V Česku vzniká první rozptýlená elektrárna

Rozptýlená elektrárna je energetický systém složený z mnoha menších zdrojů elektrické energie umístěných ve více lokalitách s více vývody do rozvodné sítě, který se z vnějšího pohledu jeví jako jediný zdroj o větším elektrickém výkonu. Kromě pojmu rozptýlená elektrárna se lze také setkat s označením virtuální elektrárna, sdružený zdroj, složený zdroj apod., v principu se ale jedná o totéž.

V České republice se jedná o projekt ojedinělý, v zahraničí však již obdobné projekty existují. Např. v letech 2002-2005 probíhal projekt "Evropská virtuální elektrárna s palivovými články". Tento projekt byl založen na výzkumu možností řízení palivových článků na zemní plyn o výkonu 4,6 kW v domácnostech. Další obdobný projekt probíhá v současnosti v Německu, kde bude několik různých decentralizovaných zdrojů elektrické energie (kogenerační jednotky, větrné elektrárny, fotovoltaické generátory, ... ) propojeno do virtuální elektrárny, která bude počítačově řízena z centrálního místa. Zde se jedná o zdroje o výkonu 50 kW až do několika megawattů.

V souvislosti s výše uvedeným vyvstávají otázky typu: "K čemu a pro koho je to dobré? Jaké to má výhody?

Rozptýlená elektrárna přináší výhody jak pro drobného výrobce elektřiny, tak pro obchodníka s elektrickou energií. Pro obchodníka je totiž nesporně přitažlivější možnost nakoupit elektřinu od jednoho dodavatele než stejné množství od více drobných dodavatelů. A to od dodavatele, který především dokáže garantovat dodávku nasmlouvaného množství elektřiny. Pro drobného dodavatele elektrické energie má pak zapojení do systému rozptýlené elektrárny přínos ve zlepšení ekonomiky provozu zdroje a v trvalém monitorování zdroje s diagnostikou nestandardních provozních stavů včetně možnosti dálkového zásahu umožňujícího eliminaci tohoto stavu.

Při srovnání s klasickou elektrárnou má rozptýlená elektrárna své výhody i nevýhody. Mezi výhody lze jednoznačně zařadit skutečnost, že při poruše zdroje nebo při omezení jeho regulačních schopností nedojde k přerušení celé dodávky elektrické energie, ale jen její části (pokud není kryta rezervním výkonem, což je také jedna z možností rozptýlené elektrárny). Určitou nevýhodou je složitější řízení více menších zdrojů rozptýlené elektrárny.

Myšlenkou rozptýlené elektrárny se ve společnosti TEDOM zabývali už před několika lety. Vznikaly první studie a analýzy o možnostech realizace elektrárny, včetně praktických ukázek dálkového řízení zdrojů pro tehdejší JME a JČE. Vzhledem k tehdejší finanční a technické náročnosti byl však tento projekt zastaven. Spuštění nového projektu v závěru roku 2006 bylo umožněno zejména díky:

• výrazné změně v kapacitě a spolehlivosti datových přenosů
• významnému snížení cen datových přenosů, pronájmu privátních datových okruhů a komunikačního hardware
• uvolnění trhu s elektrickou energií
• dostatečné výkonové kapacitě zdrojů KVET a OZE ve vlastnictví společnosti TEDOM a jejích dceřiných firem

Stručné představení projektu

Jak již bylo zmíněno, rozptýlená elektrárna je energetický systém složený z mnoha menších zdrojů elektřiny umístěných ve více lokalitách. Cílem projektu je zlepšit podmínky pro prodej elektřiny vyrobené z těchto zdrojů, a to větším množstvím nabízené elektrické energie a garancí dodávky nasmlouvaného množství elektřiny. I když je v zásadě možné připojit do rozptýlené elektrárny jakýkoli zdroj, který splňuje požadavky kladené na jeho nadřazené řízení, je tento projekt orientován na zdroje s pístovými spalovacími motory, a to pro jejich dobrou regulovatelnost s dostatečně pružnou odezvou na regulační odchylku. Při vývoji rozptýlené elektrárny byly zúročeny bohaté zkušenosti s vlastním provozem kogeneračních jednotek a elektrických zdrojových soustrojí a s vyhodnocováním ekonomiky jejich provozu, jakož i zkušenosti s obchodováním s elektřinou.

Jak to celé pracuje

Koncepční řešení rozptýlené elektrárny je s ohledem na možnosti dalšího rozšiřování strukturováno modulově dle následujícího zjednodušeného schématu:

• komunikační a dispečerský modul
• modul databázového rozhraní
• plánovací a optimalizační modul

Vzhledem k tomu, že cílem tohoto článku není podrobný popis vlastního řešení, zmíníme se o jednotlivých modulech pouze ve stručnosti.

Koncepční schéma

Komunikační a dispečerský modul

Cílem tohoto modulu je zajistit spolehlivé a bezpečné spojení mezi zdroji a dispečerským pracovištěm a umožnit tak online přenos dat potřebných jak pro servisní část modulu, tak pro plánovací a optimalizační modul. Realizované hardwarové a softwarové řešení přenosu dat ze zdroje a jeho periférií (např. data z navazujícího topného systému nebo potřebné údaje z fakturačního elektroměru...) na dispečerské pracoviště a zpět se vyznačuje:

• nízkými nároky na přenášený objem dat bez nutnosti použít pevnou veřejnou IP adresu
• zabezpečeným spojením s detekcí ztráty komunikace jak na straně zdroje, tak na straně dispečerského pracoviště a volbou reakce na tento stav
• jednoduchým přímým přístupem k základním provozním údajům o zdroji a stavu komunikace v grafickém a tabulkovém zobrazení včetně optické a zvukové signalizace nestandardních stavů
• indikací provozního stavu, zasláním e-mailu při poruše, ukládáním historie
• implementací podpory přímého spouštění specializovaných servisních programů

přímo z menu každého zdroje, což umožňuje rychlé vyhodnocení nestandardních stavů a možnost korekce tohoto stavu přímo z dispečerského pracoviště

Modul databázového rozhranní

Hlavní funkcí tohoto modulu je přenos údajů potřebných pro plánování, optimalizaci a řízení zdrojů mezi jednotlivými moduly.Vyhodnocování údajů průběžně ukládaných v databázi přispívá k zpřesňování plánování a predikci rizikových stavů. Kromě dalších možností lze data uložená v databázi využít k zpřístupnění a vizualizaci provozu a stavu jednotlivých zdrojů jejich provozovatelům na webu.

Optimalizační a plánovací modul

Cílem této části softwarové aplikace je zabezpečení optimálního pokrytí plánovaného dodávkového diagramu a poskytnutí dostupného množství regulačního výkonu.

Výchozím předpokladem pro správné fungování celého modulu je dostatečně vypovídající množství vstupních údajů, například druh zdrojů (KVET/OZE), výkony zdrojů (nominální, minimální pro regulaci#), spotřeby plynu nebo variabilní a fixní náklady (variabilní náklady jsou ty, které souvisejí s množstvím vyrobené elektřiny, např. náklady na palivo, servis, a zadávají se v Kč/kWh; fixní náklady nesouvisejí s množstvím vyrobené elektřiny, např. odpisy, úroky z úvěru, režie apod. a zadávají se v Kč/měsíc.)

Pro každý zdroj je vytvořena minimálně jedna varianta projezdu (počet variant není omezen). Pod variantou projezdu si můžeme představit tabulku, kde sloupce jsou tvořeny hodinami a řádky venkovními teplotami. Do jednotlivých buněk se pak zadává maximální možný výkon s využitím tepla.

Samozřejmostí je možnost zadání plánovaných a neplánovaných odstávek zdroje i navazující technologie. Aplikace pak s tímto zdrojem nepočítá a neumožní uživateli ani její řízení. Plán lze samozřejmě změnit, a to nejpozději před započetím obchodní hodiny.

Základním prvkem pro plánování, optimalizaci a řízení je tzv. obchodní případ, ve kterém je vstupem poptávka dodávky elektřiny a výstupem již konkrétní složení zdrojů dle zvoleného kritéria a plán jejich proběhů. Uživatelsky lze definovat několik obchodníků a u každého obchodníka neomezeně obchodních případů.

Údaje z plánu proběhu jednotlivých zdrojů potřebné pro vlastní řízení výkonu zdroje jsou předávány cestou navazujících modulů do řídícího systému zdroje, který za využití vlastních algoritmů zabezpečuje provoz na požadovaném výkonu.

Modul umožňuje zobrazení kompletní kalkulace ceny elektřiny včetně výpočtu zisku, a to buď v Kč/kWh, nebo v Kč/měsíc. U obchodních případů, které ještě nejsou aktivní, počítá ekonomiku na základě plánu, u aktivních na základě skutečných hodnot a plánu, u skončených obchodních případů pak podle skutečných hodnot.

Ekonomika jednotlivých zdrojů je nepřetržitě vyhodnocována a v případě potřeby vyššího výkonu je upřednostňován zdroj s vyšší prioritou. Uživatel může prioritu zdrojů změnit na základě svých zkušeností s provozem, nemusí být tedy závislá pouze na zisku, ale třeba na spolehlivosti. U každého obchodního případu je možné definovat rezervní jednotky, které se uvedou do provozu v případě odstávky jednotky zařazené do obchodního případu. Fixní náklady rezervních jednotek jsou součástí ekonomiky obchodního případu.

Jednou z funkcí je také zobrazení cen elektřiny v jednotlivých hodinách v závislosti na využití či nevyužití tepla a na počtu hodin příspěvku k ceně elektřiny za den. Uživatel tak okamžitě vidí, jaká musí být minimální výkupní cena elektřiny, aby si zachoval požadovaný zisk.

Aktuální průběh obchodního případu lze zobrazit v grafu včetně odchylek a skutečných hodnot za posledních deset minut. Interval načítání hodnot je uživatelsky nastavitelný. Je také možné nechat si zobrazit hodnoty za delší období v závislosti na délce archivace. Standardem je možnost exportu většiny dat do několika formátů, např. MS Excel.

V současné době je rozptýlená elektrárna ve své závěrečné fázi a její reálné nasazení se předpokládá ve druhé polovině letošního roku. Tento projekt byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu.

Zdroje:

Projekt 2A-1TP1/109 - Dispečerské řízení decentrálních zdrojů elektřiny z OZE a vysoce účinné KVET spojených do 1 sdruženého zdroje 15 MW - výzkumné zprávy
Nejedlý P: Energie budoucnosti - virtuální elektrárny a inteligentní sítě?
Automa: Distribuční energetické sítě: nové požadavky na automatizaci
Automa: Elektrické rozvodné sítě potřebují automatizaci
Baxant P.,Toman P., Orságová J: Distribuované řízení energetických zdrojů - příspěvek na konferenci Energomatika 2007
Findura M.,Kysela J., Macků J.: Optimalizované řízení zdrojů v distribuované soustavě- příspěvek na konferenci Energomatika 2007