Neustále se zvyšující kapacity zdrojů obnovitelné energie vnášejí do rozvodných sítí rostoucí počet krizových situací. Při dodávkách energie převyšujících potřeby odběratelů to může znamenat nebezpečný růst napětí v síti a nutnost odstavování klasických elektráren.
Naopak, pro pokrytí potřeb při zatažené obloze a při bezvětří je nutné řešit urychlené zvýšení produkce elektrické energie v klasických elektrárnách. Rychlosti změn v produkci elektřiny z obnovitelných zdrojů však neodpovídá rychlosti změn dodávek z klasických zdrojů. Proto je potřebné pružně měnit odběry energie tak, aby dodávky i spotřeba byly neustále v rovnováze. Toto jsou ovšem problémy, jejichž řešením se zabývá energetika.
K tomu všemu ovšem nepostačí budovat pouze tzv. chytré sítě (smart grid). Je potřebné vytvořit ucelený systém zahrnující nejen rozvodné sítě, ale také „chytré“, tedy programovatelné budovy, pružně reagující změnami odběrů na změny v možnostech okamžitých dodávek.
Co to znamená pro budovy, které mohou napomáhat s úpravami odběrů elektrické energie ze sítě?
- Musí mít k dispozici aktuální informace o stavu zatížení rozvodné sítě ve městě.
- Musí být vybaveny systémovou (inteligentní) elektrickou instalací, aby se rychlou změnou spotřeby dokázaly přizpůsobit okamžité situaci v rozvodné síti.
- Musí být ekonomicky zainteresovány na požadovaných změnách velikostí odběrů elektrické energie ze sítě.
Také tyto budovy již mnohdy jsou a v budoucnu patrně stále častěji budou vybavovány vlastními zdroji obnovitelné energie (velmi často fotovoltaickými), jimiž rovněž ovlivňují podmínky v rozvodné síti.
Určitým faktorem, nepříznivě zasahujícím do provozu silových sítí je nyní sice pomalý, ale v blízké budoucnosti rychlejší nárůst počtů elektromobilů, jejichž baterie bude zapotřebí dobíjet, a to nejčastěji večer a v noci, což nutně musí zvyšovat večerní špičku v odběru elektrické energie.
Provozovatelé rozvodných sítí by tedy měli motivovat odběratele tak, aby upravovali odběry elektrické energie podle okamžitých poměrů v rozvodné síti. Proto jim nezbývá nic jiného než v průběhu dne měnit cenové tarify. V době nízké ceny, tedy při přebytku energie, je zájem o zvýšení odběrů, zatímco při potřebě snížit odběry musí platit vyšší cenový tarif. Údaje o platném tarifu mohou být odběratelům předávány po silovém vedení (anebo také prostřednictvím internetu). Podmínkou je měřicí bod vybavený ne pouze současně používanými elektroměry, ale elektroměry elektronickými, registrujícími odběry i v několika cenových tarifech. Tyto elektroměry musí být schopny předávat veškeré naměřené hodnoty nejen uživateli, ale i dodavateli, který pak může fakturovat i bez nutnosti odečtů na místě. Stejně tak lze zajistit předávání potřebných údajů jak uživateli, tak i dodavatelům tepla, plynu, vody při využití elektronických měřidel spotřeby těchto komodit. Veškeré měřicí přístroje potřebné pro naznačené účely jsou na trhu již relativně dlouho k dispozici, postačí, aby je dodavatelé začali využívat a bylo tak možné začlenit je do systémových instalací.
Současná situace naznačuje, že energetika v ČR je schopna určitým způsobem spolupracovat pouze s objekty vybavenými zdroji obnovitelné energie měřením dodávané a odebírané energie. U odběratelů elektrické energie pak jen přepínáním sazeb systémem HDO.
Požadavky na vybavení chytrých budov
Pokud by budovy byly vybavovány v současnosti používanými dvousazbovými elektroměry, je možné případné prosté spínání spotřebičů ve vazbě na stav přijímaný spínačem v přijímači HDO. Očekáváme-li však i vyšší počet cenových tarifů, je potřebný poněkud inteligentnější způsob ovládání. Je proto velice důležité, aby uživatel měl budovu vybavenou kvalitní systémovou instalací, která dokáže programově regulovat všechna odběrná místa v budově.
Aby bylo možné upravovat odběry náročnějším způsobem, je potřebné využívat průběžně měřené hodnoty odběrů a systémovou instalaci informovat o zjištěných stavech. Jedině takto může pružně reagovat na signály o změnách poměrů v distribuční síti.
Obzvláště vhodným systémem této „chytré“ (inteligentní) instalace je celosvětově rozšířená soustava KNX. Je to jediný celosvětově normalizovaný a také ve všech světadílech rozšířený sběrnicový systém pro řízení všech funkcí v budovách. Jeho obrovskou výhodou je fakt, že na výrobě a dodávkách tohoto stavebnicového, decentralizovaného systému se v současnosti podílí již více než 400 renomovaných výrobců z 41 zemí ze všech světadílů. Bez ohledu na výrobce mohou jednotlivé produkty vzájemně spolupracovat ve společné instalaci. Přitom je zcela běžné, že plnohodnotně komunikují také s jinými specializovanými systémy (např. vzduchotechnickými či klimatizačními), ovšem za předpokladu, že tyto subsystémy pracují s tzv. otevřenými komunikačními protokoly nebo rozhraními na ně (obr. 1).
Takto mohou být společně ovládány všechny funkce, jimiž jsou objekty vybavovány, jako např.:
- osvětlení,
- stínicí prostředky,
- vytápění, ventilace, klimatizace (HVAC),
- ohřev užitkové vody,
- provoz domácích spotřebičů,
- zabezpečení objektu, požární zabezpečení,
- nabíjení baterií mobilních prostředků atd.
KNX instalace napomáhá také při řízení jak spotřeby, tak i dodávek do městské rozvodné sítě, když je objekt vybaven vlastním zdrojem obnovitelné energie.
Systémové KNX instalace sestávají vždy z takového počtu vzájemně po sběrnici komunikujících přístrojů, který je právě potřebný pro řízení všech funkcí. Jelikož se na dodávkách přístrojového vybavení může podílet tak vysoký počet výrobců, uživatel si může vybrat z nepřeberného množství variant designů ovládacích přístrojů, a to bez ohledu na to, od kterých výrobců budou použity další nezbytné prvky – akční členy a systémové přístroje, zpravidla umisťované do rozvaděčů.
Součinnost systémové instalace s „chytrou“ rozvodnou sítí (smart grid)
V rozvodné síti může nastat řada odlišných situací. Naznačme si některé z nich:
Přebytek energie z větrných elektráren
V noční době vznikl značný přebytek energie. Větrné elektrárny, vzhledem k silnému větru, využívají svoji plnou výrobní kapacitu a veškerou produkci potřebují dodat do rozvodné sítě. Dodavatel elektrické energie na tuto situaci reaguje snížením cenového tarifu, aby podpořil zvýšení spotřeby. Proto jsou odběratelé informováni o změně cenového tarifu např. přepnutím měření na vícesazbovém elektroměru vycházejícího z přepnutí stavu např. na přijímači HDO. Jednoduchou logickou vazbou je tato informace přenesena na sběrnici v domech vybavených KNX systémovými instalacemi. Podle předem nastaveného programu reagují KNX přístroje tak, aby se účelně zvýšila spotřeba elektrické energie. Budou tedy zapnuty do té doby zablokované nebo do úsporného režimu činnosti přepnuté energeticky náročné spotřebiče. Provoz vytápění nebo chlazení bude převeden do komfortního režimu činnosti. Bude zapnut akumulační ohřev užitkové vody, nebo elektrické akumulační vytápění, budou spuštěny pračky a sušičky, tepelná čerpadla a bude také spuštěno nabíjení baterií elektrických vozidel. Nastane-li tato situace v zimním období při náledí a sněhových srážkách, je možné spustit elektrický ohřev venkovních chodníků a okapových žlabů.
Nedostatek energie z obnovitelných zdrojů
Během dne, kdy vítr nefouká a současně je zatažená obloha, nastává nedostatek energie z obnovitelných zdrojů. Dodavatelé elektrické energie proto zvyšují cenový tarif. Při zvýšení ceny elektrické energie je proto vhodné snížit odběr na určitou hladinu, která ještě neznamená výrazné snížení komfortu. KNX systémová instalace tedy může reagovat odstavením nabíjení baterií elektromobilů, přepnutím režimu činnosti vytápění nebo klimatizace do úsporného režimu, vypnutím tepelných čerpadel a dalších energeticky náročných spotřebičů.
To ovšem v žádném případě neznamená, že v případě nezbytné potřeby není možné manuálně spustit provoz kteréhokoli z těchto zařízení.
Zvýšený odběr ve večerních hodinách
Ve večerních hodinách, kdy do většiny domácností přichází obyvatelé, aby si připravili večeři, vykonali různé domácí práce a odpočinuli si při sledování TV a současně připojili svůj elektromobil k nabíjecímu sloupku v garáži, značně narůstá celkový odběr energie z rozvodné sítě. Situaci zhoršuje také rušný, na dodávkách energie závislý provoz ve službách a v elektrické městské dopravě. Při výrazném nárůstu počtu elektromobilů lze také očekávat, že večerní špička by mohla být ještě vyšší, došlo by tedy k dalšímu zvýšení nedostatku energie. Dodavatelé elektrické energie proto nutně musí upravit cenový tarif jeho zvýšením. Na tyto okolnosti může KNX instalace reagovat zablokováním některých energeticky náročných spotřebičů. V případě velkého nedostatku energie je možné dokonce energii vracet do sítě z již nabitých akumulátorů. Dobíjení baterií elektromobilů lze přitom odložit až na pozdější noční dobu, kdy již večerní špička poklesla.
Nadbytek energie z fotovoltaických elektráren
Během slunečného dne dodávají fotovoltaické elektrárny nadbytečné množství energie. Důsledkem tohoto přebytku je opět snížení cenového tarifu za dodávky elektrické energie. KNX systémová instalace bude následně reagovat účelným zvýšením odběru spuštěním energeticky náročných spotřebičů. Bude tak spuštěn akumulační ohřev užitkové vody nebo ukládání tepelné energie do boilerů pro podlahové teplovodní vytápění. Rovněž může být zapnut ohřev vody v bazénech. V komerčních a podobných objektech budou systémy vytápění a klimatizace uvedeny do komfortního režimu provozu.
V součinnosti pružně předávaných informací od dodavatele elektrické energie a KNX systémových instalací v „chytrých“ domech se rozvodná síť stává skutečně chytrou sítí, zajišťující optimalizaci potřeb a možností dodávek.
Literatura:
[1] www.knx.org
[2] archiv autora
