Aktuální vydání

celé číslo

01

2020

Operátorské panely, HMI, SCADA

celé číslo

Cesty automatizace k úsporám energie a omezování skleníkových plynů

Debata na téma úspor energie a snižování emisí skleníkových plynů může leckoho uvést do varu. To však není cílem diskuse, kterou uspořádala redakce časopisu Automa mezi zástupci firem působících v oboru automatizace. Jejím záměrem je přinést pohled odborníků na to, jak se v jejich oboru působení projevují snahy o zavádění nových zdrojů energie, úspornější výrobní procesy a výrobu produktů s menší spotřebou energie. Z vyjádření zástupců šesti společností je znát, že v oblasti úspor energie a omezování emisí CO2 již průmyslové podniky v oboru automatizační techniky přikročily od obecných prohlášení k činům.
 
Jak se snahy o úspory energie projevují v poptávce po produktech vaší firmy a na jaká řešení se v této oblasti zaměřujete?
Roman Cagaš, Moravské přístroje:
Nízká spotřeba energie je jedním ze základních návrhových cílů při vývoji našich zařízení. Mnohé z nich mají tak nízký příkon, že si vystačí s napájením ve sběrnici USB. Často řešíme systémy s požadavkem dlouhého provozu pouze na baterie.
 
Naděžda Pavelková, ABB:
Poptávka po našich energeticky úsporných produktech stále stoupá a jejich nasazení může vést k úsporám i 50 až 60 % proti klasickým způsobům řešení. Úspory elektrické energie jsou za dané ekonomické situace prvořadým hlediskem při zvažování investic jak v podnicích, tak v domácnostech.
 
Jan Ohřál (B+R automatizace):
Problematiku úspory energie z pohledu automatizace lze rozdělit na dvě oblasti. Především sama automatizace výrobních a zpracovatelských procesů, pokud je správně navržena, je cestou k úsporám energie. Počínaje monitorováním spotřeby energií, přes přímé ovlivňování a řízení výrobních technologií s cílem optimalizovat energetickou spotřebu a bilančními výpočty nákladů na vyrobený produkt konče, to jsou úlohy úspěšně realizované našimi systémovými integrátory v automatizačních projektech. Druhou oblastí je používání komponent, které snižují spotřebu energie stroje nebo zařízení. Dodáváme vícepohonné jednotky, které zajišťují nejenom optimalizaci činného výkonu, ale i zužitkování brzdné energie stroje pro ostatní pohony a zpětnou rekuperaci do sítě. Výhodné jsou zejména u strojů s pracovním cyklem, kde se neustále opakují fáze zrychlení a brzdění, jako jsou například balicí stroje. K úsporám dále vede optimální dimenzování pohonů, ke kterému dnes existují efektivní podpůrné konstrukční nástroje, resp. algoritmy schopné za provozu prototypu určit, zda instalovaný výkon není zbytečný, popřípadě by ho bylo možné lépe využít.
 
Luděk Barták (Panasonic Electric Works):
Vzrůstající ceny energií nutí jednotlivé společnosti hledat „díry“, kudy draze zaplacená energie nenávratně odtéká z výrobního závodu. Jedním z řešení je použití měřicí techniku z kategorie eco power meter (měření odběru). Moderní systémy, kde měřicí přístroje na jednotlivých strojích jsou bezdrátově spojeny s centrálním řídicím počítačem, dokážou velmi přesně analyzovat vytíženost jednotlivých strojů (sekcí, hal), na základě jejíchž výsledků lze hledat efektivní úsporná řešení. My jsme v poslední době zaznamenali nárůst objednávek zařízení z této kategorie výrobků.
 
Upřednostňují zákazníci nebo systémoví integrátoři řešení směřující k menší spotřebě energie, byť by to znamenalo nákup dražších komponent nebo komplikovanější řešení?
 
David Barva (Siemens):
Zatím ne. Bohužel opak je pravdou.
 
Roman Cagaš (Moravské přístroje):
Systémoví integrátoři se rozhodují pragmaticky. Nižší spotřeba energie u výpočetní techniky nebo automatizačních systémů nesmí citelně zvyšovat jejich pořizovací cenu. V úspornosti elektronických zařízení, a především těch nepřetržitě běžících, má obor informační techniky ještě veliké rezervy. Zodpovědnost výrobců elektronických zařízení je asi vyšší než zodpovědnost uživatelů.
 
Jan Ohřál (B+R automatizace):
Zájem a poptávka po moderních řešeních zejména inteligentních pohonů daleko zaostávají za současnými možnostmi naší techniky. Musím podotknout, že výrobci strojů v zemích na západ od našich hranic, a zejména jejich obchodní zástupci, dokážou tyto energetické vlastnosti strojů investorům lépe prezentovat než výrobci tuzemští. Přitom významní investoři mívají své výrobní technologie osazené celými sériemi strojů, energetické úspory jednotlivých strojů se tak pochopitelně sčítají a na výpočet úspor za celou životnost investice stačí poměrně jednoduchá matematika. Věřím, že současné složité ekonomické období pomůže poptávku po úsporných řešeních zvýšit.
 
Petr Horáček (Rockwell Automation):
Do řešení vedoucích k nižší energetické náročnosti výroby náš zákazník investuje s rozvahou a jen v případě, že bude zaručena návratnost takové investice v rozumném časovém horizontu. Proto dodání řešení předchází studie ekonomické návratnosti a cena řešení se také odvíjí od předpokládaného zisku, který zákazníkovi přinese. Stává se, že vyšší cena energií k nám opět přivede zákazníka, pro něhož studie rentability provedená před rokem nebyla tou správnou motivací.
 
Naděžda Pavelková (ABB):
Vzhledem k tendenci vybírat si hlavně podle ceny je nedílnou součástí naší práce vést zákazníky k porovnání výběru řešení také z hlediska parametrů technických, tj. např. účinnosti a úspor elektrické energie. Díky sofistikovaným softwarovým nástrojům tak lehce můžeme vypočítat doby návratnosti investice (optimálně jeden až tři roky) a následně redukce emisí CO2.
 
Na jaké otázky by se měl soustředit výzkum ve vašem oboru, aby vedl k energeticky úspornějším řešením?
 
David Barva (Siemens):
Výzkum by se měl zaměřit především na zvýšení účinnosti takových zařízení, jako jsou turbíny pro vodní a větrné elektrárny a články pro fotovoltaické elektrárny.
 
Roman Cagaš (Moravské přístroje):
Prvotní je vývoj nových čipů s nižší spotřebou a mechanismů šetření energií. Dále je to na výrobcích elektroniky, aby návrh zařízení respektoval patřičné zásady. Za třetí musí systémoví integrátoři a koncoví uživatelé volit pro danou aplikaci přiměřené zařízení s ohledem na potřebný výpočetní výkon. Poslední bod zní jednoduše, ale vzhledem ke značné odlišnosti jednotlivých zadání je zde třeba velké zkušenosti.
 
Naděžda Pavelková (ABB):
Výzkum se již nyní zaměřuje hlavně na nová konstrukční řešení a technologie, které vedou ke zvýšení účinnosti. Standardní řady elektrických motorů jsou doplňovány produkty v té nejvyšší třídě účinnosti, zdánlivě za vyšší cenu. Zdánlivě proto, že již během prvních měsíců provozu se tato investice vrací a další roky již zákazník spoří. Další výzkum probíhá mimo jiné i v oblasti programového vybavení měničů frekvence. ABB získala řadu cen za vývoj stále se zdokonalujícího tzv. inteligentního řízení čerpadel. Jedna z funkcí při součinnosti několika čerpadel je např. automatický výběr čerpadla tak, aby pracovalo v optimálním pracovním bodě.
 
Petr Horáček (Rockwell Automation):
K energeticky úspornějším automatizačním řešením mohou vést všechny projekty, které mají v technické specifikaci řešení optimalizační úlohy, v jejímž kritériu jsou mimo jiné zahrnuty náklady na energie. Tyto úlohy zná automatizace desítky let a umí je řešit za předpokladu, že lze energetickou náročnost daného technologického procesu v okamžiku návrhu automatizačního řešení odhadnout. Model technologického procesu nebo zařízení je věc zcela zásadní v případě, když potřebujeme odhadnout energetické, a tedy i ekonomické úspory a přesvědčit zákazníka, že se mu navrhované řešení po všech stránkách vyplatí. Modelování procesů pro potřeby návrhu automatizačního řešení je proto podle mne oblast, které je třeba věnovat trvalou pozornost.
 
Jan Ohřál (B+R automatizace):
Hlavní roli bezesporu zaujímá výzkum v oboru řízených elektrických pohonů, vždyť téměř dvě třetiny spotřebované elektrické energie v průmyslu jsou využívány elektrickými pohony. V tomto oboru je ale už poměrně hodně praktických výsledků aplikovaných v konkrétních komponentách. Dalšími obory jsou: optimalizace mechanických vazeb, kterou se zabývá poměrně nový obor mechatronika, optimalizace, popřípadě úplné odstranění převodů, které umožňují např. momentové motory a lineární pohony, optimalizace trajektorií v robotice apod. Ve všech těchto oblastech jsou k dispozici praktické výsledky výzkumu posledních let, které na své širší uvedení do praxe spíše ještě čekají. Z mého pohledu by proces jejich zavádění mohl být rychlejší. To by také přispělo ke zvýšení sériovosti produkce moderních komponent, a tím i k snížení jejich ceny. Zajisté je také žádoucí pokračovat ve vývoji samotné elektroniky s cílem zvýšit její efektivitu a snížit ztrátový tepelný výkon a nebo jej dále využít. V současných elektrických a elektronických, a tedy i automatizačních systémech je příliš mnoho energie mařeno vyzářeným teplem a navíc je třeba další energie pro chlazení. Hudbou budoucnosti a ze současného pohledu asi spíše vizí a výzvou je propojení energetické optimalizace obou světů – procesní automatizace a řízené energetické potřeby jednotlivých strojů a agregátů.
 
 
Výroba energie z obnovitelných zdrojů je na vzestupu, do provozu se uvádějí větrné, vodní, fotovoltaické a geotermální elektrárny, výroba energie z biomasy či z biologicky rozložitelných odpadů apod. Jaké požadavky na měřicí a řídicí techniku klade výroba elektrické energie z obnovitelných zdrojů a po jakých výrobcích a řešeních je v tomto oboru poptávka?
 
Roman Cagaš (Moravské přístroje):
Výroba elektrické energie z málo efektivních zdrojů klade zvýšený důraz na nízkou cenu a nízkou vlastní spotřebu řídicí techniky.
 
Podle mého názoru je však pojem obnovitelný zdroj v uvedených souvislostech chybný. Geotermální energie není obnovitelným zdrojem, a dokonce ani využívání energie jaderné syntézy probíhající na Slunci není obnovitelným zdrojem. Žádný obnovitelný zdroj v našem vesmíru neexistuje, rozdíl je pouze v tom, čeho je k dispozici více a co bude dříve vyčerpáno.
 
(Pozn. red.: Poněkud nepřesný pojem obnovitelný zdroj lze nahradit pojmem netradiční zdroj. Nicméně je už tak rozšířený, že u něj v průběhu další diskuse zůstaneme.)
 
Naděžda Pavelková (ABB):
Výroba elektrické energie z obnovitelných zdrojů vyžaduje takovou měřicí, řídicí a regulační techniku, aby byla zabezpečena maximální možná účinnost přeměny energie z obnovitelných zdrojů na elektrickou a rovněž aby byly minimalizovány ztráty při jejím přenosu.
 
Jan Ohřál (B+R automatizace):
Výroba energie z obnovitelných zdrojů není specifická zvláštními požadavky na automatizační techniku, vyžaduje parametry charakteristické pro moderní techniku. Nutný je také velký výpočetní výkon a otevřené prostředí, aby bylo možné realizovat i složité regulační algoritmy, otevřené průmyslové datové sítě a široké portfolio modulů. Ale to vše lze dnes u dodavatelů inovativní automatizační techniky považovat za standard. Z našeho výrobního programu řídicí techniky zaznamenáváme poptávku ve všech vrstvách. Od rozsáhlých distribuovaných systémů typu DCS APROL pro použití v elektrárnách na biomasu a ve vodních elektrárnách až po kompaktní řídicí systémy pro malé vodní elektrárny a větrné elektrárny.
 
Petr Horáček (Rockwell Automation):
Stále výrazněji se uplatňuje distribuovaná výroba elektřiny v sítích nízkého napětí, kde jsou typicky využívány zdroje s kombinovaným cyklem teplo/elektřina řízené odběrem tepla, větrné turbíny a fotovoltaické zdroje. Výrobu těchto malých zdrojů nelze rozvrhovat způsobem, jakým se plánuje výroba v tepelných, jaderných a konec konců i vodních elektrárnách. Z čistě pasivní distribuční soustavy se stává soustava hybridní, kde část spotřeby pokrývá místní výroba. Bude posílena zodpovědnost provozovatele distribuční soustavy a jeho úloha vyrovnávat odchylky mezi výrobou a spotřebou se bude komplikovat. Bude muset získávat mnohem více informací o místní spotřebě a výrobě než dnes, a to až z úrovně domovních odběrných míst. Bude třeba instalovat zásobníky energie, které dnes v distribučních soustavách najdeme jen velmi zřídka. Zároveň bude mít možnost v daleko větší míře manipulovat se zatížením sítě prostřednictvím ovládání odběrných míst (demand side management). To vše bude vyžadovat instalaci nové měřicí techniky přímo u koncových zákazníků a řídicích systémů na úrovni dispečinku provozovatele distribuční soustavy.
 
Při vývoji řídicích systémů nízkoenergetických pasivních domů jsme na katedře kybernetiky FEL ČVUT došli k zajímavému poznatku, že pasivní dům vhodné konstrukce s elektrickým vytápěním může být provozovatelem distribuční soustavy použit jako řiditelný akumulátor, stabilizující prvek soustavy.
 
Setkáváte se s požadavky na dodávky nebo řešení pro výrobu energie z obnovitelných čili netradičních zdrojů? Jaké projekty nebo dodávky jste již řešili?
 
Roman Cagaš (Moravské přístroje):
Ano, naše produkty jsou vzhledem k jejich vlastnostem v těchto oborech často používány.
 
Luděk Barták (Panasonic Electric Works):
My jsme v poslední době zaznamenali výrazný nárůst poptávky po polohovacích zařízeních s názvem solar tracker, která nastavují solární panel ve dvou osách volnosti, a to přesně podle algoritmu, jehož vstupními hodnotami jsou zeměpisná poloha, datum a čas. Testy prokázaly, že dynamické panely ovládané těmito polohovacími zařízeními dodají minimálně o 30 % více energie než panely statické. Uvážíme-li, že cena za solar tracker tvoří 8 % pořizovací ceny celého zařízení, odrazí se jeho použití v efektivitě solárního panelu velmi rychle.
 
Jan Ohřál (B+R automatizace):
Z významných velkých projektů realizovaných systémy B&R bych rád uvedl především největší rakouskou elektrárnu na biomasu v Timmelkamu a pilotní projekt čínské elektrárny na biomasu v Shandongu. Menších projektů a dodávek do vodních elektráren je bezpočet.
 
Naděžda Pavelková (ABB):
ABB uplatňuje svoje inovativní řešení v pěti hlavních oblastech, které byly definovány na konferenci World Future Energy Summit (19. až 21. ledna 2009 v Dubaji): redukce emisí CO2 , výstavba energeticky úsporných budov s inteligentní instalací, přenosy stejnosměrným proudem na velké vzdálenosti pod povrchem a pod mořskou hladinou (HVDC Light), řízení automatického natáčení solárních panelů a dodávky pro větrné elektrárny. Vedle úspěšných projektů v uvedených oblastech dodává ABB výkonové měniče, k dalším netradičním zdrojům energie, kterými jsou palivové články.
 
Petr Horáček (Rockwell Automation):
Rockwell Automation instaluje například kompletní automatizační řešení pro výrobu bioethanolu, který je použitelný jako palivo. Algoritmy optimálního řízení jednotlivých technologií a výrobního závodu jako celku snižují energetickou náročnost a zvyšují výtěžnost.
 
V rámci Centra aplikované kybernetiky řeší kolegové z plzeňského pracoviště na Západočeské univerzitě, Fakultě aplikovaných věd, vliv provozu budoucích parků větrných elektráren na provoz přenosové sítě. Kolísání výroby elektřiny z větru může klást nové požadavky na vyrovnání rozdílu mezi výrobou a spotřebou v reálném čase, tj. na regulační schopnost soustavy a jejího provozovatele ČEPS, a. s.
 
David Barva (Siemens):
Rozhodně se s těmito poptávkami setkáváme. Jde zejména o projekty v oblasti vodních elektráren, větrné a sluneční energie. Mezi naše uskutečněné projekty patří: 101MW větrný park Keenan USA (Oklahoma), rámcová smlouva s E.ON na dodávku 500 větrných turbín o celkovém výkonu 1 150 MW, rozšíření větrného parku Red Sand II v Dánsku o dalších 90 turbín, referenční projekt fotovoltaické elektrárny pro závod Siemens Healthcare ve Forchheimu o celkovém elektrickém výkonu 800 kW.
 
Na které směry by se měl podle vašeho názoru soustředit výzkum, aby byla výroba z obnovitelných zdrojů efektivní?
 
David Barva (Siemens):
Na zvýšení účinnosti zařízení.
 
Naděžda Pavelková (ABB):
Na hledání takových řešení, aby se snižovaly investiční náklady, aby rostla účinnost (fotovoltaika) a aby byl provoz bezúdržbový a bezobslužný.
 
Petr Horáček (Rockwell Automation):
V našich podmínkách má pro výrobu elektřiny i tepla zajímavý potenciál využití fotovoltaiky a geotermálních zdrojů. Těmto oblastem bude třeba věnovat více pozornosti a výzkumných kapacit. Distribuovaná výroba elektřiny a tepla z obnovitelných zdrojů energie v malých decentralizovaných zdrojích si vyžádá postupnou přeměnu pasivních sítí na sítě aktivní, které se lépe přizpůsobí novým požadavkům. Připojení parků větrných elektráren do distribuční a přenosové soustavy si vyžádá nový způsob regulace jiných zdrojů. Bude tak například třeba zdokonalit predikci rychlosti větru a osvitu v místech výroby.
 
Roman Cagaš (Moravské přístroje):
Já se domnívám, že většina prostředků by se měla soustředit na jadernou energetiku a na úspory energií, s dotacemi a přerozdělováním ve prospěch tzv. obnovitelných zdrojů by se mělo zacházet velice opatrně.
 
Stát podporuje výrobu z obnovitelných zdrojů vyššími výkupními cenami. Jaké další kroky by měl podniknout v zájmu většího využívání těchto zdrojů?
 
David Barva (Siemens):
Zcela určitě by bylo účelné podpořit komplexní služby a produkty pro financování projektů výroby energie z obnovitelných zdrojů. V současné době „celosvětové krize“ se však opatrný postoj bankovního sektoru k financování projektů promítá i do projektů výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Hovoříme-li o projektech fotovoltaických elektráren, situace se začíná pomalu zlepšovat a některé banky, jako např. Česká spořitelna, již nabízejí relativně zajímavé programy financování. Dále je třeba zlepšit informace o možnostech získávání energie z obnovitelných zdrojů a zřizování výroben energie.
 
Roman Cagaš (Moravské přístroje):
Větší využívání zdrojů, které zdražují cenu energie, zhoršují spolehlivost dodávky energie a v řadě případů poškozují životní prostředí, není v zájmu obyvatel a stát by neměl podporovat zhoršování energetického hospodářství a ničení přírody prostřednictvím tzv. obnovitelných zdrojů.
 
Petr Horáček (Rockwell Automation):
Nejprve bych si položil otázku, zda je v podmínkách ČR dostatečný potenciál obnovitelných zdrojů energie (OZE), aby se vyplatilo výstavbu takových zdrojů podporovat. Doporučuji se seznámit se zprávou Nezávislé odborné komise pro posouzení energetických potřeb České republiky v dlouhodobém časovém horizontu (NEK) z 30. 9. 2008, resp. s její aktualizací z 22. 11. 2008 (http://www.vlada.cz/cz/ppov/nezavisla-energeticka-komise/aktuality/), která přináší odpovědi na výše položené otázky (viz vložený rámeček).
 
diskusi vedla Eva Vaculíková
 

 
Roman Cagaš, ředitel společnosti Moravské přístroje
V úspornosti elektronických zařízení, a především těch nepřetržitě běžících, má obor informační techniky ještě veliké rezervy. Zodpovědnost výrobců elektronických zařízení je vyšší než zodpovědnost uživatelů.“
 
Luděk Barták, manažer marketingu, Panasonic Electric Works Czech s. r. o.
Vzrůstající ceny energií nutí jednotlivé společnosti hledat „díry“, kudy draze zaplacená energie nenávratně odtéká z výrobního závodu. Jedním z řešení je použití měřicí techniky pro měření odběru.
 
Petr Horáček, vedoucí oddělení Advanced Process Control, Rockwell Automation, s. r. o., Research Center Prague
Distribuovaná výroba elektřiny a tepla z obnovitelných zdrojů energie v malých decentralizovaných zdrojích si vyžádá postupnou přeměnu pasivních distribučních sítí na sítě aktivní, které se lépe přizpůsobí novým požadavkům.
 
Naděžda Pavelková, produktová manažerka, ABB, s. r. o.
Vzhledem k tendenci vybírat si hlavně podle ceny je nedílnou součástí naší práce vést zákazníky k porovnání výběru řešení také z hlediska parametrů technických, tj. např. účinnosti a úspor elektrické energie.
 
Jan Ohřál, ředitel společnosti B+R automatizace, spol. s r. o.
Zájem a poptávka po moderních řešeních zejména inteligentních pohonů daleko zaostávají za současnými možnostmi techniky. Věřím, že v současném složitém ekonomickém období se poptávka po úsporných řešeních zvýší.“
 
Jan Ohřál, ředitel společnosti B+R automatizace, spol. s r. o.
Zájem a poptávka po moderních řešeních zejména inteligentních pohonů daleko zaostávají za současnými možnostmi techniky. Věřím, že v současném složitém ekonomickém období se poptávka po úsporných řešeních zvýší.“
 
David Barva, ředitel úseku Výroba energie, Siemens s. r. o.
Stát by měl podpořit služby a produkty pro financování projektů výroby energie z obnovitelných zdrojů. V současné ekonomické krizi se však opatrný postoj bank k financování projektů projevuje i v projektech výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů.
 
Co napověděla Pačesova komise?
Hrubý obrázek o tom, jakou část současné spotřeby, resp. výroby elektrické energie by bylo možné teoreticky pokrýt z místně dostupných obnovitelných zdrojů energie (OZE), dávají čísla vyčtená ze zprávy Nezávislé odborné komise pro posouzení energetických potřeb České republiky v dlouhodobém časovém horizontu (NEK), řízené Václavem Pačesem. V roce 2007 činila hrubá výroba v ČR 88,2 TW·h, na čemž se OZE podílely přibližně 3,2 %. Teoretická kapacita obnovitelných zdrojů pro výrobu elektřiny v ČR je však odhadována až na 49,8 TW·h, takže by bylo možné z těchto zdrojů pokrýt dokonce více než 50 % výroby roku 2007. Odhaduje se, že na celkové výrobě elektřiny z OZE by se biomasa podílela 26 %, vítr 12 %, sluneční záření 37 %, geotermální energie 20 % a voda 2,6 %. Nelze zapomínat ani na využití OZE pro výrobu tepla a biopaliv, kde jednoznačně dominuje biomasa následovaná geotermálními zdroji a energií slunečního záření. Do jaké míry je využití teoretické kapacity reálné, jak vysoké investice si vyžádá výstavba a jaké budou náklady na následný provoz, je jistě velká otázka. V každém případě ale má smysl se využitím tohoto potenciálu vážně zabývat. Pro podporu využití OZE doporučuje NEK např.:
  • vedle zákona o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů přijmout legislativu, jež pomůže nastartovat výrobu tepla z obnovitelných zdrojů bez toho, že by stát pokrýval rozdíl mezi náklady na výrobu z OZE a fosilních zdrojů,
  • zjednodušit povolovací proces pro obnovitelné zdroje energie,
  • zahájit účinnou ekologickou daňovou reformu, která postupně přesune část daňového zatížení z práce na využívání fosilních zdrojů energie, včetně zemního plynu,
  • vést rozsáhlou informační kampaň o možnostech a přínosech využití obnovitelných zdrojů energie pro laickou veřejnost.
Petr Horáček