Smart Region - Projekt smartgrid ve Vrchlabí – automatizovaná distribuční síť

Projekt byl zahájen v roce 2010 a jeho předpokládané ukončení a vyhodnocení efektivnosti navrhovaných řešení je na konci roku 2015.

V projektu jsou nasazeny a testovány tři hlavní oblasti, které zefektivní zajištění dodávek elektrické energie ve Smart Regionu (nebo jeho částech) při poruše na jakékoli napěťové hladině. První dvě oblasti řeší automatizované vymezení a minimalizaci poruch na napěťových hladinách nízkého a vysokého napětí (nn a vn). Třetí testovanou inovací je automatizovaný ostrovní provoz v definované části Smart Regionu, který zajistí autonomní chod části sítě v případě výpadku v nadřazené elektrizační soustavě. Součástí projektu je také monitorování kvality dodávané elektrické energie a vliv dobíjecí infrastruktury pro elektromobilitu na kvalitu dodávek elektřiny.

Mimo uvedené funkcionality jsou ve Vrchlabí také nainstalovány tzv. inteligentní elektroměry, a v jedné budově je v provozu tzv. multiutilitní měření.

Co jsou Smart Grids? Vizí konceptu inteligentních sítí (smart grids) jsou spolehlivé, automatizované a efektivně řízené distribuční (a přenosové) sítě. Principem je interaktivní komunikace mezi výrobními zdroji, distribuční sítí a zákazníky o aktuálních potřebách výroby a spotřeby energie.

Nové technologie a funkcionality, které jsou nabízeny konceptem smart grids povedou ke zvýšení spolehlivosti a kvality dodávané elektřiny zákazníkům a to je jednou z priorit společnosti ČEZ Distribuce. Mezi hlavní důvody realizace projektu Smart Region patří možnost otestovat reálné přínosy dostupných smart grid technologií ve vlastní distribuční síti, ověřit nové koncepty chránění, komunikace a dohledu na distribuční soustavu, připravenost na měnící se trendy v energetice včetně změny chování zákazníků (ze spotřebitelů se postupně stávají tzv. „prosumers“ tedy spotřebitelé vyrábějící elektrickou energii) a v neposlední řadě také snížení ztrát v síti.

Jak to funguje? V projektu Smart Region nasazuje Skupina ČEZ nejmodernější technologie do distribuční sítě, široce využívá IT technologií k řízení sítě, zapojuje lokální výrobní zdroje elektřiny a tepla (kogenerační jednotky) a testuje elektromobilitu.

Proč zrovna tady? Vrchlabí bylo zvoleno proto, že má pro záměry zkušebního projektu vhodnou velikost a je zde možnost vybudování a využití v projektu několika jednotek kombinované výroby elektřiny a tepla. Současně je Vrchlabí s blízkostí Krkonošského národního parku vhodnou lokalitou z hlediska ekologických přínosů projektu. V neposlední řadě mohl projekt vzniknout díky podpoře a vstřícností vedení města.

Projekt je realizován ve městě Vrchlabí, resp. v části města na pravém břehu řeky Labe. Ze třinácti tisíc obyvatel jich z projektu přímo profituje zhruba deset tisíc a také celé město Vrchlabí – Smart Region zahrnuje klíčovou infrastrukturu občanské vybavenosti (vzdělávací a výchovná zařízení, sociální a zdravotní služby, kulturní a sportovní areály a instituce veřejné správy).

Ostrovní provoz

Realizace ostrovního provozu znamená ve Smart Regionu provoz části distribuční sítě v plně autonomním režimu.

Dodávky elektrické energie zajišťuje kogenerační jednotka s výkonem 1,6 MW. Pro ostrovní provoz je nezbytné vybavit distribuční síť tzv. automatikou ostrovního provozu. Tato automatika umožňuje vznik ostrovního provozu, následné bilancování vyráběné a spotřebovávané energie a ukončení ostrovního provozu. Mimo zmíněné zařízení a výrobní zdroj musí být síť vybavena odpovídajícími silovými prvky a vybudována adekvátní komunikačními infrastruktura umožňující fungování ostrovního provozu. Mezi nově nasazované technologie DTS patří dálkově ovladatelné ochrany (IED), zařízení pro ovládání jističů a komunikaci (RTU), fázovací zařízení (Synchrotakt) pro připojení sítě v ostrovním provozu zpět do standardního zapojení, dálkově ovladatelné jističe vývodů nn z DTS. Kritickou komunikaci (pro velmi rychlé – 100-200 ms – ovládání silových prvků, reakce na poruchu, mezi akčními prvky) je v projektu využita komunikace dle protokolu IEC 60850 po optických vláknech. Ostatní komunikace probíhá prostřednictvím protokolu IEC 60870-5-104 a MODBUS.

Ostrovní provoz ověří možnost snížení dopadu poruch v nadřazené elektrické soustavě na koncové uživatele.

Podívejte se na schéma ostrovního provozu.

Před kogenerační výrobnou elektrické a tepelné energie

Slovo kogenerace pochází z anglického co-generation a znamená společnou výrobu elektřiny a tepla.

Kogenerační jednotku tvoří generátor na výrobu elektřiny poháněný většinou spalovacím motorem na zemní plyn, v méně častých případech plynovou či parní turbínou.

Oproti klasickým elektrárnám, ve kterých je teplo vznikající při výrobě elektřiny bez užitku vypouštěno do okolí, využívá kogenerační jednotka teplo k vytápění a šetří tak palivo i finanční prostředky potřebné na jeho nákup.

Kogenerační jednotka je tedy moderním ekologickým zařízením, které dosahuje téměř 90% účinnosti využití primárního paliva.

Kogenerační jednotka v kotelně Žižkova ve Vrchlabí umí ze zemního plynu vyrobit elektřinu a teplo pro cca 2000 obyvatel místního sídliště Liščí kopec.

Podívejte se na film o významu a principu fungování kogenerační jednotky! (Využijme energii na maximum)

Více o kogeneraci ve Skupině ČEZ.

Transformátor

Přes transformátor se vyvádí výkon z kogenerační jednotky do distribuční sítě. Výkon transformátoru je 2 MVA a transformuje napětí z 0,4 kV na 35 kV.

Rozvodna vysokého napětí

Rozvodna je společná pro obě kogenerační jednotky a slouží k připojení kogenerační výrobny k distribuční soustavě.

Horkovod

Distribuce tepelné energie se provádí pomocí horkovodu. V nadzemní části horkovodu je využito konstrukce pro umístění kabelů VN v ochranných trubkách.

Kogenerační výrobna elektrické a tepelné energie - 1. patro

Velín

Velín slouží k řízení a monitorování technologie kogenerační výrobny. Obsluha má přehled o obou kogeneračních jednotkách, parametrech a ostatních technologických zařízeních.

Akumulační nádrže

Akumulační nádrže tvoří zásobu teplé vody. Každá z kogeneračních jednotek má k dispozici jednu nádrž o objemu 150 m³.

Kogenerační výrobna elektrické a tepelné energie

V kogenerační výrobně elektrické a tepelné energie jsou instalovány dva plynové kotle 3,5 MW_t a 2,8 MW_t a dva kombinované zdroje, výkonově identické - kogenerační jednotky o elektrickém výkonu 1 560 kW_e a tepelném výkonu 1 791 kW_t. Ke každé kogenerační jednotce patří spalinový výměník sloužící ke zvýšení účinnosti, kde se předává teplo spalin do vody. Dále se tu nachází dvě akumulační nádrže, každá s objemem 150 m³. Součástí pracovního cyklu kogenerační jednotky je chlazení. Teplo z chlazení je odváděno a dále distribuováno odběratelům a při přebytku ukládáno do akumulačních nádrží, kde čeká na pozdější využití. Teplota vody v nádržích je 90° C. Akumulační nádrže slouží pro vyrovnávání disproporcí mezi výrobou a spotřebou tepla.

Kogenerační výrobna zásobuje teplem obyvatelstvo, připojené průmyslové objekty a správní objekty města.

Přídavná zátěž – elektrokotle

Pro udržení rovnováhy mezi odběrem a výrobou elektřiny v době ostrovního provozu je instalováno 6 elektrokotlů, každý o výkonu 36 kW. Tato přídavná zátěž je využívána pro stabilizaci chodu zdroje. V době ostrovního provozu je z celkového výkonu 216 kW připojena zátěž o výkonu 100 kW, tím umožňuje eliminaci rychlých změn spotřeby v rozsahu ± 100 kW, aniž by docházelo k přerušování dodávek elektřiny odběratelům.

Automatika ostrovního provozu

Automatika ostrovního provozu řídí chod celého ostrovního provozu, tzn. situaci, kdy se část sítě vn oddělí od distribuční soustavy. Automatika zajišťuje nejen bilanci ostrovního provozu, ale také jeho ukončení a připojení zpět k distribuční soustavě.

Přechod do ostrovního provozu zákazník v ideálním případě nepozná. Instalovaná kogenerační jednotka dodává zákazníkům i v době ostrovního provozu elektrickou energii, jako v běžném provozu. Zákazníci v oblasti ostrovního provozu mají díky projektu Smart region zajištěny dodávky energie i v případě tzv. blackoutu.

Kogenerační jednotka - motorgenerátor

Srdcem kogenerační jednotky je soustrojí 16válcového spalovacího motoru, který pohání generátor s elektrickým výkonem 1 560 kW_e. Palivem pro chod je zemní plyn se spotřebou cca 380 m³ / hod. Zdvihový objem činí 71 dm³. Pro dochlazení spalovací směsi jsou instalovány technologické chladiče.

Místnost provozní technologie

V této části jsou umístěna oběhová čerpadla spolu s výměníkem tepla 4 MW_t pro distribuci tepelné energie k odběratelům a chemická úpravna topné vody.

Záložní zdroj

V objektu je instalován záložní dieselagregát s výkonem 16 kW_e pro zajištění najetí kogenerační jednotky do provozu v případě blackoutu (tzv. start ze tmy). Start dieselagregátu je ovládán řídicím systémem kogenerační jednotky.

Typizovaná regulační stanice

Reguluje zemní plyn, který vchází středotlakem 300 kPa a redukuje se na 42 kPa. Jedna řada regulační stanice je pracovní, druhá záložní. Stanice mají vlastní fakturační měření spotřeby plynu.

Technologické chladiče a nouzové chladiče

Technologické chladiče

Pro dochlazení paliva má každá kogenerační jednotka svůj technologický chladič.

Nouzové chladiče

Nouzové chladiče jsou připraveny pro zvláštní situace, kdy v režimu ostrovního provozu je nutné dodávat elektrickou energii i v době, kdy již není kam dodávat teplo.

Komín

Původně 80 m nyní 40 m komín je vyvložkován nerezovými vložkami, kudy vede kouřovod kogeneračních jednotek a kotlů.

Automatizace vn

Automatizace vn znamená ve Smart Regionu koncept automatické lokalizace a vymezení poruchy na úrovni vn, zahrnuje celé město Vrchlabí, jeho realizací očekává ČEZ Distribuce, a.s. největší přínosy při zvyšování spolehlivosti sítě. Vprojektu došlo k obnově standardních distribučních prvků (kabely vn, rekonstrukce DTS), dále k modifikaci topologie distribuční sítě, osazení zcela nových technologií a zbudování nové komunikační infrastruktury. ČEZ Distribuce chce ověřit provozování distribuční sítě v paralelním zapojení, rozdělené do několika tzv. rozpadových úseků. Cílem je v případě poruchy na kabelovém vedení vn zajistit pomocí dálkově ovladatelných prvků nasazených v síti téměř okamžité vymezení poruchy nejprve do tzv. rozpadových úseků, následně do úseku mezi dvěma sousedícími distribučními stanicemi. Tím je docíleno rychlé obnovení dodávek všem zákazníkům.

Pro fungování automatizovaného vymezování poruch na vn jsou nezbytné úpravy v topologie sítě, vytvoření tzv. rozpadových míst (DTS a vývody z rozvodny), vybavení sítě dálkově ovladatelnými prvky (IED, vypínače, odpínače) a indikátory průchodu poruchového proudu (IPP), nové komunikační a ovládací prvky (RTU, switch, router), úpravy řídicího systému a výstavba nové komunikační infrastruktury (optická vlákna a WiMAX).

Trafostanice

Ve Vrchlabí jsou všechny DTS dálkově ovládány, přičemž 6 z nich je tzv. "rozpadových". Rozpadová DTS slouží k rychlému vymezení poškozené části sítě. Tyto DTS jsou připojeny na rychlou komunikaci po optických vláknech, ostatní DTS jsou dálkově ovládány pomocí komunikace WiMAX. Všechny DTS jsou využity pro automatizaci v sítích VN a 2 DTS i pro automatizaci v síti NN. DTS jsou kompletně rekonstruovány a osazeny novou technologií, která je dálkově ovládána z dispečinku.

Sekce komunikační a řídicí

Zde je umístěna řídicí a komunikační technologie.

Zařízení ICT ve skříni AXV slouží k zajištění komunikačních služeb v DTS s připojením na korporátní datovou síť (switch, optorozváděč). Zařízení (RTU, router, switch) zajišťuje komunikaci prvků VN.

Pro měření parametrů elektřiny jsou instalována zařízení firem Ormazabal Current a MEgA. Naměřené hodnoty jsou dálkově přenášeny do datových úložišť k dalšímu využití.

V případě výpadku elektrické energie je možné po dobu dvou hodin manipulovat s prvky díky záložnímu zdroji ve skříni ATQ.

Sekce technologie VN, NN

Vlevo jsou umístěny rozváděče NN, které jsou vyzbrojeny dálkově ovládanými jističi namísto standardně používaných pojistkových odpínačů. Stav zapojení, měření provozních veličin elektrické energie, nastavení hodnot jističů, a případné varovné hlášení aktivního ostrovního provozu jsou zobrazovány na samostatném LCD displeji.

Vpravo jsou zapouzdřené kompaktní rozváděče VN, se systémem izolace plynem SF6. Spínací prvky v rozváděči jsou dálkově ovládané a doplněné o systém řízení a chránění.

Sekce transformátoru

Prostor umístění distribučního transformátoru o výkonu 400 kVA, 35/0,4 kV.

Zde se podívejte na funkční schéma a vizualizaci automatizace VN

Automatizace nn

Cílem automatizace nn je dosáhnout automatizované lokalizace s vymezení úseku sítě nn zasaženého poruchou a tím v případě poruchy zajištění dodávek elektrické energie nejvyššímu možnému počtu zákazníků. Popsaná funkcionalita vyžaduje úpravy v nn síti; zejména úpravy zapojení sítě, vybavení rozpojovacích skříní dálkově ovládanými silovými prvky a komunikačními moduly, zařazením úseku nn sítě do řídicího systému a vytvoření nové komunikační infrastruktury. Pro realizaci projektu byla vybrána síť nn mezi dvěma DTS, které jsou provozovány paralelně (propojená síť nn mezi dvěma DTS). Šest rozpojovacích skříní je osazeno dálkově ovladatelnými silovými prvky (odpínači a jističi) a jednotkami pro jejich komunikaci (ovládání) – RTU. Komunikace RTU je zajištěna technologií WiMAX. Celý proces monitoruje a sekvence manipulací (pro vymezení nejmenšího úseku zasaženého poruchou a obnovení dodávek zákazníkům) navrhuje rozšířený řídicí systém. Veškeré navržené úkony pak odsouhlasí dispečer.

Automatizace na hladině nn přinese zvýšení spolehlivosti dodávek v případě poruch na hladině nn.

Rozpojovací skříň

V horní části skříně jsou umístěny komunikační a řídící prvky (RTU, WiMAX anténa) a jejich záložní napájení. V dolní části jsou výkonové jističe, pojistky a displej zobrazující aktuální hodnotu nastavení jednotlivých jističů.

Zde se podívejte na funkční schéma a vizualizaci automatizace NN

Spínací stanice

Ve spínací stanici 35 kV Město dochází k rozdělování elektrické energie na úrovni napětí 35 kV. Stanice je napájena vrchním vedením z rozvodny 110/35 kV Vrchlabí. Lokalita Smart regionu je pak napájena pomocí čtyř kabelových vývodů.

Pro rozvod energie slouží skříňový rozváděč sestávající z osmi polí. Dvě z těchto polí slouží pro vymezení ostrovního provozu. První pro zaústění kabelu vn napájejícího oblast ostrovního provozu a druhé pro transformátor vlastní spotřeby a tlumivku.

Kombitlumivka je zařízení složené z tlumivky a transformátoru umístěných v jedné nádobě, která slouží k zlepšení parametrů uzemnění při ostrovním provozu.

Pro opětovné přifázování ostrovní oblasti k síti bez beznapěťové pauzy je stanice také vybavena synchrotaktem.

Pro komunikaci mezi terminály ve skříňových rozváděčích a řídicím systémem je ve Smart Regionu je využíván protokol IEC 61850. Komunikace je zajištěna optickým rozvodem, ukončeným v samostatných optických rozvaděčích umístěných ve spínací stanici.

Show room

ČEZ Distribuce umožňuje návštěvníkům prostřednictvím prezentační místnosti jak nahlédnutí do Smart Regionu prostřednictvím virtuální prohlídky, tak také ukázku reálných stavů distribuční sítě nn a vn tak, jak jsou zobrazeny v dispečerském řídicím systému.

Součástí prostorů je i expozice vybraných prvků sítě nn a vn.

Elektromobilita

Ve městě Vrchlabí jsou instalovány v rámci projektu E/MOBILITA dobíjecí stojany pro normální dobíjení a jeden stojan rychlého dobíjení. V reálném provozu dobíjení elektromobilů tak distributor dokáže vyhodnotit vliv nabíjení na kvalitu elektrické energie v distribuční síti.

Každá stanice normálního dobíjení je vybavena dvěma nezávislými zásuvkami. Jedna je vybavena standardem Mennekes s parametry dobíjení 32 A/400 V, druhá je vybavena běžnou "domácí" zásuvkou s parametry 16 A / 230 V.

Stanice normálního dobíjení na Náměstí T. G. Masaryka ve Vrchlabí byla zprovozněna začátkem září 2012 a Vrchlabí se tak stalo šestým městem v České republice, kde E/MOBILITA ČEZ rozšířila síť dobíjecích stanic.

Druhá identická stanice ve stejné lokalitě je umístěna v podzemních garážích pod náměstím.

Více informací na stránkách Elektromobility.

Rychlodobíjecí stanice

Stojan v areálu čerpací stanice Benzina je určený pro rychlé dobíjení.

ČEZ Distribuce vyhodnocuje vliv rychlého dobíjení elektromobilů na kvalitu elektrické energie v distribuční síti. Pro monitorování kvality bylo v RIS napájející rychlodobíjecí stanici nainstalováno zařízení MEg30, určené k měření a záznamu napětí, proudů, činných a jalových výkonů i energií. Maximální výkon rychlodobíjecí stanice je 50 kW.

Vybaven je DC konektory s nabíjecími standardy CHAdeMO a CCS, které umožňují proces nabíjení s výkonem až do 50 kW. Dále je k dispozici AC nabíjení se standardním konektorem (zásuvkou) Mennekes, který umožňuje proces nabíjení s výkonem do 22 kW. S touto normou AC dobíjení proces nabíjení trvá 1-3 hodiny. Nabíjení DC s výkonem 50 kW jsou mnohem rychlejší a umožňují 80% dobití kapacity akumulátoru mezi 20 a 30 minutami. Vstupní napětí je 400 V AC, 50 Hz. Výstupní napětí 400 V AC (Mennekes) / až 500 V DC (CHAdeMO a CCS), výstupní proud 0-125 A DC v závislosti na typu dobíjeného vozidla a fázi dobíjení (tj. momentální stav dobití baterie – dobíjecí proud s rostoucím nabitím baterie klesá).

Multiutilitní měření

Ve Vrchlabí nainstalovala Skupina ČEZ tzv. smart metry – tedy inteligentní elektroměry. Skupina ČEZ zavedla v jednom domě tzv. multiutilitní měření, tedy takové, které zákazníkům umožňuje získávat informace o struktuře a spotřebě všech odebíraných komodit - studené a teplé vody, plynu a elektrické energie. Popsané řešení umožní obousměrnou komunikaci mezi distribuční sítí a zákazníky, sledování a optimalizaci spotřeby elektrickéenergie. Dodavatelům multiutilitní měření umožní dálkové odečty spotřebovávaných komodit a tedy snižování nákladů a ve finále i ceny pro koncové zákazníky.

Stáhněte si brožuru systému hlídání spotřeby.

Systém hlídání spotřeby.

Měření kvality napětí

Z důvodu monitorování stavu distribuční sítě jsou ve Smart Regionu instalovány přístroje na měření a vyhodnocení kvality. Jsou použity standardně používané monitory firmy MEgA a kvalitoměry firmy Ormazabal Current.

Měření kvality MEgA

Měřicí přístroje MEg jsou osazeny ve všech DTS a v části sítě nn. Komunikace těchto jednotek je zajištěna přes optická vlákna, nebo WiMAX.

Měřená data jsou k dispozici téměř okamžitě a vedle vyhodnocení kvality slouží i jako podklad pro zhodnocení zatížení transformátorů, zobrazení histogramů proudu a napětí apod.

Měření kvality Ormazabal Current

V lokalitě ostrovního provozu Smart Regionu je osazeno měření kvality od firmy Ormazabal Current. Data o naměřených hodnotách jsou přenášena po optických kabelech. Testována je také komunikace PRIME v reálné síti – tedy přenos naměřených dat ze dvou RIS do stávajících jednotek v DTS po silovém kabelu nn.

Nápověda

Stiskněte levé tlačítko myši a tahem volte úhel pohledu nebo použijte tlačítka klávesnice.

	přesune vás na hlavní stránku virtuální prohlídky
	zobrazí informace o prohlížené části prohlídky
	zobrazí seznam videí Smart Region
	zobrazí vaši polohu ve virtuální prohlídce
	zobrazí galerii náhledů, stiskem šipky se přesunete ve výčtu náhledů
	přiblíží obraz
	oddálí obraz
	posune obraz doleva
	posune obraz nahoru
	posune obraz dolu
	posune obraz doprava
	spustí rotaci obrazu
	nápověda
	zapne režim zobrazení na celou obrazovku