Využití nadprodukce elektřiny z FVE pro vytápění a přípravu teplé vody ve výrobním areálu, část 1.
© Fotolia.com
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.
V tomto článku autoři porovnávají skutečně naměřená data výroby a využití elektrické energie vyrobené solární fotovoltaickou elektrárnou (FVE) s celkovou spotřebou elektrické energie v konkrétním výrobním areálu společnosti ETL-Ekotherm a.s. v Sivicích u Brna v letech 2011 až 2016. Cílem je ukázat reálný stav na příkladu areálu, jehož náplní je strojírenská výroba sortimentu výrobků pro vytápění, zejména rozdělovačů a sběračů pro otopné a chladicí soustavy, vyrovnávačů dynamických tlaků („anuloidů“), různých mechanických konstrukcí atp. V celoročním souhrnu není všechna elektrická energie vyrobená FVE v areálu využita. Proto na údaje o výrobě FVE uvedené v první části článku navazují v druhé části článku úvahy o využití nadvýroby elektřiny pro vytápění a přípravu teplé vody a ekonomický rozbor případných opatření.
Společnost ETL-Ekotherm a.s. vyráběla v licenci sledovače Slunce určené pro zvýšení celkových výnosů z fotovoltaických modulů Traxle a Super Traxle (s koncentrátory) cca od roku 2000. Instalovány jsou prakticky ve všech zemích jižní Evropy. Největším je park s instalovaným výkonem přes 4 MWp v jižním Španělsku. Vlastní FVE o instalovaném výkonu 40,8 kWp, si vybudovala ve výrobním areálu v Sivicích u Brna v roce 2008. Na síť distributora byla FVE připojena v roce 2009, pro snížení vlastních energetických nákladů.
Je nutné si uvědomit, že v té době byla cena fotovoltaických modulů více jak desetinásobná oproti dnešku a zvyšování výnosů pomocí sledovačů bylo na místě. Při aktuálních cenách FV modulů, zvýšených nákladech na výrobu sledovačů a jejich provozní náklady, již instalace sledovačů ekonomicky nadává smysl.
Solární fotovoltaická elektrárna (dále jen FVE) o nominálním instalovaném výkonu 40,8 kWp je instalována přímo v areálu výrobního závodu a je napojena do vnitřních rozvodů elektrické energie. K ocenění vyrobené elektřiny se využívá tzv. „zelený bonus“ a měřená vyrobená elektrická energie může být přímo spotřebována. V případě, že je vyrobené elektřiny více než je aktuální spotřeba v areálu, jsou „přebytky“ dodávány do sítě distributora, v daném případě EON. To znamená, že pokud je aktuální (okamžitá) produkce FVE vyšší, než je spotřeba ve výrobním areálu, je zbytek takto produkované elektřiny dodáván do sítě distributora jako „přetoky“. Tyto přebytky – „přetoky“ nejsou v rámci výrobního areálu využívány.
Pokud naopak není produkce FVE dostačující, je odebírána elektřina pro výrobní areál ze sítě EON.
Pro detailní popis byl vybrán graf č. 1 zobrazující naměřené hodnoty měsíčních množství vyrobené elektrické energie FVE (zelená), odběru ze sítě EON (červená), elektřiny dodané do sítě EON (přetoky) (šedá) a celkové spotřeby elektrické energie (žlutá) ve výrobním areálu z roku 2013.
Graf 1. Údaje o výrobě FVE a spotřebě elektrické energie, dodání přebytků do sítě a odběru ze sítě v roce 2013
V grafu 1. je vidět, jak výroba elektrické energie FVE (zelená) od ledna (měsíc 1.) postupně vzrůstá s prodlužující se délkou slunečného dne (počtu hodin slunečního svitu během dne). Nejnižší výroby jsou v zimních měsících a postupně množství vyrobené energie narůstá. Často zaznamenáváme vyšší výroby již v březnu, kdy je ještě chladnější počasí (nižší teplota během dne). Se vzrůstající teplotou FV panelu mírně klesá účinnost přeměny slunečního záření na elektrickou energii.
Zhruba 50 % z celkové roční produkce elektřiny je dle dlouhodobých statistik vyrobeno v období květen až srpen. Pokud k tomu přidáme měsíce březen, duben a září, zvýší se podíl na cca 80 % celkové roční produkce. Na zbylých 6 měsíců zbývá přibližně 20 %.
Podíváme-li se na celkovou spotřebu elektrické energie ve výrobním areálu (žlutá), je vyšší v zimních, tedy chladných měsících, protože je používána také k lokálnímu vytápění. V těchto měsících je produkce FVE nízká a nedokáže příliš přispět k podstatnému snížení odběru ze sítě distributora.
Naproti tomu v letních měsících dosahuje měsíční množství vyrobené energie z FVE hodnot, které se blíží hodnotám celkové měsíční spotřeby. Protože je během dne výroba z FVE rozložena časově odlišně než spotřeba elektřiny v areálu, vznikají zde „přebytky“, které jsou dodávány do sítě distributora jako přetoky (šedá). Typicky ve špičkách výroby FVE, kdy je okamžité množství vyráběné energie vyšší než spotřebovávané, dále v době pracovních přestávek, obědů a též v létě po pracovní době a samozřejmě o víkendech a svátcích.
Zajímavé je např. v měsíci 8. (srpen 2013), že množství elektřiny dodané do sítě jako přetoky je přibližně rovné množství elektřiny odebrané ze sítě EON. Též je přibližně rovno měsíční množství vyrobené elektřiny z FVE a měsíční množství celkově spotřebované elektřiny v areálu. V měsíci 7. (červenec 2013) byla dokonce celková měsíční produkce elektřiny z FVE vyšší než celková měsíční spotřeba ve výrobním areálu. Ovšem znovu díky nemožnosti okamžitého využití, dochází k přetokům, a naopak následné potřebě odběru ze sítě EON. Pokud by v tomto období mohlo dojít k využití energie v areálu místo jejího dodání do sítě EON, bylo by tím teoreticky dosaženo vyšší soběstačnosti provozu. Případně, pokud by bylo možné využít síť distributora jako jakéhosi akumulátoru a následně si pak danou elektřinu brát zpět (princip net meteringu), byl by areál v roce 2013 soběstačný či téměř soběstačný v měsících 5. až 8., tedy v květnu až srpnu 2013.
Na dalším grafu 2. je uvedeno porovnání pouze celkové spotřeby (žlutá) a odběru ze sítě EON (červená). Vše, co nebylo dodáno ze sítě EON a tak „chybí“ do celkové spotřeby, bylo dodáno z FVE. Minimálně 46 % elektřiny bylo vyrobeno a využito v měsících 5. až 8., tedy květnu až srpnu 2013.
Graf 2. Údaje o celkové spotřebě elektrické energie a její výrobě FVE
V každém roce je vlivem proměnlivosti počasí a též i různé míry měsíční spotřeby elektřiny v daném výrobním areálu situace mírně odlišná.
Je samozřejmě velká škoda, že při současné vysoké měsíční produkci vyniká vysoké množství dodávek do sítě EON (přetoky) a následně je nutné též ze sítě EON elektřinu též odebírat.
Našim původním záměrem bylo ukázat na grafech každého roku porovnání jednotlivých skutečně naměřených hodnot a jejich mírné odchylky v jednotlivých měsících a jednotlivých letech dle aktuálního počasí a dle aktuální spotřeby ve výrobním areálu. Jednotlivé grafy a jejich popis byl však značně rozsáhlý a pro zásadní orientaci v problematice nadbytečný. Proto jsme se rozhodli využít dvou tabulek, ve kterých jsou data shrnuta.
V první tabulce uvádíme průměrné hodnoty získané z naměřených dat v letech 2011 až 2016 ve výrobním areálu. V tabulce jsou uvedeny průměry za jednotlivé měsíce v kWh. V jednotlivých sloupcích jsou uvedeny postupně již zmiňované veličiny – celkový měsíční odběr ze sítě EON (CELKOVÝ ODBĚR), celková měsíční spotřeba v areálu (CELKOVÁ SPOTŘEBA), dodávka do sítě EON – přebytky (DODÁNO DO SÍTĚ) a výroba FVE v rámci tarifu ZELENÝ BONUS (VÝROBA ZB).
| CELKOVÝ ODBĚR [kWh] | CELKOVÁ SPOTŘEBA [kWh] | DODÁNO DO SÍTĚ [kWh] | VÝROBA ZB [kWh] | |
|---|---|---|---|---|
| LEDEN | 8 340 | 9 445 | 273 | 1 386 |
| ÚNOR | 9 061 | 11 052 | 508 | 2 510 |
| BŘEZEN | 7 169 | 10 334 | 1 488 | 4 684 |
| DUBEN | 4 694 | 7 795 | 2 653 | 5 814 |
| KVĚTEN | 3 248 | 6 468 | 3 220 | 6 513 |
| ČERVEN | 2 525 | 5 841 | 3 176 | 6 579 |
| ČERVENEC | 2 866 | 6 338 | 3 136 | 6 702 |
| SRPEN | 3 347 | 6 960 | 2 759 | 6 444 |
| ZÁŘÍ | 4 321 | 7 273 | 2 230 | 5 234 |
| ŘÍJEN | 8 071 | 10 237 | 865 | 3 050 |
| LISTOPAD | 10 034 | 11 460 | 243 | 1 676 |
| PROSINEC | 9 521 | 10 408 | 269 | 1 164 |
| CELKEM | 73 195 | 103 611 | 20 819 | 51 756 |
Pozor na porovnání údajů v tab. 1 a tab. 2: Pro přesnost uvádíme, že v tabulce 1. je v položce „dodáno do sítě“ uvedena hodnota bez technologických ztrát na navyšovacích transformátorech, neboť elektřina je dodávána do sítě vysokého napětí. V další tabulce č. 2. bude tato hodnota uvedena včetně těchto ztrát tak, aby postihla přesné množství elektřiny, která nebyla v daném výrobním areálu spotřebována, ale teoreticky mohla být.
| Rok | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1) Celková spotřeba [kWh] | 91 872 | 110 423 | 110 574 | 94 115 | 101 002 | 113 680 |
| 2) Dodáno ze sítě EON [kWh] | 62 929 | 76 309 | 81 572 | 65 440 | 70 509 | 82 410 |
| 3) % z celkové spotřeby | 68,5 | 69,1 | 73,8 | 69,5 | 69,8 | 72,5 |
| 4) VÝROBA ZB [kWh] | 53 186 | 56 606 | 48 388 | 49 288 | 51 834 | 51 234 |
| 5) % z celkové spotřeby | 57,9 | 51,3 | 43,8 | 52,4 | 51,3 | 45,1 |
| 6) DODÁNO DO SÍTĚ [kWh] | 24 243 | 22 492 | 19 386 | 20 613 | 21 341 | 19 964 |
| 7) % z výroby | 45,6 | 39,7 | 40,1 | 41,8 | 41,2 | 39,0 |
| 8) vlastní spotřeba [kWh] | 28 943 | 34 114 | 29 002 | 28 675 | 30 493 | 31 270 |
| 9) % z celkové spotřeby | 31,5 | 30,9 | 26,2 | 30,5 | 30,2 | 27,5 |
| 10) % z výroby z FVE | 54,4 | 60,3 | 59,9 | 58,2 | 58,8 | 61,0 |
Druhá tabulka uvádí celkové roční naměřené hodnoty. Konkrétně se jedná znovu o celkové spotřeby ve výrobním areálu a celkové dodávky elektřiny ze sítě EON. Tyto hodnoty jsou spolu následně procentuálně porovnány, kolik % z celkové spotřeby bylo dodáno ze sítě EON. Poté je uvedena naměřená roční hodnota výroby FVE (VÝROBA ZB) a též tato hodnota vztažena k hodnotě celkové spotřeby. Tato hodnota je uvedena kurzívou, protože zatím je pouze informativní a není možné jí dosáhnout bez nějaké formy „bezeztrátové“ akumulace či odložené spotřeby.
Následuje řádek DODÁNO DO SÍTĚ (distributora EON), tedy přetoky. Tato hodnota je procentuálně porovnána s VÝROBA ZB, tedy hodnotou celkové výroby z FVE. Celkově se tato hodnota pohybuje mezi cca 40 až 45 %. To znamená, že každý rok jsou přibližně 2/5 výroby FVE nevyužity ve výrobním areálu a dodávány do sítě distributora.
Poslední tři řádky dávají informaci o množství elektřiny vyrobené FVE a v rámci výrobního areálu okamžitě spotřebované (využité) – vlastní spotřeba a dále jejím procentuálním porovnání s celkovou spotřebou areálu a též s celkovou výrobou FVE.
Z porovnání vyplývá, že přibližně 30 % z celkové spotřeby areálu v jednotlivých letech bylo dodáno z FVE. V případě možnosti akumulace či odložené spotřeby by tato hodnota mohla teoreticky vzrůst až na procentuální hodnoty uvedené v 5. řádku (již výše zmiňovaném), což byla maxima k celkové spotřebě pro daný areál.
Poslední řádek nám podává informaci o tom, kolik procent z celkové elektřiny z FVE se podařilo v rámci daného areálu spotřebovat. V letech 2012 až 2016 se tato hodnota pohybovala na úrovni 60 %.
Závěrem
Bylo by samozřejmě možné pro přehlednost udělat různá grafická porovnání pouze vybraných měsíčních dat nebo naopak porovnání jen měsíčních výrob či jen měsíčních spotřeb či jejich kombinací souhrnně za všechny roky jen v jednom grafu.
Jak již bylo výše uvedeno, data spotřeb v jednotlivých měsících se mohou lišit podle aktuálního vytížení výroby a data měsíčních produkcí FVE se zase rok od roku mírně liší podle aktuálních slunečních podmínek v daném roce. Zvolené porovnání všech čtyř měsíčních hodnot v jednom grafu za každý rok zvlášť je uvedeno pro celkový pohled na produkci FVE versus přetoky versus celková spotřeba. Vysoké přetoky poukazují na neschopnost okamžité spotřeby produkované energie a na případnou možnost jejího budoucího využití vhodnou formou.
Samostatné uvedení celkových měsíčních spotřeb a měsíčních odběrů ze sítě EON nám přišlo nejvýstižnější pro zobrazení energie, která byla doplněna FVE (vyprodukována FVE a ihned spotřebována v areálu).
Ve druhé části článku se zamyslíme nad možnou akumulací elektrické energie, využití nadvýroby 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.