Aktuální vydání

celé číslo

03

2024

Automatizační technika v energetice a teplárenství, úspory energie

Snímače teploty

celé číslo

Energie a informatika – co nás čeká?

Situace s energiemi aktuálně hýbe společností. Především se uvažuje o cenách a množství zemního plynu a ropy. Nicméně v širších souvislostech jsou zmiňovány i další okolnosti – spekulace s emisními povolenkami, změny v názorech na využitelnost a efektivitu obnovitelných zdrojů energie, snahy o akumulaci energií a rovněž vztah k životnímu prostředí.

 

Odmyslíme-li si politický rozměr nynější energetické situace, můžeme se zamyslet nad tím, proč současné informační systémy neumožňují opravdu kompletní optimalizaci výroby, rozvodu a spotřeby energií. Vždyť technika je již k dispozici a vzhledem k nákladům na energie jsou náklady na informační a řídicí techniku poměrně příznivé.

Především je třeba říci, že s energií nejsou spojeny jen pojmy ropa, plyn nebo uhlí, ale také elektřina, pohonné hmoty, voda, stlačený vzduch, chlad, teplo a nebo třeba vodík. Výroba, rozvod a spotřeba energií představují komplexní, těžko identifikovatelný systém, kde se protínají zájmy jednotlivých účastníků. Na jedné straně je zde vždy snaha vydělat a na druhé straně snížit náklady. Systém ale dlouhodobě i krátkodobě silně ovlivňují další okolnosti: počasí (klimatické změny), ochrana životního prostředí a společenské a politické události.

Novými faktory současnosti jsou elektromobilita nebo možnosti akumulace elektrické energie ve vodě, akumulátorových bateriích nebo např. ve vodíku. Samostatnou kapitolou je výroba tepla a chladu a jejich uchovávání na jiná období v řádu hodin, dní i měsíců.

Výroba energií je specializovaná a svým způsobem vysoce optimalizovaná. Rozvod a spotřeba energií všeho druhu však představují komplikovaný systém, jehož optimalizace bude jistě předmětem mnoha aktivit na poli informatiky a teorie řízení. Velmi obecně lze hovořit o rozvodu elektrické energie, tepla, chladu, pohonných hmot, tuhých paliv, ale třeba i vodíku, o jejich skladování a akumulaci. Na straně spotřeby nejde o spotřebu energií jen v průmyslu, ale též v zemědělství, stavebnictví, terciární sféře, ve veřejném prostoru, v budovách a domácnostech.

Pro každé zmiňované odvětví existují specializované řídicí a informační systémy. A dnes je možné hovořit obecně, že vzájemná komunikace mezi jednotlivými systémy není významnou překážkou. Jsou způsoby, jak spolehlivě sbírat data z jednotlivých zařízení, monitorovat je, ukládat do databází a archivů, vyhodnocovat a analyzovat, vytvářet simulační modely a digitální dvojčata. S využitím umělé inteligence lze predikovat vývoj situace a chování jednotlivých prvků systému a diagnostikovat provozní a poruchové stavy. Subsystémy s umělou inteligencí dokážou radit obsluze nebo přímo řídit systém v uzavřené smyčce.

Obecně je možné setkat se s tím, že mnohé systémy dnes představují uzavřený svět, „ekosystém“ využívající vlastní algoritmy, vlastní databáze, vlastní servis, vlastní komunikace. Typickým příkladem jsou budovy a rozsáhlé stavební komplexy. Z pohledu řízení a regulace komplexních soustav by měly být po dokončení stavby dlouhodobě monitorovány. Na základě naměřených hodnot by mělo následovat období vytvoření modelů budovy, které by respektovaly vlivy, jež působí na dynamiku provozu technického vybavení budovy. Zohlednit by se měla jednotlivá roční období, osvit sluncem během dne, směr větru, obsazenost personálem, víkendy a mnoho dalších veličin, včetně poruch. Vypracování digitálního dvojčete z pohledu energetické spotřeby, vytvoření příznivého pracovního prostředí (CO2, teplota, osvětlení apod.), zajištění bezpečnosti nebo provozu přístupových systémů – to vše z pohledu optimálního využití energií představuje velmi náročný úkol. A zapojení takového modelu do celkového řízení provozu budovy, včetně sledování vývoje jednotlivých parametrů, jako jsou stárnutí budovy nebo změny ve vybavení, které mají vliv na její dynamiku, je neméně náročné. Ale již existují první vlaštovky: firmy, které nabízejí ucelená řešení, jenže zpravidla vyžadují využití pouze svých technických prostředků. Je to však logické, protože převzít odpovědnost za cizí techniku je velmi riskantní.

Technické prostředky existují, problémem ale mohou být lidé. Jak jejich znalosti, zkušenosti a vůle převzít odpovědnost za optimální provoz i cizích informačních systémů na jedné straně, na druhé straně zase nedůvěra v možnost optimalizace provozu technických zařízení rozsáhlých budov, představa obrovské finanční náročnosti a problematické návratnosti vložených peněz nebo obavy z toho, že po uvedení do provozu nebude k dispozici dostatečně znalý personál, který by celé řešení optimálně provozoval.

Lidé vždy představovali úzké místo při prosazování a realizaci novátorských řešení. Často se špatnou zkušeností s řešeními, která byla marketingově perfektní, ale technicky nezralá. Svou roli hraje také schopnost převzít odpovědnost za systém, který se skládá z mnoha různorodých prvků. Je to otázka vzdělání, získávání informací o současných možnostech techniky a rovněž důvěra v schopnosti dodavatele dlouhodobě dostát slibům souvisejícím se zakázkou.

To vede k otázkám, na které není jednoduchá odpověď. Obrátili jsme se na několik odborníků a požádali je o jejich stanoviska.

O své názory se s námi podělili (abecedně podle společností, v nichž působí):

  • Ing. Vladimír Janypka, obchodní a marketingový ředitel, divize ABB Elektrotechnika společnosti ABB s. r. o.,
  • Ing. Miroslav Sedlařík, výkonný ředitel, APPLIC s. r. o.,
  • Ing. Hynek Beran, jednatel společnosti, Cygni, spol. s r. o.,
  • Hervé Huisman, CEO společnosti Gra­dyent B. V.,
  • Ing. Martin Dvořák, manažer SAP ČR pro klíčové zákazníky v oblasti utility, SAP ČR,
  • Ing. Jan Gřunděl, obchodní ředitel divize Industry, Schneider Electric CZ, s. r. o.,
  • Tomáš Hüner, ředitel Siemens Smart Infrastructure, Siemens, s. r. o.,
  • Petr Krejčíř, ředitel pro technologie budov, Sie­mens Smart Infrastructure, Siemens, s. r. o.,
  • Ing. Jaromír Klaban, ředitel společnosti, Teco a. s.

 

Očekáváte, že stávající situace na trhu s energiemi povede k intenzivnějšímu využívání komplexních řídicích systémů určených pro energetiku také v jednotlivých oblastech celé společnosti?

Vladimír Janypka (ABB): Nejen v posledních měsících, ale již delší dobu zaznamenáváme zvýšený zájem o řešení a služby, které přinášejí větší efektivitu, účinnost a snížení energetické náročnosti. Jde nejen o průmyslové procesy, ale i o veřejné služby anebo municipality. Procesní řízení a automatizace jsou jedněmi z našich stěžejních činností, kdy produkty vyvíjíme společně s našimi zákazníky. Díky těsné spolupráci a znalosti jejich potřeb očekáváme, že tento trend poptávky po komplexních energetických řešeních dále poroste.

 

Miroslav Sedlařík (Applic): Ano.

 

Hynek Beran, (Cygni): Určitě ano, je to velká výzva. Bohužel je v této oblasti česká energetika zaostalá. Určujícím problémem je stále přetrvávající dvacet let starý koncept nadvýroby energie z fosilních paliv a jejího exportu. Tomu je poplatné i zastaralé řízení distribuční soustavy, které balancuje fluk­tuace mezi výrobou a spotřebou většinou pomocí elektráren na fosilní paliva. Z minulého období máme systém řízení spotřeby s pomocí HDO, pro ten však byly uměle nastaveny podmínky tak, že se v praxi na řízení soustavy nemohl uplatnit, a tudíž ani morálně inovovat do technicky pokročilejších forem při zachování funkčnosti. Rovněž inteligentní budovy a průmyslové podniky, podle nové evropské legislativy „aktivní zákazníci“, jsou nuceny dodržovat zastaralým způsobem konstantní odběrová maxima, i když by nové řízení distribuční soustavy vyžadovalo větší dynamiku. Současné tarifní nastavení vyhovovalo vývozcům elektřiny a také „solárním baronům“, kteří nemusí v rozvodných soustavách dodržovat žádnou disciplínu a neplatí ani za jejich použití. Solární zdroje z minulého období před deseti lety jsou, co se řízení týče, poměrně jednoduché a při dodávkách pouze pobírají dotace. Tyto dvě skupiny, výroba elektřiny z fosilních paliv a solární energetika, se v současném zastaralém pojetí doplňují, fluktuace solární výroby umístěné často na orné půdě jsou centrálně vyrovnávány fosilními zdroji, které kvůli tomu v létě exportují elektřinu. Ekonomické paradigma ani tarifní soustava se nezměnily, a proto u nás zastaralý systém tak dlouho přežil. Technicky jsou možné i jiné způsoby integrace moderních zdrojů do energetického systému – je čas na změnu. Změna je možná pouze v podmínkách, kdy někdo její přínosy uměle neblokuje takovým způsobem, že se vlastně ani nevyplatí. Bohužel se v tomto uplatňuje i nesprávné pojetí „výzkumu“: namísto toho, abychom věci vyvíjeli, implementovali a inspirovali se třeba v zahraničí, někteří mí kolegové „zkoumají“ řešení v zastaralém tarifním i technickém konceptu. Dotkne se to i distribučních společností: zatím vybírají poplatky za objem energie, který projde elektrizační soustavou do elektroměrů zákazníků. Do budoucna, kdy se část elektřiny a energie obecně bude čím dál více vyrábět distribuovaným způsobem, je to motivace pro změnu i jejich podnikatelského modelu poskytování služeb a tím i zastaralé tarifní politiky. Mnozí kolegové z těchto společností už takto naštěstí přemýšlejí.

 

Hervé Huisman (Gradyent): Určitě. Již nyní se zvyšuje potřeba udržitelnější výroby energie, aby se splnila ambice EU dosáhnout klimatické neutrality. Odvětví prochází rozsáhlou transformací. Silně rostoucí ceny energie v kombinaci s problémy s dostupností paliv tento přechod ještě urychlují. Výsledkem je, že ke stávajícímu mixu přibudou nové zdroje a že bude stále důležitější dodávat energii spotřebitelům co nejefektivnějším způsobem. Data a „digitální technologie“ jsou klíčovými faktory, které tento přechod podpoří, a již nyní existuje mnoho skvělých příkladů, které ukazují, že je možné z nich vytěžit velkou hodnotu. Energetické systémy budou skutečně stále složitější, a proto i náročnější na řízení. Jsou to však právě inteligentní systémy řízení v energetice, které by to měly opět zjednodušit. Přijde okamžik, kdy základní řídicí systémy již nebudou stačit.

 

Martin Dvořák (SAP): Otázka by měla spíše znít, zda společnosti na trhu s energiemi budou vystaveny komplexitě, která souvisí s dynamikou odvětví. To se totiž dotkne veškerých procesů – části retailové, ale především části distribuční. Jde nejen o řídicí systémy pro energetiku, ale též o řízení dodavatelských řetězců, provozu, bezpečnosti, lidských zdrojů a dalších oblastí, které mají dopad na efektivitu společnosti a souvisejí s přicházejícími změnami.

 

Jan Gřunděl (Schneider Electric): Zcela určitě, a to nejen v průmyslu, ale opravdu napříč celou společností. Je třeba si uvědomit, že například na budovy připadá přibližně 40 % celkové spotřeby energie a více než třetina emisí skleníkových plynů v EU. Přibližně 75 % všech budov v EU není energeticky efektivních a pouze u 1 % z nich je každý rok provedena energeticky efektivní renovace. Už poměrně dlouhou dobu je tak patrný trend vyžití energie pouze tam, kde je to třeba, a zároveň jen v takovém množství, které je zapotřebí. Současná situace na trhu s energiemi spolu s potřebou redukce emisí skleníkových plynů tento trend ještě umocňuje. Nejrychlejší způsob dosažení efektivního využití energií představuje pokročilé řízení a obecně využití takzvaných digitálních technologií. Jejich využití, a to nejen ve spojitosti s monitorováním a řízením spotřeby a výroby energií, je už dnes nutností pro tolik zmiňovanou udržitelnost, a tedy zachování konkurenceschopnosti.

 

Tomáš Hüner (Siemens): Situace na trhu s energiemi, hlavně z důvodu vysokých cen a nedostatku zemního plynu, jistě povede k intenzivnější implementaci komplexních řídicích systémů v energetice. Hnacím motorem je a bude snaha o snížení provozních nákladů a zlepšení životního prostředí. V této souvislosti hrají důležitou roli i stanovené normy a předpisy, které je nezbytné ve stanovených lhůtách splnit. Zde je třeba zmínit balíček Fit for 55, jehož cílem je v EU snížit do roku 2030 čisté emise skleníkových plynů alespoň o 55 %.

 

Jaromír Klaban (Teco): Ano, očekávám. Trh energií ovlivňuje několik tendencí najednou. Zaprvé je to nárůst obnovitelných, ale v čase nestabilních zdrojů energie. Solární a větrné elektrárny, ke kterým přibývají i bateriová úložiště, jsou instalovány decentralizovaně, a to různými subjekty. Pro udržení stability sítě a technické vyrovnání odchylky roste potřeba většího objemu takzvané regulační energie, jejíž cena roste také.

Dále je to nárůst cen samotné silové elektřiny, a to jak na krátkodobých, tak i dlouhodobých trzích. Významně narůstá objem energie nakupované na denním trhu. A roste volatilita ceny energie v průběhu týdne, dne i hodiny. Dodavatele to vede nejen ke zvyšování cen v klasických sazbách, ale i k masivnějšímu přechodu na takzvané spotové ceny i pro koncové uživatele. Těmi mohou být a dnes jsou nejen podniky a obce, ale i domácnosti. Jestliže se vám mění cena každou hodinou a počítá se s tím, že se přejde na patnáctiminutovou základnu, ručně ani přes mobilní telefon na dálku to řídit nezvládnete ani doma, o podnikovém energetikovi nemluvě. Bez automatizovaného řízení se neobejdete.

Ano, povede to k intenzivnímu využívání a komplexnímu propojování řídicích systémů na obou stranách fakturačního elektroměru. Předtím ale musí být v každém odběrném místě vyhledány opravdu všechny možné úspory i změny v technologiích vedoucí ke snížení absolutní hodnoty spotřeby jako takové.

 

Představuje nejbližší budoucnost řízení spotřeby energií přechod od monitorovacích systémů k řídicím systémům umožňujícím využití simulačních modelů pro řízení složitých soustav?

Vladimír Janypka (ABB): Samotné monitorovací systémy v současném světě nestačí. Proto nahlížíme na řízení spotřeby a efektivity jako na celkový proces, který nazýváme ABB Ability. Prostřednictvím toho umožňujeme zákazníkům vědět víc, dělat víc a dělat to lépe, a to společně – což bych chtěl zdůraznit. Platí to pro průmysl i další obory, včetně třeba zemědělství nebo veřejné správy.

Automatizace, robotizace, prediktivní údržba, komplexní sběr dat a jejich vyhodnocování v reálném čase jdou ruku v ruce s know-how zákazníků a našimi špičkovými technologiemi. To je soubor společných řešení procesů, kterým je ABB Ability.

 

Miroslav Sedlařík (Applic): Ano, tyto systémy pro energetiku dlouhodobě dodáváme a snažíme se přispět i v oblasti vývoje.

 

Hynek Beran (Cygni): Většina monitorovacích systémů v továrnách a inteligentních budovách umí i řídit nebo je k tomu lehce přizpůsobitelná. Ony nejenom měří, ale obvykle umějí i aktivně hlídat nastavené limity. Je to tedy de facto zjednodušená funkce řídicích algoritmů, které mohou být jednoduchým způsobem rozšířeny. Problém je, že to v průmyslových systémech a budovách v minulosti nikdo nechtěl. Naposledy taková spolupráce fungovala jako dohody společnosti ČEZ s podniky, kdy prostě dispečeři z ČEZ zavolali a podnik omezil spotřebu a za to měl levnější elektřinu. A fungovalo to dobře. Spolupráce spotřeby a v novém pojetí i distribuované výroby energie na chodu soustavy není nic nového pod sluncem, co bychom měli objevovat, a v dnešních technických podmínkách to lze automatizovat. Ve skutečnosti takový moderní systém umí odebrat energii, když je to pro soustavu výhodné, například z německo-rakouských přetoků, kdy je cena energie nízká a někdy i záporná. Viděli jste ale, že by takovou energii někdo nabízel? Problém je, že jsou tyto funkce uměle zablokovány nikoliv na úrovni softwaru, hardwaru nebo nedostatečné inteligence lokálních řídicích systémů, ale především již zmíněnou zastaralou tarifní politikou. Namísto toho podniky nakupují energii za takzvané burzovní ceny, tedy de facto za takové, když je v Německu bezvětří a elektřina je drahá.

 

Hervé Huisman (Gradyent): Dochází k němu právě nyní a vidíme, že o něj v tomto odvětví roste zájem. Digitalizace je pro mnoho společností na pořadu dne, protože věří, že v datech, která mají, je velká hodnota, nicméně není vždy jednoduché ji zachytit. Vidíme příklady, kdy i s malým množstvím dat je možné modelovat energetický systém pomocí umělé inteligence a strojového učení a již nyní dosáhnout významných zlepšení.

 

Martin Dvořák (SAP): Jestliže se oprostíme od provozních aspektů, tedy že mi někde teče nějaký proud, vodík či plyn a měřím jeho kvalitu, tlak, teplotu a další vlastnosti, pracuji s takzvanými technologickými celky. Potřebuji proto vědět, zda jsou celky v co nejvyšší kvalitě a dělají co nejefektivněji to, co po přenosové soustavě požaduji, respektive jaký výsledný produkt chci zákazníkovi dodat. To je surovina nebo energie.

Firmy by proto měly být efektivní nejen v monitorování vlastní distribuční soustavy, ale i ve vztahu dodavatel–zákazník a také ve vztahu mezi provozovatelem distribuční sítě, stavem investice a stavem operativních nákladů, které musím realizovat, aby síť dlouhodobě stabilně a co nejefektivněji fungovala.

 

Jan Gřunděl (Schneider Electric): Podle nového výzkumu globální poradenské společnosti McKinsey se do roku 2050 celosvětová spotřeba energie v důsledku zvýšené elektrifikace a využívání ekologického vodíku téměř zdvojnásobí. Studie zároveň předpokládá, že podíl elektřiny na spotřebě energie vzroste v polovině století ze současných 19 na 30 %. Je tedy nesmírně důležité implementovat systémy pro optimalizaci energetické náročnosti a bezpečnosti, které mimo jiné poskytují i data pro energetické audity a emise CO2. Jak nyní, tak do budoucna je však zcela zásadní získávání správných dat z nejrůznějších zdrojů a navázání nadřazených systémů pro monitorování a optimalizaci na systémy řízení. Osobně očekávám, že velkou roli zde sehrají otevřené softwarové systémy. Jako příklad uvádím naše digitální řešení EcoStruxure, díky kterému jsme od roku 2018 jen ve výrobním podniku v Písku ušetřili jak na elektrické energii, tak na vytápění celkem 1 400 MW·h.

 

Tomáš Hüner (Siemens): Masivní vy­užití komplexních řídicích systémů si vynutí zrychlení přechodu od monitorování k aktivnímu, vysoce automatizovanému řízení všech částí energetické soustavy při využití moderních informačních systémů, včetně modelovacích modulů s využitím takzvaných digitálních dvojčat.

Příkladem digitálních dvojčat jsou třeba nadstavby SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition – dispečerské řízení a sběr dat). SCADA je součástí řídicích systémů nejen v energetice, ale i ve výrobě nebo například dopravě. Dokáže totiž propojit několik technologií dohromady a zajistit monitorování, shromažďování a zpracování dat stejně jako posílání řídicích povelů. V tomto případě lze s pomocí digitálních dvojčat simulovat různé reálné situace v energetických přenosových či distribučních sítích. Tím předchází jejich možným výpadkům a zamezuje ztrátám z nedodání energie, z nevýroby či nespokojenosti zákazníků.

 

Jaromír Klaban (Teco): Simulace jsou dobré k rozhodování a k odhadu návratnosti investic do změn a úspor. Pouhé monitorování energií je dobré pro hrubou představu, kde a v jakém čase ke spotřebě dochází. Ale je to pohled do minulosti, se kterou již nelze nic udělat, pouze ji vyfakturovat a zaplatit. Skutečné úspory zajistí jedině akce, tj. řízení v reálném čase s predikcí budoucnosti.
S predikcí počasí, s plánem výroby v podniku, s plánem provozu domácnosti, s plánem cest služebního i soukromého elektromobilu. Predikce a řízení spotřeby, výroby a akumulace energie se stanou tím, co budeme muset přijmout do svého osobního života jako nedílnou součást. Stejně jako jsme přijali chytrý telefon do své osobní komunikace s okolím.

O podnikových procesech nepochybujeme, že jsou složité. Avšak složité jsou i moderní domácnosti a rodinné domy. Online modely soustav umožňující predikce a třeba i učení se jistě stanou součástí lokální energetiky objektu, jakkoliv velkého či malého.

 

Pro využití v energetice jsou vhodné metody umělé inteligence. Pro které druhy úloh je považujete za zvláště vhodné?

Vladimír Janypka (ABB): Umělá inteligence proniká do mnoha oblastí. Naše společnost nabízí pro využití v průmyslu i energetice Ability Genix. Je to platforma pro analýzu dat v průmyslu spojenou s využitím umělé inteligence. Tato platforma nové generace je založena na komplexních a otevřených standardech a umožňuje realizovat analytické funkce v reálném čase. Využívá propojená data z výrobních, podnikových i energetických systémů a je podpořena metodami umělé inteligence, například strojovým učením. Platforma je zaměřená na digitální kontinuitu propojených provozních systémů. Umělá inteligence může být užitečným řešením všude tam, kde je třeba optimalizovat zdroje a spotřebu za současně se měnících podmínek. Jednou z takových aplikací je například ABB Optimax pro průmysl, obchodování s energií a virtuální elektrárny, která řídí služby pro zdroje energie a jejich agregaci včetně lokálních zdrojů.

 

Miroslav Sedlařík (Applic): Vlastní řízení distribuční soustavy v kombinaci s predikcí výroby a spotřeby v oblasti masivního vy­užívání obnovitelných zdrojů, jejichž výkon se odvíjí od počasí (zejména fotovoltaika a větrné parky), je z mého pohledu budoucnost energetiky a bude se do ní muset hodně investovat, aby se distribuční soustava pod tlakem změny způsobu výroby elektřiny udržela ve spolehlivém stavu.

 

Hynek Beran (Cygni): V dnešní době už si nevystačíme s jednoduchým cenovým signálem. Metoda automatizovaného managementu měření (AMM), která může vytvořit jednoduchý cenový signál a která bude údajně monopolními společnostmi poptávána, je dnes morálně překonaná záležitost. Pokud bychom v budoucnu poptali pouze toto bez dalších řešení, poptáme de facto pouze další technickou zaostalost a budeme ji za příplatek vnucovat všem babičkám na sídlišti s lednicí, televizí a několika žárovkami. V praxi je nutné řízení s predikcí: musíme předem vědět, jaká bude spotřeba podniku nebo budovy, zda je pracovní den, nebo víkend a také jaká bude výroba obnovitelných zdrojů energie, pakliže jsou k dispozici. Ta záleží v našich podmínkách především na předpovědi počasí. Pak můžeme naplánovat režim energetického hospodářství i jeho aktivní energeticky náročné prvky a partnerům nebo okolní soustavě nabídnout přebývající energii nebo ji dokoupit. V případě energetických soustav jde o služby, tedy odlehčení zátěže například při výpadku Temelína anebo naopak odebrání nadbytečné energie v době, kdy je obnovitelné výroby přebytek, například v létě při solární špičce anebo při již zmíněných mezinárodních přetocích. A na takové řízení je třeba matematický model, kterému někdy říkáme „digitální dvojče“, a trochu sofistikovanější komunikace s inteligentním podnikem nebo budovou: víme, jaké by mohl mít možnosti, a poptáme výpomoc nebo změnu energetického režimu. To je dnes ve spoustě odvětví včetně logistiky úplně normální, jenom v dodávce energie to stále pokulhává. V praxi tomu říkáme průmysl 4.0 nebo také energetika 4.0. V tomto standardu je například centrální dispečink ČEPS, kde jsou digitální modely všech elektráren a přenosových tras, ale k inteligentním spotřebám takový model ještě nedorazil. Distribuční společnosti se omezily pouze na elektroměr a maximum příkonu, což je model ještě z první republiky. Když ale máme obstát v závazcích Evropské unie a zvyšovat podíl obnovitelných zdrojů energie závislých na počasí, bez části spotřeby či distribuované výroby energie a jejího řízení se naše soustavy neobejdou anebo budou fungovat jen občas.

 

Hervé Huisman (Gradyent): Domníváme se, že umělá inteligence je cenná, jestliže je kombinována s rozsáhlými znalostmi v dané oblasti. A že umělá inteligence by se měla používat tam, kde skutečně přináší přidanou hodnotu. Když mluvíte o modelech energetických systémů, věříme, že využijeme to, co víme o reálném světě a fyzikálních zákonech. V našem případě pro centrální zásobování teplem je to termofluidní fyzika a tu zkombinujeme se strojovým učením (v rámci AI) pro vylepšení a fúzi modelů. Výsledkem je velmi podrobný, granulární a přesný model neboli digitální dvojče energetického systému, který může běžet v reálném čase. Tento model lze využít prostřednictvím optimalizačních technik k určení nejefektivnějšího provozu sítě. Zpočátku třeba jako podporu rozhodování, v pozdější fázi často pro poskytování optimalizovaných cílových hodnot v reálném čase přímo systémům PLC a SCADA. Umělá inteligence může dále pomoci odhalit a označit například anomálie v energetickém systému. To sníží riziko výpadků a umožní například prediktivní údržbu, což povede ke spolehlivějšímu a stabilnějšímu systému.

 

Martin Dvořák (SAP): Metody umělé inteligence považuji za vhodné zejména pro prediktivní pohledy, ať už ve fázi spotřeby, výroby, chybových stavů v síti, nebo v distribuční části. Také pro hledání potenciálních rizik, zdrojů chyb a závad na distribučních cestách.

 

Jan Gřunděl (Schneider Electric): Jde o systémy, které dokážou vyhodnotit slabá místa v podniku a specifikovat, kde je vhodné provést opatření, aby nedocházelo k plýtvání s energií. Přesná predikce, a to nejen v energetice, je naprosto zásadní. S rozmachem obnovitelných zdrojů energie se výrazně začíná uplatňovat takzvané strojové učení. Jde o modelování výroby energie v návaznosti například na předpovědi počasí. Na základě naučených modelů tak můžeme předpovídat zátěže a optimalizovat toky v energetické soustavě.

 

Tomáš Hüner (Siemens): Využití umělé inteligence v energetice už není sci-fi, ale realita. Ve spolupráci s technickými univerzitami a výzkumnými ústavy již dnes provozovatelé přenosové soustavy a distribučních sítí zkoumají její praktické využití při správě a řízení energetických sítí. Umělá inteligence se používá například při stanovování technických ztrát, detekci chyb výpočetních modelů nebo při modelování různých provozních situací – včetně havarijních stavů.

Společnost Siemens využívá umělou inteligenci například k výraznému snižování energetické náročnosti budov, čímž lze dosáhnout významných finančních, provozních a energetických úspor.

Obdobně naše sesterská společnost Sie­mens Energy vyvinula systém umělé inteligence založený na neuronových sítích umožňující nepřetržitě optimalizovat spalovací proces v kotli. Toho je dosaženo ovládáním palivových ventilů pro optimální rozložení paliva ve spalovací komoře. Výsledkem je snížení emisí a opotřebení zařízení. Testy na několika různých spalovacích turbínách ukázaly, že oproti manuálnímu nastavení turbíny dokázala umělá inteligence snížit emise oxidů dusíku o 20 %. Systém také optimalizuje tlumení vibrací, což snižuje opotřebení turbíny.

 

Jaromír Klaban (Teco): Nechci být skeptikem, ale v energetice bych byl konzervativnější a dal přednost spíše deterministickému chování energetické infrastruktury. Zejména v dohledatelnosti příčin chování a rozhodování algoritmů v mezních a havarijních stavech.

Takže AI, která bude dobrým sluhou a která bude tak pokročilá, že se nestane zlým pánem, jistě své místo v energetice mít bude. Především v odhadech a předpovědních modelech.

 

Řízení výroby a spotřeby energií je jednou ze stěžejních úloh v „chytrých“ městech. Jaké jsou v tomto případě priority využití informačních a řídicích systémů?

Vladimír Janypka (ABB): Řízení výroby a spotřeby energií by mělo být jednoznačně založeno na reálných datech. Ta, spolu s moderními produkty a řídicími systémy, umožní snížit náklady a zvýšit efektivitu a bezpečnost. Data a digitalizace jsou prioritou. Jak pro správu majetku a budov, tak pro celkový energetický management. Zároveň je to cesta k udržitelné energetické infrastruktuře, na což se zaměřujeme jako na jednu z priorit.

 

Miroslav Sedlařík (Applic): Za mne spolehlivost a schopnost správné predikce výroby vůči spotřebě.

 

Hynek Beran (Cygni): Mnozí si chytré město představují jako stávající město, do kterého někdo nakoupí spoustu elektroniky. To ale chytrost samo o sobě nevytvoří, je to jako kdybychom si nakoupili spoustu chytrých telefonů a dali si je do šuplíku. Energeticky chytré město je podpora nového způsobu soužití civilizace s energií, a jak je dáno už v názvu, chce to především inteligenci a pak teprve technické prostředky účelně uspořádané k plnění daných úloh. V energetice máme tři pohledy. První je cena. Vlastní energie může přijít levněji než ta nakupovaná z rozvodné soustavy. Ale je k tomu je potřeba změnit především síťové tarify, když uvážíme, že za přenesení energie sousedovi naproti do ulice zaplatíme stejně, jako kdybychom ji přenášeli třeba do Paříže. Problém je to především v teplárenství, kdy taková struktura brání využívat letní přebytky solární energie na centrální ohřev teplé užitkové vody, a tak mnohé teplárny i v létě zbytečně pálí uhlí, protože je distribuce elektřiny i v rámci jednoho města přijde příliš draho. Druhý pohled je bezpečnost a zabezpečení dodávek. Při blackoutu může přejít město nebo jeho část na čas do autonomního režimu anebo výrazně odlehčit energetikou síť. Třetí pohled, který požaduje Evropská unie, je „zelenost“. Jde o lepší hospodaření s vlastní vyrobenou energií z obnovitelných zdrojů, kterou přece není třeba zbytečně dodávat do okolních soustav, čímž se vracíme obloukem i k bezpečnosti i k úspoře síťových poplatků. Jestliže tedy bude chtít Česká republika přestat být státem, který je pozadu v implementaci domácích a průmyslových solárních elektráren a má v továrnách a na sídlištích holé střechy, bez použití adekvátních řídicích systémů se to neobejde.

 

Hervé Huisman (Gradyent): Obecně se předpokládá, že než energetické společnosti začnou pracovat s umělou inteligencí a digitálními dvojčaty, musí být vše hotovo. To však není nutné. I s malým množstvím dat je možné začít. AI samozřejmě „miluje data“, ale již s malým množstvím dat je možné vytvořit například digitální dvojče energetického systému, které může přinést okamžitou hodnotu. Krásné je, že digitální dvojčata mohou růst společně se sítí a přijímat další a další data, jakmile budou k dispozici. Digitální dvojče může dokonce řídit rozhodnutí o tom, jaká data jsou potřeba (čímž se zabrání nadměrnému množství dat – a s tím spojeným vysokým nákladům). Vzhledem k tomu, že digitální dvojče běží v zabezpečeném cloudovém prostředí a může se propojit prakticky se všemi PLC, SCADA, IoT nebo jinými (datovými) systémy pomocí standardních propojovacích protokolů, je škálovatelné a snadno implementovatelné. Může přijímat data z jednoho centrálního zdroje nebo z různých zdrojů a lze snadno přidávat nové systémy. Neexistuje žádný důvod, proč nezačít hned teď a skutečně nepochopit hodnotu, která je k dispozici a čeká na využití.

 

Martin Dvořák (SAP): Hlavní prioritou bude vždy znát základní údaje. Vědět, jaký stav je dnes a jaké jsou hlavní parametry spotřeby, jak se spotřeba bude vyvíjet do budoucna, nakolik ji ovlivní lokální energetické zdroje, nakolik je stabilní a jak dokážu příslušná data sbírat a pracovat s nimi z hlediska chytré analýzy.

Další prioritou je umět předpovědět způsob, jakým dané město funguje. Mohu mít města – digitální dvojčata, která mi ukážou uzlové body, kritické momenty v infrastruktuře. To mi ale ještě neřekne tolik o profilu spotřeby, která bude za pět let, obzvláště ve světě, který se neustále dramaticky mění, jak nám ukázalo posledních pár let.

 

Petr Krejčíř (Siemens): Zde je nezbytné využívat kompletní a robustní systémy, které integrují většinu systémů budovy. Z jednotlivých technologických systémů dokážou získávat data, která lze využít pro řízení a ovlivnění energetiky budovy a lokálních distribučních sítí. Prioritou řídicích systémů potom bude analýza dat o spotřebě včetně tvorby trendů, modelování různých režimů topení, větrání, chlazení nebo dobíjení elektromobilů, které vytváří různé zatížení sítě, a přitom mají vliv na uživatelský komfort. Výsledkem bude dosažení flexibility sítě, která umožní širší zapojení a využití obnovitelných zdrojů – nejen ve městech.

 

Jaromír Klaban (Teco): Je to dnes stěžejní priorita v každém městě, v každé obci. Nemusí mít ani ambici mít nálepku či certifikát „Chytré město – Smart City“. Hlavně aby nezůstalo „blbé“ tím, že nenasadí žádný energy management, bude slepě platit více než ti chytří, kteří řešení najdou a nasadí dříve, než budou mít v pokladně prázdno. Odvážím se nadhodit, že reálnou mírou chytrosti města bude to, na jaké výši udrží své faktury za energii nakupovanou ze sítě.

 

I domácnosti, jak rodinné domy, tak jednotlivé byty, dnes počítají náklady na energie. Co může v budoucnu představovat další krok v optimalizaci spotřeb energií podle individuálních potřeb?

Vladimír Janypka (ABB): Úspory energií jsou nutné, ale nemusí nutně znamenat diskomfort v bydlení. Právě naopak. K tomu slouží produkty pro chytré budovy a systémy inteligentních elektroinstalací, jako například ABB-free@home. Takové systémy jsou cestou ke snížení energetické náročnosti budov nyní i v budoucnu. Jsme si vědomi, že pro masivní rozšíření v rezidenčním bydlení je třeba, aby inteligentní systémy pro chytré domácnosti byly dostupné a uživatelsky maximálně přívětivé. Při boomu alternativních zdrojů energie, jako jsou tepelná čerpadla nebo solární systémy, by využití řízení spotřeby elektrické energie chytrou elektroinstalací mělo být standardem. Řešení uživateli na míru je nezbytný základ nejen pro úspory energií, ale také pro celkový komfort bydlení.

 

Miroslav Sedlařík (Applic): U běžného rodinného nebo bytového domu je v současné době nejjednodušším řešením vlastní výroby elektřiny fotovoltaický systém v kombinaci s akumulátory pro ukládání přebytečné energie. Akumulace přebytečně vyrobené energie v důsledku kolísání výroby z obnovitelných zdrojů je podle mne pro budoucnost důležitá. Vyrobit elektřinu je jedna stránka věci, ale mít efektivní a finančně dostupný ekologický systém pro její budoucí použití je druhá, neméně důležitá stránka.

 

Hynek Beran, (Cygni): Česká republika je v této disciplíně na pokraji kárného řízení s Evropskou unií kvůli nedodržování evropské směrnice o podpoře využívání energie z obnovitelných zdrojů. Tato směrnice dává práva samospotřebitelům energie z obnovitelných zdrojů, včetně bytových domů, tedy bytových družstev a SVJ, a zavádí Sdružení pro obnovitelné zdroje energie. U nás je zatím situace taková, že si v bytovém domě nemůžeme udělat společnou energetiku a na střeše sdílenou elektrárnu, protože to údajně monopolní společnosti ve stávajícím konceptu neumějí změřit, což je technický nesmysl. Dále je nesmyslně argumentováno právy spotřebitele, a sice, že spotřebitel má právo na volbu dodavatele. Když se mezi spotřebitele ale ta vlastní vyrobená energie rozpočítá, není to žádný problém, a je zajímavé, že v okolních státech to umějí a spotřebitelé si mohou své dodavatele svobodně volit. Při implementaci takových nových technologií výroby energie, chceme-li je užít efektivně a nezatěžovat zbytečně sítě, se ale budeme muset přizpůsobit solárním zdrojům, například zapnout pračku, myčku a ohřev teplé užitkové vody v poledne, kdy takové zdroje vyrábějí, a nikoliv večer. To je velká výzva nejenom pro automatizaci domácností, ale i pro bezpečnost provozu a kybernetickou bezpečnost energetických soustav. Kdyby totiž nějaký hacker potom zapnul naráz všechny pračky, myčky a bojlery v republice, nemusela by to síť vydržet. Ale naštěstí se to dá fyzicky chránit, pouze bychom v takovém případě asi nevyprali. Pro dispečinky energetických společností je výhodné se spotřebiteli spolupracovat a na základě předem domluvených tarifních podmínek umět i takové sítě řídit, například při výpadku nebo omezení dodávky z nadřazené soustavy umět takové domácí elektrárny přesměrovat do veřejné sítě a energii pro pračky, myčky a sušičky umět dodat za stejnou cenu večer. V odborné terminologii se tomu říká „reboundling“.

 

Hervé Huisman (Gradyent): Pevně věříme v potenciál, který se skrývá v integrovaném pohledu na energetický systém od výroby přes distribuci až po spotřebitele a přístupu k němu. Jakmile to začneme vnímat jako jeden systém, bude možné se dostat ke skutečně optimalizovanému systému. Pro začátek bude mít transparentnost skutečné spotřeby pro spotřebitele dopad na jejich chování a snížení spotřeby energie. A věřím, že existuje větší flexibilita, než jakou v současnosti využíváme. Zmiňujete se o nákladech na energii a je prostý fakt, že když energetické společnosti dokážou snížit své náklady, projeví se to i na cenách pro spotřebitele. Existuje tedy společná motivace. Současné smlouvy a systémy jsou však dosti nepružné. Systémová omezení jsou statická. Kdyby se mohly stát dynamičtějšími, bylo by možné, aby se všechny strany dostaly k lepšímu fungování celého systému a sladění poptávky a výroby. To pravděpodobně začne nejprve u větších spotřebitelů, kteří mají větší kapacitu a flexibilitu.

 

Martin Dvořák (SAP): Z hlediska domácnosti to tak bude a už nyní je tento trend vidět. Dodavatelé elektřiny říkají, že se lidé snaží s elektřinou šetřit. To je samozřejmě chvályhodné, ale neomezujme to pouze na šetření elektřinou. Zaměřme se na dlouhodobě udržitelný a smysluplný přístup ke spotřebě, kde si musíme uvědomit, že všechno něco stojí.

Jestliže se budeme chovat uvědoměle, nenapustíme si každý den dvěstělitrovou vanu, nepustíme si každý den doma sušičku, když je venku hezké počasí, a nainstalujeme si i v rodinných domech chytrá zařízení a zdroje energie, jakými jsou solární panely, konvektory, tepelná čerpadla a další dodatečné zdroje, které dnes ani nemusíme mít pojmenované. Zároveň budeme moci energii ukládat, vy­užívat ji k vlastní spotřebě či zásobování do veřejné sítě. To je budoucnost, které věřím.

 

Petr Krejčíř (Siemens): Nejlevnější energie je ta, kterou nemusíme vyrobit. V první řadě je tedy třeba maximálně využít poten­ciál úspory energií. Jde o snížení energetické náročnosti budov například pomocí zateplení nebo využití tepelných čerpadel. Další technické prostředky, které jsou dobře využitelné v rodinných a bytových domech, jsou fotovoltaické elektrárny na střechách v kombinaci s bateriovými úložišti.

Právě akumulace je v případě využití fotovoltaických elektráren klíčová, aby bylo možné využít potenciál fotovoltaiky naplno. I zde najdou uplatnění systémy řízení budov, které umožní být flexibilní vůči síti, a budou tak generovat příjmy z prodeje této flexibility, které mohou snížit náklady na energie. Vedle technických prostředků pomohou ke snížení nákladů na energie také nové byznysové modely a tarify v energetice – jde především o sdílení elektrické energie a komunitní energetiku.

 

Jaromír Klaban (Teco): Rodinné domy a bytové domy určené pro bydlení se zdají být homogenní skupinou odběrných míst obývaných laiky, kteří se se spotřebou energie potkají jednou za rok pohledem na přeplatek nebo častěji nedoplatek na faktuře s celoročním vyúčtováním. Pro ně už jenom zobrazení okamžitého stavu elektroměru v nějaké mobilní aplikaci je často nabízeno jako vrchol „energie pod kontrolou“.

Pohled sítě, tedy distributora a obchodníka, na spotřebu domácností se zatím ze setrvačnosti transformuje do týdenních diagramů, což jsou určité pravděpodobnostní modely vyjadřující obvyklé a předpokládané chování spotřeby. Doba se ale mění a technika v nových domácnostech se rozšiřuje a sortimentně vyvíjí.

Jsou tací odběratelé na úrovni nízkého napětí, kteří vědí a energiemi v domě se zabývají vědomě a dlouhodobě. Jsou vybavení moderní technikou vytápění, klimatizací a větráním, vlastní fotovoltaickou elektrárnu, elektromobil i bateriové úložiště. S nimi hrají svoji hru na úspory a soběstačnost na své polovině hřiště za fakturačním elektroměrem. Hru s nejrůznějšími jednoduchými a jednoúčelovými pomůckami, například na využití nechtěných a neřízených přetoků z fotovoltaiky zpět do sítě. Když se přidá ale tepelné čerpadlo, logika se stane složitější. K tomu přijde optimalizace nabíjení elektromobilu, využití vlastní baterie a některý dodavatel nově nabídne spotové ceny. Jak rychle využít, že v neděli odpoledne je zrovna hodinu energie opravdu zdarma? Asi bude potřeba nějaký schopnější řídicí systém a schopný algoritmus, že?

Takže odpověď na původní otázku, co je dalším krokem k optimalizaci spotřeby, je už v otázce samotné. V optimalizaci, což je algoritmus více či méně sofistikovaný. Je tedy třeba investovat do řídicího systému, který je schopný takový algoritmus realizovat. Algoritmus, který je na stranu k síti, tedy k dodavateli, distributorovi, agregátoru flexibility
i k zúčtovacímu centru OTE, standardizovaný, unifikovaný se zabezpečenou komunikací. Na stranu uživatele je naopak široce konfigurovatelný na individuální priority uživatele a jeho kapacity spotřeby, výroby
a akumulace energie. Algoritmus, který online 24 hodin denně nabízí zpět do sítě k agregaci svoji flexibilitu, tedy své řiditelné přebytky v kategorii výroba, spotřeba a akumulace energie.

Dobrá zpráva pro domácnosti je, že v budoucnu i o jejich řiditelné, byť i malé přebytky bude mít síť zájem a zaplatí za ně. Dobrá zpráva pro síť je, že již nyní jsou fungující technologie za elektroměrem, které lze díky datovým přenosům využít online pro snižování odchylky.

Kdy jednotlivým subjektům v řetězci nákupu a dodávky elektrické energie a udržování stability sítě dojde, že elektroměr v domácnosti nerozděluje hřiště na dva protihráče, ale že společně koordinovaně využívanou řízenou spotřebu i výrobu mohou obě strany zužitkovat a zpeněžit společně, to zatím zůstává otázkou. Změny v energetice nabírají čím dál větší dynamiku. Odpověď může přijít rychleji, než si dnes myslíme.

 

Děkujeme všem účastníkům diskuse. Považujeme za přínosné, že odpovědi byly od jednoznačných po zamyšlení nad tématem. Energie, její dostupnost, cena a rozmanitost představují budoucnost průmyslu. Diskuse, zda je to veřejný statek, se dnes dostává do popředí. Prostředky pro optimalizaci její výroby, přenosu a spotřeby již dnes existují a je jen na jednotlivých společnostech a státu, jak využijí příležitost nalézt optimum mixu typů energií, nákladů a míry zisku.

Radim Adam

(redakčně upraveno)

 

Schneider Electric inovuje řešení pro řízení motorů
https://www.se.com/cz/cs/

 

Společnost Schneider Electric je lídrem jak v energetickém managementu, tak v průmyslové automatizaci. Díky digitální transformaci dokáže tyto dva světy optimálně propojit. Komplexním přístupem zvyšuje efektivitu a šetří náklady zadavatelům, výrobcům strojů, správcům budov i dodavatelům. Ucelená koncepce „Motor Management s jistotou“ dále zkracuje čas a snižuje rizika při návrhu, výběru a provozu motorových aplikací v napájecích sítích. V konečném důsledku přispívá k optimalizaci výkonu, rychlejší návratnosti investic, efektivitě a udržitelnosti v celém závodě. Při použití řešení „Motor Management s jistotou“ mohou zákazníci očekávat:

  • 40% úsporu času při výběru a cenové kalkulaci,
  • 25% úsporu času při instalaci,
  • 50% zkrácení doby odstávek motorů,
  • 40% úsporu energie díky optimalizaci řízení motorů.

V důsledku kybernetických hrozeb zvyšuje Schneider Electric ochranu produktů s ethernetovým připojením – důkazem je nový softstartér Altivar ATS480 certifikovaný na úroveň Achilles 2. Pro zajištění kybernetické bezpečnosti využívá Altivar ATS480 nejlepší postupy, např. správu uživatelských účtů, omezení přístupu, zjišťování hrozeb a aktualizaci firmwaru. Výraznou inovaci představuje také TeSys Island – špičkové digitální řešení pro spouštění a management zátěží do 80 A.

Díky online konfigurátorům – EcoStruxure Motor Control a EcoStruxure Motor Ma­nagement Design – je volba správné sestavy pro řízení motorů snadná a rychlá, ale zároveň i spolehlivá.

 

Cygni
https://www.cygni.cz

 

Společnost Cygni funguje už 25. rokem. Podílela se na dostavbě JE Temelín výpočty spolehlivosti celé soustavy s novým blokem, vytvořila systém řízení regulovatelných odběrů v Praze a dalších krajích. Své zkušenosti nyní úspěšně přenáší do průmyslové a komunitní energetiky.

Současná doba přináší nová rizika, ale i nové možnosti lokálního energetického hospodářství. Zvyšuje se cena energie, ale zároveň i možnosti její vlastní výroby a aktivního řízení. Zvyšuje se nejistota dodávek energie, ale objevují se i nové technické možnosti energetické odolnosti proti blackoutům. Evropská unie vytváří tlak na environmentální a sociální dopady energetiky, ale znalost těchto procedur nám může poskytnout nové investiční prostředky v nových projektech.

Společnost má připravena řešení pro průmyslové podniky, obce, budovy a sídliště. Nabízí odbornou pomoc ve složitém oboru, ve kterém se podnikatelé i obce obtížně orientují a který je dnes plný zpolitizovaných polopravd. Má konkrétní technické výstupy – energetické projekty, a na jejich základě i návrh investic a také řízení podniků, obcí nebo energetických komunit. „Jsme především inženýři a technici, nabízíme technický rozvoj, ne energii z burzy a zdražování, ale odbornou pomoc a technická řešení na vaší vlastní cestě při získání energetické samostatnosti,“ říká Hynek Beran, jednatel společnosti.