Trendek a magyarországi háztartások villamosenergia-fogyasztásában II.
2015/12. lapszám | Jászay Tamás Nieberl Norbert | 5200 |
Figylem! Ez a cikk 9 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Cikkünk első részében megvizsgáltuk a magyar háztartási szektor villamosenergia-felhasználását, fogyasztási szerkezetét és a különböző háztartási berendezések terjedését, a második részben folytatjuk a jövőben várható energiafelhasználási trendek előrejelzését.
Energiahatékonysági trendek
A magyar háztartások villamosenergia-fogyasztásában is jelentős csökkenést eredményezhetnek azok az európai energiahatékonysági célok, amelyeket az Unió az Energiahatékonysági Irányelven keresztül kíván megvalósítani az elkövetkező években. Egy külföldi tanulmány szerint a csökkenés felét az energiatakarékos (kompakt, LED) izzók elterjedése eredményezheti. Magyarországon ez valószínűleg nem áll fenn, mivel a nagyháztartási berendezések, különösen a hűtők és fagyasztók állománya rendkívül elöregedett, így inkább ezek lecserélése eredményezheti a felhasználás csökkenésének nagyobb részét. Emellett, a világítás terén Magyarországon is jelentős megtakarítások várhatók, tekintettel arra, hogy az Európai Unió előírásainak köszönhetően a hagyományos izzók forgalmazása megszűnt, az energiatakarékos fényforrások fogyasztása pedig azonos fényáram mellett töredéke a hagyományos izzókénak.
Magyarországon a nagyháztartási berendezések állományát és a lecserélésükkel megtakarítható energia mennyiségét 2013-ban a CECED Magyarország Egyesülés mérte fel (1. táblázat).
Látható, hogy a fagyasztók több mint 60%-a, a hűtők, mosógépek és villanytűzhelyek körülbelül 30%-a 11 éves vagy annál idősebb. A villanytűzhelyek állománya a legfiatalabb. Mivel a régi berendezések jellemzően sokkal alacsonyabb energiahatékonysági osztályba tartoznak, ezért a lecserélésükkel jelentős mennyiségű energia takarítható meg. Bár energiahatékonysági szempontból a fagyasztók a legkedvezőtlenebbek, a hűtők állománya nagyobb, ezért a lecserélésükkel több energia takarítható meg. A jövőbeni fogyasztás alakulása szempontjából fontos kérdés, hogy az elöregedett készülékeket mikor cserélik le a háztartások. A becslések során abból indultunk ki, hogy a berendezések előbb-utóbb elromlanak, és akkor a tulajdonosnak új, magasabb energiaosztályú készüléket kell vennie. Az irodalomban fellelhető adatok szerint a hűtőket és a villanytűzhelyeket átlagosan 13, a fagyasztókat 11, a mosógépeket pedig 10 évig használják a háztartásokban.
A világítás energiafogyasztásában szintén jelentős csökkenés várható az energiatakarékos fényforrások elterjedése következtében. A magyar háztartások 20%-a valamennyi hagyományos izzóját, 65%-a izzóinak egy részét, 15%-a pedig egyetlen izzóját sem cserélte le energiatakarékos fényforrásra. Azonos fényáram mellett a kompakt fénycsövek teljesítményfelvétele ötöde, a LED-es lámpatestek teljesítményfelvétele tizede a hagyományos izzókénak. Ezek alapján az izzókat már lecserélt háztartások az összes világításra fordított energia 5%-át, az átmeneti háztartások 70%-át, a maradék háztartások pedig 25%-át adják. A nagyháztartási fogyasztók mintájára évről évre felbecsültük az izzók lecserélésével megtakarítható potenciált. Természetesen ebben az izzóikat már lecserélt háztartások nem voltak érintettek, az átmeneti háztartások esetében pedig azt feltételeztük, hogy eddig izzóik 30%-át cserélték le energiatakarékosra. A hagyományos izzók élettartama csupán 1-3 év, ezért a folyamatok várhatóan a világítás esetében is gyorsan, körülbelül 2020-ig lezajlanak.
Az eddigiek alapján a nagyháztartási berendezések és a világítás várható éves fogyasztása az 1. ábrán látható. Ez a diagram az elterjedtségi trendeket nem tartalmazza, csupán a berendezések lecserélésével megtakarítható éves energia mennyiségét szemlélteti. Ugyanakkor a villanytűzhelyek kivételével a fenti berendezések esetében nem várható számottevő penetrációváltozás. Számításaink szerint a fagyasztók éves fogyasztása 62%-kal, a hűtőké 45%-kal, a mosógépeké 30%-kal, a villanytűzhelyeké 50%-kal, a világításé pedig 42%-kal csökkenhet 2022-ig. A fenti öt berendezéscsoport éves energiafelhasználásának csökkenése 2,3 TWh, amely a háztartási szektor villamosenergia-fogyasztásának több mint egyötöde. Ez az energiahatékonyság-növekedés időben előre hozható, ha az említett berendezések cseréjét megfelelő támogatásokkal ösztönzik, és a felhasználók nem akkor vásárolnak új berendezést, amikor a régi elromlik.
1. ábra: nagy háztartási berendezések és a világítás várható éves fogyasztása
2. ábra: a háztartási szektor éves fogyasztásának változása
3. ábra: a napszakok tagsági függvényei
A nagy háztartási gépek kor szerinti megoszlása és a cseréjükkel megtakarítható potenciál
| Megoszlás [%] | Megtakarítható potenciál [GWh/év] | |||||||
| Kor [év] | hűtő | fagyasztó | mosógép | villanytűzhely | hűtő | fagyasztó | mosógép | villanytűzhely |
| 11+ | 30 | 63 | 29 | 27 | 766,4 | 821,1 | 182,9 | 98,4 |
| 8-10 | 17 | 8 | 16 | 10 | 107,8 | 28,3 | 58,5 | 25,2 |
| 3-7 | 36 | 17 | 35 | 43 | 90,9 | 25,1 | 34,6 | 64,9 |
| 0-2 | 17 | 12 | 20 | 20 | – | – | – | – |
| Össz. | 100 | 100 | 100 | 100 | 965,2 | 874,4 | 276,0 | 188,5 |
A fogyasztás előrejelzése
A villamos háztartási berendezések várható elterjedése és energiahatékonysági trendek alapján a háztartási szektor jövőbeni fogyasztása becsülhető. Az éves fogyasztás változásának előrejelzése során a referenciaév 2013 volt. A számítások során évekre és berendezésekre lebontva vettük figyelembe az adott berendezés penetrációját az adott évben, és a berendezés éves fogyasztását. Ezek alapján a háztartási szektor éves fogyasztásának és a fogyasztás összetételének változása a 2. ábrán látható. A multimédia kategória tartalmazza a televíziók és számítástechnikai eszközök, a konyha kategória pedig a mosogatógépek, villanytűzhelyek és mikrohullámú sütők fogyasztását. Az egyéb kategóriához tartozik a nem részletezett berendezéseken kívül az elektromos autók és az elektromos fűtés fogyasztása is. Számításaink szerint körülbelül 2018-ig a fogyasztás folyamatosan csökken, 2018 körül a 2013. évi 10,8 TWh-ról 9,5 TWh-ra csökken a berendezések növekvő elterjedése ellenére. 2018 után, az energiahatékonysági hullám csillapodásával, a különböző berendezések egyre szélesebb körű elterjedésének eredményeként ez a tendencia megfordul, és a fogyasztás ismét nőni kezd, de 2022-ig nem éri el a 2013. évi szintet. 2022-re a fogyasztás szerkezete jelentősen átalakul. A hűtők, fagyasztók, mosógépek, villanytűzhelyek, bojlerek, hagyományos televíziók és a világítás részaránya csökken. A növekmény jelentős részét a hőszivattyúk adják, de a multimédiás és konyhai (mosogatógép) eszközök és légkondicionálók szerepe is nő. A multimédiás eszközök fogyasztása, beleértve a készenléti fogyasztást is, 20%-kal nőhet 2022-ig, a 2013. évi 2,13 TWh-ról 2,56 TWh-ra. Az elektromos autók fogyasztása a diagramon az egyéb kategóriában szerepel, mivel még a 2023-ra becsült 21 000 darabos állomány villamosenergia-szükséglete is elhanyagolható a háztartási szektor fogyasztásához mérten.
4. ábra: a televíziók fogyasztási görbéje
A fogyasztói profilok megváltozása
A fogyasztói profilokban bekövetkező változások szemléltetésére olyan profilokat hoztunk létre, melyek az egyes berendezések fogyasztási görbéinek eredőjeként állnak elő. Mivel az autentikus görbék meghatározásához renge-teg mérésre lett volna szükség, ezért ezeket hipotetikus alapon, fuzzy logika alkalmazásával állítottuk elő. Az elméletet a televíziók példáján keresztül mutatjuk be.
A fuzzy logika, azaz az elmosódott halmazok logikája a fuzzy halmazelméleten alapszik, amely szerint természetes fogalmaink igazságtartományának határai nem jelölhetők ki pontosan. A halmazelméletben a halmazok jellemezhetők karakterisztikus függvényükkel. A hagyományos halmazelméletben ez a karakterisztikus függvény kizárólag azon alaphalmazbeli elemekre vesz fel 1 értéket, amelyek az adott halmaznak elemei. Amennyiben az alaphalmazbeli érték nem eleme az adott halmaznak, akkor a karakterisztikus függvény értéke 0. A hagyományos (crisp) halmazok karakterisztikus függvénye tehát minden alaphalmazbeli értékhez 0-t vagy 1-et rendel hozzá. Ha a karakterisztikus függvény fogalmát úgy módosítjuk, hogy az alaphalmaz minden eleméhez egy [0, 1] intervallumbéli értéket rendeljen (pl. 0, 5), akkor a függvényt tagsági függvénynek, az általa definiált halmazt pedig fuzzy halmaznak nevezzük. A hozzárendelt érték arányos azzal, hogy az elem milyen mértékben tagja az adott halmaznak: minél kisebb (nagyobb), annál kisebb (nagyobb) mértékben tagja a halmaznak. Egy elem egyszerre több halmaznak is tagja lehet, méghozzá különböző mértékben. A fuzzy halmazok e tulajdonsága alkalmassá teszi őket nyelvi változók, bizonytalan információk, rugalmas határfeltételek matematikai formába öntésére. Ezt használtuk ki a berendezések fogyasztási görbéinek generálása során, amikor is napszakoknak megfelelő „tagsági függvényeket” hoztunk létre (3. ábra). A nap 24 óráját negyedórákra felbontva így figyelembe tudtuk venni, hogy az adott negyedóra melyik napszaknak milyen mértékben tagja. Minden egyes berendezés esetén minden egyes napszakhoz különböző valószínűségi értékeket rendeltünk arra nézve, hogy a berendezés mekkora valószínűséggel üzemel. Ez nyelvi változók meghatározásával történt (pl. alacsony valószínűség, nagyon magas valószínűség stb.), amelyekhez szintén tagsági függvények tartoznak (kimeneti tagsági függvény). A defuzzifikáció során a kimeneti tagsági függvények alapján diszkrét kimeneti értékeket kaptunk, amelyek a nap minden negyedórájában 0 és 1 közötti valószínűségekkel jellemzik a fogyasztás valószínűségét. Ahhoz, hogy ebből fogyasztási görbe legyen, a következő képletet kellett alkalmazni:
ahol Hi: a negyedórás fogyasztás; pi: a fogyasztási valószínűség az i-edik negyedórában (a fuzzy rendszer eredménye); n = 96, mivel 96×15 perc egy nap; Hnapi: az adott berendezés napi fogyasztása.
A televíziók esetében az 3. ábrán látható tagsági függvényekhez a következő valószínűségi nyelvi változókat rendeltük: éjszaka=nagyon magas; alvás1=alacsony; reggeli=közepes; délelőtt=közepes; ebéd=alacsony; délután=közepes; vacsora=magas; este=nagyon magas; alvás=alacsony. Az így kapott diszkrét kimeneti értékeket ábrázolva előáll a televíziók fogyasztási görbéjének alakja (4. ábra).
A fogyasztás összetételének átalakulásából fakadóan a fogyasztói profilok is jelentősen megváltozhatnak a jövőben. A fuzzy módszerrel előállított, 2013-ra és 2022-re érvényes fogyasztói profilokon jól látható különbségek jelennek meg.
A jövőben a szezonális görbék között sokkal nagyobb különbség lehet, ami a hőszivattyúk és légkondicionálók elterjedésével magyarázható: a hőszivattyúk elterjedése elsősorban a téli, a légkondicionálóké pedig a nyári terhelési görbéket (5. ábra) befolyásolja.
A nyári fogyasztás összességében csökkent, annak ellenére, hogy a légkondicionálók aránya jelentősen megnőtt. A görbe alakja nem változott jelentősen, bár a reggeli és esti csúcs már kevésbé kiugró a jobb oldali görbén. A téli görbén ennél jóval szembetűnőbb változás történt a hőszivattyúk elterjedésének következményeként (6. ábra). A görbe kisimult, a reggeli és esti csúcs már nem meghatározó, sőt, a reggeli órákban már alig magasabb a fogyasztás, mint éjszaka. Ezek a görbék reprezentatív háztartásokra vonatkoznak, azaz a teljes háztartási szektor fogyasztását jellemzik egy háztartásra vetítve.
5. ábra: egy reprezentatív háztartás nyári profilja 2013-ban és 2022-ben
6. ábra: egy reprezentatív háztartás téli profilja 2013-ban és 2022-ben
7. ábra: a DSM hatása a 2022. évi nyári görbére
A fogyasztók befolyásolhatósága
A bemutatott prognózis azzal még nem számolt, hogy a fogyasztók befolyásolásának és a fogyasztási szokások átrendeződésének is hatása lehet a profilok alakjára. A fogyasztás átrendezésének fő mozgatóereje a villamos energia ára, de szociális és morális tényezők is befolyásolhatják a fogyasztók viselkedését. A sikeres fogyasztói befolyásolás kulcsa a megfelelő tarifarendszer kidolgozása mellett a felhasználók tájékoztatása a fogyasztásukról. Folyamatos tudatformálásra van szükség, hogy a felhasználók maguk is vegyék a fáradságot, és odafigyeljenek saját fogyasztásukra. A szolgáltatók által jelenleg alkalmazott, évi egyszeri mérőóra-leolvasás és az ez alapján történő elszámolás önmagában nem szolgáltat elegendő mennyiségű információt a felhasználóknak ahhoz, hogy fogyasztási szokásaikat megváltoztassák, ezért tudatosítani kell bennük, hogy mivel járulhatnak hozzá pénztárcájuk és a klíma védelméhez.
A megoldáshoz hozzájárulhat az okos mérőórák elterjedése is, amelyek negyedórás mérési adataikkal megfelelő mennyiségű információt nyújtanak a fogyasztóknak, emellett a villamos energia valós idejű árazását (realtime pri-cing) is lehetővé teszik. Ezáltal a szolgáltatók olyan termékeket nyújthatnak a fogyasztóknak, amelyek a rendszerterhelés völgyidőszakaiban olcsóbb villamos energiát biztosítanak, és így ösztönzik a fogyasztási szokások megváltoztatását. Ugyanakkor az ELMŰ-nél, az okos mérőkkel folytatott pilot projekt eredményei azt mutatták, hogy az átlagos felhasználót nemigen érdekli a fogyasztási görbéje, a mesterségesen alacsonyan tartott árak pedig nem ösztönöznek kellően a fogyasztási szokások bármilyen megváltoztatására.
Egy közelmúltban készült felmérés keretei között arról is megkérdezték a fogyasztókat, hogy megfelelő tarifák esetén mely fogyasztással kapcsolatos háztartási tevékenységeiket hajlandók az éjszakai órákban végezni. A mosás és a mosogatógép-használat az a két tevékenység, melyet megfelelő tarifák esetén a legtöbben hajlandók lennének éjszakára ütemezni, ezekre a válaszadók csaknem kétharmada válaszolt igennel. Ezeket követi az elektromos tűzhelyek és sütők, a számítógépek és a televíziók használata, amelyeket a fogyasztók egynegyede-egyötöde hajlandó a korábban megszokottól eltérő ütemezésben használni.
Ezeknek a berendezéseknek a működtetése a jövőben a smart home (okos otthon) koncepció része lehet, a működtetés történhet akár távvezérléssel, például okostelefonról, de a berendezések előre megírt programok szerint is működhetnek.
Az eddigieken túl a fagyasztók üzeme is eltolható az éjszakai órák irányába. Eszerint a fagyasztók kompresszorai az éjszakai órákban üzemelnének, a nappali órákban csak „ráhűtés” céljából kapcsolnának be, amennyiben a hőmérséklet egy bizonyos érték fölé emelkedik. A kompresszorok működhetnének az éjszakai áramhoz hasonlóan hangfrekvenciás vezérléssel, de PLC alapú (programozható logikai) vezérlés is elképzelhető.
Az eltolt fogyasztású berendezéseket a DSM (Demand Side Management) kategóriában vettük figyelembe, és a profilra gyakorolt hatásukat a 2022-es évre ábrázoltuk (7. ábra). Itt a DSM (befolyásolható) fogyasztók fogyasztását levontuk az eredeti kategóriájukból, és hozzáadtuk a DSM kategóriához. Látható, hogy a DSM fogyasztók jelentősen növelik a háztartás éjszakai fogyasztását, a 2013. évre jellemző két csúccsal rendelkező görbe teljesen átalakult. A rendszer korábbi csúcsterhelése így csökken, ami kedvező, hiszen kevesebb tartalék is elegendő lehet a rendszer biztonságos üzemeltetéséhez. A számítások szerint a mosógépek a DSM fogyasztás 25%-át, a mosogatógépek pedig 20%-át adják.
Az utolsó görbe egy feltételezett fogyasztási szerkezetet ábrázol arra az esetre, ha minden fogyasztónak, aki felmérés alapján hajlandó lenne eltolni bizonyos tevékenységét, lehetősége lenne rá, hogy igénybe vegye a szolgáltatók által nyújtott termékeket. Arra azonban nincs garancia, hogy erre mindenkinek lehetősége lesz, ahogy arra sem, hogy a tarifák elegendő ösztönzést nyújtanak majd ahhoz, hogy a fogyasztók kilépjenek komfortzónájukból, és átrendezzék tevékenységeiket. Ezek a görbék tehát a jövőben várható „legkedvezőbb” esetet ábrázolják.
Azt is meg kell említeni, hogy a napelemes háztartási méretű kiserőművek (HMKE) elterjedése alapjaiban változtathatja meg a háztartások fogyasztásának szerkezetét. Az MEKH adatai szerint a napelemes HMKE-k beépített kapacitása Magyarországon 2014-ben meghaladta a 68 MW-ot, ami több mint kétszerese az egy évvel korábbinak. A napelem termelési csúcsa a déli órákban van, és egy átlagos háztartás esetében a termelés ekkor jóval meghaladja a fogyasztást. Ez egyrészt kiküszöbölheti a légkondicionálók elterjedése által előidézett nyári délutáni csúcsot a profilokban, másrészt egy néhány kWh-s akkumulátorral a felesleg akár el is tárolható, és az esti csúcs idején felhasználható.
Összefoglalás
A háztartások villamosenergia-felhasználása az elmúlt tíz évben jelentős változáson ment keresztül új berendezések megjelenésével és a régiek hatékonyabbá válásával. Ez a trend a következő évtizedben is folytatódni fog, elsősorban a régi hűtők és fagyasztók lecserélésével, valamint a multimédiás eszközök és a hőszivattyúk elterjedésével. A felhasználók tudatának formálásával, megfelelő energiaárazási technikákkal, és a régi energiafaló gépek cseréjének állami vagy európai uniós támogatással való felgyorsításával a háztartási energiafogyasztás akár egyötödével is csökkenthető lehet. Az új és az „okos” technológiákkal, valamint az energiafelhasználás egy részének Demand Side Management módszerekkel a völgyidőszakokra történő ütemezésével a fogyasztási profil is átalakul, amire az erőműveknek, a hálózati társaságoknak és a kereskedőknek egyaránt fel kell készülniük.
BojlerEnergiahatékonyságEnergiamenedzsment
