Kdy budou stát 3 nové paroplynové elektrárny?

Tři nové velké paroplynové elektrárny se mají stát stabilními zdroji při očekávaném rozvoji zelené energetiky a ukončení provozu uhelných elektráren. Loňská analýza očekávaného vývoje domácí energetiky – takzvané Hodnocení zdrojové přiměřenosti, kterou každoročně zpracovávají specialisté České energetické přenosové soustavy (ČEPS), předpokládá, že se Česká republika už napřesrok stane z vývozce elektřiny jejím dovozcem. A už ve 30. letech bude dovoz elektřiny překračovat limity stanovené předchozími vládami.

Paroplynové elektrárny jako záloha OZE

Analýza ČEPS s výhledem do roku 2040 nastiňuje možné směry vývoje energetiky včetně posouzení rentability výroby elektřiny z uhlí při rostoucímu podílu solárních a větrných elektráren. Pro zálohování nově budovaných obnovitelných zdrojů s nestabilní výrobou elektřiny závislou na počasí budou potřeba snadno regulovatelné spolehlivé výrobny. Proto kromě plánovaných jaderných bloků ČEPS navrhuje vybudovat do roku 2030 tři velké paroplynové elektrárny.

Paroplynové elektrárny se vyznačují vysokou flexibilitou, lze je spustit v řádu minut a jejich výkon následně regulovat podle potřeby. S jejich využitím je tak možné operativně reagovat na výkyvy způsobené proměnlivou spotřebou elektřiny či nárazovou (ne)výrobou z obnovitelných zdrojů a stabilizovat elektrizační soustavu. V porovnání s uhelnými elektrárnami, které mohou plnit podobnou úlohu, vykazují také nižší emise CO2. Zatímco uhelné produkují na 1 MWh elektřiny přibližně tunu CO2, paroplynové elektrárny podle typu 400-650 kg a zcela u nich odpadají emise pevných částic.

Nicméně žádný ze scénářů analýzy ČEPS nepředpokládá odstavování uhelných elektráren před rokem 2030. Majitel Skupiny Sev.en, Pavel Tykač, se přitom nechal slyšet, že chce své dvě uhelné elektrárny Počerady a Chvaletice z důvodu nerentability odstavit už na jaře 2025. Dekarbonizace tak v České republice bude zřejmě proti očekáváním rychlejší. Výstavbu paroplynové elektrárny je sice možné realizovat v rozmezí 30 až 40 měsíců, pokud ale k podobnému kroku jako Tykač přistoupí i další provozovatelé uhelných elektráren, bude Česko muset velmi brzy začít dovážet elektřinu v mnohem větších objemech, než kdokoli predikoval.

Princip fungování paroplynové elektrárny

Paroplynové elektrárny prostřednictvím tepelné energie uvolňují chemickou energii vázanou v palivu, aby ji převedením na mechanickou přeměnily na elektrickou energii. Využívají k tomu takzvaný paroplynový cyklus, což jsou dva okruhy – parní (s Caluse-Rankinovým cyklem) a plynový (s Braytonovým cyklem), propojené spalinovým kotlem.

Fakticky správnější by bylo nazvat celý proces plyno-parovým, protože chronologicky vzato je nejprve v akci plyn, případně kapalné palivo jako mazut, lehký topný olej nebo petrolej, a až ve druhé fázi pracuje pára. Zůstaneme ale u zažitého označení celé operace, která začíná tím, že se v rámci Braytonova cyklu předehřátý vzduch stlačený pro vyšší účinnost spalování na hodnotu 1,2 až 3 MPa vhání společně s palivem do spalovací komory. Spaliny o teplotě 800 až 1 450 ˚C vzniklé spálením této směsi jsou přiváděny do plynové turbíny, kterou roztočí, a tepelnou energii tak přemění na kinetickou. Generátor připojený na hřídel turbíny z ní pak vyrábí elektřinu.

Oběh je uzavřen výstupem spalin o teplotě 400 až 700 ˚C z turbíny přes spalinový výměník. Mohou být pro zvýšení účinnosti ohřáty na vyšší teplotu a pokračují do spalinového kotle, kde nastává Clause-Rankinův cyklus sestávající z několika vzájemně navazujících termodynamických dějů. Teplená energie spalin poslouží na přeměnu vody v páru o vysoké teplotě a tlaku, aby následně roztočila lopatky parní turbíny opět spojené pomocí hřídele s generátorem. Jeho pohybová energie se mění na elektrickou a výsledkem celého procesu je další vyrobená elektřina. Pára vystupující z turbíny se zchladí, zkondenzuje zpět na vodu a celý cyklus se opakuje.

Účinnost paroplynové elektrárny

Kombinace obou popsaných procesů umožňuje dosáhnout účinnosti paroplynové elektrárny na úrovni 42 až 58 procent, zatímco samostatně vykazuje plynový cyklus účinnost 28 až 38 procent a parní 28 až 42 procent. Pro porovnání, účinnost uhelné elektrárny se podle typu technologie a použitého paliva pohybuje v rozmezí 32 až 42 procent. Další výhodou paroplynové elektrárny oproti ostatním konvenčním zdrojům jsou nižší pořizovací náklady.

Paroplynové elektrárny v České republice

Největší z trojice našich paroplynových elektráren se nachází v areálu uhelné elektrárny Počerady. Její výstavba byla zahájena v roce 2010 a dokončena o tři léta později. Po rekonstrukci z roku 2021 dosahuje výkonu 876 MW. Její provoz je poměrně nákladný, a tak se spouští jen při výpadcích některé z velkých uhelných elektráren.

Už v roce 1996 byla postavena paroplynová elektrárna o výkonu 2×200 MW nedaleko Karlových Varů v obci Vřesová. Vyrábí elektřinu spalováním energoplynu vzniklého zplyňováním hnědého uhlí a je připravena i na zemní plyn. Při kondenzačním provozu parní turbíny dosahuje účinnosti 50,5 procenta, s využitím teploty spalin pro předehřev vody se její účinnost zvyšuje až na 54,5 procenta.

V areálu tepelné elektrárny Kladno také funguje paroplynová elektrárna s maximálním výkonem 60 MW schopná podle potřeby využívat zemní plyn i topný olej.