K problematice vyjadřování odběru plynu v energetických jednotkách

Úvod
Vyjadřování odběru plynu v energetických jednotkách - namísto jednotek objemových - bylo vyvoláno několika skutečnostmi.

Česká republika patří mezi evropské země, které importují zemní plyn. V době, kdy k nám byl dovážen pouze ruský zemní plyn, který vykazoval prakticky konstantní složení a tím i ostatní parametry, jako je spalné teplo a výhřevnost, nebylo vyjadřování v energetických jednotkách aktuální. V současné době však v rámci propojené přepravní soustavy mohou dodávky zemních plynů více či méně pocházet z různých zdrojů, takže jejich chemické složení se může lišit, např. dodávky ruského zemního plynu oproti plynu z Německa. Také při uskladňování plynu v podzemních zásobnících se může složení a tím i energetický obsah měnit.

Podobnou situaci je možno zaznamenat i v ostatních evropských zemích (typickým příkladem může být Německo), kde se přešlo již dříve na přepočty a účtování odebraného plynu v energetických jednotkách. V případě, že by byl plyn odběratelům účtován jen v jednotkách objemových, pak by přinejmenším nebylo seriózní, aby odběratel, který spotřeboval plyn o nižší energetické hodnotě, platil stejně jako jiný odběratel, který spotřeboval stejný objem plynu o energetické hodnotě vyšší.

Výhodou energetického vyjadřování je v neposlední řadě i to, že umožňuje snadné a přímé porovnání spotřeby a nákladů na energii s jinými palivy resp. s energií elektrickou.
Pro přesné přepočty a seriózní účtování je proto nezbytné splnění těchto předpokladů:

• správný a objektivní přepočet s ohledem na možné časové kolísání složení plynu
• průběžné sledování složení resp. energetické hodnoty plynu
• správné měření dodaného plynu měřícím zařízením s pokud možno maximální eliminací vlivu jeho teploty a tlaku (což bylo nutné provádět i dříve)

V souvislosti s dodávkami zemních plynů různého složení je nutno sledovat i problematiku jejich záměnnosti. Obecně se pod tímto pojmem zahrnuje vlastnost plynů, která umožňuje náhradu jednoho druhu plynu jiným plynem, aniž by bylo nutné provádět úpravy spotřebičů, zejména plynových hořáků. Např. svítiplyn není záměnný se zemním plynem. Je dosud v paměti akce převodu resp. záměny svítiplynu zemním plynem, která průběžně probíhala v České republice po dobu přes dvacet let (skončila v roce 1995). Vyžádala si značné náklady na provádění různých zásahů nejen na rozvodných sítích, ale i u odběratelů na spotřebičích. Poměrně velké množství spotřebičů bylo nutno nejen rekonstruovat, aby vyhovovaly provozu na zemní plyn, ale i vyřadit z důvodu neekonomických nebo pro zastaralý, případně nevyhovující technický stav.

1. Příprava přechodu na energetické jednotky
Celá akce si vyžádala pečlivou přípravu, spočívající v úvodní fázi ve vzájemných dohodách o jednotném postupu mezi přepravními a distribučními plynárenskými organizacemi i s dotčenými orgány státní správy. Bylo nutno stanovit jednotné parametry, které mají vliv na vyjadřování energetických hodnot, dohodnout společné postupy v technické a obchodně-právní oblasti, využití vhodných měřících přístrojů a jejich rozmístění na rozhodujících přepravních a distribučních bodech, kde bude možno očekávat případné změny kvality plynu atd.

Výchozím bodem bylo zpracování jednotného metodického předpisu obsahujícího zejména:

• definice pojmů
• údaje o dohodnutých jednotkách pro přepočty a účtování a parametrů, které je mohou ovlivňovat
• jednotné tolerance v úvahu přicházejících hodnot a způsoby jejich případného průměrování
• základní pokyny pro využití měřících zařízení apod.
• praktické příklady aplikace předpisu.

Metodický předpis musel současně respektovat stávající technické normy i normy mezinárodní resp. evropské, týkající se hlavně metodiky výpočtu důležitých parametrů, jako je spalné teplo, hustota, hutnota, Wobbeho číslo, příp. některé další stavové nebo fyzikální jednotky.
Vypracováním tohoto předpisu (TPG 901 01 "Přepočty dodávek plynu na energetické jednotky") byla pověřena s.r.o. GAS Praha, která pro usnadnění prací využila nejen přímé kontakty s tuzemskými zainteresovanými organizacemi, ale aplikovala i poznatky a předpisy zahraničních zemí, kde již byla metodika přepočtů zavedena, např. nizozemský GASTEC a německý Verbundnetz Gas.

2. Realizace přechodu
Realizace akce není levnou záležitostí a představuje poměrně značné náklady. Protože naše republika je integrovanou součástí evropského tranzitního systému, spočívaly tyto náklady především na podniku Transgas, který již koncem roku 2000 dokončil významné investiční akce související s přechodem na měření v energetických jednotkách. Bylo nutno vybudovat řadu měřících stanic v Čechách i na Moravě. O jejich umístění byly uzavřeny dohody s rozvodnými organizacemi, které současně musejí mít jistotu, že naměřené hodnoty zemního plynu jsou autentické.

Součástí celé akce bylo zajištění připravenosti odběratelů, tj. všemi prostředky získat jejich vědomí, že celá akce neznamená nějaké zvyšování cen, ale naopak odstranění platební jednotnosti v případě plynu rozdílné kvality. Přitom bylo zdůrazněno, že v oblasti měření odebraného plynu se pro odběratele prakticky nic nemění.

3. Energetické hodnoty plynu a jejich měření
Energetická hodnota plynu spočívá v chemicky vázané energii, která je vyjadřována jako součin objemových a energetických jednotek, tj.:

Energetická hodnota v kWh = skutečný objem plynu v objemových jednotkách x spalné teplo vztažené na objemovou jednotku v kWh/m³
(Pokud se někdy energie vyjadřuje v J nebo násobcích /KJ, MJ/, platí základní vztah: 1 kWh = 3,6 x 10⁶J = 3,6 . 10³KJ = 3,6 MJ.)

Metodika výpočtu energetických hodnot, jako je spalné teplo, případně ostatních veličin, např. hustota, relativní hustota (hutnota) a Wobbeho číslo, je stanovena v příslušných tuzemských i mezinárodních normách (např. ISO 6976).

Poznámka k některým používaným pojmům:
Spalné teplo je definováno jako množství energie, které se získá dokonalým spálením určitého množství plynu se vzduchem, a to za konstantního tlaku. Přitom se uvažuje, že všechny produkty spalování jsou ochlazeny na výchozí teplotu složek účastnících se spalování a voda vzniklá spálením vodíku (volného i vázaného) je ve stavu kapalném. Rozměr je např. kWh/m³.
Hustota je definována jako hmotnost plynu dělená jeho objemem, a to za definovaných stavových podmínek. Rozměr je kg/m³.
Relativní hustota (hutnota) je podíl hustoty plynu k hustotě suchého vzduchu standardního složení při stejném tlaku i teplotě. Rozměr je (-).
Wobbeho číslo je definováno jako podíl spalného tepla objemového a druhé odmocniny relativní hustoty (hutnoty) za stejných vztažných podmínek. Je důležitým ukazatelem při hodnocení záměnnosti plynů - viz výše úvod.

Na přesnost vyjádření energetické hodnoty dodaného resp. odebraného množství plynu má prvořadý vliv úroveň přesnosti naměřeného i přepočteného objemu plynu. Je třeba připomenout, že podle stavových rovnic má na skutečný objem plynu vliv jeho teplota a tlak. Naměříme-li jednou objem plynu např. při +10 ^oC a podruhé při 0 ^oC, je rozdíl v objemu kolem 3,6 %.

"Pokud se teplota plynu neměří nebo měřící zařízení není vybaveno teplotní kompenzací, pak se použije vztažná teplota t_v = +15 ^oC, resp. T_v = 288,15 K.

Podobné rozdíly souvisejí i s tlakem. Zde je nutno počítat s tlakem atmosférickým, který kolísá jednak s povětrnostními podmínkami a jednak s nadmořskou výškou. Např. rozdíl ve skutečném objemu plynu naměřeného v nadmořské výšce 200 m a výšce 400 m je kolem 2,4 %. Je zřejmé, že měření objemu plynu není jednoduchou záležitostí a pokud se měří objem plynu měřidly bez převodníků (např. obyvatelstvo a drobné odběry), neobejde se přepočet bez dohodnutých hodnot teploty a tlaku. Tyto záležitosti se opět bezprostředně netýkají přepočtů na energetické hodnoty, ale vlastního měření a vyjadřování objemu odebraného plynu.

Pro měření energetických hodnot je možno použít některé osvědčené metody, jako jsou analytické, založené na použití chromatografických přístrojů. Chromatograf je schopen poskytnout přesné chemické složení plynu, které je pak výchozím bodem pro výpočet jeho objemové energetické hodnoty. Je však velmi důležité jejich správné rozmístění na distribuční síti i na místech, kde by mohla kolísat kvalita plynu dodávaného odběratelům. Vyžaduje to dokonalou znalost průtoku plynu za různých podmínek a zkušenosti, jak se chovají přepravní a distribuční sítě za různých podmínek.

Mohou nastávat různé případy dodávek a konfigurace sítí. Výše uvedená TPG 901 01 uvádějí tyto příklady:

4. Průměrné energetické hodnoty za účtovací období
Pokud by v určitém místě rozvodné oblasti docházelo ke změnám složení plynu a tím i jeho energetické hodnoty (spalného tepla), nezbude jiná možnost, než stanovit jej jako střední hodnotu. Nejobjektivnější metodou je stanovení váženým průměrem. Přitom je možno pro zjednodušení přepočtů tolerovat určité tolerance spalného tepla, např. do ± 4%.

Účtované hodnoty se také řídí délkou účtovacího období, kdy např. u delších odečtů (1 rok) se používá tzv. klouzavý roční vážený průměr spalného tepla, který se vypočítává podobným způsobem jako vážené měsíční průměry. Předpis také toleruje mimořádné případy, kdy došlo po kratší dobu k výkyvům složení plynu a spalného tepla např. následkem havárie, oprav apod.

5. Příklad výpočtu dodaného množství energie
Odběratel je např. v nadmořské výšce 220 m a podle plynoměru odebral za dané období objem zemního plynu (V_p) 5000 m³, spalné teplo stanovené pro vyúčtování (H_o) je 10,50 kWh, teplota plynu (T_p) je 10 ^oC, vztažná teplota (T_v) je 15 ^oC, základní atmosférický tlak (p_b) je podle tabulky TPG 901 01 v průměru 98,9 kPa, tlakový přepočtový koeficient podle téže tabulky je 0,9958.

Vzhledem k tomu, že tlak plynu není vyšší nebo rovný tlaku 0,1 MPa, není třeba do výpočtu zahrnovat tzv. stupeň kompresibility, resp. jeho hodnota je 1. (S kompresibilitou plynu se totiž uvažuje u reálných plynů teprve při vyšších tlacích, při menších tlacích je možno ji zanedbat.)

Postup výpočtu:
Nejprve se vypočítá tzv. přepočtový koeficient (k), podle kterého se stanoví skutečný (vztažný) objem (V_u) na základě provozně naměřeného objemu V_p. Tento koeficient je dán vztahem:




Výpočet množství dodané energie (Q) v kilowatthodinách je pak dán součinem:
Q = V_p . k . H_o = V_u . H_o


Po dosazení:
Q = 5000 . 1,0134 . 10,50 = 53.203 kWh

Prameny:
TPG 901 01 - Přepočty dodávek plynu na energetické jednotky
Valenta, V.: Vykročení k měření dodávek plynu v kilowatthodinách, Plyn 1/2001
Dědek, J.: Měření a účtování zemního plynu v energetických jednotkách, Plyn 5/1998
Technická informace Gas č. 1039