Vรฝsledky z prevรกdzky administratรญvnej budovy spol. Fenix Group
ฤlรกnok sa zaoberรก konceptom spoluprรกce energetickรฉho systรฉmu a technickรฉho zariadenia administratรญvnej budovy spol. Fenix Group, a. s., ktorรก bola uvedenรก do prevรกdzky v roku 2016 a bola postavenรก v ลกtandarde budovy s takmer nulovou potrebou energie (nZEB). Pri nรกvrhu bola vytvorenรก pracovnรก skupina zahลลajรบca expertov z oblasti stavebnรญctva a energetiky, a to zo sรบkromnรฉho aj verejnรฉho sektora. Cieฤพom bolo postaviลฅ budovu, ktorรก bude nielen รบspornรก a energeticky maximรกlne sebestaฤnรก, ale bude schopnรก aj rรดznej experimentรกlnej prevรกdzky, ktorรก poslรบลพi na overenie inovatรญvnych konceptov v oblasti inteligentnej energetiky a kvality vnรบtornรฉho prostredia.
Vyuลพรญvanie obnoviteฤพnรฝch zdrojov v rรกmci energetickรฝch sietรญ je celosvetovo na vzostupe. Ich integrรกcia do energetickรฉho systรฉmu prinรกลกa nespornรฉ vรฝhody nielen v oblasti ochrany ลพivotnรฉho prostredia, ale aj pri tvorbe novรฝch kvalifikovanรฝch pracovnรฝch miest a zvรฝลกenรญ nezรกvislosti od dovozu surovรญn. V podmienkach ฤeskej republiky mal rozvoj fotovoltiky v nedรกvnej minulosti bรบrlivรฝ priebeh โ prevaลพnรก vรคฤลกina inลกtalovanรฉho vรฝkonu sa realizovala v rokoch 2009 aลพ 2010, potom nasledovala stagnรกcia z dรดvodu vรฝraznรฉho znรญลพenia garantovanej vรฝkupnej ceny energie.
Ku koncu roka 2016 bol inลกtalovanรฝ vรฝkon registrovanรฝch fotovoltickรฝch (FV) zdrojov 2 068 MWP, ฤo predstavovalo 9,2 % z celkovรฉho inลกtalovanรฉho vรฝkonu vรฝrobnรญ elektriny [1]. Prevaลพnรก vรคฤลกina FV zdrojov bola koncipovanรก na priamu dodรกvku energie do distribuฤnej siete (zdroje do 10 kWP, ฤo sรบ prevaลพne streลกnรฉ systรฉmy, vลกak tvorili len 4,5 % [1]). Situรกcia na trhu s FV systรฉmami vลกak zaฤala v poslednรฝch rokoch naberaลฅ novรฝ smer.
Vzhฤพadom na zruลกenie prevรกdzkovej podpory novรฝch FV systรฉmov formou garantovanej vรฝkupnej ceny energie a na rozvoj batรฉriovรฝch systรฉmov sa teraz ฤรญm ฤalej, tรฝm ฤastejลกie realizujรบ tzv. hybridnรฉ fotovoltickรฉ (HFV) systรฉmy, ktorรฉ cielia na vyuลพitie elektrickej energie pre vlastnรบ spotrebu priamo na mieste vรฝroby.
Spolu s tรฝm zaฤรญnajรบ naberaลฅ na vรฝzname novรฉ koncepty riadenia vyuลพรญvajรบce predikciu vรฝroby FV zdrojov a lokรกlnej spotreby, riadenie spotrebiฤov, pasรญvne solรกrne zisky ฤi vlastnรฉ tepelnรฉ kapacity budovy. Cielenรฉ predchladzovanie ฤi predkรบrenie budovy moลพno vhodne vyuลพiลฅ v ฤasoch nรญzkej ceny energie z distribuฤnej siete alebo prebytku energie z FV zdroja, ktorรก by inak bola lokรกlne nevyuลพitรก.
Administratรญvna budova Fenix
Novostavba budovy spol. Fenix Group, a. s., v Jesenรญku bola uvedenรก do prevรกdzky v mรกji 2016, navrhnutรก a realizovanรก bola v ลกtandarde budovy s takmer nulovou potrebou energie (nZEB), ฤo je nevyhnutnรก poลพiadavka na vลกetky novรฉ administratรญvne budovy od roku 2020. Cieฤพom voฤพby tejto koncepcie bolo demonลกtrovaลฅ a overiลฅ danรฝ koncept a testovaลฅ budovu v rรดznych reลพimoch, o ktorรฝch sa zmienime ฤalej.
Okrem precรญzne navrhnutรฉho stavebnรฉho vyhotovenia zabezpeฤujรบceho nรญzku prevรกdzkovรบ energetickรบ nรกroฤnosลฅ vyuลพรญva budova hybridnรฝ fotovoltickรฝ (HFV) systรฉm s akumulรกtorovรฝm รบloลพiskom a zรกkazkovo vyvรญjanรฝm systรฉmom riadenia. ฤalej sa podrobne monitoruje kvalita vnรบtornรฉho prostredia v jednotlivรฝch ฤastiach budovy (teplota, vlhkosลฅ vzduchu, koncentrรกcia CO2 a prchavรฝch lรกtok), spotreba a teplota vody z radu a vonkajลกie klimatickรฉ podmienky meranรฉ meteostanicou spolu so snรญmaฤmi osvitu urฤenรฝmi pre FV systรฉmy.
Spotreba elektrickej energie sa meria a zaznamenรกva kaลพdรบ minรบtu v 12 nezรกvislรฝch okruhoch podฤพa typu spotrebiฤov. Takรฉto podrobnรฉ meranie umoลพnรญ analyzovaลฅ spรคtnรฉ sprรกvanie osรดb a inลกtalovanรฝch systรฉmov s ohฤพadom na moลพnosti prispรดsobenia odberov poลพiadavkรกm distribuฤnej sรบstavy a aktuรกlnej vรฝroby FV zdroja.
Vykurovanie budovy zabezpeฤuje kombinรกcia elektrickรฝch priamovรฝhrevnรฝch a ploลกnรฝch elektrickรฝch vykurovacรญch plรดch. Celkovรฝ elektrickรฝ prรญkon systรฉmu na vykurovanie budovy je 11,1 kW, vykurovanie vonkajลกรญch plรดch mรก elektrickรฝ prรญkon 1,6 kW.
Obr. 1 Juลพnรฝ pohฤพad na budovu
Systรฉm vykurovania sa ovlรกda a riadi po jednotlivรฝch miestnostiach. Chladenie vnรบtornรฝch priestorov zabezpeฤujรบ vnรบtornรฉ cirkulaฤnรฉ jednotky vo vybranรฝch priestoroch, priฤom centrรกlna kondenzaฤnรก jednotka (tzv. multisplit systรฉmu) je umiestnenรก na streche. Sรบฤasne sa privรกdzanรฝ vzduch chladรญ vo VZT jednotke pomocou priameho vรฝparnรญka. Kondenzaฤnรก jednotka je umiestnenรก na streche objektu.
Obsluhovanรฉ priestory sa vetrajรบ centrรกlnym vzduchotechnickรฝm (VZT) systรฉmom. VZT jednotka je umiestnenรก v technickej miestnosti. Maximรกlny objemovรฝ prietok jednotkou je 1 400 m3/h, hygienickรฉ minimum predpokladรก objemovรฝ prietok vetracieho vzduchu 390 m3/h. Jednotka mรก priamy vรฝparnรญk chladenia a elektrickรฝ ohrievaฤ. V jednotlivรฝch podlaลพiach sa vetracรญ vzduch distribuuje pomocou plochรฝch kanรกlov. Rozvody sรบ rozdelenรฉ na tri vรฝkonnostnรฉ, samostatne oddelenรฉ reลพimy po jednotlivรฝch podlaลพiach, priฤom kaลพdรก ฤasลฅ mรก regulaฤnรบ a uzavieraciu klapku.
Prรญprava teplej vody na uลพรญvanie v kuchynke a v sociรกlnom zariadenรญ sa zabezpeฤuje lokรกlne pomocou elektrickรฉho ohrievaฤa teplej vody [2].
Koncept hybridnรฉho fotovoltickรฉho systรฉmu
Uลพ od poฤiatku sa klรกdla poลพiadavka na maximรกlnu konfigurovateฤพnosลฅ HFV systรฉmu a moลพnosลฅ jeho testovania v rรดznych reลพimoch s ohฤพadom na distribuฤnรบ sieลฅ a spotrebiฤe a technolรณgie inลกtalovanรฉ v budove.
Pre energetiku budovy mรดลพe HFV zabezpeฤovaลฅ tieto funkcie [3]:
Maximalizรกcia vyuลพitia lokรกlne vyrobenej energie z FV v budove
Energia zรญskanรก FV zdrojom sa vyuลพรญva maximรกlne lokรกlne, nadbytok energie sa akumuluje na nรกslednรฉ lokรกlne vyuลพitie v budove.
Moลพnosลฅ podpory zabezpeฤenia 15-minรบtovรฉho maxima susednej vรฝrobnej haly
Novรก administratรญvna budova je fyzicky pripojenรก do rozvรกdzaฤa jestvujรบceho vรฝrobnรฉho areรกlu. Tak vznikรก moลพnosลฅ testovaลฅ prevรกdzku a balansovaลฅ odbery sรบฤasne s tรฝmto areรกlom.
Riadenie spotrieb v objekte
Riadiaci systรฉm umoลพnรญ odovzdรกvaลฅ ฤalลกรญm systรฉmom TZB informรกciu o energetickej situรกcii tak, aby na ลu mohli reagovaลฅ naprรญklad znรญลพenรญm spotrieb v budove.
Balansovanie odberu budovy s ohฤพadom na obmedzenรฝ maximรกlny prรญkon
Akumulรกtorovรฉ รบloลพisko vyvaลพuje krรกtkodobรฉ odberovรฉ ลกpiฤky v objekte, a tak prispieva k vรคฤลกej rovnomernosti odberovej krivky.
Balansovanie odberu s ohฤพadom na tarifu energie
Systรฉm je pripravenรฝ na budรบce rozลกรญrenie na vyuลพitie viactarifnรฝch sadzieb energie aj flexibilnรฉho vnรบtrodennรฉho trhu s energiou.
Podpora siete
Systรฉm je pripravenรฝ na budรบce rozลกรญrenie a na vyvaลพovanie distribuฤnej siete, t. j. mรดลพe pรดsobiลฅ ako aktรญvny prvok v rรกmci inteligentnej energetickej siete.
Inลกtalovanรฝ HFV systรฉm sa skladรก z fotovoltickรฝch modulov, ktorรฉ pokrรฝvajรบ prevaลพnรบ ฤasลฅ rovnej strechy (celkovรฝ inลกtalovanรฝ vรฝkon 7,28 kWP), z lรญtium- iรณnovรฝch akumulรกtorov (cca 20 kWh vyuลพiteฤพnej energie), regulรกtora nabรญjania a zostavy 3 ks hybridnรฝch jednofรกzovรฝch meniฤov, z ktorรฝch kaลพdรฝ mรก vรฝkon 5 kW (obr. 2). Tรฝm vznikol 3-fรกzovรฝ systรฉm, ktorรฝ je pripojenรฝ na rozvody v budove, priฤom meniฤe moลพno jednotlivo riadiลฅ, ฤรญm moลพno meniลฅ vรฝkon dodรกvanรฝ/odoberanรฝ z kaลพdej fรกzy zvlรกลกลฅ.
Obr. 2 Pohฤพad do technickej miestnosti na inลกtalovanรฝ HFV systรฉm
Tieto funkcie sรบ dรดleลพitรฉ vzhฤพadom na meranie odberu elektrickej energie z distribuฤnej siete po fรกzach, ako si v sรบฤasnosti vyลพaduje legislatรญva v ฤeskej republike (vyhlรกลกka ฤ. 82/2011 Sb). Keฤลพe je akumulรกtor spoloฤnรฝ pre vลกetky jednofรกzovรฉ meniฤe, vhodnรฝm riadenรญm moลพno zabezpeฤiลฅ medzifรกzovรฉ vyrovnรกvanie odberu z distribuฤnej sรบstavy.
Existujรบ dve zรกkladnรฉ moลพnosti, ako takรฝto systรฉm zapojiลฅ do budovy. Prvou moลพnosลฅou je paralelnรฉ pripojenie na sieลฅ budovy, t. j. ako samostatnรฝ prvok balansujรบci energetickรบ sieลฅ v budove. V tomto prรญpade je prevรกdzka budovy nezรกvislรก od prevรกdzky HFV systรฉmu.
Ten mรดลพe maลฅ navyลกe vรฝrazne menลกรญ vรฝkon neลพ sรบฤinne pouลพรญvanรฉ spotrebiฤe v budove. V beลพnej prevรกdzke pomรกha vyrovnรกvaลฅ odberovรฉ ลกpiฤky a zabezpeฤuje maximรกlne lokรกlne vyuลพitie FV zdroja, cez rovnakรฉ pripojenie (vetva oznaฤenรก ako IN) je schopnรฝ v prรญpade poลพiadavky aj dobรญjaลฅ z distribuฤnej siete akumulรกtory. V prรญpade vรฝpadku elektrickej energie v distribuฤnej sieti sa vytvorรญ autonรณmna sieลฅ (vetva oznaฤenรก ako OUT), na ktorรบ sa automaticky prepoja vytypovanรฉ kritickรฉ spotrebiฤe (obr. 3).
Obr. 3 Blokovรก schรฉma zapojenia HFV systรฉmu paralelne na sieลฅ budovy
Druhou moลพnosลฅou je vsadenie HFV systรฉmu medzi sieลฅ budovy a distribuฤnรบ sieลฅ (obr. 4). Takto sa realizuje vรคฤลกina hybridnรฝch systรฉmov na rodinnรฝch domoch s menลกรญm vรฝkonom. Vรฝhodou je vรฝrazne kratลกรญ reakฤnรฝ ฤas pri riadenรญ vรฝkonu meniฤa. Vลกetka spotreba objektu prรบdi cez meniฤ, ktorรฝ je schopnรฝ reagovaลฅ na zmeny v energetickej situรกcii objektu (kolรญsanie vรฝkonu FV zdroja, spรญnanie a odpรญnanie spotrebiฤov), a to takmer okamลพite.
Obr. 4 Blokovรก schรฉma zapojenia HFV systรฉmu vloลพenรฉho medzi distribuฤnรบ sieลฅ a sieลฅ budovy
Ak je to ลพiaduce, moลพno zabezpeฤiลฅ prakticky nulovรฉ prietoky elektrickej energie do siete a veฤพmi rรฝchle potlaฤenie odberovรฝch ลกpiฤiek z distribuฤnej sรบstavy pri zopnutรญ vรฝkonnรฝch spotrebiฤov. Nevรฝhodou je, ลพe vรฝkon vลกetkรฝch spotrebiฤov prรบdi cez meniฤ, ktorรฝ musรญ byลฅ na toto vรฝkonovo uspรดsobenรฝ. Sรบฤasne pri vรฝpadku alebo servise meniฤa treba zabezpeฤiลฅ prevรกdzku spotrebiฤov v budove (naprรญklad jeho premostenรญm), vypnutรญm HFV systรฉmu sa odpoja okruhy v budove od napรกjania.
Na budove Fenix sa od jej spustenia skรบลกali oba spรดsoby pripojenia. V prvom roku prevรกdzky 2016 to bol koncept podฤพa obr. 3. Nรกsledne, keฤ sa preukรกzalo, ลพe je HFV systรฉm a jeho nadradenรฉ riadenie dostatoฤne odladenรฉ a stabilnรฉ, bolo v januรกri 2017 vzhฤพadom na poลพiadavku krรกtkeho reakฤnรฉho ฤasu riadenia upravenรฉ zapojenie podฤพa obr. 4.
Systรฉm komunikรกcie a riadenia
Centrรกlnym uzlom, na ktorรฝ sรบ cez komunikaฤnรฉ linky napojenรฉ jednotlivรฉ technolรณgie a tieลพ HFV systรฉm, je PLC vรฝrobcu TECO, a. s., umiestnenรฝ v rozvรกdzaฤi monitoringu. Tento PLC ฤalej obojsmerne komunikuje so serverom na ฤVUT UCEEB na zรญskavanie informรกciรญ o predpovedi poฤasia (PV Forecast, www.pvforecast.cz), ktorรฉ sa vyuลพรญvajรบ na stanovenie vhodnรฉho riadenia akumulรกtorovรฉho รบloลพiska a zabezpeฤenie vลกetkรฝch poลพadovanรฝch funkciรญ systรฉmu (obr. 5).
Obr. 5 Blokovรก schรฉma systรฉmu dรกtovej komunikรกcie a riadenia
ฤalej sa vyuลพรญva sluลพba PV Forecast prevรกdzkovanรก ฤVUT UCEEB, experimentรกlne sa po novom testuje vyuลพitie kombinรกcie krรกtkodobej a dlhodobej predikcie so spรคtnovรคzobnรฝm spresnenรญm modelu [4].
Na sledovanie prevรกdzky budovy sa vytvoril monitorovacรญ portรกl. Jeho verejnรก verzia ponรบka nielen online sledovanie, ale aj zobrazenie historickรฝch dรกt s mierne obmedzenรฝmi moลพnosลฅami oproti plnej verzii pre prevรกdzkovateฤพov budovy [5]. Systรฉm moลพno diaฤพkovo riadiลฅ a programovaลฅ, ฤo je nevyhnutnรฝm zรกkladom na jeho vรฝvoj a ladenie prevรกdzky.
Vรฝsledky z prevรกdzky
V sรบฤasnosti sรบ k dispozรญcii dรกta o chode budovy za takmer celรฝ rok od jej uvedenia do prevรกdzky. Napriek tomu treba povedaลฅ, ลพe v prvรฝch mesiacoch sa postupne ladili systรฉmy budovy a aj poฤas ฤalลกej prevรกdzky sa skรบลกali rozliฤnรฉ prevรกdzkovรฉ reลพimy energetickรฉho hospodรกrstva budovy (naprรญklad plnรก autonรณmia budovy v ฤase nรญzkej tarify alebo zabezpeฤenie minimรกlneho pripojiteฤพnรฉho vรฝkonu k distribuฤnej sieti).
Vรฝsledky vรฝroby energie a jej spotreby v budove sa dobre zhodujรบ so simulรกciou vykonanou pred realizรกciou stavby, kedy sa predpokladala vlastnรก sebestaฤnosลฅ budovy pomocou energie HFV systรฉmu vo vรฝลกke 23 %. V sรบฤasnosti (28. 5. 2017) je energetickรก sebestaฤnosลฅ budovy na รบrovni 20 %, priฤom sa veฤพmi ฤasto vykonรกvali rรดzne testy a prebiehali reลพimy spรดsobujรบce straty energie, s ktorรฝmi sa pรดvodne nepoฤรญtalo.
Doterajลกie vรฝsledky ukazujรบ, ลพe na pripojenie uvedenej budovy do distribuฤnej siete je istenie 3 ร 25 A postaฤujรบce (aj poฤas zimnรฉho obdobia). Ak zvรกลพime automatickรฉ riadenie vypnutia niektorรฝch spotrebiฤov s nรญzkou prioritou (naprรญklad vonkajลกie vykurovacie parkovacie zรณny) a drobnรฉ znรญลพenie tepelnรฉho komfortu v zime na krรกtke ฤasovรฉ รบseky, postaฤuje aj istenie 3 ร 20 A.
ฤalej sa ukazuje, ลพe รบtlmovรฝ reลพim vykurovania/klimatizรกcie poฤas noฤnรฉho obdobia nemรก podstatnรฝ vplyv na รบspory energie. Naopak, rannรก ลกpiฤka odberu, ktorรก tรฝmto spรดsobom vznikรก, predstavuje problรฉm z hฤพadiska dodรกvky energie a zรกลฅaลพe distribuฤnej siete ฤi batรฉriรญ. รtlmovรฝ reลพim poฤas dnรญ pracovnรฉho pokoja sa s vรฝhodou vyuลพรญva.
Na obr. 6 vidieลฅ priemernรบ spotrebu technolรณgiรญ podฤพa typu vo vybranรฝch mesiacoch roka 2016. Od oktรณbra vรฝrazne narรกstla spotreba vykurovanรญm, oproti letu klesla spotreba na chladenie a, naopak, mierne stรบpla spotreba pri osvetlenรญ. Vรฝrazne sa znรญลพila spotreba vzduchotechniky (VZT) โ hlavne z dรดvodu zavedenia riadenia podฤพa merania vnรบtornรฉho prostredia (podฤพa CO2 a vlhkosti).
Obr. 6 Priemernรก dennรก spotreba technolรณgiรญ v budove podฤพa typu
Prรญklad odberovรฉho profilu poฤas pracovnรฉho dลa mimo vykurovacej sezรณny ukazuje obr. 7. Zรกsuvkovรฝ okruh (odber IT techniky a kuchynky) tvorรญ podstatnรบ zloลพku celkovej spotreby objektu poฤas pracovnรฉho ฤasu.
Obr. 7 Vybranรฝ odberovรฝ profil poฤas dลa mimo vykurovacej sezรณny
Oproti uvedenรฉmu predchรกdzajรบcemu prรญkladu platรญ, ลพe poฤas vykurovacej sezรณny spotreba energie na vykurovanie vรฝrazne dominuje nad ostatnou spotrebou v objekte. Klesรก medzi 10:00 a 17:00 h, kedy boli niลพลกie nรกroky na vykurovanie vฤaka tepelnรฝm solรกrnym ziskom budovy a tepelnej energii emitovanej vo vnรบtri budovy prevรกdzkou spotrebiฤov (obr. 8).
Obr. 8 Vybranรฝ odberovรฝ profil poฤas dลa vo vykurovacej sezรณne
Zรกver
Administratรญvne budovy sรบ (na rozdiel od rezidenฤnรฝch objektov) schopnรฉ omnoho lepลกie a efektรญvnejลกie vyuลพiลฅ energiu z FV systรฉmu vฤaka veฤพmi dobrej zhode vรฝroby tohto zdroja a spotreby budovy. Inลกtalรกciou HFV systรฉmu s akumulรกciou elektrickej energie vรฝลฅaลพnosลฅ z FV zdroja eลกte zvรฝลกime a sme schopnรญ zabezpeฤiลฅ ฤalลกie sluลพby pre energetiku budovy a prรญpadnรบ podporu distribuฤnej siete. Mรดลพe รญsลฅ naprรญklad o zabezpeฤenie prevรกdzky pri vรฝpadku energie v distribuฤnej sieti alebo o moลพnosลฅ znรญลพenia istenia zo strany distribuฤnej siete.
Dรก sa realisticky predpokladaลฅ, ลพe s postupnรฝm poklesom cien batรฉriovรฝch systรฉmov zรกujem o podobnรฉ inลกtalรกcie vรฝrazne vzrastie. Kฤพรบฤovรฝm momentom na zabezpeฤenie rozliฤnรฝch uvedenรฝch funkciรญ tohto systรฉmu je jeho riadenie, a to v spoluprรกci s inลกtalovanรฝmi technolรณgiami v budove, a zรญskavanie dodatoฤnรฝch informรกciรญ (naprรญklad predpovede poฤasia, predpovede spotreby energie v budove ฤi premennej ceny elektrickej energie).
Literatรบra
1. Roฤnรก sprรกva o prevรกdzke ES ฤR. 2015. ERร. Praha 2016.
2. Urban, M. โ Bejฤek, M. a dalลกรญ: Koncept administrativnรญ budovy jako budovy s tรฉmฤล nulovou spotลebou energie. Alternativnรญ zdroje energie, Kromฤลรญลพ, 2016.
3. Wolf, P. โ Vฤelรกk, J. a dalลกรญ: Chytrรก energetika pro administrativnรญ budovu. Alternativnรญ zdroje energie, Kromฤลรญลพ, 2016.
4. Webovรก sluลพba PV Forecast, dostupnรฉ online na: http://www.pvforecast.cz.
5. Webovรก sluลพba monitoringu, dostupnรฉ online na: http://data.fenixgroup.cz.
Ing. Petr Wolf, PhD., Erik Novรกk, MSc., Ing. Jan Vฤelรกk, PhD., ING. Miroslav Urban, PhD.
Autori pรดsobia v Univerzitnom centre energeticky efektรญvnych budov (UCEEB) ฤVUT v Prahe.
Foto a obrรกzky: autori
Tรกto prรกca bola podporenรก Mล MT v rรกmci programu NPU I ฤ. LO1605 โ Univerzitnรญ centrum energeticky efektivnรญch budov โ Fรกze udrลพitelnosti.
ฤlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise TZB Hustechnik 3/2017.