Vícezdrojová energetická jednotka (soustava řízení technologie) Kristýna Friedrischková, Bohumil Horák

Obsah výkladu: Obecný úvod Topologie VEJ Trianon Zdroje energie pro RD Charakteristika spotřeby RD, aspekty návrhu agregátů a jejich velikosti Charakteristika řídicího systému Směrování energií Shrnutí a závěr

Obr.1 SVMC Trianon, Český Těšín. Technologie vícezdrojové energetické jednotky rodinného domu (2014).

Energie ze Slunce Dokonalý termonukleární reaktor Efektivní povrchová teplota 5780K Celková vyzářená energie 3, J Energie dopadající na Zemi 1, J Energetická spotřeba lidstva J Měrný výkon 0,19mW/kg Vzdálenost Slunce – Země 150 mil. km Doba letu fotonu 8min 18s Solární konstanta (AM0) 1360Wm -2 Výkon na povrchu Země (AM1,5) 1000Wm -2

Sluneční záření jako majoritní zdroj energie pro RD Poměrně bezpečný zdroj energie (teroristické útoky) Kvalitní (snadná přeměna na jiné formy energie) Sluneční energie je zadarmo - za sluneční světlo není třeba nikomu nic platit („kromě českého státu“) Je místní (není nutno dovážet, některé lokality ve výhodě) Sluneční energie je čistá, nezpůsobuje žádné toxické odpady, zápach, zplodiny, prach,... (vliv ozonové díry) Časová disproporce a využitelnost záření (režim spotřeby, den /noc, vliv počasí, smog / prach / pyl, geografické umístění / zastínění, plošná dispozice, architektonické řešení, …) Nutnost akumulace / meziakumulace energie Využití jiných projevů vlivu Slunce (vítr, příboj, příliv)

Rodinný dům Energetická náročnost domu (teplo, elektřina) Denní, týdenní, roční cykly, demografické cykly Řízení spotřeby energie RD –Úspory –Stand-by spotřebiče –Spotřebiče s odloženou spotřebou –Servisní, dopravní a transportní potřeby Důvody k realizaci nezávislých systémů

Typická spotřeba domácnosti Společné výzkumné centrum Evropské komise zveřejnilo studii, podle níž mezi lety rostla spotřeba elektrické energie stejným tempem jako hospodářský růst. V uvedeném období došlo k vzestupu spotřeby elektrické energie o: 11 % v domácnostech, 16 % v sektoru služeb, 10 % v průmyslu.

Na co potřebujeme „energii“ v domácnosti Vytápění domácností (teplo) Ohřev TUV (koupelny, kuchyně) Elektrické spotřebiče Služby, doprava a transport (benzín, nafta, …)

Rozdělení spotřebičů EE Malé (vysavače, žehličky, kávovary, roboty,...) velké (chladničky, mrazáky, myčky, varné desky, sporáky, trouby,...). Dále je možno je rozdělit spotřebiče na kategorie: S přeměnou elektrické energie na tepelnou (bojler, vařič, žehlička, apod.), s přeměnou elektrické energie na mechanickou (robot, gramofon, vysavač, přehrávač DVD, apod.). s přeměnou elektrické energie na zářivou - elektromagentické záření (TV, mobil, mikrovlná trouba, kalkulačka, osvětlení, apod.). spotřebiče pro zpracování a prezentaci informací (počítače, audio a video a domácí elektronika).

Obr.2 Model energetické spotřeby domácnosti

Obr.3 Přibližné rozdělení spotřeby mezi jednotlivé spotřebiče v domácnosti.

Tab.1 Roční spotřeba elektrické energie v domácnostech (v kWh), zdroj: ČSÚ šetření ENERGO 2004 DomácnostSpotřeba Bez el.vytápění a ohřevu vody S el.vytápěním a bez el.ohřevu vody Bez el.vytápění a s el.ohřevem vody S el.vytápěním a ohřevem vody 1 členná Nízká: méně než Průměr Vysoká: více než členná Nízká: méně než Průměr Vysoká: více než a více členná Nízká: méně než Průměr Vysoká: více než

Spotřeba elektrické energie rodinného domu na jednotlivých fázích v průběhu dne

Porovnání spotřeby RD v dvou různých dnech v týdnu

Porovnání spotřeby elektrické energie za období

Charakter spotřeby elektrické energie „stand-by“ spotřebičem (lednice)

Charakter spotřeby elektrické energie spotřebičem s odloženým startem (pračka)

Topologie řídicího systému RD Centralizovaný řídicí systém realizovaný počítačem (i PLC) s uložištěm dat a vizualizačním HW  s řídicím firmware počítače pracující v reálném čase s řídicími podprogramy.  s komunikačními sběrnicemi pro komunikaci s distribuovanými systémy řízení jednotlivých technologií (jejich zapínání / vypínání / diagnostika /vizualizace provozních hodnot, …)  se vstupy a výstupy na periferní zařízení Soustava směrovačů energií, Soustava snímačů monitorující v čase výrobu, spotřeby a stavy akumulace energií, okolní prostředí v RD, bezprostředním a širším okolí (chování uživatelů, teplota, sluneční svit, tlak ovzduší, vlhkost, …)

Prvky firmware centrálního řídicího systému RD podprogramy modelů chování uživatelů domu a podprogramy expertních systémů, podprogramy snímání hodnot ze snímačů veličin a jejich ukládání do databází, podprogramy pro analýzu dat, rozhodování a ukládání jejich výsledků i v podobě trendů do databází expertních systémů, podprogramy adaptivních a učících se systémů pro zpřesňování modelů, podprogramy komunikace s distribuovanými řídicími systémy technologií instalovaných v domě, vizualizačními systémy a mobilními IT uživatelů domu pro jejich informovanost a vzájemnou komunikaci.

Obecné problémy související s alternativními zdroji energií v RD Stav staveb, historické zvyklosti a využitelnost alternativ (šejk) technologie nejsou plně dostupné (servis, politické aspekty, …) vysoká počáteční pořizovací cena, nekomplexní řešení nezahrnující spolupráci výroby tepla, chladu a elektrické energie pro měnící se podmínky a komfortní požadavky uživatelů RD, charakter technologií, vliv IT (krátkodobá / dlouhodobá spotřeba, postav-zapomeň) měnící se trend charakteru staveb a jejich užívání (vícegenerační / lehké dřevostavby)

Shrnutí a závěr Lze v současnosti vybavit RD energetickými technologiemi a eliminovat tak jeho závislost na vnějších veřejných energetických sítích V případě, že je RD vybaven i jen „minimální“ soustavou s meziakumulací elektrické energie a tepla je možno úplně omezit vliv krátkodobého i střednědobého výpadku veřejné sítě („black out“) Díky rozvoji elektromobility lze využít trakční soustavy elektromobilu jako akumulátoru elektrické energie pro rodinný dům Rozvoj řídicích a informačních technologií směřuje k „inteligentním domům“ jejichž řízení potřeb zohledňuje od vlivů okolí a demografického vývoje až po servisní zásahy.

Další informace a odkazy:

Děkuji za pozornost Kontakt: VŠB-TU Ostrava, FEI, kat.450, 17.listopadu 15, Ostrava-Poruba, Tel./fax: (9339),