PTSE - Progresivní technologie a systémy pro … ěk Václav Ing. CSc. Asociace strojních inženýr ů, zástupce uživatele výsledk ů Duchek Karel Ing. Škoda Power s.r.o., zástupce

PTSE - Progresivní technologie a systémy pro energeti ku1M06059

Program výzkumu a vývoje „Výzkumná centra - 1M“Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy

Cíl projektuCílem 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 řešení1.3.2006 - 31.12.2009

Řešitelská pracovišt ě

České vysoké u čení technické v Praze Fakulta strojní - p říjemce řešitelské pracovišt ě - ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav mechaniky tekuti n a energetiky

Nožička Jiří Prof. Ing. CSc. - řešitel

Technická univerzita v Liberci - spolup říjemceřešitelské pracovišt ě - Technická univerzita v Liberci, Fakulta mechatron iky a

mezioborových inženýrských studií Tůma Libor Ing. CSc. - spoluřešitel

Západočeská univerzita v Plzni - spolup říjemceřešitelské pracovišt ě - Západočeská univerzita v Plzni

Vostracký Zdeněk Prof., Ing. DrSc., DrEng. h. c., Sen.Mem. IEEE - spoluřešitel

Vysoká škola bá ňská-Technická univerzita Ostrava - spolup říjemceřešitelské pracovišt ě - Vysoká škola bá ňská-Technická univerzita Ostrava, Výzkumné

energetické centrum Noskievič Pavel Prof. Ing. CSc. - spoluřešitelOchodek Tadeáš Doc. Dr. Ing. – spoluřešitel

Složení Rady centra

Bíža Karel Ing. Ústav jaderného výzkumu Řež, a.s., zástupceuchazeče

Bohátka Roman Ing. Ph.D. ALSTOM Power CZ, s.r.o., zástupce uživatele výsledků

Daněk Václav Ing. CSc. Asociace strojních inženýrů, zástupce uživatele výsledků

Duchek Karel Ing. Škoda Power s.r.o., zástupce uživatele výsledkůHavlis Jan Ing. FANS a.s., zástupce uživatele výsledkůKřížek Karel Ing. ČEZ a. s., zástupce uživatele výsledkůMařík Pavel Ing. ZVVZ ENVEN Milevsko a.s., zástupce uživatele

výsledkůNevěřil Jan Ing. SIGMA GROUP a.s., zástupce uživatele výsledkůNeumajer Václav Ing. AVO o.p.s., zástupce uživatele výsledkůNožička Ji ří Prof. Ing. CSc. České vysoké učení technické v Praze, Fakulta

strojní, řešitel – koordinátorOchodek Tadeáš Doc. Vysoká škola báňská - Technická univerzita

Ostrava, spoluřešitelTůma Libor Ing. CSc. Technická univerzita v Liberci, spoluřešitelVostracký Zden ěk Prof. Ing. DrSc. Západočeská univerzita v Plzni, spoluřešitel

Struktura financování Centra PTSE 2006 - 2009

Struktura řešitelského týmu Centra PTSE

Přehled spolupracujících podnik ů s Centrem PTSE

Česká p řenosová 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

V001Cílem je analyzovat rozhodující uzly oběhů parních elektráren, provést porovnání různých typů parních oběhů a formulovat jasná kritéria nutná pro dosažení co nejvyšší účinnosti elektrárny.

V002Optimalizace 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.

V003Zvládnutí experimentálních metod

V004Soustředění poznatků o netradičních, alternativních a perspektivních zdrojích energií, jejich ekologickém využívání a dopadech energetiky na životní prostředí, vytvoření informačního centra pro nejširší okruh uživatelů.

V101Souhrn kvalitativních parametrů uhlí pro nové bloky.

V102Matematický model ohniště uhelného bloku.

DÍLČÍ CÍLE ŘEŠENÍ – přehled I.

V103Studium a návrh koncepčního řešení bezemisního parního cyklu.

V201Výzkum prouděním vybuzených vibrací elementů energetických zařízení. Optimalizace zařízení s cílem eliminovat tyto nežádoucí vibrace.

V202Analýza systémů ventilace a odvodu spalin, výzkum a optimalizace ventilátorů pro provoz v energetice a systému čištění spalin.

V203Výzkum a optimalizace parametrů elektrické části energobloku s cílem zvýšit efektivnost a spolehlivost provozu.

V301Komplexní zajištění spolehlivosti

V302Pokročilé algoritmy řízení pro zvýšení efektivity provozu elektrárenského bloku a minimalizaci ekologických dopadů.

DÍLČÍ CÍLE ŘEŠENÍ – přehled II.

Dílčí cíle a aktivity jednotlivých spolu řešitel ů

ČVUT – strojovna s příslušenstvím, kondenzace, chladicí věže, ekonomické aspektyZČU – strojovna, ekologické aspekty provozu kotelny, přenos energieVŠB – oblast kotelny a jejího příslušenství, palivaTUL – 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


Modelové chladicí věže pro vývoj eliminátorů a výplní chladicích věží

Stanoviště pro měření rozstřikových charakteristik Trať pro určování tlakových ztrát


Mřížový tunel Laserový vibrometr PDV-100Pádová trubka

Analyzátor spalin Stirlingův motor

Pořízený hmotný majetek

ZČU - Laserový vibrometr PDV-100 s p říslušenstvím

Rok: 2006Cena: 799.680 ,- KčDodavatel: 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


VŠB - Experimentální za řízení "Pádová trubka"

Rok: 2006Cena: 900.000 ,- KčDodavatel: 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 %


VŠB - Analyzátor emisí

Rok: 2006Cena: 719.000 ,- KčDodavatel: 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).

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

ČVUT - High speed / time resolved PIV kamera a kontin uální laser

Rok: 2006Cena: 2 488 530 ,-KčDodavatel: Dantec Dynamics GmBH, Dánsko


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

Přehled investic

ČVUT - Pohonná jednotka pro p řestavbu aerodynamického tunelu Eifellova typu

Rok: 2007Cena: 193 500 ,-KčDodavatel: SIEMENS s.r.o.

Spolupráce s pr ůmyslem

ZVVZ Milevsko a.s.- Posouzení a návrh p řívodního potrubí k elektrostatickým odlu čovačům

Návrh a testování potrubí dopravujícího spaliny k elektrostatickým odlučovačům, optimalizace z hlediska rovnoměrného rozložení pevných částic a minimalizace tlakových ztrát.


Výzkum a optimalizace axiálních ventilátorů pro energetiku - numerické simulace proudění.

Numerické simulace dvoufázového proudění v látkových odlučovačích používaných v energetice.

ZVVZ Milevsko a.s.- - Počítačová simulace proud ění v odlu čovači a analýza systém ů ventilace


2BUDIČ GENERÁTOR

34 1

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.

JE Temelín - M ěření rychlostí a vizualizace proud ění na sb ěrném ústrojí generátoru


270 mm

ARTECH - Návrh míchání skladovaného produktu v nádrž ích 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


ŠKODA POWER a.s. - Numerická simulace proud ění 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)


Benekovtherm, s.r.o. Spalovací zkoušky při spalování směsných paliv VÚHU, a.s. Spalovací zkoušky směsných palivECM Ecomonitoring Gravimetrie prachuDalkia Česká republika Stanovení cejchovních křivek biomasy, provozní měření

spalovacích zařízeníČEZ a.s., JE Dukovany Stanovení ukazatelů spolehlivosti zařízení SIGMA GROUP a.s. Analýza spolehlivosti čerpadel TEMELÍN, čerpadel

TUŠIMICE II a čerpadel MĚLNÍK IIIRozklad řízení napájecího čerpadla Analýza kritičnosti poruch čerpadla

UJV Řež a.s., Optimalizace řídícího systému příhřevu páry Vypracování modelu technolog. komponent

I+C Energo a.s. Metodika sběru dat a statistického vyhodnocení.FANS, a.s. Měření rozstřikových charakteristik E.ON Česká republika Odborná školení v oblasti elektroenergetiky

Další řešené spolupráce s partnery z pr ůmyslové sféry

Výstupy z činnosti centra PTSE 2006 - 2009

Název: Zařízení pro měření deformací materiálu

Typ: Užitný vzorDílčí cíl: V003 – Zvládnutí experimentálních metodRok: 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.

1

32


Název: Zařízení pro měření rychlosti a velikosti transparentních sférických částic

Typ: Užitný vzorDílčí cíl: V003 – Zvládnutí experimentálních metodRok: 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.


Název: Geotermální elektrárna / teplárna

Typ: Užitný vzorDílčí cíl: V004 – Soustředění poznatků o netradičních, alternativních a perspektivních zdrojích energiíRok: 2008

Technické řešení se týká geotermální elektrárny / teplárny s parním Rankine - Clausiovým oběhem propojené s druhým zdrojem tepla tvořeným plynovou turbínou.


Název: Žaluziový systém pro chladicí věže – ruční pohon

Typ: PrototypUživatel: Chladicí veže Praha, a.s.Dílčí cíl: V002 – Optimalizace zařízení strojovny energetického blokuRok: 2007

Žaluziový systém slouží k regulaci tahu chladicí věže, kdy zejména v zimních měsících je požadován nižší tah věže.


Název: Žaluziový systém pro chladicí věže – kombinovaný pohon

Typ: PrototypUživatel: Chladicí veže Praha, a.s.Dílčí cíl: V002 – Optimalizace zařízení strojovny energetického blokuRok: 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.


Název: Experimentální trať pro výzkum eliminátorů kapiček

Typ: Funkční vzorekDílčí cíl: V002 – Optimalizace zařízení strojovny energetického blokuRok: 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.


Název: Generátor kapek pro kalibraci metody IPI


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.


Název: Synchronizační jednotka pro systém PIV pro měření za rotace

Typ: Funkční vzorekDílčí cíl: V003 – Zvládnutí experimentálních metodRok: 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.


Název: Stend pro měření rozstřikových charakteristik


Zařízení pro měření a testování provozních parametrů rozstřikovacích trysek chladicích systémů. Výsledky měření na tomto zařízení jsou využívány k optimalizaci zavodnění chladicích věží.


Název: Model fluidního kotle FK1 elektrárny Tisová, 2007Model uhelného kotle teplárny Malešice, 2007

Typ: Autorizovaný softwareDílčí cíl: V001 – Analýza rozhodujících uzlů oběhů parních elektráren

Software pro modelování statických provozních režimů fluidního a práškového kotle. Uplatnění při optimalizaci provozu kotle.


Název: Java knihovna termodynamických parametrů vody a vodní páry, 2007

Typ: Autorizovaný softwareDílčí 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.


Název: Program pro návrh rovnoměrného rozstřiku vody v chladicí věži, 2007Program pro výpočet průtoku chladicí věží, 2007


Programy pro výpočet optimálního rozložení trysek a stanovení průtoku vody chladicím systémem.


Název: Software pro výpočet charakteristik přímé kompresorové lopatkovémříže, 2007Software pro výpočet pohybu částic, 2008


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.


Název: Software pro zpracování snímků při vizualizaci proudění pomocí kouřové metody, 2007Kompletace dat z PIV měření při použití více kamer , 2007

Typ: Autorizovaný softwareDílčí cíl: V003 – Zvládnutí experimentálních metod

Aplikace umožňující snadněji spojovat snímky z PIV měření.

Software pro zviditelnění oblastí proudění na snímcích z vizualizaceproudění pomocí kouřové metody.


Název: Vyhodnocovací software pro nízkorozpočtové PIV, 2007Vyhodnocovací software pro měření metodou IPI, 2008


Software je určený pro vyhodnocování proudových polí naměřených nejen systémem LowCost PIV, je možné zpracovat data z externího systému.

a b c

d

e

f

Software slouží pro vyhodnocení velikosti transparentních sférických částic při použití modifikované měřicí metody IPI.


Název: Řídicí program pro 2D posuv sondy a automatizovaný sběr dat, 2007Software pro generování signálu generátoru syntetizovaného paprsku, 2007Definice pohybu dvouosého traversačního zařízení, 2008


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 2010-201 1

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 u čení technické v Praze Fakulta strojní • Technická univerzita v Liberci• Západočeská univerzita v Plzni• Vysoká škola bá ňská-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

odpov ědný řešitel: Prof. Ing. Ji ří Nožička, CSc.

[email protected]

tel: 224 352 580

adresa: Technická 4, Praha 6, 16607

www: ptse.fs.cvut.cz

Documents

PTSE - Progresivní technologie a systémy pro … ěk Václav Ing. CSc. Asociace strojních inženýr ů, zástupce uživatele výsledk ů Duchek Karel Ing. Škoda Power s.r.o., zástupce