Nepřetržité zásobování elektrickou energií lze zajistit energocentrem, což je systém tvořený dlouhodobým zdrojem elektrické energie (např. elektrocentrálou), krátkodobým zdrojem elektrické energie (zdroj UPS), akumulátory energie, rozvaděčem, řídicím systémem a dalšími hardwarovými a softwarovými prvky. Úlohou energocentra je zajistit nepřerušené napájení elektrickou energií pro kritickou zátěž (technologii, objekt, region) v požadovaném výkonu a dalších kvalitativních parametrech.
Z pohledu uživatele je energocentrum „černá skříňka“, do které na jedné straně vstupuje elektrická energie ze sítě a energie obsažená v palivu. Na straně druhé je pak k dispozici elektrická energie. Velmi často se stává, že v průběhu technické životnosti se požadavky na výkon záložního energocentra zvyšují. Typickým příkladem, kde tomu tak je, jsou datová centra, logistické areály nebo výrobní technologie. Ale je znám i případ, kdy renomované vědecké pracoviště nejprve instalovalo záložní energocentrum o výkonu 500 kVA, ale v průběhu několika let se jeho výzkumné aktivity natolik rozšířily, že bylo nutné instalovat nové energocentrum o výkonu 1000 kVA. Tyto reinstalace jsou spojené se zvýšenými finančními i časovými náklady a jeden ze způsobů, jak jim předejít, je využít modulární řešení záložních zdrojů, které je mezi uživateli stále populárnější. Modulární energocentra totiž mohou „růst“ s přibývající zátěží. Umožňují uživateli nejen optimálně využít výkonovou kapacitu v dané době, ale také rozdělit čerpání investičních prostředků do delšího období.
Energocentrum jako LEGO
Modulární konstrukci lze uplatnit u kompletního energocentra (zejména u kontejnerového řešení), ale také u jednotlivých komponentů. Výkon pro dlouhodobé napájení lze zvýšit paralelním spojováním elektrocentrál, výkon zdroje UPS lze zvýšit paralelním spojováním zdrojů UPS, množství akumulované energie lze řešit větším počtem nádrží na palivo nebo větším počtem bateriových článků. Ve všech případech je třeba sledovat, je-li modularita částečná nebo úplná. Tak například modulární zdroje UPS jsou často konstruovány jako zásuvné moduly, kdy ve společném rámu je vstupní a výstupní svorkovnice a servisní (ruční) bypass. Pak zůstává část zdroje UPS společná. Někdy jsou zásuvné moduly řešeny jako kompletní zdroj UPS včetně bypassu, jindy jsou zvláštní zásuvné moduly pro baterie a zvlášť pro měničovou část. Z hlediska spolehlivosti je výhodnější paralelní spojování celých zdrojů UPS, kdy dosáhneme 100% redundance 1+1. Totéž platí o elektrocentrálách. Nejzřetelněji se modularita projeví u kompaktních kontejnerových energocenter. Phoenix-Zeppelin vyrábí a dodává kontejnerová energocentra na bázi bezbateriových zdrojů UPS. Počet instalací přesáhl číslo 80, z toho zhruba třetina je v kontejnerovém provedení. Dalším příkladem takového řešení jsou modulární energocentra o výkonu 3500 kW, která budou dodatečně instalována v českých jaderných elektrárnách na základě stress-testů po událostech v japonské Fukušimě. Modulární konstrukce samozřejmě neznamená, že energocentrum musí být umístěno v kontejneru. I umístění do strojovny má své výhody a nevýhody, jak ukazuje tabulka.
Provozní spolehlivost energo centra
Každý technický objekt (i energocentrum) za dobu svého provozního života migruje mezi dvěma stavy: stavem schopnosti plnit danou funkci a stavem neschopnosti k tomuto plnění (poruchou). Tvrzení, že určitý výrobek je bezporuchový je stejně nesmyslné, jako výrok „naše zařízení má o jednu devítku víc než konkurence!“. Všechno se může porouchat, včetně záložního energocentra. V čem tedy spočívá kouzlo spolehlivého výrobku? 1. Samozřejmě nejlepší by bylo, kdyby poruch bylo co nejméně. Ale když už k poruše dojde, tak by měla mít minimální dopad na navazující technologii 2. Pokud k poruše přece jen dojde, měla by být snadno a rychle identifikovatelná 3. Pokud k poruše přece jen dojde, měla by být snadno odstranitelná Zatímco první bod je řešitelný kvalitním projektem, konstrukcí a výběrem součástek, druhý bod předpokládá kvalitní diagnostiku a monitoring. Třetí bod je pak řešen dobře organizovaným servisem, logistikou náhradních dílů a kvalifikovaným servisním personálem. Provozní spolehlivost je pro záložní energocentra (a to nejen v energetice) klíčovým parametrem. Ve společnosti Phoenix-Zeppelin je u kritických aplikací spolehlivost energocentra dokládána Spolehlivostním projektem. Na závěrech Spolehlivostního projektu, zejména je-li zpracováván pro více variant, je patrný vliv modulárního řešení. Spolehlivostní křivka má výrazně nižší strmost a také dostupnost systému se zvyšuje.
Modulární energo centra pro IT technologie
V souvislosti s rozvojem cloud-computingu a hostingu prožívá v současné době konjunkturu výstavba datacenter. Dle analýzy agentury Gartner je více než 15 % těchto datacenter projektováno jako modulární a tento podíl dále roste. Jednou z prvních instalací tohoto typu bylo v roce 1998 modulární energocentrum o celkovém instalovaném výkonu 7500 kVA (5 elektrocentrál Cat 3516 v uspořádání 4+1) pro SPT Telecom (dnes O2 Telefonica). O té doby se modulární řešení energocenter pro IT aplikace stalo standardem, a najdeme je ve všech stávajících i budovaných lokalitách, včetně nově vznikajících vědeckotechnických center. Právě zde se uplatní možnost postupného budování a navyšování kapacity jak výpočetního výkonu, tak i energetického zázemí „za pochodu“. Energocentrum NZ2®, které společnost Phoenix-Zeppelin vyvinula pro kritické aplikace, je svou konstrukcí pro použití v datacentrech ideální. Výkon 250 kVA v jednom 6metrovém kontejneru lze navyšovat až do 1500 kVA, bez použití klimatizace (energocentrum NZ2® používá bezbateriové zásobníky energie).
Rozšířená modulární energo centra
Pro energetické zabezpečení kritické infrastruktury ve vzdálených lokalitách vyvinula společnost Phoenix-Zeppelin speciální energocentra. Původní zadání bylo zabezpečení elektrické energie pro nově budovanou nemocnici v Kazachstánu, ovšem v lokalitě s velmi nízkou spolehlivostí místní rozvodné sítě. Základním modulem je unifikovaný kontejner o délce 6058 mm, s rozsahem pracovních teplot –20 až +40 °C a seizmickou odolností do stupně 4. Maximální příkon zátěže je 3000 kVA, z toho nepřetržité zálohování je 650 kVA. Stavebnice obsahuje modul nepřetržitého zdroje, transformátoru, rozvodny nn, rozvodny vn, řídicí centrum heliportu, kogenerační jednotku, zdroj medicinálních plynů, sklad mobilních lůžek a další moduly. Jednou z instalací byla i polní nemocnice v misích Armády ČR. Modulární energocentra Phoenix-Zeppelin jsou instalována do speciálních kontejnerů, vyráběných v České republice. Kontejnery mají kompletní vzduchotechniku s požadovaným útlumem hluku, zesílenou konstrukci dveří a certifikaci Lloyd CZ.
Ing. Karel Kuchta Phoenix-Zeppelin s. r. o. Divize Energetické systémy