Tecomat Foxtrot – „inteligentní dům“ jako chytrý uzel v síti Smart Grid
V chytré síti SmartGrid se musí propojit chytré uzly. Zatím v pilotních projektech jsou osazovány chytré elektroměry realizující Smart Metering. Každých 15 minut změří spotřebu odběrního místa a průběh předají do „centra“. Naopak z centra elektroměr obdrží informaci kdy a jaký z předpokládaných čtyřech tarifů má nastavit na svých výstupech v následujícím období. Rozesláním individuálních pokynů na všechny elektroměry by se mělo aktivně ovlivnit chování odběrního místa, a tak by se mohla udržovat okamžitá rovnováha výroby a spotřeby elektřiny. Zatím se v pilotních projektech ověřuje spolehlivost obousměrného přenosu dat z každého elektroměru.
Na druhé straně řada samotných odběrních míst dnes začíná být „smart“ díky soukromým investorům, kteří o cenách energií a o různých způsobech její výroby, akumulace a spotřeby a o úsporách uvažují již nyní. Za současného stavu legislativy, připojovacích podmínek, výkupních cen, dvojtarifního systému HDO a na trhu dostupných technických řešení. Také zde jde o první, řekněme pilotní projekty.
Dnešní domy začínají být více či méně „chytrou“ kombinací akumulačních nádrží, fotovoltaických panelů, střídačů, baterií, tepelných čerpadel, plynových kotlů, krbů, klimatizací, ventilací, rekuperací, úsporných LED osvětlení, zavlažování aj. Představme jednu z řady realizací tzv. inteligentního rodinného domu řízeného systémem Foxtrot kolínské firmy Teco a.s.
Z široké škály možností a funkcí, které tento volně programovatelný systém nabízí, se majitel rodinného domu soustředil na aktivní řízení výroby, spotřeby a akumulace energií a na minimalizaci nákladů na ně. Předešleme, že pokud budeme mluvit o Foxtrotu, pak se zde jedná o jeho OEM verzi ID-12, se kterou pražská firma Regulus dodává a do tohoto konkrétního domu i dodala celý systém akumulace a vytápění podle vlastního vývoje a návrhu.
Podívejme se tedy dovnitř Foxtrotu na jeho webovou stránku, kde jsou všechny parametry a stavy uvedeny na přehledovém schématu.
Obr. 1 Přehledová interaktivní webová stránka Foxtrotu, který řídí kompletní energetiku objektu
Najdeme zde tři základní zdroje: fotovoltaika na střeše domu a její měniče (FVE), tepelné čerpadlo vzduch/voda a záložní kotel na pevná paliva. Dále je tu sestava dvou akumulačních nádrží: primární a sekundární, ze kterých se oběhovými čerpadly odebírá topná voda do radiátorů. Je tu i samostatná nádrž na přípravu užitkové teplé vody. Snahou je maximální využití vlastní energie z FVE. V tomto konkrétním případě se energií ze slunce přes den pohání tepelné čerpadlo, které násobí tuto energii vlastní faktorem COP. Tedy poměrem vyrobené teplené energie a dodané energie elektrické. Vyrobené teplo se akumuluje jak pro následné topení, tak pro teplou užitkovou vodu.
Tato sestava umožňuje využití tepelného čerpadla v době, kdy má největší účinnost. Tedy přes den, kdy je okolní vzduch teplejší. Pokud alespoň trochu svítí slunce, nákupem elektřiny ze sítě se doplní pouze to, co nedá vlastní FVE. V případě velkých mrazů, kdy klesá účinnost tepelného čerpadla, je tu ještě záložní kotel, který pak lze do akumulačních nádrží zapnout na plný výkon, a využít tedy jeho maximální účinnosti.
Obr. 2 Fotovoltaická elektrárna na střeše rodinného domu, kde její 100% využití optimalizuje systém Foxtrot
Systém využívá v algoritmech i predikce. V horní části schématu jsou zobrazeny aktuální teplota a oslunění včetně předpovědi na dnešek a zítřek. Foxtrot si tato data stahuje automaticky z internetového předpovědního serveru pro danou lokalitu. To umožňuje např. neakumulovat více energie pro příští den, než je nezbytně potřeba. Lze tedy vypnout tepelné čerpadlo i dříve, a tím také ušetřit. Nebo naopak využít slunečního svitu a naakumulovat více energie pro příští dny, kdy bude pod mrakem a elektřina by se musela nakupovat ze sítě. Je samozřejmostí, že Foxtrot umožňuje dále regulovat spotřebu v jednotlivých radiátorech změnou žádané hodnoty. Jde o tzv. zónovou regulaci podle časového programu nebo podle aktuální obsazenosti v jednotlivých místnostech.
Na rozdíl od termostatů, byť chytrých, a dalších jednoduchých řešení lze s Foxtrotem a jeho programovatelnými a komunikačními možnostmi přistoupit k optimalizaci spotřeby energií opravdu komplexně. Již dnes pracuje s aktuální cenou jednotlivých druhů energií a se skutečnou tj. měřenou účinností jednotlivých zdrojů. Je naprogramován tak, aby pro dosažení cíle, tj. tepelné pohody, využil v daném okamžiku těch nejlevnějších zdrojů. Přehledně o tom vypovídají tabulky v dolní části schématu. Jsou o aktuálních tocích a cenách energií a o efektivitě využití jednotlivých zdrojů energie.
V první tabulce zprava je zobrazen aktuální tok energie přes elektroměr distribuční sítě, a to ve všech 3 fázích. Foxtrot totiž hlídá i rovnoměrnost nákupu, resp. minimalizuje nevyváženost mezi fázemi. Foxtrot lze nastavit i podle typu smlouvy odběrního místa s distribucí podle toho, jestli má povoleny přetoky do sítě nebo ne. Pak hlídá, aby buď zbytečně nepřetekla elektřina, pokud se dá využít doma, nebo naopak nakoupí trochu více, aby měl vždy jistotu, že nebude penalizován za přetok do sítě. Je tu zobrazen i aktuální stav HDO, tedy nízký nebo vysoký tarif.
Třetí a čtvrtá tabulka je věnována aktuálním parametrům tepelného čerpadla. Je zde teplota venkovního vzduchu, ze kterého se čerpá energie až na výstupní teplotu. Je tu elektrický příkon čerpadla a měřený tepelný výkon. Z toho je počítán aktuální faktor COP. Tedy účinnost, nebo řekněme „ziskovost“ využití elektrické energie pro topné účely. Třetí tabulka hovoří o statistice provozu tepelného čerpadla.
Pátá tabulka dává přehled o bilanci prodeje a nákupu elektřiny z distribuční sítě a o výrobě a využití vlastním (FVE). V ní jsou číselně i sloupcovým grafem zobrazeny zleva nákup elektřiny ze sítě, prodej do sítě, aktuální výkon vlastní FVE a poslední sloupec je stupeň využití této vlastní energie ve vlastním objektu. Plný poslední zelený sloupec značí, že všechna energie je využita „doma“.
Šestá tabulka ukazuje aktuální prodej elektřiny do sítě, její aktuální výkupní cenu a informaci, kolik by se za daných okolností teoreticky utržilo za hodinu, za den, za měsíc a za rok. I to je způsob využití v místě vyráběné energie.
Mohlo by se v budoucnu stát, že pokud by nějaký obchodník s energií uměl tento přebytek zhodnotit v danou chvíli lépe a byl schopen a ochoten do Foxtrotu poslat informaci o svojí nabídkové ceně, Foxtrot by mohl vyhodnotit, že je to pro něj aktuálně výhodnější a přesměrovat tok energie ze své FVE do distribuční sítě. Nebo by si aktuální cenu mohl přečíst na internetovém portálu obchodníka a přes tento portál operativně uzavřít smlouvu na dodávku určitého množství energie v určitém čase. V současné době si tento Foxtrot čte aktuální hodinovou cenu energie z portálu OTE – Operátora trhu s elektřinou. Je zobrazena v druhé tabulce.
Zde konečně docházíme k tématu titulku tohoto článku. Inteligentní dům, řízený Foxtrotem má díky jeho komunikačním a uživatelsky programovatelným vlastnostem reálný potenciál obstarat nejen všechny lokální funkce typu osvětlení, žaluzií, zónové regulace topení a klimatizace, zabezpečení, přístupový systém, včetně např. ovládání multimédií nebo specializovaných asistivních funkcí pro seniory a hendikepované, ale i on-line komunikaci a následně obchodování s vnějšími dodavateli energií, především elektřiny ve zmiňované Smart Grid.
Vyvažování odchylek mezi výrobou a spotřebou elektřiny formou nákupu a prodeje probíhá mezi obchodníky s energií na krátkodobém trhu po hodinách. Zde obchodují licencované subjekty na základě individuálních výhledů o výrobě a spotřebě svých klientů. Foxtrot, který řídí dané odběrní místo, pracuje sám lokálně také s vlastní předpovědí. Kromě předpovědi počasí, plánu spínání tarifů a plánu vlastní spotřeby ovlivněného denním režimem uživatele, může vydat vlastní výhled spotřeby výroby nebo schopnosti akumulace a oceněné je nabídnout obchodníkovi s elektřinou.
Na reálné instalaci v rodinném domě jsme ukázali možnosti Foxtrotu. Poznamenejme, že se konkrétně jednalo o dodávku a instalaci firmy Regulus, kterou dále pro plné využití FVE pro zákazníka upravují firmy Flextron a Ekoenergie.org. Tyto firmy využívají flexibility Foxtrotu a jeho volného programování a celý aplikační software je jejich vlastní dílem. Protože je Foxtrot univerzální a je určen i pro náročné průmyslové aplikace, lze ho využít i v podnikové energetice. Tam je ještě větší potenciál pro úspory i zisky při řízeném využívání všech energií podle jejich okamžité ceny. Technika, algoritmy i reálné pilotní implementace Foxtrotu tu jsou. Je otázkou času, kdy to legislativa umožní a energetické společnosti a obchodníci s energií všechny možnosti Foxtrotem řízeného odběrního místa začnou rutinně využívat.
Foto © Teco
Vývoj a výroba řídicích systémů nejen pro inteligentní řízení domů a budov. Systémy Tecomat Foxtrot jsou chytrým standardem umožňujícím ovládat veškeré současné technologie přes nejrůznější komunikační zařízení od vypínače po dotykové panely.
