Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Optimalizace nouzových zdrojů elektrické energie

Ing. Karel Kuchta, CSc., Phoenix-Zeppelin, spol. s r. o.,
divize Energetické systémy

Odborné i laické veřejnosti jsou jistě známy nouzové zdroje elektrické energie, popř. kompaktní energocentra, založené na elektrocentrálách s dieselovými motory. Tyto nouzové zdroje se používají k napájení elektrickou energií kritických budov při výpadku dodávky z rozvodné sítě. Lze je nalézt nejen v budovách a objektech tzv. kritické infrastruktury (nemocnice, centrály hasičské, záchranné služby, budovy státní správy, dispečinky energetických a dopravních podniků), ale i ve firmách, kde by přerušení dodávky elektrické energie mělo za následek velké hmotné škody, popř. by bylo ohroženo zdraví nebo životy osob. Těchto elektrocentrál jsou jen v České republice instalovány tisíce. Protože jsou 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 80 hodinami za rok. Přesná hodnota záleží na četnosti a průměrné délce výpadků (parametry SAIFY a SAIDY), ale především na frekvenci testování. V některých objektech je předepsáno testování častější (např. v nemocnicích), jinde stačí uskutečnit kontrolní start jednou za měsíc. S jistotou lze říci, že se tyto zdroje nikdy „nedožijí“ generální opravy.
Celkové náklady na vlastnictví elektrocentrály (TCO –Total Costs Ownership) zahrnují nejen odpisy a palivo, ale také náklady na pravidelný roční servis. Bez ohledu na provozní hodiny je nutné jednou za rok v každé elektrocentrále vyměnit motorový olej, včetně olejového 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

Celkové náklady na elektrocentrálu tedy zahrnují odpis investice, servisní náklady a náklady 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 uvedeného úkolu bylo totiž i posouzení možnosti použít nouzové zdroje jako operativní, dlouhodobě provozované zdroje elektrické energie. Výsledky jsou uvedeny na obr. 1. Z grafu je zřejmé, že při ročním proběhu menším než 200 h je cena za jednu kilowatthodinu mimořádně vysoká a teprve při vyšším proběhu se dostává pod hranici 10 Kč/kW•h. U vyšších výkonů vychází ekonomie provozu „lépe“, nicméně stále je vysoko nad současnými cenami distribučních společností.
Cenová hladina v ustáleném stavu nad 200 motohodin/rok je navíc závislá na ceně paliva. Proto byly hledány cesty v použití alternativních paliv.
Prvním způsobem je použití alternativního kapalného paliva typu FAME, rostlinných olejů, popř. olejů z potravinářské výroby (fritovací olej). Tato cesta je uskutečnitelná pouze při úpravě palivové tratě, použití předehřevu paliva a speciálních palivových filtrů a byla ve společnosti Phoenix-Zeppelin ověřena v praxi. I přes deklarace dodavatelů není zatím cena těchto paliv příliš vzdálena od ceny motorové nafty, a pro trvalý provoz nejsou proto vhodná.
Dalším palivem, které je na trhu dostupné, je plyn (standardní zemní plyn, popř. 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 připojené tab. jsou porovnány oba typy motorů (při stejném výkonu strojů). Bylo hledáno 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 je využití elektrocentrály 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

Společnost Phoenix-Zeppelin v letošním roce představuje optimalizaci nouzových zdrojů elektrické energie, která přinese větší využití stroje, významné ekonomické úspory a zvýší energetickou bezpečnost a nezávislost. Tento generátor elektrické a tepelné energie je na trh uváděn pod obchodním názvem BOOMEL® DUAL. Navazuje na energetický zdroj BOOMEL®, pracující na principu kombinované výroby elektrické a tepelné energie, který jako palivo používá zemní plyn.
U verze BOOMEL® DUAL je palivem motorová nafta, popř. jiné alternativní kapalné palivo, ve směsi se zemním plynem. Základní výkonový rozsah je od 100 do 2 000 kW elektrického výkonu v jednom stroji. Je možný paralelní provoz více strojů. Množství vyrobené tepelné energie je voleno podle konkrétního projektu. Technologie spalování směsi nafta-plyn byla vyvinuta společností ComAp, která má tuto technologii celosvětově registrovánu. Do letošního roku byly takto modernizovány stovky dieselových elektrocentrál po celém světě. Naprostá většina uvedených instalací pracuje v ostrovním režimu v rozvojových zemích. Nyní nastala doba pro využití této technologie i v České republice.
Důležité je, že takto lze optimalizovat i starší elektrocentrály z produkce ČKD Praha. Je nutné 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 zmenšuje. Poměr nafta/plyn může být až 30 : 70 % – úspora provozních nákladů je tedy významná. Připouštění plynu do motoru je pozvolné, vypnutí plynu je buď plynulé, nebo (v případě havarijního uzavření plynu s nouzovým přechodem na naftu) skokové. Proces zvětšování či zmenšování množství plynu v žádném případě neovlivní chod motoru. Motor po uzavření přívodu plynu dále běží na naftu. Tento přechod může být automatický nebo manuální. Na obr. 2. je názorně ukázána struktura investičních nákladů různých řešení kombinované výroby elektrické a tepelné energie.

Spolehlivost optimalizovaných energocenter

Významným přínosem energetického zdroje BOOMEL® DUAL pro uživatele je větší energetická bezpečnost a nezávislost. Možnost kombinovat provoz 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 odstraněním 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 obnovitelné zdroje elektrické energie. Řešení energetického zdroje BOOMEL® je i součástí spolehlivostního programu společnosti Phoenix-Zeppelin. Již od roku 2006 je pro významné zakázky vykonávána spolehlivostní analýza, která na základě matematického modelu exaktně určí jistotu provozuschopnosti energetického zdroje. Kromě všeobecně používaných (a nepříliš přesných) parametrů MTBF (střední doba mezi poruchami) a A (dostupnost) je výsledkem této analýzy především tzv. spolehlivostní křivka, která jednoznačně určuje jistotu dodávky elektrické energie v čase. Tento matematický model byl rozšířen i pro duální systémy.

Literatura:

[1] Výzkumný 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.
[2] TŮMA, RUSEK a kol.: Spolehlivost v elektroenergetice. 2007.
[3] KŘÍŽ a kol.: Možnosti startu do tmy s využitím OZE. konference EPE, 2011.
[4] HRADÍLEK: Elektroenergetika distribučních a průmyslových zařízení. 2011. [5] Spolehlivostní analýza energocentra s dvoupalivovým agregátem. InSophy, 2010.
[6] Firemní materiály ComAp, a. s.
[7] Firemní materiály Phoenix-Zeppelin, spol. s r. o.

http://www.p-z.cz

Obr. 1. Cena vyrobené elektrické energie v nouzovém zdroji.
Obr. 2. Investiční náklady kombinovaného zdroje elektrické a tepelné energie
Tab: Porovnání vznětového a zážehového motoru