49
Obrázek 19 Schéma lokální distribuční soustavy [47]
Z tohoto jednoho odběrného místa lze dalším uživatelům distribuovat nejen elektrickou energie, ale taký plyn nebo tepelnou energii. Podmínkou provozování LDS lze provozovat je vlastnictví požadované licence a splnění dalších náležitostí daných zákonem. Provozovatel je zodpovědný za distribuci elektřiny ve stejném rozsahu jako regionální distribuční společnosti [49]. Zákony upravující návrh a provoz lokální distribuční sítě jsou shrnuty níže [48]:
• Zákon č. 458/2000 Sb. o podmínkách podnikání a výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů (Energetický zákon)
• Vyhláška ERÚ č. 16/2016 ze dne 22.1.2016 o Podmínkách připojení k elektrizační soustavě
• Vyhláška MPO č. 79/2010 Sb. ze dne 18. 3. 2010 Sb. o dispečerském řízení elektrizační soustavy a o předávání údajů pro dispečerské řízení
• Vyhláška MPO č. 82/2011 ze dne 17. 3. 2011, o měření elektřiny a o způsobu stanovení náhrady škody při neoprávněném odběru, neoprávněné dodávce, neoprávněném přenosu nebo
neoprávněné distribuci elektřiny
• Vyhláška č. 453/2012 Sb.,o elektřině z vysokoúčinné kombinované výroby elektřiny a tepla a elektřině z druhotných zdrojů
• Vyhláška ERÚ č. 408/2015 ze dne 30. 12. 2015o Pravidlech trhu s elektřinou
• Vyhláška ERÚ č. 540/2005 ze dne 15. 12. 2005 o kvalitě dodávek elektřiny a souvisejících služeb v elektroenergetice
Lokální distribuční soustava se skládá ze sítě kabelů, které spojují jednotlivá odběrná místa a uzlový bod. Tyto kabely mohou být vedeny v podzemním nebo nadzemním vedení. Podzemní vedení musí být opatřeno chráničkou. Celý systém se napojuje regionální distribuční síť, odkud se napojuje do transformátoru.
Systém dále obsahuje elektroměry, hlavní jističe, vedlejší jističe, podružné transformátory, řízení atd [49].
50
10.1 Pravidla nutná k provozu
Současně platný energetický zákon nerozlišuje lokální a regionální distribuční sít. Provozovatel LDS je vázán zákonem o podporovaných zdrojích 165/2012 Sb., § 2. Tento zákon rozlišuje připojení distribuční sítě přímo k přenosové síti u regionální distribuční sítě a LDS. LDS má oproti regionální distribuční síti výhody, které v regionálním měřítku nelze uplatnit. Provozovatel LDS si může stanovit výši poplatku za distribuci, ale v regionálním měřítku výši poplatku každý rok upravuje ERÚ.
Při prodeji elektřiny pomocí LDS lze ceny přebrat od regionálních distributorů, ale provozovatel LDS má právo stanovit cenu také na základně individuální žádosti. V běžné regionální distribuční soustavě není možné, aby byla jedna osoba operátor sítě, výrobce i obchodník s elektřinou dle zákona č. 458/2000 Sb, § 25,§ 104 a § 3, odstavec 3. Toto však neplatí pro lokální distribuční sítě, což dává provozovateli značnou svobodu [49], [48].
Pro provoz lokální distribuční soustavy je potřeba licence, kterou lze získat na Energetickém regulačním úřadě. O tuto licenci mají právo zažádat osoby, které mají živnostenský list a doloží následující dokumenty [49]:
• Výpis z Obchodního rejstříku
• výpis z Rejstříku trestů a prohlášení o způsobilosti statutárního orgánu
• odpovědný zástupce (ustavení, čestné prohlášení, zkouška, praxe, vzdělání)
• výpis z Insolvenčního rejstříku
• potvrzení Finanční správy České republiky a Celní správy České republiky
• finanční způsobilost (výpis)
• bezdlužnost u zdravotních pojišťoven
• zdravotní a sociální pojištění
• účetní závěrka
• podnikatelský plán
• finanční bilance
• seznam vymezených území
• katastrální mapa s vyznačením parcel napojených objektů a parcely trafostanice
• výpis z katastru + věcná břemena
• smlouva o dílo LDS
• územní rozhodnutí
• revizní zprávy (např. vývody kabelů u trafostanice)
V případě, že bude mít provozovatel LDS soustavy vlastní zdroj elektrické energie (např. kogenerační jednotku, nebo fotovoltaickou elektrárnu), je nutné, aby zároveň splnil podmínky pro licenci na výrobu elektřiny. Pro získání této licence je nutné doložit následující dokumenty [49]:
51
• výpis z Obchodního rejstříku
• výpis z Rejstříku trestů a prohlášení o způsobilosti statutárního orgánu
• smlouva o dílo osazení kogenerační jednotky
• revize nedošlo k diskriminaci ceny pro některé uživatele [48].
Pokud se chce uživatel připojit k LDS musí uzavřít s provozovatelem této sítě smlouvu, která bude vystavena po žádosti k připojení a zhodnocení, a to v případě odběratele i výrobce elektřiny. Tato žádost se musí podat před výstavbou nebo připojením nového zařízení, případně při jakékoliv změně odběru či rezervovaného příkonu [48].
Energetický zákon č. 458/2000 Sb udává povinnost provozovateli lokální distribuční soustavy zveřejňovat informace o možnostech distribuce elektřiny a rozvoji LDS na webových stránkách:
www.czechcoal.cz. Na této stránce by mělo být také uvedeno, jaké podmínky musí splnit budoucí žadatelé o připojení do LDS [48].
Dle vyhlášky ERÚ č. 16/2016 ze dne 22.1.2016 o Podmínkách připojení k elektrizační soustavě je provozovatel LDS je povinen stanovit výši navýšení požadovaného rezervovaného příkonu provozovateli lokální distribuční soustavy. S tímto distributorem pak provozovatel uzavře smlouvu o dodávce elektřiny.
Požadavky na připojení definuje příloha vyhlášky č.8 vyhlášky č. 16/2016 Sb. Provozovatel lokální distribuční soustavy, který je připojen nadřazené distribuční soustavě na hladině nízkého napětí má dle Energetické regulačního úřadu pro každé odběrné místo nastavenou sazbu C 01d, C 02d, nebo C 03d, což je zvýhodněný tarif oproti běžnému tarifu pro domácnosti, kde cena za kWh odpovídá 1,1-2,8 Kč. Za tuto cenu bude provozovatel lokální distribuční soustavy nakupovat elektrickou elektřinu z regionální distribuční soustavy [48].
Faktury od provozovatele lokální distribuční sítě uživatelům této sítě musí být vystaveny dle aktuálních cen el. energie minimálně jednou za 12 měsíců. Tato faktura musí odpovídat vyhlášce ERÚ č. 210/2011 Sb.
ze dne 1. 7. 2011 o rozsahu, náležitostech a termínech vyúčtování dodávek elektřiny, plynu nebo tepelné energie a souvisejících služeb. Další fakturu musí platit uživatel distribuční soustavy tj. provozovatel lokální distribuční soustavy. Tato faktura zaplacena na účet stanovený ve smlouvě. Provozovatel LDS je povinen dle Zákon č. 458/2000 Sb. zaplatit za pravidel: „pevně stanovených regulovaných cenách a dodržovat podmínky vedené v cenovém rozhodnutí ERÚ, které je účinné v době realizace distribuce elektřiny.“ [48]
Energetický zákon a vyhláška MPO č. 79/2010 Sb. nakazuje provádět obchodní měření v LDS provozovatelem této sítě [48]. Každý zákazník lokální distribuční soustavy bude mít ve svém místě odběru
52
osazenou skříň, ve které se bude nacházet certifikované měřidlo, které je instalováno distributorem elektrické energie. Z údajů získaných z tohoto měřidla bude vypracováno vyúčtování spotřebované energie. Další měření probíhá ve sdruženém bodě, kde je LDS napojena na distribuční soustavu. Z hodnot tohoto měřícího zařízení se provádí vyúčtování provozovateli LDS. Místo pro osazení musí zákazník hradit z vlastních nákladů, stejně tak, pokud chce osadit vlastní zařízení pro měření spotřeby. Sběr dat z měřících zařízení probíhá většinou po dnech nebo měsících, ale v případě potřeby lze získat data i v řádu minut. Základní standarty měření a odečtu těchto hodnot podléhají Vyhlášce č. 540/2005 Sb. o kvalitě dodávek elektřiny a souvisejících služeb v elektroenergetice [48].
10.2 Můj návrh
Současné zákony nejsou schopny správně definovat situaci, kterou řeším v této práci. Lokální distribuční síť sice uvažuje o tom, že by jedno odběrné místo bylo nadřazené skupině objektů, ale už není schopné legislativně pokrýt to, že by byly jednotlivé objekty propojeny mezi sebou, každý z nich byl spotřebitelem i výrobcem elektrické energie a pracovali by jako jeden celek. Pokud bych navrhl toto řešení, dosáhl bych na podnikatelský tarif pro distribuci el. energie C 01-03d. Pokud by se majitelé v mnou řešených objektech dohodli na tom, že by chtěli založit tuto lokální distribuční soustavu, museli by si zvolit jednu osobu, která by si založila živnostenský list a splnila veškeré podmínky v kapitole výše. Zároveň by tato osoba byla povinná zajistit fungování uvažované soustavy přes celý rok. Dále by byla povinna fakturovat spotřeby elektrické energie všem uvažovaným domácnostem, tj. celkem 35 domácnostem.
Dále by tato osoba měla povinnosti jakožto distributor elektrické energie dle Energetického zákonu č.
458/2000 Sb a vyhlášky ERÚ č. 408/2015. Z těchto důvodů si myslím, že skupina majitelů by si na zajištění provoz řešené soustavy pravděpodobně zvolila externí firmu. Jak bylo zmíněno výše, zvolená firma by si mohla cenu elektrické energii distribuované v LDS zvolit. Firma by pravděpodobně cenu elektrické energie nastavila tak, aby byla nižší než při klasickém tarifu D 02d (cena za 1 kWh je 5,2-4,8 Kč), ale zároveň dost vysoká, aby provoz generoval zisk. To by znamenalo, že by výše možných úspor celého technické zařízení byla svázána s prodejní cenou energie, kterou by určila firma.
Alternativním řešením by bylo vytvoření Společenství vlastníků jednotek (SVJ). Toto společenství nejčastěji tvoří bytové jednotky v jednom objektu. Definice společenství vlastníků jednotek je „Společenství vlastníků jednotek je označení pro společenství, které spravuje budovu rozdělenou na samostatné bytové či nebytové jednotky. SVJ může být založeno dle zákona č. 72/1994 Sb., o vlastnictví bytů, nebo dle občanského zákoníku č. 89/2012 Sb. Občanský zákoník nařizuje, že v budově mohou existovat pouze jednotky stejného druhu, ale pod správu spadá i pozemek (§ 3063 zákona č. 89/2012 Sb.).“ [51]. SVJ lze založit i pro sérii rodinných domů, jak je možné vidět z příkladu advokátní kanceláře Frank Bold [50]. SJV může pracovat s majetkem či financemi, ale jenom za účelem správy řešených objektů [52].
Pro založení SJV je potřeba živnostenský list. Po založení SVJ má každý člen tohoto společenství právo spravovat společné části objektu či pozemku [53]. Při tomto řešení by existovalo jedno odběrné místo
53
pro regionální distribuční soustavu, kde by byl hlavní elektroměr spravovaný SJV. Dále by každá domácnost měla podružný elektroměr, podle kterého by se rozpočítávala spotřeba elektrické energie pro každou domácnost. Každá domácnost by měsíčně odváděla poplatky na provoz celého zařízení a veškerá uspořená energie by nemohla být někým zpeněžena, protože: „Společenství vlastníků nesmí podnikat ani se přímo či nepřímo podílet na podnikání nebo jiné činnosti podnikatelů nebo být jejich společníkem nebo členem.“ [52].
Zhodnocení úspor by bylo pro obyvatele objektů maximální.
Toto společenství by mohlo vzniknout již před zahájením samotného projektu. Při tomto způsobu sloučení odběrných míst by SVJ dostalo sazbu el. energie C 01-03d. Zákon o SVJ primárně definuje toto společenství jako soubor bytů, takže jeho založení tak, aby mohlo obsahovat i rodinné domy by se neobešlo bez dalšího řešení s právními zástupci.
Jelikož neexistuje legislativa, která by přímo řešila mou problematiku, v předchozím odstavci jsem rozebral dvě možnosti legislativního provedení mého návrhu. Lokální distribuční síť má legislativně ošetřenou spoustu problému, ale pro její založení v případě mé aplikace by bylo nutné využít buď služeb externí firmy nebo založení SVJ. Založení externí firmy by znamenalo přímé ovlivnění cen elektrické energie a ve výsledku i samotných úspor. Z tohoto důvodu jsem se rozhodl teoreticky uvažovat s variantou, že by obyvatelé domů založili Společenství vlastníků jednotek.
To sice nemá dostačující legislativní podporu, ale při jeho zařízení by se celý areál referenčních objektů choval jako jeden celek ve kterém by jednotlivé domácnosti tvořily jednotlivé jednotky. Tato varianta by vyžadovala další konzultace s právníky, ale pro majitele bytů a domů představuje výhodnější řešení z hlediska ceny a úspory elektrické energie.
11 Ekologické důsledky
V této kapitole se zaměřuji na zhodnocení ekologických dopadů mého návrhu. Celý systém jsem navrhl tak, aby cyklus výroby, uskladnění a spotřebovaní energie byl maximálně ekologický. Maximálně ekologickým je myšlen takový návrh, při kterém v energetickém cyklu nedochází ke spalování jakéhokoliv paliva. Na začátku cyklu je výroba elektrické energie pomocí fotovoltaických panelů.
Tato energie bude ihned spotřebována v domácnostech, případně budou její přebytky převedeny do elektrolyzéru a následně přeměněny na vodík. Vodík bude uskladněn v nízkotlaké nádobě do té doby, než dosáhne spotřeba elektrické energie v objektech dostatečné hodnoty pro spuštění palivového článku. Palivový článek přemění vodík zpět na elektrickou a tepelnou energii.
Tento systém celkem uspoří 79 MWh elektrické energie a 21 MWh tepelné energie. Dle poslední vyhlášky o energetickém auditu č. 140/2021 Sb. jsem pro současný energetický mix v České republice vypočetl úsporu v tunách CO2, kterou by jinak bylo potřeba vyprodukovat pro pokrytí uvedené potřeby energie. Vyhláška udává následující hodnoty pro jednotlivý druhy paliva a energie. Tyto hodnoty lze vidět v Tabulce 11 níže:
54
Tabulka 11 Podíly jednotlivých druhů paliv a energie na tvorbě t C𝑂2 /MWh [55]
Úspora tepelné energie bude vztažena k zemnímu plynu, ten by byl hlavním zdrojem tepla v objektu v případě, že by nebyl využit vodík. Pokud použiji hodnoty z tabulky níže, dostanu celkovou úsporu v tunách CO2 následovně:
Tabulka 12 Tabulka zobrazující roční a celkovou úsporu t C𝑂2
Druh
Při současném energetickém mixu České republiky tímto návrhem za uvažovanou dobu životnosti technologie P2G uspořím celkem 1 442,8 t CO2. Úsporu jsem vyjádřil v hodnotách tun CO2, protože oxid uhličitý je považován za hlavní příčinu globálního oteplování. Oxidu uhličitý je produkován při výrobě materiálů, během stavby a během provozu staveb či zařízení. Spalovací procesy ale tvoří 97 % celkových emisí CO2.Emise CO2 tvoří hlavní podíl v celkovém množství emisí skleníkových plynů a to 82 % [60]. Tato úspora se vztahuje pouze na množství uspořené energie. Nejsou uvažovány svázané energie a produkce CO2 na výrobu jednotlivých komponent. V následující kapitole se pokusím tuto problematiku zohlednit.
11.1 Svázaná produkce CO
2na výrobu některých komponent
Ekologické zhodnocení v předchozí kapitole nezohledňuje energii a produkci CO2, která se spotřebuje na vytěžení a zpracovaní potřebných materiálu pro výrobu dané komponenty, výroby samotného produktu a dále. K tomu popisu slouží svázané energie. V této podkapitole rozeberu některé části systému, jejich svázané
Palivo nebo energie t CO2/MWh1)
černé uhlí 0,330
hnědé uhlí 0,352
koks 0,385
hnědouhelné brikety 0,346
topný a ostatní plynový olej 0,267
topný olej nízkosirný (do 1% hm.síry) 0,279
topný olej vysokosirný (nad 1% hm.síry) 0,279
zemní plyn 0,200
zkapalněný ropný plyn (LPG) 0,237
elektřina 0,860
55
energie a produkci emisí v t CO2. Co se týče emisí fotovoltaické elektrárny, fotovoltaické zdroje energie jsou považovány za velice ekologické. Proto jsem se rozhodl toto tvrzení ověřit. Svázané energie na výrobu jednoho monokrystalického panelu jsou shrnuty v následující tabulce [59]:
Tabulka 13 Potřeba primární energie na výrobu jednotlivých částí typického křemíkového monokrystal. panelu [MJprim/m2] [59]
Proces Požadované množství energie [M𝐉𝐩𝐫𝐢𝐦/𝐦𝟐modul]
Získávání a čištění křemíku 2200
Výroba křemíkových článků 1000
Zpracování a tvorba modulu 300
Zapouzdření modulu 200
Režijní operace a zpracování 500
Celkově modul bez rámu 4200
Rám modulu (hliníkový) 400
Celkově modul i s rámem 4600
Celková potřeba primární energie na vyrobení jednoho panelu je 4600 MJ/m2modul. V návrhu uvažuji s plochou 975 m2. Celkové množství potřebné primární energie na výrobu těchto panelů je 4 485 000 MJ.
Tato hodnota odpovídá 1 245 MWh primární energie. Pro mnou zadané podmínky vyrobí fotovoltaická elektrárny za rok 55 MWh el. energie. Pokud budu uvažovat životnost panelu 20 let, tak bude celkové množství vyrobené elektrické energie 1 100 MWh. Tuto energii přepočtu na primární neobnovitelnou energii dle vyhlášky č. 264/2020 Sb. Tato vyhláška udává, že pro přepočet elektrické energie na primární neobnovitelnou energii je nutné použít konverzní faktor 2,6 [62]. Množství primární energie získané pomocí fotovoltaické elektrárny je 2 860 MWh. Po odečtení těchto hodnot získám čistou vyrobenou energii, která pokrývá vlastní náklady na výrobu. V případě mého řešení se jedná o 1615 MWh primární neobnovitelné energie.
Autor práce dále udává, kolik CO2 musí vzniknout, aby se vyrobila 1 kWh elektrické energie. Toto číslo zahrnuje celý proces výroby a životnosti panelu. Toto číslo je však vypočteno obecně pro Evropu za předpokladu, že 50 % potřeby energie kryje jaderná energie, vodní energie a OZE [59]. Dle Operátoru trhu s elektřinou pro Českou republiky toto složení pro rok 2019 tvořilo 43 % [63]. Z tohoto faktu je možné předpokládat, že pro podmínky v našem státě hodnota CO2 na 1 kWh elektrické energie vycházela ještě o něco vyšší. Nicméně neznám pozadí složitosti výpočtu produkce CO2 na 1 kWh elektrické energie a nemohu tuto skutečnosti adekvátně zhodnotit. Dále budu počítat s produkcí CO2, která byla určena obecně pro Evropu.
Hodnota produkce CO2 svázaná na životnost panelu pro rok 2020 je 0,20 g/kWh [59].
Pokud budu uvažovat životnost 20 let, bude množství vyprodukovaného CO2 při výrobě a provozu mojí fotovoltaické elektrárny 220 t CO2. Výsledná úspora CO2 celého systému po odečtení produkce CO2 za životnost fotovoltaické elektrárny není tedy výše zmíněných 1 442,8 t CO2, ale 1 222,8 t CO2.
56
Srovnání tohoto produkovaného množství CO2 s konvenčními zdroje autor [59] srovnal v Obrázku 20.
Obrázek zachycuje také vývoj fotovoltaických panelů od roku 2000 až po rok 2020. Parametry konvenčních zdrojů jsou uvažovány pro rok 1999.
Obrázek 20 Produkce 𝐶𝑂2 pro různé varianty konvenčních zdrojů a fotovoltaických panelů za 20 let editováno z: [59]
Z mého výpočtu a z této tabulky vyplývá, že množství svázaného vyprodukované CO2 za životnost fotovoltaického systému je ve srovnání s konvenčními zdroji zanedbatelné. Jediné zdroje, které v současné době vychází z hlediska svázané produkce CO2 lépe než fotovoltaické elektrárny jsou jaderné a větrné elektrárny. Z důvodu obtížné realizace výstavby jaderných a větrných elektráren považuji fotovoltaickou elektrárnou za nejvýhodnější možnost. Za dobu své životnosti pokryje náklady energie na svoji výrobu a produkci CO2 má po dobu své životnosti velice nízkou.
Nedílnou součástí fotovoltaické elektrárny jsou také vodiče pro distribuci této energie. V podkapitole 5.3 jsem navrhl měděné vodiče a jejich celkovou délku jsem stanovil na 600 m o průřezu 8 mm2. Objem mědi použité na vodiče je 0,03 m3. Hustota mědi je 8900 kg/m3. To celkem dává hmotnost 268 kg. Autor webové stránky Envimat udává hodnotu svázané emise CO2 pro měď 1,892 kg CO2/ kg mědi [64]. Celkové množství vyprodukovaného CO2 na instalaci těchto měděných rozvodů je 507 kg CO2. Celková hodnota uspořeného množství CO2 po započtení vlivu vodičů je 1 222,3 t CO2, vodiče mají na celkovou bilanci zanedbatelný vliv.
Další částí mého projektu je nízkotlaká vodíková nádrž. Nádrž je vyrobena z chromové tažené oceli.
Autor webu Envimat udává, že ekvivalentní svázané emise CO2 vzniklé za životnost této oceli jsou 4,47 kg CO2/kg [64]. Celková hmotnost nádrže je 6 tun. Celkové množství vyprodukované CO2 za tuto nádrž je 26 820 kg CO2. Úspora vyprodukovaného množství oxidu uhličitého tedy klesne na 1219,6 t CO2.
Posledními významnými prvky v mém návrhu jsou elektrolyzér a palivový článek. Pro tyto komponenty jsem nenašel žádné vědecké studie, které by řešily svázané energie na výrobu a produkci CO2. Rozhodl jsem se započíst vliv platiny, která se v obou prvcích vyskytuje. Získávání platiny je extrémně energeticky náročné
57
a po její vytěžení je potřeba mnoho úprav, například zahřátí na 1500 °C pro separaci nečistot a dalších kovů.
Zahřátí je nutné provést několikrát [63], [58]. Dalším problémem jsou omezené možnosti těžby. Platina se ve významném množství těží pouze v Rusku, části Afriky a v Kanadě. V Africe se nachází 95 % zásob platiny na celém světě, většina produkce platiny pochází právě odsud. Pro procesy těžby a úprav platiny se zde využívají zdroje energie, které jako palivo používají uhlí. Svázaná produkce CO2 jedné tuny platiny je 40 000 t CO2. Základní stavební kámen pro ekologické získávání energie pomocí PEMFC palivových článků a PEM elektrolyzéru vyžaduje extrémně neekologické získávání jednoho z použitých materiálů [63], [58].
Po započítaní vlivu všech komponent projektu, ke kterým byly dostupné údaje produkce emisí CO2
jsem došel k závěru, že projekt je značně ekologicky úsporný. Nepřesnost výpočtu je způsobena neznámou produkcí CO2 palivového článku a elektrolyzéru. Pokud bych měl k dispozici přesné množství materiálů ze kterých se skládá elektrolyzér a palivový článek, mohl by se dosažený výsledek značně lišit.