Nové hnědouhelné bloky dosahují čisté účinnosti i přes 42 %,

Poslední období je v energetice charakterizováno návratem diskusí o jaderné energetice a o důsledném využití uhlí. Doba však pokročila a i uhelné zdroje musejí dosahovat vyšší účinnosti, staví se tedy prakticky jen uhelné elektrárny s nadkritickými parametry. Nebo snad ještě mají šanci jiné technologie? Jak byste charakterizoval dnešní požadavky na moderní zdroj na uhlí? U elektráren s podkritickými parametry páry, tj. s tlakem páry na úrovni cca18 MPa a teplotami páry od 545 až do 580 oC, a tedy čistou účinností bloků u spalování hnědého uhlí cca 38 % se postupně snižuje počet projektů, neboť se investoři zaměřují na výstavbu bloků o vyšších jednotkových výkonech (nad 500 MWe). A zde je již ekonomicky výhodné zvolit nadkritické parametry páry. V červnu byla publikována tisková zpráva o zahájení od roku 1998 připravované výstavby nového zdroje v Bulharsku v oblasti uhelného dolu Maritza Iztok, kde americká společnost AES postaví dva bloky, každý o jednotkovém výkonu 335 MWe. Domnívám se, že tato volba velikosti zařízení je pravděpodobně dána specifickými místními poměry (především nízkou výhřevností paliva cca 6,0 GJ/t a vysokým obsahem vody 55 %). O jiných nových projektech menších výkonů v Evropě nemám informace. U retrofitů se většinou zachovává původní výkon, popř. se mírně zvyšuje vlivem nárustu účinnosti zvýšené jinými opatřeními (např. zvýšení účinnosti turbín jejich novým 3D lopatkováním ) a zachovávají se také podkritické parametry. Jinak jsou poslední leta především charakterizována snahou dosahovat u nově budovaných zdrojů nadkritických parametrů páry v úrovni 600oC/610oC/28 MPa a čisté účinnosti až na hodnotách mezi 42 - 43 % ( platí pro hnědé uhlí). Současné vývojové práce pokračují především ve dvou směrech. Prvním je zlepšení kvality paliva, tedy u hnědého uhlí snížení obsahu vody před spalováním, tj. odstranění vody předsoušením uhlí, což je hlavně realizovatelné v sousedním Německu, kde obsah vody je až 50% a obsah popelovin dosahuje hodnot pouze kolem 10 %. U našeho uhlí máme tento poměr obrácený - obsah vody kolem 25 % a popeloviny až 40 %, a tedy využití této technologie pravděpodobně v našich podmínkách nelze realizovat s dostatečným efektem. Předsoušení hnědého uhlí se může dle provedených studií podílet na zvýšení účinnosti bloků v rozmezí od 1 až do 4 %. Druhý směr zlepšení parametrů je čistě otázkou zvyšování tlaků a teploty páry, a to až po nyní testovanou úroveň tlaku 35 MPa , teplotu ostré páry 700 0C a teplotu přihřáté páry dokonce až 720 0C. S těmito parametry lze dosáhnout čisté účinnosti bloku až 50%. To už jsou velmi vysoké parametry vyžadující i odpovídající vlastnosti použitých materiálů, např. slitin na bázi niklu. Jako příklad lze uvést dva vývojové projekty testování materiálů v reálných podmínkách COMTES 700 a AD 700. Předpokládá se, že výsledky budou využity pro realizaci bloku o těchto parametrech a předpokládaném výkonu 400 MW s uvedením do provozu kolem roku 2015. Jak lze tedy charakterizovat obecné požadavky na moderní zdroj s nadkritickými parametry? Jaká jsou úskalí a slabá místa těchto technologií? Když se podíváme na elektrárnu jako celek a srovnáme provoz v nadkritických parametrech s podkritickými, je vlastně hodně zařízení shodných, například odsíření nebo odstraňování tuhých zbytků po spalování. Co se výrazněji liší, je turbína a vlastní kotel, kde vysoké tlaky a především teploty vyžadují speciální materiály pro některé části. Právě nové materiály pro tyto budoucí zdroje představují jeden z největších problémů. Především proto, že vlastně do určité míry limitují zvyšování teplot i tlaků, jsou kromě toho velmi drahé a vyžadují zvláštní technologie zpracování a svařování. Bohužel, není zde mnoho výrobců, kteří takové materiály na trhu nabízejí. Jaké parametry takový materiál musí mít? Především jde o tepelnou odolnost, tedy zachování vlastností při vysokém tepelném namáhání, neboť představte si například lopatky vysokotlaké části turbíny, které jsou vystaveny teplotě 700 0C. Mluvíme o slitinách na bázi Ni, a někteří odborníci dokonce hovoří také o možnosti použití monokrystalů využívaných k výrobě lopatkování plynových leteckých turbín a jejich derivátů nasazených v energetice. Pro dokreslení: současná cena materiálu na bázi slitiny niklu (Alloy A617) jednoho metru hlavního parovodu mezi kotlem a turbínou je pro tyto parametry u předpokládaného pilotního bloku 400 MW cca 14násobná ve srovnání s běžně užívaným materiálem P91 u bloků s běžnými parametry (540oC/560oC/25 MPa). Úsilí je zaměřeno i na vývoj pokročilých feritických a austenitických materiálů k možnosti použití na ultra-nadkritických blocích. Je zisk z použití nových zdrojů tak výrazný, že se vyplatí investovat do tak drahých nových materiálů, jak naznačujete? Pochopitelně zvýšení účinnosti znamená snížení množství paliva na jednotku vyrobené energie a je jedním z ekonomických motivů. Navíc, je zde trvalá snaha omezit emise CO2, a tedy náklady na emisní povolenky. Zvýšení účinnosti zařízení je jednoznačně ta nejreálnější cesta ke snížení jeho emitovaného množství. Rozhodnutí o použití nadkritických parametrů se na jedné straně především odehrává v oblasti účinnosti, a s tím souvisejících přínosů a na straně druhé v oblasti investičních nákladů, tj. cen použitých materiálů tak, aby výsledkem byl ekonomický přínos. I když povolenky CO2 zatím nedosahují finanční úrovně, která se předpokládala, a jejich cena nedávno dokonce výrazně poklesla, stačí pohled na potřeby energetiky v nejbližší budoucnosti a je jasné, že tomu tak nebude natrvalo. Rok 2012, tedy doby, kdy se uzavírá 2. etapa kjótského protokolu, se blíží. Kdybychom udělali malou bilanci budoucích potřeb českých zdrojů, a tím odvodili kde všude by měly být nové zdroje s nadkritickými parametry... To je především otázka na provozovatele elektráren, ale v každém případě české elektrárny dožívají. ČEZ prezentoval svůj připravovaný program obnovy hnědouhelných zdrojů a zvolil dva typy projektů. Prvním typem jsou retrofity, čili zásadní obnova zařízení (např. elektrárna Tušimice II) při zachování podkritických parametrů a druhým typem stavba nových zdrojů (např. elektrárna Ledvice) v parametrech, o nichž se bavíme, tedy nadkritickými na současné dosažitelné úrovni (600oC/610oC/28 MPa). Touto prováděnou zásadní obnovou dojde i ke snížení spotřeby hnědého uhlí na stejný objem vyrobené elektrické energie než u stávajících bloků. ŠKODA PRAHA a.s. a její dceřiná společnost ŠKODA PRAHA Invest se budou výrazně na tomto programu podílet a znovu uplatní své dlouhodobé zkušenosti z výstavby většiny zdrojů v ČR i ze zahraničních projektů. Je však zřejmé, že výstavba a uvedení do provozu u těchto nových zdrojů již spadne do období, kdy bude mít i ČR uhlíkovou daň. Ta je zatím sice dnes vnímána jako zbytečná, ale ve své podstatě je prospěšná a vítají ji i ekonomové. Jak se s těmito požadavky vyrovnají inženýrské organizace i provozovatelé? Co se týká technologií na odstraňování CO2, je to zatím v oblasti vývoje a přípravy realizace pilotních projektů. Rozhodujícím faktorem je samozřejmě cena, zatím kdy se zvažuje mezi hodnotou emisní povolenky a skutečnými náklady na odstraňování CO2. V současné době se ve světě zvažuje reálně několik projektů. Měl jsem možnost se blíže seznámit s připravovaným pilotním projektem společnosti Vattenfall pod názvem Oxyfuel, což je spalování uhlí ve směsi s kyslíkem a spalinami a následným jímáním CO2 ze spalin, jeho zkapalňováním a ukládáním do podzemních zásobníků. Zatím jde o projekt v řádech desítek MWt výkonu, ale bude to velmi hodnotná provozní zkušenost, která může být přechodem k zařízením větších výkonů běžných v energetických výrobnách. Dokončení vývoje a zvládnutí komerčních velikostí přispěje určitě i ke snížení jednotkových cen technologií na tunu odstraněného CO2, a tedy i ekonomická výhodnost realizace zařízení k odstraňování CO2 se může stát realitou v blízké budoucnosti. Řadu let jste se pohyboval ve finském prostředí kde je o palivo velká nouze, a proto se tamní technici dost zaměřili na biomasu. Nedávno i někteří výrobci na svých zdrojích začali se spalováním biomasy, neboť je to výhodné. Myslíte si, že by biomasa mohla hrát větší roli v diverzifikaci energetických zdrojů ČR? Biomasa má jeden velký problém, a tím je její dostupnost. Biomasa obecně se potýká s problémem dovozových vzdáleností a energetickým obsahem přepravovaného objemu. Svozové vzdálenosti kolem 50 - 80 km jsou v závislosti na druhu biomasy maximem, kdy náklady na přepravu jsou ještě únosné. Ve Finsku, které je ve světě známo velkým podílem průmyslu výroby celulózy a papíru, dochází ke koncentraci dřevní biomasy u těchto provozů a její využití ve velkém rozsahu. U nás přichází využití biomasy především lokálně, tj. tedy v úvahu pro menší zdroje s kombinovanou výrobou elektrické energie a tepla, popř. pro lokální výtopenské zdroje a je na ekonomickém zvážení, jestli by některé tyto projekty nebyly výhodnější alternativou. Čili v tzv. malé energetice se určitě uplatní. Takže nám zbývá úvaha o paroplynovém cyklu, o němž se v současné době hovoří zase spíše ve smyslu úpravy paliva tak, aby byl eliminován vývin CO2 , než jako o čisté energii z plynu. Tedy zplyňováním uhlí se získáváním vodíku, jako dalšího využitelného plynu. Mluvíme o našich podmínkách, kde je plyn nesmírně drahý. Jak vidíte možnosti paroplynu u nás? My zde máme krásný příklad zplyňování hnědého uhlí ve Vřesové. I když šlo vlastně o využití stávajících provozů na výrobu svítiplynu, výsledek je vynikající. Cenné na tom je, že nedošlo k odstavení tohoto provozu po rozhodnutí o ukončení dodávek svítiplynu pro centrální zásobování, ale technologie byla využita jako výrobní zdroj paliva - energoplynu - pro nově budovaný paroplynový cyklus v teplárně Vřesová. Jak se nyní ukazuje při rostoucích cenách zemního plynu, že bylo to skutečně prozíravé rozhodnutí českých odborníků. Jednu dobu se uvažovalo o stavbě modernějšího zařízení na zplyňování uhlí ve stejné lokalitě, ale nové technologie na zplyňování především hnědého uhlí jsou zatím bez odpovídajících komerčních referencí. Ovšem tento připravovaný projekt byl ukončen bez jeho realizace. Osobně tedy neočekávám příliš velkou naději na zvolení této cesty. Také se vrátím ještě k plynovým turbínám. V posledních 15 letech se pořád objevují nové a nové stroje, a když se podíváme na statistiky, jejich odběr pomalu ale jistě stoupá. Svoji nezastupitelnou úlohu mají především v rychlosti nasazení, což je nesmírně důležité právě dnes, kdy kdo rychle nabízí dobře prodá. Plynové turbíny se staly regulačními prvky v energetických systémech mnoha zemí. Je zde opravdu cena plynu definitivně limitujícím faktorem? U každého paroplynového zdroje je to právě cena paliva, která především rozhoduje o ekonomice provozu. Druhým důležitým faktorem je roční využití zdroje, a tedy fixní náklady odvozené především od pořizovací ceny zařízení. Na straně odběratelů elektrické energie musí být dostatečná poptávka po specifických službách, které toto zařízení může realizovat. Nastane-li tato rovnováha, pak se pravděpodobně bude realizovat i nový paroplynový zdroj o větším výkonu také u nás. Ve světě se v současnosti realizují projekty v typických velikostech cca 210 a 420 MW od předních světových výrobců. (bal)