelemes – erőművi engedélyes várja, hogy csatlakozhasson a hálózathoz, hogy 2029-nél hamarabb, aligha létesülhet új szélturbina.
A napenergia termelésen belül a lakossági áramtermelés aránya igen magas, mindegy 41%-os, köszönhetően az elmúlt évek napelem telepítési kormányzati támogatásoknak. 2023 végére a háztartási erőművek száma meghaladta a 250 ezret, a 2010 után épült, legalább 100 négyzetméteres lakóingatlanok több mint negyedén van napelem installálva. A legújabb, 2024.01.15-től meghirdetett napelem telepítési pályázaton is 15 ezernél több háztartás megújuló energia átállását fogják támogatni, valamint a cégeknek szóló 62 milliárd forintos pályázat eredményeként a jelenlegi összteljesítményt hússzorosan felülmúló ipari tárolói kapacitás épülhet ki 2026 nyarára.
A hagyományos villamosenergia-rendszer (erőművek) terhelését csökkentik, az áramelosztás rugalmasságát növelik az megújuló energiaforrásra épülő tranzíciós kezdeményezések. Azonban a nagyobb rugalmasságnak van egy árnyoldala is: a nap nem mindig süt, illetve a gyorsan változó időjárás is rávilágít arra, hogy a kapacitások megnövelése mellett előbb-utóbb érdemes lesz foglalkozni a növekvő kapacitások minél hatékonyabb és egyenletes elosztásával. A magyar elektromos hálózatot felügyelő MAVIR jelentése szerint 2023-ban 1045 olyan negyedórás szakasz volt, ami jelentős, 400 MW feletti kiegyenlítetlenséget hozott, vagyis az előre tervezett termelés és fogyasztás jelentősen eltért egymástól. 2022-ben még csak 293 ilyen negyedórás szakasz fordult elő, a növekedés egyetlen év alatt több mint háromszoros volt. A magyar energia tőzsde, a HUPX 2023-as éves jelentésében is azt olvashatjuk, hogy jelentősen megszaporodtak a nulla vagy „negatív áras” órák is a hazai áramtőzsdén, 2023-ban 96 volt belőlük, több, mint a megelőző tíz évben összesen. Mit is jelent ez? Gyakorlatilag a hagyományos áramtermelő források fizettek azért, hogy megvegyék tőlük az áramot, mert annyira megugrott a naperőművek termelése a napsütéses órákban. A törzs villamoshálózatot üzemeltető MAVIR évente száz milliárdokat költ az áramterhelés elosztás mérésére és szabályozására, vagyis a napenergia hatékonyabb felhasználására irányuló kezdeményezések társadalmi felelősségvállalásán felül látványos közgazdasági megtérülési rátákkal kecsegtetnének.
 

Az innovációs ötlet

A napelemmel előállított elektromos áram hatékonyabb kihasználásának két útja lehetséges:
  • az áram tároló kapacitásának (akkumulátorok) bővítése – az akkumulátorok használatával a rendszer költsége jelentősen megnő, akár 3-4-szer drágább lehet egy akkumulátoros rendszer kiépítése, mint egy hálózatra csatlakozó egyszerű rendszeré
  • a napenergia termelés instant felhasználásának növelés, minél kevesebb fő-hálózatba betöltött energia képződjék.
A két út közül az utóbbi tűnik könnyebben járhatónak, minimális fejlesztésekkel a jelenlegi eszközökre építve tudná orvosolni az áramelosztás hatékonyabbá tételének kérdését.

A folyamatosan növekvő háztartási naperőművek jobb kihasználására hozzunk létre egy pier-to-pier kereskedési platformot, amely összeköti a termelőket (napelemmel rendelkező ingatlan tulajdonosok) és potenciális fogyasztókat (lakossági – medence, jacuzzi, elektromos autó tulajdonosok, ipari felhasználók – pékségek, intézményi felhasználók - kórházak). A termelők extra áram kapacitást tudnának felajánlani a piaci árnál kedvezőbb feltételekkel, ha a felhasználó rövid időn belül / azonnal leköti azokat. A koncepció ereje az időjárás előrejelzések figyelése, a hagyományos energiatermelés (ipari nagytermelői szinten – pl. Paks és egyéb erőművek) csökkentése napsütéses időszakokban, és a megtermelt lakossági napenergia azonnali felhasználása egy mobilalkalmazáson keresztül, amely irányítja az áramkereskedést.
Természetesen minden szereplőnek pénzügyi / gazdasági motivációja is lenne a rendszer csatlakozása kapcsán:
  • (Lakossági)Napáram termelő: jelenleg az energia kereskedő vállalatok 5 HUF / kWh áron veszi meg az áramot. A kereskedési platformon ennél magasabb áron lehetne értékesíteni, és vevőt találni rá.
  • Napáram fogyasztó: jelenleg az átlag fogyasztók 70 HUF / kWh áron kapják az áramot. A kereskedési platformon ennél jobb áron lehetne venni napsütéses időszakokban, ha találunk rá a platformon eladókat, amelyek geográfialilag a közelben vannak. A rendszer fontos része lenne a kereskedési egyensúlyi árak eltérítésénél, hogy a fizikailag közelebb lévő termelők jobb árakat tudjanak adni, mint a távolabbiak.
  • Áramelosztók (ELMÜ, EMÁSZ, E.on stb): alacsonyabb hálózati terheltség, illetve a rendszer üzemeltetőjeként kereskedési jutalékot kapnának, amelyek fedezik a platform üzemeltetési költségeket.
  • (Törzs)hálózat üzemeltető (MAVIR): nem megy át felesleges kapacitás a törzshálózaton, valamint kevesebbet kell költeni a hálózati terhelés elosztási optimalizációkra
  • Hagyományos áram előállítók (Paks, hőerőművek): nem kellene áron alul értékesíteni többlet energiát váratlan napsütéses időszakokban, illetve extrém esetekben áramot visszatölteni az erőművekbe

Nemzetközi gyakorlatok / referenciák

A világ számos táján (India, USA, Ausztrália, Thaiföld, Szingapúr, Svájc stb.) foglalkoztak a fenti innováció gyakorlati megvalósíthatóságának kérdésével. A szakirodalom az ún. P2P (pier-to-pier) energy trading néven hivatkozik a témára, ha rákeresünk az interneten vagy a Youtube-on az információ forrásokra. (lásd felhasznált irodalom P2P Energy Trading fejezete)
A példa projektek között találhatunk egyetemi inkubációt (Hongkong), lakóközösségi pilot-ot (Brooklyn MicroGrid project), nagy ipari név által támogatott pályázatot (Bosch India) valamint technológiai startup-okat is (pl. Powerledger, Sonen).
A koncepció mindenhol azonos: lakássági termelők (ún. prosumer-ek) és fogyasztók (consumer-ek) összekapcsolása lokálisan (háztömb, lakóközösség, település) szinten egy energia kereskedési platformon keresztül. A téma relevanciájára példaként másik iparágakban sikeres P2P technológiai megoldásokat hozzák: AirBNB, Uber. Ami sok helyen megjelenik, mind technológiai buzzword, az a blockchain(*), mint központi elszámolóház mentes, hatékony összekapcsolása az aktoroknak, amely biztonságos, gyors, valamint transzparens adattárolási módot tesz lehetővé. A téma jellemzően 2017-től jelenik meg az internet-en, és olvasható pár pozitívan is megvalósult projektről, de esetek nagy része nem volt világszinten akkora durranás, mint például a fent említett technológiai startup-ok esetében tapasztalhattuk.
A példa projektek 3 lehetséges modell alapján működnek:
  • Kereskedés központi hálózaton: a villamosenergia hálózat elosztója kapja meg a többlet energia felajánlásokat, és allokálja szét a felhasználók között az extra kapacitásokat
  • Részben független micro-hálózatok: a micro hálózat tagjai egymás között üzletelnek az árammal, de a rész-hálózat rá van kötve egy nagyobb hálózatra is a teljesítmény kapacitások kiegészítésére. Megvalósult példák: Schroonschip (Amsterdam), Rotterdami Kikötő, San Diego Kikötő, egy svájci település
  • Független micro-hálóztatok: a hálózat tagjai önellátóak, és teljesen egymás közötti elektromos áram elosztásból fedezet az energia szükségletek.
A sikeres projektek mögött a következő hardver és sotfware megoldások állnak, mint fontos építőkövek a megvalósításhoz:
  • Smart meter: WIFI-re kötött intelligens fogyasztásmérő, a megtermelt és elfogyasztott helyi áramról. Információk küld a kereskedési platformnak és a hálózati elosztónak is.
  • IoT: WIFI-re kötött intelligens fogyasztó berendezések, amelyek működését távolról, akár időzítve lehet manipulálni. Kiemelten fontos, hogy ezeket akkor kapcsoljuk be, amikor süt a nap, és máskor működjenek pl. éjszaka.
  • Microgrid: helyi, kisebb hálózat, amely képes a hálózatira kötött prosumer-ek és consumer-ek közötti terhelés elosztásra, de kapcsolódik a fő-hálózathoz is, hiszen oda is kell fel/letölteni elektromos áramot.
  • AI: időjárás, hálózati terheltség és fogyasztás adatokból számított várható kapacitások és demand-ok automata elosztását számolni képes algoritmusok.
  • Smart contract: gyors, transzparens auto-allokációja a kereslet-kínáltnak, jellemzően blockchain alapon, amely a pénzügyi elszámoláson túl fizikai felhasználási adatokat is szolgáltat a hálózat üzemeltető cégeknek.
Nagyon sok példaprojekt még R&D fázisban maradt, nem hozta meg a másik iparágakban is fellelhető forradalmi áttöréseket. Talán pont ezért lenne érdemes egy kormányzati szinten is szponzorált, a nemzetgazdasági energia stratégia részeként foglalkozni a témával: a sikeres, népszerű, intenzív hardver (napelem) telepítési motiválások mellett, mi lehet a kapacitások jobb kihasználásában az a szoftveres támogatása (pl. lakossági energia tőzsde), amiben a hálózat egyéb résztvevőit is motiváltan lehetne tartani (pl. MAVIR, erőművek, energia elosztók)

(*) – a Blockchainről – szakmai véleményünk szerint a blockchain, mint technológiai egy kicsit „overkill” (túlzó) a kereskedési platform standard elszámolási technológiájára. A blockhain hívők, fanatikusok próbálják ráerőltetni a technológiát a témára, továbbra is keresik az értelmes üzleti use-caseket, így az energia kereskedésben is a blockchain felhasználhatóságát látják a. Ahogy a mellékletben található anyagokból kiolvasható, minden pilot projekt az Ethereumm blockchain platformra kapcsolódna, és ott számolná el az ügyleteit. A magunk részéről nem látunk előny a blockchain technológiában, hacsak nem rögtön határokon kívül, EU szinten akarunk elsőre gondolkodni, ahol is szükség lehetne az energia kereskedési technológiák egységesebb szabályozására. Azt nehezen tartjuk elképzelhetőnek, hogy egy MO-i döntéshozó nevét adná hozzá, hogy az Ethereum (vagy másik) blockchain hálózaton a világ bármely részén a magyar energia kereskedés adatokat redundánsan tárolnák a különböző node-ok. Ezeken túlmentően, a szoftver fejlesztésénél is bonyolítaná a projektet, hogy egy viszonylag friss technológiában, szűkös kompetenciával és pilot alkalmazásokból kellene egy infrastruktúrát felépíteni.
Azonban benne hagytuk a blockchain-t a dokumentációban, mint külön témát, amennyiben a viszonylag újszerű technológia alkalmazása, könnyebben igazolhatóvá tudna tenni egy innovációs kezdeményezést, és emiatt extra (Úniós) forrásokat lehet allokálni.
 

High-level koncepció

A koncepció logikai modellje

Adjunk a lakossági fogyasztók kezébe egy energia kereskedési platform-ot, mobil (opcionálisan: web) alkalmazást, amellyel a napelemek által megtermelt, és el nem fogyasztott elektromos áram kapacitást (jellemzően napközben 8 és 18 óra között, ha süt a nap) értékesítheti azok számára, akik instant fel tudják használni (pl. úszómedence vízforgatót üzemeltetni napközben).
Az alkalmazás egyrészt segít a tudatosabb energiafelhasználásban, környezetvédelemben (elsődleges fogyasztói inszentíva), másrészt pénzt is lehet vele keresni, hogy értékesítjük az otthoni extra áramtermelő kapacitásunkat (másodlagos fogyasztói inszentíva)
A kereskedési platform főbb funkció:
  • Áram eladói szerepkörben
    • Üzenetek küldése: csakis push notification-ök, mert instant kell eladni az áramot! pl: süt a nap a lakóhelyeden, és x KW energiát értékesíthetsz a következő 15-60 percben, amivel y HUF-ot kereshetsz
    • Áram eladási ajánlat küldése: mennyiség, ár, időszak stb. – egyszerű adatok, nem kell bonyolítani. Fontos, hogy ne kelljen gépelni, tehát egy kattintásra egy meetingen order-t tudjak beadni, mert ez nem egy olyan tranzakció típus, amin napokat lehetne gondolkodni.
    • Összesítő reportok: a tudatos energia felhasználásoddal ebben a hónapban y ezer HUF-ot kerestél
  • Áram fogyasztói szerepkörben
    • IoT eszközök bekapcsolása a „smart solar” hálózatba: azok az eszközök, amelyeket a kereskedési platform számára felkínálok, és sikeres kötés esetén a megvásárolt áramot fogja felhasználni
    • Üzenetek küldése: csakis push notification-ök, mert intant kell eladni az áramot! pl. süt a nap, ha most fele áron vásárolsz áramot z ezer HUF-ot tudnál megtakarítani a jacuzzi-d felmelegítésével
    • Áram vételi ajánlat küldése
    • Összesítő reportok: a tudatos energia felhasználásoddal ebben a hónapban y ezer HUF-ot takarítottál meg

Részletes működési modell



A nemzetközi fejezetnél részletezett működési modellek közül, az ún. micro-hálozatos infrastrukturális megoldást javasoljuk. Miért?
  • Szükség lesz továbbra nem megújuló energiák használatára, a törzs villanyhálózatra. Első fázisban nem reális önálló lakóközösségek teljes energia függetlenségének támogatása
  • Meg kell nyerni az elektromos hálózat minden szereplőjét, hogy a téma mögé álljanak, támogatásukat adják hozzá
„Partly-independent microgrid: Recent examples of microgrids have shown cost reductions for energy consumers of 5 – 15%. The business case of a P2P microgrid is strengthened by having access to energy storage. This enables a microgrid to reap the benefits from peak shaving, increasing the potential for cost saving by +/- 50%.” – forrás: Deloitte tanulmány


Ennek megfelelően az energia kereskedési platform infrastruktúrájába a következő szereplők kapcsolódnának:
  • Napenergia termelők: extra, fel nem használt kapacitások értékesítése
  • Fogyasztók
  • Áram-elosztó vállalatok (pl. E.on, ELMÜ stb.): náluk van a lokális fizikai hálózat managementje, ilyen téren legfontosabb információ áramlási csomópontok a termelők és a törzshálózat között a termelés és fogyasztási adatok terén, valamint az okos mérők kiépítésében is szerepet vállalnak
  • Egyetemes szolgáltatók (MVM Next, E.On Áramszolgáltató Kft.): a kereskedett energia mennyiséget pénzügyi elszámolása a fogyasztók és az áram-elosztók között
  • Törzs hálózat üzemeltető (MAVIR): áram felhasználási információ áramlás a hagyományos nagytermelők (erőművek) és az áram-elosztók között. Jelenleg erre száz milliárdokat költ a vállalat, tehát jól tervezhető megtérülése lenne a kereskedési platformnak:

A működés tekintetében a következő feltételekre és infrastruktúra elemekre lenne szükség:
  • Okos mérőműszerek: elektromos áram felhasználási és előállítási adatok
  • Akkumulátorok: áram éjszakai tárolhatóságára, amely a tranzaktálási időszakot tudná kinyújtani.
  • IoT: okos elektromos fogyasztók, amelyeket a platform tudna ki / bekapcsolni, működését szabályozni

Energia kereskedési platform moduljai:
  • Mobil alkalmazás: áramtermelő és fogyasztó összekötése, lokális információk
    • Alapvetően nincs AI alapú kereskedés, csak kézi párosítás. Legfeljebb bizonyos marge-on belüli auto matching, ha nincs kézi párosodás.
    • Kérdés, ahogy a tárolt áram értékesítése (és éjszaka fel nem használt) auto értékesítési lehetőségekre akarunk-e algoritmusokat, vagy user alapú paramétereket tárolni (pl. éjszakai auto értékesítés „on”)
  • Web alkalmazás: opcionálisan, esetleges számlák, kivonatok, statisztikák megjelenítésére, letöltésére, a platform beállításaira. Mivel instant kereskedésről van szó, az elsődleges platform a mobil alkalmazás lenne, amely minden felhasználónál jellemzően kézben van, és azonnal használható.
  • Matching Engine: áram ajánlati könyvek és párosítási algoritmusok kezelése (kérdés majd, hogy legyen-e auto matching bizonyos időtáv után sáv marge-okon belül). A matching engine a hálózat fizikai terheltségi módosulásokról folyamatosan adatokat küld az áram-elosztói hálózati rendszerekhez.
    • Lokális: lakóközösség szintű párosítások
    • Regionális (áram-elosztón belül): amikor nincs helyi trade (kereslet), akkor az áramot felajánlhatom messzebbre, de ekkor az ajánlati áramra nagyobb hálózat használati marge kerülne
    • Országos: előző modell, csak nagyobb hálózat használati marge-okkal.
  • Billing / Settlement Engine: a sikeres trade-ek után el kell számolni (userek, egyetemes szolgáltató,áram-elosztók, MAVIR) között
    • Feltételezhetően minden egyetemes szolgáltatónál külön számlázási rendszer, logikai van, így azokhoz interface-elni kellene EoD
  • IoT Data Management: okos eszközök áram felvételének tárolása, előre jelzése, adat juttatási a fogyasztói mobil alkalmazásba
  • Solar Panel Data Management: naperőművek termelési görbéje, időjárás függ extra kapacitás számolások, azok eredményeinek elküldése a termelő mobil app-hoz
  • DWH: főleg a MAVIR felé szolgáltatott aggregált adatok, pl. a kötésekről, amelyekkel majd egyre jobban tudna forecast-olni, és akár bele is avatkozni a rendszerbe (pl. marge-ok managementje)
 

Melléklet 1 – Releváns számadatok a koncepció kapcsán – minimal business case

 
Témakör Számadat Forrás
Potenciális user (2023) 250k + (napelemmel rendelkező lakossági ingatlanok száma) https://makronom.eu/2024/01/12/mar-most-tullepte-a-magyar-napenergia-kapacitas-a-2030-ra-kituzott-celt/
Lakossági napelem termelő kapacitás (2023) 2.317MW https://makronom.eu/2024/01/12/mar-most-tullepte-a-magyar-napenergia-kapacitas-a-2030-ra-kituzott-celt/
Áram hálózatba visszatermelhető kapacitás (2023) ~1.150 MW (teljes kapacitás 50%-a, feltételezve, hogy az akkumulátor kapacitás 25%)
 
Törzshálózatba kerülő napelem termelés (2022) 4.682 GWh (ebből lakossági ~1900 GWh) https://www.mekh.hu/download /a/19/51000/VER_2022.pdf
400MW feletti energia gap összege ~30GWh (293 db 15 perces periódus*400MW) https://www.valaszonline.hu/2024/01/24/energia-aram-megujulok-dania-penz-robotok-kereskedelem/

 
Ingadozás árfolyamértéke (2022) ~3.6000M HUF (30GWh * 120HUF/kWh – 0.3 EUR EU avg price 400 EUR/HUF) https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=Electricity_price_statistics

 

Következtetés: csak a nagy ingadozások felére csökkentése is minimálisan 1.800M HUF-al csökkentené az éves energia import szükségletét Magyarországnak
 

Melléklet 2 - Felhasznált irodalom


Átfogó magyar cikkek, tanulmányok
Éves jelentések
Nemzetközi források – P2P Energy Trading
Trading Platforms
Blockchain for energy trading Powerledger