Nezávislé informace o vědě a výzkumu

Výzkum vodních turbín: Češi stále mají co nabídnout

30. 7. 2018
Výzkum vodních turbín: Češi stále mají co nabídnout

Jihomoravské Blansko bylo po celá desetiletí centrem vývoje a inovací v oblasti strojů pro vodní energetiku. A zůstává jím dodnes. „Lidé se nás ptají, co ještě vymýšlíme na turbínách, když jejich vynálezy jsou staré více než sto let,“ říká Aleš Skoták, ředitel výzkumu a vývoje společnosti ČKD Blansko Engineering. Vysvětluje, že prostor pro vývoj je tu pořád značný.

Kromě vývoje, který souvisí s konkrétními komerčními zakázkami, se ČKD Blansko Engineering podílí také na dlouhodobějším výzkumu ve spolupráci s univerzitami.

Nároky na klasické vodní turbíny v současnosti rostou. Rozvoj dalších obnovitelných zdrojů, závislých na počasí – především fotovoltaiky a větrných elektráren – znamená velké zatížení pro přenosové a distribuční sítě elektřiny. A „stará dobrá voda“ – zvláště v přečerpávacích elektrárnách typu Dlouhých strání v Jeseníkách – stále více přebírá roli baterek celé soustavy. Nejenom to, od vodních turbín se očekává, že svůj výkon dokáží flexibilně přizpůsobovat momentálním požadavkům sítě. Ideálně v celém spektru, od nuly až po maximální výkon. Nebo – v případě energetického přebytku v síti – reverzní turbíny v přečerpávacích elektrárnách výkon naopak odebírají.

Společnost ČKD Blansko Engineering navazuje na výzkum a vývoj v někdejším strojírenském podniku ČKD Blansko – ve druhé polovině minulého století předním československém výrobci vodních turbín. Samostatná inženýringová firma vznikla v Blansku v roce 1996 a od roku 2014 je součástí nadnárodní skupiny ENERGO-PRO českého podnikatele Jaromíra Tesaře. Společně se slovinským výrobcem turbín Litostroj Power tvoří ČKD Blansko Engineering průmyslový pilíř energetické skupiny, jejímž původním byznysem je provozování vodních elektráren.

Se slovinským Litostrojem se inženýři z Blanska podílejí na desítkách projektů v Evropě, Asii, Africe i Americe – dnes především rekonstrukcí vodních elektráren. Účastní se ale i projektů výstavby nových hydroelektráren – například v Turecku, nebo zavlažovacích čerpacích stanic – zvláště v Indii.

Pružnější Dlouhé stráně

Pro příklad vývojového projektu, jehož výsledkem je větší výkonová flexibilita vodní turbíny – neboli, jazykem výzkumníků, „rozšíření jejího provozního pásma“ –, ale nemusíme chodit daleko za české hranice. Stačí zavítat do Dlouhých strání – známého turistického divu Česka a přečerpávací elektrárny s největšími reverzními turbínami v Evropě. Tedy turbínami, které zároveň dokáží čerpat vodu do horní nádrže elektrárny.

Po modernizaci první Francisovy turbíny Dlouhých strání v roce 2012, kterou zajišťovala právě společnost ČKD Blansko Engineering, je možné její výkon v turbínovém režimu regulovat od pěti do maximální úrovně 328 megawattů. Podobné to bude i v případě druhé turbíny, jejíž generální opravu realizují inženýři z Blanska společně s Litostrojem nyní.

„Dříve se podobné turbíny neprovozovaly ani pod 50 procenty jmenovitého výkonu,“ vysvětluje šéf výzkumu Aleš Skoták. „Pulzace a vibrace by totiž při takovém provozu překračovaly stanovené meze, provoz by byl velmi hlučný, neklidný a stroje by se rychle opotřebovávaly.“ Vývoj, který umožňuje tyto nežádoucí jevy potlačit – ostatně jako jakýkoliv další vývoj, jehož výsledkem může být nová turbína nebo rekonstruovaná turbína s vyšší účinností – se v Blansku uskutečňuje ve dvou fázích. V té první se „dostávají ke slovu“ speciální softwarové programy, v té druhé se už testují zmenšené fyzické modely vodních strojů v moderní hydraulické laboratoři.

Kouzlo je v lopatkách

Jak je možné dosáhnout vyšší účinnosti a flexibility turbín? Vývojáři v Blansku realizují tyto novodobé požadavky vhodným přizpůsobením tvaru lopatek oběžného kola turbíny, případně změnou jejich počtu. Stalo se tak i v případě reverzních turbín v Dlouhých stráních, kde je klíčovou součástí rekonstrukce právě výměna oběžného kola – vyrobeného ve slovinském Litostroji. „Počet lopatek se zvýšil ze sedmi na devět a změnou tvaru lopatek se nám skutečně podařilo celkově optimalizovat proudění vody. Nové kolo je optimalizováno, i co se týká jeho pevnosti. Vždy jde o to, jak ideálně sladit mechanické a hydraulické řešení,“ vysvětluje Aleš Skoták.

Firma z Blanska se podílela také na rekonstrukci obou Francisových turbín v elektrárně Lipno. Tam se nyní flexibilita jejich provozu pohybuje mezi 0 a 60 megawatty. Také díky novému řídicímu systému, vyvinutému příbramskou společností ZAT.

Společně s univerzitami

Kromě vývoje, který souvisí s konkrétními komerčními zakázkami, se ovšem ČKD Blansko Engineering podílí na dlouhodobějším výzkumu ve spolupráci s univerzitami. Cílem tohoto výzkumu je mimo jiné právě hledat způsob, jak rozšiřovat provozní pásmo vodních turbín. Hlavním partnerem blanenských inženýrů je v tomto ohledu Ústav fluidního inženýrství Viktora Kaplana VUT Brno.

„V Brně se zabývají teoretickými záležitostmi, na které samozřejmě tady v průmyslové firmě nemáte dostatek prostoru a kapacit,“ říká Aleš Skoták. Technická univerzita Liberec zase do těchto projektů přispívá speciálním laserovým měřením v blanenské laboratoři. Podobné projekty se realizují v rámci podpůrných programů technologické agentury TAČR, jako jsou například programy Centra kompetence nebo Epsilon.

Spolupráce inženýringové firmy z Blanska s Ústavem fluidního inženýrství se přitom netýká pouze výzkumu, ale také školství. Brněnský ústav je dnes v Česku prakticky jediný svého druhu a ČKD Blansko Engineering hledá své vývojáře právě mezi jeho absolventy.

Od Kaplana k ČKD

Propojení brněnského výzkumného pracoviště s firmou v Blansku má z historického hlediska symbolický charakter. Zatímco rakouský inženýr Viktor Kaplan se na začátku minulého století na vysoké škole technické v Brně zabýval výzkumem, který vedl k vynálezu nového typu vodní turbíny, do historie vodní energetiky na českém území se nedlouho poté zapsalo i Blansko.

První hydraulickou laboratoř vybudovali v Blansku ve dvacátých letech na tamní řece Punkvě. V roce 1927 se blanenské strojírny staly součástí proslulého československého koncernu Českomoravská – Kolben – Daněk (ČKD). V té době se už ve velkém pustily do výroby vodních a mlýnských strojů, další hydraulická laboratoř pak vznikla na řece Svitavě.

O budoucnost dalšího výzkumu v Blansku nemá Aleš Skoták žádné obavy. Bez vývoje by jednoduše nebyly projekty. ČKD Blansko Engineering by se nepodílelo na modernizaci Dlouhých strání, na dodávkách velkých závlahových čerpadel do Indie či na rekonstrukcích elektráren v Rakousku. Právě získání zakázek v elektrárnách Häusling v Tyrolsku a Limberg 1 v Kaprunu patří pro tandem Litostroj Power – ČKD Blansko Engineering k největším úspěchům z poslední doby.

Světová špička

Tím spíše, že Češi a Slovinci musí počítat s tvrdou konkurencí právě v německy mluvících zemích. Firmy ze skupiny Energo-Pro patří do světové špičky, mezi světovými lídry v tomto oboru najdeme také rakouský Andritz, německý Voith nebo americkou GE, která převzala příslušnou divizi francouzského Alstomu.

Blanenské firmě se před několika lety vyplatila investice do moderní hydraulické laboratoře. Aleš Skoták připomíná, že o nahrazení laboratoří čistě počítačovými modely se mluvilo už před více než patnácti lety. Všude na světě se ale ukazuje, že vývoj nových řešení pro větší projekty je nutné zajistit nejen odborníky využívajícími špičkový software, ale i následným ověřením parametrů a chování vodních strojů – ve zmenšeném měřítku na modelech v laboratoři.

 

Autor: Jan Žižka