Energie a teplo – nově a efektivněji

13.11.2011

NOVÉ TECHNOLOGIE Se stále dražší energií a teplem nutno zacházet jako s příslovečným šafránem.

Řada států i firem proto koncentruje síly a prostředky na vývoj a aplikaci nových energetických a teplárenských technologií.

Nejmodernější současné jaderné reaktory III. a III.+ generace se vyznačují sofistikovanou konstrukcí. Přesto se uplatní jen v tzv. velké energetice. Jejich projekce a výstavba je dlouhá a drahá, obsluha naročná.Zoom gallery
Nejmodernější současné jaderné reaktory III. a III.+ generace se vyznačují sofistikovanou konstrukcí. Přesto se uplatní jen v tzv. velké energetice. Jejich projekce a výstavba je dlouhá a drahá, obsluha naročná.

Prosadí se mikroturbíny?

Vyprojektovat, postavit, vybavit a zprovoznit velký zdroj elektřiny a tepla vyžaduje značné organizační a odborné úsilí, velké investice a schopnost zdolat nejednu byrokratickou bariéru. Navíc: konstrukční a provozní parametry velkého zdroje nezřídka přesahují požadavky jeho pořizovatelů a provozovatelů. Konkrétní řešení těchto problémů garantují tzv. mikroturbíny. Několik jich už běží i u nás. A majitelé chválou nešetří.

Tyto kogenerační jednotky nové generace s nízkou hmotností a s ambicí postupně nahradit neekologické, těžké plynové motory s jejich drahou a nepříjemnou údržbou, vykazují minimální požadavky i na servis: 1.mikroturbína v ČR (v kotelně v Českém Brodě) přesáhla hranici 30 000 provozních hodin bez generální opravy, bez otevření soustrojí. Provozovatel pouze občas vyčistí vzduchové filtry. Vzpomenuté malé rozměry a hmotnost umožňují instalaci mikroturbín i ve standardních budovách. Ani při mimořádně vysokých otáčkách konstrukci budovy nerozkmitají. Zajímavé bude jejich využití v ostrovním režimu a v chytrých lokálních sítích. Mohou se stát stmelujícím prvkem sítí tváří v tvář proměnlivým výkonům větrných, či slunečných elektráren.

Mikroturbíny dokáží velmi rychle měnit výkon. Oproti klasickým plynovým motorům mohou pracovat i s chudším bioplynem na skládkách odpadů. Eliminace neenergetického skládkování odpadu je přitom velký úkol pro česká města. Brusel v tlaku na efektivní využití odpadů rozhodně neustoupí.

Americká firma Capstone je považována za průkopníka v komoditě mikroturbíny. Management firmy chce do budoucna snížit emisní parametry svých zařízení a posílit celkovou účinnost na 42-45 %.
Americká firma Capstone je považována za průkopníka v komoditě mikroturbíny. Management firmy chce do budoucna snížit emisní parametry svých zařízení a posílit celkovou účinnost na 42-45 %.

Mikroturbínové technologie jsou s to přispět k ozdravění našeho životního prostředí. Mají vynikající emisní bilance, nesrovnatelné s plynovými motory. Kupř. mikroturbíny Capstone dosahují běžně hodnot 3 ppm NOx, oproti stovkám či tisícům ppm u zastaralých motorů. Lze je proto nasadit i v centrech měst.

V širším měřítku se používají v USA a v Číně. Ve Velké Británii je aplikovali dokonce v hybridních autobusech: v centru města jede autobus na baterie. Dále od něj, při poklesu kapacity baterií (pod 40 %), nastartují dvě turbíny (65 kW) a dobíjejí baterie. Díky konstantním otáčkám pracují v ustáleném režimu.

Tedy s běžnými, extrémně nízkým emisemi. Již zmíněný největší výrobce mikroturbín americký Capstone předpokládá zanedlouho dosažení 42– 45% účinnosti.

Japonci sází na palivové články

Lidé upřednostňují malé, zato výkonné agregáty na výrobu energie a tepla. To si v předstihu uvědomil management nadnárodních gigantů Panasonic a Toshiba. V posledních 2-3 letech obě firmy zintenzivňují své vývojové, konstrukční a výrobní úsilí v perspektivní komoditě „palivové články pro malospotřebitele“. Dobře si vedou na japonském trhu. Panasonic je však hodlá brzy vyvážet i do Evropské unie. Tuto high-tech inovaci doporučuje v kombinaci se zásobníky teplé vody. Přepočteno bilančně: energie na bázi palivových článků by mohla pokrýt až 1/3 spotřeby energie a tepla, jež připadá na komunální sektor.

Palivové články o výkonu 1 kW si už zakoupily tisíce japonských domácností. Export na evropské trhy je prý otázkou několika málo let.
Palivové články o výkonu 1 kW si už zakoupily tisíce japonských domácností. Export na evropské trhy je prý otázkou několika málo let.

Zatímco Evropané se mohou na žhavou technickou novinku teprve těšit, tisíce japonských rodin ji používají k nezávislému generování elektřiny i k vytápění a produkci teplé užitkové vody. Současná cena palivového článku je (v přepočtu na koruny a na české poměry) ještě značná: přes půl milionu korun. Manažeři obou firem jsou optimističtí: s vládní dotací pro start této špičkové technologie a se zvětšující se masou vyrobených a instalovaných zařízení, prodejní cena kompletního setu brzy klesne na polovinu až čtvrtinu současné hodnoty.

Promítnuto do reálných podmínek 1 rodiny, výkon palivového článku pro japonský trh činí 1 kW. V této verzi energeticky a tepelně zajistí fungování 4členné domácnosti. Exportní série do Evropy by měly disponovat výkonem až 3 kW.

Palivové články jsou atraktivní rovněž z ekologického hlediska: mají vysokou energetickou účinnost (až 85 %) a umožňují podstatně redukovat produkci a emise CO2. Na japonských ostrovech se do nasazení palivových článků aktivně zapojily především plynárenské společnosti. K výrobě vodíku v článku nabízejí zkapalněný zemní plyn (LNG). Podle konstruktérů se brzy objeví na trhu také kombinace palivových a solárních článků.

Energetici i kupci pohlížejí na vývoj a startující výrobu moderních palivových článků s nadějí. Je pro ně zajímavá hlavně progresivní transformací paliva s podílem vodíku na elektřinu. Bedlivě sledovaná nominální účinnost už dnes osciluje v rozmezí 60-70 %. Připočtou-li se k tomu efekty plynoucí z nasazení článku do otopné soustavy domu, energetická účinnost vzrůstá na 80-85 %. Jen pro ilustraci: pokud se v Evropě provozují velké zdroje energie s účinností 40-45 %, jejich tvůrci za ně sklízejí pochvalu. S ještě menší účinností pak operují tzv. moderní spalovací motory (30-40 %).

Ekonomy na palivových článcích láká možnost jejich ostrovního nasazení. Umožní levnější samozásobení malých, izolovaných skupin spotřebitelů, nebo odlehlých komunálních lokalit elektřinou a teplem.

Každé město s vlastním reaktorem?

Zdánlivě nesmyslná otázka. Nikoliv pro jaderné experty. Špičková vědecká centra v USA, Rusku, Číně a Indii sice pracují nad velkými reaktory III.+ a IV. generace. Malé kompaktní zdroje už však existují a jsou stejně bezpečné. Navíc: podstatně levnější. Bez údržby a přísunu paliva dodávají teplo a proud třeba po desetiletí. Ochotu podporovat vývoj právě malých jaderných reaktorů mj. oznámila i renomovaná nadace Bill & Melinda Gates.

Westinghouse chce vyrábět (společně s Toshibou) mikroreaktor „4S“ o výkonu pouhých 10 MW. O něco větší zařízení nabídne americký Hyperion Power: zapečetěné mobilní moduly s výkonem 25 MWe a 70 MWt mají hmotnost 50 t. Na zvolené lokalitě je uloží pod zem a ochrání před odcizením radioaktivního paliva. Hyperion Power klade důraz na bezpečnost: jeho malé reaktory jsou samoregulovatelné a nemají žádné pohyblivé části. Jejich chlazení zajišťuje tekutá slitina olova a bismutu, která nereaguje na vzduch.

Zatím nejdále dospěli v konstrukci malých jaderných reaktorů pro civilní sektor technici z americké firmy Hyperion Power. Počet seriozních zájemců o jejich zapečetěné energetické moduly o výšce dvojnásobku lidské postavy už přesáhl několik stovek.
Zatím nejdále dospěli v konstrukci malých jaderných reaktorů pro civilní sektor technici z americké firmy Hyperion Power. Počet seriozních zájemců o jejich zapečetěné energetické moduly o výšce dvojnásobku lidské postavy už přesáhl několik stovek.

Firma NuScale Power nabízí modul ve tvaru velké termosky. Má kruhový tvar o průměru 4 m a výšce 20 m a vygeneruje 45 MW elektrického proudu. Nejedná se o žádnou kopii velkého reaktoru se všemi  jeho čerpadly, ventily a rourami a dalšími agregáty. Kupř. pro chlazení byl aplikován jednoduchý princip: chladicí voda stoupá po zahřátí vzhůru, tam se ochladí a znovu klesá dolů. Uplatňuje se tedy pasivní, přirozený koloběh. I tento reaktor bude dislokován do podzemí, do cisterny s vodou. V případě poruchy se prostě zaplaví. A jeho cena? Sestava o 6 modulech za 1 mld. USD. To by si mohly dovolit i městské podniky, které nemají k dispozici obří investice na nákup a zprovoznění velkého zařízení.

I přesto drahý a nejistý špás? Nic tomu nenasvědčuje. Krize-nekrize Hyperion je zavalen stovkami objednávek. Do roku 2023 hodlá prodat 4 000 jaderných minielektráren. NuScale Power začne s prvními testy v roce 2018. Do té doby bude usilovat o získání finanční podpory z vládních zdrojů. Levnější bezúdržbové modulární reaktory zařadí do svého portfolia rovněž Babcoc & Wilcox. Minimální výkon se předpokládá 125 MW.

Přesto třeba vyřešit několik závažných problémů. Zejména otázku paliva. Hyperion Power nechce využívat obvyklý uran se 4procentním obohacením. Počítá s necelými 20 %. Takový uran je ovšem podle současných mezinárodních dohod stále ještě „lehce obohacený“ a lze jej získat pouze na základě bilaterálních dohod.

 Autor: spe

Svět plný energie > Témata > Energie a teplo – nově a efektivněji

Aktuality
7.11.2019 Lomonosov na místě

AKTUALITY - První ruská plovoucí jaderná elektrárna Akademik Lomonosov dorazila na svou trvalou základnu blízko izolovaného ruského města Pevek na Čukotce, a stala se tak nejseverněji položenou jadernou elektrárnou. Rosatom má za cíl uvést elektrárnu do provozu do konce letošního roku. Společnost chce své malé plovoucí elektrárny s reaktory odvozenými od pohonných jednotek jaderných ledoborců nabízet do odlehlých oblastí, zatím ale žádné zahraniční zákazníky nemá. Mohou fungovat bez přestávky a potřeby doplnit palivo tři až pět let, elektrický výkon reaktorů je 70 MW.  celý článek

15.10.2019 Stát elektromobilů ve tmě

AKTUALITY - Zhruba milion domácností, firem, veřejných institucí a dalších odběratelů v americkém státě Kalifornie se v týdnu od 7. října ocitlo bez dodávky elektřiny. Tamní energetická společnost Pacific Gas and Electric Company (PG&E) je v několika postupných vlnách odstavovala kvůli snížení rizika vzniku lesních požárů.  celý článek

16.7.2019 Emisních povolenek znovu ubude

AKTUALITY - Přebytek emisních povolenek na trhu je podle dat Evropské komise pro 2019 stejný jako v loňském roce. celý článek

12.6.2019 177 GW obnovitelných zdrojů do provozu v roce 2018

AKTUALITY Podle Mezinárodní agentury pro energii (IEA) celkový instalovaný výkon obnovitelných zdrojů uvedených v roce 2018 do provozu činil 177 GW. celý článek

13.5.2019 Uranová kostka z válečného Německa

AKTUALITY - Fyziky z univerzity v Marylandu překvapila nečekaná anonymní zásilka, ze které se vyklubala palivová kostka z nacistického jaderného reaktoru. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ a BARIDA Agency

Redakce:
Josef Janků, Jan Gregor a další ...

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt:

Aktuality
7.11.2019 Lomonosov na místě

AKTUALITY - První ruská plovoucí jaderná elektrárna Akademik Lomonosov dorazila na svou trvalou základnu blízko izolovaného ruského města Pevek na Čukotce, a stala se tak nejseverněji položenou jadernou elektrárnou. Rosatom má za cíl uvést elektrárnu do provozu do konce letošního roku. Společnost chce své malé plovoucí elektrárny s reaktory odvozenými od pohonných jednotek jaderných ledoborců nabízet do odlehlých oblastí, zatím ale žádné zahraniční zákazníky nemá. Mohou fungovat bez přestávky a potřeby doplnit palivo tři až pět let, elektrický výkon reaktorů je 70 MW.  celý článek

15.10.2019 Stát elektromobilů ve tmě

AKTUALITY - Zhruba milion domácností, firem, veřejných institucí a dalších odběratelů v americkém státě Kalifornie se v týdnu od 7. října ocitlo bez dodávky elektřiny. Tamní energetická společnost Pacific Gas and Electric Company (PG&E) je v několika postupných vlnách odstavovala kvůli snížení rizika vzniku lesních požárů.  celý článek

16.7.2019 Emisních povolenek znovu ubude

AKTUALITY - Přebytek emisních povolenek na trhu je podle dat Evropské komise pro 2019 stejný jako v loňském roce. celý článek

12.6.2019 177 GW obnovitelných zdrojů do provozu v roce 2018

AKTUALITY Podle Mezinárodní agentury pro energii (IEA) celkový instalovaný výkon obnovitelných zdrojů uvedených v roce 2018 do provozu činil 177 GW. celý článek

13.5.2019 Uranová kostka z válečného Německa

AKTUALITY - Fyziky z univerzity v Marylandu překvapila nečekaná anonymní zásilka, ze které se vyklubala palivová kostka z nacistického jaderného reaktoru. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ a BARIDA Agency

Redakce:
Josef Janků, Jan Gregor a další ...

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt: