NÁVRH OPTIMALIZAČNÍHO ŘEŠENÍ VEŘEJNÉHO OSVĚTLENÍ. Číslo objednávky: OlaSM/381/2013, ze dne 11.6.2013 město HRÁDEK NAD NISOU Lokalita K.ú.: Hrádek nad Nisou, Dolní Sedlo, Horní Sedlo, Dolní Suchá, Donín, Loučná,Oldřichov na Hranici, Uhelná a Václavice. Zadavatel: Městský úřad Hrádek nad Nisou Horní náměstí 73 463 34 Hrádek nad Nisou Josef Olša Zpracovatel: Jiří Tesař ARTMETAL ČECHY s.r.o. - PROVOZOVNA 466 06 Jablonec nad Nisou, Janáčkova 217/11 IČ.: 28723708 S optimalizačním návrhem souhlasí: Starosta Bc. Josef Horinka Mistostarosta Pavel Farský Vypracoval: Jiří Tesař Tel.00420 602 283 768 E-mail.: jiri.tesar@artmetal-cz.com Vypracováno dne 26.června 2013 1/6
Úvod Návrh energeticko provozní optimalizace soustavy veřejného osvětlení je zpracována na základě pasportu veřejného osvětlení poskytnutých městským úřadem a správcem VO města Hrádku nad Nisou. Základními vstupními daty jsou údaje z pasportu veřejného osvětlení a fyzické kontroly zařízení VO 1. Výpis zařízení jednotlivých částí soustavy VO z pasportu veřejného osvětlení k datu 20.5.2013 2. Výkresy ve formátu dwg a pdf. Celkové schéma umístění nových SM, RVO a kabelových rozvodů sítě VO Město Hrádek nad Nisou uvažuje s provedením kompletní rekonstrukce stávající soustavy VO zejména technickými úpravami na jednotlivých odběrných místech (RVO) města rozdělených do časové osy a dle finančních možností města. Základní filozofií obnovy soustavy VO je provoz a údržba zařízení s co nejmenšími energetickými a provozními náklady v budoucnu. Město Hrádek nad Nisou nemá zpracován žádný koncept rozvoje a obnovy veřejného osvětlení města, vlastní pouze jediný technický dokument o soustavě VO a to aktualizovaný pasport VO se základními technickými údaji o zařízení, včetně mapové části, který ve své technické zprávě navrhuje základní možný postup obnovy soustavy VO s vyčíslením potenciálních úspor a možností obnovy. Údaje pasportu jsou zpracovány k datu 20.5.2013. Tento návrh energeticko provozní optimalizace soustavy veřejného osvětlení bude prvním základním komplexním technicko ekonomickým podkladem pro rekonstrukci soustavy veřejného osvětlení města Hrádku nad Nisou a bude zároveň sloužit jako zadávací podklad pro vypracování energeticko provozní optimalizace VO a předpokládané rekonstrukce soustavy VO. Zhodnocení stávajícího stavu VO a návrh řešení se vztahuje na celou soustavu VO města,včetně návrhu úprav odběrných, přípojných a ovládacích míst (RVO, RYS) VO města Hrádku nad Nisou a to snížením celkového stávajícího počtu RVO 24 ks na nový stav 16 ks RVO, včetně možnosti nasazení plynulých regulátorů napětí v síti VO na osmi vybraných RVO a to: RVO 3 Liberecká, RVO 4 Lidická u TR LB0699, RVO 11 Dolní Sedlo u TR LB0760, RVO 12 Donín družina u TR LB0685, RVO 14 Loučná u TR LB0694, RVO 20 Dolní Suchá u TR LB0775, RVO 21 Oldřichov na Hranici a RVO 23 Václavice u TR LB0616. Ostatní zbylá odběrná místa jsou beze změn, nebo s drobnými úpravami přepojení jednotlivých SB tak, aby byly uzlové rozvody charakterizovány stejnou technologií světelných zdrojů (cosmopolis) - nelze regulovat a dále SB s autonomní regulací. Návrh technického řešení optimalizace soustavy VO vychází z nejnovějších poznatků a trendů opřeného o ekonomické ukazatele provozu VO města za roky 2009, 2010, 20111, 2012 a 5 měsíců roku 2013. Při současném trendu zvyšování ceny el. energie a při stárnutí technického zařízení VO je nejvýhodnější provést nejen nutnou údržbu stávajících částí VO, ale zároveň také provézt výměnu technicky zastaralých svítidel s velkým el. příkonem a malou svítivostí za nové, technicky dokonalejší svítidla s menším příkonem el. energie a větším efektem svítivosti. Pro minimalizování ztrát na silových rozvodech VO je nutné rovnoměrně rozložit SM na jednotlivých RVO a RYS a zjistit dokonalé rozfázování na kabelových vodičích jednotlivých větví silových rozvodů. Těmito kroky by měla být připravena soustava VO pro nasazení uvažovaných regulátorů napětí v jednotlivých nových čtyřech sloučených obvodech RVO. Stávající silové rozvody jsou provedeny paprskovitě. To znamená, že jsou od RVO vedeny jednotlivé větve rozvodu s minimální možností propojení v případě poruchy nebo odpojení části VO v případě povodní. Navrhnuté řešení by mělo respektovat možnosti odpojení částí soustavy VO v záplavovém území tak, aby nebyli omezeny jiné části města. Ovládání soustavy VO je zastaralé, nekoncepční a spínací prvky ovládají několik odběrných míst najednou. V případě poruchy, výpadku energie zhasne třetina města. Navržený způsob řešení musí zachovat technické parametry kladené EN ČSN 132 01-1 Road lighting Part 1: Performance requirements (Požadavky na osvětlení) z hlediska bezpečnosti pohybu osob a vozidel po komunikaci. Pro návrh optimalizace VO města jsou komunikace ve městě zatříděny do jednotlivých provozních tříd dle ČSN EN 13201-1. Předepsané parametry pro jednotlivé komunikace a prostory jsou určeny a stanoveny pasportem VO v části výpisu komunikací (pasport VO komunikace). Návrh optimalizace předpokládá výměnu zastaralých svítidel VO, počítá se zachováním stávajících podpěrných bodů VO, t.j. sloupů na zemním kabelovém vedení veřejného osvětlení a stožárů energetiky rozvodů NN. 2/6
Ověření navrhnutého řešení intenzity osvětlení musí být provedeno výpočtem osvětlení výše uvedených prostor viz příloha (pasport VO komunikace). Při sestavování výkresové části návrhu energetické a provozní optimalizace se vycházelo ze stávajících podkladů dodaných městem a správcem VO města, včetně podkladů revizních zpráv vypracovaných pro jednotlivé spínací okruhy RVO značených RVO 1 až RVO 24, dále poskytnuté výkresové dokumentace a vlastní fyzické prohlídky zpracovatelem. Přesná specifikace nového zařízení VO, jejich umístění a provedení finálních jednotlivých úprav na soustavě VO bude po odsouhlasení tohoto návrhu řešena energeticko provozní optimalizací (energetický management VO), která v technických detailech bude navazovat na pasport VO a bude jeho pokračováním. Popis výchozího stavu VO Zhodnocení stávajícího stavu VO města je provedeno na základě předloženého soupisu světelných bodů VO (SM) provozovatelem vč. soupisu rozvodnic RVO se zakreslením v technické dokumentaci pasportu VO a na základě vlastní fyzické prohlídky stávajícího stavu dne 20.5.2013. Hlavní technické údaje soustavy VO a SM města Hrádek nad Nisou. - Střídavá rozvodná síť 3+PEN, 50 Hz, 3*400/230 V, TN-C - Ochrana před nebezpečným dotykem neživých částí v prostorách normálních a nebezpečných pro sítě NN-TNC-C do 1000 V dle ČSN 33 2000-4.41 čl.413.1.3 a norm.přílohy NK pro rozvodné sítě. - Prostředí dle ČSN 332000-3 čl.320 N4, ČSN 33 2000-7-714 AB 8,AC 1,AD 3,AF 1,AG 2,AH 2,AK 1,AL 1 AN 2,AQ 1,AS 2,BA,1 BC 3. - Provoz soustavy VO je ve dvou režimech: CELONOC - PŘIBLIŽNÁ ROČNÍ DOBA PROVOZU 4200 hod, roční průměr na 1 den 11,5 hod. Údaje o soustavě VO města Hrádek nad Nisou k datu 20.5.2013 - Celkový stávající instalovaný soudobý příkon Pp : 143,571 kw - Průměrný příkon na 1 SM : 102,620 W - Počet světelných míst : 1365 ks - Počet svítidel a světelných zdrojů: 1399 ks Měření spotřeby el.energie: 24 * v rozvaděčích RVO (značených RVO 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17,18, 19, 20, 21, 22, 23, 24). Na základě provedení kontrolního měření el.veličin na jednotlivých odběrných místech byli shledány velké rozdíly v proudové zátěži na zemním vedení. Jednotlivé větve vodičů L1, L2, L3, jsou nerovnoměrně rozfázované v některých případech jsou zapojené jen dvě fáze. Toto má za příčinu zbytečné zatěžování vodičů a vzniku ztrát. Dalším častým jevem na rozvodech VO jsou nekompenzovaná svítidla a tím naměřený účiník cos φ pod 0,9. v el.obvodě který neodpovídá normě.(účiník je poměrem činného a zdánlivého elektrického výkonu v obvodu střídavého proudu a napětí. Vyjadřuje jak velkou část zdánlivého výkonu přeměňuje obvod na činný výkon, tj. na součet užitečného výkonu a ztrát). Důsledek: 1. Při existenci jalového, případně deformačního výkonu, tak obvodem pro zajištění přenosu požadovaného činného výkonu musí protékat mnohem větší proud, což má za následek větší ztráty na přenosovém vedení. 2. Smluvní vztahy mezi odběratelem a dodavatelem elektrické energie stanovují, vedle dalších parametrů, dovolené hodnoty účiníku, které spotřebitelé, odběratelé a dodavatelé musí dodržovat. Obvykle je odběratel povinen udržovat hodnotu účiníku v rozmezích 0,95 až 1 induktivního charakteru. Průměrné naměřené hodnoty v rozvodné síti soustavy VO jsou: Průměrné napětí v soustavě VO 238,48 V Měrný výkon soustavy VO 126,83 kw Průměrný příkon na 1 svítidlo (SB) 90,60 W Průměrný účiník cos φ 0,87 Kompletní měření na odběrných místech RVO 1 až RVO 24 viz příloha Kontrolní měření provozu s svítidel s autonomní regulací Svítidla jsou instalována na 4 odběrných místech RVO a to : RVO 1 celkový počet svítidel 141 ks z toho 34 ks svítidel s autonomní regulací RVO 2 celkový počet svítidel 87 ks z toho 16 ks svítidel s autonomní regulací 3/6
RVO 4 celkový počet svítidel 209 ks z toho 24 ks svítidel s autonomní regulací RVO 10 celkový počet svítidel 71 ks z toho 46 ks svítidel s autonomní regulací Celkem svítidel 508 ks z toho 120 ks svítidel s autonomní regulací V době provozu se sníženým výkonem deklaruje výrobce pro regulovatelné předřadníky typu DynaVision LumiStep startextreme for CPO DV LS sxt 60 CPO / 0-6-60% pro světelné zdroje CosmoPolis pokles příkonu až o 25%. V případě použitých svítidel v Hrádku nad Nisou budeme počítat s poklesem instalovaného příkonu o 20%. V soustavě je instalováno celkem 79 ks svítidel s autonomní regulací příkonové řady světelného zdroje CosmoPolis 60W. Celkový měrný výkon výbojka + předřadné zařízení bez regulace se = 67 W á 1 ks svítidla. Celkový měrný výkon výbojka + předřadné zařízení s regulací se = 54 W á 1 ks svítidla Celkové snížení měrného výkonu provoz regulace se = 13 W á 1 ks svítidla V době provozu s autonomní regulací ve svítidle by měl teoreticky dle výpočtu poklesnout měrný výkon v soustavě VO pro počet 79 ks svítidel o (13 W *79= 1027W) tj. 1,027 kw. V době provozu se sníženým výkonem deklaruje výrobce pro regulovatelné předřadníky typu ECOLUM EC4-70 pro světelné zdroje sodíkových vysokotlakých výbojek pokles příkonu až o 30 %. V případě použitých svítidel v Hrádku nad Nisou budeme počítat s poklesem instalovaného příkonu o 25%. V soustavě je instalováno celkem 41 ks svítidel s autonomní regulací příkonové řady světelného zdroje sodíkové výbojky 70W. Celkový měrný výkon výbojka + předřadné zařízení bez regulace se = 77 W á 1 ks svítidla. Celkový měrný výkon výbojka + předřadné zařízení s regulací se = 58 W á 1 ks svítidla Celkové snížení měrného výkonu provoz regulace se = 19 W á 1 ks svítidla V době provozu s autonomní regulací ve svítidle by měl teoreticky dle výpočtu poklesnout měrný výkon v soustavě VO pro počet 41 ks svítidel o (19 W *41= 779W) tj. 0,779 kw Celkový pokles měrného výkonu pro 120 ks svítidel s autonomní regulací v době provozu regulace je dle výpočtu o 1,806 kw. Při kontrolním měření na uvedených odběrných místech dne 20.5.2013 s provozem bez autonomní regulace bylo naměřeno : PRŮMĚRNÉ NAPĚTÍ V SOUSTAVĚ VO 238,68 V, (průměr platí pro L1,L2, L3) MĚRNÝ VÝKON SOUSTAVA VO 46,41 kw PRŮMĚRNÝ PŘÍKON 1 SVÍTIDLO 91,36 W Při kontrolním měření na uvedených odběrných místech dne 7 a 8.6.2013 od 23,30 do 01,30 hod, provoz s autonomní regulací bylo naměřeno : Korekce napětí v soustavě pro obě měření 0,47 V tj. cca 0,22% Naměřeno korekce PRŮMĚRNÉ NAPĚTÍ V SOUSTAVĚ VO 239,15 V, (průměr platí pro L1,L2, L3) 238,62 V MĚRNÝ VÝKON SOUSTAVA VO 46,74 kw 46,64 kw PRŮMĚRNÝ PŘÍKON 1 SVÍTIDLO 92,01 W 91,80 W Odchylka po korekci je minimální. Naměřené hodnoty měrného výkonu jsou shodné pro obě měření a to v době bez regulace a v době s autonomní regulací. Z kontrolního měření jednoznačně vyplývá, že instalovaná svítidla jsou provozována bez autonomní regulace a deklarované úspory. Příčina může být v nastavení, poruše nebo jsou tato svítidla osazena předřadným zařízením které nemá instalovanou část autonomní regulace. Přehled doporučených úprav a změn na soustavě VO města. I etapa - Rychlé okamžité snížení nákladů na el.energii - postup 1. Natavení autonomní regulace na svítidlech dle doporučení doba regulace 6 hod denně. Tj.: cca předpokládaná úspora el. energie 3.955 kw/rok. 2. Optimalizovat soustavu VO sloučením RVO dle doporučení a změnou hodnot hlavních jističů RVO a tím plateb za rezervaci příkonu. Předpokládaná úspora cca 33.492,-Kč /rok. Viz příloha. 3. Nasazení regulace a stabilizace napětí na rozvodné sítí RVO 3 Liberecká, včetně částečné výměny 62 ks svítidel z celkového počtu 141 ks svítidel. Předpokládané úspory el. energie: Současná spotřeba rok = provoz 4200 hod spotřeba 60.610 kw * 2,80Kč/kW = 169.708,-Kč Optimalizovaná soustava rok = provoz 4000 hod spotřeba 36.366 kw * 2,80Kč/kW = 101.825,-Kč Úspory spotřeba -24.244 kw * 2,80Kč/kW = - 67.883,-Kč 4/6
4. Nasazení nových moderních ovládacích prvků spínání a zapínání soustavy VO na jednotlivých optimalizovaných RVO celé soustavy např.infralux 03 BH, který je založen na přesném měření okolního osvětlení v oblasti infračerveného spektra. Toto je klíčový rozdíl ve srovnání s obvyklými světelnými spínači, které měří světlo ve viditelném spektru. Měření v oblasti infračerveného spektra nabízí dvě zásadní výhody výborně využitelné v řízení veřejného osvětlení: Zařízení má velmi přesnou detekci západu a východu slunce Slunce emituje značné množství infračerveného světla. Ve vrchní části zahřáté atmosféry toto světlo zejména v oblasti blízké infračerveným vlnovým délkám, je částečně absorbováno vodními parami přítomnými ve vzduchu. Při západu slunce jsou infračervené paprsky rychle absorbovány a nemohou pronikat atmosférou tak jako v případě viditelného světla. Důsledkem je velmi rychlý pokles infračerveného světla. Přesné měření infračerveného světla přes speciální filtr křemíkové fotodiody dává možnost určit spínací bod s vysokou spolehlivostí a s vysokou nezávislostí na orientaci čidla. Všechny INFRALUXy instalované v jednom městě detekují tuto rychlou změnu infračerveného světla a spínají ve velmi krátkém časovém intervalu. Zatímco u souborů tradičních světelných spínačů pracujících na bázi viditelného spektra není neobvyklé zaznamenat rozdíly ve spínacích časech v rozsahu 30 až 45 min. Soubory INFRALUXů spínají v rozmezí 3 až 6min! Veřejné osvětlení je spínáno ve velmi krátkých časových intervalech což omezuje kontrast osvětlení mezi jednotlivými oblastmi města. Veřejné osvětlení může být tak spínáno později a vypínáno dříve, což přináší významné úspory elektrické energie. II etapa - Postupné snižování nákladů na el.energii realizace do 1 roku. 1. Nasazení regulace a stabilizace napětí na zbylých optimalizovaných RVO 2. Postupná výměna zastaralých svítidel a světelných zdrojů. Předpoklad úspor návrhem optimalizovaného cílového stavu regulace a stabilizace RVO Z celkového počtu 1399 ks svítidel připojených na 24 ks odběrných míst je navrženo regulovat a stabilizovat celkem 8 ks RVO s celkovým počtem 909 ks svítidel. Zbylá svítidla v počtu 490 ks nebudou regulována ani stabilizována jejich technologie to neumožňuje. Porovnání výchozího stavu soustavy VO a navrženého stavu. výchozí stav navržený stav nárůst - úbytek Celkový stávající instalovaný soudobý příkon Pp 1399 SB = 126,83 kw 93,87 kw - 32,96 kw Průměrný příkon na 1 SM = 90,60 W 67,09 W - 23,51 W Soudobý instalovaný příkon Pp celé soustavy VO se optimalizačním návrhem sníží o 32,96 kw a průměrný příkon jednoho svítidla se sníží o 23,51 W. Celkový odhad spotřeby el.energie soustavy VO města úspory stávající stav optimalizovaný stav + nárůst/ - úbytek Odběrná místa RVO 24 ks 16 ks - 8 ks Regulovaná odběrná místa 0 ks 8 ks + 8 ks Počet svítidel světelných zdrojů 1399 ks 1399 ks 0 ks Počet SB na regulovaném zařízení RVO 0 ks 909 ks + 909 ks Počet SB na neregulovaném zařízení RVO 1399 ks 490 ks - 909 ks Doba provozu VO rok 4200 hod 4000 hod - 200 hod Soudobý měrný výkon Pp měření/ výpočet 126,83 kw 93,87 kw - 32,96 kw Spotřeba el.energie rok výpočet z měření 532686 kw 375480 kw - 157206 kw Průměrný příkon na 1 SM = 90,60 W 67,09 W - 23,51 W Z toho spotřeba Neregulovaná a stabilizovaná soustava 490 SB 177680 kw předpoklad roční spotřeby el.en. Regulovaná a stabilizovaná soustava VO 909 SB 197800 kw předpoklad roční spotřeby el.en. Předpoklad celkové roční spotřeby el.energie výpočet 375480 kw Platby za el.energii výpočet/rok á1kw=2,80 Kč 1.491.521,-Kč 1.053.344,-Kč - 440.177,-Kč úspora Z toho platby el.en Neregulovaná a stabilizovaná soustava 490 SB 497.504,-Kč předpoklad roční platby el.en. Regulovaná a stabilizovaná soustava VO 909 SB 553.840,-Kč předpoklad roční platby el.en. 5/6
III etapa Obnova podpěrných částí VO rozvody VO průběžná realizace dle stáří zařízení 1. Opravy havarijního stavu podpěrných částí VO (stožáry, výložníky) 2. Opravy silových rozvodů (výměny rozvodů vrchních neizolovaných rozvodů Fe za AES) atd. 3. Vypracování dlouhodobého plánu údržby VO dle životnosti jednotlivých částí soustavy VO horizont 30 let Závěr Pro celkovou energeticko provozní optimalizaci VO města je nutné schválení tohoto navrhnutého řešení. Po schválení navrhnutého řešení bude provedena kompletní energeticko provozní analýza včetně vyčíslení úspor el.energie, celkové výše investice a možného financování splátkově z úspor - formou EPC (Energy Performance Contracting). Předpokládáme, že uvažovaná rekonstrukce stávajícího veřejného osvětlení bude z hlediska finanční návratnosti velice příznivá. Po schválení návrhu optimalizace, vypracování energeticko provozní optimalizace a následné rekonstrukci dojde ke snížení poruchovosti, k zvýšení plošné osvětlenosti a tím i většímu světelnému pokrytí osvětlených komunikací tj. zvýšení pasivní bezpečnosti občanů i majetku. Zejména je třeba poznamenat, že dojde k rovnoměrnému osvětlení průjezdních komunikací, což jsou komunikace s velkým dopravním tokem všech účastníků silničního provozu. Zpracovatel vychází z dat světelně technických parametrů dostupných podkladů daných výrobci, dodavatele svítidel a světelných zdrojů, včetně regulátorů napětí. Reference o možných úsporách při nasazení regulátorů napětí v různých městech získáte na odkazu http://www.regulace-vo.cz/. Na tomto odkazu jsou automaticky ukládána data z instalovaného rozváděče RVO 052 - REVERBERI STP 26 ve městě Havířov nebo Harrachov. Výstup sledovaných dat si můžete prohlédnout na odkazu stránek http://www.regulace-vo.cz/rvo-havirov/, nebo http://www.regulace-vo.cz/rvo-harachov/leden dále dotazem na městském úřadě Harrachova kde byla celá soustava VO kompletně zrekonstruována a uvedena do zkušebního provozu 18.11.2011, včetně regulace napětí pomocí regulátorů RAVERBERI. Vypracoval dne 26.června 2013 Jiří Tesař ARTMETAL ČECHY s.r.o. 6/6