Témata
Reklama

Inovativní materiály pro energetiku

Jednou z nejvýznamnějších částí německého výzkumného programu MaTech, zabývajícího se novými materiály pro klíčové technologie 21. století a zahájeného v roce 1994, je výzkum inovativních materiálů pro energetiku, pro výrobu elektrické energie a její akumulaci a výzkum následného dopadu na životní prostředí. Právě zde již malá zlepšení vlastností materiálu mohou znamenat velký přínos v účinnosti využití primárních zdrojů a ve snížení zátěže životního prostředí.

Argumentace na podporu programu je jasná. Celosvětově potřeba energie stále stoupá. Od roku 1980 se výroba elektrické energie zvýšila o 66 %, především v rozvojových zemích, a stále stoupá. Jen v Číně bude v nejbližších desetiletích uvedeno do provozu o 300 % více nových kapacit, především na bázi fosilních zdrojů. Účinnost nových kapacit se též stává rozhodujícím obchodním argumentem, v němž technologicky nejvyspělejší země - USA, Japonsko a Spolková republika Německo - nechtějí zaostávat. Účinnější energetické systémy produkují i méně oxidu uhličitého. Zvýšení účinnosti o 2,5 % znamená snížení produkce CO2 o 7 %. Počítáno na výrobu energie v SRN, bylo by možno ušetřit emise 26 mil. tun CO2, celosvětově asi 1,5 mld. tun CO2 ročně.
Reklama
Reklama

Souvislost se studií Delphi ´98

Podíl obnovitelných zdrojů na výrobě elektrické energie je stále nízký. V SRN lze ale pozorovat vzestupný trend. Výroba proudu z vodních a větrných elektráren, fotovoltaik, spalování biomasy a odpadu se zde v roce 1998 meziročně zvýšila o 10 % a podílela se asi 5 % na celkové výrobě proudu v SRN v roce 1999. Podle studie globálního vývoje vědy a techniky Delphi ´98, provedené ústavem Fraunhofer Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung (ISI) v Karlsruhe, se dosáhne 10% podílu výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů (kromě výroby z vodních zdrojů) v SRN nejdříve v roce 2012, podle pesimistických odhadů až v roce 2025. Uvedení nesubvencovaných větrných elektráren s výkonem 1 MW a s investičními náklady pod 2000 DEM/kW na trh se předpokládá v letech 2002 - 2008. Vývoj amorfních solárních článků s účinností nad 15 %, životností nad 10 let a s cenou pod 4000 DEM/kWp, se předpokládá podle studie nejdříve v roce 2008.
Podle studie Delphi ´98 se s ohledem na hrozbu emisí CO2 předpokládá dosažení akceptace jaderných elektráren se zlepšenou bezpečností veřejností v Evropě v letech 2010 až 2020 s mediánem v roce 2015. Odpovědi respondentů ze všech oborů vědy a odpovědi odborníků z oblasti energie se zde velmi přibližují. Na využití jaderné fúze dojde až po roce 2025. Po roce 2015 by mělo dojít k návratu využití rychlých množivých reaktorů s uzavřeným palivovým cyklem a s vyřešením nešíření plutonia jako jaderné zbraně. Za zmínku stojí, že v 70. letech proběhl v Československu velmi úspěšný vývoj materiálů a komponent rychlých reaktorů - povlakových trubek na palivové články, parogenerátorů a armatur (ověřený v sovětských rychlých reaktorech BOR-60 a BN-350).
U elektráren spalujících fosilní paliva se pokládá za reálný vývoj extrakce CO2 ze spalin nejdříve po roce 2021, ale možnost jeho ukládání do vytěžených ropných a plynových polí (pokud technika extrakce bude k dispozici) bude reálnou již v roce 2015. Kombinované elektrárny s vysokoteplotními palivovými články a paroplynovým cyklem a účinností až 70 % by měly být na trhu mezi roky 2008 až 2018. Velké paroplynové elektrárny s velmi vysokou účinností a s teplotou na vstupu do turbíny více než 1500 °C se mají využívat již v letech 2004 - 2009.

Cíle programu MaTech

Též o tyto prognózy se opírají průběžné zprávy programu za období 1999 - 2000. Za efektivní považuje program MaTech vývoj materiálů pro zvýšení účinnosti tradičních kapacit; z tepelných elektráren spalujících hnědé uhlí se dosahuje netto účinnosti asi 43 %, ve stavbě je jednotka, která má dosáhnout 45 %. Elektrárny na černé uhlí dosahují asi 47 %. Celosvětovým cílem je zvýšení teploty páry na vstupu do turbíny na 650 °C, což umožní zvýšení účinnosti asi na 50 %. Naproti tomu se pracuje, především v Japonsku, USA, ale i v Německu, na vývoji superžárupevných ocelí na rotory, hřídele, tělesa, lopatky, armatury a potrubí. Pro realizaci technologického skoku s účinnostmi nad 50 % a s teplotou páry nad 700 °C dojde zřejmě k nasazení superslitin na bázi niklu i u těchto komponent. Nasazením jejich pokročilých typů a nasazením oxidy disperzně zpevněných superslitin (ODS) v plynových turbínách došlo v posledních letech k velkému pokroku a kombinace parní a plynové turbíny paroplynových elektráren dosáhne brzo účinnosti 60 %. Ale i jejich možnosti jsou omezeny, vývoj se ubírá k intermetalickým slitinám, keramice a kompozitům.
Ve vztahu k materiálům si program MaTech stanovil v oblasti energetiky následující cíle:
* zvýšení účinnosti u určených technologických procesů vyššími provozními teplotami a vyššími tlaky;
* vyšší výkon a vyšší životnost nasazených komponent;
* zvýšení hospodárnosti a konkurenční schopnosti energetických systémů vyšší spolehlivostí a pohotovostí a snížením výrobních a provozních nákladů a nákladů na údržbu;
* zlepšení vztahu energetických systémů k životnímu prostředí snížením spotřeby paliva a tvorby emisí.

Program a jeho projekty

Po pětileté práci na programu jsou práce zaměřeny na vývoj prvního stupně paroplynových zařízení, na plynovou turbínu s vývojem stávajících superslitin a nových materiálových systémů na bázi např. intermetalických slitin.
K realizaci nasazení superslitin při vyšších teplotách s cílem zvýšení hustoty výkonu a úspor energie je nutno u nich dosáhnout ještě vyšší pevnosti při tečení, odolnosti vůči tepelné únavě a vysokoteplotní korozi a vyšší strukturní stability. Zvláště lopatky s usměrněnou krystalizací a monokrystalové lopatky mají ještě vysoký potenciál zlepšení; problémem je jejich ekonomická výroba v délkách pro stacionární turbíny. V programu MaTech se proto řeší technologie chladnutí tekutými kovy LMC (Liquid Metal Cooling) v roztaveném cínu ve dvou projektech. Prvním je vývoj monokrystalových lopatek délky nad 450 mm pro optimalizaci plynových turbín pro teploty nad 1425 °C, druhým je vývoj technologie vysoce integrovaných segmentových lopatek nové generace s nižším podílem pájecích operací o 30 %. Oba projekty jsou řešeny v MTU Mnichov, Doncasters Precision Castings Bochum, BAM Berlín a na univerzitě v Erlangenu.
Nasazení titanaluminidů TiAl v leteckých turbínách a niklaluminidů ve stacionárních turbínách je možné, s ohledem na jejich nižší měrnou hmotnost, dobrou korozní odolnost a tuhost pro požadované vysoké otáčky a vysokou provozní teplotu. Vývoj materiálů typů NiAl-Cr27 (IP 27) a NiAl-Ta-Cr+Lavesovy fáze (IP 75) vede Siemens KWU s účastí H.C. Starck, Sintermetallwerk Krebsöge, Thyssen Guss a Max-Planck-Institut f. Eisenforschung Düsseldorf.
Jinou možnost zvýšení provozních teplot představují netavitelné bariérové povlaky na lopatky, spalovací komory a výměníky na bázi perovskitů, spinelů a pyrochloru ve vrstvách 0,1 - 0,5 mm, které by měly nahradit zirkoniovou keramiku na bázi ZrO2, která je funkční do teplot 1200 °C. Na vývoji pracují Siemens KWU, BMW - Rolls-Royce, TACR, EADS, H.C. Starck a univerzity ve Stuttgartu, Karlsruhe a v Erlangenu. Do této skupiny patří i bariérové povlaky pro ochranu proti oxidaci uhlíkových kompozitů vyztužených uhlíkovými vlákny (CFC), uvažovaných pro velmi vysoké teploty.
U monolitní keramiky a kompozitů s keramickou matricí vyztuženou dlouhými keramickými vlákny z oxidové i neoxidové keramiky (např. SiNBC) pro dlouhodobé použití (do 105 hodin) při teplotách nad 1400 °C, např. u spalovacích komor, převládá zdrženlivost pramenící z obav ze strukturních změn a korozních problémů.
Přestože výzkum materiálů pro energetiku není prioritou programu MaTech a činí pouze 7 % z objemu 1,3 mld. DEM celkového financování za roky 1994 - 1999 (z toho 770 mil. DEM z prostředků Spolkového ministerstva pro vzdělání a výzkum), jeho výsledky přispějí ke zlepšení technologické úrovně SRN, ke konkurenční schopnosti německého energetického strojírenství ve srovnání s USA a Japonskem, k očekávaným úsporám ve spotřebě primárních neobnovitelných zdrojů a snížení dopadů energetiky na životní prostředí i v celosvětovém měřítku.
Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 10104
Datum: 31. 01. 2001
Rubrika: Inovace / Věda a výzkum
Autor:
Firmy
Související články
Modernizace laboratoře pro měření emisí

Od listopadu 2011 je v Roztokách u Prahy otevřen objekt VTP Roztoky. Objekt o celkové ploše 4 200 m2 využívá pro k realizaci svých aktivit zejména Centrum vozidel udržitelné mobility (CVUM), založené při ČVUT v Praze, Fakultě strojní. Budova vznikala právě na základě požadavků vědeckých a akademických pracovníků z ČVUT, kteří hledali nové laboratorní a kancelářské prostory se záměrem vytvořit špičkové výzkumné pracoviště a navázat tak na projekty Výzkumných center spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka I, II, úspěšně řešené v  letech 2000 až 2011 pod vedením prof. Jana Macka. Záměr se podařilo realizovat také díky synergii projektů, využitých pro financování výstavby objektu a následně vybavení jednotlivých laboratoří. V loňském roce, sedm let po oficiálním otevření, byla realizována přístavba a obnova emisního vybavení v laboratoři s válcovou brzdou.

Mezi vědou a rodinou

S Mgr. Kseniyí Illkovou, Ph.D., mladou vědkyní působící v Praze, jsem se potkala při příležitosti předávání cen Wernera von Siemense. Získala totiž ocenění za vynikající kvalitu ženské vědecké práce. Na tom by jistě nebylo nic zarážejícího – vynikající práce byla oceněna, tak to bývá. Na první pohled však všechny přítomné zaujal doprovod mladé ženy – několikaměsíční miminko. A tak mě samozřejmě zajímalo, jak vlastně lze skloubit práci na špičkové úrovni a rodinu...

Podpora mezinárodního výzkumu

Inženýrská akademie České republiky, z. s., (IA ČR) je organizace sdružující odborníky, jejichž společným zájmem je podpora a rozvoj technických disciplín odrážející technické, ekonomické, sociální, environmentální a kulturní potřeby společnosti. Byla založena v roce 1995 a jedním z jejích hlavních úkolů je rozvíjet a propagovat technické vědy a sbližovat výzkumnou sféru se sférou průmyslovou. Toho dosahují mimo jiné naplňováním cílů projektů, jejichž jsou řešiteli. Jedním z těchto projektů je „Podpora mezinárodní spolupráce v inženýrském výzkumu“ programu EUPRO Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy, který bude ukončen koncem (byl ukončen v závěru???) roku 2016.

Související články
Inženýrská akademie ČR nabízí spolupráci, Sekce Strategie výzkumu a vývoje

Obecným posláním Inženýrské akademie ČR je odborná podpora rozvoje technických věd a technického školství a zejména využívání nových poznatků vědy a výzkumu a teoretických znalostí průmyslovou sférou. Cílem je přispívat k růstu ekonomického potenciálu a konkurenceschopnosti české ekonomiky. Specializované odborné sekce IA ČR sdružují přední specialisty daného oboru a poskytují expertní a poradenské služby. Vyjadřují se k závažným technickým řešením a rozhodnutím, která vycházejí z univerzitní oblasti, průmyslu, vládních i nevládních institucí. Na stránkách MM Průmyslového spektra jednotlivé odborné sekce představujeme.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Inženýrská akademie ČR nabízí spolupráci

Obecným posláním Inženýrské akademie ČR je odborná podpora rozvoje technických věd a technického školství a zejména využívání nových poznatků vědy a výzkumu a teoretických znalostí průmyslovou sférou. Cílem je přispívat k růstu ekonomického potenciálu a konkurenceschopnosti české ekonomiky. Specializované odborné sekce IA ČR sdružují přední specialisty daného oboru a poskytují expertní a poradenské služby. Vyjadřují se k závažným technickým řešením a rozhodnutím, která vycházejí z univerzitní oblasti, průmyslu, vládních i nevládních institucí. Na stránkách MM Průmyslového spektra jednotlivé odborné sekce představujeme.

Trendy v nabídce doprovodných služeb a v koordinaci podniku

V současné době se řada výrobních podniků snaží být konkurenceschopná ve využívání nejnovějších trendů, ale i vědeckých poznatků. Tyto jsou markantní zejména v oblasti technologické, ovšem nelze se upnout pouze na přijímání technologických novinek a přitom opomíjet ostatní obory, neboť i tyto mohou podnikatelům nabízet zásadní poznatky a mít vliv na celkovou úspěšnost daného podniku. O tom, že je prospěšné, jak pro zákazníka, tak pro samotný podnik nabízet doprovodné služby k dodávaným výrobkům (jako např. montáž, zaškolení, servis), je asi dnes už zbytečné hovořit. Tyto služby jsou dnes téměř všude samozřejmostí a nabývají na významu i v průmyslovém sektoru.

Inženýrská akademie ČR nabízí spolupráci Sekce stavebnictví a architektura

Poslání Inženýrské akademie ČR (IA ČR) spočívá v odborné podpoře a rozvoji technických věd a technického školství, jakož i aplikaci nových poznatků vědy a výzkumu. Naším cílem je přispívat k růstu ekonomického potenciálu a konkurenceschopnosti české ekonomiky. Tentokrát se zaměříme na stavebnictví a architekturu.

Mechanika na VŠ

V nynějším vydaní jsme o strukturovanou prezentaci požádali ústavy zaměřené na mechaniku a mechatroniku. Naši nabídku vyslyšelo pracoviště na Strojní fakultě v Brně.

Strojírenské konstruování na VŠ

V nynějším vydání jsme o strukturovanou prezentaci požádali ústavy zaměřené na výrobní stroje a komponenty. Naši nabídku vyslyšela pracoviště na strojních fakultách v Praze, Brně a Liberci.

Výrobní stroje a komponenty na VŠ

V nynějším vydání jsme o strukturovanou prezentaci požádali ústavy zaměřené na výrobní stroje a komponenty. Naši nabídku vyslyšela pracoviště na strojních fakultách v Praze a Ostravě.

Materiálové inženýrství na VŠ

V nynějším vydání jsme o strukturovanou prezentaci požádali ústavy zaměřené na výrobní systémy a techniku. Naší nabídku vyslyšela pracoviště na strojních fakultách v Praze a Brně.

Podpory výzkumu, inovací a podnikání

Vývoj hospodářství v Evropě je v posledních letech charakterizován četnými ekonomickými problémy (finanční krize, dluhová krize), které ve svých důsledcích znamenají stagnaci či jen křehké oživení. Většina evropských ekonomik si uvědomuje, že disproporci mezi disponibilními kapacitami a místní poptávkou může dlouhodobě řešit pouze exportem.

Vliv spolupráce a dalších inovačních aktivit firem na jejich úspěch

V posledních letech jsou hodně diskutovanými tématy inovace, jejich vliv na podnikání a nezbytnost firem inovovat. Dá se říci, že inovace jsou stavěny do pozice klíčové podmínky rozvoje firem a zvyšování jejich konkurenceschopnosti a produktivity. Částečně je to dáno tím, že některé firemní aktivity zahrnované mezi inovační aktivity patří k činnostem, které jsou pro úspěch na trhu těžko nahraditelné, jako například externí spolupráce i využívání různých informačních zdrojů. Inovačními aktivitami jsou pak rozuměny všechny výzkumné, technologické, organizační, finanční a marketingové kroky, které jsou určeny k zavedení inovace.

Veřejná podpora financování inovací

Před dvěma lety vznikla Evropská rada akademií aplikovaných věd, technologií a inženýrství (Euro-CASE) jako nezávislá nezisková organizace národních akademií inženýrství, aplikovaných věd a technologií z 21 zemí Evropy. Slouží pro stálé fórum výměny informací a konzultace mezi evropskými institucemi, průmyslem a výzkumem s cílem přispět k vytvoření vhodných podmínek v Evropě tak, aby zvýšila svou inovační výkonnost.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit