Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Gázmérnöki Intézeti Tanszék TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT Az okos mérés bevezetése a gáziparba Introduction of Smart Metering into the Gas Industry Peszeki Dóra Judit Olaj- és gázmérnök szakirányos hallgató 4. évfolyam 2012 Témavezető: Szunyog István egyetemi docens
Tartalomjegyzék 1. Bevezetés...1 2. Az okos mérés elvének és eszközeinek vizsgálata a gáziparban...2 2.1. A gázmennyiség mérés elvei...2 2.2. Membrános/lemezházas gázmérők bemutatása...2 2.3. A membrános mérő működési elve...3 2.3. TCDL / T korrektor...5 2.4. Mérőperem bemutatása...5 2.5. Mérőturbina bemutatása...6 2.6. Forgódugattyús mérő bemutatása...6 2.7. Örvényleválásos mérő bemutatása...7 2.8. Ultrahangos gázmérő bemutatása...7 2.9. Magyarországi helyzetkép...7 2.10. Gázmérők kiválasztási elve...8 2.11. Az elfogyasztott gázmennyiség elszámolása...8 3. Az okos mérés lehetőségei a villamos energia iparban...9 3.1. Áram és gáz kapcsolata...9 4. Okos mérő, okos mérés...10 4.1. Kommunikáció...11 4.1.1. A kommunikáció kiválasztása...12 4.1.2. A kommunikáció eszközei...12 4.1.3. Frekvenciák...13 4.2. Smart Metering Európában...14 4.2.1. Néhány országra jellemző információk, illetve megoldásaik a témában...14 4.3. Magyarország...15 5. Összefoglalás...16 6. Irodalomjegyzék...17 7. Nyilatkozatok...19
1. BEVEZETÉS Szakmai gyakorlati tevékenységeim során volt szerencsém megismerkedni a TDK dolgozatom témájának néhány fontos részével. Például egy mérésügyi szolgáltatónál eltöltött időszak alatt a membrános gázmérők felépítését és működési elvét tanulmányoztam, míg egy mérőket gyártó cégnél tett gyárlátogatásom során bepillantást nyertem, hogyan tervezik és rakják össze a gázmérőket, valamint hogy mi is az a smart metering. A két meghatározó időszak után még érdekesebbnek és fontosabbnak tartottam az okos mérés bevezetését, illetve használatát a hazai gáziparban. Hogy mi is az okos mérés? Ugyan kevesen ismerik, ám annál fontosabb mérési technikáról van szó. Ennek köszönhetően jó néhány fejlett országban lassan egészen átalakul a gázszolgáltatás. A hagyományos membrános gázmérőkkel párhuzamosan, kiegészítve azokat a megfelelő eletronikai eljárásokkal, egyre elterjedtebbek az okos mérők. Északilletve Nyugat-Európában már több országban hódított teret és váltotta be a hozzá fűzött reményeket. A kétirányú információáramlás segítséget nyújt a fogyasztók és a kiszolgáló kommunikálására, megismerésére. Például speciális fogyasztói igényekhez igazítható termékek nyújthatók - sajátos tarifák egyedülállóknak, nyugdíjasoknak, családoknak, stb. Ez a távmérésen alapuló digitális technológia mind a felhasználónak, mind a szolgáltatónak és a termelőnek előnyös, hiszen napra készen leolvasható az elfogyasztott gázmennyiség. A távleolvasás segítségével a leolvasási költségek csökkentésére is lehetőség nyílik. A régi rendszer okosítása nagyobb hatásfokra tesz szert, ezáltal könnyen spórolhatunk vele. Nem mellesleg az elosztói engedélyes a törvényi rendelkezés hatályának megfelelően egyetlen gombnyomással lekapcsolhatja a rendszerről a nem fizető fogyasztóit. Ennek a problémának az elkerülésére létrehozható egy előrefizetéses rendszer is. Az okos mérés segítségével szabályozhatóvá válik a hálózat terhelése és csökkenthetők az üzemeltetési költségek. Összegezve egy teljesen letisztult, makulátlan szolgáltatás igénybevétele érhető el ilyen módon. Végül, de nem utolsó sorban: a smart metering rendszer bevezetése a fogyasztók energiatudatos-viselkedésének kialakulását is segíti. Úgy gondolom, ez napjainkban nem egy utolsó szempont, különösen Magyarországon. A témán belül a dolgozatomban a gázmérési módokról és mérőkről írok különös tekintettel a háztartási membrános mérőkre. Ezt követően a villamos energia szükségességét is megemlítve magáról az okos mérésről. Miközben más-más európai országok mérési módszereibe nyújtok betekintést, bemutatom a gázméréshez szükséges eszközöket is. 1
2. AZ OKOS MÉRÉS ELVÉNEK ÉS ESZKÖZEINEK VIZSGÁLATA A GÁZIPARBAN 2.1. A gázmennyiség mérés elvei A gázmennyiség mérés kétféleképpen történhet: közvetlen és közvetett módon. A közvetlen áramlásmérők elve a térfogat kiszorításos vagy köbözéses működés. Ebbe a típusba tartoznak: a membrános mérők, a forgódugattyús mérők, valamint a forgódobos mérők. A közvetett elven működő mérők a térfogat mérését jellemezően az áramlási sebesség meghatározására vezetik vissza. Ilyen típusúak: a turbinás mérők, az örvényleválásos mérők és az ultrahangos mérők. Olyan közvetett elven működő mérők is léteznek, amelyek legalább kétféle kimenőjelet szolgáltatnak. Ezek a következők: mérőperem, illetve Venturicső, torlócsövek (Pitot-cső), rotaméter. 2.2. Membrános/lemezházas gázmérők bemutatása A hazánkban leginkább elterjedt, különösen háztartásokban, kommunális fogyasztóknál alkalmazott membrános gázmérő volumetrikus elvű, tehát a mérési folyamat nem más, mint a mérőkamrák periodikus feltöltése és kiürítése. Magyarországon az ilyen típusú mérők ciklustérfogata jellemzően 1,2 vagy 2 liter (V1,2 és V2). A membrános mérő a 1,5-ös pontossági osztályba tartozik. Ez azt jelenti, hogy a Q min (a legkisebb térfogatáram) és Q t (átmeneti térfogatáram) között +/- 3 % a különbség. A Q t és Q max (legnagyobb térfogatáram) között +/- 1,5 % lehet az eltérés, ahol a Q t a mérés bizonytalansága. 1. ábra - Membrános gázmérő (mérőműszer bolt kft.,2012) 2. ábra - Membrános gázmérő hibagörbéje (Elster GmbH, 2012) 2
Magyarországon a háztartási kategóriában G 2,5-östől G 6-os méretig találkozhatunk velük. A leggyakoribb a kis teljesítményű G 4-es használata. A G 10-G 25-ig középteljesítményűnek nevezzük. G 40-G 100-ig pedig az ipari fogyasztóknál használatos. A G értéke a névleges teljesítményt jelöli, valamint 1,6 szorosa megadja a Q max -ot. Például: G 25 -> Q max = 25 * 1,6 = 40. 2.3. A membrános mérő működési elve A membrános gázmérők térfogat kiszorításos elven működnek. A beömlő csonkon érkező gáz beáramlik a mérőtérbe és megtölti a mérőkamrát, ezáltal mozgásba hozva a membrántányérokat. (Ennek segítségével kényszerkapcsolat alakul ki a tolattyúkkal, melyek szabályozzák a gáz be- és kiáramlását.) A benyomuló gáz a membránt szélső helyzetébe mozdítja, miközben a membrán a kamrából gázt továbbít a fogyasztói vezetékbe. A membrán két szélső helyzetének megfelel az egy ütem alatt kiszorított gáztérfogat. Ennek a folyamatnak a segítségével kerül rögzítésre az átáramlott térfogat a számlálószerkezeten. Egy fontos jellemzője a mérőnek: az ellenálláserő-tényező, más néven az RPF faktor. Ez a mutatószám nagyban befolyásolja a mérő minőségét. Segítségével a gázmérő mechanikus nyomásveszteség értékét lehet minimalizálni, valamint szerepet játszik az eredő nyomásveszteségben. Maximális határértéke 2 mbar az EN 1359:1998. Gázmérők. Membrános mérők szabvány szerint. 3. ábra - Működési elve (Elster GmbH, 2012) A membrános gázmérő részei a következők: - Mérőház, mely egy alsó és felső acéllemezből tevődik össze - Mérőmű, ami négy mérőkamrából, tolattyúból, rostélyból, és egy hajtásműből épül fel - Membrán, mely napjainkban már szintetikus anyagból készül, régen kecskebőrből - Számlálószerkezet, amely kijelzi az átáramlott üzemi térfogatot 3
A membrános mérőknek számos előnyét foglalom össze az alábbiakban: fontos tulajdonsága, hogy megbízható, hosszú az élettartama (20 év), és nincs szüksége elektronikus segédenergiára. A hálózati nyomás elegendő a működéshez. (Az EN 1359:1998. Gázmérők. Membrános gázmérők szabvány betartására viszont ebben az esetben is figyelni kell.) Szerkezete igen egyszerű, ugyanakkor olcsó, robosztus és megbízható kivitelezésű, illetve gázszivárgás és tűzállóság szempontjából megfelelő kialakítású, továbbá különösebben nem érzékeny szennyeződésekre. A gáz minőségétől, összetételétől független. A nagyobb átfogású mérők csoportjába tartozik, nyomásvesztesége kicsi (maximum 2 mbar). Az elszámolási mérés követelményeinek megfelel a mérő pontossága, méretlen mennyiség nem áramolhat át rajta. Üzemeltetési költségei alacsonyak (beszereléstől 10 éves hitelesítés alatt nem kell vele foglalkozni). Azonban ezeknek a mérőknek hátránya is van, a modern mérőeszközökhöz képest jelentős a mérete. Hőmérséklet kompenzátorok használatára a háztartási membrános gázmérők jó hővezető képessége miatt volt szükség, valamint a mérők épületen kívüli elhelyezése végett, ami biztonságtechnikai és leolvasási okokból volt fontos. Hazánkban az elterjedésüknek többek között egyelőre az újrahitelesítési idő (10 év) szab határt. Ezen mérők hőfokkompenzálása megoldható mechanikus és elektronikus módon. A mechanikus rendszernek egyszerű a működési elve és segédenergiára sincs szükség, viszont a hőmérsékleti tehetetlensége nagy, ezáltal a gázmérő tranziens körülmények között késleltetett reagálást mutat. Az elektronikus megoldás a hőmérséklet függvényében korrigálja a mechanikus normál mérőmű üzemi térfogatadatait. Hátránya viszont, hogy szüksége van segédenergiára. Az elszámolási rendszerbe a referencia hőmérséklettől (15 C) minden 3 C eltérés hozzávetőlegesen 1 % mérési pontatlanságot visz bele. A következő ábrán a hőmérséklet kompenzátorral elérhető haszon látható: 4. ábra - Hőmérséklet kompenzátor használatának hasznossága (Szunyog, 2012) 4
Látható, hogy különböző hónapok más-más mérési hibát mutatnak. Ez a hűvösebb hónapokban a fogyasztónak kedvez, míg enyhülés esetén a szolgáltató jár jobban. Az oszlopok nagysága megmutatja a magyarországi éves átlaghőmérséklettől (15 C) való eltérést, mégpedig a fent említett módon (3 C eltérés 1% mérési hibának felel meg). A táblázat alapján például az október havi középhőmérséklet körülbelül 10 C-kal tér el az évi középhőmérséklettől. Így 3 és 4 százalék közötti a mérési pontatlanság értéke. 2.3. TCDL / T korrektor Más néven hőmérséklet kompenzátorral ellátott adattárolós gázmérők. Jellemzően középnyomású és ipari kategóriákban alkalmazzák. Jellemzői, hogy a regisztrált adatokból egyértelműen kiolvasható a kérdéses nap átlaghőmérséklete és a gázmérő állása, ezáltal az árváltozások pontosan elszámolhatók egy-egy dátumnaphoz kötötten. Az egyszerűsített, kiegyenlített és általányszerű számlázást támogatja, de emellett a szolgáltató egyszerűen fel tudja mérni a fogyasztók szokásait. Nem mellesleg nyomon követhető a gázmérő meghibásodása is. 2.4. Mérőperem bemutatása A mérőperem jelenséget működése használ ki, egy fizikai mégpedig a következőt: ha a csőben áramló gáz útjába elhelyezünk egy szűkítő elemet, akkor ennek az elemnek az eláramlási oldala közvetlen közelében nyomásesés lép fel. Ez a mennyiség sebességével. mérőperemen arányos Ennek az áramlás magyarázata, átáramló a gáz nyomásenergiájának átalakulása (egy része mozgási és kinetikai energiává), továbbá az átlagos áramlási sebesség növekedése a szűkített keresztmetszetben. A térfogatáram kiszámítható az áramlási sebességből és a szűkítő nyílás keresztmetszetéből. 5. ábra Mérőperem (Reményi, 2002) 5
2.5. Mérőturbina bemutatása 6. ábra Mérőturbina (Pietro Fiorentini, 2012) Olyan áramlási sebességmérésen alapuló gázmérő, amelynél a gázáram energiája működteti a turbinát. A turbinakerék fordulatszáma arányos az átáramlott gáz mennyiségével. A mérőturbina jellemzői, hogy igen gyors reagáló képességgel rendelkeznek tranziens áramlási feltételek mellet is (ez kis mérőknél 5-10 ms, nagyobb készülékek esetében körülbelül 20 ms). A megfelelően kiegyensúlyozott turbinakerekes mérők mérési pontosságuk szerint az 1-es pontossági osztályba tartoznak. Ezek a mérők roppant érzékenyek a gázsűrűség változására és a csapágyazásra. DN150-ig tartósan kent csapágyazással szállítják, viszont DN200 fölött külön olajpumpát használnak hozzá. A mérés visszavezethető az áramlási sebesség mérésére: V = n*k*a [m 3 /h], ahol V - térfogatáram, k - arányossági tényező, n fordulatszám, A - az átömlési keresztmetszet. A turbinakerekes mérők előnyei közé tartozik a nagy pontosság és ismételhetőség, a gyors reagáló képesség tranziens áramlások során, valamint hogy meghibásodás esetén sem zárják el a gázáram útját. Fontos tulajdonsága, hogy alkalmazhatók nagy nyomástartományban (100 bar), emellett minimális karbantartást igényelnek. Hátrányai a következők: különösen érzékenyek gázsűrűség változásra, az áramlási zavarokra és a túlterhelésre. Mivel nagy beépítési helyet igényelnek, lamináris áramlási profilt kell hozzá biztosítani (2D-s vagy 3D-s egyenes hozzávezető csőszakasz), de helyszíni hitelesítésükre nincs elfogadott módszer. Kisnyomású hálózatokban nem célszerű az alkalmazásuk nagy nyomásellenállásuk miatt. Reakcióidejük indításkor és leálláskor hosszú és kicsi az átfogási tartományuk (1:20 vagy 1:30). 2.6. Forgódugattyús mérő bemutatása A membrános mérőkhöz hasonlóan a kiszorításos rendszerű készülékek csoportjába tartozik. A forgódugattyús gázmérő előnyei: stabil, tehát 7. ábra - Forgódugattyús mérő (Aerzen Hungária Kft., 2012) 6
a mérő hosszú távon is megtartja pontosságát, így mérési pontossága nagy (1-es pontossági osztályba tartozik: Q min és Q t között 2 %, Q t és Q max között 1 % lehet az eltérés). Nagyfokú ismétlőképességű, valamint alkalmazható nagyobb gáznyomás esetén is (25 bar). Indulási érzékenysége alacsony és mérőellenállása kicsi (nyomásvesztesége alacsony). Nagy átfogható mérési tartománya van (1:160-ig), valamint indifferens áramlási profillal rendelkezik. Hátrányai közé sorolható a szennyeződésekre és a hirtelen gáznyomás változásokra való érzékenysége (ezt kiküszöbölve a beáramlás elé lapszűrőt is alkalmaznak), továbbá, hogy leállás esetén a gázvételezés megszűnik és a legtöbb gyártmány rendszeres olajozást igényel (kb. évenként). 2.7. Örvényleválásos mérő bemutatása Működésére jellemző, hogy a torlóidom megzavarja az áramlást a berendezésben, így örvények válnak le róla, melyeknek a frekvenciája arányos a gáz sebességével. Az örvényleválásos mérő előnyei közé tartoznak a túlterhelhetőség, valamint, hogy mozgó alkatrészt nem tartalmaz. Szélesebb hőmérséklethatárok között és az időben változó áramlások mérésére is alkalmazható. Az áramló közeg minőségi jellemzőinek változására viszont nem érzékeny. Egyetlen hátránya, hogy viszonylag nagy beépítési hosszúságot igényel. 2.8. Ultrahangos gázmérő bemutatása Az ilyen fajta gázmennyiség mérők elve az ultrahang által létrehozott jelek és idők feldolgozásán alapszik. Előnyei: mozgó alkatrészeket nem tartalmaznak, biztosított a hőmérséklet- és nyomáskompenzáció (kialakításuknál fogva). Viszont porra rendkívül érzékenyek és rövid (5 év) újrahitelesítési időt igényelnek. Az áramlási sebesség okozta terjedési idő változása pedig mérési problémát okozhat. 8. ábra - Ultrahangos mérő (Elster GmbH, 2012) 2.9. Magyarországi helyzetkép Országunkban találhatók normál és hőfokkompenzátoros mérők. Akármelyik fajtáról is legyen szó, folyamatosan újítják. Az elosztói engedélyesek megpróbálják lecserélni az elévült mérőket vagy az állapotuk miatt, vagy a rengeteg szabálytalan gázvételezés ellen, amelyért például úgy tudnak tenni, hogy a cserefolyamat során kicserélik a számlálókat 7
törékenyebb fajtára, hogy egy apró beavatkozás hatására is tönkre menjen, illetve kerülik a mágnesezhető alkatrészeket: alumínium vagy műanyag membrán tányérokat alkalmaznak a mérőkben, valamint a mágneskuplungról tömszelencére váltanak. 2.10. Gázmérők kiválasztási elve Háztartási fogyasztók mérésére leginkább membrános gázmérőket alkalmaznak. Ha ipari és kommunális fogyasztókról beszélünk, előbb a membrános, az után a turbinakerekes, végül a forgódugattyús mérők jöhetnek szóba. A felsorolt szempontok alapján célszerű elvégezni a gázmérők kiválasztását: - mérendő minimum és maximum térfogatáram - üzemeltetési körülmények - üzemi nyomástartomány - a mérési hely átlagos terhelése - a mérési pontosság igénye - a mérőszakasz kialakítása - a mérő hőmérséklet és zajterhelés alapján történő elhelyezése - a mérő várható élettartama; - költségek Ideális gázmérő tulajdonságai közé tartoznak a következők: - megbízhatóság - nagy mérési pontosság - kis helyigényű - könnyű szerelhetőség - könnyű súly - zajszintje alacsony - segédenergiára nincs szüksége - mérési tartománya széles - áramlást ne zavarja - karbantartási igénye minimális 2.11. Az elfogyasztott gázmennyiség elszámolása A ténylegesen elfogyasztott (normál térfogatú) gázmennyiség, az üzemi körülmények között mért érték korrekciójával határozható meg. Ennek nagysága elsősorban a mérés helyén 8
uralkodó hőmérséklettől és nyomástól függ. Magyarországon a referencia hőmérséklet 15 C, a fizikai normál nyomás pedig 1,01325 bar. A normál/átszámított térfogat fordítottan arányos az üzemi körülmények között mért nyomással. Ez alapján minél nagyobb a nyomás, annál több gáz haladhat át a vezetéken. Ha a referencia hőmérséklethez képest 1 fokkal növeljük a hőmérsékletet, a nyomás 0,3 %- kal nő. Az elfogyasztott gáz mennyisége után kifizetendő összeg függ a szolgáltatott gáz fűtőértéktől és a normál hőmérsékleten vett elfogyasztott gáztérfogattól. 3. AZ OKOS MÉRÉS LEHETŐSÉGEI A VILLAMOS ENERGIA IPARBAN 9. ábra - Villamos energia (Magyar Áramszolgáltató. 2012) Magyarországon több mint 5 millió háztartási villamos fogyasztásmérő üzemel. A villamos energiát tekintve három fontos fogyasztói elvárás létezik. Legyen megfelelő minőségű, folyamatos és üzembiztos. A villamos energia előállítása általában távol történik a felhasználás helyétől. Az energia gazdaságos és biztonságos eljuttatása a fogyasztói berendezésekhez viszont a rendszerüzemeltető feladata. Ezen feladatok megoldására távvezetékeket vagy röviden vezetékeket építettek, amelyek összeköttetést létesítenek az erőművek, transzformátorállomások és a fogyasztók között. A villamos energia útja a fogyasztóig a következőképpen alakul: a termelő erőművektől a távvezetéki és elosztó hálózatokon át jut el az energia a fogyasztókig. Az energiát továbbító távvezetékeket kétféleképpen különböztetjük meg az elhelyezésüktől függően: kábelhálózatként és szabadvezetékes hálózatként. Korábban az elektromechanikus módon működő mérők voltak elterjedtek, melyekből Magyarországon még sok megtalálható. Jó néhány éve kezdett gyakorivá válni az elektronikus villamos mérők szállítása is. 3.1. Áram és gáz kapcsolata Az energiafajták között a villamos energia élen jár az okos mérésben. Mintájára a gázmérés is kapcsolódott az ilyen fajta rendszerhez. Az okos mérés esetében jelentősen az áram dominál, de természetesen mindkettő fontos. A gáznak is vannak pozitív tulajdonságai a villamos energiával szemben mint például az, hogy tárolható. Az áram termelését követően azonnal fel kell használni, mivel tárolása a jelen technológiákkal még nem gazdaságos. A 9
gáz szállítása föld alatti csővezetékeken keresztül történik, mely így különböző távolságokra könnyen és biztonságosan szállítható. Az viszont lényeges megállapítás, hogy az okos mérés szempontjából áram jelenléte nélkül a gázmérés sem működhet. Ám az országban nem ugyanazon metódus szerint vannak felosztva az áram-, illetve gázszolgáltató területek, így még nehezebb az összeegyeztetés az egymásra utaló munkában. 4. OKOS MÉRŐ, OKOS MÉRÉS 10. ábra Az okos mérés rendszere (Sándor, 2008) Az okos mérő egy olyan túlnyomóan hagyományos kialakítású gázmérő, amely rendelkezik intelligens mérő berendezéssel és elzáró szeleppel. Csatlakoztathatók hozzá különböző kommunikációs modulok. Az okos mérésben mindenképp fontos szerepet játszik egy előre fizetéses, elzárható rendszer kiépítése a nem fizető fogyasztók miatt. Ebben a csoportban természetesen védettséget élveznek a védendő fogyasztók 1. Lényege a mért adatok távolsági kiolvasása, esetenként elzáró szelep áll rendelkezésre, hogy kizárható legyen, aki nem fizet. Ehhez a mérő és a központ közötti kommunikációhoz szükséges egy kommunikációs modul használata. 1 A lakossági fogyasztók közül a védendő fogyasztók szociálisan rászoruló vagy fogyatékkal élő fogyasztóként részesülhetnek az engedélyesek által nyújtott bánásmódban és kedvezményben. (forrás: FŐGÁZ Földgázelosztási Kft.: https://www.fogaz.hu/nyitooldal/ugyfelszolgalat/hasznostudnivalok/gazarkat/vedendo_fogasztok) 10
Az okos mérést befolyásoló tényezők lehetnek: hőmérsékleti profil csúcsfogyasztás átlagfogyasztás kommunikációs frekvencia, csatorna számláló állása átküldött adat információ mennyisége kommunikáció intervalluma titkosítás szelepvezérlés hőmérséklet- és nyomásmérés 4.1. Kommunikáció A smart metering egyik legfontosabb meghatározója a készülékek közötti információ csere. E nélkül nem beszélhetnénk okos mérésről. Európában az ehhez használatos frekvenciák: a 169 MHz, a 433 MHz, a 868 MHz és a 2,4 GHz. A méréshez ezen kívül szükséges kiválasztani egy eszközt is. Ebben segítségünkre lehetnek a tulajdonságaik, melyeket a későbbiekben részletezek. Nagyon fontos kiválasztási szempont továbbá az elem fajtája. Lényeges az elem minősége és karakterisztikája, valamint kisülése is. A működtetés egyik fajtája lehet a push üzemű kommunikáció. Használatával a jeladó magától küldi ki az adatokat. Ennek alkalmazását egyirányú kommunikációnál veszik igénybe. Ez az adatküldési forma egy meghatározott, úgy nevezett időablakba küldik tovább a jeleket. Ezen eszköz használatán kívül, a szerkezet alvó állapotba kerül. A smart rendszerben a szolga üzemmódban lévő gázmérő kommunikál az árammérővel, mint masterrel, amely minden fogyasztói adatot továbbít a központ felé (GPRS vagy PLC technológiával) 2 : az elfogyasztott gázmennyiséget, a tarifát, és a fizetendő összeget. Ezeknek az információknak köszönhetően értesülhet a szolgáltató a fogyasztói szokásokról, és kínálhat számára egyedi tarifát. 2 A GPRS lényege, hogy a meglévő hálózatot oly módon egészíti ki a szolgáltató, hogy a megfelelő (GPRS képes) készülék segítségével csomagkapcsolt módon is lehessen adatokat átvinni a beszédcsatornákon. A szélessávú PLC alkalmazása lehetővé teszi a különféle szolgáltatások nyújtását, adathordozó hálózaton keresztül, melyek kötődhetnek a villamos elosztáshoz vagy egyéb közműhez (Gáz, Víz, stb.). (forrás: e-times Hungary online. Hozzáférés: http://www.modemido.hu/01apr./kisszot.htm) 11
4.1.1. A kommunikáció kiválasztása A kiválasztási szempontoknál érdemes szem előtt tartani a következő vonatkozásokat is: Kisebb sávszélesség esetén magasabb az átviteli teljesítmény, melynek köszönhetően alacsonyabb a hibás bitek száma. Jobb jel-zaj viszony, valamint érzékenyebb jeladó egység és nagyobb antennaerősítés mellett hosszabb a hatótávolság. Alacsonyabb frekvencia választásakor, hosszabb az antenna, nagyobb a hatótávolság, és nagyobb áthaladás várható az objektumon. Más-más frekvencián működő eszközök eltérő hosszúságú antennával rendelkeznek. Ezek méreteit szemlélteti a következő ábra: Európában használatos kommunikációs eszközök frekvenciáinak antenna mérete 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 44 17 8,6 3,1 169 MHz 433 MHz 868 MHz 2,4 GHz Antenna mérete (cm) 11. ábra - Antenna méretek 4.1.2. A kommunikáció eszközei Az eddig felsorakoztatott érvek és tulajdonságok függvényében (sávszélesség, frekvencia, jel-zaj viszony, objektumon áthatoló képesség) kiválasztható a számunkra megfelelő eszköz, melyek közül két, Európában elterjedt típust jellemzek is. Ezek pedig az M-Bus és a ZigBee nevezetű típusok. 12
A következő táblázatot a Macro Budapest adatai alapján állítottam össze: (forrás hozzáférése: http://www.macrobp.hu/webset32.cgi?macrobudapest@@hu@@31@@googlebot) 1. táblázat - Kommunikációs lehetőségek Típusszám ISM frekvenciasáv (MHz) Csatornaszám (db) Max adatsebesség (kbps) RC1700-MBUS 169 7 38,4 15000 Hatótávolság (m) RC1140-MBUS 433 12 16,4 600 RC1180-MBUS 868 12 100 600 RC2400-ZNM 2450 16 250 erősen objektumfüggő M-BUS: Dedikált frekvenciasávval rendelkezik (AMR - auto meter reading), alkalmazott frekvenciasávjai: 169 Mhz, 422 MHz és 868 MHz. Ez egy európai szabvány a vezeték nélküli mérő leolvasáshoz. ZigBee: Alkalmazott frekvenciasávja, mely világszerte használható: 2,4 GHz. MESH önszervező hálózat és nemzetközi szabványú protokollal rendelkezik. 4.1.3. Frekvenciák Az általam vizsgált frekvenciasávok jellemzése: 169 MHz, mely egy alap rádió csatorna Hatótávolsága nagy Kimeneti teljesítménye magas Léteznek hozzá standard protokollok Antennája túl nagy Adatrátája alacsony Sávszélessége alacsony Csatornaszám alacsony 433 Mhz és 868 MHz Magasabb sávszélesség Közepes csatornaszám Kisebb hatótávolság Kisebb antenna Alacsonyabb adatráta (433 MHz) Magasabb adatráta (868 MHz) 13
2,4 GHz Magas csatornaszám Magas sávszélesség Magas adatráta Kis antenna Alacsony hatótávolság 4.2. Smart Metering Európában Az adatbiztonság és a kommunikációs megoldások egyfolytában változnak. Ennek okai, hogy még nincs eléggé meghatározott módon definiálva az okos mérés, illetve országról országra, de akár egy adott országon belül is változnak. Leginkább a kompakt megoldások tűnnek a legjobbnak. Az integrált, ország specifikus megoldások kifejlesztése sem gazdaságilag, sem műszakilag nem éri meg. 4.2.1. Néhány országra jellemző információk, illetve megoldásaik a témában Németország Gázmérő követelményei közé tartozik az adatbiztonság, a kommunikáció megléte, az egységes protokollok (OMS) használata. Szükséges még továbbá a tarifálással kapcsolatos opciók, valamint a kijelzés, mely történhet kijelzőn, illetve internetportálon keresztül. Kommunikáció lehetséges módszerei a vezetékes és a vezeték nélküli M-Bus. Nagy-Britannia Integrált elzáró szerelvényt alkalmaznak, melynek köszönhetően megvalósítják az előrefizetéses rendszert és a ZigBee SE Profile segítségével kommunikálnak. Igen összetett, változó tarifarendszert (48 tarifa alakítható ki) alkalmaznak félórás felbontású adatrögzítéssel (13 hónapra visszamenőleg). Fontos, hogy a kijelzőn fel legyen tüntetve az elfogyasztott energia mennyisége, a fűtőérték és a nyomás. Olaszország Elsősorban a ZigBee-t helyezik előtérbe, de egyre gyakrabban a 169 MHz frekvenciát használják, valamint átmenetileg GSM megoldás segítségével kommunikálnak. Elvárások a gázmerő felől: háztartásoknál külön tarifákat kell létrehozni és elzáró szelepeket beépíteni, valamint kompenzálni kell a hőmérsékletet. Középteljesítményű hőmérőknél gáztérfogat korrektorok használata is kötelező. További kritérium a távolsági frissítés lehetősége. 14
Hollandia A hollandok a mérők tekintetében a következő kritériumokat állították fel: folyamatos adatvédelem (adattitkosítás) fenntartása, háztartásoknál integrált szelep, valamint hőmérséklet korrektor használata. Kommunikációs téren vezetékes és vezeték nélküli M- Bus-t alkalmaznak egyedi variációkkal, ahol fontos az árammérő és a gázmérő összeköttetése. Helyi hálózatra (LAN) vonatkozó megoldások az általam vizsgált különböző országokban 50% 50% Vezetéknélküli/vezetékes M- Bus ZigBee 12. ábra - Kommunikációs fajták 4.3. Magyarország Hazánkban az ezzel a témával foglalkozó szervezetek már megkezdték az intézkedéseket. Az okos mérési rendszereket az Európai Unió 2020-ra szeretné bevezetni a fogyasztók legalább 80 százalékánál azokban az országokban, ahol az a kísérleti projektek tapasztalatai alapján gazdaságosnak ígérkezik. olvasható a Világgazdaság online szeptemberi cikkében. (forrás: http://www.vg.hu/vallalatok/energia/mavir-okos-meres-teszt-38-millioeurobol-385134) Ehhez szükség van a háztartásokban lévő membrános gázmérők folyamatos lecserélésére, majd egy hálózat kiépítésére. Ezek a fejlesztések sok tervezést igényelnek. Például az eszközök és a frekvenciasáv kiválasztása. Célszerű olyan frekvencián üzemelő típust választani, amelyik képes kétirányú kommunikációra a külső elzáró szerelvény működtetésének segítségével, ugyanis ennek következtében megvalósulhat az előrefizetéses rendszer. Ez lehetőséget biztosítana többek között a nem fizető fogyasztók gázvételezései ellen és a fogyasztói szokások megismerésére. Ezen felül az okos rendszer használatával az ország lakosai még ha csak több év után is, de - azonosulni tudnának az energiatudatos-viselkedéssel. Hazánkban szükség van ehhez hasonló intézkedésekre, hogy környezettudatosabban éljünk és nem utolsó sorban hogy megtanuljunk spórolni. 15
5. ÖSSZEFOGLALÁS Az okos mérés bevezetése a gáziparba számtalan lehetőséget rejt magában, ahogyan a dolgozatomban szemügyre vett országok szokásiban is látható. Úgy gondolom a témaválasztásom aktuális, hiszen Magyarországon napjainkban tartanak értekezéseket, konferenciákat és írnak ki pályázatokat a kérdéssel kapcsolatban. Másik szempontból nézve, tulajdonképpen azért is van szükség a smart rendszer alkalmazására, mert világunk felgyorsult, és ehhez alkalmazkodnunk kell. Manapság egyre több intézkedés virtuálisan történik gondoljunk csak a postai csekkekkel való sorban állás helyett az átutalás lehetőségére, vagy a bankban a sorszámunkkal órákig tartó várakozást helyettesítő interneten történő bankszámla nyitására. Jóllehet ezekhez szükség van hálózatok kiépítésére is, ami az okos méréshez is szükséges. A tanulmány során összegyűjtöttem a membrános gázmérő mellett létező egyéb mérőket előnyeikkel és hátrányaikkal, hogy látható legyen, miért a membrános berendezéseket alkalmazzák a háztartásokban. Szó volt a működési elvéről is, melynek ismerete nélkül kevésbé lenne érthető a gázmennyiség mérés. Ezek után következett a villamos energia megjelenése a dolgozatomban, ami először meglepő, oda nem illőnek tűnhetett. Ám az áram és a gáz összevetésének gondolatai után már érthetőbbé vált. A cím viszont még mindig nem nyert értelmet egészen addig a részig, amikor összeszedtem néhány ország smart rendszer alkalmazásainak szokásait. Láthattuk, hogy a vezetékes és vezeték nélküli M-Bus használata ugyanannyira elterjedt, akár csak a ZigBee. Magyarországon célszerűnek tartanám a GPRS csomagkapcsolt technológia igénybevételét, hiszen csak a meglévő hálózatokat kellene kiegészíteni az adatok átvitelének lehetőségéhez. Így nem kellene új kapcsolatrendszert kialakítani, csupán okosabbá tenni a korábban létrehozottat. Mint említettem, szükség lesz egy frekvenciasáv kiválasztására is, mely lehetőleg kétirányú kommunikációra legyen képes. Véleményem szerint hazánkban a 868 MHz-en működő lehetne sikeres ilyen szempontból, mivel a közepes kategóriájú csatornával rendelkező típus közé tartozik és magasabb sávszélességen képes működni. Antennája nem túl nagy és adatrátája is a középmezőnyt erősíti. Úgy gondolom tehát, hogy az okos mérésre igen is szüksége van azoknak az országoknak, ahol még nem került bevezetésre, úgy a gáziparban, ahogy a villamos iparban is. Ha a tervek szerint haladnak az ebben illetékes szervek, akkor éveken belül Magyarországon is megindul a gázmérők és a mérési rendszer fejlesztése. 16
6. IRODALOMJEGYZÉK Aerzen Hungária Kft.: Aerzener forgódugattyús gázmérők. Hozzáférés: http://www.aerzenhungaria.hu/termekek/aerzener-forgodugattyus-gazmerok, letöltés dátuma: 2012. október 19. Czibulka Csaba [2009]: Országos Mérésügyi Hivatal. Hitelesítési előírás Membrános gázmérők (HE 2/1-2006) Elster GmbH Smart metering. Okos mérés előadás. Arp, Hans. Mészáros, Norbert. Miskolci Egyetem. 2012.04.25. e-times Hungary - Gazdasági magazin a hi-tech világáról [2003]: Modem kor kisszótár LV. Hozzáférés: http://www.modemido.hu/01apr./kisszot.htm, letöltés dátuma: 2012.október 17. Fiorentini Hungary Kft. [2012]: TGM Turbinás gázmérő: Hozzáférés: http://www.fiorentini.com/hu/viewdoc?co_id=91, letöltés dátuma: 2012.október 28. Flow Cont: Intelligens Mérő- és Szabályozóberendezéseket Fejlesztő Kft. [2002]: Áramlásmérésről alapfokon - 2. rész. Hozzáférés: http://www.flowcont.hu/magyar/remenyi/resz2.html, letöltés dátuma: 2012.október 23. FŐGÁZ Földgázelosztási Kft. [2007]: Új létesítmény építése. Műszaki követelmény. Forgódugattyús gázmérők és mérőturbinák. FG-III-B31-MK004-2007. Hozzáférés: https://www.fogaz.hu/dokumentumok/forgodugattyus.doc, letöltés dátuma: 2012. október 19. FŐGÁZ Földgázelosztási Kft. [2007]: Tájékozta a védendő fogyasztókkal kapcsolatos tudnivalókról. Hozzáférés: https://www.fogaz.hu/nyitooldal/ugyfelszolgalat/hasznostudnivalok/gazarkat/vedendo_fogas ztok, letöltés dátuma: 2012.október 12. Macro Budapest kft.: Wireless hálózati rendszerek és szabványok. Hozzáférés: http://www.macrobp.hu/webset32.cgi?macrobudapest@@hu@@31@@googlebot, letöltés dátuma: 2012.október 18. Magyar Áramszolgáltató Kft. [2012]: Mit jelent a szabadpiac. Hozzáférés: http://www.masz.co.hu/uzleti_ugyfelek/versenypiaci_informaciok/mit_jelent_a_szabadpiac.ph p, letöltés dátuma: 2012.október 21. Magyar Elektrotechnikai Egyesület: Hazai tapasztalatok a szélessávú PLC (BPL) technológia SmartGrid irányú felhasználásában. Hozzáférés: http://www.mee.hu/files/images/3/b_17_vook.pdf, letöltés dátuma: 2012. október 17. Magyar Szabványügyi Testület [2008]: CEN szabványokat honosító érvényes magyar nemzeti szabványok. Hozzáférés: http://www.mszt.hu/honosit/cen_hon.htm, letöltés dátuma: 2012.október 11. mérőműszer bolt kft.: Membrános gázmérők. Hozzáférés: http://meromuszer.nethu.net/gazmerok.html, letöltés dátuma: 2012.október 20. 17
Sándor, Attila, Cason Mérnöki Zrt. [2008] - Automatizált mérőolvasás a gyakorlatban. Hozzáférés: infoter.gginternet.com/38_sandor_attila_16_9.pptx, letöltés dátuma: 2012.október 22. Szabó M. István, Magyar Narancs online [2009]: Okos mérők Magyarországon - Energikus toporgás. Hozzáférés: http://magyarnarancs.hu/belpol/okos_merok_magyarorszagon_- _energikus_toporgas-71734, letöltés dátuma: 2012.július 9. Szunyog, István [2012]: Gázmennyiség mérés. Miskolci Egyetem, Gázmérnöki Intézeti Tanszék Tényi, V. Gusztáv [2006]: Villamos energetika I. - Budapesti Műszaki Főiskola, Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar Világgazdaság online [2011]: Mavir: okos mérés teszt 38 millió euróból. Hozzáférés: http://www.vg.hu/vallalatok/energia/mavir-okos-meres-teszt-38-millio-eurobol-385134, letöltés dátuma: 2012.okróber 9. Vörös Ferenc, metcom Gázméréstechnika Kereskedelmi Kft. [2009]: A Smart Metering és a Smart gázmérő - Az okos mérés és az okos gázmérő. Hozzáférés: www.dunagaz.hu/userfiles/file/konf2009/15.ppt, letöltés dátuma: 2012.július 3. 18