Definice a objasnění potřeby

Již jsme se za posledních pár let naučili užívat energetických štítků, snad u všech elektrospotebičů jako součást našeho rozhodování při koupi. Nyní více, než kdykoli před tím hledíme na poměr ceny a provozních nákladů. V posledních letech dbáme tomu, aby nové spotřebiče měli co nejnižší elektro spotřebu, užíváme úsporných LED žárovek a celkově se tak snažíme snižovat elektrickou spotřebu. Snažíme se snížovat i tepelnou náročnost budov zateplením nebo hospodařit s dešťovou vodou.

Přesto nás analitická data přesvědčují o faktu, že světová spotřeba energie neustále narůstá, je tedy třeba se zamyslet nad další možnou úsporou, či možnostmi zefektivnění spotřeby energií. Zároveň je trendem posledního desetiletí investovat nemalé prostředky do energie z obnovitelných zdrojů.

Z přiložených grafů, které ukazují nárůst produkce energie z obnovitelných zdrojů, za posledních 10 let je možné vysledovat o jak moc velký nárůst se jedná a jasně patrný i budoucí růst a to v globálním měřítku. Podíl produkce elektřiny z obnovitelných zdrojů je již na zhruba 7% globální produkce, kdežto k roku 2005 se jednalo o zhruba procetní podíl.

„Nemůžete změnit vítr, ale můžete nastavit plachty.“

Billie Joe Armstrong

Zdroje energie z obnovitelných zdrojů s sebou nesou i své stinné stránky. Produkují nám totiž energii, ne zrovna v čase, kdy ji potřebujeme, ale jen v době ideálních povětrnostních podmnínek (slunce, vítr, ..) Potřebujeme technologii, která zvládne toky energií řídit a efektivně tak s nimi hospodařit.
Například v Německu se 8. května 2016 podařilo, během nedělního dopolodne, díky extrémně příznivým klimatickým podmínkám vyprodukovat až 95% elektřiny z obnovitelných zdrojů. Fotovoltaické elektrárny do sítě dodávaly výkon 26,11 GW a větrné 20,83 GW. Biomasa se postarala o dalších 5,14 GW a vodní elektrárny o 2,75 GW. Spotřeba se přitom pohybovala na 57,8 GW. Během neděle celkově výroba převyšovala spotřebu, takže ceny elektřiny klesaly do záporu. Nejníže se cena pohybovala na -130 €/MWh ve dvě hodiny odpoledne.

Německo v současnosti prochází velkým energetickým přerodem nazývaným „Energiewende“. Tento tektonický posun v oblasti výroby, ale i spotřeby, elektrické energie, způsobuje zemětřesení na celém evropském trhu s energiemi.

I proto je nezbytné se zaměřit na efektivitu řízení energií.

Možnosti řízení spotřeby

Nabízí se nám využít tak zvaných Smart Grid, neboli inteligentních sítí. Jsou definovány jako silové elektrické a komunikační sítě, které umožňují regulovat výrobu a spotřebu elektrické energie v reálném čase, jak v místním, tak v globálním měřítku.
Jejím principem je interaktivní obousměrná komunikace mezi výrobními zdroji a spotřebiči nebo spotřebiteli o aktuálních možnostech výroby a spotřeby energie.

Charakteristika inteligentních sítí

  • Inteligentní sítě umožňují bezpečné zapojení např. větrných elektráren do sítě.
  • Plná automatizace. Zahrnuje digitální kontrolní a řídicí systém, integrované senzory monitorující chování sítě a automatické obnovování provozu po poruše. Součástí je dostupnost informací v reálném čase o zatížení sítě, kvalitě dodávky, přerušení apod.
  • Plná integrace zákazníků. Její podstatou je vybavení zákazníků digitálními měřidly s obousměrným tokem informací v reálném čase, která umožňuje tvorbu cenových tarifů podle aktuální situace v síti (tzv. „chytré/inteligentní elektroměry“). Umožňuje zákazníkům efektivně řídit spotřebu, např. ohřev vody, praní prádla či dobíjení baterií v době s volnou výrobní kapacitou.

Adaptace na různé způsoby výroby elektřiny umožňuje zapojení např. solárních a větrných elektráren, plynových mikroturbín a dalších decentralizovaných výrobních technologií, což dává příležitost zákazníkům vyrábět elektřinu z vlastních zdrojů a její přebytky prodávat do sítě.

Komunikace mezi výrobou a spotřebou probíhá zpravidla po samostatných datových sítích. K tomu je třeba jednak vysoká míra standardizace pro nástroje a formáty přenášených dat, a jednak zajištění bezpečnosti dat jak proti následkům poruch v datové síti, tak proti případnému neoprávněnému použití.

Tím, že umožňují bleskově sladit nabídku elektřiny v síti s okamžitou poptávkou, jsou smart grids nutným předpokladem pro zapojení obnovitelných zdrojů energie v masovém měřítku tam, kde díky zeměpisným a klimatickým podmínkám je výroba z těchto zdrojů nepravidelná nebo obtížně předvídatelná, případně se nekryje s požadavky na spotřebu. Týká se to například sluneční nebo větrné energie v podmínkách kontinentální Evropy.

Smart grids jsou z tohoto důvodu považovány za důležitý nástroj pro dosahování ekologických cílů EU do roku 2020 v porovnání s rokem 1990, tzv. cílů (20/20/20):

  • 20% snížení emisí CO2
  • 20% zvýšení energetické efektivity
  • 20% využití obnovitelných zdrojů energie.

Předpokládá se, že pro tento účel bude v EU do roku 2020 vybaveno chytrými elektroměry 80 % domácností. Smart grids kromě toho nabízejí celkové zefektivnění energetiky tím, že umožní účelné sladění výroby a spotřeby s co nejmenšími provozními náklady. Umožňují tedy například, aby spotřebiče, které mohou být zapnuty kdykoliv během dne (například topení) byly zapínány právě v okamžiku, kdy jsou k dispozici nevyužité zdroje elektřiny.

Zároveň však systém smart grids také klade nároky na technologii z hlediska složitosti a spolehlivosti při vzájemné součinnosti jednotlivých prvků, tedy zařízení nebo datových vstupů a výstupů. Jestliže v „klasické“ energetické síti zahrnuje systémová integrace (tj. sladění vzájemného bezchybného fungování) méně než tisíc takovýchto prvků, u smart grids se jedná o mnoho miliónů prvků.

Praktické uplatnění smart grids se dnes omezuje na vybrané projekty ve vymezených regionech, kde se zkoušejí technické a provozní vlastnosti jejich fungování. V ČR byl takovýto zkušební projekt v nedávné době realizován ve Vrchlabí.

V rámci projektu Smart Region Skupina ČEZ nasazuje nejmodernější technologie do distribuční sítě, testuje provoz inteligentních elektroměrů, včetně interaktivního zapojení zákazníků, využívá široce IT technologií k řízení sítě, zapojuje lokální výrobní zdroje (kogenerační jednotky) a testuje elektromobilitu.

Pro testování inteligentních sítí vybrala Skupina ČEZ mikroregion Vrchlabí. Dlouhodobý projekt zvaný Smart Region bude zavádět a testovat prvky Smart Grids v období let 2010 – 2015. Vrchlabí bylo zvoleno proto, že má pro záměry zkušebního projektu vhodnou velikost, existují zde zapojitelné obnovitelné zdroje energie i možnost vybudování několika jednotek kombinované výroby elektřiny a tepla. Současně je Vrchlabí s blízkostí Krkonošského národního parku ideální z hlediska ekologických přínosů projektu. V neposlední řadě mohl projekt vzniknout díky podpoře a vstřícností vedení města.

Benefity plynoucí zákazníkům z této technologie jsou

  • Možnost spojení přehledu o spotřebě, jejím plánování a speciálních tarifů, tak umožní zákazníkům ušetřit jejich výdaje za energii.
  • Chytrá síť dokáže spojit využití obnovitelných zdrojů energie s energií konvenční, což zvýší celkovou čistotu energií a zároveň umožní soustavnější dodávku energie.
  • Inteligentní měřidla umožní zákazníkovi průběžný přehled o spotřebě energie. V kombinaci s plánovanou širší nabídkou energetických tarifů to bude znamenat, že si zákazník bude moci sám lépe plánovat vlastní spotřebu energie.
  • Chytrá síť reaguje na přerušení dodávek energie a zajišťuje spolehlivější distribuci elektřiny. Výpadku elektřiny dokáže zabránit pomocí využití lokálního zdroje výroby energie.

24.01.2018, M. Hoke

    Zdroje:

  1. http://iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2017.pdf
  2. https://www.ekobonus.cz/obnovitelne-zdroje/nemecko-v-nedeli-95-elektriny-z-obnovitelnych-zdroju
  3. https://cs.wikipedia.org/wiki/Inteligentn%C3%AD_s%C3%ADt%C4%9B
  4. http://www.proelektrotechniky.cz/vzdelavani/22.php
  5. https://www.cez.cz/cs/vyzkum-a-vzdelavani/vyzkum-a-vyvoj/subjekty-v-oblasti-vyzkumu-a-vyvoje/eu-verejne-zdroje-financovani/smart-grids/info-k-sr-vrchlabi.html