Chytré město a chytrá síť – testováno na lidech

Městská laboratoř Aspern Seestadt

Aspern 1. Foto © Siemens

Městská čtvrť Aspern se začala stavět na místě bývalého letiště ve východní části Vídně. Na ploše o velikosti 240 ha by zde do roku 2028 mělo vzniknout celkem 10 500 bytů pro 20 000 obyvatel. Při jeho výstavbě nebylo cílem jen postavit satelitní městečko, ale zároveň uplatnit nejnovější urbanistické i technologické postupy a vytvořit pilotní projekt pro chytrá města. Tento projekt se nazývá Aspen Smart City Research nebo též „městská laboratoř“. Projekt je financován pomocí joint venture, kde je zastoupeno město Vídeň, dodavatel technologií Siemens a také dvě vídeňské energetické společnosti Wiener Energie (dodavatel) a Wiener Netze (provozovatel distribuční soustavy).

Projekt městské laboratoře tvoří 4 vzájemně propojené součásti:

Aspern 2

Aspern 4

1. Chytré budovy – jsou stavěné tak, aby potřebovaly minimum energie na svůj provoz, obsahují vlastní zdroje energie (ať už fotovoltaiku nebo solární kolektory), úložiště energie (baterie a zásobníky teplé vody) a další prvky uvedené níže. Kromě bytových domů vznikají v Aspernu další budovy pro rozmanité účely – kanceláře, obchody, školy, výzkumné laboratoře nebo továrny. Rozmanitost těchto budov je pro výzkum smart grid důležitá. Budovy využívají energii různým způsobem a v různou denní dobu a mohou se energeticky doplňovat.
2. Chytrá síť – budovy a vybrané domácnosti jsou osazeny nespočtem senzorů a protkány kilometry kabelů, které sbírají a přenášejí údaje o relevantních veličinách – teplota, osvětlení, větrání, výroba elektřiny a další. Na jejich základě se optimalizuje spotřeba elektřiny v jednotlivých místnostech a budovách. Měřením a ovládáním na straně spotřeby lze přizpůsobit spotřebu elektřiny vzhledem k výrobě. Akumulátory a stále přesnější předpověď počasí pak umožňují stabilizovat a lépe predikovat výrobu z OZE.
3. Chytří uživatelé – celkem 111 domácností v Aspernu souhlasilo se zapojením do programu městské laboratoře. Jejich obyvatelé tak mají k dispozici chytré technologie, s jejichž pomocí mohou využívat energii co nejefektivněji. Zároveň poskytují městské laboratoři pro výzkumné účely podrobná data o využití energie u sebe doma.
4. Chytré technologie – senzory v budovách generují každou vteřinu stovky megabytů dat. Do toho se mísí data ze zabezpečovacích systémů (přístupové a kamerové systémy, požární ochrana). Další proud dat pochází z chytrých spotřebičů, které pracují v závislosti na datech o momentální dostupnosti a ceně elektřiny. Data slouží jednak k bezprostřední koordinaci a řízení všech systémů a jednak k vylepšování a analýze celého projektu. Vyhodnocením dat z reálného provozu se optimalizuje nejenom spotřeba energie, ale také využití technologií a dat potřebných pro zajištění ideálního chodu systému. Sběr, přenos, skladování a vyhodnocování dat je náročné jak energeticky a technologicky, tak z hlediska ochrany soukromí obyvatel. Je tedy žádoucí jich v budoucnu sbírat jen tolik, kolik bude opravdu potřeba.

Společnost Siemens pro tento projekt sestavila soubor technologií pro řízení spotřeby energie v inteligentních budovách, řešení pro sítě nízkého napětí (distribuce od transformátorů až po jednotlivé budovy a byty) a řešení pro správu velkých dat včetně vytvoření speciálního městského datového centra. Komunikaci jednotlivých součástí projektu zajišťují dva systémy – Siemens Building Energy Management System, který sleduje využití elektřiny v budovách a Siemens Energy Pool Manager, fungující jako rozhraní mezi jednotlivými budovami a distribučním systémem. Síť nízkého napětí, kterou tvoří 12 trafostanic a 23 transformátorů s různými typy technologií, je vybavena přibližně 100 senzory a 500 smartmetry, které v reálném čase dodávají informace o aktuální spotřebě.

Energetická soběstačnost a využívání energií se zkoumají ve třech budovách vybavených úspornými technologiemi a zdroji energie. Pro porovnání výsledků se využívají dvě referenční budovy vybavené běžnými technologiemi. Výzkumné budovy a jejich technologie jsou:

• Studentské koleje (s kapacitou 300 studentů): nasazeny fotovoltaické články (250 kW), baterie (120 kWh), elektrické topné patrony (teplá voda, 2 × 8 kW)
• Bytový dům s 213 jednotkami: využívá sedm různých tepelných čerpadel (800 kW), solární kolektory (90 kW), fotovoltaiku (15 kW), hybridní panely (20 kWp_el, 60 kWp_th), geotermální zásobník (40 000 kWh), zásobník teplé vody, baterie (20 kWh)
• Budova školy s mateřskou školkou: zahrnuje dvě tepelná čerpadla (510 kW), fotovoltaika (58 kW), solární kolektory (90 kW), zásobníky teplé vody s topnými patronami (70 kW).

Aspern 3

Všechny 3 budovy jsou vybaveny systémem pro měření a ovládání jednotlivých komponentů. První fáze výzkumu skončí v zimě 2016. Na základě zjištěných poznatků se upraví nastavení systému a bude pokračovat další fáze sběru dat. Závěr projektu městské laboratoře bude v roce 2018. Město Vídeň z něj bude mít realizovaný prestižní výzkumný projekt a poznatky pro uplatnění smart city technologií i ve zbytku města. Siemens a vídeňští energetici získají referenci z reálného provozu a především výsledky výzkumu chování zákazníků v kontextu použití chytré sítě a výroby elektřiny z OZE.

Siemens City

Budova Siemens City

Aspern není jediné místo, kde Siemens uplatňuje chytré sítě a myšlenku smart city. V souladu s těmito principy provozuje i vlastní národní centrálu ve Vídni zvanou Siemens City, kde se koncentruje většina administrativy a výzkumu Siemensu v Rakousku. Tímto přístupem chce Siemens zpříjemnit a zefektivnit práci svých zaměstnanců, usnadnit a zrychlit komunikaci jednotlivých oddělení a minimalizovat náklady na provoz budovy.

Siemens City je pojato jako pracovní kampus a zevnitř připomíná velké nákupní centrum. Místo obchodů jsou zde kanceláře jednotlivých oddělení a vše ústí do společné haly, kde jsou místa k odpočinku a setkávání, několik restaurací, konferenční sál a služby. Mezi ně patří mateřská školka, lékař, banka, cestovní kancelář nebo podniková prodejna se spotřebiči Siemens. Jejich přítomností se jednak zvyšuje komfort pro 6000 zaměstnanců pracujících v kampusu a jednak se šetří čas. Díky službám přímo v budově nemusí pracovníci Siemensu pro vyřízení různých soukromých pochůzek nebo vyzvedávání dětí ze školky odcházet mimo pracoviště. Nadto je po budově roztroušeno mnoho odpočinkových míst, kde se lze setkávat s kolegy nebo samostatně pracovat mimo kancelář, když pracovníkům přijde vhod „změna prostředí“.

Kromě zaměstnanců se v komplexu Siemens City koncentrují také nejmodernější technologie pro provoz a řízení budov a celá budova je „chytrá“ od suterénu po střechu. S pomocí více než deseti tisíc čidel je v budově automaticky řízené vytápění, osvětlení, stínění a větrání, další senzory se starají o zabezpečení budovy před neoprávněným přístupem nebo pro případ požáru. Data ze všech těchto čidel jsou zpracovávána pomocí vlastního software od Siemensu zvaného Desigo CC. Prostřednictvím této integrační platformy lze monitorovat a řídit většinu techniky v Siemens City od kamerového systému po vzduchotechniku s pomocí počítače, tabletu nebo chytrého telefonu. Automatizace reguluje například topení v kancelářích a osvětlení v závislosti na oslunění a to jak pasivně – automatickými žaluziemi, tak aktivně, tj. snižováním výkonu topení a světel. Těmito a dalšími procesy budova dosahuje úspor energie při zachování příznivých podmínek pro práci. Kromě praktického významu slouží data ze senzorů v budově dalšímu výzkumu a vývoji příštích generací hardware, software a postupů pro ideální automatizaci budov.

Prostory pro neformální setkávání. Foto © Siemens

K regulaci teploty slouží i opěrné sloupy, jimiž proudí voda o stálé teplotě a automaticky řízené vnější žaluzie, které spolupracují se světly v budově. Foto © Siemens

Vyústění zemního kolektoru

Před budovou nechybí nabíječka elektromobilů

Hledisko šetrnosti k životnímu prostředí je zahrnuto do všech energetických procesů v budově. Část úspor vzniká centrální koordinací veškerého TZB v Siemens City, další energii ušetří jednotlivé úsporné technologie.

Vytápění je zajištěno pomocí dvojice tepelných čerpadel Trane „Scroll Compact“ o výkonu 120 kW a podpůrných systémů. Kromě automatického systému vnějších i venkovních žaluzií je to např. rozsáhlý podzemní výměník, odkud je čerpána voda s konstantní teplotou po celý rok. Voda potom proudí 80 opěrnými sloupy, které procházejí celou budovou a podle ročního období buď vytápí nebo ochlazuje. Výkon celého geotermálního systému je 240 kW.

Další teplo ušetří větrání s rekuperací, které zachytí až 85 % tepla z odpadního vzduchu. K topení je využíván i ohřátý vzduch z podzemních garáží. Teplou vodu pro restaurace a toalety zajišťují solární kolektory o ploše 120 m² s výkonem 60 kW, teplá voda je ukládána v zásobníku o kapacitě 9 000 litrů.

V budově jsou přítomné dvě fotovoltaické elektrárny, jedna pro výzkumné účely, druhá pro zásobování budovy při slunečných dnech. Většina elektřiny se spotřebuje okamžitě a není potřeba akumulace, případné přebytky se posílají do sítě. Akumulátory jsou v budově přítomné jen jako záložní systém pro případ výpadku elektřiny a jsou navíc jištěny elektrocentrálou.

Smart Grids v ČR?

Českému návštěvníkovi může přijít na mysl srovnání s tuzemským prostředím pro rozvoj chytrých měst a chytrých sítí. Byť se v tomto případě jedná o projekty soukromé společnosti, je zde jasně patrný dlouhodobý záměr města Vídně a rakouských vlád podobné investice podporovat a koncepty smart city i smart grid kultivovat.

Pozice ČR je v této oblasti naopak dlouhodobě schizofrenní, kdy vnímáme zahraniční trendy a deklarujeme jim podporu a zároveň nehodláme na české energetice nic měnit. Přihlásíme se k podpoře OZE a necháme ji svému osudu bez ohledu na klesající ceny technologií. Tím sice splníme své evropské závazky v oblasti OZE do roku 2020, ale zároveň z fotovoltaiky uděláme omyl, tunel století a z obnovitelných zdrojů veřejného nepřítele. Prolomíme limity těžby hnědého uhlí v severních Čechách a měsíc na to podepíšeme v Paříži dohodu o snižování emisí CO₂. Vyhlásíme dotace na nízkoemisní lokální topení a zahrneme do programu kotle schopné pálit odpadky. Spoluzaložíme evropskou Energetickou unii a přitom neopomeneme zdůraznit, že nelze omezit nároky jednotlivých zemí na vlastní energetický mix.

A konečně, léta páně 2016, kdy se první fáze výzkumu v Aspernu chýlí ke konci a budova Siemens City je šestým rokem v provozu, v ČR zaznívá, že smart grid nikdy nikdo neviděl a padají návrhy, zda by se chytré sítě nedaly nahradit pomocí HDO ze 70. let. V takových podmínkách rozsáhlejší projekty smart grids a smart city působí exoticky a těžko hledají investory. Moderní energetické projekty v těsném sousedství českých hranic nám tak mohou alespoň připomínat, že budoucnost – stejně jako Vídeň – není zas tak daleko.