Virtuálne elektrárne a flexibilita

Čo je virtuálna elektráreň (VPP) a prečo vzniká

Virtuálna elektráreň (Virtual Power Plant – VPP) je softvérovo riadené združenie rozptýlených zdrojov a spotrebičov elektriny – fotovoltík (FV), batériových úložísk, tepelných čerpadiel, EV nabíjačiek, akumulačných nádrží či inteligentných spotrebičov – ktoré koordinovane poskytujú energiu a flexibilitu do sústavy. Cieľom je zvýšiť stabilitu siete, monetizovať prebytky, znížiť koncové účty domácností a umožniť integráciu vysoko premenlivých OZE.

Pojem flexibilita: druhy a využitie

• Flexibilita na strane odberu (Demand Response): krátkodobé zníženie/odloženie spotreby (napr. ohrev TUV o 30 min neskôr).
• Flexibilita na strane výroby: riadené obmedzenie/export z FV podľa stavu siete a cien.
• Akumulačná flexibilita: nabíjanie/vybíjanie batérií či tepelných zásobníkov v optimálnom čase.
• Poskytovanie systémových služieb: FCR/aFRR/mFRR (primárna/automatická manuálna regulácia frekvencie) v agregácii tisícov malých zariadení.

Architektúra VPP: od domácnosti po trh

1. HEMS (Home Energy Management System): lokálny riadiaci prvok v domácnosti (gateway), ktorý zbiera dáta (výroba, spotreba, SOC batérie, teplota zásobníka) a vykonáva príkazy.
2. Komunikačná vrstva: zabezpečené spojenie (TLS) cez internet, často s protokolmi MQTT, HTTPS, IEC 61850/GOOSE v priemysle, alebo OpenADR pre demand response.
3. VPP platforma: cloudový dispečing, predikcie (počasie, PV výroba), optimalizačný modul a rozhrania na trhy (denný, vnútrodenný, vyrovnávací, kapacitný).
4. Trhové a sieťové rozhranie: komunikácia s prevádzkovateľom distribučnej/ prenosovej sústavy a s obchodníkom (agregátorom).

Dátové toky a predikcie

• Meranie: 1–15 min intervaly, AMS/„smart meter“ alebo podružné merania (Modbus, M-Bus, S0 impulzy).
• Predikcie: krátkodobé (1–48 h) pre PV (NWP počasie + historické dáta), spotrebu (profil domácnosti) a ceny (forward/nowcasting).
• Optimalizácia: cieľová funkcia minimalizuje náklady (elektrina, sieťové poplatky) a maximalizuje tržby (predaj prebytku, flexibilita), pri reštrikciách komfortu (min. teplota, SOC batérie, dojazd EV).

Agregácia flexibility domácností: princíp a prahové hodnoty

Individuálna domácnosť má zvyčajne malý výkon (PV 3–10 kWp, batéria 5–15 kWh, tepelné čerpadlo 2–8 kW). Agregátor spája stovky až desaťtisíce jednotiek do portfólia, čím dosiahne:

• Vyšší disponibilný výkon (desiatky až stovky kW na jedinom príkaze).
• Štatistickú stabilitu – výkyvy jednotlivcov sa navzájom vyrušia.
• Trhovú spôsobilosť – splnenie minimálnych veľkostí produktov pre systémové služby a intraday ponuky.

Typické zdroje a spotrebiče v portfóliu VPP

• FVE na rodinných domoch: 3–15 kWp, priorita vlastnej spotreby, export podľa cien a stavu siete.
• Batériové úložiská: 5–20 kWh; poskytujú peak-shaving, arbitráž (nákup lacnej, predaj drahej), aj rýchle služby frekvencie.
• Tepelné čerpadlá a TUV: tepelná flexibilita – posun kompresora či ohrevu o desiatky minút až hodiny bez straty komfortu.
• EV nabíjačky: riadené nabíjanie (smart charging), V2H/V2G kde legislatíva a hardware umožnia.
• Akumulačné nádrže a infrapanely: lacný „tepelný buffer“ pre dlhší časový posun.

Riadiace stratégie: od pravidiel po pokročilú optimalizáciu

1. Pravidlové riadenie: if-then scenáre (napr. pri cene > X € / MWh exportuj, pri SOC < Y % nabíjaj).
2. Modelovo prediktívne riadenie (MPC): každých N minút optimalizuje trajektóriu na horizont 24–48 h s rešpektovaním obmedzení.
3. Portfóliová optimalizácia: mix HEMS rozhodnutí a nadriadeného dispečingu s penalizáciou odchýlok.
4. Reinforcement Learning (vybrané platformy): adaptácia na špecifické profily domácností pri zachovaní bezpečnostných limitov.

Produkty flexibility a obchodné modely

• Arbitráž (časový presun): nabíjanie pri nízkej cene, predaj/odber z batérie pri vysokej cene.
• Peak-shaving: znižovanie špičkového príkonu (zmluvné pokuty/kapacitné tarify).
• Vyrovnávací trh a systémové služby: FCR/aFRR/mFRR – vyžadujú rýchlu reakciu a verifikovateľné meranie.
• Dynamické tarify: prepojenie s hodinovými cenami dodávateľa, zdieľanie úspor s koncovým zákazníkom.
• Zdieľaná elektrina: komunitné energetiky a virtuálne zúčtovanie v rámci distribučnej sústavy (podľa lokálnych pravidiel).

Ekonomika domácnosti vo VPP: kde vzniká hodnota

• Nižší nákup zo siete: vyššie využitie vlastnej FV vďaka batérii a časovaniu záťaže.
• Výnos z flexibility: podiel na odmenách z trhov a služieb (po odpočítaní marže agregátora).
• Úspora kapacitných poplatkov: riadenie špičiek a profilácie odberu.
• Komfort a životnosť: inteligentné obmedzenia chránia batériu (DoD, max. C-rate), zariadenia a komfort obyvateľov.

Meranie, verifikácia a baseline

Kľúčom k monetizácii je dôveryhodné M&V (Measurement & Verification). Agregátor musí pri každom zásahu preukázať, o koľko sa zmenila spotreba/výroba oproti baseline scenáru:

• Baseline modely: historické profily korigované na teplotu, deň v týždni, obsadenosť, predikciu PV.
• Validácia: nezávislá kontrola dát, detekcia anomálií (výpadok merania, offline HEMS).
• Granularita: 1–15 min, podľa produktu a požiadaviek trhu.

Technické rozhrania a štandardy

• Protokoly v domácnosti: Modbus/TCP, Modbus/RTU, CAN, RS-485, BACnet, Zigbee, Z-Wave, Thread/Matter pre IoT.
• Fotovoltika a úložiská: SunSpec (profilácia), proprietárne API výrobcov (invertory, BMS).
• OpenADR: otvorený štandard pre DR signály (eventy, cenové signály, manuály reakcie).
• IEC 61850: v priemyselných/mikrosieťových aplikáciách a na hranici DS/PS.

Kybernetická bezpečnosť a súkromie

• Šifrovanie a identita: TLS, vzájomná autentifikácia (mTLS), rotácia kľúčov, bezpečné bootovanie gateway.
• Segmentácia: oddelenie domácej LAN a energetických zariadení, firewalling HEMS.
• Minimálne práva: HEMS vykonáva iba nevyhnutné príkazy, audit log všetkých zásahov.
• Ochrana súkromia: agregácia a pseudonymizácia dát, transparentné zásady, možnosť opt-out pre konkrétne spotrebiče/časy.

Integrácia s fotovoltikou: praktický denný cyklus

1. Ráno: nízka výroba, HEMS drží batériu nad minimom (napr. 30–40 %) pre prípad frekvenčnej služby.
2. Poludnie: PV prebytky – priorita nabitia batérie (do 80–90 %), spustenie ohrevu TUV a posun spotrebičov (pranie, umývačka).
3. Podvečer: cena stúpa, batéria pokrýva špičky, tepelné čerpadlo dohrieva z akumulácie.
4. Noc: podľa dynamickej tarify lacný import, ak treba dorovnať SOC, inak spánok systému.

Príklad logiky HEMS (ilustratívny JSON scenár)

{ "constraints": { "comfort": { "dhw_min_temp": 50, "room_temp_range": [21, 23] }, "battery": { "soc_min": 25, "soc_max": 90, "max_c_rate": 0.5 } }, "priorities": ["safety", "comfort", "cost", "co2"], "actions": [ { "when": "pv_forecast>consumption && price<=low", "do": ["charge_battery", "heat_dhw"] }, { "when": "price>=high", "do": ["discharge_battery_to_home", "reduce_hp_power"] }, { "when": "vpp_event==FCR", "do": ["reserve_power:2kW", "hold_soc:60-80"] } ] }

Agregátor: zmluvný a prevádzkový rámec

• Zmluva s domácnosťou: podmienky zásahov, limity, zdieľanie úspor/výnosov, SLA na dostupnosť.
• Technické požiadavky: typy zariadení, minimálne výkony/objem energie, pripojiteľnosť a overené integrácie.
• Transparentné vyúčtovanie: mesačné reporty – zásahy, ušetrené € a kWh, trhové výnosy, dopad na CO₂.

KPI a reporting pre domácnosti aj agregátora

• Self-consumption / self-sufficiency: podiel vlastnej spotreby a sebestačnosti.
• Peak reduction: zníženie max. odberu v kW.
• Flex revenue: výnosy po odpočítaní poplatkov.
• Service availability: dostupnosť zariadení (online %, reakčný čas).
• Battery health: cykly, priemerná DoD, teploty – ochrana životnosti.

Riziká a mitigácie

• Neistota cien a predikcií: robustné forecasty, hedging a pravidlá „failsafe“ (návrat do komfortu).
• Offline zariadenia: lokálne fallback režimy (časovače, SOC ochrana), hlásenia porúch.
• Legislatívne limity: súlad s podmienkami prevádzkovateľov sietí a trhov; certifikácia merania a zariadení.
• Opotrebenie batérie: ekonomika musí pokryť amortizáciu cyklov; preferovať plytké cykly pri DR.

Komunitná energia a lokálna optimalizácia

VPP môže fungovať aj v rámci energetických komunít (bytové domy, obce). Lokálne zúčtovanie medzi členmi znižuje zaťaženie siete a poplatky, pričom agregátor koordinuje spoločnú batériu, strešné FVE a flexibilitu bytov (TUV, EV). Dôležitá je transparentná metodika rozdelenia úžitkov.

Implementačný postup pre domácnosť

1. Audit zariadení: typ invertora, batérie, HP, EVSE; dostupné rozhrania.
2. Výber agregátora/partnera: podpora konkrétnych značiek, prehľadnosť odmien, flexibilné limity komfortu.
3. Inštalácia HEMS/gateway: bezpečné pripojenie, oddelená VLAN, aktualizácie OTA.
4. Kalibrácia: nastavenie baseline, preferencií comfortu, test reakcie na event.
5. Monitoring: kontrola KPI, mesačné reporty, úprava pravidiel podľa sezóny.

Checklist pripravenosti zariadení

• Invertor FVE s otvoreným alebo dokumentovaným API (alebo SunSpec).
• Batéria s telemetriou SOC/SoH a možnosťou riadenia výkonu.
• HEMS alebo kompatibilná brána (LAN/Wi-Fi, MQTT/REST, zabezpečenie TLS).
• Meranie „na hlavnom prívode“ (smart meter alebo certifikovaný snímač).
• Spotrebiče s možnosťou riadenia (HP, TUV, EVSE) a povolené zásahy bez straty záruky.

Budúce trendy

• V2G/V2H: elektromobily ako mobilné úložiská na vyrovnávanie siete.
• Hyper-lokálne ceny: tarify reflektujúce zaťaženie konkrétneho uzla DS.
• Transakčná flexibilita: automatizované zmluvy a mikrovýnosy za krátke zásahy (sekundy až minúty).
• AI-asistované HEMS: personalizované politiky s garantovaným komfortom a úsporami.

Zhrnutie

Virtuálne elektrárne a agregácia flexibility z domácností spájajú tisíce malých zdrojov a spotrebičov do jedného inteligentného celku. Vďaka presným predikciám, bezpečnej komunikácii a optimalizačným algoritmom dokážu znižovať náklady, zvyšovať podiel vlastnej spotreby z fotovoltiky a zároveň poskytovať cenné služby pre elektrizačnú sústavu. Pre domácnosť to znamená nižší účet, vyšší komfort a aktívnu účasť na energetickej transformácii – s rešpektom k súkromiu, bezpečnosti a životnosti zariadení.