Elektrika.cz, reportážní portál instalační elektrotechniky, vyhlášky, schémata zapojení .

 
Oddíly
reklama
Bleskovky
Osobní nástroje
FUTURE okénko - V nejbližších dnech se zde dočtete ...
  • Svůj pohled na sousední megaveletrh Light+Building ve Frankfurtu popisuje český elektrikář. Nezůstává pouze u jednoho selfie o své přítomnosti v Německu a prozrazuje proč se vydal tak daleko. Čím ho to obohatilo? Jak se dívá na budoucnost veletržních ...
  • Pokud chceme studovat různé aspekty elektrických jevů, včetně teploty výbojů blesku, vlivu ionizace vzduchu a negativních účinků elektrického oblouku, pak se nabízí studium na VUT, ČVUT ... mnoho příležitostí k experimentům s různými kombinacemi ...

Optimalizace nouzových zdrojů elektrické energie a její vliv na ekonomii a spolehlivost


Document Actions
Optimalizace nouzových zdrojů elektrické energie a její vliv  na ekonomii a spolehlivost
Zabezpečené napájení je nutné i u výrobních technologií, kde by přerušení dodávky elektrické energie mělo za následek hospodářské škody, nebo u objektů, kde by ztráta napětí znamenala ohrožení velkého počtu osob (divadla, stadiony, velké hotely). Riziko výpadku elektrické energie je reálné a důsledky blackoutu můžeme eliminovat jedině tím, že se na něj připravíme.
Komerční sdělení, ze dne: 20.06.2013
reklama

Nejen objekty kritické infrastruktury, jako jsou zdravotnická zařízení, telekomunikační centra, dopravní systémy, útvary Hasičského záchranného sboru, budovy státní správy atd. musí být vybaveny záložním zdrojem elektrické energie. Zabezpečené napájení je nutné i u výrobních technologií, kde by přerušení dodávky elektrické energie mělo za následek hospodářské škody, nebo u objektů, kde by ztráta napětí znamenala ohrožení velkého počtu osob (divadla, stadiony, velké hotely…). Riziko výpadku elektrické energie je reálné a důsledky blackoutu můžeme eliminovat jedině tím, že se na něj připravíme.

Státní správa, firmy i řada privátních osob v České republice jsou na případný blackout dobře připraveny. Odhaduje se, že je na našem území instalováno cca 8000 nouzových zdrojů elektrické energie různých výrobců, stáří i technické úrovně. Najdeme historické exempláře vyrobené v závodech ČKD i novější modely dovezené ze zahraničí (v současné době je v ČR více než 20 dodavatelů záložních elektrocentrál, ale ani jeden typ se nevyrábí na našem území). Existují nouzové zdroje s ručním spouštěním, ale i kompaktní energocentra s automatickými záskokovými rozvaděči a integrovanými zdroji UPS.

Nouzové zdroje elektrické energie jsou, jak už napovídá jejich název, určeny k nouzovému provozu, jejich opotřebení je minimální a vysoká investice v nich uložená není využita.

Běžná provozní doba nouzové elektrocentrály je mezi 20 až 80Mth za rok. Přesná hodnota záleží na frekvenci a průměrné délce výpadků, ale především na frekvenci testování. V některých objektech je předepsáno testování častěji (např. v nemocnicích), jinde stačí provést kontrolní start jednou za měsíc. Jednou za rok by měla být provedena funkční zkouška při jmenovité zátěži. V každém případě se tyto zdroje nikdy nedožijí generální opravy.

Celkové náklady na vlastnictví elektrocentrály (Total Ownership Costs - TOC) obsahují nejen odpisy a palivo, ale také náklady na pravidelný roční servis. Bez ohledu na provozní hodiny je nutno jednou za rok v každé elektrocentrále vyměnit motorový olej včetně olejového a vzduchového filtru a zkontrolovat další součásti (startovací baterie, předehřev, hustotu chladicí kapaliny...).

To všechno vedlo k úvahám, jak efektivněji využít již instalované nouzové zdroje elektrické energie.


Optimalizace nouzových zdrojů elektrické energie
Jak již bylo uvedeno, TOC u elektrocentrály se skládá z odpisu investice, servisních nákladů a nákladů na palivo. V rámci řešení státního projektu "Zvýšení odolnosti distribuční soustavy proti důsledkům dlouhodobého výpadku přenosové soustavy ČR s cílem zvýšení bezpečnosti obyvatel" byl proveden rozbor těchto nákladů v závislosti na jmenovitém výkonu elektrocentrály a počtu provozních hodin v roce. Součástí řešení tohoto úkolu bylo totiž i posouzení možnosti použití nouzových zdrojů jako operativního, dlouhodobě provozovaného zdroje elektrické energie. Výsledky jsou na obr. 1. Z grafu je zřejmé, že při ročním proběhu menším než 200Mth je cena za 1kWh extrémně vysoká, a teprve při vyšším proběhu se dostává pod hranici 10Kč/kWh. U vyšších výkonů vychází ekonomie provozu "lépe", nicméně stále je vysoko nad současnými cenami distribučních společností.

Cenová hladina v "ustáleném stavu" nad 200Mth/rok je navíc závislá na ceně paliva, a to tím více, čím vyšší výkon stroj má. Proto se hledaly cesty v použití alternativních paliv.

Prvním způsobem je použití alternativního kapalného paliva typu FAME, rostlinných olejů, kafilerních olejů, olejů vznikajících při pyrolýze či jiném chemickém procesu, případně olejů z potravinářské výroby (fritovací olej). Tato cesta je realizovatelná pouze při úpravě palivové tratě, použití předehřevu paliva a speciálních palivových filtrů, a byla
ve společnosti Phoenix-Zeppelin prakticky ověřena. Navzdory deklaracím dodavatelů není zatím cena těchto paliv příliš vzdálena od ceny motorové nafty a pro trvalý provoz nejsou vhodná.




Obr. 1: cena vyrobené elektrické energie v nouzovém zdroji


Dalším palivem, které je na trhu dostupné, je plyn (standardní zemní plyn, případně různá plynná paliva na biologické bázi). Běžný vznětový (dieselový) motor v záložní elektrocentrále ale toto palivo není schopen zpracovat – to dokáže pouze motor zážehový (plynový).

V následující tabulce jsou porovnány oba typy motorů (při stejném výkonu strojů):



Hledalo se řešení, které by spojovalo výhody obou typů motorů. Tímto řešením je dieselový motor upravený pro spalování směsi nafty a plynu.

Ani v tomto případě by ekonomický přínos nebyl dostatečný. Optimální využití elektrocentrály je pouze v případě, kdy se kromě vyrobené elektrické energie využije i teplo vznikající v motoru při spalování paliva.


Použití duálního paliva při kombinované výrobě tepelné a elektrické energie
V roce 2011 byla představena metoda optimalizace nouzových zdrojů elektrické energie, která přinese vyšší využití stroje, významné ekonomické úspory a zvýší energetickou bezpečnost a nezávislost. Toto řešení bylo uvedeno na trh pod obchodním názvem BOOMEL DUAL. Navazuje na energetický zdroj BOOMEL, pracující na principu kombinované výroby elektrické a tepelné energie, který jako palivo používá standardní zemní plyn.

U verze BOOMEL DUAL je palivem motorová nafta (případně jiné alternativní kapalné palivo) ve směsi se zemním plynem. Základní výkonový rozsah je od 100kW do 2000kW elektrického výkonu v jednom stroji. Je možný paralelní provoz více strojů. Množství vyrobené tepelné energie se pak volí podle konkrétního projektu.

Technologie spalování směsi nafta-plyn byla vyvinuta společností ComAp, která má tuto technologii celosvětově registrovanou. Do letošního roku byly tímto způsobem modernizovány stovky dieselových elektrocentrál po celém světě. Naprostá většina těchto instalací pracuje v ostrovním režimu v rozvojových zemích. Nyní nastal čas pro aplikaci této technologie i v České republice.

Důležité je, že tímto způsobem lze optimalizovat i starší elektrocentrály z produkce ČKD Praha. Je nutno splnit některé podmínky (především v oblasti regulátoru motoru a generátoru). Otázkou však stále zůstává dostupnost náhradních dílů pro tyto stroje, splnění současných a budoucích emisních limitů a spotřeba paliva a oleje. To jsou skutečnosti, které optimalizace na duální spalování nevyřeší.

Použití duálního paliva (směs nafta-zemní plyn) je ekonomicky velmi zajímavé. Energeticky ekvivalentní množství plynu lze totiž pořídit za méně než poloviční cenu ve srovnání s motorovou naftou. Standardní dieselový motor je upraven tak, že do válců je při splnění předepsaných podmínek vháněn plyn a současně se množství nafty snižuje. Poměr nafta/plyn může být až 30/70% - úspora v provozních nákladech je tedy významná. Připouštění plynu do sacího systému motoru je pozvolné, vypnutí plynu je buď plynulé, nebo (pokud jde o havarijní zavření plynu a nouzovým přechodem na naftu) skokové. Proces zvyšování/snižování množství plynu v žádném případě neovlivní chod motoru. Motor po vypnutí plynu dále běží na naftu. Tento přechod může být automatický, nebo manuální.


Obr. 2  Princip duálního systému


Spolehlivost optimalizovaných energocenter
Významným přínosem energetického zdroje BOOMEL DUAL pro uživatele je větší energetická bezpečnost a nezávislost. Možnost kombinace provozu s různými druhy paliv umožňuje vytvořit "energeticky bezpečný ostrov" v rozsahu jedné budovy, městské čtvrti nebo celé obce či města. To vše v souladu se současným trendem, který podporuje decentralizované napájení jako cestu k větší energetické bezpečnosti státu a jeho obyvatel.

Podstatné při decentralizovaném napájení je i snížení nákladů na transport energie odstranění ztrát při jejím přenosu (v duchu pravidla: "nejlevnější energie je ta, která nemusí být vyrobena"). Výrobou elektrické a tepelné energie v místě spotřeby se nejen sníží koncová cena energie pro zákazníka, ale odlehčí se i přetíženým sítím.

Právě proto je optimalizace energetického zdroje BOOMEL DUAL zajímavá pro menší a střední obce, kde se již nachází objekt vybavený záložním dieselgenerátorem. Typickým použitím je program SmartGrids. Zdroje BOOMEL DUAL se uplatní také jako alternativní zdroj v regionech, kde jsou instalovány nestabilní zdroje elektrické energie.

Řešení energetického zdroje BOOMEL je samozřejmě i součástí spolehlivostního programu Phoenix-Zeppelin. Již od roku 2006 je pro významné zakázky prováděna spolehlivostní analýza, která na základě matematického modelu exaktně určí jistotu provozuschopnosti energetického zdroje. Kromě všeobecně používaných (a ne příliš přesných) parametrů MTBF (střední doba mezi poruchami) a A (dostupnost) je výsledkem této analýzy především tzv. spolehlivostní křivka, která jednoznačně definuje jistotu dodávky elektrické energie v čase. Tento matematický model byl rozšířen i pro duální systémy.

V souvislosti s možností použití nouzových zdrojů k operativní výrobě elektřiny a tepla mohou totiž vzniknout pochybnosti, zda toto rozšíření provozních funkcí neohrozí prvotní funkci nouzového zdroje: chránit napájenou technologii nebo objekt před výpadkem dodávky elektrické energie z rozvodné sítě.

Proto byl pečlivě posouzen vliv použití nouzového zdroje jako prostředku na krytí výkonových špiček, na spolehlivost jeho úspěšného startu. Samotná doba nečinnosti jakémukoli technickému zařízení příliš nesvědčí (to platí samozřejmě i o nouzových zdrojích elektrické energie) a její prodlužování vede k závadám, znemožňujícím úspěšný start. Proto se na nouzových zdrojích provádějí periodické prohlídky (včetně zkušebního startu), které ověří jeho funkčnost. Po té lze tento nouzový zdroj považovat za zcela funkční s vysokou pravděpodobností dalšího úspěšného startu, mnohem vyšší, než před revizí. Je nasnadě, že zkracování doby do nejbližší revize zvyšuje nejnižší možnou spolehlivost úspěšného startu a toto se děje i při použití nouzového zdroje ke krytí špiček, kdy se agregát spouští častěji.

Významný je také ekonomický přínos tohoto nestandardního použití nouzového zdroje. Při posouzení tohoto přínosu musíme nejdříve provést analýzu současné struktury koncové ceny elektrické energie a pomocí pravděpodobnostního modelu ročního odběrového diagramu stanovit optimální provoz nouzového zdroje v tomto režimu.

Cena elektřiny je z velké části regulována. Energetický regulační úřad (ERÚ) vydává každý rok cenové rozhodnutí o cenách elektřiny a souvisejících služeb. Zbylá část ceny je předmětem obchodu (je smluvní) a je tvořena na základě domluvy zákazníka s distributorem.

V ceně se objevuje fixní složka (FN), která je nezávislá na odebraném výkonu. Druhou složkou ceny je složka variabilní (VN), která je součtem všech variabilních složek daných směrnicí ERÚ a sazby domluvené s distributorem. Často je tato sazba ve dvou variantách, ve vysokém tarifu (VT) a v nízkém tarifu (NT). Zpravidla je znám i poměr, v kterém je proud VT a NT distribuován. Variabilní složky jsou vztaženy ke skutečnému odebranému výkonu.

Součástí smlouvy s distributorem je nasmlouvané pásmo, ve kterém bude odběratel výkon odebírat, tedy jde o kapacitu, která bude pro odběratele rezervována. V případě překročení rezervovaného pásma je odběrateli účtována pokuta. Aktuální výkon je posuzován na základě patnáctiminutových maximálních výkonů, přičemž vždy nejvyšší v daném měsíci rozhoduje o výši pokuty. Sazba pokuty je vysoká (čtyřnásobek ceny rezervovaného pásma za každý překročený kW).

Vzhledem k hrozbě relativně vysoké pokuty, lze překročení pásma zabránit buďto nasmlouváním vyšší rezervované kapacity (vyšší FN), nebo zabránění překročení rezervované kapacity využitím nouzového zdroje pro krytí špiček.

Úspora provozem nouzového generátoru ke krytí odběrových špiček vznikne tím, že není třeba platit případnou pokutu distributorovi. Toto samozřejmě platí jen za předpokladu, že náklady na výrobu elektrické energie nouzovým generátorem budou nižší než náklady na pokutu. A jak již bylo řečeno, elektřina vyrobená v elektrocentrále s dieselovým motorem nebude nejlevnější. Ale při použití duálních systémů je cena paliva nižší, a při použití alternativních paliv se dostaneme na sazbu srovnatelnou s cenou elektrické energie na trhu.

Souběžně byl vybudován spolehlivostní model systému zálohované dodávky elektřiny v případě použití běžného záložního agregátu anebo agregátu, který slouží zároveň pro krytí výkonových špiček. Byla spočtena spolehlivostní funkce včetně finálního vyčíslení navýšení spolehlivosti dodávky elektrické energie.
Ze spolehlivostního modelu a jeho výsledku vyplývá, že v případě vlastnictví agregátu využívaného pouze jako případné zálohy, jsou s tímto spojeny náklady na revizní spouštění nouzového zdroje a na jeho údržbu. Případná (samozřejmě nemalá) úspora vzniká až v okamžiku, kdy dojde k delšímu výpadku sítě a nouzový zdroj je spuštěn jako záloha. Využití nouzového zdroje jako prostředku pro krytí špiček umožňuje inteligentně naplánovat spuštění nouzového zdroje tak, aby jednak minimalizoval riziko vzniku pokuty, ale také aby zvýšil počet pokrytých špiček na takový počet, aby došlo ke zvýšení spolehlivosti. Spolehlivostní model v tomto dokáže pomoci s volbou parametrů jednak pro jednání s distributorem elektrické energie, ale také pro samotné nastavení spouštění nouzového zdroje.

Obecnou výhodou nouzového zdroje užívaného ke krytí špiček je tedy to, že pracuje na splacení do něj vložené investice i jinak, než jen občasným krytím výpadků.

Další interpretace výsledků ukazuje to, že provoz nouzového zdroje BOOMEL DUAL, využívajícího směsné palivo kapalina+plyn, s sebou nese kromě úspory na variabilních nákladech provozu nouzového zdroje (palivo) i vyšší úspory na nezaplacené pokutě, a větším množstvím krytých špiček vede ke zvýšené spolehlivosti daného agregátu.

V případě, že zájemce uvažuje o instalaci záložního agregátu, je velmi pravděpodobné, že pro něj bude finančně výhodné jej provozovat v režimu ke krytí špiček. A jistě se vyplatí pořízení varianty na kombinaci paliv diesel+plyn. A to nejen pro úsporu, kterou sebou tento systém nese, ale také pro zvýšenou spolehlivost a tedy zvýšení parametru, který byl prvotním impulsem pro koupi agregátu.

Systém využití agregátu ke krytí špiček, je tedy vhodný jak pro uživatele, který hledá návratnost investice do agregátu, tak pro uživatele, pro kterého je vysoká spolehlivost nejpodstatnějším parametrem, jelikož jde o kombinované zlepšení obou parametrů.

Karel Kuchta

Literatura
Projekt "Zvýšení odolnosti distribuční soustavy proti důsledkům dlouhodobého výpadku přenosové soustavy ČR s cílem zvýšení bezpečnosti obyvatel" i.č. 2A-1TP1/065, MPO ČR (Řešitel: CityPlan, spol. s r.o.). 2007
Tůma, Rusek a kol : Spolehlivost v elektroenergetice, 2007
Kříž a kol.: Možnosti startu do tmy s využitím OZE, konference EPE 2011
Hradílek: Elektroenergetika distribučních a průmyslových zařízení, 2011
Spolehlivostní analýza energocentra s dvoupalivovým agregátem, InSophy, 2010
Kuchta: Ohrozí použití nouzového zdroje ke špičkování jeho spolehlivost?, Energie kolem nás 2012
Firemní materiály ComAp, a.s.
Firemní materiály Phoenix-Zeppelin, spol. s r.o.

 

Článek je ukázkou sborníku L.P.Elektro č. 56
Pro členy Benefit klubu LPE je k dispozici celé znění sborníku.

 

 
 

 

Diskutující k tomuto článku

   (počet diskutujících: 1)
TEXT Z OBLASTÍ SOUVISEJÍCÍ KONTAKT
LPE s.r.o.
Zaslání vizitky
Zobrazit záznam v adresáři


FIREMNÍ TIPY
Umíte odpovědět? Vysvětlete, proč musíme elektrické stroje chladit a co by se stalo, kdybychom je nechladili. Popište rozdíly mezi chlazením vzduchem a chlazením kapalinou. Vysvětlete, jak teplo putuje elektrickým strojem a jak nám tepelný okruh pomáhá toto teplo správně odvést. Co přesně znamená ventilace v kontextu elektrických strojů? Jaký je rozdíl mezi ...
V přednášce na konferenci SOLID Team se Miroslav Záloha ze SUIP zmínil také o nutnosti a významu technické dokumentace při revizích. Přestože jsou běžné argumenty o ztrátě nebo zastarání dokumentace, zdůraznil, že legislativa, vládní nařízení a provozní bezpečnostní předpisy, jasně stanovují povinnost udržování a aktualizace technické dokumentace. Připomněl význam dokumentace pro správné provedení revize. Hlavním bodem bylo, že revizní technik musí nejen ... Více sledujte zde!
Digitalizace nás kromě jiných služeb zasypává také daty. Máme tolik dat, že se v nich často nemůžeme vyznat. O tom, co nám dnes poskytuje digitalizovaná knihovna, hovořím s Petrem Žabičkou z Moravské zemské knihovny. Žijeme v době, kdy nové publikace nevznikají, nejsou žádní autoři odborných článků. Jsme zasypávání krátkými reklamními úryvky a zdroje ke studiu nám zůstávají skryty pod tlustou vrstvou marketingových cílů. Co s tím?
Jaké problémy mohou nastat při tvorbě projektových dokumentací hromosvodu pro rodinné domy? Je časté, že nízká kvalita dokumentace komplikuje práci realizovních firem? Co obvykle chybí v těchto nedostatečných projektech? Jak důležitá je analýza rizik v projektování hromosvodů? Co všechno by měla obsahovat kvalitní technická zpráva? Je pravda, že někteří lidé nevědí, jak by měla správná dokumentace vypadat, a jsou spokojení jen s několika listy papíru? Jaký rozdíl je mezi zkušenými projektanty a těmi, kteří "podvádějí" v projektování? Co všechno zahrnuje dobře vypracovaný projekt hromosvodu a uzemnění?
DALŠÍ FIREMNÍ ODKAZY
Po dvanácti letech jsme si s Janem Lojkáskem sedli u kávy a zavzpomínali na dobu, kdy jsme byli oba označováni za snílky. Server iiSEL a portál Elektrika.cz se v mnohém liší. Každý má zcela jiné zaměření. Pokud chcete vědět více podrobností, poslechněte si autora sami v tomto videospotu!
Tajemství rychlé práce i tak zručného elektrikáře. Zručnost není pouze otázkou hbitých prstů, ale také dostatečných vědomostí, co a kdy použít za nástroj. Například odizolovací nářadí Quickstrip, nářadí k upevnění krycích dutinek pro laněné vodiče ...
Častou negativní zkušenost mají (nejen) elektrotechnici z přístupu stavebních úřadů. Nejedná se tentokrát o problém "tvrdohlavosti" úřadu, ale naopak o přílišnou benevolentnost, hraničící až s ignorací zákonných vyhlášek a nařízení. Zajímali jsme se tedy o zkušenosti se stavebními úřady a pohled odborníků na danou problematiku ...
Nové kabelové nosné systémy Jupiter, které jsou vyráběny v Koposu Kolín, se vyznačují mnoha přednostmi ve srovnání s předchozím prodávaným typem žlabů, např. embosováním (prolis kolem perforovaných otvorů ve dně) pro zvýšení tuhosti žlabů ...
Terminolog
Týdenní přehled
Přihlašte si pravidelné zasílání týdenního přehledu
Vyhledávání
Hledaný text zadávejte prosím s diakritikou



Panacek
Autor článku
reklama
Tiráž

Neomezený náklad pro česky a slovensky hovořící elektrotechnickou inteligenci.

ISSN 1212-9933