Učební, studijní obor, ročník studia: Přírodovědné lyceum, čtvrtý ročník

Transkript

1 Adresa autora projektu: Jméno, příjmení autora(ů) projektu Enersol 2012: Markéta Hosová Učební, studijní obor, ročník studia: Přírodovědné lyceum, čtvrtý ročník Adresa školy: Střední škola obchodu a služeb Jihlava K. Světlé Jihlava Jméno učitele-koordinátora projektu: Mgr. František Číhal, Mgr. Eva Lemberková Kontakt: Tel/fax: reditel@ssos-ji.cz Webové stránky školy: Adresa partnerské firmy: Obchodní název firmy: MONT - EL Adresa firmy: Romana Havelky 7, Jihlava Odborný název investice: Monitorování odběru elektrické energie Jméno, příjmení, ak. titul, konzultanta-odborníka firmy: Jaroslav Pech Kontakt na odborníka firmy: Romana Havelky Jihlava Tel/fax: montel@volny.cz Webové stránky firmy: www:mont-el.cz Práce zaslána (předložena) regionálnímu centru dne: Podpis(y) autora (autorů) projektu: Podpis učitele-koordinátora projektu:

2 ÚVOD Nejlevnější energie je ta, která se nespotřebuje. Tato věta mě motivuje již třetím rokem k tomu, abych spolu se svými spolužáky hledala rezervy v úsporách energie na naší škole. Během předchozích let jsme realizovali tyto nápady: - instalace pohybových čidel ke spínání osvětlení ve školních šatnách, - časový spínač na odpojování nápojových automatů ze sítě o víkendech a v noci, - odpojení počítačových učeben a počítačů v učebnách ze sítě během školních prázdnin. Vypočítali jsme, že tato opatření přinesou škole finanční úsporu nejméně ,- Kč ročně. V letošním roce jsem se rozhodla navázat na naší tříletou práci. STRUČNÁ CHARAKTERISTIKA PROJEKTU Projekt sestává ze tří částí: 1. PŘEHLED ROČNÍ ÚSPORY EMISÍ V této části se budu zabývat vztahem mezi ušetřenou elektrickou energií a z toho vyplývajícím snížením emisí fosilních paliv. 2. REGULACE CTVRTHODINOVÉHO MAXIMA Zde vyčísluji finanční úspory, které škole vznikly díky zakoupení regulátoru čtvrthodinového elektrického maxima 3. DOTAZNÍK V závěrečné části práce zjišťuji informovanost a názor studentů naší školy na přijatá opatření, která šetří elektrickou energii v naší škole. VLASTNÍ OBSAH PROJEKTU 1. Přehled úspory emisí/rok Tabulka č. 1: Přehled finanční úspory našich projektů z předešlých let: Minimální roční úspora po splacení Čidla Počítače Automaty 7790,00 Kč 8082,50 Kč 6317,00 Kč 22189,50 Kč 2

3 Z tabulky vyplývá, že díky zavedeným opatřením škola uspoří 22189,5 Kč, t.j. přibližně 5280 kwh elektrické energie. ( Vycházela jsem z údaje, že škola platí přibližně 4,20 Kč za kwh elektrické energie). Tabulka č. 2: Přepočet úspory elektrické energie na úspory emisí Spotřeba energie MWh 5,28 Množství znečišťujících látek přepočtené na množství energie kg Typ znečišťující látky kotel ZP kotel dřevo Elektřina systémová Kotel HU pevný kotel HU mostecké Tuhé látky kg 0,011 17, , , , SO2 kg 0,005 1, , , , NOx kg 0,887 4, , , , CO kg 0,177 1, , , , CxHy kg 047,703 1, , , , CO2 kg 1 047, , , ,71429 Typ znečišťující látky Normové množství znečišťujících látek v kg/mwh kotel ZP kotel dřevo Elektřina systémová Kotel HU pevný kotel HU mostecké Tuhé látky (kg/mwh) 0,002 3, , , , SO2 (kg/mwh) 0,001 0, , , , NOx (kg/mwh) 0,168 0, , , , CO (kg/mwh) 0,034 0, , , , CxHy (kg/mwh) 198,429 0, , , , CO2 (kg/mwh) 198, , , , V tabulce, ve sloupci systémová elektřina, vidíme množství znečišťujících látek, které díky zavedeným opatřením nezatíží životní prostředí. Hodnoty odpovídají intervalu jednoho roku. Některá opatření však na naší škole fungují již třetím rokem. 3

4 2. Regulace čtvrthodinového elektrického maxima Některé provozy naší školy jsou díky množství odebírané elektrické energie zařazeny mezi velkoodběratele. Ve své práci jsem se zaměřila na budovu Na Stoupách, kde se nachází velké stravovací zařízení. Zde škola instalovala zařízení, které pomáhá šetřit peníze za energii. Nejde přímo o úsporu silové el.energie (kwh). K tomu, abychom ve vybraném provozu uvařili, tak dané množství energie potřebujeme. Rozdíl je však množství spotřebované elektrická práce (kwh) v poměru k dosaženému maximu. Tam jsou rezervy v platbách za el.energii Čtvrthodinové maximum obecné zásady. Odběr elektrické energie velkoodběratelem podléhá mnoha technickým, provozním, ale také ekonomickým pravidlům. Kromě běžně vnímaného odběru množství činné elektrické energie (kw h) je jedním z takových pravidel i smluvně určená maximální hodnota odebíraného příkonu (kw) za sledovaný časový úsek. Nutnost regulace odebíraného příkonu vyplývá z problematiky známých energetických špiček, které zásadním způsobem ovlivňují kvalitativní parametry dodávky elektřiny a stabilitu provozu distribuční sítě. Obr.č. 1 : Regulační křivka V budově Na Stoupách je sledovaný časový úsek stanoven na 15 minut čtvrthodinu. Zařízení průběžně kontroluje odběr energie a vyhodnocuje si riziko překročení maxima (viz. obr.č.1). Tmavá čára zvýrazňuje plynulý nárůst k maximu, oranžová skutečný odběr v čase, modrá pak skutečný nárůst k maximu + odhad do konce čtvrthodiny. Z obrázku je zřejmé, že se modrá čára nesmí dostat nad černou plynulý nárůst. Čtvrthodinovým (technickým) maximem (1/4max) se tedy rozumí hodnota průměrného čtvrthodinového elektrického příkonu, kterou smí odběratel za sledovaný časový úsek nejvýše odebrat. Tato hodnota je stanovena i smluvně, dodavatelem je režim 1/4max sledován a překročení smluvního limitu je dodavatelem penalizováno. Každý provozovatel se proto snaží smluvní hodnotu nepřekračovat, a to buď vhodným rozložením energetické náročnosti spotřeby, nebo instalací vhodných regulačních prvků regulátorů čtvrthodinového maxima Překročení sjednaného čtvrthodinového maxima Odběratel, který přesáhne nasmlouvaný limit, zaplatí penále za překročení. Někteří odběratelé se proti tomuto překročení pojistí tak, že si navýší limit, aby v žádném případě k překročení nedošlo. Pak ale platí navýšený limit 12krát ročně. K překročení dochází obvykle v zimních měsících. 4

5 2.3. Regulátory čtvrthodinového maxima K tomu, abychom mohli sledovat a regulovat čtvrthodinové maximum, bylo nutné instalovat regulátor. V naší organizaci byl instalován program Max Communikator, který komunikuje s přístrojem ATSC 1532 MICRO, který slouží k měření a regulaci spotřeby elektrické energie. Regulátor funguje na jednoduchém principu, který je založen na sledování trendu (predikci) spotřeby činné elektrické energie. Podle trendu v průběhu aktuální spotřeby je dopočítávána spotřeba na konci regulačního intervalu a v závislosti na ní jsou odpojovány a připojovány výstupní kanály. K aktivaci příslušného stupně dojde tehdy, když množství odebrané energie od začátku měřicího intervalu dosáhne nastavené hodnoty a současně je výpočtem zjištěno, že dosavadní velikost odběru by měla za následek překročení sjednaného limitu. Ke zpětnému připojení spotřebiče dojde, jestliže odběr poklesne natolik, že nehrozí překročení sjednaného limitu, popřípadě na začátku dalšího měřicího intervalu. Ve sledované budově, kde jak jsem se již zmínila je velké stravovací zařízení, máme nastaveno vícestupňové hlídání čtvrthodinového maxima. V provozu jsou totiž spotřebiče, které můžeme na krátkou dobu vypnout, aniž bychom narušili pracovní režim. Takovými vhodnými spotřebiči jsou kotle na vaření, pánve a myčka. Vhodné spotřebiče zapojíme k vypínání postupně podle jejich důležitosti. Při zapojení více spotřebičů dojde k jejich postupnému vypínání v časech blížících se 15. minutě. Počet sepnutých spotřebičů pro regulaci je odvislý od míry překročení stanoveného limitu. Obr. č. 2: Nastavení hladin Z obrázku č. 2 vidíme, jak jsou nastaveny hladiny pro vypínání v budově Na Stoupách. Na posledním místě je myčka nádobí, protože její vypnutí způsobí největší problémy. Krátkodobé vypnutí kotle či smažící pánve nedělá při přípravě jídla žádné problémy. 5

6 Obr. č. 3: Historie odpojování hladin Z obrázku č. 3 vidíme historii vypínání jednotlivých hladin Problém nastal mezi ,15 hodin. Musely být vypnuty dokonce všechny hladiny. Na obrázku můžeme demonstrovat jednoduchý příklad. Zapne-li se v budově spotřebič se silným odběrem elektrické energie, který není zapojen v některé z hladin k vypínání, může, i přes vypnutí všech hladin, dojít k překročení čtvrthodinového maxima. Proto je velmi důležité, přistupovat k zapojení přístrojů do hladin a k vypínání velmi zodpovědně a uvážlivě. V extrémním případě by se mohlo stát, že některé spotřebiče k kuchyni budou neustále vypnuté (ty, které jsou v první hladině) Úspora pomocí organizace práce Zavedení regulátoru hlídání čtvrthodinového maxima má ještě jeden efekt. Program nabízí velice kvalitní výstupy. V případě, že budeme s těmito výstupy pracovat, můžeme dosáhnout dalších úspor. V naší škole se vhodnou organizací práce podařilo snížit roční nasmlouvané maximum. Ve sledované budově došlo za dva roky ke snížení o 20 kw, což samozřejmě vede k dalším úsporám. 6

7 2.5. Přehled plateb V tabulce můžeme sledovat přehled plateb za období Program na regulaci čtvrthodinového maxima byl zapojen od května 2009 (v tabulce označeno červeně). Vysvětlivky k tabulce: Sloupec č. 1: časové období Sloupec č. 2: nasmlouvané maximum. Je dobře znatelné,, že díky regulaci si škola mohla dovolit v dalších letech maximum snížit. Sloupec č. 3: cena za nasmlované maximum ( ta je závislá jednak na výši maxima, jednak na ceně el. en. v konkrétním roce). Sloupec č. 4: navýšení maxima (pouze v zimním období) Sloupec č. 5: cena kw navýšení maxima Sloupec č. 6: překročení maxima (kw) Sloupec č. 7: cena 1kW při překročení maxima Sloupec č. 8: celková měsíční platba Tabulka č. 3: Přehled plateb roční kapacita cena Kč/kW měsíční kapacita cena Kč/kW překročení cena Kč/kW CELKEM kw kw kw , , ,53 I , ,97 0 0, ,81 II , , , ,58 III , ,97 0 0, ,81 IV ,84 0 0,00 0 0, ,84 V ,84 0 0,00 0 0, ,84 VI ,84 0 0,00 0 0, ,84 VII ,84 0 0,00 0 0, ,84 VIII ,84 0 0,00 0 0, ,84 IX ,84 0 0, , ,91 X , ,97 0 0, ,81 XI , ,97 0 0, ,81 XII , ,97 0 0, ,81 CELKEM , , , ,74 7

8 , , ,745 I , ,77 0 0, ,63 II , , , ,61 III , ,77 0 0, ,63 IV ,86 0 0,00 0 0, ,86 V ,86 0 0,00 0 0, ,86 VI ,86 0 0,00 0 0, ,86 VII ,86 0 0,00 0 0, ,86 VIII ,86 0 0,00 0 0, ,86 IX ,86 0 0,00 0 0, ,86 X , ,77 0 0, ,63 XI , , , ,06 XII , ,02 0 0, ,88 CELKEM , , , , , , ,948 I , ,74 0 0, ,92 II , ,74 0 0, ,92 III , , , ,88 IV ,18 0 0, , ,13 V ,18 0 0,00 0 0, ,18 VI ,18 0 0,00 0 0, ,18 VII ,18 0 0,00 0 0, ,18 VIII ,18 0 0,00 0 0, ,18 IX , ,06 0 0, ,24 X , ,06 0 0, ,24 XI , ,74 0 0, ,92 XII , ,06 0 0, ,24 CELKEM , , , , , , ,948 I , ,06 0 0, ,87 II , ,06 0 0, ,87 III , ,06 0 0, ,87 IV , ,69 0 0, ,50 V , ,69 0 0, ,50 8

9 VI , ,69 0 0, ,50 VII ,81 0 0,00 0 0, ,81 VIII ,81 0 0,00 0 0, ,81 IX , ,06 0 0, ,87 X , ,06 0 0, ,87 XI , ,06 0 0, ,87 XII , ,06 0 0, ,87 CELKEM , ,44 0, , , ,104 I ,92 0 0,00 0 0, ,92 II ,92 0 0,00 0 0, ,92 III ,92 0 0,00 0 0, ,92 IV ,92 0 0,00 0 0, ,92 V ,92 0 0,00 0 0, ,92 VI ,92 0 0,00 0 0, ,92 VII ,92 0 0,00 0 0, ,92 VIII ,92 0 0,00 0 0, ,92 IX ,92 0 0,00 0 0, ,92 X ,92 0 0,00 0 0, ,92 XI ,92 0 0,00 0 0, ,92 XII ,92 0 0,00 0 0, ,92 CELKEM ,04 0,00 0, ,04 9

10 2.6. Výpočet úspor Ze sloupce 7 vidíme, že na pokutách za překročení maxima bylo v letech zaplaceno Kč. V roce 2009 (květen) došlo k zakoupení programu Max Communikator a přístroje ATSC 1532 MICRO. Investice byla ,- Kč. Od té doby neplatila organizace žádnou pokutu za překročení maxima. Na pokutách škola průměrně za jeden rok zaplatila Kč. Za dobu, kdy byl přístroj instalován se dá říci, že na možných pokutách škola ušetřila Kč. Další efekt je snížení nasmlouvaného maxima. V roce 2008 bylo nasmlouváno 140 kw a díky přístroji bylo postupně snižováno. V roce 2010 na 130 kw, což je roční úspora Kč (cena za 1kW 120,237 Kč/měsíc). V roce 2011 škola smlouvu 120 kw. Vezmeme-li cenu jedné nasmlouvané kw pro rok 2011 (120,991 Kč/měsíc), činí roční úspora Kč. Shrnutí úspor Za předpokládané pokuty Za úsporu na nasmlouvaném maximu za rok 2010 Za úsporu na nasmlouvaném maximu za rok 2011 Celkem ,- Kč ,- Kč ,- Kč ,-Kč 10

11 2.8. Význam regulátoru čtvrthodinového maxima: 1. Pro naši školu má regulátor velký význam v úspoře financí. Z předchozích výpočtů je dobře vidět, že počáteční investice se splatila cca za 2 roky a dnes už znamená pro školu každoroční úsporu cca Kč (počítám pouze ušetřené pokuty). 2. Ačkoliv regulátor nešetří výrazně elektřinu přímo, jeho význam poznáme, pokud se podíváme na odběr el. energie komplexně: - výroba a spotřeba elektrické energie nejsou v průběhu celého dne rozloženy rovnoměrně, ale kolísají podle energetické náročnosti spotřeby. To se projevuje v odběru při maximálním zatížení tzv. odběrovými špičkami, což ovlivňuje parametry dodávky elektřiny a stabilitu provozu distribuční sítě. Může docházet i k výpadkům v dodávkách elektřiny. Při nedostatku může dojít k vypnutí celých regionů, což se u nás v i v nedávné minulosti stávalo. Naproti tomu existují časy minimálního odběru, kdy je elektrické energie přebytek. - nerovnoměrný odběr elektrické energie má tyto závažné hospodářské důsledky: o Zvýšené ztráty na vedení Se stoupajícím proudem rostou činné ztráty na vedení se druhou mocninou (I2). To znamená, že při dvojnásobném proudu rostou ztráty čtyřikrát. Spotřebič s dvojnásobným příkonem zvýší okamžité ztráty na vedení čtyřikrát a celkové ztráty na vedení stoupnou oproti spotřebiči s polovičním příkonem dvakrát, protože takový spotřebič provozujeme jen poloviční dobu. Tyto ztráty se projevují na celém vedení od generátoru až po spotřebič včetně transformátorů NN, VN, VVN. o Okamžitý výkon elektráren Okamžitému odběru musí odpovídat i okamžitý vyráběný výkon v elektrárně. To vyžaduje mít veliký tzv. instalovaný výkon, který zvýšený odběr pokryje. Základní odběr vyrábějí tzv. elektrárny pásmové, které vyrábějí stále stejný výkon. U nás jsou to především elektrárny tepelné a elektrárny jaderné. Tyto elektrárny nelze okamžitě uvést do chodu, ani je zastavit *). Jejich výkon nelze ani výrazně zvýšit či snížit. K regulaci odběru se používají především elektrárny vodní (přehradové), pracující v pološpičkovém a špičkovém odběru. Méně vhodné pro regulaci jsou vodní elektrárny průtočné. Se zvyšujícím se procentovým poměrem uhelných a jaderných elektráren proti elektrárnám vodním se problém nerovnoměrného zatížení začal řešit výstavbou vodních elektráren přečerpávacích. Tyto elektrárny nejenže pokrývají energetické špičky, ale zároveň odsávají nadbytečnou energii v době malého zatížení. Stavějí se především na vhodných místech s převýšením, u nás největší vodní přečerpávací elektrárna je Dlouhé Stráně v Jeseníkách. Nejvhodnější místa pro výstavbu přečerpávacích elektráren jsou v Alpách, zvláště pak v Rakousku a ve Švýcarsku. Výstavba špičkových zdrojů je velmi drahá a zdlouhavá, trvá mnoho let. Proto je cena tzv. špičkové kilowatthodiny několikanásobně dražší. Z literatury je známo, že při rovnoměrném odběru po celých 24 h by byla potřeba instalovaného výkonu elektráren třetinová. Rovněž ztráty na vedení a potřeba vedení by byla menší. Avšak toto je pouhý ideál, neodpovídající fyziologické potřebě člověka (dennímu režimu, spánek, jídlo). Jak je již uvedeno v úvodu, nelze v průběhu dne připustit libovolné odebírání činného výkonu. Dodavatelé elektrické energie proto zavádějí u větších spotřebitelů měření výkonu ve sledovaných časových úsecích čtvrthodinové maximum. Tímto opatřením nutí spotřebitele odebírat elektrickou práci při menším příkonu po delší čas. Zdroj: 11

12 3. DOTAZNÍK Formou dotazníků jsem zjišťovala, jestli jsou studenti spokojeni nebo nespokojeni s úspornými opatřeními, které byly v naší škole zavedeny v uplynulých letech. Současně jsem studenty informovala o tom, jaké roční finanční úspory opatření škole přináší. Vyplněné dotazníky se vrátily od 86-ti respondentů - studentů třetích a čtvrtých ročníků. Tabulka č. 4: Vyhodnocení dotazníku odpověď A odpověď B odpověď C četnost četnost četnost otázka č otázka č otázka č otázka č otázka č otázka č POHYBOVÁ ČIDLA V ŠATNÁCH Přináší Vám tato změna nějaká omezení? (otázka č. 1) Šest z dotázaných studentů odpověděli, že jim pohybová čidla v šatnách přinesla nějaká omezení. Ostatním studentům toto opatření žádné omezení nepřineslo. Otázka č odpověď A odpověď B 12

13 Myslíte si, že jejich zavedení bylo rozumné? (otázka č. 2) Osmdesát dva dotázaných studentů odpovědělo, že je nainstalování čidel rozumné. Pouze čtyři odpověděli, že jim toto opatření nepřijde rozumné. Otázka č odpověď A odpověď B AUTOMATY NA NÁPOJE Pocítili jste, že automaty se v noci vypínají (např. méně vychlazené nápoje)? (otázka č. 3) Dva studenti pocítili, že se automaty v noci vypínají například tím, že jsou méně chlazené nápoje. Oproti tomu osmdesát čtyři studentů nepoznalo, že by se automaty v noci vypínaly. Otázka č odpověď A odpověď B 13

14 Myslíte si, že vypínání automatů na nápoje přes noc je dobrý nápad? (otázka č. 4) Osmdesát čtyři z dotázaných studentů si myslí, že vypínat automaty na nápoje přes noc, je dobrý nápad. Čtyři z dotázaných studentů jsou opačného názoru. Otázka č odpověď A odpověď B TERMOSTATICKÉ VENTILY Máte pocit, že teplota ve třídách je stabilnější než dříve? (otázka č. 5) Čtyřicet sedm studentů má pocit, že teplota ve třídách je stabilnější než dříve. Třicet devět studentů je toho názoru, že teplota není stabilnější než dříve. Otázka č odpověď A odpověď B 14

15 Změnili byste teplotu ve třídách? Podle grafu vidíme, že čtyřicet pět dotázaných studentů by změnilo teplotu ve třídách, protože ve třídách je zima. Také vidíme, že sedm studentů by změnilo teplotu ve třídách, jelikož mají pocit, že jsou třídy přetopené. Třicet čtyři studentů, by teplotu ve třídách neměnilo, jelikož jim vyhovuje. Otázka č odpověď A odpověď B odpověď C Z dotazníků jsem zjistila, že většina dotázaných studentů akceptuje provedené změny. Odpovědi v páté a šesté otázce, týkající se teplot ve třídách, v mnoha případech odráží subjektivní pocity studentů. V současné době se teplota ve třídách pohybuje okolo 20 o C. Před zapojením termostatických ventilů docházelo často k tomu, že třídy byly přetopené. V této chvíli skutečně celá řada studentů může mít pocit chladu. ZÁVĚR Hlavním výstupem mé tříleté práce je to, že se podařilo zavést řadu úsporných opatření. V minulých letech jsem se zamýšlela především nad finančním efektem přijatých opatření. Letos jsem se na spotřebu energie podívala z jiného úhlu. Zjistila jsem, že organizace může uspořit finance i vhodným plánováním odběru elektrické energie. Překvapením pro mě bylo, kolik emisí uspoříme tím, že omezíme spotřebu elektrické energie. Vyhodnocením dotazníku jsem zjistila, že studenti o změnách vědí a vítají je. Možná k tomu namohly i mé každoroční prezentace, ve kterých se snažím spolužáky informovat o provedených změnách a jejich důsledcích. 15

16 Příloha č. 1: Dotazník V naší škole jsme za poslední 3 roky zavedli celou řadu úsporných opatření. Jde hlavně o pohybová čidla v šatnách, vypínání nápojových automatů přes noc a víkendy, termostatické ventily ve třídách. Ráda bych Vám položila několik otázek, které souvisí s těmito opatřeními. Výsledky budou sloužit jako podklad k mojí studentské práci. Děkuji Markéta Hosová POHYBOVÁ ČIDLA V ŠATNÁCH 1. Přináší Vám tato změna nějaká omezení? A) ANO B) NE 2. Myslíte si, že jejich zavedení bylo rozumné? A) ANO B) NE AUTOMATY NA NÁPOJE 3. Pocítili jste, že automaty se v noci vypínají (např. méně vychlazené nápoje)? A) ANO B) NE 4. Myslíte si, že vypínání automatů na nápoje přes noc je dobrý nápad? A) ANO B) NE Poznámka: ZAVEDENÁ OPATŘENÍ ZNAMENAJÍ PRO NAŠI ŠKOLU ÚSPORU MINIMÁLNĚ KČ ROČNĚ. 5. Máte pocit, že teplota ve třídách je stabilnější než dříve A) ANO B) NE 6. Změnili byste teplotu ve třídách? A) Ano, je ve třídách zima B) Ano, ve třídách je přetopeno C) Ne, teplota mi vyhovuje 16