Nakon potpunog remonta stare elektrane sposobne su za veću proizvodnju, manje ugljičnog dioksida i brzu reakciju na promjenjive zalihe električne energije iz alternativnih izvora.

Učinkovitije i fleksibilnije

Borba za desetine postotka učinkovitosti vrijedna je truda, jer svaka desetina godišnje štedi i do 7.000 tona CO2 u velikoj elektrani, odnosno proizvodi sedam gigavat sati dodatne struje uz istu količinu resursa.  U isto vrijeme, elektrane na fosilna goriva moraju biti fleksibilnije jer se količina struje iz obnovljivih izvora energije povećava.

Već se projektiraju nove elektrane imajući na umu učinkovitost i fleksibilnost. Moderne elektrane na ugljen imaju električnu učinkovitost od 46 posto – 15 posto više od svjetskog prosjeka za tu vrstu elektrane. Elektrane s kombiniranim ciklusom (CCPP) postižu učinkovitost od čak više od 60 posto. Iako se elektrane na ugljen s izlaznom snagom od više od 350 gigavata (GW) grade tek u posljednjih pet godina, ukupni kapacitet svih takvih elektrana trenutačno je 1.600 GW. U nekim je državama omjer između novih i starih elektrana još nepovoljniji. Razlika postoji zbog dva glavna čimbenika: maksimalnoj temperaturi pare, koja u modernim elektranama može iznositi više od 600 °C, dok većina postojećih elektrana ima maksimalnu temperaturu od 500 °C, te turbinama, čiji se potpuni remont mora obaviti svakih 20 do 25 godina.

„U SAD-u je modernizacija više od 100 parnih turbina od 2000. godine uštedjela preko 20 milijuna tona CO2 godišnje”, izvješćuje Steve Welhoelter, koji koordinira globalne servisne usluge za Siemens Energy iz Orlanda. Siemens radi na modernizaciji ne samo svojih turbina, već i turbina drugih dobavljača. U prosjeku su elektrane u kojima je obavljen remont uspjele povećati proizvodnju električne struje za 4 posto, koristeći istu količinu goriva.

Elektrana na ugljen u Ibbenbürenu blizu Münstera svoju je maksimalnu izlaznu snagu nakon općeg remonta povećala za više od 10 posto. Nove komponente, kao što su asimetrične lopatice, uzrokuju puno manji gubitak protoka. Zahvaljujući novom dizajnu brtve za visokotlačnu turbinu, do 30 posto manje pare protječe neiskorišteno pokraj turbine. „Opći remonti dobar su način stvaranja dodatnog kapaciteta, osobito u područjima u kojima je za nove konstrukcije potrebno dugo za dobivanje odobrenja”, objašnjava dr. Norbert Henkel iz Siemensa, „Nadalje, također poboljšavamo pouzdanost te produžujemo uporabni vijek za 20 do 25 godina.”

Brže pokretanje

Kao rezultat uvođenja većih količina energije iz obnovljivih izvora u mrežu, velike elektrane na ugljen često rade pod djelomičnim opterećenjem. To uzrokuje smanjenje učinkovitosti jer je svaka turbina dizajnirana s idealnom radnom točkom – obično 95 posto nazivne snage. „Ako uspijemo tu točku bar malo pomaknuti, možemo poboljšati učinkovitost i prepoloviti vrijeme koje je elektrani na ugljen potrebno za pokretanje”, objašnjava Henkel.

Dok se u Njemačkoj na plinske elektrane gleda kao na idealan dodatak obnovljivim izvorima energije zbog njihove izrazite fleksibilnosti, u SAD-u su elektrane na ugljen istisnute zbog drugih razloga: One proizvode jeftinu struju jer je cijena plina znatno pala, uglavnom kao rezultat sve veće uporabe plina iz škriljevca.  Rastući broj radnih sati čini ih privlačnima za ulaganje u remont njihovih plinskih turbina. Na taj je način poboljšana fleksibilnost elektrane u Klamathu u Oregonu te je prepolovljena dodatna potrošnja goriva prilikom promjene opterećenja.

Ulazni zrak se sada zagrijava otpadnom toplinom iz turbine prije ulaska u plinsku turbinu, tako da rad za manja opterećenja uzrokuje pojačane emisije zagađivača. Izgaranje se odvija na višoj temperaturi, pa je tako potpunije.

No elektrane s kombiniranim ciklusom također mogu postati fleksibilnije ako se ubrza parni ciklus, koji je relativno spor u odnosu na izgaranje plina. Siemensov inženjer Erich Schmid proučava te procese. Ukupno 138 pojedinačnih patenata donijelo mu je naslov Siemensova izumitelja godine 2012. Njegove su ideje vezane uz brži prijenos topline kada je to potrebno, na primjer kratkim otvaranjem preopterećenog ventila na turbini i povlačenjem veće količine pare iz kotla kao rezultat smanjenja tlaka. Ili čak tako da se visokotlačna turbina ne opskrbljuje parom odmah nakon pokretanja, već se srednjotlačna turbina prvo dovede u puni zamah.

S pomoću tih mjera, izlazna snaga elektrana s kombiniranim ciklusom trebala bi se u budućnosti povećati za više od 30 MW po minuti. „U stvari samo trebate nekoliko ventila, nekoliko cijevi i mnogo softvera”, objašnjava Schmid, „Zbog toga se takvi sustavi mogu lako nadograditi.”