Skupina DECCI spouští provoz hybridního zdroje energie s největším bateriovým úložištěm v Čechách

Skupina Decci uvedla v obci Vraňany na Mělnicku do provozu hybridní zdroj energie Energy nest s několika plynovými turbínami a největším bateriovým úložištěm v Čechách. Zařízení slouží ke stabilizaci přenosové soustavy: zdroj energie dokáže flexibilně reagovat na přebytky či nedostatky v síti a mimo dobu aktivace služby je v pohotovostním režimu s nulovou emisní stopou a bez neefektivního využívání paliva.

Změny v energetickém mixu, plánovaný odklon od konvenčních zdrojů energie a rostoucí podíl energie z obnovitelných zdrojů budou zdrojem nestability v elektrizační síti. Proto se v současnosti hledají nové zdroje služeb výkonové rovnováhy (SVR) zajišťující stabilitu a bezpečnost elektrizační sítě. Hybridní zdroj Energy nest o celkovém instalovaném výkonu 52,4 MW pomáhá tyto služby efektivně zajistit.

Energy nest reaguje na měnící se energetické prostředí

„Obnovitelné zdroje energie mají již v roce 2030 stát za čtvrtinou produkce elektrické energie. Nicméně jde o zdroje, které nejsou schopné poskytovat služby výkonové rovnováhy. Na druhou stranu plánujeme odklon od uhelných elektráren, které v současné době stojí za produkcí téměř 60 % elektrické energie a zajišťují stabilitu v síti. Chceme-li i v budoucnosti bezpečnou a stabilní elektrizační síť, musíme hledat zdroje nové. Energy nest odděluje výrobu elektrické energie od poskytování služeb výkonové rovnováhy a představuje řešení, které již dnes reaguje na budoucí potřeby energetiky,“ říká o projektu Darina Merdassi, ředitelka skupiny Decci a členka představenstva E.nest Energy, a dodává: „Energy nest poskytne služby výkonové rovnováhy, a to v rozsahu provozu, který dosud poskytoval elektrárenský blok o výkonu 300 MW spalující hnědé uhlí, a přispěje tím i k dosažení národních cílů v oblasti ochrany klimatu.“

Inovativní energetické řešení

Inovativnost řešení spočívá v kombinaci spalovacích turbín s celkovým výkonem 32,4 MW, které jsou technicky odvozené od leteckých motorů, s bateriovým úložištěm, které je s výkonem 20 MW a kapacitou 22 MW·h největší v České republice. Použité technologie se v kombinaci s unikátním řídicím systémem vhodně doplňují a umožňují plně využít všechny jejich vlastnosti pro poskytování podpůrných služeb ke stabilizaci sítě.

Analýzy ČEPS ukazují, že stávající vývoj energetiky může vést k poklesu regulačního výkonu pro poskytování služeb výkonové rovnováhy. Hybridní zdroj je v současnosti schopen poskytnout jakoukoliv kombinaci služeb výkonové rovnováhy, jmenovitě zálohy pro automatickou regulaci frekvence (FCR), zálohy pro regulaci výkonové rovnováhy s automatickou aktivací (aFRR+) nebo zálohy pro regulaci výkonové rovnováhy s manuální aktivací (mFRR+) až do celkového výkonu 30 MW. V budoucnu se plánuje rozšíření služeb výkonové rovnováhy až na 52,4 MW, a to za využití dosavadních technologií.

Modulární provedení

„Zdroj Energy nest byl navržen tak, aby bylo možné v případě potřeby navýšit jeho kapacitu či ho jednoduše rozšířit o další podobné hybridní systémy. Jde o modulární a škálovatelné řešení, které zároveň vykazuje špičkové parametry dostupnosti a spolehlivosti. V budoucnosti se počítá i s možností výroby takzvaného zeleného vodíku,“ vysvětluje Darina Merdassi další z výhod zdroje Energy nest.

Zdroj je na pozemku o rozloze 1 ha, přičemž zastavěná plocha je 350 m². Je zde tedy dostatek prostoru pro rozšíření zdroje nebo pro výstavbu elektrolyzéru na výrobu vodíku. Elektrolyzér může spotřebovávat elektřinu v době, kdy je jí v síti nadbytek, popř. v budoucnu bude možné využívat elektřinu z nedaleké FVE Vepřek. Stávající plynové turbíny jsou schopné spalovat zemní plyn s až 30 % vodíku. Relativně snadnou přestavbou je možné přejít i na čistý vodík.

Aeroderivativní turbíny

Zdroj má šest plynových turbín aeroderivativního typu, přičemž každá má výkon 5,4 MW. Dodala je britská firma Centrax a jsou řízeny systémy Allen-Bradley¹⁾. Aeroderivativní turbíny jsou svou konstrukcí odvozené od leteckých turbín, a snesou tedy i časté a rychlé starty. S výhodu jsou proto používány jako zdroje pro průmyslová technologická zařízení, kde je třeba počítat s velkými výkyvy spotřeby. Stejná výhoda je užitečná i v tomto případě: turbína je schopná najet z nuly na plný výkon do 2 min. Jako palivo využívá zemní plyn odebíraný prostřednictvím regulační stanice z nedalekého plynovodu VVT.

Jde o turbínu s otevřeným cyklem, tzn. že účinnost je okolo 30 %. To je ve srovnání s kogeneračními nebo paroplynovými zdroji, které dosahují 85 až 90 %, opravdu málo, jenže dynamika takových paroplynových zdrojů je výrazně pomalejší. Je-li třeba je využít k regulaci rozvodné sítě, nemohou začínat od nulového výkonu.

Řídicí systém a optimalizační algoritmy

Řídicí systém hybridního zdroje je založen na jednotkách řady SICAM A8000 od firmy Siemens. Jejich komunikační schopnosti umožňují zpracovávat více než 10 000 datových bodů z celého areálu různými komunikačními protokoly. Systém dále zajišťuje přenos informací na nadřazené řídicí systémy přenosu a distribuce energie ČEPS, ČEZ Distribuce a Net4Gas. Robustnost systému je zajištěna redundantním uspořádáním, které zaručuje velkou spolehlivost.

V řídicím systému jsou integrovány algoritmy pro automatické řízení všech součástí zdroje tak, aby byly splněny podmínky pro připojení do distribuční soustavy a byla garantována vysoká kvalita poskytovaných podpůrných služeb. Výkon z bateriového úložiště je možné do sítě začít dodávat do 1 s. Celý zdroj musí být za každé situace schopen najet podle požadavku ČEPS až na výkon 30 MW lineární rampou 100 kW/s. To znamená, že z nuly do plného výkonu musí najet do 5 min.

Řízení všech systémů je koncipováno tak, aby bylo maximálně autonomní a bezobslužné, a je optimalizováno tak, aby veškerá technologická zařízení byla využívána rovnoměrně s ohledem na jejich výkonové zatěžování a opotřebení. Tyto algoritmy vyvinulo CIIRC ČVUT v Praze s podporou Technologické agentury ČR.

„Hlavní výzvou řízení byla optimalizace provozu. Zapnout na základě požadavku ČEPS dodávku z baterií a počkat, až najedou turbíny, by byla jednoduchá úloha. Jenže požadavky ze strany ČEPS nejsou predikovatelné a může se stát, že dojde ke změně požadavků a zdroj by nemusel být schopen dostatečně rychle reagovat. Proto jsou všechny součásti zdroje virtuálně sdíleny mezi požadované služby a při příchodu požadavku od ČEPS se pro danou službu vyhradí například tři bateriové kontejnery a čtyři turbíny. Tím zůstane rezerva pro další požadované služby. Je také třeba počítat s tím, že když se turbína vypíná, není možné ji okamžitě znovu nastartovat. Výkon z baterií je regulován spojitě, zatímco turbíny jsou spouštěny stupňovitě. V současné době se baterie dobíjejí turbínami. Dobíjení baterií ze sítě je technicky možné, za současné legislativy je to ale velmi drahé řešení,“ popisuje algoritmy řízení a optimalizace provozu Ing. Ondřej Mamula, MBA, vedoucí skupiny Energetika z CIIRC ČVUT v Praze.

„Unikátnost řídicího systému spočívá ve schopnosti maximálně využít vlastností hybridního zdroje a tím dosáhnout jeho maximální efektivity. Algoritmus řízení má přesnou znalost o stavovém chování těchto turbín a díky tomu dokáže reagovat s maximální rychlostí na obtížně předvídatelnou změnu požadavků ČEPS. Algoritmus zároveň minimalizuje spotřebu plynu, což má pozitivní vliv jak na udržitelnost zdrojů a životní prostředí, tak ekonomiku provozu,“ doplňuje doc. Ing. Přemysl Šůcha, Ph.D., vedoucí skupiny Optimalizace na CIIRC ČVUT.

Algoritmy byly vyvíjeny a testovány na digitálních modelech (dvojčatech) reálných technologických zařízení, což umožnilo pohodlně simulovat provoz zařízení a provádět experimenty, které by na fyzickém zařízení byly velmi nákladné, popř. by je z bezpečnostních důvodů ani nebylo možné rea­lizovat.

Uživatelské rozhraní pro pracovníky provozu, údržby, plánování a obchodu zajišťuje vizualizační systém SICAM SCC založený na WinCC. Rozhraní umožňuje kompletní ovládání a monitorování technologických procesů. Všechna data se archivují pro možnost následného zpracování. V konfiguraci SICAM SCC Server a služby WebNavigator poskytuje systém uživatelům plnou flexibilitu. Nejsou zapotřebí pevné pracovní stanice, komunikace se odehrává ve virtualizovaném prostředí.

Rozvodna

Součástí dodávky firmy Siemens je i silová část zdroje. Centrálním bodem je dvousystémová rozvodna vysokého napětí 22 kV, kterou tvoří 23 polí bezúdržbového rozváděče typu Siemens NXPlus. Rozvodna nízkého napětí (0,4 kV) je sestavena ze šesti polí rozváděče Siemens Sivacon S8. Sestavu doplňují dva suché transformátory 2 000 kV·A (22/0,4 kV) a šest olejových transformátorů o výkonu 6 000 kV·A (11/22 kV). Bezpečnost rozvodu vysokého napětí zajišťuje systém chránění postavený na ochranách řady Siprotec 5. Vlastní spotřebu na napěťové hladině 0,4 kV chrání produkty Sentron.

Společnost Siemens dodala pro elektrárnu ve Vraňanech také systém pro zabezpečené připojení a vzdálenou správu, které jsou postaveny na produktech Scalanace a Sinema RC. Použité prvky kybernetické bezpečnosti splňují požadavky na použití v kritické infrastruktuře.

Od společnosti Siemens je rovněž zabezpečení celého areálu. Tvoří je kamerový systém, elektrická požární signalizace, elektronický zabezpečovací systém budov a perimetrický systém zdroje.

Realizace a financování výstavby

Za realizací stavby hybridního zdroje stojí společnost Siemens, hlavními dodavateli technologií jsou britská společnost Centrax (turbíny) a německá SMA Altenso (baterie). Na projektu se významně podílely i české poradenské firmy Euroenergy, Nano Energies a OSC. Celková výše investice přesahuje 1 miliardu korun, skupina Decci získala na financování projektu klubový úvěr v hodnotě 750 milionů korun od České spořitelny a Komerční banky. Celý zdroj byl postaven zcela bez dotací.

[Tiskové zprávy firem Siemens a Decci.]

 Petr Bartošík

(Foto: CzechPRomotion)

Obr. 1. Letecký pohled na areál zdroje Energy nest: vpředu vlevo je regulační stanice zemního plynu, za ní je šest komínů plynových turbín a vzadu velín a rozvodna; vpravo od nich jsou bateriové domky a střídače; zcela vzadu je stávající rozvodna, která ale do areálu Energy nest nepatří; volný prostor vpředu vpravo může být v budoucnu využit pro stavbu elektrolyzéru na výrobu vodíku

Obr. 2. Aeroderivativní turbína v kontejneru (velký červený elektromotor dole je startér, vpravo je spalovací prostor a vlevo pokračuje hřídel turbíny ke spojce a generátoru)

Obr. 3. Bateriové kontejnery dodala německé firma SMA Altenso

Obr. 4. Interiér bateriového kontejneru