V minulém vydání TT jsme si ukázali vývoj města Brna, které se chtělo v prvním desetiletí nového samostatného státu stát moderním průmyslovým a urbanistickým gigantem. Město se však nemohlo obejít bez dostatečného přísunu energie a tepla. Brno nutně potřebovalo výkonný, technicky a technologicky bezproblémový velkokapacitní zdroj.
Tehdejší radní měli k dispozici praktické
zkušenosti z rozvoje moderní
energetické a teplárenské infrastruktury
v jiných velkých městech nově
vzniklé ČSR, zejména z Prahy, Ostravy
nebo Karlových Varů. Po četných
diskusích s místními podnikatelskými
subjekty a s brněnskou inženýrskou
obcí prozíravě odmítli lokální přístupy.
Radnice a energetičtí experti
Západomoravských elektráren ZME
(nástupce Rakouské úvěrové společnosti
pro dodávání elektřiny) vsadili
na technicky a technologicky vyzrálý
projekt, jenž městu garantoval dodávky
tepla a elektřiny.
Radním a technické veřejnosti jej již
v roce 1923 představil profesor brněnské
techniky Vladimír List, který systém
kogenerace (v současném českém
odborném jazyce se pro něj nezřídka
používá i zkrácený výraz KVET –
kombinovaná výroba elektřiny a tepla)
studoval v New Yorku v elektrárně
Helgate. Ta vedle elektřiny dodávala
městu také technologickou páru.
AMERICKY VZOR
Podpora amerických podnikatelských
kruhů rozvoji a uplatňování myšlenky
kogenerace nebyla samoúčelná.
Vzato ryze technicky a uživatelsky:
ohromující byla už samotná účinnost
takového zdroje. Pohybovala se kolem
80 %. Pro srovnání: tehdejší elektrárny
a výtopny byly provozovány s účinností
pod 30 %. A jak bychom řekli dnes,
svou roli nepochybně sehrála i hlediska
ekologická.
New York leží na pobřeží Atlantského
oceánu a s emisní zátěží a popílkem
z energetických a teplárenských provozů
mu účinně „vypomáhají“ západní
větry vanoucí z kontinentu na mořské
pláně. To ale pro vnitrozemské Brno
neplatilo. S výstavbou nového zdroje
energie se radnici nabízelo uzavření
provozu asi 68 komínů místních zdrojů.
Pro Američany byly významné rovněž
úspory energetických surovin na výrobu
energie a tepla a také lidské práce,
jejíž cena ekonomiku těchto provozů
úzce podmiňuje. S každým procentem
vyšší výtěžnosti obou faktorů mohl
majitel a provozovatel kogeneračního
zdroje spoléhat na lepší hospodářské
výsledky. V New Yorku a v dalších
amerických městech poměrně vzdálených
od tehdejších ložisek uhlí a velkokapacitní
těžby dřeva bylo zapotřebí
zahrnout do provozních bilancí také
nemalé náklady na třídění, dopravu
a skladování paliva na místě spotřeby
i na odvoz a bezpečné uložení jeho
vyhořelých zbytků. Kogenerace proto
nebyla (a dosud není) pouhá technická
a technologická hříčka. Už na tehdejší
dobu to byl a nadále zůstává inženýrsky
promyšlený projekt hodný našeho
obdivu. O jeho úrovni svědčí i to, že
posloužil jako příklad i dalším městům.
PROGRESIVNI ULOHA ZME
Vraťme se ale zpět do Brna, do prvních
let samostatného Československa
a do Západomoravských elektráren.
Nebyly v oboru nováčkem. U nás mj.
jako první zavedly velkokapacitní spalování
uhelného prachu a v Oslavanech
provozovaly největší evropskou parní
turbínu po I. světové válce.
V Brně samotném zásobovaly elektřinou
rozhodující průmyslové podniky,
a pokud chtěly obstát v dynamických
poválečných tržních podmínkách,
bylo nutné zákazníkům nabídnout víc.
Stabilizované dodávky cenově akceptovatelné
páry, a to jak pro technologické
potřeby firem, tak pro vytápění výrobních,
administrativních a obytných
objektů ve městě. V první řadě brněnským
textilkám, jimž naopak konkurence
(například První brněnská strojírna)
doporučovala vlastní kotle a parní
turbíny na výfukovou páru, s tím, že
investici za jednorázovou výrobní jednotku
uhradí úsporami z provozu.
Projekt kogeneračního zdroje pojaly
ZME prozíravě z teritoriálního i z technologického
hlediska. Nový zdroj se
na doporučení ustanovené výběrové
komise v čele s prof. V. Listem rozhodly
budovat nikoliv v Oslavanech, ale
přímo v těžišti odběru média, tj. v předpolí
brněnských přádelen a tkalcoven.
Co se týče základních parametrů, odmítly
malé a nízkotlaké jednotky s pomalu
běžícími agregáty té doby. Aby
nová teplárna držela krok se světovým
vývojem v oboru, komise stanovila vysoké
požadavky na základní schéma
teplárny, na její uvažovaný výkon, tlaky
a teploty, za nichž budou provozovány
kotle a turbíny. Komise podrobně
prostudovala výrobní a odbytové kapacity
v Brně i zkušenosti ze srovnatelných
měst v ČSR a v zahraničí.
Vypsaná mezinárodní soutěž na zařízení
teplárny s co možná nejvyššími
tlaky přinesla 9 alternativních řešení
s řadou netradičních variant. V trojkole
posuzování soutěžních nabídek se
nakonec prosadilo kogenerační řešení.
Akcentovalo maximální provozní bezpečnost
a spolehlivost, vyšší tlak páry
(6,5 MPa) i vyšší pracovní teplotu média
(450 ?C). Zvolený kotelní tlak byl
zároveň rozhodujícím faktorem pro
moderní schéma teplárny. Bylo natolik
prozíravé, že na ně navazovaly i postupně
budované zdroje ještě na přelomu
40. a 50. let.
Moderní technika není levná. Laciný
nebyl ani špičkový projekt a uvažovaná
kogenerační technologie pro
Brno. První propočty na výstavbu díla
se přehouply přes hranici 70 mil. Kč.
Na prahu hospodářské krize sice stavba
měla poskytnout práci až pro 600
dělníků denně, avšak ani Západomoravské
elektrárny ani město Brno takovou
částkou volně nedisponovaly.
Začala proto složitá jednání s bankami,
zejména s Hypoteční bankou moravskou.
Bankovní domy však správně
docenily společenskou prospěšnost
díla, a třebaže neposkytly plnou investici
(jen 50 mil. Kč), lhůta splatnosti
byla vstřícná: umoření se mohlo protáhnout
až na 35 let.
UNIKATNI DILO
Základní parametry a výrobní vybavení
provozu Špitálka, který byl prvním
kogeneračním zdrojem v tehdejším
Československu (schopným využít
až 80 % energie uvolněné při spalování
vstupního paliva), byly na svou dobu
impozantní. Příkladem může být už její
kotelna o výšce 26 m. Byla vybavena
4 strmotrubnatými kotli s práškovým
topením, granulační komorou na tlak
6,5 MPa a přehřátím 435 ?C. Výkony:
3 × 33 MW/ 3 × 45 t.h-1 a 1 x 36,5 MW/ 1
× 50 t.h-1. Dva kotle dodala domácí
První brněnská strojírna, jeden kotel
Královopolská strojírna Brno a jeden
kotel Škodovy závody.
Inženýrsky nezaostala ani strojovna
o výšce 19,4 m. Disponovala 3 protitlakými
turbínami (o výkonu 2 × 4,5 MW,
1 × 9 MW) a 1 kondenzační turbínou
(o výkonu 6 MW). Protitlaké turbíny
4,5 MW a kondenzační turbína 6 MW
byly vyrobeny v První brněnské strojírně,
protitlaká turbína 9 MW ve Škodových
závodech.
O nadstandardních parametrech technologie
svědčí i to, že základní vybavení
teplárny bylo s to uspokojit nejen
momentální potřeby brněnské průmyslové
a terciární sféry, ale s dostatečnou
rezervou zabezpečovalo dodávky
energie bez výpadků až do roku 1938.
Až tehdy byla Špitálka doplněna 5. kotlem
(55 MW) a 1 protitlakou turbínou
(9 MW), kondenzační turbínou (6 MW)
a tzv. domácí turbínkou (0,8 MW).
Po vyřešení financování výstavby
Špitálky v létě 1928 byly odeslány objednávky
na zařízení. Generálním projektantem
výstavby se staly Škodovy
závody. Zároveň finišovaly práce nad
stavebním projektem. 1. dubna 1929
se započalo s výkopy pro základy budov.
Jílovitá půda na vybrané parcele
v blízkosti třebovské trati (při mlýnské
strouze, na svitavském a ponáveckém
náhonu) však měla místy nosnost
0,5 kg.cm-2. Inženýři požadovali
15-22 kg.cm-2. Vlastní výstavbě předcházela
pečlivá sondáž. Její výsledek
zněl: budovy musí spočinout na pilotách.
Ve finále jich bylo na 7000
(7-9 m dlouhých, 25 cm silných). Nový
stometrový komín (o hmotnosti
2500 t) vyrostl na základové železobetonové
desce o průměru 19 m, usazené
5 m hluboko. Jeho dřík měl hmotnost
1000 t a do čtyřicetimetrové konstrukční
výšky byl vybaven ochranným
pouzdrem. Hlavy pilot zůstávaly
50 cm pod známou minimální hladinou
spodní vody. Než přišli ke slovu
zedníci a montéři, na piloty byla položena
třiceticentimetrová vrstva zaizolovaného
betonu.
Na svou dobu výjimečné stavební
a technické dílo na pozemku o rozloze
13 000 m2, poblíž těžiště budoucí spotřeby
tepla, se podařilo postavit a vybavit
technikou ve spolupráci více než
30 firem za neuvěřitelně krátkou dobu
20 měsíců. Už 4. prosince 1930 Špitálka
expedovala první dodávku páry do
8 přilehlých textilních podniků.
Celková délka prvního parovodu činila
5,6 km. Počet odběratelů i velikost
sítě se zanedlouho zvětšila a ve vnitřním
městě bylo možné postupně odstavit
bezmála 70 malých přestárlých
individuálních výtopen. Postupně se
podařilo vyrovnat kolísavé odběry
energie a tepla.
Kogenerační systém přispěl nejen
k operativnímu pokrytí potřeb průmyslu
a města v elektrické energii a teple.
Už v I. etapě zároveň vedl k úspoře cca
2,5 mil. tun měrného paliva. Západomoravské
elektrárny nekompromisně
sledovaly jeho spotřebu: jak na Špitálce,
tak v předchozím primárním zdroji
– v Oslavanech. Pro úplnost: počáteční
cena páry oscilovala v rozmezí 5–10,5
haléřů za 1 kg (podle velikosti dodávek
a množství dodané páry). Odběratel
musel vedle toho přispět na zřízení přípojky
a zbylých 300 korun na faktuře
představovalo měsíční nájemné za měřicí
stanici.
Jako palivo pro Špitálku nejprve posloužilo
uhlí z Rosicko-oslavanského
revíru. Skládka s portálovým jeřábem
ho pojala až 800 vagónů. Na prahu teplárny
bylo vysušeno a semleto. Uhelná
moučka se však spékala a vykazovala
nízký podíl prchavé hořlaviny (cca
24 %). Obsah popele se pohyboval
mezi 15–40 %, podíl vody mezi 2–3 %,
podíl síry dosahoval až 4 %. Výhřevnost
tohoto uhlí činila 25 000 kJ.kg-1. Navíc
ho bylo obtížné zapálit a jeho krátký plamen
byl náchylný ke zhášení.
Před vypuknutím II. světové války
bylo testováno ostravské černé uhlí.
Po jejím skončení naopak uhlí z Polska
a Ukrajiny. Ještě před havárií Špitálky
v únoru 1975 přišel na řadu zemní plyn
s výhřevností 33–36 000 kJ.kg-1. Padaly
i návrhy na spalování těžkého topného
oleje o výhřevnosti 36 000 kJ.kg-1.
Špitálka nebyla jen moderní a úsporný
kogenerační zdroj. Eliminací starých
a nevyhovujících výtopen a nízkých
komínů se zlepšila čistota ovzduší
ve městě. Zmenšil se počet lokálních
topenišť (průmyslových i občanských),
omezilo se (o cca 30–35 000
tun) množství paliva dosud dováženého
do města, snížil se objem plynných
emisí i objem sazí a polétavých částic
ve městě. Pokleslo rovněž kvantum odvážených
a deponovaných popelovin.
Centrální výroba energie a tepla umožnila
snížit počty obslužných sil na odstavených
menších zdrojích ve městě
a v jeho bezprostředním okolí.
Kogenerační výroba energie a tepla
je efektivní, pokud se pára vyrábí pod
vysokým tlakem. K tomu bylo zapotřebí
zajistit dostatek upravené vody.
Navíc – teplárna od prvopočátků nezískávala
od velkoodběratelů zpět plné
množství kondenzátu. Nejprostší
varianta – destilovat vodu z městského
vodovodu nízkotlakými kotli a takto
zpracovanou vodou pak napájet kotle
o tlaku 6,5 MPa – se i přes prvotní nadšení
techniků ukázala jako ekonomicky
nerentabilní. Neprošel ani návrh na tzv.
třístupňovou destilaci. Jako základní
médium proto byla použita voda z náhonu
řeky Svitavy. Bohužel s vysokou
tvrdostí a mechanickým znečištěním.
Potíže se dostavily brzo. Vodní kámen
zanášel chladicí systém zdroje. Dlouhé
a obtížné čištění kondenzátorů turbín
se negativně promítlo do ekonomiky
provozu.
Špitálka proto byla vybavena
tzv. americkou úpravou vody permutitem,
v Evropě na přelomu 20. a 30.
let unikátní. Přistoupilo se ke změkčování
přídavné napájecí vody pro kotle
6,5 MPa výměnou iontů v cyklu. Voda
musela projít také pískovými a permutitovými
filtry. Podařilo se ji tak částečně
zbavit tvrdosti. Vysoký podíl oxidu
křemičitého však zůstal až do posledních
dnů staré vodárny v roce 1954.
MODERNI TEPELNA SIŤ
Aby bylo vyrobené teplo možné bez
větších ztrát přepravit k zákazníkovi,
začala se v Brně souběžně budovat
moderní tepelná síť. Radnice ji povolila
Západomoravským elektrárnám
klást a provozovat po dobu 99 let.
Tvůrci sítě se od prvopočátků museli
poprat s četnými výškovými rozdíly
i s již existujícími inženýrskými díly
ve městě, zejména s vodárenskou a kanalizační
soustavou, s prvotní kabeláží,
plynovými rozvody a kanalizačními
projekty. Dva hlavní vývody (každý
o průměru potrubí Js 500) odváděly
páru především na sever a jih města.
Severní větev (s kondenzátním svařovaným
potrubím) měla výhledově zásobovat
vnitřní Brno. Jižní směřovala
k průmyslovým podnikům s přímou
spotřebou páry. Firma sledovala souběžně
i své ekonomické bilance. Jen
pro ilustraci: zatímco v roce 1931 se
prodalo na 1 metr rozvodné sítě 11 tun
páry, na začátku války (1939) to bylo
již 36 tun.
Potrubím putovala pára o teplotě 200
?C a tlaku 0,9 MPa. Vedení Západomoravských
elektráren nešetřilo na technických
a materiálových opatřeních
k omezení ztrát tepla: ve vzpomenutém
roce 1939 činily už jen 15 %. K tomu
významně napomohla progresivní izolace:
vedle tradiční vypálené křemeliny
a struskové vlny v drátěném pletivu také
neolitem a celothermem, pěnovým
betonem a hliníkovými fóliemi.
VALEČNA LETA
Představují období stagnace a velké
lidské a materiální ztráty také pro
brněnské teplárenství. Třebaže v roce
1939 Západomoravské elektrárny vyrobily
a prodaly 326 600 tun páry a 28
mil. kWh elektřiny, práce na výstavbě
a modernizaci zdroje, na využití efektů
po propojení soustavy se Zbrojovkou
(1936) i na dalším rozvětvování a prodlužování
soustavy, kterou se v předvečer
války podařilo protáhnout až
do vnitřních obytných sektorů města,
ustaly. Do okleštěné protektorátní energetiky
a teplárenství vtrhla nacistická
správa i kapitál. Vedení firem (včetně
Západomoravských elektráren) musela
opustit řada českých odborníků.
Okupační správa upřednostňovala produkci
elektřiny pro potřeby válečného
průmyslu. Veškeré plány na rozšíření
a modernizaci teplárny odmítala s poukazy
na režim tzv. válečného hospodářství
a na přednostní zásobování německého
armádního sektoru. Hmotné
škody způsobené pouze jihomoravské
energetice a teplárenství se přiblížily
k jedné miliardě korun. Citelné ztráty
vykazovaly rovněž Západomoravské
elektrárny.
Zlá doba umožnila jediné: aby přemýšliví
inženýři zpracovali tepelnou
topografii města Brna a koncepci dalšího
rozmachu jeho energetiky a teplárenství
na desetiletí po osvobození
města a republiky od fašismu. Každodenní
praxe už na konci 30. let naznačila,
že kapacitu teplárny bude třeba minimálně
zdvojnásobit. Jejich propočty
to jen potvrdily.
