Chladící soustavy tepelných elektráren

Letošní léto dokázalo energetikům pěkně zatopit. Největší problémy v regionu střední Evropy způsobilo sucho v Polsku, kde se nedostávalo potřebné množství vody pro průtočné chlazení tepelných elektráren. Jednou z možností, jak obdobným problémům čelit, je technologie tzv. „suchého chlazení“. Existující možnosti chlazení tepelných elektráren nastiňuje následující článek.

Chladící soustavy představují v elektrárenských celcích významnou úlohu. Provoz chladícího okruhu, který zajišťuje kondenzaci páry, která odvedla práci na turbíně, zásadním způsobem ovlivňuje celkovou účinnost elektrárny.

Hlavním účelem chladící soustavy je tedy odvést odpadní nízkopotenciální teplo, které však může mít i další využití. V současnosti se využívají pro chlazení kombinace těchto principů:

• odpařovací systém s mokrým chlazením nebo suchý chlazený vzduchem
• otevřený nebo uzavřený cyklus chladícího média – u uzavřeného cyklu dochází k recirkulaci chladiva
• přímý nebo nepřímý – přímá chladící soustava obsahuje jeden tepelný výměník, nepřímá alespoň dva výměníky (primární a sekundární chlazení)

Princip fungování chladících systémů

Mokrá recirkulační otevřená přímá soustava s chladicími věžemi – v kondenzátoru je chladící voda vedena v trubkách na jejichž povrchu kondenzuje pára a předává své skupenské teplo chladící vodě. Takto ohřátá voda putuje do chladící věže, kde je tzv. sprchami rozstřikována a jak padá do sběrných nádrží, tak je ochlazována proudícím vzduchem. Pro proudění vzduchu v chladicích věžích se využívá komínového efektu. Tah v chladících věžích je buď přirozený, a nebo nucený. V systému s nuceným tahem je k zvýšení tahu využito ventilátorů.

Velikost takového chladícího systému může dosahovat úctyhodných rozměrů. Například v temelínské jaderné elektrárně je pro chlazení potřebné 36 000 metrů krychlový vody za hodinu, což znamená průtok vody v jedné z chladících věží 17,2 m³/s. Výška temelínské chladící věže je 154, 8 m, objem sběrné nádrže je 35 000 m³. Tepelný výkon každé z chladících věží je 1 100 MW a množství odpařené vody 413 l/s.

Průtočné chlazení se využívá především u elektráren, které leží na řekách s velkým průtokem nebo v přímořských elektrárnách. Voda z řeky či moře je vedena přímo do kondenzátoru, tam jí pára předá své skupenské teplo.
O několik stupňů ohřátá voda následně putuje zpět do původního zdroje. V případě tohoto systému je nutné dbát na to, aby vrácená ohřátá voda co nejméně narušila ekosystém v místě vyústění do vodního toku, či oceánu. Proto se pečlivě sleduje, zda v těchto místech nedochází ke zvýšení teploty, a jsou stanoveny limity, ve kterých se oteplení vody v těchto lokalitách může pohybovat.

Průtočné chladící soustavy jsou využívány především pro velké chladící výkony velikosti řádově stovek MWt. Průtok vody na uchlazení 1 MWt se pohybuje v rozsahu od 0,02 m3 .s-1 do 0,034 m3 .s-1. Při průtočném chlazení se dosahuje koncového rozdílu teplot v rozmezí 3 °C až 5 °C (koncový rozdíl odpovídá teplotnímu rozdílu mezi teplotou páry přiváděné do kondenzátoru a teplotou chladicí vody odváděné z kondenzátoru).

Suché chlazení

Tento systém využívá pro chlazení vody z kondenzátoru tepelné výměníky, ve kterých je voda vedena soustavou uzavřených potrubí a kanálků, které jsou ochlazovány pouze proudícím vzduchem. Vzhledem k nízké tepelné kapacitě vzduchu 1  kJ.kg-1.K-1 je spotřeba vzduchu na chlazení mnohem vetší než u mokrých systémů, proto je nutné zajistit jeho dostatečné množství, a tak je ve většině instalací tohoto systému využíván nucený tah pomocí ventilátorů.

Pro stejný výkon zabere suché vzduchové chlazení vždy větší plochu v porovnání se soustavou mokrého chlazení. Suché chlazení je také investičně náročnější. V energetice se proto používá suché vzduchové chlazení v případech, kdy je v místě výroby elektřiny nedostatečná dodávka vody pro mokrý způsob chlazení.

Využití technologie suchého chlazení ve světě

V roce 2007 byla otevřena 750 MW  uhelná elektrárna v australském Kogan Creek, která se nachází 4 km od uhelného dolu v poušti. Tato elektrárna byla umístěna do pouště právě pro blízkost zdroje uhlí. Nedaleko se také nachází vedení vysokého napětí a elektrárna v Kogan Creek má svůj strategický význam vzhledem k poloze na australském středo východě. Na australském východním pobřeží totiž žije zhruba polovina obyvatelstva tohoto kontinentu.

Pouštní elektrárna využívá pro výrobu elektřiny páru s nadkritickými parametry a pro chlazení je použito systému suchého vzduchového chlazení, tím tak spotřebovává o 90 % méně vody v porovnání s klasickou vodou chlazenou tepelnou elektrárnou.

Dalším zajímavým projektem i z českého pohledu je stavba dvou elektráren v JAR. Jedná se o elektrárny Medupi a Kusile každá s výkonem 4 800 MW. Pravě elektrárna v Medupi bude po svém dokončení největší elektrárnou na světě využívající systému suchého chlazení.

Na výstavbě elektrárny v Medupi se podílí Hutní montáže Vítkovice, jedná se o subdodavatelské práce v oblasti montáže tlakové části kotlů  pro společnost Mitsubishi Hitachi Power Systems Africa.

Chladící soustavy v českých elektrárnách

Mokrá recirkulační otevřená přímá soustava s chladicími věžemi je nejběžnějším způsobem chlazení v České republice na většině elektráren a velkých tepláren. Otevřená přímá chladící soustava (průtočné chlazení) se provozuje na dvou elektrárnách v ČR (elektrárna Hodonín a Mělník I). Suchou vzduchem chlazenou soustavu, která je uzavřená a k chlazení dochází nepřímo, využívají některé teplárny.

Reference: www.tzb-info.cz, CENIA Praha Pasportizace chladicích soustav v energetice ČR