Energetická flexibilita chytrého domu (4/4)

Na závěr seriálu o využívání flexibility ve smart home se podíváme na praktické modelové příklady provozu chytré domácnosti. Tentokrá se zaměříme především na potenciál ekonomiky provozu v souvislosti s chytrou domácností.  Chytrý rodinný dům vytápěný tepleným čerpadlem vzduch-voda s instalovaným systémem nuceného větrání, s bazénem bez ohřevu a s běžnými domácími spotřebiči nám poslouží jako modelový případ.

Cílem modelace bude nejprve demonstrovat ekonomický přínos instalace FVE s bateriovým úložištěm při stanovené ceníkové ceně za dodávku elektřiny. Druhým krokem bude modelace optimálního využití flexibility bateriového úložiště ve vztahu ke spotřebě, výrobě FVE a spotovým cenám elektřiny.

Pro modelovaný dům jsou k dispozici měřené hodinové hodnoty spotřeby v roce 2022 a pro simulaci výroby FVE jsou použity měřené hodnoty osvitu z lokální meteostanice. Spotové ceny elektřiny jsou získány z OTE. Celková spotřeba elektřiny za rok 2022 je 12,4 MWh. Instalace FVE je uvažována o výkonu 10kWp a doplněna o bateriové úložiště s kapacitou 15kWh. 

Provoz bez FVE 

Při uvažované ceně 3,90 Kč/kWh silové elektřiny a při ceně 1,- Kč/kWh za distribuci a další složky je celková roční platba za elektřinu 60.600,- Kč (48.200,- Kč + 12.400,- Kč). 

Provoz s FVE bez akumulace 

Provoz FVE je simulován v hodinovém rozlišení dle měřeného osvitu tak, že celková roční výroba FVE je 9,4 MWh. Z toho je 2,9 MWh spotřebováno přímo a 6,5 MWh dodáno do distribuční sítě. Dodávka z distribuční sítě je 9,5 MWh. Uvažovány jsou ceny 7,80 Kč/kWh silové energie pro odběr i dodávku do distribuční sítě a 1,- Kč/kWh za distribuci a další složky. Roční bilance je 74.100,- platba za dodávku silové elektřiny, 9.500,- za distribuci a další složky a -50.700,- je výnos z přetoků do distribuční sítě. Celková roční platba za elektřinu je potom 32.900,- Kč. 

Provoz s FVE s akumulací 

Po doplnění baterie s kapacitou 15kWh je z 9,4 MWh vyrobených FVE 2,9 MWh spotřebováno přímo, 2,1 MWh uloženo pro pozdější spotřebu a 4,4 MWh dodány do distribuční sítě. Dodávka z distribuční sítě je 7,4 MWh. Při výše uvedených cenách je roční bilance 57.700,- platba za dodávku silové elektřiny, 7.400,- za distribuci a další složky a -34.300,- je výnos z přetoků. Celková roční platba je 30.800,- Kč.  

Provoz s FVE s akumulací a spotovými cenami 

Při přechodu na tarif se spotovými cenami vzniká významný ekonomický potenciál pro využití baterie jako zdroje flexibility. Nutno však poznamenat, že pro maximalizaci profitu je třeba provoz bateriového úložiště optimalizovat v časovém horizontu, pro který jsou známy spotové ceny.

Simulace provozu smart home

Na obrázku výše je znázorněn princip optimalizace provozu baterie v horizontu jednoho dne.   V 1:00 je nejnižší cena elektřiny, dochází k nabíjení z distribuční sítě. V 7:00 je cena energie vysoká (lokální maximum) a protože je v následujících hodinách očekávána výroba, dodá baterie energii do sítě. Do 12:00 je energie dodávána do sítě a ve 12:00 je baterie nabíjena z FVE, protože cena energie je na svém lokálním minimu. V 18:00 dochází k dodávce části uložené energie do sítě, zbytek je spotřebován v následující hodině, kdy je cena energie ještě vysoká. V nočních hodinách, kdy je energie levnější, je spotřeba pokryta dodávkou ze sítě.

Nabíjení baterie z distribuční sítě

Baterie je řízena tak, aby k jejímu dobíjení docházelo v časech, kdy je cena za výkup přebytků nízká. V časech, kdy je cena výkupu vysoká, je preferována dodávka do distribuční sítě před nabíjením. Současně je optimalizován nákup levnější energie předem a její využití v časech, kdy by byla dodávka energie dražší. Při spotřebě 12,4 MWh/rok je v takovém modelu provozu z distribuční sítě odebráno 8,4 MWh a dodáno 5,5 MWh energie. Celkový uložený objem energie do baterie je 5,8 MWh. Při spotových cenách roku 2022 je očekávaná celková roční platba 8.800,- Kč. 

Nabíjení baterie z distribuční sítě a dodávka z baterie do distribuční sítě

 Pokud bude navíc umožněno dodat uloženou energii z baterie do distribuční sítě, bude z distribuční sítě odebráno 11,2 MWh a dodáno 8,3 MWh energie. Celkový uložený objem do baterie je 8,9 MWh. Při spotových cenách roku 2022 je potom očekávaná celková roční platba 2.200,- Kč. 

Modelace je ovšem provedena proti měřené spotřebě a výsledek odpovídá hodnotám teoreticky dosažitelným. Jak moc je možné se hodnotám přiblížit v praxi, by záviselo na schopnosti predikce spotřeby elektrické energie, predikce výroby FVE a jejich přesnosti. Na druhou stranu, pokud by část spotřeby byla řiditelná, lze ji plánovat do levnějších časů a celkovou úsporu zvýšit. 

Závěr 

Flexibilita a její agregace je a bude důležitým tématem k zajištění stability sítí při rostoucím počtu decentrálních zdrojů. Počet nových smart home instalací má rostoucí trend. Integrací technologií domu na úroveň smart home dává jednotný pohled na flexibilitu o objemu až větších desítek kWh denně. Zapojení domu do agregace flexibility vyžaduje vhodné technické napojení na systémy agregátora. Výhodou je, že smart home může sehrát roli integračního prvku, a nemusí být proto nutné napojovat jednotlivá zařízení a technologie na systémy agregátora. Tím lze docílit jednak celkového snížení nákladů na integraci zdrojů flexibility, jednak zvýšení celkového objemu flexibility pomocí zdrojů, jejichž samostatné zapojení do trhu s flexibilitou by bylo ekonomicky méně zajímavé.  

O autorovi

Martin Hatka se dlouhodobě věnuje problematice smarthome a efektivnímu využívání energií v chytrém době. Profesně působí v roli senior konzultanta v oblasti energetiky pro společnost Unicorn, kde se aktuálně věnuje tématu energetické flexibility. Fungování smarthome a potenciál flexibility v něm lze aplikovat i na větší objekty nebo areály s významným potenciálem flexibility, která může být využita přímo nebo agregována do větších objemů. Společnost Unicorn poskytuje v oblasti flexibility rodinu produktů Flexigy. Martin je součástí týmu, který Flexigy vyvíjí.