Moderní technologie systémů zabezpečeného napájení elektrickou energií

Zprvu bychom si měli položit otázku jak chápat zabezpečený systém. Zabezpečený systém známe například:

• z domova, zabezpečovací technika bytu nebo domu popřípadě firmy,
• z dopravy, alarmy automobilů, "hlídací rámy" při vstupu do nákupního střediska, čerpací stanice, odbavení na letišti,
• z nemocnic a jiných veřejných budov ať již v majetku státu nebo privátu.

Všechny tyto systémy "žijí" z elektrické energie, a protože musí fungovat ze své podstaty v každém okamžiku, potřebují samy být "živeny" právě systémem zabezpečeného napájení elektrickou energií. Zabezpečení elektrickou energií, jak se mnohdy vžilo obecné pojmenování, náhradní zdroj, není žádnou novinkou. S trochou nadsázky by se nechalo použít ono oblíbené tvrzení mnohých pedagogů "již ve starém Řecku". Shrnuto, náhradní zdroje respektive systémy zabezpečeného napájení elektrickou energií se vyvíjejí. A to jak z pohledu:

• konstrukce, například mechanické, chemické, jiné,
• přeměny energie, například rotační, tepelné, vodní na elektrickou,
• bezpečnosti, oblíbené "devítky" tedy dostupnost bezpečné energie na výstupu,
• odolnosti proti neovlivnitelným vlivům přírody, máme všichni v živé paměti Fukušimu,
• odolnosti proti lidskému faktoru, Černobyl,
• odolnosti proti ekonomickým, politickým, vojenským nebo teroristickým vlivům.

Cílem je tedy, aby bylo dosaženo a v maximální míře využito Moderní technologie systémů zabezpečeného napájení elektrickou energií především pak v těch místech, kde může dojít ke ztrátám, a to bez ohledu na jejich povahu. Kdo má posoudit, jaký zdroj, technologii, zda se to ekonomicky vyplatí? Ruku na srdce, uživatel to obvykle není. Sami jistě znáte pocit jakého si mrazení při pohledu pod otevřenou "haubnu" motorového vozidla a jasné vyznačení většinou barvou žlutou a modrou kam máte jako uživatel "strkat ruce". Občas s láskou v srdci vzpomínám na vůz Škoda 100, kde jsem byl schopen opravit vše, a to i na cestě, pokud jsem měl s sebou inkriminovaný náhradní díl. Z tohoto pohledu to byl vlastně, do určité míry, zabezpečený systém dopravy.

Jak na to?
V první řadě si paradoxně musíme přiznat, zda zabezpečené napájení vůbec potřebujeme. Pokud, ne, tak do toho nechoďme. Ušetříme, peníze, nervy a zklamání. Z dalšího pohledu nám někdo zabezpečené napájení může předepsat (norma, nařízení a podobně). Pak bychom již měli k návrhu přizvat osobu odpovědnou, neboť se může stát, že budete potřeba naplnit "papírovou" legislativu a stou si oni s rutinou rozhodně poradí snadněji, než mi.

• budujeme a diskutujeme o moderní technologii systémů zabezpečeného napájení elektrickou energií,
• snažíme se tyto zdroje navrhovat s maximální odpovědností,
• utrácíme za to nemalé finanční prostředky,
• máme v mnoha směrech odpovědnost za finanční, materiální a někdy lidské ztráty.

Nejjednodušším moderním systémem je výroba elektrické energie na bázi kinetické energie. Z logiky věci a zároveň výpočtu spolehlivosti je zřejmé, že se nemůže rozbít věc, která v systému není.

Z tohoto pohledu se jedná například o rotační UPS, obrázek setrvačníku níže. Výhodou tohoto systému je, že energie je měřitelná v jakémkoliv okamžiku a hlavně množství média, které slouží k výrobě elektrické energie, "železa", neubývá.

Prodloužení doby výroby elektrické energie je možné připojením klasického agregátu se spalovacím motorem. Záměrně píši obecně spalovacím motorem, protože můžeme v zásadě použít buď:

• zážehový motor,
• vznětový motor,
• vícepalivový motor.

Z pohledu naší společnosti Phoenix-Zeppelin se jedná v nejširší míře o vznětové motory. V loňském roce jsme uvedli na trh i vícepalivový motor, za který jsme byli oceněni Zlatou medailí na Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně.

Pokud si kladete otázku, proč preferujeme vznětový motor, důvodů se nabízí hned několik:

• jednoduchost,
• robustnost,
• "tvrdost",
• dostupnost paliva.

V uvedeném výčtu se zmíním o posledních dvou.

Tvrdost vnímejme jako vlastnost směrem ke stabilitě vyráběné elektrické energie, tedy kolísání frekvence respektive napětí. Tyto dvě veličiny jsou spolu hluboce provázány a na nich je závislá funkčnost popřípadě i možné poškození elektrických spotřebičů. Tato vlastnost – tvrdost – je u vznětových motorů podstatně vyšší cca 2 až 3 krát, než u motoru zážehového. Co z toho plyne, že pokud budeme chtít na zážehovém motoru docílit stejné tvrdosti, docílíme toho zpravidla pouze větším množstvím "železa" motoru a generátoru. Tedy větším obsahem spalovacího prostoru, tedy za větší vložené investiční prostředky. Ruku v ruce s tím jde i spotřeba paliva.

Druhé hledisko, které zmíním, je dostupnost paliva. Všichni víme (většina nás je motoristů), kolik stojí litr paliva, ať už nafty nebo benzínu. Pokud tedy budeme mít motor, který bude ochoten "strávit" více paliv, v ideálním případě MIX tekuté/plynné, máme podstatně lépe zajištěn běh motoru, a tedy to nejdůležitější o čem se v tomto článku zajímáme a to zabezpečené napájení elektrickou energií.

Pak již nám stačí přidat na výstup z generátoru pouze dostatečně kvalitní zdroj UPS, který nám vykryje krátkodobé výpadky v trvání vteřin či dokonce méně. Nedílnou součástí je ovládání dostatečně odolné jak vlastní obsluze, přírodě nebo v extrémních případech, pokud tento požadavek je vznesen i následkům možného válečného konfliktu.

Z tohoto pohledu má společnost Phoenix-Zeppelin registrovány dva produkty s názvy NZ2® a BOOMEL®.
V případě prvního výrobku, který byl představen na trh v roce 2002, se jedná o komplexní energocentrum s velmi vysokou dostupností elektrické energie na výstupních svorkách. Za velmi vysokou spolehlivost považujeme v základu 5 "devítek". V případě standardního energocentra se bavíme o "devítkách" čtyřech. V případě napájení kritické infrastruktury, lze na energocentru vytvořit dostupnost až 8 "devítek". Takové energocentrum je postaveno a provozováno v Ostravě - objektu Integrovaného bezpečnostního centra. Pro zajímavost bude tento objekt z povahy řízení dopravy v Ostravě zvláště exponovaný při výluce svinovských mostů.

Druhým výrobkem pod názvem BOOMEL® je jeho podmnožina a to Vícepalivový generátor BOOMEL®DUAL. Ten může být instalován jak samostatný náhradní zdroj, tak i jako součást energocentra NZ2®. V určitých aplikacích lze tento motor použít i pro kombinovanou výrobu elektrické energie a tepla. Nezanedbatelnou výhodou je snížení provozních nákladů díky "přimíchávání" plynného paliva ke standardní naftě, a to v poměru nafta 30/70 plyn. V loňském roce a letos probíhají intenzivní zkoušky na kapalná paliva biologické povahy. Nespornou výhodou tohoto výrobku (vícepalivového motoru), že je možné upravit v zásadě jakýkoli vznětový motor.

Další, v současné době, opětovně objevenou technologií jsou takzvané "NOUBREJKY", správně NO BREAK. Jedná se o rotační zdroj, který je tvořen na jedné ose spalovacím motorem, synchronním generátorem, setrvačníkem, spojkou (většinou magneticko-dynamickou) a elektromotorem. Celé zařízení pak pracuje de facto jako výše uvedené energocentrum NZ2®. Je však větší, rozměrnější, a je otázkou proč se v letech po roce 1989 od těchto systémů ustoupilo. Běžně je používaly České radiokomunikace a Řízení letového provozu. Jedna instalace byla i v někdejším, pro dříve narozené, Paláci kultury, dnes Kongresovém centru.

Většina instalací respektive výše uvedených zákazníků přešla postupně na technologie agregátů v návaznosti na, do současné doby, nejčastěji používané bateriové UPS. Pro zajímavost, naše společnost má u zákazníka v provozu obdobném zařízení NO BREAK 3 motory CATERPILLAR® o výkonu cca 250kW. Zařízení je instalováno v Praze na letišti Ruzyně od roku cca 2000. Schéma viz obrázek výše.

Co napsat závěrem:
Pokud tedy přirovnáme moderní technologie systémů zabezpečeného napájení elektrickou energií k současným automobilovým hitům, vyjde nám, že jejich volba pro následné využití je pro jednoho člověka většinou neřešitelná a nedostupná.
Z tohoto pohledu je odpovědnost za návrh zabezpečeného napájení velká a v mnoha směrech nevyčíslitelná. Pokud si však přečtete článek s názvem "KDO VYPNUL celé spojené státy?", uveřejněný v časopise ENIGMA v lednu 2012 Lenkou Kabeláčovou, ztrácí vše výše popsané smysl. I přes to, se budu snažit v budoucnu v rozvoji a prodeji věci, která se v názvu tohoto článku jmenuje Moderní technologie systémů zabezpečeného napájení elektrickou energií a to čistě technokraticky.

Ing. František Nový
Phoenix-Zeppelin, spol. s r.o., Divize Energetické systémy

 Článek je ukázkou sborníku L.P.Elektro č. 51