Využitie alternatívnych zdrojov energie v obci Mikolajice

Obec Mikolajice prevádzkuje ako prvá v Českej republike systém, ktorý spojil mikroelektráreň WAVE vyvinutú v laboratóriách Univerzitného centra energeticky efektívnych budov (UCEEB) ČVUT s inteligentným riadením, fotovoltickými článkami a s batériovým úložiskom.

Táto zatiaľ ojedinelá inštalácia zásobuje teplom a elektrinou z obnoviteľných zdrojov miestny úrad, obchod a hasičskú zbrojnicu. Projekt zabojuje o hlasy vo finále aktuálneho ročníka súťaže E.ON Energy Globe v kategórii Obec.

Na strechách obecných domov tu možno nájsť fotovoltickú elektráreň s výkonom 10 kWp, ktorú dopĺňa batériové úložisko. Súčasťou energetického systému obce je aj mikroelektráreň WAVE, ktorá zvíťazila v roku 2015 v súťaži E.ON Energy Globe Award ČR v kategórii Nápad, a o ktorej sme písali aj na stránkach tohto časopisu.

Toto zariadenie produkuje elektrinu aj teplo pre obecné budovy, a to spaľovaním biomasy. Prepracovaný riadiaci systém zabezpečuje, že všetky obecné energetické zdroje pracujú takmer samostatne a s minimálnou potrebou obsluhy.

Inteligentné riadenie si vždy vyberá vhodný zdroj energie, jej prebytok, naopak, uskladňuje. Systém vďaka tomu dodáva elektrinu v lete aj v zime, vo dne aj v noci.

Okrem komplexného využitia obnoviteľných zdrojov ide o významný prínos pre krízový manažment obce, ktorej kľúčové objekty môžu zostať v plnej prevádzke aj počas výpadku dodávky elektrickej energie z rozvodnej siete.

Navyše ide o prakticky bezobslužné zariadenie, čo je pre malú obec s nulovou nezamestnanosťou veľmi dôležité. „Náš projekt je komplexný. Elektrinou a teplom zásobujeme napríklad hasičskú zbrojnicu a kultúrnu sálu, kde máme zriadené krízové centrum.

V prípade krízy si elektrinu a teplo zabezpečíme sami,“ vysvetľuje Martin Krupa, starosta obce Mikolajice. Obec má v pláne inštalovať aj úsporné verejné osvetlenie a začleniť ho do systému či namontovať ďalšie fotovoltické články a rozšíriť batériové úložisko.

V tomto momente je to druhá najväčšia investícia za posledných 20 rokov v obci, ktorá sa okrem všetkých energetických, finančných a bezpečnostných benefitov zaslúžila podstatným spôsobom aj o zníženie prašnosti a smogu.

Ako to celé funguje?

Systém, ktorý spája inteligentné riadenie, fotovoltické články, batériové úložisko a mikroelektráreň WAVE pracuje v obci Mikolajice v pilotnom nasadení. Od októbra 2018 zásoboval teplom a elektrinou obecný úrad, obchod a hasičskú zbrojnicu v testovacej prevádzke, od februára 2019 prešiel do ostrej prevádzky.

V rámci realizácie projektu (pod oficiálnym názvom Výstavba zdroja na KVET z biomasy (OZE) s akumuláciou energie a inštaláciou FVE doplnená o inteligentný riadiaci systém pre Služby Mikolajice s.r.o.) s priznanou finančnou podporou z OP PIK Nízkouhlíkové technológie bola vybudovaná nielen fotovoltická elektráreň s výkonom 10 kWp s batériovým úložiskom, ale aj mobilný zdroj pracujúci v kombinovanej výrobe elektriny a tepla na báze ORC s nízkym elektrickým výkonom s využitím biomasy.

Systém vyrába v zimnom období teplo a elektrinu z ORC jednotky, ktorá je doplnená o výrobu elektriny z fotovoltickej elektrárne. Tá je umiestnená na strechách obecných objektov. V zimnom období je výroba elektriny z fotovoltických článkov nižšia, preto ju vhodne dopĺňa ORC jednotka.

Teplo vyrobené touto jednotkou sa takisto ukladá do zásobníkov, odkiaľ sa potom čerpá na spotrebu. V letnom režime systém vyrába, spotrebováva a ukladá do batérií elektrickú energiu vyrobenú len fotovoltickou elektrárňou.

Tri susedné objekty v majetku obce sú vzájomne prepojené tepelnou a elektrickou mikrosieťou s pokročilým riadením. Touto sieťou sa distribuujú teplo aj elektrina do jednotlivých budov podľa ich aktuálnych potrieb.

V rámci projektu sa prepojením budov znížil počet ističov zo 6 ks na 1 ks, čím sa zároveň znížil poplatok za rezervovanú kapacitu. Celý projekt sprevádzajú aj ďalšie vedľajšie efekty.

Tým ekonomickým je zníženie počtu zamestnancov (kurič), lebo ORC jednotka je plnoautomatická a okrem vynesenia popola zhruba 4-krát za sezónu nie je potrebné mať vyhradenú osobu na obsluhu. Druhým efektom je záložné zásobovanie hasičskej zbrojnice elektrinou a teplom.

Hasičská zásahová jednotka je zaradená do kategórie JPO III, z čoho vyplýva, že časy výjazdov sú pre obec dosť významné.

Mať vždy nabité vysielačky, natlakovaný vzduch v brzdách autocisterny a možnosť kedykoľvek otvoriť elektrické bránu je dôležité nielen pre obec Mikolajice, ale aj pre všetkých, ktorým táto jednotka pomáha.

Ďalším neekonomickým efektom je bezpečné a stále zabezpečenie dodávok tepla a elektriny krízovému centru (obecný úrad) v čase krízy. Celý systém je monitorovaný a distribúcia energie je riadená pokročilým systémom riadenia.

V realizácii sa pilotne využila technológia spomínanej mikroelektrárne WAVE vyvinutej na UCEEB ČVUT v Buštěhrade v tíme Ing. Jakuba Maščucha, PhD. Technológia je v zmysle stupnice Technology Readiness Level (TRL) zaradená v stupni 5, teda overená v relevantnom, priemyselne významnom prostredí.

Prototyp slúži na UCEEB ČVUT od roku 2016 v laboratóriu LORCA, čiastočne pritom zásobuje energiami budovu UCEEB.

Inštalácia zariadenia ORC na biomasu s nízkym elektrickým výkonom v kombinácii s FVE a optimalizáciou energetiky troch obecných budov predstavuje v Českej republike ojedinelé a zatiaľ nerealizované a neprevádzkované riešenie, ide teda o veľmi inovatívny projekt.

Ciele projektu

Ide o inštaláciu unikátnej mikroelektrárne Wave v kombinácii s „tradičnejšou“ inštaláciou FVE s akumuláciou elektriny a s inovatívnym riadiacim systémom. Súčasťou projektu boli aj úpravy a prepojenia rozvodov vykurovacích a elektrických systémov vo všetkých objektoch s inštaláciou akumulácie tepla, došlo tak k vytvoreniu tzv. mikrosiete.

Mikroelektráreň dodáva pri svojej prevádzke 50 kW tepelnej energie, čím dokáže zásobovať všetky spomínané budovy teplom. Zároveň funguje v plnoautomatickom režime, drevené pelety sa dodávajú dopravníkom z veľkokapacitného zásobníka.

Odpopolnenie je takisto plnoautomatické, odpadá tak potreba dennej obsluhy a vykurovanie všetkých troch obecných budov je združené na jednom mieste. Pre krízové stavy je v bývalej kotolni ponechaný poloautomatický kotol na pelety v tzv. studenej zálohe.

Pri procese výroby tepla v ORC jednotke vzniká aj elektrická energia, ktorej sa za hodinu vyprodukujú zhruba 3 kWh. Z toho asi 0,9 kWh spotrebuje kotol na svoju vlastnú prevádzku (ventilátory, riadiaci systém a pod.), ďalších 2,1 kWh sa dodáva do vnútornej siete budov.

Elektrina je tak buď ihneď spotrebovaná (napríklad priemerná spotreba elektrickej energie v predajni potravín je približne 1,2 kWh/h), alebo sa v prípade prebytku ukladá do batérií na neskoršie využitie, napríklad v čase, keď je kotol v útlmovom režime, teda v čase, keď netreba dodávať teplo.

Rovnako funguje aj fotovoltika, ktorá pri slnečnom svite dodáva elektrickú energiu do vnútornej siete či do batérií. Ich kapacita je 15 kWh, stačí teda zhruba na 12 h prevádzky predajne potravín. Ešte omnoho dlhšie môže byť v prevádzke požiarna zbrojnica v situáciách, keď je celá obec bez dodávok elektriny.

Ide teda o významný príspevok ku krízovému manažmentu obce. Vďaka pokročilému systému riadenia si obec môže sama rozhodovať, kam chce nasmerovať toky energií, ktoré časti budov chce odstaviť tak, aby v čase krízy efektívne využívala vyrobenú tepelnú aj elektrickú energiu.

Jedinečnosť a inovatívnosť

Projekt je jedinečný v tom, že predstavuje pilotnú inštaláciu mikroelektrárne Wave v praktickej prevádzke. Podmienkou bolo vybudovanie elektrickej a tepelnej mikrosiete. Systém je plne autonómny, takže dokáže fungovať aj v situáciách, keď bežná elektrická prenosová sieť nefunguje ani v tzv. záložnom režime.

Môže sa to stať napríklad v prípade živelných katastrof či tzv. Blackoutu, teda pri dlhodobých výpadkoch prúdu. Laicky možno teda povedať, že ak je dostatok peletiek v zásobníku, obec si dokáže zabezpečiť teplo a elektrickú energiu pre všetky tri spomínané budovy na neobmedzený čas.

Elektrická energia tak bude zabezpečená pre krízový štáb či evakuačné centrum pre občanov. Ďalšou výhodou je fakt, že vďaka ukladaniu energie v batériách dokážu fungovať vybrané systémy všetkých obecných budov pri akomkoľvek výpadku elektriny.

Možno tak ovládať napríklad sekčnú bránu požiarnej zbrojnice či rozhlas. Spojenie „kogeneračného kotla“ na pelety, fotovoltických článkov, batériového úložiska a inteligentného riadenia je v danej výkonovej úrovni úplne ojedinelé aj vo svetovom meradle.

Realizácia v obci Mikolajice je tak pilotným projektom, ktorý bude slúžiť ako vzorový príklad ostatným záujemcom z radov obcí aj súkromných subjektov. Záujemcovia o dané riešenie sa už obci aj UCEEB hlásia, Mikolajice sa stávajú cieľom mnohých návštev so záujmom o prehliadku a získanie skúseností z prevádzky.

Čo ďalej?

Projekt je realizovateľný aj v ďalších obciach, kde je k dispozícii dostatok biomasy z produkcie vlastných technických služieb, prípadne od lokálneho producenta biomasy, ktorý nemôže uplatniť tento zdroj na trhu (z dôvodu nízkej produkcie, nemožnosti detailne kontrolovať kvalitu, z organizačných a logistických dôvodov atď.).

Ekonomická efektivita inštalácie Wave spočíva v porovnaní jej inštalácie s konzervatívnym nákupom kotla na drevné štiepky (prevádzka na pelety je daná špecifickosťou inštalácie v Mikolajiciach).

Návratnosť rozdielu nákladov investície do Wave v porovnaní s kotlom na drevné štiepky sa podľa ročného využitia jednotky pohybuje od dvoch do piatich rokov. Riešenie je vhodné tam, kde je investor „veľmi citlivý“ na prevádzkové náklady (OPEX) a „menej citlivý“ na investičné náklady CAPEX.

V súčasnosti sú to najmä verejní investori, ktorí na realizáciu investícií využívajú rôzne finančné nástroje vrátane dotácií. Na investičné prostriedky sa tak pozerajú ako na cudzie, ktoré dostávajú s nulovými nákladmi. Naopak, prevádzkové prostriedky sú z ich pohľadu „vlastné“, pretože ich musia hradiť zo svojich príjmov.

Pre tím laboratória LORCA, ktorý vyvíja mikroelektráreň WAVE pod vedením Ing. Jakuba Maščucha, PhD., je tento projekt úplne kľúčový, pretože ide o pilotnú inštaláciu technológie v praxi, pričom úspešná pilotná inštalácia, ako je táto, je pre každý vývojový projekt zásadným krokom v procese komercializácie riešenia.

Cieľom aktuálneho vývoja mikroelektrárne WAVE na UCEEB ČVUT je dosiahnuť parametre tzv. Ekodesignu, ktorý bude pri obdobných zariadeniach novododávaných na trh povinný od 1. 1. 2020.

Článok vznikol z podkladov E.ON Energy Globe.

Článok bol uverejnený v časopise TZB Haustechnik 4/2019.