Projekt Smart region Vrchlabí zblízka: úspěchy, otazníky a další plány

19.2.2016 O evropském projektu Grid4EU jsme na našich stránkách Proelektrotechniky.cz psali již vícekrát. Tento projekt zaměřený na systémy smart grid, jehož demonstrační fáze byla nedávno oficiálně ukončena, přinesl zajímavé poznatky pro rozvoj chytrých sítí do budoucna. Významnou měrou k tomu přispěl i demonstrační projekt Demo 5 – Smart region Vrchlabí. Zástupci naší redakce měli v únoru 2016 příležitost prohlédnout si tento projekt přímo v terénu a pohovořit s jeho účastníky o jeho výsledcích, přínosech, sporných otázkách i dalších perspektivách.

Cíle projektu

Projekt Smart region Vrchlabí má tři hlavní cíle:

• automatizace sítě nízkého napětí – automatická lokalizace a vymezení poruchy, posouzení vlivu infrastruktury pro elektromobily na síť nízkého napětí,

• automatizace sítě vysokého napětí – automatická lokalizace a vymezení poruchy v síti s novou topologií (tzv. smyčkové zapojení),

• ostrovní provoz v případě poruchy v nadřazené síti s využitím lokální výroby elektřiny (kogenerace).

ČEZ Distribuce jako vedoucí projektu zde spolupracuje se společnostmi ABB, CISCO, Siemens a Ormazabal Current. Jak patrno na obrázku níže, ČEZ se v rámci tohoto demonstračního projektu angažoval téměř ve všech testovaných oblastech projektu Grid4EU.

Podívejme se nyní blíže na vybrané aktivity v rámci projektu, které jsme měli příležitost sledovat zblízka.

Kogenerační jednotka a teplárna, ostrovní provoz

V kotelně Žižkova ve Vrchlabí se nacházejí dva plynové kotle o výkonech 3,5 MWt a 2,8 MWt a dále dvě kogenerační jednotky TEDOM QUANTO D770 (foto níže), jejichž srdcem je 16válcový zážehový motor na zemní plyn (viz foto vpravo). Tato zařízení zásobují teplem domácnosti, připojené průmyslové objekty a správní objekty města. Kromě toho vyrábějí elektrickou energii, vykrývající potřebu ve špičkovém období. Elektrické energie se přitom vyrobí tolik, že by bylo možné zásobovat dvě třetiny Vrchlabí. Kogenerační jednotka je zároveň zdrojem energie pro testovací ostrovní provoz v části města (viz dále).

Distribuce tepelné energie se provádí pomocí horkovodu. V nadzemní části horkovodu je využito konstrukce pro umístění kabelů vysokého napětí v ochranných trubkách.

Při ostrovním provozu pracuje jedna z kogeneračních jednotek jako zdroj energie napájející vymezenou testovací podsíť ve městě. Testovací ostrovní režim v projektu Smart region Vrchlabí, napájený z této kogenerační jednotky, pokrývá vymezenou oblast města. Jeho hlavním cílem bylo fungování ostrovního režimu provozně odzkoušet, nebyl tedy apriori instalován s ohledem na zásobování tzv. subjektů kritické infrastruktury města, jak je v podobných případech obvyklé (viz např. připravovaný palivočlánkový zdroj ve Woodbridge). V rámci projektu Smart region Vrchlabí si město nicméně ověřilo jeho dokonalou funkčnost a perspektivně plánuje jej rozšířit na všechny kritické objekty, které by v nouzových situacích neměly zůstat bez elektrické energie.

Kogenerační jednotka TEDOM QUANTO D770 s otevřenými dveřmi do motorového prostoru

Chytré rozvody nízkého a vysokého napětí ve městě

V rámci projektu Smart city Vrchlabí bylo testováno využití automatizace při řízení městské distribuční sítě nízkého a vysokého napětí v systému smart grid. Pro komunikaci přitom byly použity optické kabely (u sítě vysokého napětí) a bezdrátové technologie (u nízkého a vysokého napětí).

a) Síť nízkého napětí

V projektu Smart region Vrchlabí je na vymezené části území testována tzv. zjednodušená mřížová síť nízkého napětí. Běžně je tato síť koncipována tak, že mezi rozváděči nízkého napětí ve dvou distribučních trafostanicích jsou „hlavní“ vedení větších průřezů, ze kterých vedou odbočky. Jednotlivá „hlavní“ vedení jsou jištěna výkonovými pojistkami v trafostanicích (DTS) a v místech tzv. slabé vazby. Slabá vazba je tedy místo na vedení, napájené z obou stran, kde v ideálním případě neprotéká proud. Toto místo je vybaveno pojistkami slabé vazby. Pojistky „slabé vazby“ jsou dimenzovány o 2 až 3 stupně nižší zatížitelností než pojistky v rozváděčích v DTS. Při poruše tedy selektivně reagují pojistky slabé vazby a příslušná pojistka v DTS a dojde k odpojení pouze části vadné sítě. Výhodou je tedy částečná možnost záložního napájení, a tím zvýšení spolehlivosti, snadnější lokalizace poruchy, to vše při nižší investiční náročnosti v porovnání se standardní mřížovou sítí.

Schéma automatizace nízkého napětí (ZVĚTŠIT OBRÁZEK)

V konceptu automatizace nízkého napětí sítí (viz obrázek výše) jsou ve zjednodušené mřížové síti místo standardních pojistek testovány dálkově ovládané spínací a jistící prvky. Cílem je na poměrně malém území (mezi dvěma sousedními DTS) ověřit vhodnost použití těchto prvků, minimalizovat rozsah poruchy, testovat komunikační technologie pro ovládání silových prvků, ověřit možnost dálkové parametrizace prostřednictvím lokálního (LŘS) a dispečerského řídicího systému (DŘS) v různých provozních stavech, testovat zajištění selektivity v takto nastaveném prostředí a samozřejmě ověřit ekonomické parametry řešení.

b) Síť vysokého napětí

Cílem automatizace sítí vysokého napětí ve Smart regionu Vrchlabí je ověřit si při provozování vybrané části sítě vysokého napětí automatizované vymezování poruchy do nejmenších možných úseků a testovat automatizované rekonfigurace sítě vysokého napětí. Při případné poruše ve vybrané části sítě vysokého napětí tak bude omezeno minimum zákazníků. Fyzicky je to zajištěno dálkově ovládanými silovými spínacími prvky, ucelenou koncepcí chránění (tzn. pomocí elektronických terminálů ochran schopných komunikace mezi sebou i protilehlými terminály), lokální řídicí automatikou s nadstavbovou schopností algoritmicky řešit nastalé stavy a to vše samozřejmě propojené s rychlou komunikací.

Jednotlivé body představují distribuční trafostanice, které jsou rozděleny na tzv. rozpadová a nerozpadová místa. Tato charakteristika souvisí s částí projektu věnovanou ostrovnímu provozu (viz výše), kde rozpadová místa tvoří silové rozpojovací prvky (dálkově ovládané vypínače) a příslušné automatiky ostrovního provozu. Topologie distribuční sítě ve Smart regionu Vrchlabí s vyznačením rozpadovým a nerozpadových míst je znázorněna na obrázku níže.

Schéma automatizace vysokého napětí (ZVĚTŠIT OBRÁZEK)

c) Zhodnocení

Při paralelním napájení sítě z více rozvoden a využití informačních sítí v kombinaci s automatizační technikou byl významně snížen počet odběrných míst, zasažených v případě poruchy, a zkrácena doba uvedení sítě do původního stavu. V rámci projektu se přitom ukázalo, že aplikace těchto technologií na síti vysokého napětí může být uživatelsky užitečná a zároveň ekonomická. V případě sítí nízkého napětí se aplikace chytrých sítí rovněž provozně osvědčila, nicméně jejich ekonomická efektivnost se v tomto případě ukázala jako sporná.

Elektromobilita

Ve Vrchlabí jsou instalovány v rámci projektu skupiny ČEZ jménem E/MOBILITA dobíjecí stojany pro normální dobíjení a jeden stojan rychlého dobíjení. Hlavním úkolem projektu je zhodnotit vliv nabíjení na kvalitu elektrické energie v distribučních sítích.

Každá stanice normálního dobíjení je vybavena dvěma nezávislými zásuvkami. Jedna je vybavena standardem Mennekes s parametry dobíjení 32 A/400 V, druhý je vybavena běžnou „domácí" zásuvkou s parametry 16 A /230 V.

Stanice rychlonabíjení (viz foto) je od července 2014 umístěna v areálu čerpací stanice Benzina. Vybavena je DC konektory s nabíjecími standardy CHAdeMO a Combo (neboli CCS), které umožňují proces nabíjení s výkonem až do 50 kW. Dále je k dispozici AC nabíjení se standardním konektorem (zásuvkou) Mennekes, který umožňuje proces nabíjení s výkonem až do 22 kW. S touto normou AC dobíjení proces nabíjení trvá 1-3 hodiny. Nabíjení DC s výkonem 50 kW umožňují 80% dobití kapacity akumulátoru za dobu cca 20 – 30 minut.

Stanice pro nabíjení elektromobilů jsou využívány občany Vrchlabí i hosty, včetně zahraničních. Nejvděčnějším uživatelem je bezpochyby sám městský úřad Vrchlabí, který využívá elektromobily pro své každodenní pojížďky. Jak zástupci města potvrzují, je to přesně ten způsob využití, kde elektromobil uplatní své přednosti a nevadí mu jeho omezení.

Smart metering a multiutilitní dům

V rámci projektu Smart region Vrchlabí bylo všech 4 600 odběrných míst vybaveno inteligentními elektroměry. V tzv. multiutilitním domě, jednom z bytových domů na sídlišti Liščí kopec, byly navíc instalovány chytré měřiče také na rozvody vody, plynu a tepla pro vytápění.

Chytré měřiče spotřeby v rámci projektu Smart region Vrchlabí umožňují obousměrnou komunikaci mezi distribuční sítí a zákazníky. Komunikace probíhá po silovém kabelu mezi měřičem a gateway v trafostanici a dále bezdrátově systémem GPRS (přenos dat po mobilní síti GSM s připojením k internetu). Výsledkem je možnost sledování aktuální spotřeby elektrické energie pomocí inteligentních elektroměrů, a následně optimalizace spotřeby.

Během projektu byl zaznamenán zájem občanů o tyto technologie, nikoli však reálný vliv smart meteringu na změnu spotřebitelského chování. Projekt zde totiž naráží na obecný problém společný mnoha síťovým odvětvím: Na jedné straně je společenský tlak na snižování spotřeby z ekologických důvodů, často podpořený cíli na úrovni EU. Na druhé straně ovšem stojí povaha nákladů odvětví, které jsou z velké části fixní. Při standardních způsobech rozpočítávání těchto fixních nákladů do cen pro odběratele pak při poklesu spotřeby cena za jednotku přirozeně roste, což ve vztahu k omezování spotřeby působí demotivačně.

Svoji roli tu kromě toho hraje také hromadné dálkové ovládání (HDO), které v ČR spolehlivě funguje již dlouhou dobu a k jisté regulaci denního průběhu spotřeby vedlo dávno před fenoménem smart meteringu. Na rozdíl od chytrých elektroměrů ovšem funguje HDO jednosměrně a je primárně zaměřeno na potřeby distribuční sítě, a nikoli na vztah dodavatele a spotřebitele elektrické energie. Tyto potřeby a vztahy přitom nemusí být vždy shodné.

Zhodnocení a další perspektivy

Projekt Smart region Vrchlabí lze celkově hodnotit jako přínosný pro město i pro projektové organizace. Projektové organizace, zejména energetická skupina ČEZ, si zde ověřily spolehlivost fungování zmíněných automatizačních technologií v systému smart grid i reálná omezení v ekonomické efektivnosti takovýchto systémů. Městu Vrchlabí pomohla realizace projektu získat kvalitní rozvodné sítě elektřiny a tepla a vyřešit si aktuální problémy s jejich provozem. Spolehlivost městských sítí pak zvyšuje nejen celkovou kvalitu života ve městě, což je základním cílem konceptu smart city, ale rovněž znamená atraktivnost regionu pro investory, jako nezbytný předpoklad jeho dalšího rozvoje.

Projekt Smart region Vrchlabí jako součást evropského projektu Grid4EU, resp. jeho demonstrační fáze, nyní končí. Během období implementace však byly vytvořeny a rozvíjeny trvalé vztahy vzájemně prospěšné spolupráce mezi městem a skupinou ČEZ. Není proto s podivem, že obě strany plánují pokračovat v rozvíjení tohoto inteligentního města a regionu v rámci navazujících projektů, například inteligentního osvětlení, rozvoje elektromobility (včetně například využívání elektrobusů) nebo dalšího zkvalitňování služeb energetických sítí s využitím moderních technologií.

Ing. Jakub Slavík, MBA, redakce Smartcityvpraxi.cz, s využitím podkladů ČEZ

Consulting Services

Virtuální prohlídku po smart regionu Vrchlabí je možno absolvovat zde

Informace o projektu zde a také zde

Přečtěte si také:

Smart city v praxi: vychází první kniha českého autora o konceptu smart city a jeho zavádění v každodenním životě

7.3.2017 Chytrým městem, obcí, či regionem, označovaným souhrnně pojmem „smart city“, rozumíme koncept strategického řízení, při němž jsou využívány moderní technologie z oblasti energetiky a služeb, mobility a informatiky pro ovlivňování kvality života ve městě, a následně k dosahování hospodářských a sociálních cílů. Nejde tedy o pouhé „digitální město“ nebo o nepromyšlené pořizování nákladných moderních technologií pro potřebu měst a regionů, jak je tento pojem někdy mylně interpretován.
Knižní publikace, které souhrnně popisují koncept smart city a jeho zavádění v každodenní praxi, bylo dosud možné získat pouze ze zahraničí. To se nyní mění. Vydavatelství Profi Press s.r.o. vydává v březnu 2017 knížku Smart city v praxi od Jakuba Slavíka, manažerského konzultanta a odborníka na problematiku smart city, který je zároveň provozovatelem našeho portálu.

Celý článek zde

Consulting Services: Naše odborné služby

Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services je konzultační firma v oblasti inovativních technologií pro dopravu a smart city (včetně energetiky a vodíkových technologií), která rovněž provozuje informační portály www.smartcityvpraxi.cz a www.proelektrotechniky.cz a organizuje odborné akce. V rámci našich odborných služeb Vám nabízíme vypracování strategie smart city, spolupráci na vytváření strategických dokumentů, vytváření a realizace projektů pro smart city, další odborné konzultační služby (studie, průzkumy, analýzy), vytváření a realizace dalších projektů s inovativními technologiemi (automatická vozidla, vodíkové technologie, elektromobilita aj.), specializované vzdělávací akce „na klíč“, prezentační a autorské služby (prezentace na konferencích, portálech). Celý článek zde

Smart city Wipperfürth: chytré veřejné osvětlení s víceúčelovou informační infrastrukturou

2.2.2017 Důležitou součástí inteligentních měst neboli smart city je i účinné a úsporné veřejné osvětlení. Často bývá spojováno pouze s LED světelnými zdroji, ačkoli tyto zdroje samy osobě nejsou samospasitelné, jak dokládají závěry odborných diskusí i největší projekt veřejného osvětlení v Madridu. Kromě LED zdrojů se při modernizacích veřejného osvětlení uplatňují rozmanité řídicí technologie. Infrastruktura veřejného osvětlení zároveň může posloužit více účelům. Takovéto modernizační projekty přitom zdaleka nejsou jen doménou velkoměst, ale mohou se týkat i sídel menší a střední velikosti. Důkazem je „chytrý“ projekt v jednadvacetitisícovém historickém městě Wipperfürth v německém Severním Porýní – Vestfálsku.

Celý článek zde