PTSE - Progresivní technologie a systémy pro energetiku 1M06059 Program výzkumu a vývoje „Výzkumná centra - 1M“ Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy Cíl projektu Cílem projektu je soustředit špičková vědecká a výzkumná pracoviště z ČR do výzkumného týmu, který bude řešit aktuální otázky rozvoje energetiky v ČR s využitím nejnovějších poznatků světové i tuzemské vědy a zajistit propojení na uživatelskou sféru. Doba řešení 1.3.2006 - 31.12.2009
Řešitelská pracoviště
České vysoké učení technické v Praze Fakulta strojní - příjemce řešitelské pracoviště - ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav mechaniky tekutin a energetiky Nožička Jiří Prof. Ing. CSc. - řešitel
Technická univerzita v Liberci - spolupříjemce řešitelské pracoviště - Technická univerzita v Liberci, Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií Tůma Libor Ing. CSc. - spoluřešitel
Západočeská univerzita v Plzni - spolupříjemce řešitelské pracoviště - Západočeská univerzita v Plzni Vostracký Zdeněk Prof., Ing. DrSc., DrEng. h. c., Sen.Mem. IEEE - spoluřešitel
Vysoká škola báňská-Technická univerzita Ostrava - spolupříjemce řešitelské pracoviště - Vysoká škola báňská-Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum Noskievič Pavel Prof. Ing. CSc. - spoluřešitel Ochodek Tadeáš Doc. Dr. Ing. – spoluřešitel
Složení Rady centra Bíža Karel Ing. Bohátka Roman Ing. Ph.D. Daněk Václav Ing. CSc. Duchek Karel Ing. Havlis Jan Ing. Křížek Karel Ing. Mařík Pavel Ing. Nevěřil Jan Ing. Neumajer Václav Ing. Nožička Jiří Prof. Ing. CSc. Ochodek Tadeáš Doc. Tůma Libor Ing. CSc. Vostracký Zdeněk Prof. Ing. DrSc.
Ústav jaderného výzkumu Řež, a.s., zástupce uchazeče ALSTOM Power CZ, s.r.o., zástupce uživatele výsledků Asociace strojních inženýrů, zástupce uživatele výsledků Škoda Power s.r.o., zástupce uživatele výsledků FANS a.s., zástupce uživatele výsledků ČEZ a. s., zástupce uživatele výsledků ZVVZ ENVEN Milevsko a.s., zástupce uživatele výsledků SIGMA GROUP a.s., zástupce uživatele výsledků AVO o.p.s., zástupce uživatele výsledků České vysoké učení technické v Praze, Fakulta strojní, řešitel – koordinátor Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, spoluřešitel Technická univerzita v Liberci, spoluřešitel Západočeská univerzita v Plzni, spoluřešitel
Struktura financování Centra PTSE 2006 - 2009
Struktura řešitelského týmu Centra PTSE
Přehled spolupracujících podniků s Centrem PTSE
Česká přenosová a.s. (ČEPS) SIGMA Group a.s. THERMO KING Czech Republic s.r.o. ŠKODA POWER a.s. ZVVZ a.s. FANS, a.s. a další: Artech spol. s r.o., BVAK a.s., ČKK,Montana s.r.o., SHOWA ALUMINIUM CZECH s.r.o., STS a.s., Skanska a.s., REKO Praha, a.s, LK Pumpservice, Praha
DÍLČÍ CÍLE ŘEŠENÍ – přehled I. V001 Cílem je analyzovat rozhodující uzly oběhů parních elektráren, provést porovnání různých typů parních oběhů a formulovat jasná kritéria nutná pro dosažení co nejvyšší účinnosti elektrárny. V002 Optimalizace zařízení strojovny energetického bloku - turbína, kondenzátor, chladicí věže, olejové hospodářství, napáječka - s cílem dosažení maximální účinnosti a minimalizaci vlastní spotřeby zařízení i negativních dopadů na ekologii. V003 Zvládnutí experimentálních metod V004 Soustředění poznatků o netradičních, alternativních a perspektivních zdrojích energií, jejich ekologickém využívání a dopadech energetiky na životní prostředí, vytvoření informačního centra pro nejširší okruh uživatelů. V101 Souhrn kvalitativních parametrů uhlí pro nové bloky. V102 Matematický model ohniště uhelného bloku.
DÍLČÍ CÍLE ŘEŠENÍ – přehled II. V103 Studium a návrh koncepčního řešení bezemisního parního cyklu. V201 Výzkum prouděním vybuzených vibrací elementů energetických zařízení. Optimalizace zařízení s cílem eliminovat tyto nežádoucí vibrace. V202 Analýza systémů ventilace a odvodu spalin, výzkum a optimalizace ventilátorů pro provoz v energetice a systému čištění spalin. V203 Výzkum a optimalizace parametrů elektrické části energobloku s cílem zvýšit efektivnost a spolehlivost provozu. V301 Komplexní zajištění spolehlivosti V302 Pokročilé algoritmy řízení pro zvýšení efektivity provozu elektrárenského bloku a minimalizaci ekologických dopadů.
Dílčí cíle a aktivity jednotlivých spoluřešitelů ČVUT ZČU VŠB TUL
– strojovna s příslušenstvím, kondenzace, chladicí věže, ekonomické aspekty – strojovna, ekologické aspekty provozu kotelny, přenos energie – oblast kotelny a jejího příslušenství, paliva – řízení, regulace, spolehlivost
Technické vybavení Centra Vzduchová turbína
Kalibrační tunel
Aerodynamický difuzorový tunel
Systém pro TR PIV
Aer. tunely pro výzkum vibrací lop. mříží a trubkových svazků
Technické vybavení Centra Modelové chladicí věže pro vývoj eliminátorů a výplní chladicích věží
Stanoviště pro měření rozstřikových charakteristik
Trať pro určování tlakových ztrát
Technické vybavení Centra Pádová trubka
Laserový vibrometr PDV-100
Analyzátor spalin
Mřížový tunel
Stirlingův motor
Pořízený hmotný majetek ZČU - Laserový vibrometr PDV-100 s příslušenstvím Rok: 2006 Cena: 799.680 ,- Kč Dodavatel: ASSISTA CZECH, s.r.o. Laserový vibrometr PDV-100 ja snadno přenosný jednobodový laserový snímač vibrací. Jedná se o univerzální zařízení používané při měření chvění prakticky ve všech strojírenských odvětvích od automobilového po letecký průmysl., ale také pro měření vibrací budov, mostů a komínů. Velkou výhodou je kompaktní provedení přístroje. Vibrometr lze snadno připojit na běžný notebook a napájet z akumulátoru. • • • • • • •
vzorkovací frekvence 48 kHz frekvenční rozsah 0 - 22 kHz rychlostní rozsah 0- 500 mm/s přesnost 0,3 mm/s (max. rozsah) laser II. třídy bezpečnosti měření ve vzdálenosti 0,1 - 30 m digitální a analogový výstup
Pořízený hmotný majetek VŠB - Experimentální zařízení "Pádová trubka" Rok: 2006 Cena: 900.000 ,- Kč Dodavatel: More, s.r.o. Toto experimentální zařízení bylo částečně hrazeno z finančních prostředků Centra PTSE (900.000,- Kč), částečně z vlastních finančních prostředků spolupříjemce (1.100.000,- Kč). Jedná se o unikátní, v rámci ČR zcela vyjímečné zařízení. V projektu je využíváno především v oblasti výzkumu Termokinetických vlastností uhlí. • Elektricky vyhřívaná kovová trubice rozdělená na 3 segmenty • Výška reakční komory 5 m • Vnitřní průměr 66 mm • Teplota až 1200 °C • Rychlost proudění reakčního plynu až 3 ms-1 • Spotřeba reakčního plynu 7 – 10 Nm3.hod-1 • Koncentrace O2 v reakčním plynu 4 – 21 %
Pořízený hmotný majetek VŠB - Analyzátor emisí Rok: 2006 Cena: 719.000 ,- Kč Dodavatel: Afriso, s.r.o. Toto experimentální zařízení bylo stejně jako Pádová trubka částečně hrazeno z finančních prostředků Centra PTSE (719.000,- Kč), a částečně z vlastních finančních prostředků spolupříjemce (381.000,- Kč). Advance Optima je moderní zařízení pro analýzu plynů, založené na modulární koncepci. Systém je sestaven z analyzačních modulů, které pracují na různých fyzikálních principech a pomocí systémové sběrnice komunikují s centrální jednotkou. Na rozdíl od obvyklých automatických analyzátorů obsahuje centrální jednotka ethernetové rozhraní (10BASE2 nebo 10BASE-T).
Pořízený hmotný majetek ČVUT - High speed / time resolved PIV kamera a kontinuální laser Rok: 2006 Cena: 2 488 530 ,-Kč Dodavatel: Dantec Dynamics GmBH, Dánsko Systém obsahuje komponenty pro měření metodou TR-PIV (kamera, kontinuální laserová dioda + řídicí jednotka). High speed / time resolved systémy mají lepší technické parametry než standardní PIV systémy. Disponují především možností zaznamenat větší počet snímků za sekundu (v řádu až desítek kilohertz) a umožňují tak získat informaci o změně rychlosti v čase. • kamera: Nanosense MK III 1kHz, max. rozlišení 1280x1024, vnitřní paměť 4GB • laserová dioda: NanoPower 4 Watt, vln. délka 795 nm
Přehled investic ČVUT - Pohonná jednotka pro přestavbu aerodynamického tunelu Eifellova typu Rok: 2007 Cena: 193 500 ,-Kč Dodavatel: SIEMENS s.r.o. Kompletní renovace aerodynamického tunelu byla provedena v maximálním možném rozsahu. Z investičních prostředků byla zakoupena pohonná jednotka. Pohon je nyní zajištěn trojfázovým nízkonapěťovým asynchronním elektromotorem nakrátko s frekvenční regulací. Tunel je primárně určen pro experimentální výzkum v oblasti lopatkových strojů lopatkových mříží. • Motor:
Asynchronní elektromotor, příkon 75 kW, max. rychlost 70 m/s • Frekvenční měnič
Spolupráce s průmyslem ZVVZ Milevsko a.s.- Posouzení a návrh přívodního potrubí k elektrostatickým odlučovačům Návrh a testování potrubí dopravujícího spaliny k elektrostatickým odlučovačům, optimalizace z hlediska rovnoměrného rozložení pevných částic a minimalizace tlakových ztrát.
Spolupráce s průmyslem ZVVZ Milevsko a.s.- - Počítačová simulace proudění v odlučovači a analýza systémů ventilace Výzkum a optimalizace axiálních ventilátorů pro energetiku - numerické simulace proudění.
Numerické simulace dvoufázového proudění v látkových odlučovačích používaných v energetice.
Spolupráce s průmyslem JE Temelín - Měření rychlostí a vizualizace proudění na sběrném ústrojí generátoru
4 BUDIČ
3
2
1 GENERÁTOR
Měření rychlostí a vizualizace v prostoru sběrného ústrojí generátoru byly provedeny za účelem zjištění rovnoměrnosti proudění v jednotlivých sekcích zařízení. Měření pomocí odběrů statického a celkového tlaku probíhalo přímo v oblasti mezi uhlíkovými kartáči a hřídelí.
Vizualizace byla použita pro zmapování proudění v prostoru sání ventilátorů v režimu spodního sání.
Spolupráce s průmyslem ARTECH - Návrh míchání skladovaného produktu v nádržích a geometrie ejektoru Cílem tohoto projektu bylo navrhnout technicky realizovatelný, efektivní a ekonomický způsob míchání skladovaného produktu tj. motorové nafty v nově navrhovaných podzemních nádržích o provozním objemu 35 000 m3
270 mm
Spolupráce s průmyslem ŠKODA POWER a.s. - Numerická simulace proudění v turbínovém stupni Byl proveden rozbor výsledků CFD simulací čtyř variant stupňů s prostorově tvarovanými rozváděcími lopatkami a porovnání s výsledky z experimentů. Následně bylo provedeno přelopatkování vzduchové turbíny novými profily rozváděcích i oběžných lopatek. Počet lopatek byl upraven na 42 rozváděcích + 56 oběžných (CFD simulace 3RL + 4OL)
Spolupráce s průmyslem Další řešené spolupráce s partnery z průmyslové sféry Benekovtherm, s.r.o. VÚHU, a.s. ECM Ecomonitoring Dalkia Česká republika ČEZ a.s., JE Dukovany SIGMA GROUP a.s.
UJV Řež a.s., I+C Energo a.s. FANS, a.s. E.ON Česká republika
Spalovací zkoušky při spalování směsných paliv Spalovací zkoušky směsných paliv Gravimetrie prachu Stanovení cejchovních křivek biomasy, provozní měření spalovacích zařízení Stanovení ukazatelů spolehlivosti zařízení Analýza spolehlivosti čerpadel TEMELÍN, čerpadel TUŠIMICE II a čerpadel MĚLNÍK III Rozklad řízení napájecího čerpadla Analýza kritičnosti poruch čerpadla Optimalizace řídícího systému příhřevu páry Vypracování modelu technolog. komponent Metodika sběru dat a statistického vyhodnocení. Měření rozstřikových charakteristik Odborná školení v oblasti elektroenergetiky
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Zařízení pro měření deformací materiálu Typ: Užitný vzor Dílčí cíl: V003 – Zvládnutí experimentálních metod Rok: 2007 Zařízení pro měření elastických i trvalých délkových deformací pevných látek a materiálů s přesností srovnatelnou s měřeními prováděnými v laboratorních podmínkách. Deformace materiálu se zjišťuje prostřednictvím změny vzdálenosti mezi nejméně dvěma měřicími body umístěnými na povrchu materiálu. Před a po deformaci se provede optický záznam a poté se změří přesná vzdálenost mezi vrcholy měřících tělísek z optického záznamu.
3 2
1
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Zařízení pro měření rychlosti a velikosti transparentních sférických částic Typ: Užitný vzor Dílčí cíl: V003 – Zvládnutí experimentálních metod Rok: 2008 Předmětem právní ochrany je zařízení pro měření velikosti a rychlosti transparentních sférických částic. Měřicí systém se skládá z laseru, který osvětluje měřenou rovinu a kamery se speciálním objektivem. Velikost částic je stanovena z prostorové frekvence interferenčních obrazců.
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Geotermální elektrárna / teplárna Typ: Užitný vzor Dílčí cíl: V004 – Soustředění poznatků o netradičních, alternativních a perspektivních zdrojích energií Rok: 2008 Technické řešení se týká geotermální elektrárny / teplárny s parním Rankine - Clausiovým oběhem propojené s druhým zdrojem tepla tvořeným plynovou turbínou.
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Žaluziový systém pro chladicí věže – ruční pohon Typ: Prototyp Uživatel: Chladicí veže Praha, a.s. Dílčí cíl: V002 – Optimalizace zařízení strojovny energetického bloku Rok: 2007 Žaluziový systém slouží k regulaci tahu chladicí věže, kdy zejména v zimních měsících je požadován nižší tah věže.
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Žaluziový systém pro chladicí věže – kombinovaný pohon Typ: Prototyp Uživatel: Chladicí veže Praha, a.s. Dílčí cíl: V002 – Optimalizace zařízení strojovny energetického bloku Rok: 2007 Žaluziový systém slouží k regulaci tahu chladicí věže, kdy zejména v zimních měsících je požadován nižší tah věže. Žaluziový systém se otevírá a zavírá pomocí zdvižné převodovky, která je poháněná elektromotorem.
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Experimentální trať pro výzkum eliminátorů kapiček Typ: Funkční vzorek Dílčí cíl: V002 – Optimalizace zařízení strojovny energetického bloku Rok: 2008 Experimentální trať je navržena s ohledem na použití anemometrických metod. Kombinací jednotlivých segmentů, lze vytvořit jak měřicí okruh pro testování eliminátorů, tak ukázkovou úlohu pro studenty bakalářského i magisterského studijního programu.
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název:
Generátor kapek pro kalibraci metody IPI
Typ: Funkční vzorek Dílčí cíl: V002 – Optimalizace zařízení strojovny energetického bloku Rok: 2008
Generátor je tvořen válcovitou skleněnou kapilárou uloženou v piezokeramické trubičce. Energie elektrického pulzu je tedy přenesena z piezokrystalu v podobě mechanické energie do kapaliny. Elektrickou řídící jednotkou je generátor pulzů s volitelnou šířkou, amplitudou a frekvencí.
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Synchronizační jednotka pro systém PIV pro měření za rotace Typ: Funkční vzorek Dílčí cíl: V003 – Zvládnutí experimentálních metod Rok: 2008 Jednotka umožňuje měření nestacionárních periodických dějů v širokém spektru frekvencí. V teoretickém návrhu bylo počítáno s maximální frekvencí zkoumaného děje v řádu kilohertz. Použití při reálných experimentech k ověření skutečných odezev na signály jednotlivých členů zkoumaného děje.
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Stend pro měření rozstřikových charakteristik Typ: Funkční vzorek Dílčí cíl: V002 – Optimalizace zařízení strojovny energetického bloku Rok: 2008 Zařízení pro měření a testování provozních parametrů rozstřikovacích trysek chladicích systémů. Výsledky měření na tomto zařízení jsou využívány k optimalizaci zavodnění chladicích věží.
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Model fluidního kotle FK1 elektrárny Tisová, 2007 Model uhelného kotle teplárny Malešice, 2007 Typ: Autorizovaný software Dílčí cíl: V001 – Analýza rozhodujících uzlů oběhů parních elektráren Software pro modelování statických provozních režimů fluidního a práškového kotle. Uplatnění při optimalizaci provozu kotle.
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Java knihovna termodynamických parametrů vody a vodní páry, 2007 Typ: Autorizovaný software Dílčí cíl: V002 – Optimalizace zařízení strojovny energetického bloku
Java knihovna termodynamických funkcí vody a vodní páry vychází z vědecké formulace IAPWS 1995. Parametry na mezi sytosti je možno počítat také z formulace IAPWS 1992. Knihovna je doplněna několika termodynamickými funkcemi z průmyslové formulace IAPWS IF 1997.
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Program pro návrh rovnoměrného rozstřiku vody v chladicí věži, 2007 Program pro výpočet průtoku chladicí věží, 2007 Typ: Autorizovaný software Dílčí cíl: V002 – Optimalizace zařízení strojovny energetického bloku Programy pro výpočet optimálního rozložení trysek a stanovení průtoku vody chladicím systémem.
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Software pro výpočet charakteristik přímé kompresorové lopatkové mříže, 2007 Software pro výpočet pohybu částic, 2008 Typ: Autorizovaný software Dílčí cíl: V002 – Optimalizace zařízení strojovny energetického bloku Software je určen pro výpočet charakteristik přímé kompresorové lopatkové mříže z dat získaných v průběhu experimentu. Software pro výpočet trajektorie částic pohybujících se ve známém rychlostním poli. Využíván je pro stanovení dráhy kapiček v eliminátorech chl. věží.
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Software pro zpracování snímků při vizualizaci proudění pomocí kouřové metody, 2007 Kompletace dat z PIV měření při použití více kamer , 2007 Typ: Autorizovaný software Dílčí cíl: V003 – Zvládnutí experimentálních metod Software pro zviditelnění oblastí proudění na snímcích z vizualizace proudění pomocí kouřové metody.
Aplikace umožňující snadněji spojovat snímky z PIV měření.
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Vyhodnocovací software pro nízkorozpočtové PIV, 2007 Vyhodnocovací software pro měření metodou IPI, 2008 Typ: Autorizovaný software Dílčí cíl: V003 – Zvládnutí experimentálních metod Software je určený pro vyhodnocování proudových polí naměřených nejen systémem LowCost PIV, je možné zpracovat data z externího systému.
Software slouží pro vyhodnocení velikosti transparentních sférických částic při použití modifikované měřicí metody IPI.
d a
b
c
f
e
Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009 Název: Řídicí program pro 2D posuv sondy a automatizovaný sběr dat, 2007 Software pro generování signálu generátoru syntetizovaného paprsku, 2007 Definice pohybu dvouosého traversačního zařízení, 2008 Typ: Autorizovaný software Dílčí cíl: V003 – Zvládnutí experimentálních metod Softwary pro vytvoření digitálního signálu různého typu, který je pomocí meřicí karty převeden do analogové podoby. Aplikace pro automatizovaný sběr dat a řízení pohybu sond.
Prodloužení projektu Centra PTSE Cíl prodlouženého projektu Centra v letech 2010-2011 Hlavním cílem Centra PTSE v letech 2010-2011 bude propojením zkušených výzkumných pracovníků, mladých pracovníků, doktorandů a studentů strojních fakult předních technických univerzit v ČR s významnými průmyslovými podniky z oblasti energetiky a za využití špičkových experimentálních a numerických metod přispět k dalšímu zvyšování efektivnosti nově budovaných a rekonstruovaných energetických bloků a k redukci jimi způsobovaných ekologických dopadů. Řešení projektu Centra je v nadcházejícím období rozděleno do deseti dílčích cílů, které jsou dále členěny na 32 aktivit. Dílčí cíle a vnich plánované aktivity tematicky navazují na činnosti řešitelských týmů v letech 2006-2009 a dále je rozvíjejí. Projektový tým zůstává nezměněn, na řešení projektu se budou i nadále podílet pracovníci všech čtyř vysokých škol, tj. • • • •
České vysoké učení technické v Praze Fakulta strojní Technická univerzita v Liberci Západočeská univerzita v Plzni Vysoká škola báňská-Technická univerzita Ostrava
Prodloužení projektu Centra PTSE Dílčí cíle prodlouženého projektu V005 Využití moderních optických metod pro optimalizaci parametrů dvoufázového proudění v průtočných částech lopatkových strojů. V006 Komplexní výzkum a optimalizace parametrů chladicích věží. V007 Aplikace moderních technologií v oboru alternativních zdrojů energie. V104 Termokinetické vlastnosti uhlí pro moderní bloky. V105 Výzkum koncepčního řešení separačního parogenerátoru. V204 Teoretický a experimentální výzkum vibrací elementů zařízení parního okruhu a metod jejich omezení. V205 Výzkum a optimalizace procesů a zařízení v systémech ventilace a odvodu spalin energobloku. V206 Výzkum a optimalizace průtočných částí zařízení parního okruhu energobloku V303 Aplikované metody spolehlivosti. V304 Perspektivní metody řízení tepelných elektráren v prostředí deregulovaného trhu a spolupracujících alternativních zdrojů.
Centrum PTSE – kontaktní údaje
odpovědný řešitel:
Prof. Ing. Jiří Nožička, CSc.
[email protected] tel: 224 352 580
adresa:
Technická 4, Praha 6, 16607
www:
ptse.fs.cvut.cz
