Čeští výrobci energie a tepla stojí
před řadou náročných úkolů: zvýšit
účinnost využití fosilních i obnovitelných
energetických zdrojů,
snížit stávající energetickou náročnost
zavedených technologií, lépe
využívat odpadní energii a nikoliv
naposledy omezit emise CO2.
Na první pohled: sisyfovské úsilí.
Statistice transformace paliva v kondenzačních
elektrárnách u podkritických
parametrů páry dnes vévodí
systémy vykazující 36-38procentní
účinnost. U nadkritických parametrů
systémy se 45procentní účinností.
Lídrem transformačního peletonu
jsou bezesporu moderní paroplynové
centrály se sériovým řazením Braytonova
cyklu a parního Rankin-Clausiova
oběhu: netto účinnost transformace
primárního zdroje energie se
u nich pohybuje v rozmezí 55-60 %.
Přesto: přemíra optimismu není na
místě. Tyto konstrukčně náročné systémy
nedosahují rekordních výsledků
při sníženém výkonu. Jejich regulační
rozsah je limitován. A co se týká
samotných energetických vstupů,
upřednostňují kvalitní plynná a kapalná
paliva. Jejich pořizovací ceny na
světových trzích mají vzrůstovou tendenci.
ČR jimi nedisponuje a musí si
je draze a složitě zajišťovat z leckdy
politicky nestabilních regionů.
Pokud se budeme i do budoucna
spoléhat na dominantní domácí fosilní
zdroj – na uhlí, nabízí se jako technicky
a technologicky zajímavé řešení
jeho spalování v tlakovém fluidním
ohništi, event. jeho zplynování
a vysokoteplotní čištění. Spalování
uhlí a dalších tuhých paliv (mj. i biomasy)
na roštu, ve vznosu, ve fluidní
vrstvě, event. ve vznosu při spalování
s kyslíkem má jak technickou, tak
ekonomickou perspektivu.
Nov á demonstr ační
jednot ka
Toho si je vědom rovněž management
společnosti Vítkovice Power
Engineering. Rád by u nás postavil
a zprovoznil demonstrační jednotku
k ověření nových vysoko- i nízkoteplotních
výměníků operujících
s parovzduchovou směsí. Cíl je zřejmý:
otestovat rozhodující parametry
pro efektivní transformaci primární
energie na elektrickou, ověřit spolehlivé
metody a nástroje regulace
takové jednotky a vyhodnotit její
dynamické vlastnosti.
Tepelný příkon FES by měl činit 2,5
MW. Generovaný elektrický výkon
500 kWe. Co se týká vhodné lokality,
na Ostravsku se nabízí provozy ArcelorMittal.
Demonstrační jednotka by
zde měla k dispozici optimální pracovní
média: sytou páru (jako zdroj
procesní páry) a koksárenský, příp.
směsný koksárenský a vysokopecní
plyn. Jako zdroj spalin pro demonstrační
jednotku by mohl být aplikován
klasický plynový hořák. Spalovací
zařízení CCH bude vybaveno
regulací výstupní teploty spalin.
Co se týká vlastní technologie
– parovzduchová směs bude generována
ve vzduchu za kompresorem. Tam
se přivede sytá pára ze sítě teplárny
ArcelorMittal a rovněž tlaková voda.
Popisované řešení umožní variabilitu
parametrů parovzduchové směsi a hledání
vhodného podílu páry ve směsi
pro chod dvoustupňové expanzní plynové
turbíny, resp. pro dosažení maximální
účinnosti transformace primární
energie, a to i při snížených výkonech
zařízení. Parovzduchová směs se ohřeje
na žádoucí teplotu v sálavém a konvekčním
ohříváku. Za nízkotlakým
stupněm plynové turbíny je navrhován
kotel na odpadní teplo, jenž bude napojen
na standardní Rankin-Clausiův parní
oběh s oparní turbínou. Následuje
klíčový segment - separační kondenzátor
- pro záchyt vody vracené zpět
oběhu. Kondenzát poputuje do napájecí
nádrže a nasycený vzduch bude
vyváděn do atmosféry.
Nač se zaměří další
výzkum?
Na řadu konstrukčních i provozních
problémů. Zejména na vysokoteplotní
výměníky a vysokoteplotní
ohříváky parovzduchové směsi
(500-800 oC), na optimalizaci parametrů
soustrojí kompresor-turbína
ve vazbě na rozhodující parametry
parovzduchové směsi, na vylepšení
separačního kondenzátoru, na vývoj
nových materiálů a ochranných
povlaků výměníků a na ověření optimálního
způsobu regulace oběhu.
Bude zapotřebí detailně analyzovat
termodynamické a transportní vlastnosti
parovzduchové směsi a
vyvíjený oběh vymezit fyzikální
vlastnosti výsledné operační směsi
(měrná tepelná kapacita, dynamická
viskozita, hustota, tepelná vodivost,
entalpie aj.).
Vítkovičtí technici a konstruktéři
vytkli složitý úkol. Budou úspěšní?
