Zprovoznění bioteplárny v Klagenfurtu

Absorpční tepelné čerpadlo

Slavnosti se zúčastnila celá řada významných činitelů od starostky Klagenfurtu paní Dr. Maria-Luise Mathiaschitz, přes pana Corneliuse Gruppa jako zástupce společnosti CAG Holding, která bio-teplárnu postavila, až po biskupského vikáře Dr. Petera Allmaiera. Po nezbytné hodině proslovů, kultury a malé bohoslužby se mohli zúčastnění konečně podívat na vlastní bio-teplárnu.

Na začátku technologického řetězce je sklad paliva velikosti většího fotbalového hřiště (10 000 m²), ze kterého se štěpka dostává ke dvěma parním kotlům URBAS s výkonem cca 2 x 20 MW prostřednictvím dvou zakrytovaných dopravníků o průměru, který by, co do průměru, odpovídal bobové dráze. Vlastní kotle jsou zelené, obrovské a zaplechované, takže připomínají spíš zateplený panelák bez oken z počátku tohoto tisíciletí, než zařízení, které si představujeme pod výrazem „kotel“.

Vyrobená pára o tlaku 6,5 MPa a teplotě 520°C je přivedena do protitlaké turbíny MAN Diesel & Turbo s výkonem 10 MW. Pára, po předání části své energie turbíně, je přivedena do výměníku, kde předává své kondenzační teplo především topnému okruhu a prostřednictvím teplovodu je pak teplo odvedeno pro vytápění Klagenfurtu. Samozřejmě se tu dají najít obrovské napáječky, spalinové ventilátory nebo vlastní kondenzátor a vůbec vše, co Vás může na bio-teplárně zajímat. Odborníky asi překvapí filtr, který má zaručit obsah tuhých látek ve spalinách do 3 mg/m_N³. Pro srovnání – naše norma platná 1. 1. 2018 pro kotle stejného výkonu a paliva má limit 30 mg/m_N³, tedy 10 x méně znečišťuje životní prostředí.

Tedy až sem je to něco, co jsem, byť v řádově menším měřítku, viděl už více než před deseti lety například ve Zlatých Horách. Takže co mě donutilo jet autem na otočku sedm hodin na okraj Klagenfurtu a po návštěvě zase sedm hodin zpátky? Ještě, že se dva rakouští kolegové vedle mě bavili o tom, že zde začíná nová etapa teplárenství natolik zřetelně, že jsem jim rozuměl i já se svojí chatrnou školní němčinou.

Ta převratná záležitost stála vlastně nejblíže ke vchodu a přesto na konci technologického cyklu.  Je to absorpční tepelné čerpadlo EBARA RHP 210, které ochlazuje spaliny pod rosný bod a takto získané teplo slouží pro předehřev zpátečky. Celkový výkon zařízení je 21 MW a díky použití tepelného čerpadla pro získání kondenzačního tepla spalin je tímto způsobem z procesu získáno zpět navíc cca 9 MW využitelného tepla. Celková účinnost výroby tepla tedy překračuje 100% a oproti klasickým teplárnám ušetří cca 15-20% paliva. Celková váha 93,6 tuny toho o rozměrech moc neřekne – jsou to asi tak jako slavný londýnský dvoupatrový autobus doubledecker.

Jako topné médium pro pohon tepelného čerpadla je použita horká voda o teplotě 130 °C z výměníku pára/voda za parní turbínou. Pro kondenzaci vodní páry ve spalinách slouží chladící okruh s teplotou 35/45 °C. Vlastní topný okruh, který předává získané teplo vratné vodě má parametry 74,8/60°C – viz schéma.

Schéma č. 1 – Uspořádání technologie teplárny

Základní technické údaje použitého tepelného čerpadla

Mimochodem díky využití kondenzačního tepla spalin postrádá tato bio-teplárna charakteristický sloup páry vystupujícího z komína. Právě použití tepelného čerpadla pro získání kondenzačního tepla vodní páry obsažené ve spalinách je světovým unikátem.

V současnosti sice díky dotacím slouží v České republice pro vytápění budov několik desítek, možná stovek, plynových tepelných čerpadel ROBUR s výkonem 38-42 kW podle provedení. Ale pro spočítání zařízení s výkonem v řádu MW nám ve Střední Evropě bude stačit jedna ruka a využití latentního tepla spalin absorpčním tepelným čerpadlem, je prostě unikátem. Ale už teď lze říci, že tomu tak nebude nadlouho. V současnosti je ve výstavbě poslední ze čtyř tepláren uvedených v prvním odstavci - Klagenfurt-NORD a ta bude rovněž vybavena stejným zařízením, byť s nižším výkonem. A dle informací zástupce dodavatele, se připravují další instalace, tentokráte v průmyslu.

Je tedy na místě říci, že ve čtvrtek 16. 11. 2017 ve 14.00 byla započata na východním okraji Klagenfurtu nová kapitola teplárenství, která umožní navýšit potenciál využití paliva o 10-20%, jak se o tom bavili ti dva rakouští kolegové? To nevím, ale troufám si říct, že možností vyžití odpadního tepla s teplotou 25 - 50°C je kolem nás ohromné množství a jeho využití prostřednictvím absorpčního tepelného čerpadla je výzvou pro všechny přemýšlivé a tvůrčí technické pracovníky.

Dopravníky štěpky mezi skaldem a kotly

Generátor a parní turbína

A nakonec, proč bychom to měli dělat? Vyplatí se to? Tedy zkrácená ekonomika – měrná investice je v daném případě 4 - 5 mil. Kč/MW „chladícího“ výkonu, včetně nezbytných připojovacích souborů, tedy výkonu který přeměňuje odpadní teplo na využitelné teplo. Při provozu 5 000 hod/rok vyrobí tedy 5 000 MWh tepla. Pokud budeme toto teplo počítat v ceně 700,- Kč/MWh, pak je roční úspora ponížená o servis a vlastní spotřebu oběhových čerpadel cca 3 mil Kč. Prostá návratnost tedy bude do dvou let.

Zde je ovšem třeba upozornit, že takto výhodná měrná cena a odpovídající návratnost se týká pouze těchto výkonů, tedy 8-10 MWchl, při nižších výkonech se měrná cena patřičně zvýší.. Nicméně investici dokážeme ponížit o dotaci – reálně 30-70%. Případně můžeme instalací absorpčního tepelného čerpadla nahradit jiný zdroj tepla, ať již proto, že stávající je již odepsaný nebo potřebujeme navýšit výkon, pak by investice odpovídala pouze rozdílu vůči jinému zdroji tepla, což v případě biomasy vůbec nemusí být zanedbatelná částka. V obou případech by se návratnost přiměřeně zkrátila.

Pohled na teplené čerpadlo v rámci objektu teplárny

Sklad štěpky