Obecní blackout – dali byste denně 1 Kč a ochránili tak svou obec?

Z výroční zprávy společnosti ČEZ Distribuce a.s. za rok 2017 vyplývá, že v roce 2017 došlo u každého zákazníka v síti ČEZ průměrně k 5,5 hodinám neplánovaného výpadku elektrické energie. Že jste to nezažili? Tak to neznamená nic jiného, než že u vašeho souseda to bylo 11 hodin. A ten to také nebyl? Tak ten další už určitě ano a rovnou 16,5 hodin. A tak dále.

Příkladem budiž malá vesnice na okraji CHKO Šumava, ke které má autor tohoto článku blízko a kde zažil dvoudenní blackout na vlastní kůži. V říjnu 2017 dorazila do Česka vichřice Herwart, která v kombinaci s námrazou způsobila masivní popadání stromů na vedení vysokého napětí zásobujících obec elektřinou. A protože je v obci trvale hlášeno k pobytu jen asi 100 obyvatel, zůstali jsme na seznamu odstraňování poruch až někde hluboko dole. Jak to probíhalo?

Dodávka elektřiny do obce byla přerušena v neděli, přibližně v 9 hodin ráno. Zpočátku se nic zvláštního nedělo, ale již po cca 3 hodinách se vybila baterie záložního zdroje v základnové stanici jediného operátora, který má v obci signál a tím vichřice obec v podstatě odřízla od komunikace. A kdo má dnes analogovou pevnou linku, že? V naší obci ji neměl nikdo…

Navíc stromy popadaly i na jedinou asfaltovou příjezdovou komunikaci a polní cesty byly pro běžné automobily díky rozbahnění nesjízdné. Nebylo jak zavolat hasiče ani na dispečink distributora elektřiny. Obecní rozhlas nefungoval, obyvatelé nemohli být informováni, co mají dělat v případě akutní potřeby (sanitka, požár…). Na obecním úřadě nefungovaly zvonky ani telefony, nešlo topit, ačkoliv je zde kotel na dřevo a to z důvodu nefunkčních oběhových čerpadel. Po chvíli přestala téct voda, čerpadla u hlubinného vrtu v obecní vodárně neměla „šťávu“. Sice tam byly pro tento případ připravené benzínové elektrocentrály, ale jak se nakonec zjistilo, nesměly se použít, protože čistička odpadních vod je neměla a splašky by tak šly přímo do obecního potoka, kde se ochranáři snaží již roky rozmnožit perlorodku… Navíc se je nikdo nepokusil za uplynulý rok ani jednou nastartovat, natožpak vyměnit benzín, takže by velmi pravděpodobně ani nenaběhly.

Bylo štěstím, že se během těchto dvou dnů nestal žádný úraz, nezačalo nikde hořet a venku nebylo mínus 20 stupňů mrazu. A že se to stalo v obci, která má 100 obyvatel a ne v okresním městě, kde jsou dva domovy důchodců a jedna LDNka.

Jaká by byla celková návratnost bateriového systému v této obci, kdyby tam byl? Myslím, že asi tak 5 až 6 hodin. Ihned poté by lidé děkovali celému vedení obce, že bylo tak prozřetelné a investovalo řádově nižší stovky tisíc korun do několika baterií, které tyto kritické systémy udržely v chodu po celé dva dny. Rozpočteno na obyvatele a den, vychází taková investice na jednotky korun. Otázka na občany tedy může například znít přesně jako titulek článku.

Co všechno je potřeba zálohovat?

Každá obec by měla zálohovat především ČOV a čerpadla pro obecní vodovod. Je to sice obvykle ta nejdražší a nejsložitější instalace, ale vyplatí se. Bez všeho se lze kratší či delší dobu obejít, ale nefunkční vodovod a čistička je z mé zkušenosti ten největší problém. Dále určitě klíčovou IT infrastrukturu (jednu pracovní stanici, servery, datové úložiště, switche, routery a modemy, telefonní ústřednu, EZS, obecní rozhlas, kamerový systém atd.) a to nejméně na 24, lépe ale na 36 hodin. Pokud jsou obecní budovy vytápěny kotlem na pevná paliva nebo na zemní plyn, určitě je třeba zálohovat systém řízení kotle, termostaty a oběhová čerpadla. V případě dálkového vytápění pak systém výměníkové stanice. V případě elektrického topení (ať již kotlem nebo TČ) je vhodné mít nějaký záložní, bivalentní zdroj tepla, například obyčejná kamna.

Na kritických místech (přechod pro chodce přes frekventovanou hlavní silnici) je vhodné zálohovat i vybrané body veřejného osvětlení.

Jak takovou zálohu v praxi realizovat?

Proč se nespoléhat na benzínové elektrocentrály a levné UPS z eshopů

Obyčejné benzínové elektrocentrály nejsou vhodné a to především z důvodu nutnosti jejich ručního startování a následného připojování do rozvodů elektřiny. To vyžaduje kvalifikovanou a poučenou osobu, kterou budete v noci, za deště a vichřice jen těžko lákat „do práce“. Levné elektrocentrály prodávané v hobby marketech také generují nekvalitní průběh sinusové křivky a na to špatně reagují IT systémy, obzvláště UPSky, které si v takovém případě „myslí“, že síť stále nefunguje a nepřepnou se z režimu integrované baterie na elektrocentrálu.

Elektrocentrála by tedy musela disponovat funkcí automatizovaného startu a v objektu by musel být systém automatického přepojování mezi sítí a záložním zdrojem. Takové elektrocentrály sice existují, ale cenově se pohybují v řádu stovek tisíc korun. A těžko představitelné řešení je umísťovat takto drahý a komplikovaný systém obrazně řečeno „ke každé lampě“. Nehledě na to, že elektrocentrálu musíte pravidelně spouštět, dobíjet startovací akumulátor, měnit olej a filtr, každých 6 měsíců vyměnit benzín v nádrži atd.

Ani standardní počítačové UPS v hodnotě několika tisícikorun nejsou vhodné řešení. Jejich obvody jsou dimenzovány na občasné spuštění v řádu minut a rozhodně nevydrží trvalý chod v řádu hodin. I když byste k UPS přidali větší baterii o vyšší kapacitě, dříve, než tuto baterii vybijete, samotná UPS se vinou přetížení a přehřátí vypne nebo zničí. Co si tedy počít?

Řešením jsou bateriová úložiště

Ta jsou totiž konstruována na trvalý provoz v řádu několika let či dokonce desítek roků. Jsou složena z průmyslových komponent, nikoliv ze spotřební elektroniky. Obsahují lithium fosfátové baterie, které mají životnost přibližně 8 tisíc nabíjecích cyklů a vydrží zde minimálně 10, spíše ale 15 nebo 20 let. Stejně tak měniče, regulátory a ostatní komponenty v těchto systémech jsou dimenzovány jako trvalé, robustní a průmyslové komponenty.

Zapojují se mezi přívod elektřiny z distribuční sítě a zálohovaný spotřebič a jejich součástí tak je přímo systém přepínání mezi sítí 400/230V a baterií. Spínají se plně automaticky, tedy při výpadku sítě se během několika milisekund automaticky aktivují a nahradí dodávku elektřiny do spotřebiče energií z baterií. Po obnovení funkce distribuční sítě obvykle vyčkávají několik minut, zda je dodávka stabilní a pak opět automaticky přepojí spotřebič přímo na síť a dobijí si ze sítě spotřebovanou kapacitu baterie. Často bývají kombinované s fotovoltaickou elektrárnou, takže dokáží část energie dodávat přímo ze slunce a snižovat spotřebu z distribuční sítě i když síť normálně funguje.

Větší bateriové systémy v sobě mají zabudovanou vlastní diagnostiku, sami se kontrolují a je možné je vzdáleně sledovat a ovládat, například přes mobil nebo web. Nevyžadují žádnou údržbu ani proškolenou obsluhu. A co je nejlepší, vyrábí se v obrovském rozmezí kapacit a výkonů, takže miniaturní baterii můžete například umístit přímo na sloup veřejného osvětlení, zatímco větší systém se hodí například pro ČOV, kde jsou 3-fázové motory a čerpadla. Cenově se tyto systémy pohybují zhruba na úrovni 15 - 50 tis. Kč za 1 kWh kapacity, záleží na provedení, velikosti a integrovaných funkcích.

Kolik to ve skutečnosti stojí?

1. zálohovací baterie pro jednu 50W LED lampu veřejného osvětlení na 16 hodin provozu (tedy průměrně 2 noci) vyjde asi na 15 tis. Kč
2. záložní systém pro 2 úsporná oběhová čerpadla (2 x 15W) se obvykle vejde do 10 tis. Kč
3. u záložního systému pro ČOV, kde jsou 3fázové motory a je potřeba zálohovat 5 kW příkon, počítejte s cenou kolem 300 tis. Kč
4. záložní systém pro kancelář s malým serverem a třemi pracovními stanicemi vyjde na zhruba 100 tis. Kč.

Jak vypadá ideální blackout?

Vraťme se zpět do naší obce. Jak by to zde vypadalo, kdyby vedení obce investovalo do zálohování všech klíčových technologií?

Záložní bateriový systém v ČOV a u čerpadel hlubinného vrtu ihned pomocí SMS hlásí vedení obce, že došlo k výpadku a v pravidelných hodinových intervalech informuje SMSkou starostu a místostarostu, na kolik hodin provozu ještě zbývá v bateriích energie. Starosta ihned kontaktuje dispečink EON a zjišťuje, že závada je vážná a bude odstraněna nejspíše až během pondělního dne. Protože by tak dlouho baterie nemusely vydržet, rozhoduje o použití elektrocentrály, kterou v průběhu dne dobrovolní hasiči přivezou k vodárně, nastartují a připojí na určený vstup bateriového systému. Tím se šetří kapacita baterií, které se dokonce z elektrocentrály opět dobíjejí.

Obecním rozhlasem jsou v opakovaných intervalech informováni obyvatelé, aby se připravili na dvoudenní výpadek, výpadek mobilního signálu a je jim nabízena možnost azylu v budově obecního úřadu, která bude vytápěna, funguje zde chladnička (např. pro léky), telefonní linka, Wi-Fi, televize, podává se teplý čaj, káva a je možné si zde dobít telefony.

Po setmění se celá obec ponoří do tmy, až na budovu obecního úřadu a pět lamp veřejného osvětlení (prostor u ČOV a vodárny, přechod, kontejnery na odpad a most přes místní potok), které dále svítí. To je výrazný psychologický efekt, zvláště pro starší občany.

Samozřejmě, že ani baterie na obecním úřadě nedokáže všechny spotřebiče napájet nepřetržitě dva dny, ale v kombinaci s 5kWp fotovoltaikou na střeše a malou elektrocentrálou, kterou stačí startovat 2 x denně na 2 hodiny, to již jde libovolně dlouho.

V noci dochází benzín v elektrocentrále u vodárny a ČOV, o čemž je starosta opět informován SMSkou. Nevadí to, naopak to bylo takto naplánováno, aby centrála hlukem nerušila. Celou noc opět bez problému nahradí baterie a hasiči se budou restartu elektrocentrály věnovat až druhý den ráno.

Tímto způsobem obec přežila 2 dny bez elektřiny bez sebemenšího problému a přežila by i výpadek řádově delší. V paměti občanů je natrvalo zapsána jako pozitivní zážitek, protože společný večer na obecním úřadě byl to nejlepší, co mnoho z nich za poslední roky zažilo.

Záložní 5 kWh baterie pro server, síťový router, ADSL modem, switch a pobočkovou ústřednu.

A nakonec třešnička na dortu

S připravovanou liberalizací podpůrných služeb pro energetickou soustavu zde existuje reálná a pravděpodobná možnost, že část kapacity obecního úložiště bude možné vyčlenit nějakému obchodníkovi s elektrickou energií pro vzdálené ovládání. Ten kapacitu využije pro obchodování s elektřinou na vnitrodenním trhu, pro kompenzaci odchylky ve své síti nebo právě pro podpůrné služby distribuční soustavě. A tím výrazně zlepší ekonomickou kalkulaci takového úložiště, protože bude obci pravidelně za tyto služby platit.

Autor je zakladatel společnosti GWL a.s., distributora produktů Elerix a Amvolt.

Článek vznikl jako volný přepis autorovy přednášky ze semináře „Akumulátory v energetické koncepci obce“, který pořádala advokátní kancelář FrankBold advokáti v říjnu a listopadu 2018.