Evropská energetika jako tlakový fluid

Tlakové fluidní spalování bylo v 90. letech šlágrem energetické divize ABB. Dodnes pracuje v teplárně ve Stockholmu. Principem této technologie je uzavření fluidního kotle do jiného, většího obalu, připomínajícího pověstný papiňák. Mnoho odborníků na výstavě PowerGen v Kolíně nad Rýnem, která proběhla od 29. do 31. května 2006, současnou situaci v evropské i globální energetice k tlakovému fluidu přirovnávali. Důvodem je skutečnost, že lidstvo zřejmě stojí na prahu energetické revoluce, a když ne celý svět, Evropa určitě, neboť její závislost na dovozu fosilních paliv je téměř absolutní. U uhlí z 81 %, ropy 89 % a plynu 81 %. Evropa se ještě nevzpamatovala z fackování uštědřeném Ruskem co se týče diktátu cen a snaze získat politickou převahu v některých zemích vyplývající z vědomí, že energetická bilance největšího soustátí na světě závisí na této nevyzpytatelné zemi. To je nutné řešit. Ale jak? JADERNÁ ENERGIE - NE I ANO Schizofrenie jaderné energie v roce výročí Černobylu převládá i mezi odborníky a politiky. Dodnes. Přestože je jasné, že limity emisí CO2 není možné při vzrůstající spotřebě elektřiny dodržet jinak, než s pomocí jádra. Jediným, kdo mezi odborníky na zahajovacím ceremoniálu Power- Gen, který vždy odráží více méně názory největších expertů na další vývoj trhu zaprotestoval dosti vehementně, byla ministryně pro ekonomiku a energetiku země Severní Porýní-Westfálsko paní Christa Thoben. Jádro je tedy u našich sousedů stále na mrtvém bodě. Ale hovoří-li se hlasitě o diferenciaci zdrojů, jaderná energetika by měla být pouze dílkem ve vějíři nabídky a nikoliv samospásným řešením, jak si představují někteří čeští odborníci. Ostatně situace v českém prostředí je mnohem více komplikována i dalšími faktory a především jakýmsi "tradičním" pojetím energetiky. Druhým bodem, neméně významným, byla otázka bezpečnosti dodávek. Ta hraje velmi důležitou roli ani ne tak kvůli obavám z terorismu, i když i ty jsou ve hře, jako spíše z hlediska vývoje trhu a určitých otazníků, které vyvolává současný stav. Liberalizace energetiky, která nemá v historii energetiky či jiného odvětví průmyslového podnikání obdobu, přinesla nové aspekty ve vztahu stát a elektroenergetická společnost gigantických rozměrů s jasným monopolem prodeje. Paradoxnost tohoto vztahu v zabezpečení především dodávek do národní sítě a údržba stability provozu takové sítě se ukázala i v ČR v lednu tohoto roku. Dne 23. ledna 2006 jsme byli na krok od dropout, tedy totálního kolapsu celého rozvodného systému z důvodů nedostatku elektrické energie. V té samé chvíli však a.s. ČEZ plnila své exportní závazky. Jak provázat státní zájmy a povinnosti vůči občanům s dravostí dnešních nadnárodních gigantů? Strašně by mě zajímalo vyjádření paní Thatcherové, která jako první rozdělila privatizací někdejší elektrárenské společnosti, jež byly desetinou dnešních, na menší kusy s odůvodněním, že takto vládnou příliš velkou politickou (odborářskou) silou!). Třetí okruh problémů, snad v tuto chvíli nejdůležitější, termín roku 2012, kdy končí tzv. 2. fáze kjótského protokolu. Navíc termín roku 2007 totální liberalizace trhu s elektřinou. I když náš pan prezident tvrdí a píše, že proti zelené ideologii je nutné bojovat "neustále a vytrvale," všichni výrobci energie, i zařízení pro její výrobu, berou limity a omezování produkce CO2 smrtelně vážně. Zvláště přímořské státy, počínaje Británií a konče Japonskem, na závěry kjótského protokolu nesmírně tlačí. Odráží se to v technologiích. Zástupci společnosti Siemens i EnBW Krafwerke jednoznačně potvrdili: "Čím méně spálíme, tím menší bude produkce CO2. " A protože ceny plynu vzrostly několikanásobně, podobně jako ceny ropy, jednoznačně se vracíme k uhlí. A tím i k novým zdrojům nadkritických parametrů. Snaha ovládnout co největší porci trhů ze společného koláče pak rozpoutala vlnu fúzí, jejichž rozměr plošný i finanční nemá v historii Evropy obdobu. ROZDÍL MEZI EKONOMIÍ A STRATEGIÍ I v ČR budou společnosti obnovovat a budovat nové zdroje a ČEZ svede navíc boj s veřejností o nové bloky jaderných elektráren. (I když zřejmě křehkost vládní koalice nedovolí ani se této problematiky dotknout.) Odmyslíme-li těžkosti, které takové rozhodnutí čekají, například fakt, že budou těžko vysvětlovat naprodukci a prodej 30 % elektřiny do zahraničí na "export" z uhlí, které je poslední zásobou fosilních paliv, i skutečnost, že tzv. malá energetika obcí je polem neoraným jenom proto, že obyvatelstvo musí zaplatit státní program plynofikace obcí, je zde dnes jedna otázka - kardinální - kdo nové zdroje vymyslí a kdo je vyrobí. Poslední měsíce jsme sice díky šotům ČT1 o Českých hlavách informováni o úspěších české vědy, nicméně málokdo si povšimne, že jde o projekty mimo průmyslovou sféru. Je to proto, že Akademie věd ČR a některé projekty z oborů tzv. živé přírody a zemědělství, tedy projekty výzkumných ústavů, uchránili jejich zakladatelé a provozovatelé před privatizací. Ta naopak postihla všechny průmyslové oborové výzkumné ústavy a nakonec i výzkumné ústavy největších podniků, jakými byly Škoda Plzeň či Vítkovice. Poslední pokus zachránit mozky vycházející z ředitelny Ústavu jaderného výzkumu v Řeži, který pod sebe shrnul jak bývalý Energoprojekt, tak i Výzkumné ústavy Škody Plzeň, je sice jakýmsi řešením, ale nesystémovým. Jak a kdo bude projektovat případné nové jaderné bloky, když vše bylo prodáno a inženýři propuštěni. Nová generace techniků, jež by získala zkušenosti na vývoji dalších zařízení při stavbě jaderných zařízení, nedorůstá. Dále, což je také současnost, kdo se vlastně v této zemi zabývá výzkumem a vývojem austenitických ocelí a niklových slitin, které jsou základním, ale i úhelným kamenem nových technologií na spalování uhlí? Kdo pomůže Škodě Energo v hledání a zkoušení těchto materiálů, neboť je nad slunce jasné, že pokud tento podnik nedostane příležitost v retrofitu, ale hlavně ke stavbě nových uhelných bloků doma, nedostane ji už nikdy od nikoho v zahraničí. Oborům energetických zařízení a materiálů se dnes nedostává studentů, hotových odborníků všech profesí, levného materiálu z vlastního vývoje a chuti to řešit. Neodvažuji se ani pomyslet na benefit, který by české ocelářské závody mohly z takového dlouhodobého vývoje nových ocelí mít. Historie se, jak se zdá, opakuje a zkušenosti z chyb jsou nepřenositelné. V 60. a 70. letech zastavili komunističtí ekonomové vývoj plynových turbín, a tím i materiálů, které by byly schopny svést teploty od 700 do 900 oC. Přitom nešlo ani tak o vlastní vývoj plynových turbín, spíše jen derivátů a jejich aplikací, a tím i znalostí nových materiálů. Teorie "všechno se koupí," se dnes projevuje s dvojnásobným dopadem. Přitom např. prof. Ing. P. Lukáš, DrSc., z Ústavu fyziky materiálů AVČR tvrdí, že v nejbližší budoucnosti stejně bude nutné použít monokrystaly superslitin, dnes užívaných k lopatkování plynových turbín leteckých motorů a jejich energetických derivátů, při výrobě parních turbín projektovaných na superkritické teploty páry. Jak by se tyto znalosti hodily! Měli jsme špatné ekonomy, zdá se, ale určitě mizerné stratégy. A nabízí se srovnání s finančními analytiky a jejich prognózami, které jsou rovněž k "nezaplacení". Stačilo přežít několik hubených let v energetice a dnes jsme mohli být ve výhodě. Není bez zajímavosti, i když trochu přeskočíme posloupnost obsahu, že dnes se staví elektrárny s už supernadkritickými parametry například v Číně (kde jsme již neuspěli s našimi podkritickými zdroji), například v projektu Wai Gao Qiao, kde kotel s výkonem 2788 t.h-1 páry o teplotě 605 OC při tlaku 27,5 MPa dosahuje výkonu 2066 MWt. Čína kupuje kotle s nadkritickými parametry už od roku 1992, tedy od doby, kdy se zde v ČR lámal chleba a padalo rozhodnutí, zdali stavět již nové zdroje s vysokou účinností, nebo investovat 35 mld. Kč do odsiřovacích zařízení na bloky staré. I to je umění strategie, ostatně čínská hospodářská strategie je proslavená. Dnes svět hledí k Číně, chce-li vidět čeho je možné v energetice dosáhnout. A dodatek druhý: největší výrobci energetických zařízení pracují na vývoji ve společném EU programu nazvaném COMTES. Škoda Plzeň v tomto ranku není, ač o zařazení žádala. Čeští energetici se cítí odstrčeni a zřejmě právem. Možná jde však spíše o nepochopení. EU vždy podporuje pouze programy metodické, podporující firmy v přístupu k projekci a vývoji, nezajímá se o podporu konkrétních projektů. Pokud bychom v ČR pro energetiku zachovali nějaký výzkumný ústav podobný například Výzkumnému a zkušebnímu ústavu leteckému v Praze, byla by cesta snazší. A dále, pokud by Škoda Energo mohla vnést do společných realizačních projektů ve Španělsku a dnes v Německu alespoň část nového zařízení z vlastního vývoje, byla by nepochybně po boku společností Siemens či E.ON a RWE, které z výsledků společného vývoje budou profitovat. RWE investuje například do nového projektu na zplyňování uhlí a odstranění CO2 asi 1 mld. eur. Pak může směle žádat EU o podporu ve výzkumu. Mimochodem, podobné plány s drastickým omezením CO2 mají i v USA a jejich projekt FutureGen, který má být spuštěn rovněž v roce 2012, je široce popisován i pro výši investice, téměř 1 mld. USD. Je to projekt devíti elektroenergetických společností a uhelných společností sdružených do tzv. FurureGen Industrial Alliance. Jde o projekt zplyňování uhlí na syntetické plyny s vysokým obsahem vodíku. Takže program koresponduje i s jinak vysoce ambiciózním Vodíkovým programem prezidenta Bushe. Američané se již několikrát pouštěli do realizace zplyňování uhlí a není divu, dobré černé uhlí tvoří 85 % jejich zásob fosilních paliv. A konec konců, přiznejme si, jejich dlouholetý program Clean Coal přinesl ovoce celému světu. KDO TO ZAPLATÍ Uplynulý rok byl rokem fúzí elektroenergetických společností. Větší se stávali ještě většími a boj o dominanci na trzích ohrozil i národní zájmy některých zemí, a ty začaly bránit své "národní" společnosti. Objemy obchodů se společnostmi narostly za rok 2005 o 202 % a dosáhly astronomických částek. Elektroenergetické společnosti nevědí co s volnými penězi, což je na jednu stranu dobře, neboť jsou ochotny modernizovat, vyvíjet a bojovat s CO2, na druhé straně to má své dopady na národní ekonomiky. Jejich akcionáři jsou velmi často penzijní fondy, jejichž výsledky jsou základem životní úrovně mnoha lidí, kteří do fondů vložili svoji důvěru v klidné stáří. Fondy chtějí peníze. Ceny energií rostou úměrně s cenami paliv. Ty rostou a společně s daty 2007 a 2012, tedy plným otevřením trhů s energiemi i pro všechny odběratele a uzavřením druhé fáze kjótského protolu, vytvářejí trvalý tlak elektroenergetické společnosti získat co největší kontrolu nad novými a novými trhy. Na druhé straně je zde obava ze vrůstající závislosti zemí EU na palivech převážně z Ruska, která vede všechny zúčastněné k hledání nových zdrojů a podpoře alternativních zdrojů energie. Příkladem je Německo, Dánsko, Skotsko a další země, kde se investují ohromné peníze především do větrných elektráren a hydroelektráren či biomasy ve Skandinávii. Všichni v tomto ohledu obdivují Finsko. Jako malý národ bychom pro jejich energetickou strategii vývoje a výzkumu měli mít pochopení. Právě nedostatek fosilních paliv a omezené finanční prostředky vedly finskou energetiku k vypracování vlastních projektů pod záštitou TEKES (Technologická agentury shromažďující a hospodařící s vládními prostředky i investicemi soukromých podniků). Export myšlenek a nových technologií získaných vývojem postupně stoupal a dnes dosahuje 3 mld. EUR, což je mimochodem dvojnásobek roční spotřeby ropy Finska. Zaměstnanost v oboru od roku 1990 vzrostla s 5500 lidí na 12 300 lidí vloni. Samozřejmě nejde jen o technologie spalování biomasy, v níž jsou Finové jedničkou díky Foster Wheeler, ale o automatizaci, společnost Metso je dnes velmi aktivní hráč na trhu automatizačních zařízení a na ITC technologiích založené služby pro velké operátory, například Vattenfall. Hodně práce se udělalo na nových palivových článcích a samozřejmě stále dokola se zdokonaluje hospodaření s teplem a zvláště nezávislými zdroji. Jistě dobrý příklad pro zemi, která kdysi patřila k průkopníkům teplárenství a kogenerace, tedy Československo doby předválečné. Podle mínění odborníků jsou zde nejméně dva důvody, proč je finská energetika především malých zdrojů tak úspěšná. Prvním je prvenství v liberalizaci energetického trhu a druhou je snaha po nejefektivnějším využití paliv. Tedy přesně opačná polarizace než v ČR, kde byla vždy bezedná důvěra v nadvládu ČEZ, kde se vždy plýtvalo uhlím i za cenu destrukce životního prostředí a zdraví lidí (viz petice o stavu lesů) a kde byla vždy poměrně levná ropa z bývalého SSSR. V takovém prostředí lidi i odborníky šetrnosti nenaučíš! Pokud si dnes otevře občan internet či libovolné deníky dozví se, že cena elektřiny je v ČR neúměrně vysoká, ale o stránku dále je napsáno, že je jedna z nejnižších v Evropě. Hovoří se také opět o privatizaci a.s. ČEZ. Cena elektřiny u nás, se odvíjí od regulativ stanovených nezávislým ERÚ, který tvrdí, že ji stanovuje na základě energetické politiky státu a cen paliv. Pak každého nutně napadne otázka, jaká je vlastně energetická politika státu. Podpora a.s. ČEZ a ostentativní přehlížení dalších hráčů na tzv. liberalizovaném trhu? Podpora alternativních zdrojů každý rok stanovená jinak? Bude-li privatizován ČEZ, což bude v rozporu se světovým trendem vytvářet silné elektroenergetické společnosti s puncem národní - a příčin proč je strašně moc - kdo zaplatí obrovské investice do nových technologií? Zaplatí je nový majitel, který by byl zřejmě zahraniční společností, nedej bože fond. Podle zásad, jež známe, by byl potom výběr dodavatelů silně ovlivněn národností nového majitele. To je známá a vyzkoušená praxe. Nikdo by nedokázal odhadnout, jak rychle by se nejspíše ukončila někdejší sláva nezávislého energetického strojírenství. Nicméně liberální ekonomové mají zcela jiný názor vycházející bohužel jen z faktu, že ekonomie jako předmět bude vyučován nadále. Jejich pozice ohroženy nebudou. Nepřijdou o práci. Takže jaká je vlastně energetická politika České republiky? Podpořit vlastní průmysl? Nebo dokonce export průmyslu energetických zařízení? Nebo podporovat export elektřiny z posledních zbytků českého uhlí? A není cena elektřiny a plynu, jež ubíjí starší občany a odsává peníze venkovu, potom zcela adekvátní a přípravou na budoucnost? Na jakou budoucnost, když i nová politická koalice zřejmě nejožehavější otázky odloží, neboť se obává střetu bezhlavého neoliberalismu se zeleným realismem? Jak to říká pan prezident? Bojovat a bojovat proti tomuto novému zelenému terorismu. Střet ideologií zaplatí vždy občan. Ale může si klást otázky. To je však všechno, co může dělat. Jednání o budoucnosti české energetiky a hlavně o přítomnosti a budoucnosti průmyslu energetických zařízení je prolnuto vzpomínkami na minulost a obavami z budoucnosti. Jen si připomeňme, že Finsko vydělává na exportu svých znalostí z energetiky na benzín do svých automobilů a nákladních trucků na dva roky dopředu. Každý rok. TECHNOLOGIE ZA NAŠIMI HRANICEMI Začneme od malých zdrojů. Tolik prosazované malé plynové mikroturbíny nevykazovaly v posledních letech zásadní růst, osvědčily se spíše u tzv. nezávislých zdrojů vyžadovaných v rozlehlých pláních amerického severu a ruské Sibiře. Pro jednoduchost obsluhy je však stále porážejí tradiční spalovací pístové motory na všechny druhy paliva. V tomto ohledu se na PowerGenu v Kolíně n. Rýnem předvedl opět Caterpillar, Wärtsilä (zase to Finsko), Jenbacher a Deutz. Zajímavý je vývoj v ranku větrných elektráren. Jejich výkon u typů bez převodovky a generátorem s permanentním magnetem s výkonem až 3 MW je skutečnou bouří v oboru. Jejich vrtule mohou točit až 22 ot.min-1. Norská firma SvanWind AS je objednala ve Finsku u společnosti Rotatek Finlad Oy a u dalších dvou, které vyvinuly nový materiál pro permanentní magnety na bázi NdFeB (neodymium, železo a bór). Jsou instalovány v novém projektu severské energetiky asi 202 km severně od města Trondheim. Objem elektřiny z tohoto druhu obnovitelné energie neustále stoupá a Německo, náš soused, už vyrobilo v roce 2005 téměř 18 859 GWh elektřiny z větrných elektráren. Bohužel, tuto formu energie nám Čechům praotec Čech nedopřál. Další vývoj prodělávají kotle na spalování komunálního odpadu. I v tomto oboru nás čeká asi velká práce, neboť podle standardů EU musí země společenství dosáhnout rozlohy skládek odpadů z roku 1995 do roku 2020. Názory na to, jak toho dosáhnout se liší. Zatím co Německo vykazuje vynikající výsledky ve spalování odpadů, a tím využije jejich tepelné hodnoty k výrobě energie, jiné země, například Británie, se takovému pojetí brání. Němci odůvodňují své pojetí náklady a nakonec i profitem, který mají ze spalování odpadů při výrobě elektřiny. Podle nich a stejně tak italské firmy RDF se spalováním odpadů šetří až 30 g uhlí při výrobě jedné MWh, což je například sice jen 50 % nákladů na výrobu MWh z biomasy, ale stále je to výhodné uvážíme-li, že vhodnou úpravou odpadu na palivo získáme produkt s výhřevností až 23 000 kJ.kg-1. Biomasa je skloňované slovo a technologie pro její spalování jsou vynikající a účinné, dokonce už jsou nabízeny kotle s fluidním ložem o výkonech na 50 MW. Nám by stačilo méně, neboť biomasa je předurčena pro menší zdroje. Těžko se však dohodneme na jejím rozvoji zvláště pro malá města, přestože naše lesnatost je 37 %. Nicméně šílený zmatek, který vytvářejí České lesy ve vztahu Sdružení podnikatelů v lesním hospodářství (jehož členové již i nakoupili stroje na zpracování lesního odpadu a klestí, které by mohly být prodávány jako palivo) nerespektováním zákona o veřejných zakázkách č. 137/2006 Sb. a směrnic EU nevěstí dobrou budoucnost i pro tato rozhodnutí. Nicméně jak víme, trh naší země je zcela ovládán především rakouskými firmami, které našly větší pochopení pro rozvoj v energetické koncepci své země. NADKRITICKÉ PARAMETRY A MATERIÁLY Vraťme se jen letmo k nejvíce popisovanému projektu elektrárny Wai Gao Qiao v blízkosti Šanghaje. Tlak páry opuštějící kotel o výšce téměř 85 m dosahuje 25,7 MPa při teplotě 542 0C. To vyžaduje samozřejmě v celé konstrukci tzv. tangenciálního kotle (T- spalování) společnosti Alstom nasazení nejlepších materiálů. V jednotlivých částech kotle jsou využity materiály SA-213-T91, SA-213-T22, T11, SA 209-T1 a SA-210-C. Kotel v elektrárně Wai Gao Qiao spaluje uhlí s vysokým obsahem oxidu železitého, který společně s nasazením CaO způsobuje různé problémy, které vedly konstruktéry k zvětšení ohniště. Je sice menší, 21 x 21 m, než podobné řešení na kotlech T-spalování ve Schwarze Pumpe v Německu, ale stejné velikosti jako nová německá instalace nadkritického zdroje na elektrárně v Niederhausenu, kde je rozměr 23 x 23 m. Velikost ohniště roštu je samozřejmě odvozena především od kvality spalovaného paliva. V současnosti jsou testovány materiály vhodné pro konstrukci výparníků snášející teploty až 620 0C. Přesto se zdá, že to jsou dnes právě materiály vhodné pro tyto teploty, jak v konstrukci kotlů, tak i turbín, které limitují a budou limitovat například i projekt prvního českého bloku s nadkritickými parametry v elektrárně Ledvice. Zde by měl zdroj s výkonem 660 MW ve dvou blocích pracovat s výkonem 1712 t.h-1 páry při tlaku 27,2 MPa a teplotě 610 0C. Čistá účinnost nového zdroje by měla dosáhnout 42 %. Pro turbínu o výkonu 660 MW platí pak parametry páry 26,5 MPa při teplotě 595 0C. Nic podobného zatím Škoda Power nedělala. Cílem světových firem jsou však dnes už parametry 30 MPa a 700 0C, a zřejmě i vyšší. Proč volí Energoprojet ve svých úvahách výkon 660 MW? Jen proto, že pro spalování nekvalitního hnědého uhlí z dolu Bílina je to výkon optimální. Neméně zajímavé je i termínování stavby - měla by být vystavěna do roku 2012 za dobu pouhých 60 měsíců. Ostatně, když je řeč o Škodě Power, v průběhu výstavy PowerGen společnost oznámila podepsání kontraktu na strojovnu pro litevskou státní společnost Latvenergo, součást paroplynového cyklu dodávaného španělskou společností Iberdrola. Škoda vyrobí protitlakou turbínu s generátorem s výkonem 150 MW s kolektorem tepla pro kogeneraci s celkovým výkonem 230 MWth. Na závěr ještě několik slov ke strategii. Pokud bude ČEZ úspěšný na trzích, do nichž pronikl v posledních letech, je významný předpoklad, že za sebou nasaje i dodavatele energetické techniky. Určitě to není zanedbatelný faktor ve světě obchodu, neboť například i podle ředitele GE Energy Johna Krenickeho jsou trhy východních zemí i pro tuto formu nesmírně zajímavé. Mimochodem také do Rigy bude GE dodávat 400MW F plynovou turbínu pro paroplynový cyklus. A co se týče příležitostí k rozvoji, i GE plánuje proniknutí na trhy s větrnými elektrárnami, z nichž poslední dvě věže s výkonem 1,5 MW dodala do Německa. Je třeba také připustit, že na evropském trhu se stále více prosazuje staronové spojení Babcock-Hitachi, v němž má Hitachi 60% vlastnictví a za sebou vynikající japonské výrobce energetických zařízení. Rod od roku se ukazuje stále jasněji, že konkurence na energetickém poli se zostřuje, i když potřeba nových zdrojů se zdá stálá a dokonce vzrůstající. Jak se však technologie posunuje do vyšších a vyšších pater výkonů a hlavně účinnosti nad 45 %, je také zřetelnější nutnost propojení vědeckého základního výzkumu, aplikovaného výzkumu a špičkového zpracování. Je zde proto oprávněná obava, že za chyby minulosti v přístupu k vědě a zvláště podnikovému aplikovanému výzkumu draze zaplatíme. Pokud by to bylo jen v ceně tun austenitických ocelí a nových slitin, bylo by dobře. Cena může být vyšší. JAN BALTUS