Přeskočit na hlavní obsah
Přeskočit hlavičku

Projekt Centrum energetických a environmentálních technologií – Explorer je spolufinancován Evropskou unií. 

logo_EU

CEETe je inovačním polygonem, který představuje budoucnost energetiky a prostředí, odvrací se od fosilních paliv a zaměřuje se na udržitelnost.

CEETe je centrem nové generace spojující výzkum a vývoj mezisektorové spolupráce v oblasti udržitelné energetiky, jehož cílem je transfer inovačních technologií pro zajištění energetické soběstačnosti a surovinové nezávislosti v evropském kontextu.

ceete-nocni.jpg
Laboratoř energetických zdrojů

Systém bateriového úložiště je vybaven obousměrnými střídači o výkonu 250 kVA.

Jmenovitá kapacita baterie je 540 kWh, tak, aby bylo dosaženo použitelné kapacity 486 KWh při 90 % možností vybití (Depth of Discharge).

Střídač PCS – Power Conversion System:

Jedná se o modulární a obousměrný střídač, který může být vybaven maximálně 8 moduly o výkonu 62,5 kW pro dosažení jmenovitého výkonu 500 kW.

Pro budovu CEETe je střídač vybaven 4 moduly o výkonu 62,5 kW pro dosažení jmenovitého výkonu 250 kW.

Hlavní vlastnosti nabízeného střídače (PCS) jsou:

  • Modulární konstrukce a široký rozsah výkonu v jedné rozváděčové skříni
  • Funkce obousměrného střídače
  • Funkce „Grid-support“
  • Více DC bateriových stringů, různé možnosti aplikace pro mix baterií

Bateriové články jsou seskupeny do svazku baterií. Ty jsou seskupeny do
bateriového modulu. Společně se systémem správy baterií BMS (Battery Management System) jsou tyto akumulátory namontovány do racku. Několik racků tvoří systém bateriového úložiště BESS.

Baterie v laboratoři mají následující technické údaje:

  • baterie 38,4 V 128 Ah moduly (38,4 V 148 Ah) 1C vybíjení / minimálně 5000 cyklů při 50 °C v spolu s BMS a skříní.
  • Provoz s tzv. Grid-forming měniči (jednotka cca 50 kW)
  • Provozní teplota: 0 až 50 °C
  • (Rychlost: 1C pro vybití (nabíjení s průměrem 6 hodin se solární fotovoltaickou elektrárnou).
  • Cykly v rámci životnosti: minimálně 5000 plných cyklů nabíjení/vybíjení při 50 °C
  • Účinnost: > 96 %
  • Vlhkost prostředí: až do 90%
Laboratoř vodíkových technologií

Laboratoř je vybavena technologickým zařízením pro elektrolytickou výrobu vodíku a zařízením pro jeho zpětnou konverzi na elektrickou energii pomocí palivových článků.

Palivové články slouží k výrobě stejnosměrné elektrické energie a tepla na principu přímé přeměny plynného paliva a okysličovadla na elektrickou energii při katalytickém procesu podporujícího nevýbušnou a nehořlavou slučovací reakci. Jakožto palivo bude využíván čistý plynný vodík s definovanou čistotou a parametry a jako okysličovadlo bude využíván vzduch.

Moduly palivových článků resp. „stacky“ palivových článků využívají takových chemický a fyzikálních procesů, které odpovídají technologii založené na bázi polymerních protonových membrán a pro tuto technologii budou jednotlivé „stacky“ palivových článků konstrukčně uzpůsobeny.

V laboratoři jsou instalovány moduly nízkoteplotních palivových článků, které lze dle ustáleného mezinárodního názvosloví zařadit do skupiny palivových článků označovaných jako Palivové články s protonovou membránou, z anglického originálu „Proton Exchange Membrane Fuel Cells“, běžně označovaných jako palivové články typu „PEM“ nebo „PEMFC“.

V laboratoři LVT jsou navrženy systémy distribuce a měření technických plynů pro umožnění připojení palivových článků o instalovaném výkonu cca 100 kWe.

Předpokládaná instalace, sloužící pro výzkumné účely CEETe, v počtu 5 modulů („stacků“) v primárně sériovém elektrickém zapojení, o celkovém instalovaném výstupním výkonu 50 kW, sloužící pro výrobu elektřiny (a tepla) z dodávaného plynného vodíku o stanovených parametrech.

Elektrický výkon je prostřednictvím vazebního výkonového měniče, který je umístěný v dozorně laboratoře vodíkových technologií, vyveden na sběrnici střídavého proudu na napěťové hladině 3 x 230/400 V určené i pro další technologické celky CEETe. Produkované teplo (až 80 kWt) je odváděno především skrze vodní chladicí okruh s demineralizovanou vodou, o teplotním spádu 65/60 °C, jež bude rozdělen tepelným výměníkem na dvě části, přičemž sekundární část bude již součástí systému využití odpadního tepla pro účely budovy.

Vstupními médii pro palivové články budou:

  • zvlhčený reakční vzduch (až 5 x 500 Nl/min), dodávaný ze systému dodávky reakčního vzduchu dmychadly (kompresory),
  • plynný vodík (až 5 x 200 Nl/min), uskladněný v prostoru venkovní plnicí vodíkové stanice.

Inertizace palivových článků se bude provádět plynným dusíkem.

Elektrolyzéry slouží k produkci plynného vodíku o definovaných parametrech a kvalitě dle níže uvedené specifikace. Elektrolyzéry jsou principiálně založeny na principu elektrolýzy vody nebo vhodného vodného elektrolytického roztoku prostřednictvím technologie pevných iontových polymerických membrán.

V laboratoři jsou navrženy systémy distribuce a měření technických plynů pro umožnění připojení dvou typů elektrolyzérů o instalovaném příkonu max. 85 kWe.

Elektrolyzéry typu AEM jsou instalovány v několika volně stojících v modulárních vozících.

Z jednotlivých výrobních bloků bude vyrobený plynný vodík odváděn prostřednictvím separátních tlakových hadic potřebného počtu odpovídajícím ekvivalentu produkce vodíku, tedy 4 Nm3/blok.

Provozní produkce vodíku těmito elektrolyzéry je předpokládána ve výši min. 1 Nm3/h, (max. 8 Nm3/h) při přetlaku 30 bar, přičemž do potrubní trasy odvodu produkovaného vodíku je vřazen systém úpravy fyzikálních parametrů vodíku – odloučení zbytkové vlhkosti. Médiem (elektrolytem) pro výrobu vodíku je roztok demineralizované vody s 1% obsahem K2CO3 + KHCO3.

Okruh elektrolytu, který plní účel chlazení i zásobování reakční vodou bude při provozu elektrolyzérů AEM automaticky doplňován v množství 4 l/h pro každý výrobní blok, tedy celkově až 8 l/h. Okruh elektrolytu zajišťuje odvod tepla z jednotek elektrolyzérů s hodnotou 12 kWt při dodržení teplotní spádu 45/40 °C. V přívodní větvi tohoto okruhu, situovaného z větší části o patro výše (místnost strojovny VZT), bude tepelný výměník napojený na centrální zdroj chladicí vody CEETe. Vratná větev (z výstupu elektrolyzérů), obsahující kromě elektrolytu i elektrolýzou produkovaný plynný kyslík v množství min. 2 Nm3/h (max. 4 Nm3/h), bude zaústěna do beztlaké expanzní nádoby, z níž bude nahromaděný kyslík spolu s v nádrži vznikající vodní mlhou ventilátorem aktivně odvětráván mimo budovu. V nádobě bude dále zabudován elektrický ohřev pro fázi spouštění elektrolyzérů. Jejich inertizace se bude provádět plynným dusíkem.

Laboratoř termochemické konverze

Obecně je technologie plazmového zplyňování čistější a šetrnější k životnímu prostředí než běžné zplyňovací či spalovací procesy.

Plazmové zplyňování probíhá na základě termálního procesu, při kterém je odpad (nebo jiná vstupní surovina) vystaven extrémním tepelným podmínkám panujících v plazmatu, kdy se jedná o teploty až 2 000 °C.

Celkově se proces plazmového zplyňování skládá z několika kroků, mezi které lze zařadit vhodnou předpřípravu a dávkování vstupních surovin do plazmového zplyňovacího reaktoru, zplyňovací reaktor, čištění synplynu (případně separace jeho zájmových složek) a koncové využití energoplynu. Ten lze využívat např. pro výrobu syntetických paliv prostřednictvím Fischer-Tropschovy syntézy, pro výrobu elektřiny a tepla v kogenerační jednotce či např. k výrobě vodíku, který lze po důkladném čištění dále využívat v palivových článcích.

Jak již bylo zmíněno ke generaci termálního plazmatu slouží u plazmového zplyňování zařízení nazývané plazmový hořák či plazmatron. V současné době disponuje laboratoř plazmatronem o celkovém výkonu 150 kW a potřebným podpůrným systémem pro jeho fungování. Součástí vybavení laboratoře plazmatronu je vyvíječ přehřáté páry, chladící okruh, dopravník paliva, přívod oxidačního média, odpadní systém, zařízení pro vysokoteplotní filtraci, zařízení pro mokrou a alkalickou vypírku plynu, separační membránová technologie a další.

Energetický management budovy

Dodavatel: Schneider Electric
Typ: EcoStruxure™ Microgrid Advisor (EMA)

Vlastnosti

  • Snížení nákladů na energii, snížení uhlíkové stopy
  • zajištění spolehlivosti napájení z lokálních výrobních zařízení
  • Samostatný provoz, start ze tmy
  • Hladké přechody síť – Ostrov – síť
  • Stabilizace napětí a frekvence
  • Vyhlazování obnovitelných zdrojů nebo zátěží
  • Řízení špičkového zatížení

FVE

  • Umístění: východ, jih, západ
  • 5 střídačů, výrobce: Huawei Technologies, typ: SUN2000-40KTL-M3
  • Všude Instalovány optimizéry
  • celkový počet panelů 473 ks, Výrobce: JA Solar Holdings Co., Ltd., typ: JAM60S21-370/MR
  • Plocha panelů 883,7 m2
  • Předpokládaný měrný roční energetický zisk: 516,3 kWh/kWp
  • Předpokládaná roční výroba 90,505 MWh

Bateriové úložiště

  • Kapacita 500 kWh
  • Výrobce: Pylontech
  • Výkon střídače: 250 kVA
  • Výrobce: Schneider Electric

Záměr CEETe – Centrum Energetických a Environmentálních Technologií – explorer (dále také jen „CEETe“), je součástí integrovaného projektu CEET, což je ambiciózní projekt aplikovaného výzkumu technologií v energetice, jehož výstupem je vytvoření unikátního polygonu pro testování metod a technologií v oblasti moderní energetiky plně v souladu s principy cirkulární ekonomiky. CEETe je od začátku navrhováno v úzké spolupráci s potenciálními odběrateli plánovaných služeb podpůrné inovační infrastruktury tak, aby bylo v souladu s aktuálními trendy a potřebami aplikační sféry především z tradičních průmyslových oborů jako je energetika, metalurgie, strojírenství, doprava, ICT, odpadové a vodní hospodářství.

Název projektu Centrum Energetických a Environmentálních Technologií – explorer naznačuje průkopnickou a mobilní povahu centra. Hlavním záměrem projektu je instalovat unikátní kombinaci technologií a metod na termochemickou konverzi alternativních paliv a způsobů pro akumulaci a distribuci energií pro zajištění energetické a surovinové soběstačnosti s možností nalezení okamžité kombinace nejvhodnějšího způsobu konverze a distribuce energie a zároveň nabízet modulární, škálovatelný – „LEGO Systém“. Kromě tradičního pojetí poskytování služeb inovační infrastruktury v oblasti energetiky pracuje také s vodním hospodářstvím. Využívá alternativní a obnovitelné zdroje energie (např. fotovoltaika, větrná elektrárna, tepelná čerpadla, technologie pro termochemickou konverzi energií), přičemž zapojuje do procesu přeměny energie vodíkové hospodářství. Procesy jsou řízeny sofistikovaným distribuovaným řídícím systémem.

Projekt je unikátní také způsobem svého vzniku. Staví na zkušenostech všech stávajících výzkumných center univerzity zaměřených na energetiku a díky tomu si může dovolit vytýčit tak ambiciózní cíl, kterým je vybudování klíčové infrastruktury pro tak náročný úkol jako je zásadní energetická transformace hospodářství.

CEETe

Klíčová aktivita č. 1

Návrh unikátního polygonu nové generace, kterým je silně aplikační centrum transferu technologií s oporou o následnou robustní vědecko-výzkumnou kapacitu budovanou jako hlavní projekt CEET zaměřený na celý rozsah výzkumu vč. základního výzkumu až po související společenskovědní kapacity v rámci zastřešujícího multioborového projektu REFRESH.

Klíčová aktivita č. 2

Integrace a modernizace stávajících kapacit výzkumné energetické infrastruktury Vysoké školy báňské – Technické univerzity k rychlejšímu vybudování navrženého polygonu Energetika 4.0. Tato aktivita zahrnuje spolupráci stávajících center univerzity a intenzifikaci jejich spolupráce v rámci jednotného zastřešujícího subjektu. Na této aktivitě se podílí Centrum využití netradičních zdrojů energie (CENET), Výzkumné energetické centrum (VEC), Institut environmentálních technologií (IET) a Centrum nanotechnologií (CNT) s podporou dalších souvisejících VaV kapacit, především předním výzkumným, vývojovým a inovačním centrem IT4Innovations.

Koncepce projektu

Díky kombinaci známých technologií, z nichž některé jsou již na VŠB-TUO přítomny v rámci slučovaných výzkumných center, bude vyvinut unikátní modul v oblasti cirkulární ekonomiky v oblasti energetika, který je zamýšlen jako energeticky soběstačná jednotka na transformaci alternativních paliv na užitečné formy energie, včetně vodíkového hospodářství. Do projektu je již nyní zapojena řada průmyslových partnerů, díky čemuž by měla být nabídka služeb centra ušita na míru potenciálním klientům centra. Projekt bude mít díky svému přesahu řadu pozitivních externalit. Přirozenou součástí projektu bude všeobecná osvěta v oblasti cirkulární ekonomiky, energetického využití alternativních paliv, nakládání se srážkovou vodou a řízení energetických toků.

Hlavní cíl

Hlavním cílem předkládaného projektu CEETe je vybudování výzkumně-aplikační základny pro poskytování služeb technologického transferu a ověřování inovativních řešení při transformaci stávající energetiky na bezuhlíkové technologie s vazbou na efektivní cirkulární ekonomiku a rozvoj vodíkové energetiky.

Specifické cíle

  1. Vybudování unikátního objektu v souladu s principy udržitelné energetiky.
  2. Vybudování špičkově vybavené infrastruktury zahrnující všechna potřebná pracoviště energetické konverze.
  3. Vytvoření nabídky služeb inovačního a technologického transferu v oblasti moderní energetiky, zpracování alternativních paliv a jejich konverze k dalšímu využití.

Výše uvedené cíle předkládaného projektu CEETe jsou v souladu s cíli integrovaného projektu CEET, jehož posláním je podpora surovinové nezávislosti a energetického využití alternativních paliv, rozvoj energetické soběstačnosti a bezpečnosti ČR s využitím výsledků VaV, nových metod a prostředků v oblasti moderní energetiky 21. století a také komplexního multioborového zastřešujícího projektu REFRESH, který vnáší do agendy centra také společenskovědní rozměr.

HARMONOGRAM REALIZACE

termíny zahájení a ukončení projektu, etapizace, popis jednotlivých etap

Harmonogram realizace projektu byl vypracován ve spolupráci se všemi zapojenými profesemi, a tudíž by měl být realizovatelný a nemělo by docházet k zásadnějších změnám. Jednotlivé aktivity jsou naplánovány s rezervami, aby v případě drobných zdržení nemuselo být řešeno změnové řízení. Projekt je etapizován, počítá se s třemi etapami. Předpoklad zahájení realizace projektu je 30.11.2020, předpokládané zahájení fyzické realizace projektu: 1.9.2021, předpokládaný konec realizace projektu je 30.9.2023, po kterém bude zpracována závěrečná zpráva a podána závěrečná žádost o platbu.