Aby bylo možné maximálně snížit spotřebu fosilních paliv a emise oxidu uhličitého, je třeba ve větším měřítku využívat obnovitelné zdroje elektrické energie. Koncentrovaná sluneční energie (Concentrated Solar Power – dále CSP), využívající přímé sluneční záření, představuje slibný a v současné době rychle se rozvíjející segment obnovitelných zdrojů energie. Pro zvýšení konkurenceschopnosti CSP technologie je třeba přistupovat inovativně jak k solárnímu poli, které tvoří nejdůležitější část bloku CSP, tak k parnímu turbogenerátoru s příslušenstvím, považovanému za tradiční a standardní součást každého elektrárenského bloku. Výrobci parních turbín vložili značné investice do vývoje technologií velkých nadkritických bloků, velmi účinných a flexibilních turbín pro kombinované paroplynové cykly a do návrhů kompaktních vysokootáčkových turbín určených pro speciální aplikace. Díky pokročilým materiálům, numerickým optimalizačním metodám, zdokonaleným výrobním technologiím a pokročilému přístrojovému vybavení jsou technologie parní turbíny vysoce vyspělé. Účinnost celé parní turbíny se tak zvýšila především zásluhou používání vysokých parametrů vstupní páry a vynikající vnitřní aerodynamiky lopatkování. Aby parní turbíny pro CSP aplikace vyhověly daným extrémním požadavkům, musí vhodně spojit všechny uvedené inovativní aspekty. Technologie stávajících solárních polí se postupně vyvíjela od parabolických solárních kolektorů, které byly uplatňovány pro komerční provoz již před několika desetiletími, nízkoteplotních/ /nízkonákladových Fresnelových koncentrátorů a malých věžových koncentrátorů. Všechny tyto technologie byly postupně významně zdokonaleny, nicméně moderní solární věže nabízí nejvyšší potenciální účinnost tepelného cyklu a současně kladou nejvyšší požadavky na vlastní parní turbínu – vstupní teplota páry dosahuje až 565 °C. Zatímco dříve byly takto vysoké teploty aplikovány spíše na velké nadkritické stroje, aplikace CSP vyžaduje ve velmi specifických klimatických podmínkách turbogenerátory menších rozměrů s vysokou provozní flexibilitou v provozu. Tyto požadavky se podařilo splnit dlouholetým vývojem a testováním 3D tvarovaných lopatek, turbínových těles, ventilů, těsnění a dalších rozhodujících komponent. V typické instalaci CSP se od energetického bloku vyžaduje efektivní výroba energie v průběhu denního slunečního záření a během večerní špičky z vytvořené akumulační rezervy. Časté starty a odstavování jsou tak nedílnou součástí provozu tohoto energetického bloku. Aby se snížilo nízkocyklové únavové namáhání hlavních komponent parní turbíny, a tím se podařilo dosáhnout jejich přijatelné životnosti, je nutné optimalizovat jejich technické řešení. Úroveň nízkocyklové únavy musí být pečlivě vyhodnocena a verifikována na základě výsledků a zkušeností z provozovaných strojů. Namáhané profily lopatek posledního stupně a jejich závěsy v rotoru musí být navrženy s ohledem na mimořádně vysoký počet startů. Pro průběžné vyhodnocení únavového poškození jsou často instalovány zabudované čítače spotřebované životnosti. Rovněž lokální tepelné zatížení rotoru, těles a lopatek během rychlých změn výkonu vedou k významným vzájemným teplotním dilatacím mezi komponenty turbíny. K dosažení maximální účinnosti musí být současně efektivně těsněna průtočná část turbíny. Vzájemné teplotní dilatace jsou proto snižovány vhodnou volbou materiálů a v nejkritičtějších oblastech použitím pohyblivých nebo otěruschopných těsnění (tzv. retractable a abradable těsnění), která zajišťují bezpečný provoz turbogenerátoru ve všech návrhových stavech. Standardní kontrola vibrací a s nimi spojená ochrana stroje je doplněna modulem měření průhybu rotoru, který umožňuje mnohem lépe řídit rychlý náběh turbosoustrojí. Během noční odstávky může dojít kromě poklesů teploty zařízení též k proniknutí vzdušného kyslíku do stroje a ke korozi vnitřních částí. To vyžaduje vhodný návrh systému utěsnění s použitím izolační páry během noci a dále stanovení optima mezi poklesem teploty a parazitickou spotřebou energií ve formě pomocné páry. Lokality s dostatečnou intenzitou přímého slunečního záření, vhodné pro umístění CSP, se obvykle nacházejí v drsných pouštních podmínkách, přičemž se často jedná o seizmicky aktivní oblasti. Jako příklad můžeme uvést poušť v severním Chile. Proto je během konstrukčního návrhu celého bloku parní turbíny nutné odpovědně zohlednit požadavky vyplývající ze zatížení přídavnými seizmickými silami, které dosahují hodnot až 1,5 g. Pro zajištění hladkého a rychlého startu a dosažení požadovaného výkonu je třeba pečlivě zvážit často protichůdné požadavky. Ty se pak promítají do konečného vyhodnocení konstrukčního řešení spolu s požadavky na dynamiku rotorů s ohledem na jejich těsnění, ložiska a celkové rozložení hmotností komponent. Energetický blok CSP je rovněž vystaven působení prachu, písku, výrazně se měnící okolní teploty (od několika stupňů pod nulou až po plus 42 °C), někdy rovněž vysokému obsahu soli ve vzduchu. Za všech zmíněných okolností musí stále spolehlivě pracovat. Správně navržený kryt turbogenerátoru musí chránit kritické části zařízení proti poškození, musí být kompaktní, snadno demontovatelný, odolný proti seizmickým vlivům. Aby nedocházelo k přehřívání elektrického zařízení, senzorů a související elektroniky, musí současně umožňovat i dostatečné chlazení a odvětrávání. U moderních turbogenerátorů se očekává mimořádně vysoká spolehlivost a možnost snadného provedení oprav s využitím omezeného počtu místních pracovníků. Pro zákazníky jsou proto stejně důležité tzv. podpůrné služby, zajišťující bezpečný provoz. Součástí soustrojí je obvykle vzdálený monitorovací systém připojený k systému řízení turbíny, díky kterému lze včas identifikovat potenciální problémy a navrhnout preventivní údržbu. Na základě zkušeností a podrobných znalostí dodaného systému je pak možné zajistit jeho náhradu a umožnit tak pružnější provedení případné opravy zařízení. Modulární distribuované věžové solární pole – modulární des ign, vysoká optická účinnost a sériová výroba Zatímco na západě USA, v severní a jižní Africe a v Chile narůstá počet velkých aplikací CSP, v jiných částech světa, jako v Austrálii, ve střední Asii nebo na Středním východě se stále otevírá trh pro technologii malých CSP. S podporou financování z australské strany a naší mateřské firmy Doosan se v současné době dokončuje malá demonstrační elektrárna v Jemalongu, NSW, Austrálie, a v krátké době bude uvedena do provozu. Tato inovativní koncepce CSP byla vyvinutá ve vzájemné spolupráci Vast Solar a Doosan Škoda Power. Kombinuje výhody vysokého koncentračního faktoru, typického pro věžová řešení na jedné straně a přijatelné ceny, redundance a snadné opravitelnosti lineárních koncentrátorů na straně druhé. Cílový výkon je v rozmezí 20–50 MWe. Závěr Doosan Škoda Power navrhuje a dodává parní turbogenerátory s kapacitou 20–300 MW pro aplikace CSP, založené na vlastním modulárním konceptu turbín. Zatímco velké energetické bloky jsou dodávány pro renomované developery CSP, dlouhodobé partnerství s rychle rostoucí australskou společností Vast Solar bude využito k získání dalších znalostí z dané oblasti. Na základě takto získaných zkušeností z plánování středně velkých projektů CSP a uvedeného demonstračního projektu Jemalong je plánována výstavba elektrárny CSP o kapacitě 30 MWe v Austrálii, která reprezentuje z dlouhodobého pohledu mimořádně zajímavý trh. Luboš Prchlík, technický ředitel Doosan Škoda Power
