Elektrárny s paroplynovým cyklem a jejich úloha v elektrizační soustavě

Výhodou paroplynových elektráren je schopnost pružně vyrovnávat nesoulad mezi výrobou a spotřebou energie, proto se jejich provozem vykrývají špičky ve spotřebě elektřiny. Tento zdroj může být připojen k síti za několik minut po spuštění. Rychlejší jsou už jen vodní elektrárny.

Další výhodou paroplynových cyklů jsou jejich nižší měrné investiční náklady ve srovnání s ostatními typy elektráren. Ekonomika jejich provozu, a tím i doba využití ročního maxima, je nepřímo úměrná ceně paliva, kterým může být široká škála kapalných či plynných paliv. V dnešní době je to nejčastěji zemní plyn, včetně plynu z břidlic, skládkový plyn, bioplyn či plyn vznikající z procesu zplyňování uhlí (např. svítiplyn ve Vřesové).

Pokud je cena paliva vysoká, paroplynová elektrárna je využívána jen jako špičkový zdroj a výkonová záloha v elektrizační soustavě. Pokud je palivo levnější, může být zdrojem pološpičkovým, právě díky vysoké tepelné účinnosti dosahované pomocí parní části cyklu, využívající citelné teplo spalin ze spalovací turbíny.

Pro využití i v základním diagramu zatížení, tedy využívání elektrárny po celý rok, musí být kromě levného paliva využito také nízkopotenciálního odpadního tepla pro účely vytápění či chlazení budov v systému CZT (centrální zásobování teplem). To ovšem zase již zvyšuje měrné investiční výdaje, nicméně účinnost využití paliva v takovém systému pak přesahuje 90 procent.

Jak elektrárna funguje

Technologie paroplynových oběhů se začala rozvíjet v návaznosti na vývoj leteckých proudových motorů, který započal koncem 30. let minulého století. Od konce 80. let zaznamenávají paroplynové oběhy rozkvět podnícený snahou o ekologizaci průmyslové energetiky a rostoucími ověřenými celosvětovými zásobami zemního plynu.

Výroba elektřiny v paroplynovém cyklu je snahou o co nejúčinnější výrobu elektřiny pomocí součinnosti dvou tepelných oběhů - plynového a parního. Chemicky vázaná energie plynu se po jeho spálení využije nejprve v plynové turbíně a následně ve spalinovém kotli k výrobě páry, kterou je poháněna parní turbína. Elektrická energie se získává jak z generátoru poháněného plynovou turbínou, tak z generátoru poháněného parní turbínou.

Nejdůležitější částí paroplynových zařízení je spalovací turbína. Technologický pokrok jejího vývoje se projevuje ve zvyšování teploty spalin na vstupu, což zvyšuje její účinnost. Během příštích pěti let se očekává postupné zvyšování na 1500 °C, a tím i zvýšení čisté tepelné účinnosti paroplynového oběhu na 60? procent, což je v podstatě dvojnásobná účinnost ve srovnání s elektrárnami na uhlí při minimální ekologické zátěži.

Paroplynové elektrárny se dnes dodávají "na klíč", doba výstavby paroplynového zařízení se pohybuje v rozpětí
30-40 měsíců, což je výrazně méně než v případě klasických uhelných nebo jaderných elektráren.

Výrazným rysem všech paroplynových cyklů je závislost jejich výkonu na teplotě vzduchu, nadmořské výšce a relativní vlhkosti. Nejvýrazněji se projevuje vliv teploty, kdy se vzrůstající teplotou okolí výrazně klesá výkon plynových turbín a mění se parametry vystupujících spalin, což ovlivňuje parní část pracovního oběhu. Je to dáno zejména změnou průtoku vzduchu nasávaného kompresorem kvůli měnící se měrné hmotnosti vzduchu.

Kolik a za kolik

Za posledních pět let se celosvětová energetická síť rozrostla řádově o stovky nových paroplynových zařízení (včetně těch ve výstavbě). Vedoucím tandemem v instalaci nových paroplynových zařízení jsou USA a Japonsko, v Evropě jsou průkopníky především Itálie, Španělsko a Velká Británie.

Hlavním problémem vyššího nasazení paroplynových zdrojů v ČR je naše závislost na dovozu zemního plynu z Ruska a jiných zemí, což znamená velkou nejistotu při prognózách cenového vývoje této komodity.

V poslední době se zdá, že díky postupnému zahušťování sítě evropských plynovodů, tzn. vyššího stupně diverzifikace dodávek z více zdrojů a vyššího stupně konkurence díky břidlicovému plynu z nalezišť v Severní Americe, by mohlo být dosahováno nižších a stabilnějších cen plynu již bez vazby na ceny ropy, podléhající vyšším cenovým výkyvům.

Ekonomika rozhoduje

Na první pohled to tedy vypadá, že se otevírají dveře možnosti efektivní výstavbě a provozu paroplynových elektráren v ČR. Nicméně realita je poněkud jiná.

"V současné době je situace na evropském trhu v produkci elektřiny taková, že se nevyplatí v Evropě nové plynové zdroje prakticky vůbec stavět. Dobře na tom nejsou ani paroplynové elektrárny v provozu, většina z nich takřka nevyrábí a jsou ztrátové," říká Martin Chalupský, tiskový mluvčí společnosti RWE, která z ekonomických důvodů zastavila připravovaný projekt paroplynové elektrárny u středočeského Mochova.

"Tento projekt byl zastaven, byznys case projektu přestal vzhledem k podmínkám na trhu fungovat," dodává mluvčí Chalupský. Tuto skutečnost v podstatě potvrzuje i Barbora Půlpánová, tisková mluvčí společnosti ČEZ, která říká: "Situace na trzích aktuálně příliš nepřeje plynovým zdrojům - ostatně situace nepřeje stavbě téměř žádných nových klasických zdrojů. Podpora čili dotování obnovitelných zdrojů bez ohledu na aktuální ceny elektřiny zcela narušila trh a v řadě zemí začínají zvažovat explicitní podporu i pro výstavbu klasických zdrojů zajišťujících stabilitu soustavy."

Podíl na tom mají bezesporu chystané změny v evropské legislativě na ochranu životního prostředí po roce 2012, a s tím spojený nový systém obchodování s emisními povolenkami, ústící v jejich zdražení. Také situace, kdy mnohé země střední a jihovýchodní Evropy mají od letošního roku deficitní bilanci a elektřinu musejí dovážet, se výrazně dotýká také plánů na obnovu všech stávajících výrobních zdrojů.

Elektrárna v Počeradech

Paroplynový cyklus Počerady, který vybudovala a bude provozovat skupina ČEZ, je prvním projektem svého druhu v ČR. Zdroj o výkonu 840 MWe je umístěn v areálu Elektrárny Počerady, a ještě v letošním roce má být uveden do provozu.

"Pokud půjde i nadále vše podle plánu, zahájí paroplynový cyklus zkušební provoz ve druhé polovině tohoto roku. Půlroční zkušební provoz bude přitom součástí dvouletého záručního provozu," sděluje B. Půlpánová. Nicméně, jak dále potvrzuje, využití paroplynového zdroje bude jiné, než se původně plánovalo.

"Budeme zdroj využívat namísto původně plánovaného stabilního pološpičkového provozu spíše v ad-hoc režimu podle momentálního vývoje denních a hodinových cen. Chceme především zhodnotit vysokou flexibilitu zařízení a dodávkového kontraktu na plyn. Takové flexibilní zdroje budou do budoucna důležitou součástí mixu poskytovaných podpůrných služeb pro stabilizaci soustavy," uvádí.

Podle ní je aktuální ekonomika paroplynových elektráren postižena zejména kolapsem trhu s povolenkami CO2. "Očekáváme však, že Evropská komise zajistí narovnání tohoto trhu tak, aby opět vznikla žádoucí motivace nasazovat především zdroje s nižšími emisemi a vysokou účinností, jako je paroplyn. O dlouhodobou ekonomiku paroplynových Počerad se proto neobáváme," dodává optimisticky mluvčí.

Stmívání, nebo rozbřesk?

V Česku paroplynové elektrárny v současnost příliš velký boom nezažívají, v jiných zemích ano. Podle původních plánů uvažoval ČEZ o výstavbě paroplynové elektrárny Mělník jako náhrady elektrárny Mělník 1 pro případ, že by nastal nedostatek levného tuzemského uhlí. Elektrárna by navíc mohla sloužit jako ekologický zdroj tepla pro soustavu CZT v Praze, dodávané tepelným napáječem Mělník-Praha.

Uvažovalo se i o výstavbě dalšího zdroje, paroplynové elektrárny Úžín v ústeckém kraji, která měla mít instalovaný výkon 220 MWe. Plánovaly se také projekty v Maďarsku a na Slovensku.

"V nejbližších letech s výstavbou dalších paroplynových bloků a s jejich uvedením do provozu nepočítáme, což platí o projektech v České republice, ale také v zahraničí. Bude třeba, aby se nejprve snížila celková nejistota ohledně vývoje a regulace energetických trhů," uzavírá tisková mluvčí.

Zatímco v Česku společnost RWE projekt výstavby paroplynky v Mochově zastavila, v jihozápadním Turecku dokončuje stavbu elektrárny v Denizli, jejíž základní kámen byl položen v dubnu 2011. Jde o investici za 500 milionů eur, v přepočtu cca 12,1 miliardy korun, která je společným podnikem RWE a turecké společnosti TURCAS, v němž má RWE 70procentní podíl.

"Elektrárna je nyní prakticky hotová, plynové turbíny byly spuštěny a dokončeny byly také čisticí operace. V současné době v Denizli probíhá připojování parní turbíny a následovat bude finální fáze testování a ladění elektrárny. Zprovoznění elektrárny očekáváme v polovině letošního roku. Bude mít výkon 775 megawatt a bude dodávat elektřinu do 3,5 milionu domácností.
Přispěje tak k uspokojení rostoucích energetických potřeb regionu. Po zahájení provozu bude krýt dvě procenta z celkové výroby elektrické energie Turecka," sděluje Martin Chalupský z RWE.

AUTOR: Eva Vítková

ZDROJ: Energetika