Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 5/2016 vyšlo v tištěné podobě 19. září 2016. Na internetu v elektronické verzi bude k dispozici ihned.

Normy, předpisy a doporučení
Nařízení č. 10/2016 (pražské stavební předpisy) z hlediska stavební světelné techniky

Světelnětechnická zařízení
PROLICHT CZECH – dodavatel osvětlení pro nové kanceláře SAP
Posviťte si v práci na práci
Moderní a úsporné LED osvětlení bazénové haly

Aktuality

Češi v domácnostech více svítí a experimentují se světlem, doma mají přes 48 milionů svítidel Češi začali v domácnostech více svítit a snaží se vytvořit lepší světelné podmínky:…

Pražské Quadriennale představuje nový projekt věnovaný světelnému a zvukovému designu 36Q° Ve dnech 8. – 12. listopadu uvede site-specific výstavu v unikátním prostoru Lapidária…

THEATRE TECH & EVENT PRODUCTION v novém formátu a termínu Výstava divadelní a jevištní techniky THEATRE TECH & EVENT PRODUCTION se nebude konat…

Doprovodný program SIGNALu ovládne Maotik, DJ Maceo a The Cupcake Collective i Containall V obří nafukovací kupoli SIGNAL Dome, která se v rámci SIGNAL festivalu už podruhé objeví…

Více aktualit

Odhad spotřeby elektrické energie na veřejné osvětlení

28.05.2012 | |

-- Ing. Jan Varmuža, doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D., Vysoké učení technické v Brně, FEKT, Ústav elektroenergetiky --

Úvod

Veřejné osvětlení je již dlouho součástí našeho života a bereme je jako samozřejmost. Jeho důležitost si uvědomíme hlavně při jeho absenci, která nastává nejčastěji vlivem poruchy, v důsledku čehož je zejména znesnadněno vykonávání nočních činností či snížena bezpečnost uživatelů veřejného osvětlení. Veřejné osvětlovací soustavy, vzhledem k jejich velikosti, představují poměrně velký spotřebič elektrické energie, a je tedy výhodné znát závislost jeho připojování a odpojování na čase. Tato znalost rovněž pomůže odborníkům predikovat spotřebu elektrické energie a popř. odhadnout finanční náklady spojené s veřejným osvětlováním.

Určení astronomického východu a západu Slunce

Určení přesné hodnoty spotřeby elektrické energie využité ve veřejných osvětlovacích soustavách je v dnešní době velmi složité. Je tomu tak především z toho důvodu, že mnoho měst a obcí nemá přesný přehled o svých osvětlovacích soustavách, světelných zdrojích v nich obsažených, a také proto, že dosud neexistuje jednotný spínací systém (větší obce využívají stmívací senzory a astronomické hodiny, menší obce využívají obyčejné spínací hodiny) a řídicí středisko, které by zároveň zajišťovalo sběr dat, a tím i zpětnou vazbu provozovatelům osvětlovacích soustav.

Určení časů sepnutí a odhad spotřeby

Určení spínacích časů veřejného osvětlení pro všechny obce by bylo velmi časově náročné, proto byl výpočet omezen na obce s počtem nad 10 000 obyvatel. Spínání veřejného osvětlení se řídí časem soumraku. Zde je nutné dodat, že existuje několik typů soumraku. Jde o občanský soumrak – v tuto dobu je sluneční kotouč 6° pod horizontem a venku lze ještě vykonávat běžné činnosti. Poté nastává nautický soumrak, kdy je sluneční kotouč 6° až 12° pod horizontem. Nakonec nastává astronomický soumrak, pro nějž platí, že sluneční kotouč se nachází 12 až 18° pod horizontem, poté nastává astronomická noc [1]. Pro tento odhad se využívají doby občanského soumraku, které jsou rovněž naprogramovány v hodinách, které spínají podle astronomického času. Další úskalí se objevuje ve výpočtu samotných dob východu a západu Slunce. Existuje několik způsobů, jak lze vypočítat čas východu a západu Slunce, a rovněž pro tyto způsoby existuje několik úrovní přesností výpočtu. V praxi však není preferována pouze jedna metoda, což může ovlivnit výsledek v rozmezí 1 až 2 min. Pomocí programu nazvaného Sluneční kalkulátor, který vypočítává východ a západ Slunce v závislosti na souřadnicích GPS, byly zjištěny východy a západy Slunce pro některá města tak, aby utvořily rastr pokrývající celé území ČR. Tím se získá síť ověřovacích bodů, ve kterých lze srovnat, jaké rozdíly vznikají vlivem linearizace. Zde se však objeví další problém, který souvisí s oběhem Země okolo Slunce. Pouhá linearizace od východu k západu není dostačující, neboť při oběhu se zemská osa přiklání ke Slunci a odklání se od něj. Z toho vyplývá skutečnost, že v létě je noc krátká a v zimě dlouhá. Zatímco rychlost otáčení okolo osy je kon stantní, a tím je konstantní i rozdíl východ – západ, rozdíl nejsevernějšího a nejjižnějšího města se mění v závislosti na tom, který den je v roce. Je-li za základ vzat rozdíl nejsevernějšího a nejjižnějšího města (při rovnodennostech okolo 20. března a 23. září), od 20. března tento rozdíl s postupujícím časem roste, až dosáhne svého maxima o tři měsíce později. Poté začne klesat, až dosáhne stejné hodnoty jako 20. března, což nastane o podzimní rovnodennosti přibližně 23. září. V souladu s touto skutečností je třeba ČR opět rozdělit do několika časových pásem, která pokrývají tyto změny, jež nastávají v průběhu roku. Při použití všech těchto časových pásem je výsledkem tabulka, v níž je stanoven východ a západ Slunce pro každý den v roce pro všech 132 obcí s počtem obyvatel nad 10 000. Poté se rozdílem času západu a východu Slunce zjistí doba, po kterou by mělo být veřejné osvětlení zapnuto.

Při dalším postupu se vychází z práce prof. Sokanského a kol. [2], který ve své studii uvádí příkon jednoho svítidla podle kategorie obce a počet obyvatel na jedno svítidlo. Pomocí počtu obyvatel v dané obci je možné určit instalovaný příkon a spotřebu elektrické energie. Na obr. 1 je zobrazena závislost připojovaného příkonu na čase 1. února 2010. Na první pohled jsou patrné tři velké nárůsty, které odpovídají připojení (zleva) Ostravy, Brna a Prahy. Dalšími významnými nárůsty se v grafu projevuje připojování obcí (zleva) Havířov, Zlín, Olomouc, Hradec Králové, Pardubice, Liberec, Ústí nad Labem, České Budějovice a Plzeň, jejichž instalovaný příkon je větší než 1 000 kW. Na obr. 2 je vynesena závislost součtového příkonu na čase 1. února 2010. Zde je možné identifikovat tři výrazné schodky. Tyto schodky odpovídají nárůstům z předcházejícího grafu, tedy připojení měst s velkým instalovaným příkonem, kterými jsou Ostrava, Brno a Praha. V závěru charakteristiky je patrný ještě jeden menší schod, který odpovídá připojení Plzně. Na tomto grafu již nelze tak snadno identifikovat připojení měst s instalovaným příkonem nad 1 000 kW, kromě čtyř již zmíněných. Avšak přehledně ukazuje, jak by během 22 min byly připojovány osvětlovací soustavy po celé ČR a s jakými výkyvy v odběru by se musela v ideálním případě vypořádat přenosová a distribuční soustava. V praxi ovšem vznikají tak strmé odběrové špičky, jak je ukázáno na obr. 2. Osvětlovací soustavy jsou obvykle spínány na několik etap, tudíž nenastávají v krátkém čase ostré odběrové špičky, a regulace soustavy je tak snadnější.

Obr. Připojovaný příkon v závislosti na čase

Srovnání vypočtených hodnot s reálnými hodnotami naměřenými v praxi

Pro zjištění přesnosti a správnosti výpočtu se použije grafické srovnání vypočtených hodnot a hodnot v praxi naměřených společností ČEPS, a. s. Ke grafickému vyhodnocení byl použit program LumiDISP. [9]. Tento program je vyvíjen Podobné body lze rovněž nalézt na opačném konci charakteristiky. Zde v období mezi 29. 12. 2010 až 2011 dochází k prvnímu sepnutí první osvětlovací soustavy v čase 15:50 a v čase 21:23 k sepnutí poslední osvětlovací soustavy, což se děje v období 20. 6. až 23. 6. 2010. Světlá plocha tedy představuje čas, kdy jsou osvětlovací soustavy sepnuté (noc), a tmavá plocha představuje část dne, kdy je světlo, a osvětlovací soustavy jsou vypnuty. Potom šedá plocha na rozhraní představuje postupné zapínání a vypínání osvětlovacích soustav, což je průměrně 25 min.

Toto je pouze průměrná hodnota, doba mezi zapnutím první a poslední osvětlovací soustavy se v průběhu roku výrazně mění. Pro úplnost lze ještě dodat, že do výpočtu nejsou nijak zahrnuty revize a opravy osvětlovacích soustav, kdy jsou úmyslně spínány části soustav, aby byly poruchy pro opravářské čety snáze lokalizovatelné. Soustavy bývají zapnuty i několik hodin, neboť některé poruchy na světelných bodech se mohou projevovat až při plném náběhu světelného zdroje a zahřátí svítidla. Osvětlovací soustavy jsou sice sepnuty poměrně dlouho, ale spínány jsou pouze jejich části, navíc jen několikrát za rok, takže spotřeba elektrické energie na tyto servisní úkony je vzhledem k celkové spotřebě zanedbatelná. Relevantní údaje jsou v praxi těžko dostupné, neboť jen několik obcí má plnohodnotný monitorovací systém, který dokáže zaznamenávat hodnoty i při takovýchto servisních úkonech. Lze si všimnout tmavých čar protínajících charakteristiku, které se opakují ve stejnou dobu oba dva roky. Jde o státní svátky, které jsou v tomto vyobrazení poměrně dobře viditelné. Aby bylo možné charakteristiky porovnat, je nutné je položit přes sebe a udělat dodatečné grafické úpravy tak, aby se přijatelně prolnuly při zachování dostatečně viditelných základních obrysů obou charakteristik. Výsledné sloučení charakteristik je ukázáno na obr. 5. Pro lepší názornost je třeba ještě zvýraznit výpočtovou plochu (plocha podbarvená zelenou barvou) s jejím okrajem a charakteristiku z reálných naměřených hodnot ukončenou ostrou černou čárou, která je v mírném odstupu od vypočtené (zelené) plochy. Je zřejmé, že dochází ke korelaci charakteristik, což potvrzuje správnost výpočtů. Hranice křivek nejsou totožné a nemají mezi sebou konstantní vzdálenost z několika důvodů. Při výpočtu bylo použito několik zjednodušení ovlivňujících spínací časy, která působí na tvar charakteristiky. Tím je především to, že skutečné spínací časy, které upravovala norma ČSN 36 0400, platná do roku 2007, byly nahrazeny časy astronomického východu a západu Slunce.
Tvar rovněž ovlivňuje přidání ostré čáry, která nahrazuje přechod viditelný např. na obr. 3, a stejně je nahrazen i přechod na obr. 4. Nalevo a napravo od zelené plochy jsou osvětlovací soustavy zapnuty a zelená plocha přestavuje část, kdy je veřejné osvětlení vypnuto. Z toho je tedy patrné, jak lidská činnost závisí na denním osvětlení. Spotřeba (hlavní lidská činnost) začíná těsně před východem Slunce. Opačně je tomu navečer, lidé končí v práci, snižuje se spotřeba elektrické energie, na rozdíl od rána lidé ještě např. relaxují a jdou spát až několik hodin po západu Slunce. Tomu odpovídá větší rozestup na pravé straně.

Celý článek si můžete přečist v tištěném vydání časopisu Elektro 3/2012, nebo v jeho digitální podobě, která bude na internetu k dispozici po 26. 7. 2012.

Poděkování

Tento příspěvek obsahuje výsledky prací realizovaných v rámci Centra pro výzkum a využití obnovitelných zdrojů energie (CVVOZE) financovaného z Evropského regionálního fondu pod projektem č. CZ.1.05/2.1.00/01.0014.

Literatura:

[1] Kolektiv autorů: Kurz osvětlovací techniky XXVII. Ostrava, VŠB – Technická univerzita, Ostrava, 2009, ISBN 978-80-248-2087-3. Dostupné z http://www.csorsostrava. cz/sborniky/Kurz_osvetlovaci_techniky_ XXVII.pdf.

[2] Veřejné osvětlení je jeho současný stav v České republice [on-line], [cit. 2010-11-1]. Dostupné z http://denik.obce.cz/go/clanek. asp?id=6437936.

[3] BAXANT, P. – SUMEC, S.: Program instruments for digital photography in photometry. In: SVĚTLO 2004, Brno, Česká společnost pro osvětlování, 2004, s. 312–317, ISBN 80-238-8928-1.

[4] ČEPS, a. s.: Provoz PS 2011 (2009–2010) – data o spotřebě ČR.

[5] Počet obyvatel v obcích ČR k 1. 1. 2010. [online], [cit. 2010-11-1]. Dostupné z http:// www.czso.cz/csu/2010edicniplan.nsf/ p/1301-10.

[6] Program na určení východu a západu Slunce [on-line], [cit. 2010-11-1]. Dostupné z http://www.dobre-svetlo.com/tools_ sun.php#frm1.

[7] ČSN 36 0400 Veřejné osvětlení.

[8] ČSN EN 13201-1/2005 Veřejné osvětlení.

[9] LumiDISP, Software for luminance analyse [on-line], [cit. 2011-08-19]. Dostupné z http://www.lumidisp.eu.
Recenze: Ing. Tomáš Novák, Ph.D., VŠB – Technická univerzita, Ostrava