Turbína se se superkritickým oxidem uhličitým o výkonu 10 MW. Kredit: Southwest Research Institute.

V dnešním světě stále ještě vyrábějí nejvíc elektrické energie parní turbíny, technologie stará 140 let. Ve Spojených státech se teď rýsuje pozoruhodný nástupce, turbína založená na superkritickém oxidu uhličitém. Měla by být mnohem levnější a přitom o 10 procent účinnější než klasické turbíny. Při stejném výkonu používá 10krát menší turbíny.

Elektrárna STEP. Kredit: Southwest Research Institute.

V americkém San Antoniu, stát Texas, byla právě dokončena pilotní elektrárna s novými turbínami STEP (Supercritical Transformational Electric Power). Jde o společný projekt výzkumného institutu Southwest Research Institute (SwRI), U.S. Department of Energy a společností GTI Energy a GE Vernova.

První funkční turbína se superkritickým oxidem uhličitým by se vešla na pracovní stůl, tedy pokud by byl vyztužený. Má výkon 10 MW, což postačuje pro zhruba 10 tisíc amerických domácností. Na rozjezd to není špatné a do budoucna se tohle jeví jako velmi slibná technologie.

Klasická parní turbína jaderné elektrárny. Kredit: Alexander Seetenky, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Oxid uhličitý se stává superkritickým, když jeho teplota přesáhne zhruba 31 °C a tlak 74 barů, což je 7,4 megapascalů nebo 73 fyzikálních atmosfér. V tomto bodě se oxid uhličitý přestává chovat jako typický plyn či kapalina a stává se plynem s hustotou kapaliny. Za tímto bodem dochází k tomu, že malé změny teploty vedou k velkým změnám hustoty oxidu uhličitého. Voda se rovněž může stát superkritickou, ale vyžaduje to teplotu přes 373 °C a tlak 220 barů, což je samozřejmě mnohem energeticky náročnější než v případě oxidu uhličitého.

Superkritický oxid uhličitý má takové vlastnosti, že ho to vyloženě předurčuje k produkci energie v uzavřeném systému. Turbína s touto látkou má velmi slušný potenciál dramaticky snížit náklady na vybudování a provoz generátorů, které spoléhají na teplo a na turbíny. S levnějším a menším zařízením je všechno snazší, včetně menšího pozemku, snazší údržby nebo snižování emisí.

Další zásadní výhodou turbíny se superkritickým oxidem uhličitým je mnohem pohotovější obsluha. Dosavadní prototypy pracují při teplotě kolem 700 °C a do plného provozu nabíhají asi 2 minuty. Srovnatelné klasické parní turbíny přitom startují asi půl hodiny. Díky tomu je turbína se superkritickým oxidem mnohem vhodnější pro práci v sítích s obnovitelnou energií, jejíž dodávky nebývají úplně stabilní.

„Superkritickou“ elektrárnu STEP ještě čekají dokončovací práce. Její tvůrci ale očekávají, že by měla být naplno spuštěna již příští rok (2024). Pokud se osvědčí a pokud nebude problém se zvětšením turbíny pro reálné provozy, mohla by turbína se superkritickým oxidem uhličitým brzy začít nahrazovat parní turbíny. Týká se to elektráren na fosilní paliva, stejně jako jaderných, geotermálních nebo solárních elektráren i dalších energetických zařízení.

Video: TECH SA: New turbine could change the way electricity is powered

Video: Hands On Supercritical CO2 Turbine Explained

Literatura

New Atlas 31. 10. 2023.