Pro správné fungování v distribuční soustavě elektrické energie musí panovat rovnováha mezi dodanou a spotřebovanou energií. Díky ekologickým opatřením je do této soustavy zároveň zapojováno čím dál víc obnovitelných zdrojů energie (OZE) – fotovoltaické a větrné elektrárny mohou mít vlivem počasí velké výkyvy v dodávce energie. Tyto výkyvy kladou větší nároky na řízení rovnováhy v distribuční síti a proto je stávající přístup v České republice ke zmíněné problematice zastaralý.  Je potřeba jej modernizovat.

Stávající způsob regulace elektrické sítě

V distribuční síti se elektřina řídí na základě dodržování stanovených hodnot provozních parametrů – napětí a frekvence. Pokud se tyto veličiny v síti mění, dochází k nerovnováze mezi dodávkou a spotřebou elektrické energie. Pokud tato rovnováha nepanuje, musíme včasně regulovat odběr nebo dodávku. Existuje několik způsobů, jak toho docílit:

Snížení nebo zvýšení dodávky elektrické energie

Problém nerovnováhy v distribuční síti řešíme na straně dodávky. Pokud najednou začne odebírat elektrický proud více spotřebičů, dodáváme do sítě více elektřiny. Naopak méně elektřiny dodáváme v případě menšího odběru. Teoreticky je tato myšlenka jednoduchá, avšak z praktického hlediska má jisté nevýhody.

Uložení elektrické energie

Elektrickou energii v distribuční síti v současné době můžeme uchovat například pomocí přečerpávacích vodních elektráren s účinností 50 – 85 %, Elektrochemických článků v podobě různých baterií a akumulátorů s účinností 75 – 95 %, do stlačeného vzduchu s účinností 27 – 70 % nebo třeba výrobou plynu jako je vodík nebo methan s účinností okolo 50 %. Menší účinnost a vysoké náklady spojené s pořízením a údržbou těchto úložných systémů však nenahrávají jejich masovému využití.

Systémové služby

Systémové služby jsou aktuální odpovědí na okamžitou regulaci rovnováhy v distribuční síti. Jedná se o kombinaci zdrojů a úložišť elektrické energie. Starají se o nepřerušenou dodávku energie dle stanovených parametrů napětí a frekvence. Pomocí rychlých dodávek a odběrů ovlivňují distribuční síť. Do sítě se tak dostává elektrická energie z bateriových uložišť, dieselagregátů nebo přečerpávajících elektráren. Zároveň regulují podíl jalové složky elektrické energie v distribuční síti připojením indukčních nebo kapacitních zátěží. Tato pohotová složka distribuce je však finančně velmi nákladná a také ne vždy úplně ekologická.

Z těchto opatření vyplývá, že současné řízení kvality distribuční sítě je sice funkční, ale ekonomicky náročné. Finanční náročnost navíc ještě poroste kvůli zapojení většího podílu nestabilních obnovitelných zdrojů, které vyžadují větší množství záložní energie pro funkční distribuční síť.

Další nevýhodou současné situace je rozmístění zdrojů energie mimo místo spotřeby. Distribuční síť tak není odolná vůči přerušení dálkového vedení. Lokalizace zdrojů elektrické energie v místě spotřeby s sebou navíc nese menší ztráty v samotné rozvodné síti. V ideálním případě se vytvářejí tzv. mikrogridy – skupiny zdrojů a míst spotřeby elektrické energie, které jsou schopny pracovat v režimu připojení na distribuční síť (on grid), či odpojení (off grid), tedy v ostrovním provozu. V rámci mikrogridu se často jedná o jednoho vlastníka nemovitostí, kde spotřeba energie může být vykryta jeho vlastními zdroji a komunikace mezi výrobou a spotřebou energie probíhá v rámci jednoho SW řešení. Spojení více mikrogridů a hlavní rozvodné soustavy však vyžaduje pokročilé řídící mechanismy.

 

Picture 1. Central control of individual microgrids for interconnection of energy supply and consumption
Centrální řízení jednotlivých mikrogridů pro vzájemné propojení dodávky a spotřeby energie

Smart grid jako řešení

Chytré sítě (Smart grid) využívají senzoriku a komunikaci mezi zdrojem energie a spotřebitelem energie. Do sítě je tak možné dodávat v každém čase přesně tolik energie, kolik je spotřebováno. To přináší vyšší účinnost a spolehlivost dodávky elektřiny. V ideálním případě tak může soustava fungovat bez podpůrných systémových služeb. Smart grid umožňuje zapojení elementů s výraznými výkyvy v dodávce nebo odběru jako jsou třeba fotovoltaické panely, větrné elektrárny nebo nabíječky elektromobilů. Na úrovni spotřebitele umožňuje chytrá síť optimalizovat náklady a zapínat spotřebiče v momentě, kdy je elektřina v síti nejlevnější. Chytré sítě jsou i vizí EU, která je popisuje ve směrnici 2019/944.

AXIOM v chytré síti

Základem smart gridu je integrační platforma, zahrnující veškeré měřící a řídící systémy, které jsou dostupné a to nezávisle na výrobci či komunikačním protokolu. Platforma AXIOM integruje veškeré měřené veličiny, na jejichž základě může rozhodovat o řízení systému chytré sítě. Navíc umožňuje splnit normu ISO 50 001 pro energy management. Díky jednoduchému uživatelskému rozhraní, dvoufázové autentifikaci a možnosti přiřadit každému uživateli jiná práva zobrazení nebo řízení prvků chytré sítě, může AXIOM používat jak dodavatel/distributor elektrické energie, tak odběratel v podobě společnosti nebo fyzické osoby.

Picture 2 AXIOM offers a quick overview of the efficiency of renewable energy sources
AXIOM nabízí rychlý přehled o účinnosti obnovitelných zdrojů energie

Díky propojenosti systému smart gridu tak může AXIOM dát povel k plnému nabíjení připojených elektromobilů při vysokém osvitu fotovoltaických (FV) panelů, či rotujících větrných turbín. Nebo naopak zavelí útlum nebo úplné vypnutí nabíjení, pokud v daný moment energii vyžadují jiné, více kritické systémy zapojené do chytré sítě. Takové digitální propojení obnovitelných zdrojů energie se spotřebou může fungovat nejen pro solární farmy nebo velké větrné elektrárny ale i pro malé zdroje jako jsou například FV panely na střechách rodinných domů nebo bytových jednotek. V rámci smart gridu tak nemusí docházet k tzv. peak shavingu, což je omezení dodávky energie pouze na smluvenou hodnotu. V praxi to znamená, že při kvalitním osvitu fotovoltaické elektrárny jsou úmyslně odpojovány jednotlivé segmenty fotovoltaiky, aby se vyrábělo méně energie a elektrárny tak nedostaly pokutu za dodávání přílišného množství energie do distribuční sítě. Smart grid umí tuto nadlimitní výrobu energie využít pro lokální řízenou spotřebu nebo uložení do baterií. Napojením na ČHMÚ pak dokáže platforma z předpovědi počasí dopředu předpokládat, jaké obnovitelné zdroje bude mít v budoucnu k dispozici.

AXIOM nejen pro Smart Grid

AXIOM není pouze nástroj pro řízení energetického managementu, ale jako integrační platforma dovede zakomponovat všechny systémy, které umožňují komunikaci. Je to multifunkční platforma pro automatizaci a řízení technologií v rámci budov, průmyslových objektů, strojů nebo celých měst, okresů a krajů.

 

Tomáš Sedlář Smart Solution Consultant