Využití nadprodukce elektřiny z FVE pro vytápění a přípravu teplé vody ve výrobním areálu, část 2.
Autoři porovnávají naměřená data o výrobě a využití elektrické energie vyrobené solární fotovoltaickou elektrárnou s celkovou spotřebou elektrické energie ve výrobním areálu firmy. V druhé části článku navazují úvahami o možnostech využití nadvýroby elektřiny pro vytápění a přípravu teplé vody a jeho ekonomice.
© Fotolia.com
V první části článku byl proveden rozbor skutečného stavu výroby elektřiny ve vlastní FVE v porovnání se spotřebou areálu, odběru elektrické energie ze sítě EON a naopak dodávky přebytků do sítě EON, a to v letech 2011 až 2016. Na tento rozbor navazuje analýza možností akumulace energie z nadvýroby FVE pro její pozdější využití v areálu s cílem zvýšit celkovou efektivitu.
Pro připomenutí, jedná se o výrobní areál, ve kterém je instalována vlastní solární fotovoltaická elektrárna (dále jen FVE) o výkonu 40,8 kWp. K dodávce elektrické energie do sítě (nadvýroba FVE) dochází ve chvíli, kdy FVE vyrábí vyšší množství elektrické energie, než je aktuálně možné v rámci výrobního areálu spotřebovat.
Obecně lze nadvýrobu energie akumulovat ve formě elektrické energie do baterií nebo ve formě tepla do akumulačních nádrží. Ostatními formami možností akumulace energie, např. do vodíku, se v tomto případě s ohledem k současným investičním nárokům nebudeme zabývat.
Bohužel, ani varianta akumulace energie do baterií, byť by byla ideální, není v čase psaní tohoto článku (07/2017) finančně rentabilní, pro podniky nebyla vypsána žádná investiční podpora čistě na akumulaci ze stávajících OZE a ekonomická návratnost se tak pohybuje dalece za životností bateriových systémů.
Proto se v následující části budeme věnovat akumulaci nadbytečné energie do tepla, tedy možnosti jejího následného využití pro vytápění nebo přípravu teplé vody (dále jen TeV). Letní období, tedy množství sice největší nadvýroby, ale bohužel nemožnosti jejího zpětného využití mimo TeV, zde neřešíme.
Nejdříve si na grafech porovnáme skutečné naměřené denní odběry ze sítě distributora ve výrobním areálu a skutečné naměřené dodávky do jeho sítě v průběhu topné sezony. Konkrétně jsou pro ukázku vybrána otopná období 2015/2016 a 2016/2017.
Následně bude diskutováno jejich možné a efektivní případné využití. V současné době je v daném výrobním areálu teplá voda připravována lokálně, k vytápění je používána kombinovaná příprava otopné vody převážně pomocí zemního plynu, tepelným čerpadlem a vytápění je částečně zajišťováno i lokálními elektrickými topidly.
Dále jsou uvedeny grafy s celkovým denním množstvím elektrické energie dodané „ZE“ sítě distributora (činná spotřeba) označené v grafu oranžovou barvou a celkovým denním množstvím elektrické energie dodané „DO“ sítě distributora (činná dodávka), tzv. přetoků, které jsou označené v grafu modrou barvou.
Zimní období
V zimním období se předpokládají největší nároky na vytápění a zároveň nejmenší množství nadvýroby FVE s ohledem na krátký sluneční svit.
V prvním grafu se jedná o období prosinec 2015 až únor 2016 (12/2015 až 2/2016). Z grafu je patrné, že i ve dnech pracovního klidu neklesá denní spotřeba elektrické energie, kterou je nutné dodat ze sítě distributora pod hodnotu 150 kWh/den. Množství energie dodané do sítě distributora z FVE, tedy nespotřebované v areálu, bylo logicky nejvyšší ve dnech pracovního klidu a pohybovalo se nejčastěji od cca 50 kWh do cca 89 kWh. Jinak v daném období nedocházelo k příliš významným přetokům mimo dny pracovního klidu.
Graf 1. Dodávka versus spotřeba za prosinec 2015 až únor 2016
Celkové množství elektrické energie dodané do sítě distributora (činná dodávka) v období 1. 12. 2015 až 29. 2. 2016 činilo 922 kWh. Celkové množství elektrické energie odebrané ze sítě distributora (činná spotřeba) v období 1. 12. 2015 až 29. 2. 2016 činilo 29 589 kWh.
Celková spotřeba v areálu pak činila 33 084 kWh. Rozdíl mezi celkovou spotřebou v areálu a odběrem ze sítě distributora (činnou dodávkou) ve výši 3 495 kWh byl dodán z FVE (jedná se o tzv. vlastní spotřebu).
Graf 2. Dodávka versus spotřeba za prosinec 2016 až únor 2017
Další graf zobrazuje stejné roční období o rok později – tedy prosinec 2016 až únor 2017 (12/2016 až 2/2017). Celková denní spotřeba elektrické energie, která byla dodána ze sítě distributora v areálu, celkově mírně vzrostla a v daném období již neklesla pod hodnotu 200 kWh/den. Jednou z možných příčin byla chladnější zima oproti předchozím období. Množství energie dodané do sítě z FVE, tedy nespotřebované v areálu, bylo nejvyšší ve dnech pracovního klidu a pohybovalo se nejčastěji do cca 50 kWh/den a jen jednou dosáhlo výše 105 kWh/den. Znovu v daném období nedocházelo k příliš významným přetokům (činná dodávka do sítě distributora) mimo dny pracovního klidu.
Celkové množství elektrické energie dodané do sítě distributora (činná dodávka) v období 1. 12. 2016 až 28. 2. 2017 činilo 672 kWh. Celkové množství elektrické energie odebrané ze sítě distributora (činná spotřeba) v období 1. 12. 2016 až 28. 2. 2017 činilo 42 401 kWh.
Celková spotřeba v areálu pak činila 47 750 kWh. FVE tedy dodala 5 349 kWh pro vlastní spotřebu areálu.
Jarní období
Jiná situace nastává na jaře – v období březen až duben. V tomto období se stále ještě předpokládají nároky na vytápění a zároveň je již větší množství nadvýroby FVE s ohledem na delší sluneční svit. Níže je uveden graf 3. za období 1. 3. až 30. 4. 2016. Díky vyšší výrobě FVE v tomto období (samozřejmě za předpokladu slunečného počasí), není nutné odebírat tolik elektrické energie ze sítě distributora. Ve dnech pracovního klidu postupně klesá (především tedy koncem března a v dubnu) celková denní spotřeba elektrické energie, kterou je nutné dodat ze sítě distributora v areálu až pod hodnotu 100 kWh/den.
Množství energie dodané do sítě z FVE, tedy nespotřebované v areálu, bylo pochopitelně nejvyšší ve dnech pracovního klidu a pohybovalo se již téměř vždy nad 50 kWh/den a v druhé polovině sledovaného období již v daných dnech přesahovalo hodnotu 150 kWh/den a třikrát dokonce hodnotu 200 kWh/den. Častěji je již dosahováno přetoků (činná dodávka do sítě distributora) i mimo dny pracovního klidu.
Graf 3. Dodávka versus spotřeba za březen až duben 2016
Celkové množství elektrické energie dodané do sítě distributora (činná dodávka) v období 1. 3. až 30. 4. 2016 činilo 2 897 kWh. Celkové množství elektrické energie odebrané ze sítě distributora (činná spotřeba) v období 1. 3. až 30. 4. 2016 činilo 14 668 kWh.
Celková spotřeba v areálu pak činila 19 937 kWh. FVE tedy dodala 5 269 kWh pro vlastní spotřebu areálu.
Graf 4. Dodávka versus spotřeba za březen až duben 2017
Ve stejném období o rok později, tedy 1. 3. – 30. 4. 2017 je situace obdobná, liší se jen v některých dnech podle toho, jaké panovalo počasí, viz graf 4. Díky vyšší výrobě FVE v tomto období není nutné odebírat tolik elektrické energie ze sítě distributora EON. Od poloviny tohoto období ve dnech pracovního klidu klesá celková denní spotřeba elektrické energie, kterou je nutné odebrat ze sítě (distributora EON) v areálu, až k hodnotě 100 kWh/den, případně i méně.
Celkové množství energie dodané do sítě z FVE bylo v tomto roce mírně nižší, pravděpodobně i vlivem celkově vyšší celkové spotřeby v areálu. Ve dnech pracovního klidu se pohybovalo již téměř vždy nad 50 kWh/den a v druhé polovině sledovaného období již v daných dnech přesahovalo hodnotu 100 kWh/den a většinou i 150 kWh/den. Znovu je již dosahováno přetoků (činná dodávka do sítě distributora) i mimo dny pracovního klidu.
Celkové množství elektrické energie dodané do sítě distributora (činná dodávka) v období 1. 3. až 30. 4. 2017 činilo 2 575 kWh. Celkové množství elektrické energie odebrané ze sítě distributora (činná spotřeba) v období 1. 3. až 30. 4. 2017 činilo 16 855 kWh.
Celková spotřeba v areálu pak činila 23 201 kWh. FVE tedy dodala 6 346 kWh pro vlastní spotřebu areálu.
Podzimní období
Podzimní období je překvapivě o dost slabší oproti tomu jarnímu. V grafu 5. je porovnání pro podzim 2015, konkrétně období 1. 10. až 30. 11. 2015.
Graf 5. Dodávka versus spotřeba za říjen až listopad 2015
Činné dodávky z FVE do sítě EON již nejsou tak výrazné jako na jaře a postupně koncem daného období klesají i o víkendech (záleží samozřejmě na aktuálním počasí). Mimo dny pracovního klidu již dochází jen k velmi nízkým nebo žádným přetokům a o víkendech na počátku a uprostřed zvoleného období tyto přetoky dosahují cca 100 kWh/den a jen výjimečně hodnoty vyšší, maximum pak bylo 129 kWh/den. Zbylé víkendy jsou přetoky pak max. do cca 20 kWh/den.
V daném období došlo ke zvýšení minimální celkové denní spotřeby (činná spotřeba) elektrické energie, kterou je nutné odebrat ze sítě (distributora EON) v areálu o víkendech z cca 76 kWh/den na poněkud ustálených cca 135 až 150 kWh/den a až zcela koncem období se tato hodnota zvýší na cca 250 až 280 kWh/den.
Celkové množství elektrické energie dodané do sítě distributora (činná dodávka) v období 1. 10. až 30. 11. 2015 činilo 1111 kWh. Celkové množství elektrické energie odebrané ze sítě distributora (činná spotřeba) v období 1. 10. až 30. 11. 2015 činilo 16 666 kWh.
Celková spotřeba v areálu činila 20 291 kWh. FVE tedy dodala 3 625 kWh pro vlastní spotřebu areálu.
V grafu 6. je zachycen podzim 2016 o rok později, konkrétně období 1. 10. až 30. 11. 2016.
Graf 6. Dodávka versus spotřeba za říjen až listopad 2016, podzim 2016
Mimo dny pracovního klidu již téměř nedochází k přetokům a o víkendech tyto přetoky dosahují max. 50 kWh/den a jen výjimečně hodnoty vyšší, maximum pak bylo 102 kWh/den.
Též se postupně zvyšuje minimum celkové denní spotřeby (činná spotřeba) elektrické energie, kterou je nutné odebrat ze sítě (distributora EON), které nastává ve dny pracovního klidu z cca 65 až 100 kWh/den až na cca 175 až 200 kWh/den, koncem daného období.
Celkové množství elektrické energie dodané do sítě distributora (činná dodávka) v období 1. 10. až 30. 11. 2016 činilo 757 kWh. Celkové množství elektrické energie odebrané ze sítě distributora (činná spotřeba) v období 1. 10. až 30. 11. 2016 činilo 19 932 kWh.
Celková spotřeba v areálu činila 23 147 kWh. FVE tedy dodala 3 215 kWh pro vlastní spotřebu areálu.
Posouzení významu akumulace energie z nadvýroby FVE do tepla
a) Akumulace ve vytápění
Má tedy význam akumulovat energii z nadvýroby FVE ve formě tepla pro následné vytápění areálu? Vzhledem k dosahované nadvýrobě FVE má tato úvaha smysl snad jen v jarním a podzimním období.
Pokud budeme vycházet z výše uvedených grafů, potom je nadvýroba v jarním období cca 2,7 MWh, v podzimním období cca 1 MWh, v zimním cca 0,8 MWh. Kdybychom tuto energii dokázali přeměnit v teplo a zpětně jej využít (neuvažujeme přitom ztráty z přeměny, čerpací práci a ostatní ztráty, stejně jako nelogický poplatek na OZE za energii, kterou si sami vyrobíme a spotřebujeme a která se pohybuje ve výši okolo 1,– Kč/kWh), budeme diskutovat o využití cca 4,5 MWh z nadvýroby FVE, oproti stejnému množství nakoupené energii ve formě zemního plynu pro vytápění, protože právě do části otopné soustavy s plynovými kotly by mohla být přebytečná energie akumulována.
V současné době je společností hrazená cena za zemní plyn na úrovni 913,– Kč/MWh (komodita, doprava, platby a bez DPH). Potom by roční úspora při plném využití nadvýroby elektrické energie byla přibližně:
4,5 MWh/rok ‧ 913,– Kč/MWh = 4108,50 Kč/rok
Investiční náklady, především akumulační nádrž o objemu alespoň 2 000 litrů, 3 kusy topných spirál po 6 kW, systém regulace pro ovládání přetoků, elektro rozváděč, armatury a čerpadla, montážní práce a tepelná izolace, se i odhadem jen stěží vejdou do 120 000,– Kč bez DPH.
Orientační prostá návratnost tedy vychází na téměř 30 let, bez ohledu na životnost technologie, a jeví se tak jako ekonomicky nezajímavá.
b) Akumulace v připravené teplé vodě
Má význam akumulovat energii z nadvýroby FVE ve formě tepla v připravené teplé vodě pro mytí?
Na rozdíl od vytápění, bude v případě využití nadvýroby FVE formou tepla do akumulačních nádrží, boilerů na teplou vodu, možnost nadvýrobu FVE využít celoročně. A to zejména v období, kdy je nadvýroba největší. S investičními náklady lze orientačně uvažovat obdobně, jako u varianty pro vytápění. Navíc příprava teplé vody je dnes v areálu prováděna čistě elektřinou z důvodů její lokalizace a s tímto způsobem přípravy se počítá i do budoucna.
Energetickou náročnost přípravy teplé vody v areálu lze odhadnout na průměrných 1,1 MWh/měsíc. Uvažujme, že nabíjení AKU nádrže bude probíhat pouze z přetoků, tedy přes den; můžeme totiž nabíjet i na vyšší teplotu a tu potom na výstupu z AKU nádrže korigovat směšováním s přiváděnou studenou vodou přímočinnou třícestnou armaturou na bezpečnou úroveň.
Proti ní můžeme postavit nadvýrobu energie FVE, podobně jako u vytápění, v podzimním a zimním období v plném rozsahu nadvýroby, v jarním a v letním období v plném rozsahu potřeby teplé vody. Celkem tedy (opět pro jednoduchost bez ztrát z přeměny a ostatních):
| Zima, 3 měsíce × 0,8 MWh = | 2,4 MWh |
| Podzim, 2 měsíce × 1 MWh = | 2,0 MWh |
| Zbývající doba, 7 měsíců × 1,1 MWh = | 7,7 MWh |
| Celkem tedy | 12,1 MWh |
V našem případě s průměrnou cenou nakupované elektrické energie na úrovni 3 892,– Kč/MWh vychází roční úspora při maximálním možném využití nadvýroby elektrické energie pro celoroční přípravu teplé vody přibližně:
12,1 MWh/rok ‧ 3892,– Kč/MWh = 47093,– Kč/rok
Orientačně určená doba prosté návratnosti se posunula do pásma velice zajímavé ekonomické efektivity kratší jak 3 roky. Tudíž stojí za to se tímto způsobem využití nadvýroby FVE podrobně zabývat.
Závěr
Před nekritickým zevšeobecnění údajů, které byly v článku prezentovány a diskutovány, je nutné si uvědomit, že vycházejí z konkrétního stavu výrobního areálu společnost ETL-Ekotherm a.s. a že jiné areály a s jinými podmínkami se mohou svými údaji lišit. Jedná se o konkrétní příklad vycházející z konkrétních dat.
Z analýzy vyplývá, že vytápění, ačkoliv spotřebuje mnohem více energie než příprava teplé vody, nabízí potenciál úspor jen okolo 4,5 MWh/rok, zatímco v přípravě teplé vody je potenciál téměř trojnásobný, okolo 12,1 MWh/rok.
Na základě výše uvedených poznatků se společnost ETL-Ekotherm a.s. rozhodla realizovat přípravu TeV z přebytků výroby FVE.
The authors compare the measured data on the production and use of electricity produced by the solar photovoltaic power plant with the total electricity consumption in the production area of the company. The second part of the article is based on considerations about the use of overproduction of electricity for heating and hot water preparation and its economy.
