Kogenerační jednotka a fotovoltaická elektrárna pro výzkumné centrum

ABSTRACT: The unique laser research center ELI Beamlines is located in Dolní Břežany near Prague. Its high electricity demand led to the decision to equip the center with its own heat and power unit and a photovoltaic power plant. Together, these sources provide the center with almost 3 GWh of heat and 2,5 GWh of electricity.

VĚDECKÉ CENTRUM POBLÍŽ PRAHY

V Dolních Břežanech pár kilometrů jižně od Prahy bylo v roce 2018 postaveno vědecké centrum, které je první svého druhu v České republice. Název ELI Beamlines vystihuje podstatu této laboratoře: ELI = Extreme
Light Infrastructure, dodatek Beamlines označuje distribuci laserového svazku.

Centrum disponuje čtyřmi ultraintenzivními laserovými systémy, které pracují ve vzájemné součinnosti a díky svým vysokým špičkovým výkonům umožňují vědeckým týmům z celého světa provádět jedinečné experimenty. Každý z laserových systémů má jiné vlastnosti a zvládá jiné úkoly, navzájem se proto velmi dobře doplňují. Tyto čtyři základní lasery se nacházejí v přízemí budovy, jež byla vybudována tak, aby byla odolná proti jakýmkoliv pohybům či otřesům.

V podzemním podlaží budovy je pak vědeckým týmům k dispozici dalších pět experimentálních hal a pokročilá biologická laboratoř s koncovými stanicemi pro širokou škálu výzkumů. Mezi obory, které stojí v popředí zájmu externích i interních výzkumníků na ELI Beamlines, patří např. biologie, medicína, fyzika, chemie, materiálové inženýrství, vesmírný výzkum a nanotechnologie.

Uživatelské centrum provozuje svá laserová a experimentální zařízení hlavně pro vědecké pracovníky a pracovnice z jiných výzkumných institucí, univerzit a komerčních firem z celého světa. Ti si na základě schválené žádosti požádají o tzv. uživatelský čas na požadovaném vědeckém zařízení, v domluvenou dobu přijedou a zrealizují svůj experiment na zařízeních v centru.

Centrum však disponuje i svými vlastními vědeckými týmy: v současné době v něm pracuje přes 330 interních vědeckých pracovníků a pracovnic ze 30 zemí.

POSTAVENÍ VPRAVDĚ MEZINÁRODNÍ

ELI Beamlines je součástí evropské vědecko-výzkumné organizace ELI ERIC (ERIC je zkratka pro „European Research Infrastruc­ture Consortium“), která disponuje největší a nejvyspělejší infrastrukturou pro vysoce výkonné lasery na světě a globálního technologického a inovačního lídra v oblasti těchto systémů. ELI ERIC založila Evropská komise
30. dubna 2021.

Členy konsorcia jsou státy (nikoliv instituce), jež na provoz konsorcia vědecky i finančně přispívají. Kromě České republiky patří mezi zakládající členy Maďarsko, Itálie a Litva. Další dva státy, Německo a Bulharsko, jsou v konsorciu v pozici pozorovatelů s tím, že se v dohledné době stanou plnohodnotnými členy.

Další evropské (Španělsko, Portugalsko, Polsko, Švýcarsko a další) i mimoevropské země mají zájem o vstup do konsorcia v příštích několika letech a management centra s nimi vede intenzivní rozhovory.

Pohled na kogenerační jednotku dolnobřežanského areálu vědeckého centra

Zdroj: ELI Beamlines

ENERGETICKY „HLADOVÝ“ VÝZKUM

Vědci se v centru zabývají především zkoumáním interakce světla s hmotou při intenzitě, která je asi desetkrát větší než současné běžně dosažitelné hodnoty. Mimořádná vědecká práce s sebou nese extrémní energetickou náročnost. Provoz centra spotřebuje
15 GWh energie ročně, z toho 11 GWh elektřiny a 4 GWh plynu.

K vlastní dodávce energie dnes centru slouží kogenerační jednotka (KGJ) a 665
fotovoltaických panelů na střeše budovy.
KGJ o elektrickém výkonu 530 kW a tepelném výkonu 630 kW odstartovala svůj provoz 1. května 2024 a ELI Beamlines z ní odebírá nejen elektřinu, ale také teplo.

KGJ dosahuje plné účinnosti při současném využití elektrické i tepelné energie. Jak prohlásil Lukáš Dobeš, předseda rady sdružení COGEN Czech, „výhodou kogeneračních jednotek je jejich vysoká účinnost. Zatímco při samostatné výrobě energie z plynu dosahujeme účinnosti okolo 60 %, v kombinovaném cyklu, při společné výrobě elektřiny a tepla, se účinnost zvyšuje na více než 90 %. To znamená, že je možné mnohem efektivněji využít energii z primárního paliva k výrobě obou forem energie.“

KGJ, kterou dodávala na klíč společnost GENTEC CHP, zatím funguje k plné spokojenosti vědeckého centra. Zajistit by měla roční výrobu 2 228,7 MWh elektřiny a 2 919,4 MWh tepla. Při této výrobě je očekávaná roční spotřeba plynu v KGJ na úrovni 619 040 m³ a celková potřeba tepla ve výzkumném komplexu by měla být plně saturována vlastní výrobou.

„Kogenerační jednotka je umístěna venku, v intravilánu obce, tudíž zařízení musí splňovat hygienické předpisy ohledně hlučnosti. To nám podařilo zařídit vylepšením krytu kontejneru, a tak má KGJ při plném provozu hlučnost nižší než 40 dB. Kontejner má rozměry 7,5 x 2,4 x 9,9 metru a váží 17,2 tuny”, dodává Václav Klein, jednatel společnosti GENTEC CHP.

Dodávku elektřiny doplňuje fotovoltaická elektrárna (FVE) o výkonu 312,8 kWp, která je umístěna na střeše budovy. Roční dodávka elektřiny z FVE je odhadována na 310 MWh. S ohledem na charakter obou typů zdrojů jde o výborný doplněk ke KGJ, která vyrábí především v chladnějších obdobích roku (zejména v zimě, kdy je největší odběr tepla), zatímco většina výroby z FVE probíhá v letních měsících.

Přesto se však výzkumné pracoviště bez dodávek z veřejných sítí neobejde, obzvlášť v případě elektřiny. Celkovou potřebu elektrické energie v areálu (11 GWh) totiž nedokáže ani aktuální kombinace KGJ a FVE zdaleka plně uspokojit.

Zdroj: ELI Beamlines

BEZ DOTACÍ TO NEJDE

Centrum ELI Beamlines je zapojené do evropského projektu FlexRICAN, který je financován z prostředků EU v rámci programu Horizon Europe.

Tříletý projekt FlexRICAN, koordinovaný organizací ESS (European Spallation Source), má za cíl změnit vzorce spotřeby energie ve velkých výzkumných infrastrukturách po celé Evropě. Využitím široké odbornosti a zdrojů svých partnerů usiluje o vývoj udržitelných a flexibilních energetických řešení, která budou přínosem nejen pro evropskou energetickou síť, ale také pro místní teplárenské sítě.

K projektům v Dolních Břežanech se vyjádřil Roman Kuřátko, vedoucí oddělení stavební infrastruktury a informačních technologií ELI Beamlines: „Naše pracoviště je energeticky náročné. Největší část energie využíváme k zajištění vhodných podmínek pro vědecké technologie a realizaci experimentů. Z tohoto důvodu jsme se zaměřili na optimalizaci energetických řešení a zajištění efektivního a hospodárného provozu v dlouhodobém horizontu. Díky těmto aktivitám jsme dosáhli například 50% úspory tepla. Kromě toho jsme také využili fondy EU k zajištění dodávky energie pomocí udržitelných zdrojů.“

K tomuto vyjádření se sluší už jen dodat investiční náročnost. Celkové investiční náklady na KGJ dosáhly 26,27 milionu korun, z čehož 22,33 milionu pokryla investiční dotace. Investice do FVE činila 11,64 milionu a byla kompletně hrazena z dotace.

Kogenerační jednotka pro ELI Beamlines 

Zdroj: ELI Beamlines

PŘÍKLAD HODNÝ NÁSLEDOVÁNÍ

Věda a výzkum jsou nutné pro zajištění konkurenceschopnosti, a tak by mělo být prvořadým úkolem všech vlád zajistit, aby byly prostředky v této oblasti efektivně a účelně vynakládány. Vědeckých pracovišť je v ČR celá řada; některá provádí primární, některá aplikovaný výzkum, nicméně velká část z nich má spíše lokální význam.

Oproti tomu ELI Beamlines je pracoviště s celoevropským, a dokonce by se dalo říct světovým, významem – a právě takových pracovišť potřebujeme do budoucna
co nejvíce. Pokud se navíc budou schopna úsporně vypořádávat se svými energetickými potřebami, tím lépe.