Energetika je největší průmyslové odvětví vůbec. A dnes patrně stojí na prahu další revoluce. Nové, chytřejší, pružnější a účinnější využívání elektřiny od její výroby až po spotřebu.
Německo je dnes plné výrobců energie. Před dvaceti lety v zemi bylo řádově několik set větších či menších elektráren, dnes jsou výroben – většinou samozřejmě malých – zhruba dva miliony. Domácnosti, podniky, kancelářské budovy i sklady se mohou díky instalovaným solárním panelům či generátorům změnit z čistých spotřebitelů někdy dokonce přímo na producenty. Trend by měl pokračovat, jak se malé zdroje zlevňují, a ve stále větší míře se přelévat i do zemí, které neměly tak štědrou podporu „obnovitelných zdrojů“ jako Německo. Pokud tomu opravdu tak bude – a to naznačuje i masivní program na rozvoj obnovitelných zdrojů třeba v Číně či Indii –, bylo by velmi záhodno naučit se novou situaci využitkovat lépe než dosud. Chytřeji využívat jejích výhod (jako třeba menších nároků na velkou infrastrukturu) a potlačovat její nevýhody (např. zvýšené nároky na zálohování).
Hlavním krokem v tomto směru by měly být takzvané chytré sítě, původním anglickým výrazem „smart grids“. Pod chytlavým názvem se skrývá především průnik informatiky do energetické sítě a tím změnu jejího řízení. V energetice se doposud pracovalo s tím, že výrobu lze přesně řídit, spotřebu nikoliv. Chytré sítě to mohou do jisté míry obrátit. Část výroby může být nepředvídatelná, protože spotřeba, či alespoň její významná část, bude mnohem lépe předvídatelná a také kontrolovatelná.
V rámci rozvodové sítě se totiž nebude vyměňovat jenom energie, ale také informace. Provozovatelé, výrobci i spotřebitelé tak mají mít mnohem lepší přehled nejen o tom, kde se elektřina spotřebovává, ale i za jakou cenu se prodává, jaké jsou výhledy, kde jsou volné kapacity výrobní, spotřební a případně skladovací. Zní to možná triviálně, ale možnosti, které se nabízejí, jsou obrovské. Ilustrovat je může paralela s počítači: dva propojené počítače (výrobce-spotřebitel) sice fungují skvěle, ale neumožňují nic více než jeden vzájemný hovor. Až propojením mnoha počítačů (a potažmo mnoha programů) může vzniknout něco tak nepředstavitelného jako internet: nepřeberné tržiště, na kterém nové zboží vzniká rychleji, než to staré mizí z pultů. A podobnou revoluci nabízejí chytré sítě pro energetiku.
Podoba chytrých sítí získává pevnější obrysy v řadě malých projektů po celém světě. Příkladem může být firmou Siemens vytvořená síť na kampusu univerzity v italském Janově, která nese anglický název Smart Polygeneration Microgrid.
Areál univerzity tu připomíná malou vesnici na ploše zhruba 60 tisíc m2, který denně využívá cca 1 700 studentů. Je v něm deset různých budov s různými provozy od učeben přes laboratoře a kanceláře až po kantýnu. Až do loňského roku kampus prakticky veškerou energii přijímal ze sítě, nyní na něm pracují tři malé plynové turbíny s výkonem po 250 kW a jedna fotovoltaická elektrárna o maximálním výkonu kolem 80 kW. Stejně důležitou součástí celého systému je ale i řídicí elektronika a software, které nejsou zdaleka tolik na očích.
Celý systém funguje jako jedna propojená síť (proto „microgrid“, tedy doslova malá síť). Počítače sledují spotřebu v celém komplexu a optimalizují vlastní výrobu podle počasí, aktuální poptávky, nákupní ceny a parametrů sítě. Univerzitě se díky tomu během roku provozu bez dalších investic o třetinu snížily účty za elektřinu.
Z projektu na janovské univerzitě mají jeho autoři dobrý pocit i proto, že vznikl prakticky celý kombinací dnes už komerčně dostupných technologií – byť sestavení celého systému si vyžádalo více práce, než kolik by u podobného komerčního projektu bylo z ekonomického hlediska žádoucí. Ale přesně to je úkolem podobných demonstračních projektů: mají najít a cizelovat postupy, které lze pak aplikovat v běžné praxi. A například software, který v severní Itálii pracoval nad očekávání spolehlivě a přesně, lze z významné části přímo přenést i jinam (a když ne samotný kód, tak alespoň principy, které jeho podobu určují).
Konečná podoba chytrých sítí tak tedy ještě není zcela přesně známa a většina zákazníků si jejich příchodu na scénu všimne nejspíše až při výměně vlastních měřáků za novou, chytřejší generaci. Ty by měly být jakýmisi průzkumníky, kteří budou sbírat informace o dění v síti s mnohem větší přesností a záběrem, než je zatím zvykem. Podstatou inteligentních elektrizačních sítí je totiž ovládání proměnných veličin v reálném čase, a proto chtějí provozovatelé získat více informací o dění v síti.
Ne že by spotřebitelé a dodavatelé nevěděli, kdy a jaká je spotřeba elektřiny. Ovšem z pohledu dnešní doby, kdy se analýza „velkých dat“ získávaných provozovateli internetových služeb od milionů uživatelů dá počítat po petabytech, není informací z rozvodné sítě zase tolik.
Díky inteligentním měřidlům se to má změnit. Pro energetiku by to měla být skutečná revoluce, porovnatelná se zavedením mobilních telefonů anebo internetu. Například měřidla Amis značky Siemens umožňují měřit nejen spotřebu elektřiny, ale také sbírat údaje o dodávce plynu, vody a tepla. Tyto údaje se okamžitě odešlou dodavateli, který je tak informován o energetických požadavcích každého spotřebitele – bez ohledu na to, zda se jedná o ledničku v bytě, anebo výrobní linku v závodě.
Počítače ovlivňují celou řadu dalších aspektů moderní energetiky – třeba včetně předpovídání počasí. Nástup obnovitelných zdrojů totiž znamená, že provozovatelé sítí musí hledět mnohem více i na nebe, protože na něm závisí, kolik elektřiny se vyrobí v solárních či větrných elektrárnách. Zní to velmi nebezpečně a nepředvídatelně, naštěstí se ale ukazuje, že to tak hrozné není. Jak predikovaly matematické modely, obnovitelné zdroje úplně nepředvídatelné nejsou.
Samozřejmě, když si vezmete jednu výrobnu, ať už solární, nebo větrnou, budou výkyvy výkonu opravdu ohromné. Ale když je jich připojeno hodně, tak se rozdíly statisticky v podstatě setřou a jejich celkový výkon lze celkem dobře předvídat. V praxi dnes mají provozovatelé na několik hodin dopředu poměrně přesnou představu, kolik energie mohou z těchto zdrojů očekávat, a připravit si řešení s pomocí záložních zdrojů, případně omezením výroby či spotřeby.
Po nástupu chytrých měřidel by se rozvodná soustava měla de facto stát další informační dálnicí, která by jednoduše umožnila podnikům i domácnostem pouštět elektrospotřebiče v čase, kdy jsou ceny elektřiny nízké, a snižovat odběr ve chvílích, kdy jsou ceny naopak vysoké. Což vyžaduje, aby měli zákazníci velmi snadno dostupné informace o cenách a samozřejmě možnost se svou spotřebou fyzicky něco dělat. Chytrá měřidla a spínače by jim měly nutné informace poskytnout a dát jim třeba rovnou možnost spotřebu omezit. A samozřejmě mohou podle přednastaveného programu případně řadu kroků provádět samy, bez vědomí svého majitele, ale v jeho nejlepším zájmu.
Nám Čechům by tato představa měla být vlastně blízká. Jde o výrazně propracovanější obdobu systému automatického spínání spotřebičů na noční proud, který v České republice známe už desítky let, jenom v dokonalejším a elegantnějším provedení. Jinými slovy, české sítě už v některých ohledech velmi chytré jsou. V jiných částech světa může ovšem možnost dálkového spínání představovat novinku, kterou zákazníci ocení. Jinak řečeno: „smart grids“ mají každé části světa nabídnout něco trochu jiného. Koneckonců vždyť chytré je najít v každé situaci nejvýhodnější řešení, a ne se pokoušet nasadit na všechny jeden jediný metr.
Byť cílem nasazování „chytrých sítí“ je v první řadě zvyšování efektivity výroby i spotřeby, jejich fungování – a koneckonců energetice jako celku – by nesmírně prospělo, kdyby byly propojeny s funkčním systém skladování energie, a to především elektřiny, která má tak všestranné použití.
Skladování energie je v podstatě nevyřešeným problémem, existují jen dílčí a nepříliš úspěšná řešení jako přečerpávací vodní elektrárny (které ovšem nelze postavit zdaleka všude). Společnost Siemens ve spolupráci s firmou Linde proto v současné době pracuje na velkém demonstračním projektu, který by do běžné energetické praxe mohl pomoci zavést i proces, který se používal v chemických závodech nebo ponorkách – rozklad vody elektrolýzou.
Princip je jednoduchý: elektrárny by mohly fungovat i ve chvíli nízké poptávky a cen, ale jejich elektřina by se použila k rozkladu vody na vodík a kyslík. Vodík by se pak uskladnil, a v době vyšší poptávky by se mohl znovu použít k její výrobě. (Samozřejmě by se dal využít i třeba jako surovina pro chemický průmysl.)
Na pohled jednoduchý princip má z fyzikálního pohledu jednu jasnou chybu: není příliš účinný. Ztráty energie při přeměně na vodík a zase zpět jsou poměrně velké (až 50 %). Navíc byla elektrolýza technologicky náročná, provozy nebyly dostatečně pružné, aby mohly reagovat na výchylky výroby atd.
Velkou část problémů by měla ovšem odstranit technologie, která se od loňského roku zkouší nedaleko německého Mohanu. Využívá tzv. PEM technologie („proton exchange membrane“). Technologie se používala třeba na jaderných ponorkách pro výrobu kyslíku, ale dlouhá desetiletí byla příliš drahá pro použití ve větším měřítku. Zejména materiálové pokroky ale vedly k tomu, že se už může uvažovat o tom, že by mohla být dostupná pro každou větrnou farmu nebo větší solární elektrárnu. Zkoušky prvního zařízení zatím však stále probíhají a technologie nepochybně bude dozrávat ještě několik let.
Dne 10. července 2024 byl oficiálně představen první zdroj elektrické energie svého druhu v České republice. Jedná se o tzv. hybridní zdroj, sestávající z šesti plynových turbín o celkovém výkonu 32,4 MW a největšího bateriového úložiště v Česku s kapacitou 22 MWh. Společnost Siemens je generálním dodavatelem tohoto moderního energetického zdroje.
Společnost Siemens dodala decentralizované pohony a řídicí systémy pro firmu Moravia Cans, která vyrábí hliníkové nádobky na aerosolové přípravky pro mnoho významných výrobců a značek kosmetiky. Technika Siemens se zde stará o manipulaci s hotovými nádobkami, jejich balení a intralogistiku. Za zmínku stojí zejména využití decentrálních měničů a zjednodušení realizace bezpečnostních funkcí využitím komunikace PROFIsafe.
Proč se vlastně Česko stalo pivní velmocí? Jak vypadá česká pivovarnická scéna, o který druh piv roste zájem, jaká technologie v posledních letech nejvíce ovlivnila výrobu piva? Nejen na tyto otázky odpovídá Martin Kočí, Siemens odborník na technologie v potravinářství a zejména v pivovarnickém průmyslu.
V říjnu 2024 vstoupila v platnost nová evropská směrnice NIS2, která významně upravuje pravidla kybernetické bezpečnosti. V průběhu příštího roku vstoupí v platnost nový český zákon o kybernetické bezpečnosti. Obojí se dotkne velkého počtu nejen výrobních firem u nás. Jsme na to připraveni? Co můžeme udělat, aby implementace NIS2 proběhla úspěšně a „bezbolestně“? Cenné rady přináší Miroslav Kuric, konzultant pro digitalizaci průmyslu a odborník na kybernetickou bezpečnost ve výrobě ze společnosti Siemens.
