Škoda Power: široká škála inovací

Po mnoha letech se v České republice začalo hovořit o nových trendech a technologiích v energetice a o potřebě investovat do energetiky. Výbornou zprávou je (a to nejen pro výrobce energetických zařízení, mezi něž patří Škoda Power ze skupiny Škoda Holding, ale i pro spotřebitele a pro všechny, kteří mají na mysli ochranu životního prostředí), že se po mnoha letech do energetiky opravdu začalo investovat. Ano, 90. leta energetice nepřála, a tudíž i české firmy, které byly na energetice závislé, tento obor nerozvíjely. A pokud vůbec toto období "půstu" přežily, tak velmi oslabené. Toto období se bude těžko překonávat, protože se negativně promítlo i do počtu mladých inženýrů, kteří se turbínám věnovali a kteří získali patřičné zkušenosti. Vždyť obor parních turbín je syntézou specifických nauk - aerodynamiky, nauky o materiálu, pevnosti a pružnosti a rotordynamiky. Technické školství obzvláště v tomto oboru ztratilo na atraktivitě a jakoby téměř jedna generace odborníků chyběla. Příkladem je třeba to, že všechny investice na začátku 90. let do projektů odsíření realizovaly zahraniční firmy s velmi marginální účastí českých podniků a tento obor v ČR prakticky vymizel. Na současné projekty již zde není žádná česká firma, která by vůbec byla schopna se výběrových řízení zúčastnit. Třebaže tento negativní vývoj zasáhl rovněž plzeňskou Škodovku, jsem rád, že na ní neměl destruktivní dopad. Škodovka z tohoto období vzešla o poznání štíhlejší, nicméně na technické úrovni se to neprojevilo. Ba naopak. Škoda Power (v minulosti Škoda Turbíny a Škoda Energo), jako typický dodavatel turbín výkonů přes 50 MW, byla od roku 2000 schopna prosadit se v zahraničí. A bylo to v aplikacích typických industriálních turbín, turbín pro paroplynové celky, turbín pro elektrárny na spalování biomasy. Od roku 2001 Škoda Power investuje minimálně 5 % ze svých tržeb do výzkumu a vývoje a stále si udržuje a rozvíjí svoji technickou kompetenci. Spolupracuje na výzkumných a vývojových projektech s mnoha pracovišti. Nositelem oboru je samozřejmě tým vlastních vývojových pracovníků. Firma realizuje stamilionové investice do softwarů a IT techniky, do technologií pro kvalitní a efektivní výrobu. Získává zakázky ve Švédsku, Německu, Finsku, Dánsku, Indii, Turecku, Itálii a jiných zemích. Zakládá inženýrské centrum v Indii a plánuje expanzi na tento nesmírně rostoucí trh. Obor se neustále vyvíjí a před Škoda Power teď stojí teploty kolem 700 °C i nová generace turbín na sytou páru pro jaderné elektrárny III. generace. V tomto stavu Škodu Power zastihují první zásadní investice do české energetiky, obnova zdrojů skupiny ČEZ. Jaké jsou projekty výzkumu a vývoje, na kterých Škoda Power několik let pracuje a s kterými přichází na český trh? Co je Škoda Power schopna nabídnout a s čím by do budoucna mohla opět česká energetika uspět i v zahraničí? Ve Škodě Power je výzkum a vývoj zaměřen na tři hlavní témata: na účinnost turbíny, na zvýšení teploty cyklu a na vývoj konstrukčních modulů. Zmíněné výzkumné cíle jsme zvolili podle výsledků rozboru požadavků trhu a jeho vývoje v budoucích 10-15 letech. Neustále se zvyšující požadavky na zmírnění dopadů výroby elektrické a tepelné energie na životní prostředí vynesly účinnost turbíny na čelo skupiny hodnotících parametrů kvality nabídky produktu. Z tohoto hlediska je postavení firmy dnes úplně jiné než v dobách rozděleného světa. I tehdy měla dobrou technickou úroveň produktu, aby mohla exportovat do zemí s tvrdou konkurencí. Jen namátkou uveďme dodávky do Dánska, Finska, či Spojených arabských emirátů. Podmínky na trhu ale byly takové, že handicap 1- 2% na účinnosti bylo možno vyrovnat zajímavou cenou. Dnes se v soutěžích o zakázku přední světové firmy pohybují v pásmu do 0,5 %, jinak není reálná šance na výhru v tendru. Vyrobená elektřina má stále větší cenu. V SRN jsou dotace pro projekty se spalováním biomasy úměrné účinnosti. Dalším driverem je obchodování s emisními povolenkami a stále se zvyšující ceny paliv. I když parní turbína je stroj, kterému je přes 100 let, za posledních 10 let se jeho účinnost zvýšila významným způsobem. Parní turbína je lopatkový stroj, kde je proudění média tak složité, že je nemožné postihnout vše exaktním výpočtem. Výrobci měli svoje know-how postavené na experimentu na modelových zkušebních turbínách, kdy se měřil výsledný výkon v závislosti na určitých konstrukčních parametrech. Na těchto zkušebních stendech se ověřovaly profily, které byly proměřeny na stojících lopatkových mřížích. Celý děj přeměny energie proudu na mechanickou energii je ale děj nestacionárního charakteru. Až rychlý vývoj numerických výpočtových metod umožnil poznat skutečný charakter proudění a najít tak další desítky možností, jak zlepšit účinnost turbínového stupně. Poznatky z analýz Computational Fluid Dynamics ukázaly nový směr v konstrukci profilů a lopatek - 3D lopatkování. Komplikované prostorové tvary lopatek by nebylo možné vyrobit bez moderních numericky řízených obráběcích strojů, které jsou konstruovány speciálně pro výrobu těchto 3D lopatek. Jestliže generace velkých parních turbín vyvinutých v 70. letech 20. století (a tyto stroje jsou stále základem energetiky) měla účinnost VT dílu mírně nad 80 %, dnes se pohybuje kolem 90 %. Na dosažení takto vysoké účinnosti se podílí i aplikace moderních těsnicích materiálů mezi rotujícími a statorovými částmi stroje - použití nástřiků ze speciálních materiálů a voštinového těsnění. Další pokrok ve vývoji vysokopevnostních ocelí umožnil vývoj jednoho z nejsložitějších konstrukčních uzlů parní turbíny - posledního nízkotlakého stupně. Škoda Power ve spolupráci s dodavatelem oceli rakouskou firmou Bohler zahájila vývoj turbínové lopatky o délce 1220 mm. Později se k vývoji připojil také italský Ansaldo. Vývoj takové lopatky je souhrou odborníků z oblasti aerodynamiky a specialistů z oboru pevnosti a vibrací. V provozu se špička lopatky pohybuje rychlostí 2400 km.h-1 a rychlost páry je hodně v nadzvukové oblasti. Tento turbínový stupeň má o 3 % vyšší účinnost než starší typ a umožňuje zvýšení jednotkového výkonu turbíny při dané konfiguraci (a tedy i stejné hmotnosti) o 20 %. Výsledkem investic do výzkumu a vývoje už byla kupř. modernizace nízkotlakových dílů turbín v elektrárně Dukovany, kde se zvýšila účinnost NT dílů o 4,9 %. Díky vysoké účinnosti získala Škoda Power vítězství v tendru pro projekt v Dánsku. Škoda Power připravila moderní stroj s vysokou účinností o výkonu 200 MW pro retrofit elektrárny Tušimice. Celý tento projekt byl podporován grantem Ministerstva průmyslu a obchodu ČR. Další cestou, jak zmírnit nepříznivé dopady z výroby elektrické energie na životní prostředí, je zvyšování teploty páry v cyklu. Zvýhodnění technické úrovně před nízkou cenou umožnilo uvažovat o použití relativně drahých materiálů - vysoce legovaných ocelí a niklových slitin. Po dlouhá leta se ekonomicky výhodná teplota páry v elektrárnách pohybovala v rozmezí 540-560 °C. Možnosti použití dražších materiálů a jejich vývoj posouvají hranici dosažitelnosti teplot na 600-620 °C a v další etapě na 700 °C při použití niklových slitin. Účinnost uhelných elektráren by se tak mohla dostat až nad kýžených 50 %. Škoda Power zahájila výzkumný a vývojový program využití vyšších teplot vstupní páry v roce 2001. Na konci tohoto vývojového projektu je turbína na nadkritické parametry o výkonu 660 MW s teplotou ostré páry 595 °C a s jedním přihřátím na teplotu 605 °C. Turbína je odvozena z ověřeného typu 500 MW, který byl naposled uveden do provozu v čínské elektrárně ShenTou. V dalším výhledu je zvýšení teploty na 620 °C, ještě za použití ferritických ocelí. Turbíny 660 MW pro nadkritické parametry by mohly být jedním ze stavebních kamenů moderní české energetiky. ING. JIŘÍ ZAPLETAL