Energetická a teplárenská obec stojí před velkou výzvou: i v ČR musíme rozvinout a intenzivněji aplikovat moderní technologie pro výrobu, distribuci a spotřebu energií, tepla a chladu. Jedním z exaktních nástrojů pro zvládnutí tohoto procesu by se mohly stát mikroturbíny. Jejich nástup ve vyspělé cizině zaregistrovala jak podnikatelská a akademická veřejnost, tak politická exekutiva a fandové moderní techniky. Naposledy to potvrdila živá diskuze na celostátním odborném semináři, jejž k této tematice uspořádala Asociace mikroturbín ČR v kolínském CEROP. Tato zařízení lze označit za technicky novou generaci spalovacích zařízení. Mikroturbína je ekonomicky, provozně i ekologicky progresivní systém pro výrobu energetických médií. Funguje ve vazbě na vysokorychlostní generátory. Tím, že u ní odpadá nutnost používat převodovku, eliminují se rovněž povinnosti s průběžnou kontrolou stavu oleje, s jeho doplňováním a výměnou. Díky malým rozměrům a nižší hmotnosti se její nasazení neomezuje pouze na nové a velké objekty. Lze ji implementovat i do menších výrobních jednotek, do rekonstruovaných objektů, do vyšších podlaží budov, ale i v mobilních aplikacích. Ekonomové si na mikroturbínách cení možnost jejich kogeneračního i trigeneračního využití. Technici nasazení vzduchových ložisek, jež operují ve vysokých otáčkách (100–120 000. min-1). Konstruktéři vyzdvihují fakt, že tato progresivní soustrojí s minimálními nároky na obsluhu i servis mívají (na rozdíl od plynového nebo dieselového motoru) jen jeden pohyblivý díl, namísto několika desítek u generačně starších agregátů. Konkrétně: rotory rychloběžných generátorů snášejí vysoké otáčky (pěti- i vícenásobky oproti pomaloběžným generátorům). Na jedné hřídeli konstruktéři nasadili kompresor spalovacího vzduchu, mikroturbínu i generátor. Opustili drahé systémy náročného mazání a olejových hospodářství. Bezúdržbová zařízení vyžadují „pouze“ vyčistit vzduchové filtry (cca po 4 000 hodinách provozu) a časem provést generální opravu. Optimálně fungující agregáty do ní dospívaly v intervalu 10–20 000 hodin. Dnes už existují instalace atakující hranici 80 000 hodin. Jedním z nejbedlivěji sledovaných parametrů energetických zařízení je v poslední době jejich účinnost. Mikroturbíny obstojí i v tomto směru: jejich účinnost umocňuje efektivní rekuperace tepla. Teplo vzniklých spalin dokážou využít pro předehřev spalovacího vzduch ve výměníku tepla. Citované teplo spalin lze exploatovat i ve výměníku pro ohřev topné vody k vytápění objektů, pro vytápění skleníků, pro sušicí procesy, k ohřevu užitkové vody, pro transformaci na jiné druhy energie apod. Klasická energetika na bázi fosilních paliv musí v příštích letech projít zásadní technickou a technologickou transformací. V tom jí mohou efektivně napomoci i zmíněné mikroturbíny. Při současném stupni vědecko- -technického poznání se podařilo propracovat ideu kogenerace do poměrně vysokých parametrů. Ať již zmíněná soustrojí kooperují s pístovými spalovacími motory, nebo s plynovými turbínami. Výrobu elektřiny a tepla však musíme do budoucna zabezpečovat bez ekologicky zatěžující uhlíkové stopy. Konstruktéři (a to i čeští) proto aktivně vyvíjejí a testují nízkoemisní technologie, v nichž by bylo možné využívat i alternativní surovinové vstupy: od bioplynu přes CNG a LPG až ke skládkovým plynům. Svět a my; české zkušenosti s mikroturbínami Mikroturbíny se úspěšně prosazují jak v USA a v Japonsku, tak třeba v sousední SRN. Pelotonu producentů mikroturbín dominuje kvarteto CAPSTONE (USA), TURBEC (Itálie), INGERSOLD-RAND (USA) a ELLIOTT POWER SYSTEM (USA-Japonsko). U nás je patrně nejznámější společnost Capstone. Vedle předních odborníků ji zná i řada zájemců o moderní energetická zařízení a systémy, kteří pravidelně navštěvují největší oborový veletrh POWER GEN. Firma vznikla v roce 1988 a nejdříve se 10 let věnovala vývoji a testování optimálního konstrukčního řešení. Až poté smontovala první mikroturbínu o výkonu 24 kW. Pro dokreslení: vyrobila 37 prototypů stejného výkonu. Teprve poté, co bezchybně fungovaly 2 000 hodin, započala s jejich sériovou produkcí a odbytem. O odpovědnosti managementu firmy svědčí i skutečnost, že v průběhu výzkumu tu bylo vytvořeno a ohlášeno na 100 oborových patentů. Dnes Capstone dodává mikroturbíny pro různá komerční využití a aktivně se podílí na dalším vývoji a aplikaci těchto agregátů. Vedle kogeneračních a trigeneračních jednotek (pro výrobu elektřiny, tepla i chladu) ve firmě např. propracovávají ideu aplikací mikroturbín pro záložní systémy při eventuálních výpadcích dodávek proudu. Z výlučně surovinového spektra: Capstone a další producenti testují modifikace pro různá plynná (CNG, LPG) a kapalná paliva (nafta, petrolej) a pro odpadní plyny s nízkými emisemi (bioplyny, skládkový plyn, plyn z ČOV). Středočeský primát U nás se nadšeným propagátorem této progresivní technologie stala kolínská společnost MTH. K vytápění sídliště v Českém Brodu nasadila v roce 2001 v původní výměníkové stanici mikroturbínu Capstone 20. Českobrodská kogenerační jednotka spaluje zemní plyn. Horkovodní soustava se provozuje s teplotním spádem 80/60 °C. V budově jsou dva zásobníky teplé užitkové vody. Výfuk spalin se odvádí do komína. Kogenerační jednotka je přifázována k elektrické rozvodné síti a dodává do ní 30 kWe. Kogenerační jednotka je dálkově řízena z Kolína. Na zdejším dispečinku se průběžně sledují rozhodující data o chování a stavu systému. Nejenom nároky na obsluhu, ale i na servis jsou minimální. Obyvatelé sídliště oceňují minimální hlučnost agregátu, a to i při vysokých otáčkách mikroturbíny. Vývojem mikroturbín se průkopnicky zabývala už První brněnská strojírna (PBS) ve Velké Bíteši. Toto úsilí bylo spjato jak s nemalými vlastními investicemi do výzkumu, tak se státními dotacemi z veřejných soutěží ministerstev. V rámci finanční podpory MPO ČR bylo realizováno zařízení NETZ (nízkoemisní mikroturbínový zdroj elektrické energie) na bázi spalovací mikroturbíny spojené s vysokofrekvenčním generátorem. Generoval elektrickou energii do sítě a vedle ní také dodával horkou vodu a sytou páru. Maximální elektrický výkon činil 103 kW. Zásadní impulz do nové etapy poznání této technologie, do instalací mikroturbín a nejnověji i do vlastních výzkumných a testovacích operací umožnil vznik Asociace mikroturbín ČR v roce 2011. Mikroturbínami dnes disponuje nejenom zmíněná kolínská MTH, ale i Safina ve Vestci u Prahy, VŠB-TU v Ostravě, Modelobal, s. r. o., v Nymburce a další subjekty. Vývoj se nezastavil Jeden ze zakladatelů asociace a nadšený propagátor mikroturbín Ing. Jan Šurovský na kolínském setkání představil také několik inspirativních idejí ve vazbě spalovací mikroturbíny na vysokoteplotní palivové články. Tato elektrochemická, ekologicky i provozně efektivní zařízení dokážou transformovat chemickou energii paliva na energii elektrickou. Mohou přitom dosahovat vyšší účinnost přeměny energie paliv na elektrickou energii než konvenční systémy, v nichž je surovina nejdříve spalována a následně vznikající tepelná energie se přeměňuje na energii elektrickou. Tím, že palivové články vykazují extrémně malé emise a za provozu jsou tiché, začali se o ně zajímat rovněž stoupenci perspektivních smart systémů, lokální energetiky a alternativních pohonů pro budoucí dopravní techniku. V praxi vzduchový kompresor mikroturbíny natlakuje palivový článek. Výstupní tok média z palivového článku (zejména vodní pára) roztáčí turbínový stupeň, jenž pohání kompresor a generátor mikroturbíny. Tlakový palivový článek najede na plný výkon rychleji než běžný, atmosférický. Nicméně samotné palivové články ještě nemohou být jediným náhradním zdrojem elektřiny. Jako špičkový zdroj doplní mikroturbíny. Tepelná, rotační výroba elektřiny dnešního typu v dohledné budoucnosti zanikne. Podle expertů i v decentrálním, malém provedení. Palivový článek však umožní mikroturbíně smysluplně „dožít“. Trajektorie budoucího vývoje energetiky a teplárenství se v průmyslově vyspělých státech rodí a realizuje po etapách. Politici i odborníci jsou zajedno: potřebujeme levnou, spolehlivě zabezpečovanou, ekologicky akceptovatelnou elektřinu a teplo. To je avers kýžené mince. Existuje ovšem i revers: tento věcně, legislativně, organizačně i kapacitně náročný proces nelze uskutečnit pouze silami jedné země a v krátkém období. Existující technická báze výroby proudu a tepla s dominancí fosilních materiálů dožívá a je třeba ji nahrazovat moderními technologiemi za pochodu. K tomu mohou účinně napomoci právě mikroturbíny. Lépe zhodnocují palivo. Pracují efektivněji než dožívající technika. Nepředstavují velkou zátěž pro hlukové a emisní hladiny svého okolí. Co je důležité z pohledu zdejších vědecko-výzkumných a výrobních kapacit, participace na jejich zdokonalování, výrobě a instalacích je nejenom aktuálně žádoucí, ale i dlouhodobě perspektivní. Jsme národ Brožíkův, Kaplanův a Listův. Vybudovali jsme nemalé výzkumné i výrobní zdroje. Disponujeme přemýšlivými a profesně zdatnými odborníky. Proč toho nevyužít? /cer/