Záloha ČOV použitou baterií z elektrobusu – jak obstála při celodenním blackoutu?

„Za devatero horami a devatero řekami…“ stojí malá šumavská víska jménem Křišťanov u Prachatic. Hádejte, co se stane, když takovou odříznutou obec postihne výpadek elektrické energie například po vichřici? Vůbec nic. Pomoc nedorazí třeba ani desítky hodin po výpadku, protože v takový moment jsou priority energetiků samozřejmě jinde.

Po jednom takovém dvoudenním blackoutu, který už jsme popisovali v našem dřívějším článku, jsme s osvíceným vedením obce zrealizovali projekt bateriové zálohy obecní čistírny odpadních vod. Ukázalo se totiž, že je to opravdu nejkritičtější infrastruktura. Zatímco bez elektřiny se dá nějaký čas obejít a je to spíše otázkou komfortu, bez pitné vody a kanalizace ne.

Fotografie displeje zobrazující kapacitu baterie po třech hodinách plánovaného výpadku. Zbývá 86 % kapacity baterie.

Takové počasí panovalo na místě čističky v dubnu při plánované odstávce. V popředí je vidět nabíjecí stanice pro kola a jinou drobnou elektroniku.

Obecní baterie s fotovoltaikou aneb „domek plný pokladů“

Křišťanov se nachází v srdci CHKO a v místním potoku navíc žije jedna z největších středoevropských populací perlorodky, které ke svému životu potřebují vodu čistou na úrovni kojenecké. Čistička v naší malé vesničce tudíž není ledasjaká: je vybavena technologií speciálních membrán, které se používají i na kosmických lodích a na stanici ISS. Vodu vytékající z ní můžete v podstatě pít. Každý výpadek proudu v čističce tu tedy může mít za následek nebezpečí dalece přesahující horizont malé vesnice.

Zadáním investora bylo zálohovat stávající čističky proti výpadku elektrické energie, a to nejméně na 24 hodin. Dále byl požadavek na maximální využití střechy ČOV pro instalaci solárních panelů: tím se jednak sníží spotřeba elektrické energie, ale také prodlouží funkčnost zálohy v případě potenciálního black-outu. Před objektem čistírny je dále umístěna veřejně přístupná nabíjecí stanice pro elektrokola a drobnou elektroniku poháněná energií ze solárních panelů.

Akumulátory z elektrobusu čeká druhý život

Realizovaný bateriový systém je složený ze 64 kusů původně 300Ah článků typu LiFePO4 (lithium-železo-fosfátový akumulátor, nebo také LFP) o celkové původní kapacitě 63 kWh (64 × 300 Ah × 3,3 V). Proč původní? Protože tyto lithiové články devět let poháněly elektrobus a ujely s ním 270 000 km. Jejich současná průměrná kapacita je tedy „pouze“ 240 Ah, což je stále 80 % té původní. S rezervou raději počítejme jen 200 Ah (67 %). Reálná současná kapacita v kilowathodinách je tedy nejméně 200 Ah × 64 ks × 3,3 V = 42 kWh. Tímto jsme bateriím dali „druhý život“ a ve svém novém působišti budou sloužit dalších nejméně 10 let let, spíše však více. I pro tyto vlastnosti máme rádi technologii LiFePO4.

Instalace solárních panelů probíhala za o poznání příznivějšího počasí

Bateriový pack a UPS před instalací izolace (termo pláště)

Na střeše je instalováno 10 ks panelů s nominálním výkonem 300 Wp, tj. celkem 3kWp systém. Kvůli složité byrokracii a technickým požadavkům distributora elektrické energie jsme měniče systému nakonfigurovali do módu bez přetoků energie do sítě, napájí tak pouze vlastní spotřebu ČOV a nabíjecí stanice, případně pomáhají dobíjet baterie. Ve stávající konfiguraci investorovi šetří cca 30 % nákladů na energii ročně (systém budeme dále zefektivňovat s pomocí předpovědi počtu slunečních hodin službou PV Forecast od ČVUT a úspora tak bude vyšší).

Cena této instalace bez baterií, nicméně včetně všech souvisejících zařízení, konstrukčních prvků, bezpečnostních ochran a montáže byla 310 tis. Kč. K tomu si obec formou služby pronajala již zmíněné „second life“ baterie o kapacitě více 42 kWh za cenu 2 tis. Kč měsíčně bez DPH. Pokud vás zajímá detailní rozpočet tohoto projektu včetně přehledu použitých zařízení a jejich zapojení, doporučujeme brožuru Zálohování kritické infrastruktury, kterou jsme věnovali této problematice.

A jak si bateriová záloha poradila s celodenním výpadkem?

V dubnu tohoto roku byla naplánována celodenní odstávka elektřiny v obci. Tou dobou navíc na Šumavě panovalo ještě ryzí horské počasí: teplota lehce pod nulou a sněhová vánice – tedy žádný ideál ani pro baterky, ani pro solární panely. My jsme tohoto plánovaného výpadku využili k revizi našeho bateriového záložního systému. Co jsme naměřili?

Výpadek elektřiny nastal v 8:04, po třech hodinách jsme pořídili fotografie displeje zobrazující kapacitu baterie: ČOV spotřebovala 14 % ze 42 kWh tj. asi 5,9 kWh, což odpovídá 28 Ah. Baterie by tedy tímto tempem vystačila nejméně na 21 hodin provozu, což je však údaj zkreslený – čistička neběží stále na plný výkon, průměrná celoroční spotřeba je asi 15 kWh denně.

Navzdory nepříznivému počasí byla díky důkladné izolaci a využití odpadního tepla z ostatních zařízení systému teplota bateriových článků kolem 13 °C, tedy ideální provozní teplota.

Fázi intenzivního procesu čištění odpadní vody (příkon celé technologie ČOV byl 4,57 kW) jsme využili k přeměření všech článků baterie: jejich napětí při této zátěži kolísalo mezi 3,11–3,22 V, což je na vysloužilé články skvělá hodnota značící, že i po tak dlouhé a náročné službě v elektrobusu jsou zcela v pořádku. Napětí naprázdno se pak pohybovalo v rozmezí 3,28–3,44 V, tedy bohatě v limitu specifikace článků.

Naše zkušenost

Celý systém zálohování funguje bezchybně již od listopadu 2019. Během této doby zajistil občanům plný komfort používání obecního vodovodu a kanalizace i během výpadků elektrické energie v souvislosti s vichřicí Sabine a orkánem Yulia, které postihly střední Evropu během ledna a února 2020. Narozdíl od zálohování pomocí benzínové elektrocentrály (kterou zde ovšem ani není možné použít kvůli vysokým náběhovým proudům a obtížnému přístupu v zimě) je toto řešení plně autonomní a automatizované, a to i při výpadku mobilní sítě. Navíc kromě standardních kontrol párkrát za rok nevyžaduje žádnou údržbu. Součástí systému je také vzdálené sledování pomocí internetového rozhraní a emailová či SMS upozornění.