V dnešním světě stále ještě vyrábějí nejvíc elektrické energie parní turbíny, technologie stará 140 let. Ve Spojených státech se teď rýsuje pozoruhodný nástupce, turbína založená na superkritickém oxidu uhličitém. Měla by být mnohem levnější a přitom o 10 procent účinnější než klasické turbíny. Při stejném výkonu používá 10krát menší turbíny.
V americkém San Antoniu, stát Texas, byla právě dokončena pilotní elektrárna s novými turbínami STEP (Supercritical Transformational Electric Power). Jde o společný projekt výzkumného institutu Southwest Research Institute (SwRI), U.S. Department of Energy a společností GTI Energy a GE Vernova.
První funkční turbína se superkritickým oxidem uhličitým by se vešla na pracovní stůl, tedy pokud by byl vyztužený. Má výkon 10 MW, což postačuje pro zhruba 10 tisíc amerických domácností. Na rozjezd to není špatné a do budoucna se tohle jeví jako velmi slibná technologie.
Oxid uhličitý se stává superkritickým, když jeho teplota přesáhne zhruba 31 °C a tlak 74 barů, což je 7,4 megapascalů nebo 73 fyzikálních atmosfér. V tomto bodě se oxid uhličitý přestává chovat jako typický plyn či kapalina a stává se plynem s hustotou kapaliny. Za tímto bodem dochází k tomu, že malé změny teploty vedou k velkým změnám hustoty oxidu uhličitého. Voda se rovněž může stát superkritickou, ale vyžaduje to teplotu přes 373 °C a tlak 220 barů, což je samozřejmě mnohem energeticky náročnější než v případě oxidu uhličitého.
Superkritický oxid uhličitý má takové vlastnosti, že ho to vyloženě předurčuje k produkci energie v uzavřeném systému. Turbína s touto látkou má velmi slušný potenciál dramaticky snížit náklady na vybudování a provoz generátorů, které spoléhají na teplo a na turbíny. S levnějším a menším zařízením je všechno snazší, včetně menšího pozemku, snazší údržby nebo snižování emisí.
Další zásadní výhodou turbíny se superkritickým oxidem uhličitým je mnohem pohotovější obsluha. Dosavadní prototypy pracují při teplotě kolem 700 °C a do plného provozu nabíhají asi 2 minuty. Srovnatelné klasické parní turbíny přitom startují asi půl hodiny. Díky tomu je turbína se superkritickým oxidem mnohem vhodnější pro práci v sítích s obnovitelnou energií, jejíž dodávky nebývají úplně stabilní.
„Superkritickou“ elektrárnu STEP ještě čekají dokončovací práce. Její tvůrci ale očekávají, že by měla být naplno spuštěna již příští rok (2024). Pokud se osvědčí a pokud nebude problém se zvětšením turbíny pro reálné provozy, mohla by turbína se superkritickým oxidem uhličitým brzy začít nahrazovat parní turbíny. Týká se to elektráren na fosilní paliva, stejně jako jaderných, geotermálních nebo solárních elektráren i dalších energetických zařízení.
Video: TECH SA: New turbine could change the way electricity is powered
Video: Hands On Supercritical CO2 Turbine Explained
Literatura
Autonomní mikroreaktor Aurora utáhne tisíc domácností po dobu 20 let
Autor: Stanislav Mihulka (02.03.2020)
Mobilní jaderné mikroreaktory Radiant nahradí dieselové generátory
Autor: Stanislav Mihulka (18.10.2021)
Fúze protonu s bórem 11 v magneticky udržovaném plazmatu
Autor: Vladimír Wagner (06.03.2023)
RheEnergise nabízejí pozoruhodnou alternativu přečerpávacích elektráren
Autor: Stanislav Mihulka (19.08.2023)
Jižní Korea se vrátila na cestu rozvoje jaderné energetiky
Autor: Vladimír Wagner (12.10.2023)
Diskuze:
Milan Bačík,2023-11-02 23:16:52
Ve chvíli, kdy se v článku objeví přepočet jednotek SI na Fabie, olympijské bazény či nějaké domácnosti, tak přestávám číst.
Re:
D@1imi1 Hrušk@,2023-11-03 09:30:44
Fabie, fotbalová hřiště nebo slony vem čert, když to má někdo rád. Přepočet na domácnosti je ale klasická marketingová manipulace, ze které laik usoudí, že stačí elektřinou zaopatřit domácnosti a tím je vše vyřešené. Přitom bez elektřiny v domácnostech by společnost mohla trvale fungovat, ta je především o komfortu. Nezbytná je elektřina v průmyslu nebo v infrastruktuře. Vhodné by proto bylo počítat se spotřebou "per capita". Jenže to by marketérům vyšlo u té turbíny skoro pětkrát horší číslo.
Odkazy k článku
Karel Klement,2023-11-02 22:04:02
Václav Dostál A supercritical carbon dioxide cycle for next generation nuclear reactors (2004)
https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/17746
A tato CO2 turbína už prý běží.
https://www.texasmonthly.com/news-politics/net-power-zero-carbon-emissions
V roce 2016 dostali federální dotaci 80 milionů dolarů na šestiletý projekt.
Parní turbíny
Michal Kejík,2023-11-02 14:40:20
pracují při teplotách zhruba do 570°C a tlaku do 200 atmosfér. Hlavním omezením je tepelně-tlaková odolnost parního potrubí od zdroje tepla k turbíně - creep. Samotná turbína není problém, spalovací turbíny se vyrábějí pro mnohem vyšší teploty s malým přetlakem spalin. S uvedenou odolností se musí vyrovnat i turbína na CO2, ale třeba jim stačí nižší tlak, který ale není uveden.
Re: Parní turbíny
Josef Hrncirik,2023-11-02 19:03:02
Páru by také mohli přehřívat při malém tlaku, ale klesl by max. expanzní poměr a vzrostl nutný objem turbíny pro daný výkon. Aby pára přílišnou expanzí nevlhla, v půli cyklu se přihřívá, cyklus se Carnotizuje a je lepší než Rankinův.
Re: Re: Parní turbíny superkritickým pohledem
Josef Hrncirik,2023-11-02 19:34:11
Tímto pohledem se jeví hřídel turbíny 10 MW na obr.1 jako obyč. šroub M10.
MAGA!!!
Re: Re: Tedy pokud nevezou parní turbíny či CO TO = do starého Fe
Josef Hrncirik,2023-11-02 19:37:24
Beze slof.
Termodynamika?
Martin Prokš,2023-11-02 13:12:55
Dobrý den,
Před pár lety (asi 10 let nazpět) s tímto konceptem objížděl jeden německý profesor Evropu a snažil se tento koncept superkritického CO2 udat do prototypu. Kdo by se přidal na projektování a výrobu prototypu. Evidentně uspěl v USA, gratuluji.
Nicméně když si to u nás v práci dali přepočítat termodynamikům, tak jim vyšlo že stávající koncept pára do tlakové nuly (kondenzátor + dochlazovací okruh s chladicí věží) je o fous lepší z pohledu účinnosti, než ten CO2 superkritický cyklus. Takže ho s přátelským úsměvem vypoklonkovali.
Předpokládám, že výpočtáři co to dělali té termodynamice rozumí. Konec konců Carnotův cyklus zatím nikdo nezrušil a předpokládám že to propočítat a porovnat pro páru a CO2 není takový problém pro kontrolu. Teda já už jsem z terma kapku moc let pryč, já už tohle nedokážu. Ale zde v článku proklamovaných +10% pro superkritický CO2 cyklus mě proto velmi zaujal.
Re: Termodynamika?
Petr Petr,2023-11-02 13:41:35
Podle wiki to psali již v 2016:
https://www.technologyreview.com/2016/04/11/161060/desk-size-turbine-could-power-a-town/#/set/id/601246/
General Electric nevypadá na "německého profesora" (byť Hofer je německé jméno)
https://www.linkedin.com/in/doug-hofer-561a1919
Re: Termodynamika?
D@1imi1 Hrušk@,2023-11-02 13:48:03
Jestli jim to pracuje s CO2 o teplotě 700°C a potovnávají to s běžnými parními turbínami, kde má pára teplotu o 200°C nižší, není vyšší účinnost tak překvapivá.
Re: Termodynamika?
Tempo Rary,2023-11-02 13:59:54
A mozno budu postacovat aj "zvysne dve vylepsenia":
- taková turbína je mnohem levnější
- zároveň 10krát menší než klasické parní turbíny
ak by aj teda just nebola ucinnejsia (ci uz o 10% ci o fous), nie?
Re: Re: Re: Termodynamika?
Josef Hrncirik,2023-11-02 18:14:43
A až to bude s malými ztrátami, dát do ponorky (s parní turbínou v reverzním chodu) do tandemu jako perpetuum mobile II. druhu pro III. WWW.
Re: Re: Termodynamika? Ceny (velikosti) kotlů a kondenzace, přestupy tepla, rychlost a hustota par v turbíně, tlak pro "kondenzaci"
Josef Hrncirik,2023-11-02 18:31:58
Určitě si pletou tepelné a pekelné.
Re: Termodynamika?
Florian Stanislav,2023-11-04 19:40:56
https://www.svetenergie.cz/cache/img/d2/data-web-powerplant-jaderna-elektrarna-parni-turbina-photos-strojovna-stavba-hruba.fitbox.x800.y2090.r0.q80.nr0.me2.jpg
Viděl jsem při exkurzi 1000 MW turbínu připravenou k montáži, velikost samotné turbíny je plus mínus autobus. A má 100 x větší výkon jak 10 MW turbína na CO2.
Parogenerátory jsou dlouhé 14,8 m, jejich vnější průměr je 4,2–4,5 m.
Obrázek v článku - turbína na superkritický CO2 má jen 10 MW a velikost stolu -na fotce je zřejmě s něčím, co odpovídá parogenerátoru ( Parogenerátory v Temelíně jsou na jednu turbínu dva a jsou dlouhé 14,8 m, jejich vnější průměr je 4,2–4,5 m.)
Zdrojový článek na New Atlas píše
"očekává dosažení výkonu 10 MW. při účinnosti těžby 50 % – asi o 10 % lepší než současné parní turbíny, které pracují v polovině 40. let – využívající turbínu o velikosti zhruba jedné desetiny."
Článek ."Měla by být mnohem levnější a přitom o 10 procent účinnější než klasické turbíny. Při stejném výkonu používá 10 krát menší turbíny.
Zřejmě se tedy myslí 10x menší na délku, než parní téhož výkonu. Srovnání poměrem výkonem a velikost 1000 MW/10 MW mi nehraje.
O velikost turbíny asi nejde, elektrárna je obrovské zřízení, ale jde o množství materiálu na její tím pádem levnější výrobu.
Re: Re: Termodynamika?
Oldřich Vašíček st.,2023-11-07 12:16:29
Tím, že je menší, tak je i levnější, ale hlavně, lehčí = rychlejší reakce na změny (což je někdy i nevýhoda).
Problém vidím, že relativně malá turbína má pohánět generátor, a ten se nijak nezmenší (pro daný výkon). Musí se řešit i tento problém.
Re: Re: Re: Termodynamika?
Florian Stanislav,2023-11-07 19:58:45
Ano, generátor se s CO2 přifázuje rychleji, ale je stále obdobný a obrovský. A je otázka, co to rychlé připojení udělá udělá s životností a spolehlivostí celého systému.
Článek :"Superkritický oxid uhličitý má takové vlastnosti, že ho to vyloženě předurčuje k produkci energie v uzavřeném systému. "
Jako mnoho Jihočechů mám Temelínské chladicí věže často na dohled. 1/3 tepelné energie se přemění na elektřinu a 2/3 jsou v té páře. Nevypadá to na uzavřený okruh.
Superkrická turbínka na 10 MW je uzavřená , aby neunikal CO2. Jinak je to stále tepelný stroj. Zdrojový článek píše o srovnání s parní turbínou s typem zdá se starým 40 let.
Za tu dobu se účinnost parních turbín také zvedla.
Hlavně by mě zajímalo, jak velká bude turbína 1000 MW, když 10 MW turbína má rozměr stolu.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
