Janitza.cz

Janitza Electronics se zabývá vývojem a výrobou energeticky úsporných systémů. Je výrobcem digitálních měřidel, systémů SEMS, univerzálních multimetrů, regulátorů jalového výkonu, systémů pro řízení spotřeby, ¼ hodinového maxima a dalších přístrojů nejvyšší kvality.

KBH.cz

Společnost KBH vyrábí, dodává a instaluje komponenty pro kompenzaci jalového výkonu. Zákazníky jsou elektromontážní firmy, výrobci rozvaděčů, projektanti, velkoobchody a velkoodběratelé elektrické energie. Společnost nabízí kvalitní komponenty a služby za velice příznivé ceny.

24. října 2008, Autor: varner
Nezařazené články

Energetické řešení konců sítí z využitím obnovitelných zdrojů

Při snahách ČR o přijetí do evropských struktur bude mj. přihlíženo též k přístupu a výsledkům zavádění obnovitelných a druhotných zdrojů. Podle usnesení Evropského parlamentu a materiálů EHK se má v členských státech podíl OZE zvýšit do r. 2010 na 12 - I5 % celkového objemu primární energie.

ČR má v porovnání s řadou jiných evropských zemí když ne špičkové, tak alespoň dobré podmínky pro využívání OZE. Hornatý ráz některých částí republiky je provázen výskytem oblastí s ekonomicky využitelným potenciálem energie větru a s dostatečnými spády pro ekonomickou výstavbu malých vodních elektráren a mikrozdrojů. Poměrně vysoká rozloha lesů umožňuje využívat fytomasu, získanou jejich pročišťováním, takže není nutno ji v tak velké míře získávat umělým pěstováním.

Obnovitelné zdroje se v současné době jeví jako ekonomicky málo efektivní. Je to mj. tím, že energie z klasických zdrojů zatím není vůbec (anebo jen minimálně) zatěžována náklady na nápravu škod na přírodním prostředí, které vznikají v důsledku používání fosilních paliv. Proto je třeba obnovitelné zdroje zatím různými formami podporovat a tato podpora je plně oprávněná. Úřad komisaře EU pro energii připravuje doporučení členským vládám, jakými fiskálními prostředky mají zabezpečit realizaci podpůrných programů. S rostoucím ekonomickým potenciálem členských zemí EU dále porostou i požadavky na pokrytí části energetických potřeb společnosti sice dražší, ale zato čistou energií. Současně se budou propracovávat a uplatňovat objektivní metody stanovení rozsahu škod a formy jejich úhrady znečišťovateli životního prostředí, což povede k ještě rychlejšímu nárůstu cen energií z fosilních zdrojů. Nutnou podmínkou je dodržování vytyčených pravidel všemi zeměmi, aby nedošlo k poškozování některých a k neoprávněnému zvýhodňování jiných.

V každém případě se zavádění OZE usnadní a uspíší, bude-li se jejich ekonomická efektivnost blížit efektivnosti neobnovitelných zdrojů. Jednou z cest je neuplatňovat jednotlivé druhy OZE samostatně, ale v ucelených systémech, kdy se jejich nevýhody navzájem eliminují a výhody umocňují. Další možností je jejich přednostní využívání v lokalitách a oblastech, kde jsou běžné zdroje energie hůře dostupné a tudíž nákladnější.

Základní podmínky a předpoklady účelného uspořádání a provozu OZE

Základem zdravé energetiky každé lokality, příp. oblasti je komplexní řešení a z toho plynoucí systémový přístup. Podle místních podmínek mohou OZE tvořit někdy jen malý doplněk k elektrovodným sítím a rozvodům zemního plynu, jindy mohou naopak hrát významnou až převládající roli v místním energetickém systému.

Systémový přístup se mimo jiné vyznačuje současným řešením zásobování elektrickou energií a teplem (přičemž kogenerační jednotky mohou, ale nemusí pracovat na bázi obnovitelných zdrojů), v optimálním využívání místních nahodilých (neregulovatelných) zdrojů, jako jsou větrné a malé průtočné vodní elektrárny a v udržování rovnováhy mezi produkcí zdrojů a momentální spotřebou energie včetně využití vyrovnávacích - akumulačních zařízení.

Nezanedbatelnou, ale často opomíjenou okolností je, zda v lokalitě či oblasti je či není třeba zrekonstruovat či zcela přebudovat stávající energetický systém. Shodou okolností tak vzniká přirozená rajonizace, spočívající v tom, že nejbohatší na obnovitelné zdroje jsou horské, podhorské a jiné okrajové oblasti, které jsou současně nejvíce zanedbané z energetického hlediska. Dálkové teplo a plyn nepřicházejí zpravidla v úvahu. Zbývá elektrická energie a místní zdroje. V okrajových oblastech je tedy uvážlivé budování a optimální provozování ucelených energetických systémů reálnou alternativou k zesilování, zahušťování, příp. nové výstavbě sítí pro přívod energie z centrálních zdrojů. Nejde jen o uspořené investiční náklady, ale také o zatěžování nadřazené soustavy a ztráty, které provázejí přenos el. energie na velké vzdálenosti.

Každá elektrizační soustava musí být neustále regulována tak, aby pokrývala denní odběrový diagram. Regulace uvažovaného malého systému je ještě náročnější ze dvou důvodů:
1. předpokládá se vysoký podíl kogenerace, kdy produkce elektrické energie je proporcionálně vázána na produkci tepla2. systém se musí vypořádat se zcela nahodilou dodávkou energie od větrných a malých průtočných vodních elektráren, jejichž energii je třeba maximálně využívat, ale která je dokonale nezávislá na denních či ročních odběrových diagramech dané lokality či oblasti.

V důsledku toho neplatí pásma vyššího a nižšího tarifu, obvyklá ve velké energetice, ale existují období relativního nadbytku nebo nedostatku energie, která mohou trvat i několik dní. Z toho logicky vyplývá velký důraz na akumulaci energie. Rovněž se (z hlediska rozložení nákladů) do značné míry stírá rozdíl mezi elektrickou a tepelnou formou energie.

Kogenerační jednotka (KJ) nebo několik jednotek - kogenerační stanice (KS) jsou vždy dimenzovány na pokrytí potřeby tepla v topné sezoně a tím je automaticky dáno jejich plné využití v rámci systému.

Elektrickou energii lze v obecné rovině využít pro vlastní potřebu, čímž vznikají úspory za neodebranou energii ze sítě za obvyklý tarif. To je velmi výhodný způsob ekonomické realizace elektrické energie. Další možností je již zmíněná smluvní dodávka špičkové energie rozvodným závodům. To lze realizovat tak, že při mírné venkovní teplotě pracují agregáty pouze v elektroenergetických špičkách a na plný výkon, přičemž celodenní dodávka tepla je zajišťována akumulační schopností systému Při extrémních klimatických podmínkách pracují agregáty i v mimošpičkové době se sníženým výkonem. Třetí možnost - dodávka mimošpičkové energie za běžný tarif - je zvláště dnes a zvláště u nás velmi nevýhodná. Tyto okolnosti jsou všeobecně známy a jádro potíží spočívá v tom, že pro investiční výstavbu platí u nás světové ceny, zatímco tarify jsou nesvětové, neevropské a netržní.

Schopnost kogeneračních systémů pracovat v režimu bud‘ vyrovnaném nebo úmyslně přebytkovém (dodávka špičkové energie) i úmyslně nedostatkovém (odběr levné energie v pásmu nízkého tarifu) může zůstat zachována i při zakomponování nahodilých zdrojů (vody, větru). Kogenerační zdroje spolu s regulovanými odběry pouze musí být schopny uregulovat navíc i nerovnoměrnost nahodilých dodávek energie. Zapojení větrných a vodních elektráren umožní mimo topnou sezonu minimalizovat provoz KJ, protože ve dnech s příznivými podmínkami lze i dodávku teplé užitkové vody zajišťovat levnými elektrickými ohřevy, využívajícími jinak neupotřebitelné dočasné přebytky větrné a vodní energie.

Skladba a charakter provozu systému

Příklad uspořádání systému je znázorněn na obr. 1.

Obr.1: Schéma uspořádání konců elektrických sítí (zdroje a odběry)

Kogenerační jednotky (KJ1 - KJ2 s navazujícími akumulátory tepla A1 - A2) a případné MVE mají rovnoměrný chod, takže je lze připojovat přímo na síť nízkého napětí 0,4 kV, pokud elektrický výkon odpovídá dimenzování příslušné větve rozvodu (b). Často je to 1 MWe i více. Výkon větrné elektrárny kopíruje poryvy větru a působil by kolísání napětí v sekundární síti. Proto lze přímo připojovat jen nejmenší elektrárny (VE1 - VE2) a to zpravidla na samostatnou přípojku. Distribuční transformátor (T 11) je do té míry „tvrdý“ zdroj, že se kolísání napětí nepřenese výrazně do dalších větví (b,c), na nichž jsou připojeni odběratelé (znázornění domečky). Větší a velké větrné elektrárny mohou mít společný transformátor (T13) vždy pro několik agregátů anebo má každá elektrárna svůj vlastní transformátor (T21 — T24), což umožňuje bez potíží provozovat vedle sebe agregáty na různá pracovní napětí (0,4 nebo 0,69 kV). Agregáty nad 400 kW jmenovitého výkonu pracují zpravidla s vlastním transformátorem a na napětí 0,69 kV. Q1 - Q2 jsou styčná místa s nadřazenou elektroenergetickou soustavou, kde lze provádět komerční měření odběrů a dodávek energie. Ty se uskutečňují přes transformátory T1 - T2, z nichž jeden je zpravidla záložní. Je-li lokální energetický systém co nejvíce vyvážený, přenáší se přes tyto transformátory v obou směrech poměrně malý výkon, takže jsou malé a levné, příp. při stoupajících nárocích na energii není nutno vyměňovat je za větší a posilovat vedení.

Při převaze kogeneračních jednotek se projevuje dostatek až nadbytek elektrické energie v topné sezoně a její deficit v letním období. To lze řešit několika způsoby: chodem KJ v režimu dieselagregátů, kdy se přebytečné teplo vychladí normálními chladiči (tím ale zanikne hlavní smysl kogenerace - maximální energetické využití paliva a stoupnou provozní náklady), nebo se použije tzv. trigenerace, což je využití nadbytečného tepla k účelům chlazení na absorbčním principu, nebo spoluprací s nadřazenou soustavou 110 kV - v létě odběr, v zimě dodávka energie. Deficit a nadbytek el. energie má výrazně sezónní charakter.

Při převaze větrných a vodních elektráren se sezónnost příliš neprojevuje, více větrné energie se vyskytuje v zimním období (s výjimkou dnů s nejsilnějšími mrazy, kdy bývá bezvětří). Období přebytku a deficitu energie se projevuje v intervalech podstatně kratších - řádově desítek hodin až dnů a závisí na počasí (vítr, déšť). Tato energie snižuje deficit systému zejména v letním období a především není spojena s žádnými náklady navíc.

Z uvedeného vyplývá, že je výhodnější, je-li systém dostatečně velký, aby zahrnoval regulované i neregulovatelné zdroje (obr. 2). Ve větrných lokalitách, např. v Krušných horách, se uvažuje s větrnými farmami o instalovaném výkonu řádově MW až desítek MW. Na jednu větrnou farmu (VF1 - obr. 2) nacházející se často na zcela neosídleném místě, pak připadá několik kogeneračních stanic (KS 1. 1 atd.), které se s ohledem na rozvody umisťují pokud možno v těžišti odběru tepla i elektrické energie, tedy přímo v obcích a pracují zpravidla paralelně s odběry, tj. v síti 0,4 kV. Pokud jsou určeny k produkci špičkové energie, tj. ke krátkodobému provozu s vysokým výkonem, mohou dodávat přímo do sítě 22 kV (KS 1.3).

Takto uspořádaný systém má velmi dobré předpoklady k soběstačnému provozu při eventuálním rozpadu sítě velké energetiky. Technickým předpokladem je dostatečný počet resp. dostatečný výkon synchronních generátorů v systému.

Dále jsou na obr. 2 znázorněny systém č. 2 (reprezentovaný transformovnou T2), jehož dominantním zdrojem je větrná farma VF2, systém č. 3 s převládajícím vlivem kogeneračních stanic KS 3 a posléze systém č. 4 s hydroelektrárnou RE 4. Odběry na různých napěťových úrovních jsou vyznačeny šipkami. Dominantní zdroje vtiskují svůj charakter celému systému.
Každý ze systémů se může projevovat střídavě jako přebytkový či deficitní, nebo jako převážně přebytkový či převážně, příp. trvale deficitní podle konkrétního poměru výkonu zdrojů ku odběrům. Neexistuje možnost minimalizovaného, příp. cíleně regulovaného pohybu energie, jako je tomu u systému č. 1, resp. transformovny T1. Nerovnoměrnosti systémů 2 až 4 se přenášejí až na úroveň 110 kV.

Přesto i ze zdrojů, navzájem nepropojených na úrovni 22 kV (např. z důvodů velké vzdálenosti nebo terénních překážek) lze vytvořit vyrovnaný či soběstačný quasisystém, spočívající v tom, že dílčí systémy nebo i jednotlivé zdroje mají navzájem propojené měřicí a řídicí systémy (větve d - e v obrázku) a jsou řízeny tak, aby výkony zdrojů a odběry byly v neustálé rovnováze nebo vytvářely chtěný přebytek či deficit jako u systému č. 1. K vyrovnání sice nedojde na úrovni transformoven T2-3-4, ale dojde k němu v úsecích vvn, označených jako II. a III., které si quasisystém jakoby vypůjčil ke vzájemnému „vnitřnímu“ vyrovnání výkonů a navenek, tj. vůči částem I. a IV. se projevuje neutrálně, příp. se smluvním (chtěným) přebytkem či deficitem.

Hydroelektrárny (HE 4) v horském terénu mají zpravidla k dispozici malé množství vody a velký spád a jsou proto vhodné jako průtočné, tj. neregulovatelné, obdobně jako elektrárny větrné. V podhorských oblastech se již mohou vyskytovat různá údolí, vhodná k vybudování retenčních nádrží a vodní elektrárna může pracovat jako špičková nebo vyrovnávat vícedenní nerovnoměrnosti a tím se blíží charakteru kogeneračních jednotek. Od větrných elektráren může být ovšem velmi vzdálená a proto je vzájemná spolupráce reálně uskutečnitelná hlavně pomocí quasisystému.

Obr.2: Alternativní vytváření větších energetických systémů

Princip quasisystému se podobá často diskutovanému tranzitu energie mezi konkrétními smluvními partnery - dodavatelem a odběratelem po veřejné síti za přiměřenou úhradu. Podstatný rozdíl je však v kvalitě. U tranzitu veškeré negativní důsledky nerovnoměrnosti dodávky i spotřeby energie nese Rozvodný závod, zatímco existence quasisystému se vůči energetice projeví jen zanedbatelně ve smyslu výše uvedeného popisu. Smyslem všeho je realizovat energii za výhodnou cenu pro dodavatele i odběratele, zefektivnit tak ekonomiku OZE a podpořit tak jejich zavádění.

Závěr

Rozsah a zaměření příspěvku umožnilo jen letmo nastínit problematiku systémů a věnovat se jen technickým a technologickým prostředkům a zásadám jejich účelného uspořádání. Pro praktickou realizaci OZE, ať už jsou brány jako součást systémů nebo jednotlivě, je třeba vyřešit celou řadu konkrétních problémů, kde se prolíná technika s ekonomikou, např. kdy a za jakých okolností je lépe fytomasu zplyňovat anebo spalovat, elektrickou energii k produkci tepla aplikovat přímo anebo prostřednictvím tepelných čerpadel, kdy akumulovat teplo, zvláště elektrické, lokálně, v bytech nebo centrálně - ve stanicích atd., přičemž jedním z rozhodujících kritérií je také účelná velikost příslušného zařízení. To je jedna z úloh aplikovaného výzkumu obnovitelných zdrojů, který i v rámci omezených prostředků, které jsou v ČR k dispozici, je zabezpečován zcela nedostatečně a hlavně nevyváženě. Potřeba podpory výzkumu OZE zazněla již i v Senátu PČR.

Je zřejmé, že pracovníci zainteresovaní v této problematice, mají věru co řešit.

Ing. Emil Pázral, CSc.
VÚZT Praha-Ruzyněvuzt@bon.cz

Sdílet

Komentáře

Server CESKAENERGETIKA.cz
Česká Energetika s.r.o. a Česká energetická asociace provozují portál www.ceskaenergetika.cz, vydávají dva časopiy z oblasti energetiky a OZE, pořádají na tato témata semináře a konference pro laickou i odbornou veřejnost.
Důležité odkazy
Spolupracujeme
Najdete nás také na
Portál www.ceskaenergetika.cz © 2011 pohání redakční systém MultiCMS. Grafické zpracování Cossi Design.