Energetika
Zvýšení účinnosti energetických systémů a rozvoj udržitelných procesů výroby energie s nízkými emisemi uhlíku jsou zásadní pro čisté životní prostředí. Tradiční model založený na neobnovitelných zdrojích energie není udržitelný. Proto je pro nás zásadní rozvíjet technologie potřebné k tomu, aby se zdroje využívaly efektivně a šetrně k životnímu prostředí a to nejen s ohledem na kvalitu života jednotlivce, ale také na konkurenceschopnost hospodářství.
Případové studie
-
SFÉRICKÁ ZRCADLA KONCENTRAČNÍ SOLÁRNÍ ELEKTRÁRNY
Měření tvaru sférických zrcadel koncentrační solární elektrárny pomocí fotogrammetrie
Projekt byl zaměřen na návrh a realizaci měření tvaru sférických zrcadel koncentrační solární elektrárny pro společnost Strojírny Bohdance a.s. Měření bylo provedeno pomocí fotogrammetrického systému Tritop. Bylo digitalizováno více jak 10 tisíc diskrétních bodů, které byly v podobě kruhových značek aplikovány na povrch všech měřených zrcadel. Získaná data umožnila analyzovat tvar jednotlivých zrcadel a zhodnotit, zda jejich parametry odpovídají parametrům garantovaným výrobcem. Měření sloužilo také k identifikaci skutečné polohy maximální koncentrace záření.
Cíl projektu
V posledních letech je vyvíjen nový typ koncentračních solárních elektráren, které jsou určeny zejména pro práci v oblastech s vyšší intenzitou přímého slunečního záření (DNI alespoň 1 800 kWh/m2 za rok). Tyto elektrárny se skládají z mnoha sférických zrcadel, které jsou rozmístěné na parabolické ploše tak, že odražené sluneční světlo z každého zrcadla je koncentrováno do jednoho bodu. V tomto bodě může koncentrované teplo dosahovat teploty i přes 3 000 °C. Teoretická účinnost koncentrační elektrárny tohoto typu byla vypočtena na 40 až 50 %. Ve skutečnosti se dosažitelná účinnost v současné době pohybuje kolem 34 %. Tradiční fotovoltaické panely jsou schopny na elektřinu přeměnit až 23 % dopadajícího slunečního záření. V průměru se ale účinnost většiny systémů pohybuje okolo 15 %. V tomto konkrétním případě je teplo do 800 °C převáděno na jiné druhy energie pomocí Stirlingova motoru. Jednou z možných příčin tepelných ztrát elektrárny je nedokonalý tvar použitých zrcadel. Proto byl realizován projekt, jehož cílem byla 3D digitalizace ploch zrcadel solárního koncentrátoru v toleranci měření: +- 0,15 mm.
Výzkum, vývoj a řešení
Fotogrammetrický systém Tritop byl pro realizaci měření zvolen z důvodu specifických podmínek, v nichž by jiné systémy neuspěly. Měření plochy o průměru cca 9 metrů probíhalo v exteriéru. Z tohoto důvodu bylo nutné uvažovat vlivy počasí (zejména změnu teploty nebo vítr). Dalším faktorem byla špatná dostupnost měřené plochy a její lesklý povrch. Na povrch každého zrcadla byly aplikovány tvarově přesné kruhové značky. Dále bylo navrženo uchycení měřítkových tyčí. Celé měření probíhalo za pomoci manipulátoru ve výšce 5 až 15 metrů. Výstupem projektu byly prostorové souřadnice měřených bodů ve formátu IGES a ASCI a závěrečná zpráva.
Dopad a výsledky projektu
V rámci projektu bylo navrženo a realizováno měření 25 054 souřadných bodů umístěných na povrchu sférických zrcadel solární koncentrační elektrárny. Bylo vytvořeno 156 snímků za použití 120 kódovaných značek a čtyř měřítkových týčí s délkami jeden a dva metry. Průměrná chyba měření polohy referenčních bodů byla menší jak 0,07 mm. Díky provedenému měření bylo zjištěno, že použitá sférická zrcadla nemají garantované parametry. Dále bylo stanoveno skutečné místo maximální koncentrace záření a optimalizována poloha kavity výměníku. V současné době probíhají další optimalizace, jejichž cílem je snižování tepelných ztrát.
Řešitel projektu za VUT v Brně
Finanční podpora
Prostředky průmyslového partnera, zadavatele projektu.
Řešeno pro
Zjistit více
-
DIAGNOSTICKÝ SYSTÉM PRO KOMPONENTY ELEKTRÁREN
Diagnostický komplex pro detekci úniků tlakových médií a materiálových vad tlakových komponent jaderných a tepelných elektráren
Projekt byl realizován ve spolupráci s firmou ZD Rpety, středisko Dakel Praha. Jeho cílem bylo vytvoření funkčního monitorovacího a diagnostického systému využívajícího nejen metodu akustické emise (AE), ale také znalostní databázi korelací mezi projevy AE a začínajícími úniky médií, únavovým poškozením a počáteční degradací materiálu.
Cíl projektu
Únava a degradace materiálu jsou podle dostupných statistik dominantní příčinou havárií tlakových systémů v energetice a v dalších průmyslových provozech, kde jsou využívány vysokotlaké systémy. U vysokotlakých systémů se jedná o dvě základní oblasti rizika – únik tlakových médií a poruchy materiálu s následnou destrukcí tlakového zařízení. Z technického i ekonomického pohledu je velmi důležité najít způsob, jak místo poškození včas, snadno, spolehlivě, za provozu a nedestruktivně lokalizovat, aby nedošlo k havárii.
V současné době je možné degradaci materiálu analyzovat pouze destruktivními metodami. Proto se hledá cesta, jak propojit znalosti o míře degradace materiálu s nedestruktivní metodou, která umožní stav vysokotlakých zařízení monitorovat, průběžně diagnostikovat a rizikové stavy předvídat. Na základě dosavadních zkušeností se ukazuje, že je pro daný účel vhodná diagnostická metoda využívající ultrazvukovou akustickou emisi.
Výzkum, vývoj a řešení
V rámci řešení projektu byl navržen a zkonstruován vícekanálový diagnostický systém AE pro provozní monitorování a diagnostiku tlakových nádob a rozlehlých potrubních celků v jaderné i klasické energetice. Na základě výsledků výzkumu a experimentálních prací byla vytvořena báze znalostí, která umožňuje propojit nástroje nedestruktivní diagnostiky využívající AE s poznatky o degradaci a poškození materiálu získanými s využitím optimálního spektra klasických destruktivních metod. Byl vytvořen diagnostický komplex AE umožňující vyhodnocování průběžného monitorování signálu AE v reálném čase pro monitorování provozních a predikci rizikových stavů vysokotlakých systémů v jaderné i klasické energetice.
Dopad a výsledky projektu
Z pohledu užití diagnostiky AE se jedná o další kvalitativní rozvoj této metody. Za zcela zásadní je možno považovat propojení diagnostického systému a znalostí databáze využívající principy umělé inteligence do monitorovacího systému pracujícího v reálném čase. Diagnostický komplex umožňuje vyhodnocování průběžného monitorování signálu AE v reálném čase při monitorování stavu a predikci rizikových stavů vysokotlakých systémů v jaderné i klasické energetice.
Řešitel projektu za VUT v Brně
Finanční podpora
Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO-TIP), Diagnostický komplex pro detekci úniků tlakových médií a materiálových vad tlakových komponent jaderných a tepelných elektráren, FR-TI4/602, 2012-2014.
Řešeno pro
