Malé krůčky smart grids

Velké firmy o smart grids hovoří jako o záchraně, která má přinést možnost regulovat energetické rozvodné sítě nejen v regionech, ale i v celosvětovém měřítku. Někdy se zdá, jako by výplody firem patřily spíše do říše sci-fi, ale mnohé se už stává realitou. Potřeba chytrých sítí roste i s počtem alternativních energetických zdrojů, které jsme si vymysleli proto, abychom naši matičku Zemi zanechali méně vydrancovanou dalším generacím. Stav chytrých sítí je ale zatím v praxi spíše zbožným přáním než realitou, i když v této oblasti se už hýbou kola a například už i u nás společnost ČEZ spustila pilotní projekt Smart region Vrchlabí, ve kterém si ČEZ opečovává svůj zkušební "dvoreček", na němž chce vyzkoušet v praxi to, o čem se hodně hovoří a málo píše.

Jak na tom ale reálně smart grids jsou, na to se pokusíme odpovědět v tomto článku.

Smart region Vrchlabí prošlapává trnitou cestu

Projekt Smart regionu Vrchlabí patří ke třem velkým zkušebním projektům, které se v rámci EU zkoušejí a které nesou své první plody a ovoce. Těmi jsou především praktické zkušenosti dodavatelů energie, které by se později mohly využít v širším měřítku.

Podívejme se na stav povídek o smart grids a porovnejme s tím, co se děje v regionu Vrchlabí. Usilovná práce na modernizaci distribuce elektrické energie začala výměnou elektroměrů, které by měly být tak inteligentní, že byste jejich stav nemuseli kontrolovat pohledem, ale měli byste stav zobrazen v počítači po zadání příslušné adresy odběrného místa, a to on-line s možností využívat i grafů spotřeby, které by vám sdělily, jak si stojí odběrné místo třeba v časovém okně jednoho (po hodinách) nebo více dnů (grafy spotřeby po dnech).

Na nedávno konané tiskové konferenci ve Vrchlabí s účastí místních občanů je zatím stav takový: byly vybrány tři firmy, které dodávají nové elektronické měřiče spotřeby na jednotlivá odběrná místa. Problém - především u starších občanů - ale spočívá v tom, že tyto měřiče jsou instalovány do stávajících, starých rozvodných skříní a mají digitální ukazatele LCD, které jsou ale mnohdy na jiných místech, než byli usedlíci zvyklí z elektroměrů s rotujícím kotoučkem. Nerozumí tomu, co jim ukazují. V případě LCD displejů pak někteří z nich nejsou schopni zjistit stav elektroměru (nevidí na displej, i když je možné ho podsvítit, ale sami víte, že podsvícení u méně kvalitních displejů mnohdy potřebuje více úsilí, aby něco bylo vůbec vidět) nebo je to na ně příliš složité (především pokud jde o moderní elektroměry s automatickým sekvenčně přepínaným zobrazováním jednotlivých tarifů, kdy ale mnohdy stěží je vidět ukazatel označení tarifu). Starousedlíci pak nejsou schopni ani přečíst ak tuální stav elektroměru, což na tiskové konferenci dávali dost hlasitě najevo.

On-line odečítání je sice prima, ale není zatím (a kdoví, jestli vůbec kdy bude) opravdu on-line. Přenos dat z odběrných míst (týká nebo bude se to týkat i plynoměrů a vodoměrů) je nutné řešit pomocí přenosu dat elektrorozvodnou sítí, jak je to realizováno právě ve Vrchlabí. Kvůli její omezené datové průchodnosti jsou ale data z elektroměru snímána v delších časových úsecích a k dispozici na patřičné adrese odběrného místa na webu jsou dostupná až za několik minut, takže odběratel vidí, jaká byla jeho okamžitá a celková spotřeba před několika minutami, nikoli ovšem právě v tento okamžik.

Nicméně už nyní je možné dostat se snadno ke grafickým znázorněním a statistikám za určitý čas. To je dobré k tomu, aby se lidé naučili - především pokud jde o starousedlíky - některé odběrné aktivity přesunout do času, který je pro ně finančně výhodnější. Příkladem budiž zvýhodněný tarif za elektrickou energii (tzv. noční proud, i když už dávno není jen noční) v místech, kde se třeba k ohřevu teplé užitkové vody používá bojler. V době, kdy je do sítě dodáván, pak je možné spustit například i pračku nebo myčku a tak vyprat a omýt nádobí nebo upéct bábovku v době, kdy je elektřina levnější. Možnost ovlivnit zapínání a vypínání spotřebičů ve výhodnou dobu by měla zrovnoměrnit odběr elektrické energie a vyhnout se tak ranním a večerním energetickým špičkám.

Spotřebiče jsou na tuto variantu rovněž připraveny. Viděl jsem prototypy praček, které se spustí samy v době, kdy po rozvodné elektrické síti přijde impuls informující o tom, že je zapnut lacinější tarif. U současných modelů praček (i myček) je zase možné využít odložený start na dobu, kdy je dodáván tarif s nižší sazbou.

Bezpečnost (opět) na prvním místě

Z toho, co bylo uvedeno v prvním odstavci předchozího oddílu, ale plyne jedna dost důležitá věc. A tou je - zcela logicky - ochrana dat. Řídicí a regulační signály totiž musejí přijít až na místo určení, zařídit nějakou činnost a potvrdit změnu stavu. Pokud by se přenášely internetem, tedy odděleně od rozvodu energetické soustavy, je zde nutné počítat s plnou funkčností takového domácího připojení a s jeho stoprocentní spolehlivostí. Je to vůbec možné? Buďme realisty, sami víme, že ne.

Proto řeší elektrorozvodné společnosti tento problém využíváním silových rozvodů i pro přenos dat. Tady je totiž menší pravděpodobnost výpadku obousměrných řídicích signálů - když nejde proud, není ani třeba signálů pro ovládání zařízení na dálku. Po zapnutí proudu se pak nastaví všechna regulovatelná zařízení do jakéhosi "neutrálního" stavu, ze kterého jej "probudí" až opětovně zaslaný signál z řídicí ústředny.

I tak je ale nutné počítat s velmi velkou redundancí přenášených dat, která plyne z důvodu "obalit" řídicí i zpětnovazební signály dostatečně silnou masou ochranných prvků, které zakódují signály tak, aby je někdo nemohl zneužít. Jde tedy opět o bezpečnost, která bude jistě obrovským oříškem - možná větším, než si dnes dokážeme vůbec představit. V okamžiku, kdy hacker "odloupne" skořápku šifrování a kódování, má totiž před sebou otevřenou celou síť, ve které si může prakticky dělat, co chce. Může ovlivňovat třeba napájecí napětí u rozvoden, kdy jeho zvýšením může pak likvidovat připojené spotřebiče nebo způsobit i požár. V domácnostech může zase třeba ovlivňovat chod domácích spotřebičů, zapínat sporáky, trouby, topení nastavit na maximální výkon - aniž by o tom majitel domácnosti, který je třeba v práci, věděl - a pak se může divit po doručení účtu za energii. To ale ještě v tom lepším případě.

Bezpečnost je klíčová pro chod smart grids a to obecně na všech úrovních od distribuce energie z elektráren přes regulační a výměnnou energetickou soustavu, transformátorovny a měnírny až po spotřebiče v domácnostech.

Elektromobily a kabely

Součástí projektu Smart regionu Vrchlabí je i zkušební provoz elektromobilů a elektrobusu. V současné době teprve dochází k budování rychlonabíjecích stanovišť pro tato elektrovozidla.

V rámci projektu Smart regionu Vrchlabí dochází i k překládkám starých kabelových rozvodných tras a k pokládkám tras nových. To vše by mělo sloužit ke snazšímu ovládání dodávky elektrické energie třeba i z alternativních zdrojů nebo k řízení obousměrného toku elektrického proudu.

Lákadlem na marketingových materiálech velkých firem je například i to, že elektromobil připojený k nabíječce v garáži bude sloužit jako krátkodobý zdroj energie při výpadku napájení nebo pro vyrovnání náhle vzniknuvších špiček. Zatím je to ale jedna velká báchorka.

Pokud totiž sledujete situaci kolem nabíjení elektromobilů, horko těžko skupina Volkswagen prosadila koncem loňského roku standardní zásuvku pro nabíjení a rychlonabíjení, na jejíž akceptaci horko těžko přistoupilo více velkých výrobců, především z Německa. Stanice, které se však budují (ABB, Siemens a další), zatím - pokud je mi známo -, ale umožňují jen doplňování energie do vozu a zatím nejsou schopny "vysávat" energii v případě potřeby.

Nebo jinak. Po konzultaci s odborníky z uvedených i dalších společností je situace následující. Není problém dnes vyrobit stanici, která by "vracela" energii z akumulátoru vozidla, ale problém je zcela jinde - v legislativě, jak to tak bývá. Protože tím, že nabídnete kapacitu akumulátoru svého elektrovozu, stáváte se distributorem energie a obchodníkem. Stejně tak zatím nejsou k dispozici potřebné komunikační protokoly, které by informovaly o tom, jak je baterie nabitá a do kolika procent její kapacity je možné ji vybíjet (o tom by měl rozhodnout majitel vozu). Takže tady nás čeká ještě pěkně dlouhá míle!

Stejná situace je v akumulátorech energie, což je v podstatě stojan, který do akumulátorů, ze kterých je složen, čerpá energii ze sítě a pak ji zase může uvolňovat zpět do sítě, pokud neslouží výhradně k pokrytí spotřeby domácnosti, třeba v noci nebo v době, kdy je drahá elektřina.

Tolik o tom, o čem se nejvíce hovoří.

Když vítr nefouká

Ovšem smart grids, to jsou samozřejmě i alternativní zdroje energie, které dokážou vykrývat spotřebu budov a stavení. Patří sem typicky malé vodní elektrárny, větrné elektrárny a různé příbojové elektrárny a tak podobně. O mnoha z nich jsme už v Techniku psali.

V oblasti smart grids je třeba regulovat energii dodávanou z těchto zařízení a u větrných elektráren se pak "nějak zařídit" pro případ, že vítr nefouká vůbec nebo - naopak - fouká příliš silně, takže je nutné větrné listy "vyvěsit" a nechat větrnou elektrárnu bez pohybu počkat na dobu, kdy bude počasí příznivější, aby nedošlo k jejímu poškození při silném větru.

Z výše uvedeného ihned vyplývá, že čím více budeme využívat alternativních zdrojů energie, o to více budeme pro smart grids potřebovat akumulátory, jakési "jímače" energie, do kterých se energie uschová po určitou dobu. Představa vysokokapacitních jímačů energie je však hodně zajímavá, ale není zatím žádný výrobek, který by energii dokázal jímat tak, aby dokázal pokrýt spotřebu třeba menšího města po dobu několika hodin.

Zavírání atomových kohoutků

Německo se stalo první zemí, která po havárii jaderné elektrárny v japonské Fukušimě reagovala příslibem utlumení atomového programu. Nevím sám, kde Němci energii budou brát, ale z velkých větrných polí jim to asi stačit nebude. Stejně tak - jak uvedli řečníci na tiskové konferenci v Hannoveru k veletrhu Hannover Messe - nákup energie z velkých větrných farem ve Skandinávii asi také nebude řešením. S řečmi o smart grids se tedy schyluje k velké finanční bouři. Německo zastaví své jaderné elektrárny a se vztyčeným praporem s nápisem suitability omezí výrobu energie i z uhelných elektráren. Současně zvýší počet alternativních zdrojů energie.

Sousední Rakousko, které nás tak rádo školí prostřednictvím traktoristů blokujících Temelín a ukazujících zbytečnost výroby elektřiny z jaderné energie, letos utrpělo tvrdou ránu. Díky nedostatku vody mohli vyrobit mnohem méně elektřiny, než potřebovali. A tak řešili situaci nákupem v zahraničí - v Německu a u nás. Bylo jim jedno, že energie pochází v obou případech především z atomu.

Myslím si, že se schyluje k těžkému boji. Německo bude potřebovat energii - a rádo si za ni zaplatí. To samé Rakousko. Obávám se, že naše účast v energetické síti bude proto stále aktivnější, ceny budou diktovány zahraničními zájemci, kteří si za elektřinu rádi připlatí - a jak to tak v naší zemi bývá, ceny energie u nás logicky porostou. Za uzavření německého energetického programu zaplatíme my, kteří se budeme muset přizpůsobit rostoucím cenám energie, jež budou státní podniky vyvážet a přizpůsobovat pak ceny pro náš region.

AUTOR: Milan Loucký