Energetická flexibilita chytrého domu (1/4)

Energetika se mění a aktuálním trendem je její decentralizace. Přesun výroby elektrické energie od velkých zdrojů směrem k menším, jako jsou fotovoltaické elektrárny, větrné elektrárny, bioplynové stanice, kogenerace a další, má za následek zvyšování nároků na provozování distribučních a přenosových sítí. Provozuschopnost a spolehlivost sítí je zřejmým požadavkem. Pro stabilní provoz přenosové i distribuční sítě jsou využívány různé mechanismy. Z nich můžeme jmenovat například frekvenční a nefrekvenční služby výkonové rovnováhy.  V tomto seriálu se blíže podíváme jaké možnosti flexibility s sebou přináší tzv. smart home.

Energetická flexibilita obecně představuje potenciál, kterým lze v konečné podobě významně přispět ke stabilizaci energetických systémů. Ještě nedávno byly služby výkonové rovnováhy poskytovány především velkými elektrárenskými bloky. S nárůstem počtu menších decentrálních zdrojů energie, zejména pak fotovoltaických elektráren, často doplněných o akumulaci vyrobené energie do baterií, přirozeně vzniká tento potenciál i zde. Agregací flexibility jsou malé flexibilní zdroje seskupeny do větších celků, které již umožňují efektivní využití flexibility pro stabilizaci energetických systémů. Jako jednotka pro agregaci flexibility, kromě již dnes uvažovaných bateriových úložišť a nebo elektromobilů, se nabízí i smart home. Právě možnosti flexibility na úrovni chytrého domu jsou tématem tohoto článku. 

Smart home 

Představa o chytrém domě se může lišit. Systémem smart home může být chápán jako jedna nebo více smart aplikací zaměřených na určité funkce v domě (osvětlení, stínění, vytápění atd.) s možností vzdáleného ovládání přes internet. Smart home, jak je uvažován v kontextu tohoto příspěvku, je plnohodnotný systém domácí automatizace integrující všechny technologie v domě do jednoho celku, zodpovědný za jejich řízení.

Na trhu existuje nemalé množství ucelených smart home řešení. Velmi často jde o systémy zahrnující vlastní senzory a aktory s předem připravenou logikou automatizace. Část systému může být uzavřená, nicméně nezbytná je i dostatečná podpora (Modbus, BACnet, KNX a další protokoly a API) pro integraci dalších prvků, technologií a systémů třetích stran, kdy systém smart home je systémem nadřazeného řízení.

Motivací pro pořízení smart home bývá zvýšení komfortu bydlení s minimalizací úkonů spojených s jeho ovládáním a v dnešní době stále více akcentované téma snížení nákladů na energie. Nedílnou součástí vyspělých smart home systémů je určitá úroveň  energetického managementu. 

Ilustrační obrázek - možnosti ovládání a monitoringu smart home.

Představa využití bateriového úložiště nebo elektromobilu jako zařízení s potenciálem poskytovat energetickou flexibilitu přímo, není při současných trendech překvapivá. Tyto možnosti jsou mj. i předmětem výzkumu a vývoje v rámci společnost Unicorn především v souvislosti s rodinou produktů Flexigy, ChargeUp a Lancelot. Zajímavou otázkou ale může být potenciál energetické flexibility chytrého domu jako celku. Jaké další technologie přidružené nebo instalované v domě lze k tomuto účelu uvažovat, i na to bude zaměřen tento příspěvek. 

Vzorový smart home s FVE a akumulátorem

V dalším textu uvažujme rodinný dům se smart home řešením obsahujícím funkcionality EMS (energy management system) a s technologiemi pro vytápění, ohřev teplé užitkové vody, chlazení, nuceného větrání, vybavený běžnými spotřebiči jako varná deska, trouba nebo mikrovlnná trouba, lednice, myčka, pračka, sušička, s další elektronikou. U domu je bazén s technologií pro úpravu vody a ohřevem. Na domě je instalována FVE s bateriovým úložištěm a domácnost provozuje elektromobil s vlastní dobíjecí stanicí. 

Dům je připojen k elektrické distribuční síti. S dynamicky se měnící situací na trhu s elektrickými energiemi může být výše nákladů na elektřinu určena dle různých obchodních modelů. Výsledný účet může být stanoven dle fixního ceníku nebo cenu reflektující vývoj na spotovém trhu, kdy za přetok přebytků lze získat částku například dle fixního ceníku nebo dle spotových či měsíčních výkupních cen. Dále předpokládáme, že systém smart home má k dispozici informace o cenách energie v aktuální hodině a v hodinách následujících. 

Z pohledu vlastní výroby elektřiny je pro smart home  zdrojem fotovoltaická elektrárna s výkonem, který je dán aktuálním osvitem a teplotou fotovoltaických panelů. Výrobu FVE nelze řídit. Instalovaný BES není sice podmínkou, nicméně pro energetickou flexibilitu je BES klíčovým prvkem a instalace FVE s BES navíc zaujímá v instalacích na rodinných domech výraznou převahu. Nejběžnějším modelem provozování FVE je prioritní přímá spotřeba vyrobené energie. Pokud je přebytek výroby, dochází k nabíjení BES, a pokud je baterie nabitá, dochází k přetoku do distribuční sítě. Při vyšší spotřebě je primárně využívána uložená energie a pokud výkon BES nedostačuje nebo je baterie vybitá, je odebírána energie z distribuční sítě. 

V dalších dílech seriálu bude blíže popsáno, jak si poradit s identifikací flexibility a jaké jsou technologické aspekty využití flexibility. Poslední díl je pak zaměřen na modelový příklad včetně základního ekonomického modelu smart home.

O autorovi

Martin Hatka se dlouhodobě věnuje problematice smarthome a efektivnímu využívání energií v chytrém době. Profesně působí v roli senior konzultanta v oblasti energetiky pro společnost Unicorn, kde se aktuálně věnuje tématu energetické flexibility. Fungování smarthome a potenciál flexibility v něm lze aplikovat i na větší objekty nebo areály s významným potenciálem flexibility, která může být využita přímo nebo agregována do větších objemů. Společnost Unicorn poskytuje v oblasti flexibility rodinu produktů Flexigy. Martin je součástí týmu, který Flexigy vyvíjí.