Dobré vyhlídky inteligentních rozvodných sítí v USA

Téma inteligentních rozvodných sítí (smart grids) je již delší dobu velmi aktuální v USA i v Evropské unii [1]. Inteligentní rozvodné sítě představují vyspělý systém umožňující v podmínkách liberalizovaného trhu s energií vyrovnávat kolísavou poptávku po elektrické energii s její nabídkou a cenami. Cílem je uspokojit budoucí očekávání konečných uživatelů, zmenšit ztráty energie a zvýšit provozní účinnosti rozvodných sítí při současném ohledu na zátěž životního prostředí spojenou s distribucí elektrické energie. Koncept označovaný jako Smart Grids zahrnuje strukturu rozvodné sítě, její provoz a metody komunikace.
 
V USA se problematikou inteligentních rozvodných sítí zabývá přímo ministerstvo energetiky (Department of Energy – DoE), jehož orgán NETL (National Energy Technology Laboratory) vyhlásil před dvěma lety program s názvem Modern Grid Strategy (tj. strategie moderní sítě), zaměřený na vývoj a zavádění nových metod integrované komunikace, pokročilých metod měření, vyhodnocování stavu a řízení sítě a podpory při rozhodování. Význam inteligentních rozvodných sítí vyzdvihl i americký prezident Obama, který ve svém projevu po nástupu do úřadu vyzval elektrárenské společnosti k urychlené instalaci nejméně 40 milionů inteligentních elektroměrů v amerických domácnostech a k výstavbě 3 000 mil (asi 4 800 km) nových transkontinentálních přenosových vedení, přičemž cílem je zajistit lepší využití obnovitelných zdrojů energie, efektivnější a spolehlivější rozvod elektřiny a vytvořit v souvislosti s tím nové pracovní příležitosti v průmyslu a službách. V rámci řešení hospodářské situace přislíbil pro výstavbu inteligentních rozvodných sítí v příštích letech podporu ve výši čtyř miliard dolarů.
 

Co jsou inteligentní rozvodné sítě

 
Inteligentní rozvodné sítě lze zjednodušeně definovat jako samočinně se řídící a regulující přenosové/distribuční sítě schopné přenášet elektřinu od jakéhokoliv centralizovaného i decentralizovaného zdroje k zákazníkovi i zpět od zákazníka. Používají otevřené metody obousměrné komunikace, inteligentní senzory, řídicí systémy, software a distribuované počítače ke zlepšení účinnosti, spolehlivosti a bezpečnosti dodávek elektrické energie a k jejímu efektivnějšímu využívání. Jejich koncepce umožňuje optimálně využít elektřinu z dislokovaných obnovitelných zdrojů energie, jako jsou větrné elektrárny, fotovoltaické elektrárny na střechách domů, palivové články apod. Protože jsou schopny informovat v reálném čase o aktuálním zatížení sítě, kvalitě dodávky, hrozícím přetížení apod., zaručují lepší kontrolu nad sítí a díky možnosti včas přesměrovat tok elektřiny umožňují předcházet možným výpadkům (blackouts). Jejich výstavba je ovšem technicky i časově náročná a finančně značně nákladná.
 

Práce nepolevují ani v době hospodářského poklesu

 
Podrobně se aktuální situací a vyhlídkami na severoamerickém trhu (USA + Kanada) se systémy a komponentami pro inteligentní rozvodné sítě s vyspělou infrastrukturou pro měření spotřeby energie zabývá nedávno zveřejněná studie renomované americké poradenské společnosti ARC Advisory Group [2]. Zpracovatelé studie očekávají, že roční obrat v tomto významném sektoru severoamerického hospodářství vzroste z přibližně 1,8 miliardy v roce 2008 během příštích pěti letech na téměř 4,7 miliardy dolarů, tedy asi o 160 %, což odpovídá průměrnému ročnímu růstu asi 32 % (obr. 1). Kumulovaně to v uvedeném období představuje tržby ve výši asi 18 miliard dolarů. Díky masivní podpoře tak na rozdíl od jiných průmyslových odvětví růst trhu v tomto odvětví nestagnuje ani v době hospodářských potíží, i když v letech 2009 a 2010 je a bude zřetelně menší.
 
Na cestě k vybudování inteligentní rozvodné „supersítě“ na federální úrovni USA je však třeba překonávat mnoho překážek. Studie ARC uvádí několik významných faktorů, které stále brání rychlejšímu zavádění inteligentních rozvodných sítí. Jsou to zejména chybějící standardy pro obousměrnou komunikaci s inteligentními elektroměry podobnou internetu, pomalý vývoj obslužných zařízení sítě, roztříštěný regulatorní dohled a dlouhé termíny realizačních plánů distribučních společností. Podle analytika Harryho Forbese, hlavního autora studie, je vyspělá infrastruktura pro měření spotřeby AMI (Advanced Metering Infrastructure) na bázi inteligentních elektroměrů a obousměrné vysokorychlostní komunikace základem budoucí inteligentní rozvodné sítě, ale dosud existující standardy pro komunikaci inteligentních elektroměrů jsou ve srovnání s technickými možnostmi internetu a domácích počítačových sítí HAN (Home Area Network) velmi nedokonalé. Distribuční společnosti jsou proto při zvětšování počtu nových instalací typu AMI opatrné a obávají se jak obrovských nákladů, tak i rizika možných změn při současné rychlosti rozvoje techniky. Pro průmyslové podniky je ovšem vyhlídka na instalaci mnoha milionů vyspělých „inteligentních elektroměrů“ do amerických domácností a podniků při ceně 100 až 300 dolarů za kus velmi lákavá a přitažlivá jako možné východisko z krize.
 

Zvětšit inteligenci elektrické rozvodné sítě

 
Zatímco na realizaci progresivní měřicí infrastruktury AMI připadá většina současných výdajů a úsilí věnovaného výstavbě inteligentní rozvodné sítě, je AMI pouze jedním z jejích aspektů. Nová rozvodná síť musí zejména výrazně rozšířit schopnosti současné infrastruktury rozvodu elektrické energie v oblasti obousměrných přenosů dat a zvýšit její inteligenci využitím moderní výpočetní techniky. Cíle jako podporovat vedle centralizované výroby také distribuovanou výrobu energie, zajistit odezvu v reálném čase na odebíraný výkon nebo možnost připojovat hybridní automobily s akumulátorem dobíjeným ze zásuvky (Plug-in Hybrid Electric Vehicles – PHEV) vyžadují zcela jiný model distribuční sítě, než je tradiční jednosměrný tok elektrické energie od výrobce ke konečnému spotřebiteli, který je základem elektrorozvodných soustav v nezměněné podobě od jejich vzniku v 19. století.
 
Základní změna spočívá v zajištění spolehlivé otevřené obousměrné komunikace a umožnění přímých (on-line) transakcí mezi dodavateli a odběrateli energie tak, aby bylo možné využívat vedle relativně malého počtu velkých elektráren, které dodávají elektrickou energii do rozvodné sítě v současnosti, obrovský počet malých dodavatelů energie z obnovitelných zdrojů. Tito noví dodavatelé budou dodávat proud přerušovaně, což bude vyžadovat jak možnost okamžitě přímo obousměrně přenášet energii (k zákazníkovi i od něj), tak i možnost energii akumulovat. Jedna z perspektivních vizí např. počítá s využitím hybridního automobilu jako „zásobníku“ k akumulaci elektrické energie i jako generátoru pro domácnost, popř. k zásobování veřejné sítě, což by mělo přispět ke zlepšení stability sítě a k vyrovnání odběrových špiček.
 

Dynamické určování ceny odebrané energie

 
Vyspělá infrastruktura pro měření spotřeby (AMI) umožňuje automaticky sbírat údaje o spotřebě elektrické energie, bezprostředně je zpracovávat podle různých algoritmů a zpřístupňovat výsledky jak obchodním procesům elektrárenské společnosti, tak i spotřebiteli energie. Přesné informace o spotřebě v reálném čase umožní rozvodným společnostem zavádět propracované tarify stanovující cenu za spotřebovanou elektřinu podle aktuální situace v síti a provozovat disponibilní energetické zdroje a elektrické rozvodné systémy mnohem efektivněji než dosud. Ale také dobře informovaní odběratelé budou moci využívat dodanou energii účinněji a aktivně kontrolovat a řídit její spotřebu, např. automatickým odložením zapnutí velkých spotřebičů na dobu, kdy je v síti menší poptávka po energii (demand side management).
 
Odborníci ARC pokládají za důležité využít co nejlépe obrovský inovační potenciál, který nabízí moderní automatizační a informační technika pro dosažení větší hospodárnosti, bezpečnosti zásobování a ochrany klimatu při rozvodu a využívání elektrické energie. Konečným cílem je vytvořit digitálně propojenou a počítačově řízenou elektrizační soustavu na federální úrovni, zcela otevřenou od výroby až po spotřebu, tedy jakýsi „energetický internet“, do níž bude moci každý zákazník vkládat přebytky energie a čerpat ji v případě potřeby. Nově vytvořená páteřní energetická infrastruktura musí být velmi bezpečná a odolná i proti vnějším hrozbám, včetně kybernetických útoků. Podrobnější informace lze nalézt na webových stránkách společnosti ARC (www.arcweb.com/res/study).
 
Literatura:
[1] KABEŠ, K.: Elektrické rozvodné sítě potřebují automatizaci. Automa, 2008, roč. 14, č. 11, s. 76.
[2] FORBES, H.: Advanced Metering Infrastructure and Smart Grid Outlook for North America.
ARC Advisory Group, June 2009.
Ing. Karel Kabeš
 
Obr. 1. Očekávaný vývoj ročního obratu na severoamerickém trhu s prostředky pro AMI a inteligentní rozvodné sítě do roku 2013 (zdroj: ARC Advisory Group)