Smart grid megoldások

8.2.1. Okos közvilágítás

A statisztikai adatok azt mutatják, hogy a világ energiafogyasztásának egy jelentős, 20%

körüli része világításra megy el. Ezen belül pedig a közvilágítás aránya messze nem el-hanyagolható.

A városokban a közvilágítás jelenléte nagyon fontos szolgáltatás, növeli a városlakók komfortérzetét, biztonságát, de a különböző ikonikus épületek díszkivilágításának eszté-tikai jelentősége is van. Ugyanakkor fontos az is, hogy a közvilágítás minél hatékonyabban működjön, azaz minél alacsonyabb áramfogyasztás mellett minél magasabb szolgáltatási színvonalat lehessen biztosítani.

Az energiahatékonyság növelése szempontjából fontos az, hogy mennyi ideig működik a közvilágítás egy adott napon, azaz hogy mikor kapcsolják azt fel az este közeledtével, és mikor kapcsolják le hajnalban. Budapesten már 1777-ben létezett közvilágítás, az akkori utcai lámpások még repceolajjal működtek, ám a fényük elég gyenge volt. Angliában már 1807-ben áttértek a gázlámpák használatára, erre Budapesten 1856-ban került sor. Ezekben az időkben az utcai gázlámpák meggyújtása azonban nem volt még automatikus, külön mes-terség volt viszont a lámpagyújtó, aki az este közeledtével végigjárta az utcákat, egy hosszú rúdra szerelt rézkampóval felnyitotta a gázvezetékek kallantyúját, egy borszeszlángba itatott kanóccal pedig lángra lobbantotta a vezetékből kiáramló gázt. Mára már ez a mesterség nyilvánvalóan eltűnt, bár a fehéroroszországi Brestben az utóbbi néhány évben felelevení-tették ezt a hagyományt, és a város bevásárlóutcáján egy hivatásos lámpagyújtó gyújtja be a kihelyezett kerozinlámpákat.

A kezdetekben tehát a lámpagyújtás manuálisan történt, és nem is egyszerre a város minden pontján. Később azután, az elektromos közvilágítás bevezetésével megoldhatóvá

PB KORREKTÚRAPÉLDÁNY

vált, hogy az egész városban egyszerre kapcsolják fel és le a közvilágítást. A kezdetekben ezt még továbbra is manuálisan tették, attól függően, hogy egy adott napon mikor megy le és mikor kel fel a nap. Később aztán ezt nemcsak a naptári, csillagászati adatokhoz kötötték, hanem az éppen aktuális fényviszonyokhoz. Fényérzékelő szenzorokkal a város különböző pontjain mérhető az aktuális megvilágítás, és ha az egy adott érték alá csökken, akkor bekapcsol a közvilágítási rendszer. Ugyanígy reggel, ha egy adott érték fölé emelkedik a megvilágítás mértéke, akkor a közvilágítás kikapcsol.

A teljes rendszer egy napon belüli üzemideje tehát nagyon fontos paraméter, egy na-gyobb város esetén akár egy 20–30 perces üzemidő-csökkentés is jelentős megtakarításhoz vezethet. Mindemellett azonban a mai közvilágítási rendszerek sokkal hatékonyabbá váltak azzal, hogy a hagyományos izzókat nagyon sok helyen szabályozható fényáramú LED-es fényforrásokra cserélték le. Ez már amiatt is jelentős megtakarításhoz vezet, mert a LED-es fényforrások áramfogyasztása jóval alacsonyabb. Ezenfelül viszont további előre lépést jelenthet az adaptív fényáram-szabályozás, az aktuális környezeti viszonyokhoz igazodva. Sötétedéskor például, amikor bekapcsol a közvilágítás, nem kell rögtön a maxi-mális fényerővel működnie, és ugyanígy hajnalban, amikor már a természetes napfény is megjelenik, adaptívan csökkenthető a fényerő.

Ezen túlmenően a lámpák fényerejét lehet az aktuális jármű- és gyalogosközlekedés sűrűségéhez is kötni. Egy kihalt útszakaszon például, egy külvárosi területen, hajnali 3-kor nem szükséges, hogy maximális fényerővel világítsanak a lámpák. Esettanulmányként említhetjük az E+Grid nevű hazai finanszírozású K+F projektet, amelynek keretében egy adaptív közvilágítási rendszert alakítottak ki a Központi Fizikai Kutatóintézet (KFKI) csil-lebérci telephelyén. A rendszerben telepített lámpatestekhez passzív infravörös mozgásér-zékelő szenzorokat csatoltak, amelyek segítségével megállapítható az úton haladó járművek és gyalogosok sebessége és haladási iránya. Ezek függvényében az okos lámpatestekben elhelyezett vezérlőegység értékeli a forgalmi körülményeket, és eldönti, milyen fényáramot szolgáltasson a lámpatest az aktuális viszonyoknak megfelelően úgy, hogy a biztonságos közlekedést támogassák, de az energiahasználat minimális legyen.

De a lámpatestek nemcsak egyedül hozzák meg a döntéseiket, hanem egy vezeték nélküli kommunikációs interfészen keresztül a többi, közelben levő lámpatesttel is kap-csolatba tudnak lépni. Egy adott detektált eseményről így értesíteni tudják a többi eszközt, ami különösen akkor hasznos, ha viszonylag alacsony a forgalom, és a mozgó járművek és/

vagy gyalogosok haladási iránya és sebessége jól detektálható. A lámpatestek így időben fel tudnak készülni az érkező járművekre, illetve gyalogosokra, és kellőképpen meg tudják világítani az általuk lefedett út- vagy járdaszakaszt. Gondoljunk például a margitszigeti futókörre, ahol az esti órákban nem kell folyamatosan megvilágítani az 5 km hosszú rekor-táncsíkot, viszont amikor egy futót érzékel az egyik lámpa, akkor a környéken levő többi lámpa is adaptívan megnöveli a fényerejét, követve a futó mozgását.

Hogy pontosan hány másik lámpatestnek kell a futó vagy adott esetben egy jármű kö-zeledtéről értesülnie, az nyilván sebességfüggő: az E+Grid rendszer kísérleti beállításainál jármű esetén a soron következő 10 lámpatestet értesítették, gyalogos esetén viszont csak 4 lámpatest fényerejét növelték meg. Az úton közlekedők így gyakorlatilag nem is érzékelték ezt az adaptív megvilágítást, nem volt zavaró számukra, hiszen a soron következő lámpák már a jármű vagy a gyalogos megérkezése előtt megnövelték a fényerejüket, az elhaladás után rövid idővel pedig visszacsökkentették azt az eredeti, energiatakarékos értékre.

KORREKTÚRAPÉLDÁNY PB

A közvilágítási infrastruktúra részét képező lámpaoszlopok különben fontos elemei lehetnek az okos városok infokommunikációs infrastruktúrájának is, attól függetlenül, hogy az oszlopok tetején lámpatestek is találhatók. Ezek a lámpaoszlopok mindenhol megtalál-hatók a városban, viszonylag egyenletesen elosztva. Az oszlopokra könnyen kihelyezhetők különböző szenzorok, amelyek mérhetik a környezeti viszonyokat (hőmérséklet, fény, lég-nyomás, zaj, légszennyezettség), de ideális telepítési pontot jelentenek a különböző rádiós technológiák hozzáférési pontjai (például wifi) vagy átjátszóállomásai (például Zigbee) számára is. A szükséges helyeken térfigyelő és forgalomfigyelő kamerák is elhelyezhetők a lámpaoszlopokon, illetve az okos közlekedési rendszerek részét képező RSU-k (Road Side Unit) is.

Mivel ezek az oszlopok kellően magasak, és általában viszonylag vandálbiztosak is, a kihelyezett eszközöket nehéz megrongálni vagy ellopni. Másfelől az energiaellátásuk is könnyen biztosítható, hiszen a lámpaoszlopok csatlakoznak az elektromos hálózathoz, bár a gyakorlatban napközben a közvilágítási rendszer sok esetben nincs feszültség alatt. A lám-paoszlopokon elhelyezett szenzorok kommunikációját is lehetséges biztosítani vagy magán az áramhálózaton keresztül (PLC, Power Line Communication), vagy valamilyen vezeték nélküli/cellás mobilhálózaton (például LoRa vagy LTE) keresztül. Végezetül pedig érdemes azt is megjegyezni, hogy a lámpaoszlopokon viszonylag nagy magasságban elhelyezett rá-diós kommunikációs eszközök sokkal jobb átviteli feltételek mellett képesek működni, mint ha ugyanazokat az eszközöket a föld felszínére vagy annak közelébe helyeztük volna el.

8.2.2. Okos mérők – smart metering

Nagyon fontos elemei egy smart grid rendszernek az okos mérőórák. Ezek segítségével a végfelhasználók folyamatosan, valós időben képesek nyomon követni az aktuális ener-giafogyasztásukat, és látják, hogy a különböző berendezések használata milyen áram-fogyasztással, és ennek megfelelően milyen közvetlen költségekkel jár [Depuru–Wang–

Devabhaktuni 2011]. Az ilyen mérőórák segítségével remélhetőleg elérhető az is, hogy a felhasználók sokkal tudatosabban használják az elektromos berendezéseiket. Felmérjék például, hogy milyen energiafogyasztással járnak a mosógép vagy a mosogatógép külön-böző beállításai, programjai, hogyan viszonyul egymáshoz az elektromos sütő, az elekt-romos tűzhely vagy a mikrohullámú sütő használata, illetve milyen energiamegtakarítással jár a világítás lekapcsolása azokban a helyiségekben, ahol nincs rá feltétlenül szükség.

Ezenfelül a smart metering megoldások az áramszolgáltatónak is hasznosak, részletes adatokkal szolgálnak a felhasználói szokásokról, az igények eloszlásáról, ezáltal pedig könnyebben tervezhetővé válik az energiaszükségletek méretezése is.

A smart metering rendszerek része egy olyan, jellemzően vezeték nélküli kommu-nikációs megoldás, amelynek segítségével megtörténik az adatok összegyűjtése az okos mérőktől, valamint egy olyan grafikus felhasználói interfésszel rendelkező alkalmazás is, amely képes a fogyasztási adatokat látványos és érthető módon megjeleníteni a felhasználók számára.

Az okos mérőórák telepítése különböző iramban halad a világ különböző részein.

Észak-Amerikában 2013-ban már a háztartások 40%-a rendelkezett ilyen mérőórákkal, je-lenleg 60% körüli ez az arány, és az előrejelzések alapján 2023-ra akár a 80%-ot is elérheti.

PB KORREKTÚRAPÉLDÁNY

Európában az arány valamivel alacsonyabb, 2013-ban csak 15% körüli volt, az utóbbi évekbeli gyors növekedésnek köszönhetően jelenleg már meghaladta a 40%-ot, és az előre-jelzések alapján 2023-ra 60% körüli penetrációval számolhatunk majd. Ezzel szemben Ázsi-ában érdekes módon az okos mérőórák telepítése lelassult: míg 2013-ban jóval Európa előtt jártak, 2017 folyamán ez a helyzet már megváltozott, és 2023-ra sem jósolják azt, hogy eléri az 50%-ot. Ez minden bizonnyal a Kína és India bizonyos területein, jellemzően nagyon alacsony életszínvonalon élő milliárdos populációknak tudható be. Az okos mérőrendszerek legalacsonyabb penetrációja nyilvánvalóan Dél-Amerikában, illetve Afrikában tapasztal-ható, ezeken a területeken még 2023-ban sem fogja elérni a háztartások 20%-át sem.

8.2.3. Smart grid biztonság

A smart grid rendszerek egyre több adattal, információval látnak el minket, ezekre az ada-tokra egyre több emelt szintű szolgáltatást lehet építeni. Kiemelten fontos azonban az, hogy ezek a szolgáltatások biztonságosak legyenek. Egyrészt fontos elem az adathamisítás elleni védelem. Mivel az okos mérőórák egy vezeték nélküli interfészen keresztül kommu-nikálnak a szolgáltatóval, bejelentve a pontos áramhasználati adatokat, nyilvánvalóan fel-merül a kérdés, hogy ez a kommunikáció biztonságos-e. A vezeték nélküli kommunikációs technológiák ellen számos támadási lehetőség létezhet: le lehet hallgatni, az átvitelt lehet zavarni vagy blokkolni, de az adathamisítás lehetősége is fennáll, azaz a támadó elkapja a rádiós csomagokat, megváltoztatja azok tartalmát, és így küldi tovább azokat a szol-gáltató felé, mindeközben pedig megakadályozza azt, hogy az eredeti csomag is eljusson a szolgáltatóhoz. Az ilyen jellegű támadásokat végezheti maga az előfizető az alacsonyabb áramhasználati díj reményében, de a támadó lehet egy harmadik fél is, aki valamilyen oknál fogva érdekelt abban, hogy az előfizető, illetve annak okosmérőórái és a szolgáltató ne tud-janak rendeltetésszerűen egymással kommunikálni. Természetesen léteznek az ilyen táma-dások ellen megfelelő védelmi megoltáma-dások is, amelyek különböző kulcscserélő és változó kriptográfiai technikákkal képesek biztosítani az adatok hitelesítését, integritását, illetve a kommunikáció megbízhatóságát és a robusztus átvitelt.

Kiemelt fontosságú a privacy kérdése is, azaz ki és hogyan férhet hozzá az energia-fogyasztással kapcsolatos személyes adatainkhoz. Ha ugyanis valaki lehallgatja az okos mérőóránk által küldött adatokat, akkor ezekből könnyen következtethet például arra, hogy mikor nem vagyunk otthon, mikor utaztunk el hosszabb időre, ilyenkor pedig be lehet törni, ki lehet rabolni a házat. Mindemellett az is kellemetlen lehet, ha a fogyasztási adatainkat az áramszolgáltató kiadja egy harmadik fél, például különböző elektromos berendezések gyártói számára, akik ezután célzott hirdetésekkel tudják majd megkeresni a számukra fontos célcsoportokat. Bár az áramszolgáltatók nyilvánvalóan azt állítják, hogy részükről nem történik ilyen adatszolgáltatás harmadik fél részére, ez nehezen ellenőrizhető.

Mindemellett persze fontos az is, hogy a smart grid hálózatok a különböző kibertáma-dásokra is fel legyenek készülve. Ezeknek a támadásoknak a lényege az, hogy az elektromos hálózat bizonyos részeit lekapcsolják a rendszerből, vagy éppen ellenkezőleg, túlterheljék azt, esetleg bizonyos energiaforrások, generátorok működésébe beavatkozzanak, és leál-lítsák azokat. Mivel az egész smart grid rendszer működését komplex, adaptív, automatizált algoritmusok vezérlik, ha ezeknek az algoritmusoknak a működésébe sikerül beavatkozni,

KORREKTÚRAPÉLDÁNY PB

akkor jelentős károkat lehet okozni. Itt is szükség van tehát a megfelelő védelmi rendsze-rekre, amelyek egyfelől gyors öngyógyító megoldásokkal képesek reagálni az esetleges működési zavarokra, meghibásodásokra, de adott esetben akár emberi beavatkozást is tudnak kezdeményezni, ha szokatlan helyzeteket érzékelnek.