A-Z ELEKTRO březen / duben 2019

ENERGETIKA březen/duben 2019 | A-Z ELEKTRO | 93 DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO. Carl-Schulz-Platz 1 D-92224 Amberg Dagmar Dübbelde Tel: 09621 371-343 Fax: 09621 371-199 Email: d.duebbelde@deprag.de Internet: www.deprag.com Z pětné získání nevyužitých energetických toků, jako je teplo v odpadních plynech spalovacích motorů nebo plynových turbín, nebo odpadní teplo z průmyslových procesů, představuje slibný náznak ke zlep- šení energetické účinnosti. Stávající technická řešení, jako navazující procesy s parní silou nebo turbíny jako expandéry zemního plynu, se omezují na energetické toky s teplotami přes 500°C a na výkony elektrických zařízení nad 100 kW. Pro dosažení širokého pro- niknutí na trh a znatelného pozitivního účinku na dnešní energetický systém je důležité také využití značného potenci- álu na nízkých úrovních teplot. koncept: Menší ORC turbína, se stejnou účinností ORC je vhodná jako technologie pro přeměnu energie především pro tepelné zdroje s teplotami 100°C až 500°C. V zásadě se přitom jedná o dávno známý proces parní síly, nazvaný podle skotského fyzika a inženýra Williama Johna Macquorna Rankina (1820 – 1872). Na rozdíl od běžných elektráren však systémy ORC používají jako pracovní médium organické látky namísto vody. Tyto látky mají tu výhodu, že se odpa- řují i při relativně nízkých teplotách. V oblasti s elektrickým výkonem men- ším než 100 kW nejsou tyto technologie ještě dostatečně zavedeny. To je, mimo jiné, způsobeno nedostatkem úsporných mikro expandérů s generátory. Právě zde je důležitý výchozí bod pro inten- zivní výzkum a vývoj spolupracujících partnerů. Na jedné straně byla vyvinuta novodobá, vysoce integrovaná turbí- nová jednotka s generátorem, která sestává z axiální turbíny s konstant- ním tlakem a s hermeticky uzavřeným synchronním generátorem (Obrázek Turbína). Dále byl vyzkoušen inovativní návrh výměníku tepla (výměník tepla Plate & Shell), pro spojení pracovního média ORC přímo s odpadními plyny. Toto opatření zabraňuje nákladným meziprocesům. úzká spolupráce: Bayreuth a Amberg Na začátku let 2011 - 2013 spojil pro- jekt „Vývoj ORC-mini elektrárny pro využití odpadního tepla“ podporovaný bavorskou nadací pro výzkum, spe- cifické znalecké expertízy tří pro- jektových partnerů ve více stádiích vývoje: stacionární simulace a volba pracovní látky, návrh a výrobu přímého výparníku a mikro expanzní turbíny s generátorem, koncepce předvádě- cího zařízení a výstavba a provoz zařízení. Zde Prof. Dr.-Ing. Andreas Weiß z OTH Amberg-Weiden vypočí- tal a navrhl mikro expanzní turbínu. DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO. se sídlem v Ambergu vyřešil technické požadavky na výrobu mikro expanzní turbíny ORC. Nakonec byla postavena výzkumná elektrárna v Centru pro energetickou techniku (ZET) University Bayreuth pod vedením Prof. Dr.-Ing. Dietera Brüg- gemanna (obrázek Výzkumná elek- trárna). „Intenzívní a cílená spolupráce vývojářů turbín z Ambergu a termo- dynamiků z Bayreuthu vedla nakonec k tomu, že bylo dosaženo elektrického výkonu 12 Kilowatt s účinností tur- bíny téměř 65 procent a přitom bylo možné použít teploty odpadních plynů až do 300 stupňů Celsia“, vzpomíná Dr.-Ing. Theresa Weith, která projekt zpracovávala a nyní vede tematický okruh převod tepla na ZET. další systematický vývoj: Širší aplikace a flexibilní používání Popsaný výzkumný projekt představuje první krok v systematickém dalším vývoji technologie ORC partnery projektu. Po úspěšné konstrukci a otestování zku- šební elektrárny s přímým odpařováním cyklopentanu a s mikroturbínou jako expandérem, byl v rámci dílčího projektu KoKWK „mikro expanzní turbíny s vyso- korychlostními generátory pro výrobu elektřiny z odpadního tepla při kombi- nované výrobě elektřiny a tepla, nebo při dalších průmyslových procesech“, podporované v letech 2013 - 2016 bavor- ským státním ministerstvem vzdělávání a kultury, vědy a umění, vyvinut staveb- nicový systém pro generátory mikro expanzních turbín. Tři různí zástupci těchto sestav byly rozsáhle měřeny na druhém zařízení ORC s pracovním mé- diem hexamethyldisiloxanem (MM). Díky velmi spolehlivé nové zkušební elektrárně mohou být turbíny testovány nejen v místě konstrukce, ale i pod částečným zatížením a lze tak stanovit jejich provozní charakteristiky a cha- rakteristiky účinnosti. Provedená mě- ření dokládají další zvýšení účinnosti, takže bylo možné dosáhnout účinnosti turbíny téměř 75 %. Všichni zúčastnění vždy kladli důraz na to, aby spojili teoretické výpočty s konkrétními důkazy v laboratoři. „Mnoho publikací z těchto oborů se spokojilo s výpočty na počítači, experimentální důkazy ale scházely. My můžeme tuto mezeru uzavřít a ukázat, jaký je i v malých zařízeních ORC velký potenciál pro výrobu elektřiny“, zdůraz- ňuje Prof. Brüggemann. To, že ambiciózní vytyčení cílů nebylo dosaženo pouze na vědecké úrovni, uka- zuje také „Green-Energy-Turbine (GET)“ – produktová skupina firmy DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO., jejíž architektura rozhodně vychází z popsaných projektů. S pěti různými konstrukčními veli- kostmi lze pokrýt rozsah elektrického výkonu od 3 kW do 175 kW. Díky jedno- duché konstrukci se může turbínový generátor GET rychle a s příznivými náklady přizpůsobit různým výkonům, pracovním látkám, tlakům a teplotám požadovaným v praxi a aktuálně se již nachází v terénu cca. 100 výrobků. Navzdory dosaženému úspěchu si part- neři projektu stanovili další cíle. V no- vém projektu, podporovaném BFS, by měli vyvinout adaptivní turbínu s varia- bilní geometrií a otestovat ji ve stávající výzkumné elektrárně. „Chceme dosáh- nout toho, aby se turbína inteligentně a efektivně přizpůsobovala častým oblastem dílčího zatížení“ objasňuje prof. Weiß. Výzkumná elektrárna | Photo: Universität Bayreuth