Turbíny za miliony mohou uspořit miliardy

Rozmach obnovitelných zdrojů přináší do energetické soustavy nestabilní výkony. Dosavadní zařízení v elektrárnách na to není stavěné, a proto je aktuální výzvou pro energetické stroje flexibilita. Společné řešení hledají špičky energetického průmyslu, které se 25. září setkaly na pražské konferenci Turbomachines 2018.

Pokud si někdo myslí, že v době solárních kolektorů a větrných elektráren, které na poli energetiky hrají čím dál větší roli, jsou parní turbíny zastaralá technologie, má svým způsobem pravdu. Současné parní turbíny nejsou stavěné na možné kolísání napětí z obnovitelných zdrojů, a provoz v režimu „start-stop“, tedy časté vypínání, zapínání nebo třeba jen změny výkonu, mohou lopatky stávajících turbín nenávratně poškodit. Z podnětu Evropské unie spojili přední světoví výrobci turbín, v čele s plzeňskou Doosan Škoda Power, síly a snažili se vyvinout takovou turbínu, která bude těmto novým standardům vyhovovat. Výsledky výzkumu více než dvaceti průmyslových podniků a technických univerzit pak 25. září představili na pražské konferenci Turbomachines 2018.

„Oba projekty – Flexturbine a Turboreflex – byly převážně financovány z evropských prostředků z programu Horizon 2020. Tato jednorázová investice ve výši zhruba 20 milionů EUR, na které se částečně podíleli všichni řešitelé projektu, má potenciál každoročně uspořit až pětinásobek. Lepší návratnost investovaných peněz si nedokážu představit,“ říká Jiří Šmondrk, generální ředitel Doosan Škoda Power. Z řady institucí a společností stojí za zmínku zejména trojice největších výrobců parních turbín, kam kromě Doosan Škoda Power patří také americká General Electric a německý Siemens. Z českých akademických kruhů se do řešení projektů zapojili vědci a studenti ze Západočeské univerzity v Plzni nebo pražské ČVUT. Do diskuse, která na konferenci následovala představení výsledků výzkumu, svou expertizu přenesli například Ján Štuller, vládní zmocněnec pro jadernou energetiku nebo Jiří Plešek, ředitel Ústavu termomechaniky Akademie věd České republiky. Hlavním cílem obou projektů bylo reagovat na proměny energetického trhu, který čím dál víc nahrává zavádění obnovitelných zdrojů do elektrické sítě. Ty jsou však, na rozdíl od fosilních nebo jaderných zdrojů, závislé na aktuálním stavu počasí nebo jiných proměnných. Fosilní elektrárny se tak doposud musely těmto výpadkům nebo naopak přetlakům dodávané energie přizpůsobovat regulací výkonu parních turbín.

„Představme si, že turbína může mít až 1000 lopatek, z nichž každá váží až 50 kilogramů. I při minimálních výkonových změnách se mohou lopatky poškodit. V naší plzeňské experimentální laboratoři jsme také vyvíjeli a testovali nové typy ložisek a ucpávek, které zajistí bezpečný provoz turbín právě při takových flexibilních provozech. V neposlední řadě jsme dále zdokonalili námi vyvinutou technologii detekce a lokalizace kontaktu rotor/stator při provozu parních turbín, která je už patentovaná v České republice, Evropě a USA,“ vysvětluje přínosy projektu jeho spoluřešitel, Dr. Jaroslav Synáč ze společnosti Doosan Škoda Power, který zároveň stojí v čele Katedry energetických strojů a zařízení Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni. Tato technologie je již standardně nasazována v praxi a v rámci projektu Turboreflex dochází k jejímu dalšímu zdokonalování.

Mezi nově vyvinuté technologie patří také systémy monitorování dějů uvnitř turbíny při jejich flexibilním provozování, vyhodnocování získaných dat v reálném čase a následného optimálního řízení provozu elektráren za účelem zvýšení účinnosti, flexibility a snížení emisí. Další inovace, které z projektů vzešly, umožní, že plynová turbína bude také schopná sloužit jako součást velkokapacitního úložiště energie z obnovitelných zdrojů. Všechna tato zlepšení by kromě zvýšení bezpečnosti a efektivity provozů měla také snížit obecné náklady na provoz.

„Ačkoliv jsme na evropském trhu svým způsobem konkurenti, výsledky naší intenzivní spolupráce na vývoji a testování flexibilních turbín jsou ku prospěchu nás všech – tím nemyslím jen výrobce, ale i běžné spotřebitele. Do roku 2030 by tento projekt mohl snížit cenu jednoho cyklu paroplynové elektrárny až o 30 %, což se může projevit na cenách elektřiny v celé Evropě,“ říká Dr. Alexander Wiedermann, spoluřešitel projektu FLEXTURBINE a Senior Manager ve společnosti MAN Diesel & Turbo.