Energetičtí experti v České republice v minulosti již mnohokrát upozorňovali na pravděpodobnost vzniku blackoutu a s tím spojených rizik, zejména v důsledku zvýšeného mezistátního transferu elektrické energie v severojižním směru a zapojovaní neregulovaných zdrojů do přenosové soustavy. Součástí souboru opatření, která by měla eliminovat důsledky blackoutu a umožnila omezený provoz energetických zdrojů v ostrovním režimu (bez přítomnosti napětí v přenosové soustavě), je instalace speciálních záložních zdrojů. Jejich hlavní úlohou je napájení důležitých technologií energetického zdroje v případě blackoutu, aby bylo možné obnovit provoz elektrárny bez přítomnosti napětí v rozvodné síti – tzv. start do tmy (blackstart). Systémové elektrárny mají energii pro blackstart zajištěnu většinou vodní elektrárnou v přiměřené blízkosti. Tak například u JE Temelín plní tuto úlohu vodní elektrárna Lipno, u JE Dukovany je to přečerpávací vodní elektrárna Dalešice, a tak bychom mohli ve výčtu pokračovat. Napájení elektrárny z tohoto záložního zdroje je realizováno speciální VN linkou, v některých případech zdvojenou. Jinak je tomu ale v případě menších zdrojů elektrické energie (o výkonu řádově desítky MW), případně tepláren. Význam těchto energetických zdrojů roste se zvyšujícím se rizikem blackoutu. Právě na těchto lokálních zdrojích bude záviset napájení alespoň základní infrastruktury v oblasti postižené plošným výpadkem. Divize Energetické systémy společnosti Phoenix-Zeppelin zpracovala modelové řešení nouzového napájení elektrárenského (teplárenského) bloku v případě dlouhodobého výpadku napájecí soustavy. Základní vstupní informací pro návrh nouzového napájení je především stávající schéma napájení vlastní spotřeby bloku, včetně tabulky všech pohonů a dalších technologií. Někdy bývá vhodné (zejména u starších instalací) změřit skutečnou spotřebu u jednotlivých pohonů. Důležitý je také algoritmus (sekvence) spouštění jednotlivých pohonů. Určité problémy může způsobit přítomnost různých úrovní napájecího napětí (většina pohonů má napájecí napětí 400 V, ale mohou být přítomny motory s pracovním napětím 6 kV, případně jinou hodnotou). S ohledem na tuto skutečnost je pak třeba určit „hlavní“ napěťovou hladinu nouzového zdroje. Z důvodu charakteru provozu není nutné automatické najíždění bloku ihned po výpadku rozvodné soustavy. Blackstart bude proveden až při delším výpadku nebo při hrozícím nebezpečí zamrznutí horkovodní a parovodní soustavy. Vzhledem k tomu, že největší spotřebiče (napájecí čerpadlo, zauhlovací linka atd.) pracují často s napětím 6 kV, musí být i nouzový zdroj připojen do rozvodu 6 kV. Současné napájení těchto celků z hladiny 6 kV je možné pouze při zajištění určitých organizačně technických opatření. Mezi tato opatření patří zablokování životně nedůležitých odběrů, které by mohly způsobit výpadek nouzového zdroje při nájezdu bloku a bylo zajištěno napájení pouze vybraných technologických celků. Prioritně musí být obnoveno napájení pro dobíjení nouzových zdrojů (baterie, případně zdroje UPS, napájející řídicí systémy bloku) a dalšího zařízení, potřebného pro provoz rozvoden. Dále bude obnoveno napětí pro napájení zauhlovacích tras a uhelných zásobníků. Teprve po zajištění dostatečné zásoby uhlí pro najetí kotle bude zahájeno jeho postupné najíždění. Po dosažení parametrů výstupní páry z kotle dojde na postupné prohřívání turbíny, spuštění turbogenerátoru a jeho přifázování k nouzovému zdroji. Tento proces je nutno konzultovat s dodavatelem turbíny. Vždy se fázuje turbogenerátor k nouzovému zdroji, nikdy naopak. Po provedeném přifázování turbogenerátoru a převedení vlastní spotřeby bloku z nouzového zdroje na turbogenerátor bude nouzový zdroj odstaven. Praxe ukazuje, že největším spotřebičem u vlastní spotřeby bloku je napájecí čerpadlo a kouřové, případně vzduchové ventilátory. Jen tyto tři pohony představují více než 50 % spotřeby (viz tab.). Veškerá dostupná data a výsledky měření jsou použita jako vstupy pro výpočtový SW Cat SpecSizer. Výsledkem výpočtů je jednak doporučený jmenovitý výkon nouzové elektrocentrály (a tím i její typ) a také sekvence připínání jednotlivých zátěží (většinou ve dvou nebo ve třech stupních). Jako jeden ze vstupních parametrů je třeba zadat povolené kolísání napětí a frekvence nouzové elektrocentrály při blackstartu. Nouzové elektrocentrály pro blackstart se instalují většinou v kontejnerech. Palivová nádrž je součástí kontejneru nebo je umístěna v jeho těsné blízkosti. Vzhledem k výkonům nouzových elektrocentrál pro blackstart (1–2,5 MW) a požadavku na provoz v jednotkách hodin se jedná o poměrně velké nádrže. Někdy je možné využít stávající palivové hospodářství v elektrárně/teplárně. Elektrocentrály o uvedeném výkonu jsou schopny převzít jmenovitou zátěž cca 20 s po startu. To ovšem platí za předpokladu, že olej a chladicí kapalina motoru jsou předem ohřáty na provozní teplotu. V případě, že elektrocentrála bude startovat „ze studeného stavu“, se jedná o několik desítek sekund navíc. Nejpoužívanějším nouzovým zdrojem pro blackstart jsou elektrocentrály Cat řady 3500. K dispozici jsou typy Cat 3512B-HD o výkonu 1850 kVA STBY a Cat 3516B-HD o výkonu 2500 kVA STBY. Oba typy jsou vhodné k zabudování do ocelových kontejnerů o standardní délce 40 stop. Soustrojí motor-generátor je uloženo na ocelovém rámu. Mezi rámem a základovou deskou kontejneru jsou vibrační izolátory. Soustrojí je sestaveno a adjustováno ve výrobním závodě a na místě instalace se už žádné montážní práce neprovádějí. Spalovací motory Cat řady 3500 mají uspořádání válců do V. Každá polovina motoru má vlastní vzduchový filtr se servisním indikátorem, turbodmychadlo a vodní chladič stlačeného vzduchu. Regulace otáček motoru je elektronická. Robustní chladič, který se dodává mimo sestavu elektrocentrály, se instaluje až při montáži do kontejneru. Teplota chladicí vody v uzavřeném okruhu je termostatem udržována na hodnotě 92 °C. Jako generátor elektrické energie se používají nejmodernější synchronní alternátory Caterpillar SR5. Tento typ postupně nahrazuje starší typ Cat SR4B. Alternátor je jednoložiskový, bezkartáčový s interním budičem s nesenými ventily. Regulaci napětí zajišťuje regulátor Cat CVDR. Elektrocentrálu lze ovládat a monitorovat prostřednictvím řídicího digitálního panelu Cat EMCP 4.2, který umožňuje měření všech provozních veličin, ruční nastartování i odstavení elektrocentrály a diagnostiku základních provozních stavů. Všechny tyto informace jsou k dispozici i na centrálním dispečinku. Řídicí panel signalizuje nestandardní provozní stavy ve dvou úrovních: první je výstraha, vyšší stupeň je pak odstavení stroje. Aby výška kontejneru umožňovala bezproblémový transport, je horní část se dvěma tlumiči výfuku, případně se zatlumenou komorou sání či výtlaku, během transportu demontována. Hmotnost kompletně vystrojené elektrocentrály s kontejnerem, palivem a provozními náplněmi je necelých 50 tun. Vnitřní prostor kontejneru je tepelně a akusticky zaizolován. Podlaha kontejneru plní funkci záchytné ekologické vany se sběrnou jímkou. Výtlak chladicího vzduchu je proveden přes odhlučněnou komoru výtlaku do čela kontejneru. V podlaze pod rozvaděčem je připraven prostup pro přivedení silových kabelů do kontejneru. Elektrocentrály Cat řady 3500 jsou standardním produktem, který je v České republice i na Slovensku nasazen v řadě aplikací. Je využívána například akademickými institucemi ČR, v nadnárodních telekomunikačních společnostech nebo v automobilovém průmyslu. Nejzajímavější instalací jsou bezesporu tři „generátorové farmy“ instalované na Slovensku, kde je v provozu celkem 48 těchto strojů. Společnost Phoenix-Zeppelin připravuje na 1. pololetí roku 2014 odborný seminář na téma blackstart, včetně praktické ukázky technického řešení.
Ing. Karel Kuchta, CSc., Phoenix-Zeppelin, spol. s r. o. Divize Energetické systémy (S použitím firemních materiálů Phoenix-Zeppelin)