Aktuální vydání

celé číslo

08

2019

MSV 2019 v Brně

celé číslo

Nové metody dálkového řízení a přenosu dat v energetických sítích

číslo 11/2004

Nové metody dálkového řízení a přenosu dat v energetických sítích

Rozvoj systémů zásobování teplem ve velkých městských aglomeracích i v menších městech je doprovázen potřebou snižovat provozní náklady, která je důsledkem neustálého zvyšování cen paliv a současně rostoucích nákladů na lidskou práci. Stimulátory využití moderních systémů automatizace jsou rychlé inovace použitelných technických prostředků a zvyšující se výkonnost výpočetních a řídicích systémů při jejich cenové stagnaci. Poruchovost těchto systémů oproti minulým desetiletím řádově klesá a provozní servis technického vybavení se omezuje na jednoduché úkony vykonávané podle uživatelských příruček a s podporou speciálních diagnostických programů. Pozornost provozovatelů se přesouvá na uživatelskou propracovanost řízení, dokonalou přehlednost stále rozsáhlejších energetických sítí a preciznost přenosu dat.

Rozdělení topných soustav

Struktura topných soustav v České republice je různorodá. V principu lze topné soustavy rozdělit takto:

  • Topné soustavy velkých městských aglomerací s centrálním zdrojem tepla (CZT) a dispečinkem. CZT vytápí podstatnou část bytových domů. V některých případech má soustava několik zdrojů, např. pro jednotlivé městské čtvrti, nebo záměrně budované záložní zdroje na jedné městské primární rozvodné horkovodní síti. V jednotlivých případech jsou součástí sítě zdroje zbytkového tepla z průmyslových zařízení (elektrárny, spalovny).

  • Topné soustavy městských aglomerací se satelitními zdroji tepla a místními dispečinky, které napájejí lokální sítě s určitým počtem odběratelů, bez jakékoliv vzájemné vazby.

  • Topné soustavy městských aglomerací se satelitními zdroji tepla, ale s centrálním dispečinkem řízení provozu, alternativně s místně oddělenou primární a sekundární sítí v lokálních výměnících a s propracovanou řídicí a komunikační strukturou domovních předávacích stanic (DPS).

Menší část jmenovaných tří oblastí může mít lokální zdroje tepla. Jsou to např. zástavby rodinných domků a některé provozní objekty.

Poslední v řadě jsou topné soustavy malých obcí pouze s lokálními zdroji tepla v objektech, bez jakékoliv vazby na okolí.

Koncepce a strategie obecně

Poslední desetiletí je v oblasti vytápění charakterizováno hromadnou modernizací zastaralých výtopen a topných sítí. Legislativní tlak na omezení emisí do ovzduší a některé dotované vládní programy ohledně úspor energií donutily provozovatele a dodavatele tepla k zásadnímu přehodnocení strategií rozvoje. Zanikaly původní uhelné kotelny s roštovými kotli zastaralé konstrukce a vznikaly nové, s důrazem na ekologická paliva a s podstatným podílem použití zemního plynu. Byly rušeny původní kanálové trasy čtyř trubkových vedení (ústřední topení – ÚT, teplá užitková voda – TUV) a nahrazovány moderním bezkanálovým systémem s pěnovou izolací. Tím došlo k decentralizaci přípravy TUV, která je vyráběna až v samotném spotřebitelském objektu prostřednictvím speciálních oddělovacích membránových výměníků, jejichž primární strana je napájena stejně jako předávací systém ústředního topení z dvoutrubkového přívodu. Sekundární, odběrová strana je plynule doplňována vodou z městského vodovodního řadu. Důraz na účinnost předávání tepelné energie konečnému zákazníkovi v bytě a maximální tlak na snížení ztrát a tím i ceny za gigajoule jsou rozhodujícími důvody pro aplikaci automatizovaného systému řízení a dálkového měření včetně fakturace. Další vývoj bude určován cenou vstupů (zemní plyn, elektrická energie, uhlí), ale také nutností změnit způsoby likvidace potenciálně spalitelných odpadů, jejichž množství neustále roste a jejichž skládkování je naprosto neudržitelnou alternativou zatěžující naše životní prostředí. Technologie fluidního spalování předem zpracovaných kombinovaných paliv, včetně kalů, využití doprovodných technologií výroby bioplynu a následné kogenerace jsou dalšími kroky rozvoje tohoto odvětví.

Je nutné si uvědomit, že moderní technologie mají zcela nové požadavky na automatizační, měřicí a komunikační prostředky.

Příklady koncepčních řešení topných soustav

Městský zdroj tepla moderní koncepce je většinou vybaven kombinovanými kotli pracujícími v kaskádě, napájejícími síť energetických center jednotlivých čtvrtí města. Alternativně je doplněn záložním zdrojem v jiné městské čtvrti. Celkové řízení systému je jednotné. Celý systém sekundární sítě je možné dynamicky rozšiřovat o další DPS, jejichž konečný počet je limitován výkonem CZT. Všechny DPS komunikují s centrálním dispečinkem prostřednictvím záznamníků dat. Přenášejí se stavy provozních veličin, poruchová hlášení i údaje z fakturačního měření spotřeby dodaného tepla, vody, elektrické energie v dvojsazbě atd. Celá síť je rozvržena podle městských čtvrtí, přičemž základnová energetická centra oddělují primární horkovodní okruh od sekundárního dvoutrubkového rozvodu typu power-pipe v bezkanálovém provedení s malými energetickými ztrátami. Jako fakturační měřidla se obvykle používají ultrazvukové snímače průtoku a kalorimetry s možností dálkového přenosu převážně po sběrnici M-Bus. Sekundární tlak kontrolují snímače tlakové diference na koncích sítě a řídí příslušné měniče frekvence čerpadel v místních kaskádách energetických zdrojů. Jednotlivé DPS komunikují dávkově s energetickým centrem po kabelech, většinou typu TCEPKPFLE (nízkofrekvenční sdělovací kabel pro venkovní použití), pokládaných současně s potrubím.

Provoz každého kotle CZT je autonomní, a proto má každý kotel vlastní jednotku automatického řízení. Tato jednotka řídí všechny potřebné parametry kotle. Komplex kotlů je řízen nadřazeným systémem jako kaskáda podle připravených tepelných diagramů.

Terminály a počítače dispečinku CZT jsou u větších celků zdvojeny a zálohovány pomocí UPS. Jednotlivá zobrazení na terminálech jsou provozní (znázornění jednotlivých sestav zařízení, kotle, úpravny vody, oběhových čerpadel, plynové palivové sestavy nebo mazutových nádrží atd.), archivační (historická data včetně poruchových stavů, zásahů obsluhy atd.) a měření spotřeb a odevzdaných výkonů (měřidla komunikující po sběrnici).

Centrum řízení celé sítě bývá soustředěno do jednoho dispečinku. Je vhodné je zřídit současně s velínem CZT. Server pro centrální archivaci dat by měl být doplněn firewallem. Pro zvýšení spolehlivosti se systém doplňuje lokálním zálohováním dat na jednotlivých počítačích. Firewall zajišťuje zabezpečené spojení s ostatními účastníky v rámci VPN. Síťové spojení je většinou transparentní, kryptované s protokolem TCP/IP. Často se používají mikrovlnné spoje v bezlicenčním pásmu 2,4 GHz. Spojení se využívá pro sdílení souborů v síti (peer-to-peer) a komunikaci s PLC satelitních kotelen a energetických center.

Subcelky energetického centra v tomto modelovém případě obsahují síťové komunikační brány (Ethernet – průmyslové sběrnice) s paralelně připojenými směrovači. Komunikační brány sbírají na základě žádostí nebo povelů bloky informací z jednotlivých DPS. Data z DPS jsou přenášena např. po sběrnici Profibus nebo jiným protokolem založeným na RS-485. Protože subcelky někdy (z historických důvodů) obsahují vzájemně nekompatibilní PLC, jsou data sdružována oddělovacími směrovači s příslušnými překladači.

Záložní kotelny (plynové kotle, oběhová čerpadla, příslušenství), většinou bez fyzické přítomnosti obsluhy, také komunikují s dispečinkem CZT po Ethernetu. Místní centrum záložní kotelny tvoří lokální strukturovaná síť Ethernet 10/100 Mb/s, v níž je začleněno PLC ovládající zařízení kotelny včetně řízení kotlů. Opět přes komunikační bránu jsou připojeny jednotlivé směrovače, komunikující s okruhy DPS.

Systém je možné doplnit mikrovlnným přenosem mimo CZT v licencovaném pásmu s možností sdílení dat v internetu.

Satelitní zdroje tepla v zástavbách měst použité jako výtopna pro určitý okruh domů nebo jednotlivý objekt většinou nemají kabelové propojení s centrálním dispečinkem. Stejně jsou na tom DPS připojované na současnou síť tam, kde původně nebyla uvažována komunikace a nebyl položen kabel souběžně s potrubím. V podobných případech je dnes již běžná komunikace prostřednictvím sítě mobilních operátorů, tedy GSM. Využívány jsou služby GSM CSD, popř. HSCSD, nebo GPRS. Podrobně bylo použití těchto sítí popsáno v článku [HOLAS, D.: Aplikace GPRS v tepelném hospodářství. Automa, 2004, 10, č. 4, s. 18–19.]

Shrnutí

Komunikační prostředky dovolují sledovat a řídit teplárenská a energetická zařízení v podstatě z jakéhokoliv místa. Současné zlevňování vysokorychlostního internetu a konkurenční boj mezi jednotlivými operátory mobilních sítí umožňují realizovat cenově přijatelný přístup do řídicího systému prostřednictvím např. přenosného počítače, kdy dialog je veden v nejednodušším případě pomocí prohlížeče webovských stránek, se zajištěním přístupu heslem. Předpokladem je skutečnost, že příslušné zařízení je schopno připojit se na internet, sdílet data a jeho IP adresa je dána.

V poslední době vývoj směřuje ke komplexní automatizaci i v oboru „inteligentních„ budov, kde se integrují systémy HVAC (topení, ventilace, klimatizace) s elektronickými zabezpečovacími a požárními systémy. Vývoj vede ke standardizaci protokolů (OPC) a použití standardních sběrnic, jako je EIB nebo LonWorks.

Ivan Stránský
(stransky.cl@nextra.cz)

Inzerce zpět