Program obnovy uhelných zdrojů v ČEZ

Zjednodušené schéma výrobního bloku uhelné elektrárny

Komplexní obnova bloků představuje významnou výměnu zařízení (od turbín až po kotlová tělesa) a dalších technologických zařízení elektrárny. Vyžaduje vynaložení podstatně nižších investičních nákladů než na výstavbu bloků nových, avšak dosažení pouze dílčích zlepšení v oblasti účinnosti a ekologizace bloku, a je odůvodněná v případě prodloužení provozu o cca 25 let.

Zjednodušené schéma technologie výroby elektrické energie

Komplexní obnova bloků

První v pořadí je Komplexní obnova Elektrárny Tušimice II (KO ETU II - 4x200 MW), následuje Komplexní obnova Elektrárny Prunéřov II (KO EPR II - redukce z původních 5x210 MW na 4x200 MW) - opakování projektu ETU II. Zároveň probíhá příprava Nového zdroje 660 MW v Elektrárně Ledvice (NZ ELE). V Elektrárně Počerady uvažuje projekt využít zkušenosti z komplexní obnovy Elektrárny Tušimice II a uskutečnit retrofit tří 200 MW bloků (popř. výstavbu nového 660 MW bloku). Z důvodu nedostatku paliva v lokalitě nebo neefektivity udržování úrovně ekologických parametrů bude ukončen provoz 14 bloků. Kromě Elektrárny Tušimice I, odstavené již v roce 1998, hodlá ČEZ na přelomu let 2015 a 2016 zcela ukončit provoz Elektrárny Prunéřov I. Tato elektrárna by po roce 2015 bez zásadní rekonstrukce nevyhověla zpřísněným ekologickým parametrům podle nové legislativy. Navíc by pro ni na Dole Libouš nebyl na potřebnou dobu provozu dostatek uhlí. Dalším zařízením, které definitivně mezi léty 2015 a 2020 zastaví provoz (také především z důvodu nedostatku uhlí), je Elektrárna Mělník III. Podobný osud postihne i Elektrárnu Chvaletice, jejíž životnost je plánována jen do roku 2020. Z hlediska postupu prací na přípravě stavební části jsou dnes nejdále projekty KO ETU II a NZ ELE. Těmto dvěma projektům je věnován další podrobnější popis.

Elektrárna Tušimice II (ETU II) - stávající stav

Komplexní obnova Elektrárny Tušimice II

Počátek výroby elektřiny v lokalitě Tušimice se datuje do let 1963-1964, kdy zde byla uvedena do provozu Elektrárna Tušimice I, jejíž provoz byl již ukončen a je postupně likvidována (velmi zajímavý byl např. odstřel 200 m vysokého železobetonového komína).
Elektrárna Tušimice II se čtyřmi 200 MW bloky byla uvedena do provozu v letech 1973-1974. Areál ETU II je samostatný urbanisticko-architektonický celek v těsné blízkosti bývalé Elektrárny Tušimice I a v těsné návaznosti na hnědouhelný lom Libouš, odkud je elektrárna přímo zásobována palivem.
Dominantou stávající ETU II je budova hlavního výrobního bloku orientovaná ve směru východ-západ. Kolmo na tuto budovu podél její západní fasády probíhá páteřní komunikace elektrárny, orientovaná ve směru sever-jih.
Budova hlavního výrobního bloku se nachází na jižní straně areálu a skládá se z budovy strojovny, bunkrové stavby a kotelny. Na západní a východní straně jsou k budově strojovny přisazeny budovy dozorny a rozvodny. Budova strojovny má výšku 30,6 m, budova bunkrové stavby má výšku 52 m a budova kotelny 62 m. Výrobní blok je uspořádán do čtyř bloků, a ty dále do dvou dvojbloků.
Na budovu hlavního výrobního bloku na jižní straně (poblíž strojovny) navazuje prostor rozvodny VVN. Na severní straně hlavního výrobního bloku na kotelnu navazují objekty partie za kotli. Přímo za kotelnou je čtveřice elektroodlučovačů, které jsou kouřovody propojeny s objekty odsíření, odtud jsou v současné době odsířené spaliny odváděny kouřovody do 300 m vysokého komína, který dominuje partii za kotli. V rámci komplexní obnovy ETU II budou kouřové plyny nově odvedeny kouřovody o průměru cca 7 m do stávajících chladicích věží. Zkušenosti ze zahraničí i zpracovaná rozptylová studie potvrzují výhodnost tohoto řešení pro koncentrace případných emisí. Stávající 300 m vysoký železobetonový komín nebude po ukončení KO ETU II využíván a počítá se s jeho demolicí. Další významnou dominantou ETU II je čtveřice chladicích věží typu Itterson umístěných v jedné řadě. Železobetonové skořepiny chladicích věží mají tvar rotačního hyperboloidu o výšce 96 m.
V roce 2005 byl schválen koncepční projekt akce Komplexní obnova Elektrárny Tušimice II (KO ETU II), jehož cílem je modernizace technologie výroby elektrické energie na současnou světovou úroveň a zajištění provozu ETU II na dalších 25 let. Generálním dodavatelem akce KO ETU II je Škoda Praha Invest, s.r.o. V době vzniku tohoto článku probíhala výběrová řízení na dodavatele jednotlivých technologických a stavebních celků komplexní obnovy. KO ETU II proběhne ve dvou na sebe navazujících etapách - v každé z nich bude obnoven jeden z dvojbloků za současného provozu zbývajíciho dvojbloku. Zahájení prací se předpokládá v 6/2006 a jejich ukončení koncem roku 2010.
V rámci KO ETU II dochází k výměně technologických zařízení hlavního výrobního bloku (HVB) - to znamená kotelny, bunkrové stavby a strojovny, technologie odsíření kouřových plynů, veškerých kabelových vedení a elektrozařízení a kompletního systému kontroly a řízení elektrárny. Práce a dodávky zahrnuté do stavební části KO ETU II vyplývají téměř výhradně z potřeb obnovy technologických zařízení elektrárny a z potřeby prodloužení životnosti stavebních konstrukcí a objektů o dalších 25 let. Stavební část KO ETU II je rozčleněna do téměř 130 stavebních objektů.
Stavební práce je možno rozdělit do dvou základních skupin:
1) Úpravy stavebních objektů elektrárny, vynucené změnami technologických zařízení. Jedná se zejména o úpravy železobetonových základů turbogenerátorů všech 4 bloků nezbytné pro uložení nových turbín a generátorů, přizpůsobení stávající nosné OK kotle a kotelny novému kotli a jeho obslužným plošinám. Těmto pracím předcházely podrobné stavebně-technické průzkumy, včetně statického a dynamického posouzení konstrukcí a jejich dynamických zkoušek. Zajímavým problémem je prostup potrubí kouřovodů (průměr cca 7 m) skořepinou chladicí věže ve výšce cca 20 m nad terénem.
2) Potřebné opravy stavebních závad a opotřebení všech stavebních objektů elektrárny. Jedná se vesměs o údržbu, opravy a sanace stavebních objektů, vynucené jejich stářím téměř 35 let a potřebou zajistit jejich bezproblémovou funkci po dobu předpokládané životnosti obnovené ETU II (25 let). Tyto práce budou prováděny obvyklými postupy za provozu elektrárny i jednotlivých objektů. Projektová dokumentace pro stavební část byla v době vzniku tohoto článku na úrovni koncepčního projektu, do kterého jsou zapracovávány a upřesňovány požadavky vyplývající z postupně zpracovávaných dalších stupňů projektové dokumentace technologických celků elektrárny.

Elektrárna Tušimice II (ETU II) - stav po komplexní obnově

Elektrárna Tušimice II (ETU II) - stav po komplexní obnově - elektrofiltry, odsíření a vyvedení kouřových plynů do chladicích věží (vizualizace)

Řešení prostupu pro kouřovod v plášti chladicí věže
Asi nejzajímavějším stavebním problémem jsou otvory pro vstup kouřovodů (kompozitové potrubí o průměru cca 7 m), které je nutno provést na dvou ze čtyř chladicích věží. Samozřejmě při provádění těchto prací nesmí dojít k nežádoucím deformacím skořepin věží ani ke vzniku dodatečných namáhání těchto skořepin.
Tato problematika již byla v Česku úspěšně vyřešena a stavební práce byly s dobrými výsledky a bez problémů realizovány na Elektrárně Chvaletice.
Tvar prostupu pro vstup kouřovodu do pláště chladicí věže lze geometricky definovat jako průnik horizontální válcové plochy o průměru 8 m a rotačního hyperboloidu skořepiny tahového komína chladicí věže. Zřízení prostupu výše definovaného tvaru do pláště chladIcí věže bude provedeno v následujících krocích.
1) Provedení vnějšího přibetonovaného zesilujícího prstence, lemujícího prostup pro kouřovod, který má v bočním pohledu na plášť věže tvar kruhového mezikruží o vnějším průměru 15 m (tzn. o šířce mezikruží 3,5 m) a tloušťku 250 mm. Zesilující prstenec bude konstrukčně spojen se stávajícím betonem skořepiny pláště pomocí kotev z měkké výztuže, které budou vlepovány do vývrtů ve stávající skořepině - kotvy budou mít statickou funkci až do vnesení příčného předpětí prstence. Prstenec bude opatřen měkkou výztuží při obou površích.
Materiálově bude konstrukce zesilujícího prstence řešena z betonu tř. B30, výztuže 10 505 (R), kotev vlepovaných do vývrtů (např. pomocí technologie HIT-RE 500 od firmy HILTI). Úpravy povrchu stávajícího betonu, případná aplikace spojovacích můstků při betonáži a požadavky na betonovou směs s ohledem na minimalizaci smršťování betonu budou řešeny v realizačním projektu.
2) Spolupůsobení zesilujícího prstence se stávající skořepinou bude dle předběžného statického návrhu zajištěno příčným předpětím prstence pomocí 320 ks svorníků Ø32 mm, vyrobených z vysokopevnostní oceli používané pro předpínací tyčovou výztuž (např. ocel 13 180-74 MNSSZ, používaná na předpínací tyče HTP) a opatřených lisovanými (nikoliv soustruženými) závity pro matice M32. Svorníky budou rozmístěny v pěti řadách pravidelně po obvodu prostupu (16 ks/kvadrant) tak, že jednotlivé řady jsou od sebe navzájem vzdáleny 650 mm, první, resp. poslední, řada je umístěna 450 mm od vnitřního, resp. vnějšího, okraje zesilujícího prstence. Předpětí prstence bude realizováno nejdříve v době dosažení návrhové pevnosti betonu prstence.
3) Vlastní vybourání prostupu bude provedeno postupným odstraněním betonu stávající skořepiny uvnitř zesilujícího prstence pomocí speciálních pil. Postup odstranění (tzn. etapy bourání) bude navržen realizační projektovou dokumentací, která bude kromě výkresové dokumentace obsahovat statické posouzení vlastního vybourání, včetně výpočtové analýzy dynamických účinků, způsobených náhlou (skokovou) změnou vnitřních sil na hranici mezi původní konstrukcí a vyjímanou částí skořepiny z konečné hodnoty na nulu. Současně s vlastním kontrolním dynamickým výpočtem by mělo být navrženo rozmístění kontrolních bodů pro měření dynamické, popř. i statické odezvy na konstrukci chladicí věže tak, aby v průběhu realizace prostupu byly výsledky dynamických výpočtů k dispozici pro účely vyhodnocení měřených odezev (tzn. např. časové průběhy zrychlení, popř. rychlostí v kontrolních bodech).
4) Na závěr budou provedeny finální úpravy betonového povrchu prstence (nátěry), ochrana svorníků proti srážkové vodě (pomocí odnímatelných krytů) a jejich protikorozní ochrana.

Řešení prostupů v plášti chladicí věže, realizované v Elektrárně Chvaletice

Nový zdroj 660 MW v Elektrárně Ledvice (NZ ELE)

V roce 2006 byl schválen Záměr stavby pro Nový zdroj 660 MW v Elektrárně Ledvice. V současné době probíhají práce na zpracování Koncepčního projektu.
Elektrárna Ledvice leží na úpatí východní části Krušných hor, mezi lázeňskými městy Bílina a Teplice. Byla vybudována v letech 1966-1969 a měla celkový výkon 640 MW.
Hlavním účelem projektu NZ ELE je výstavba nového uhelného bloku v Elektrárně Ledvice jako součásti obnovy zdrojů ČEZ, a. s. Cílem je návrh stavebně technologického řešení bloku, které zajistí jeho ekonomicky efektivní provoz po dobu 40 let. Nový blok bude přímo dopravně napojen na produkci hnědého energetického uhlí dolu Bílina, bude umístěn ve stávajícím areálu elektrárny Ledvice a bude využívat resp. rozšiřovat již vytvořenou infrastrukturu elektrárny.
Nový zdroj je umístěn do oploceného areálu Elektrárny Ledvice s respektováním zejména geologických a geotechnických podmínek podloží a návaznosti objektů NZ na stávající hlavní výrobní zařízení. Prostor pro vybudování NZ ELE je z důvodu umístění ve stávající provozované elektrárně značně stísněný.
Podmínkou realizace nového zdroje je včasné uvolnění staveniště a realizace náhradních objektů a technologií pro zajištění provozu stávajících provozovaných bloků. Po dobu výstavby nového zdroje musí zůstat zachován provoz stávajících bloků 2, 3 a 4, a poté bloku 4 současně s novým zdrojem, až do ukončení jeho životnosti. Umístění nového bloku v generelu stávající elektrárny bylo ve vybrané variantě postupně precizováno s ohledem na podrobnější rozpracování a provázání všech technologických celků, zapracování výsledků projednání navržené koncepce s investorem a provozním personálem ELE, a na základě výsledků dalších průzkumných prací.
Základním podkladem pro umístění vlastního staveniště nového uhelného bloku do oploceného areálu byl stávající generel elektrárny. V areálu stávající Elektrárny Ledvice je volných ploch využitelných pro novou kompaktní výstavbu NZ o výkonu 660 MW k dispozici poměrně málo. Stísněnost je dána zejména těsnou návazností areálu na vyuhlený prostor Dolu Bílina, resp. rozhraním pevného podloží pro zakládání náročných objektů, a výsypkou tohoto lomu.
Umístění nového výrobního bloku a dalších hlavních zařízení NZ bylo situováno do severního prostoru areálu elektrárny se zalícováním strojovny NZ na úrovni stávajících bloků. NZ tak navazuje na odstavený blok B1 a vyvolává nutnost demolice stávajícího administrativně provozního objektu. V podélné ose NZ probíhající cca ve směru východ-západ jsou dále umístěny objekty kotelny, partie za kotli, odsíření a nové uhelné skládky. Pro kompaktnost řešení byla chladicí věž s přirozeným tahem umístěna do relativní blízkosti strojovny NZ, tj. do vnitřní části areálu za bloky B1, B2 a B3. Umístění NZ bylo v generelu postupně precizováno s ohledem na podrobnější rozpracování a provázání všech technologických celků a na výsledky dalších průzkumných prací. Významnou součástí výstavby NZ je vyklizení staveniště pro hlavní objekty nového zdroje a z toho vyplývající demolice některých stávajících objektů a provozů a jejich přesun do nových umístění.
Výstavba NZ ELE je rozdělena na 6 základních etap podle typu a účelu prováděných prací.

Elektrárna Ledvice - stávající stav

1. etapa - Demolice.
V této etapě stavby NZ jsou zařazeny stávající objekty určené k likvidaci bez náhrady. Předpokládá se zjednodušený postup přípravy a realizace.

2. etapa - Výstavba náhradních objektů.
Zde jsou zařazeny náhradní objekty a úpravy stávajících objektů potřebné pro přemístění stávajících pomocných provozů (sklady, dílny apod.), které je třeba z důvodu uvolnění staveniště pro NZ. v předstihu vybudovat, a následně demolice takto uvolněných objektů.

3. etapa - Uvolnění staveniště pro NZ
V této etapě stavby je zařazena výstavba náhradních objektů stávajícího technologického procesu (zauhlování, chemická úprava vody, administrativní budova apod.), které zajistí nepřerušený provoz stávajících bloků 2, 3 a 4 a současně umožní demolice původních objektů, nutné pro uvolnění staveniště a zahájení výstavby objektů NZ.

4. etapa - Výstavba nového zdroje.
Zde jsou zahrnuty veškeré objekty a technologické soubory NZ ELE vyjma těch, které jsou budovány v rámci 3. etapy. Vzhledem k těsným vazbám se pro 3. a 4. etapu předpokládá společné územní řízení a realizace každé z etap na základě vlastního stavebního povolení.

5. etapa - Vnější vlečka.
Tato etapa bude zahrnovat veškeré objekty a technologie související s realizací vnější příjezdní vlečky rekonstrukce bývalé trati ČSD. Předpokládá se samostatné územní a stavební řízení včetně další projektové přípravy a realizace.

6. etapa - Vyvedení elektrického výkonu.
Tato etapa bude zahrnovat veškeré objekty a technologie související s realizací vyvedení elektrického výkonu nového zdroje včetně jeho rezervního napájení. Předpokládá se samostatné územní a stavební řízení včetně další projektové přípravy a realizace.

V době vzniku tohoto článku probíhají závěrečné práce na Koncepčním projektu NZ ELE a připravuje se dokumentace pro územní řízení. Z toho plyne hloubka zpracování projektové dokumentace a zároveň nemožnost prezentovat detailní konstrukční řešení použitá při realizaci.

Elektrárna Ledvice - Nový zdroj 660 MW (vizualizace)

Elektrárna Ledvice - nový zdroj 660 MW, panoramatický pohled severní a západní(vizualizace)

Charakteristika základních objektů NZ ELE
Stavebně nejzajímavějšími a zároveň základními objekty nového zdroje jsou kotelna, mezistrojovna a strojovna (ty tvoří hlavní výrobní blok - HVB) a chladicí věž. Objekty HVB tvoří stavební celek, jehož jednotlivé objekty na sebe konstrukčně navazují, ale kotelna je od mezistrojovny a strojovny stavebně oddilatována. Tento princip je zachován i v systému speciálního zakládání HVB.

Kotelna
Stavba je dominujícím objektem NZ, jednak svými půdorysnými rozměry cca 88x83 m, ale především svou výškou (cca 148 m).
Konstrukčně sestává ze dvou železobetonových komunikačních věží a nosné ocelové konstrukce včetně konstrukcí podlaží a technologických plošin. Uvnitř kotelny bude umístěn kotel zavěšený na vlastní nosné ocelové konstrukci. Kotelna bude opláštěna kompletizovaným zatepleným obvodovým pláštěm.

Strojovna a mezistrojovna
Strojovna a mezistrojovna tvoří společný konstrukční celek o rozměrech cca 47x90 m s výškou cca 40 m. Nosná konstrukce je z ocelového skeletu s ocelovými konstrukcemi podlaží a plošin, opláštěná kompletizovaným zatepleným obvodovým pláštěm. Uvnitř strojovny je umístěna stolice turbogenerátoru. Mohutná základová stolice pod turbosoustrojí má rozměry cca 15/56 m. Vlastní základ tvoří železobetonová spodní deska na úrovni cca -8,5 m. Horní deska - stůl, na úrovni +15,0 m, je pružně uložena na sloupových a trámových konstrukcích.
Střední část tvoří sloupové konstrukce a jednotlivé plošiny. Celá stolice ze založena na pilotových základových konstrukcích zasahujících až do únosných geologických vrstev.

Chladicí věž
Chladicí věž je tvořena konstrukcí tvaru rotačního hyperboloidu (věž typu Itterson). Věž s přirozeným tahem bude realizována z železobetonové monolitické skořepinové konstrukce o celkové výšce max. 145 m. Vnitřní část věže bude opatřena speciálním nátěrovým systémem odolným proti agresivním vlastnostem kouřových plynů. V skořepinové konstrukci bude proveden otvor pro průchod spalinovodu a ve vnitřním prostoru věže bude nosná konstrukce pro jeho zaústění do osy věže. Otvor bude průměru cca 8 m, ve výšce cca 26 m. Vlastní skořepina je nesena soustavou železobetonových stojek umístěných po obvodě. Součástí věže je i vestavba chladicího systému s příslušenstvím.
Vzhledem k velikosti a hmotnosti objektů HVB (strojovna, mezistrojovna, kotelna, chladicí věž) byly významnými podklady pro návrh umístění NZ rešerše geologických a geotechnických podkladů z předchozích období, a zejména podrobný inženýrsko-geologický a hydrogeologický průzkum provedený v roce 2006.

Základové podmínky a založení objektů
V areálu elektrárny je území tvořeno:

• vrstvou antropogenních uloženin, proměnlivé mocnosti;
• lokálně vrstvou sprašových a písčitých plejstocenních hlín;
• terasovými písčitými a štěrkopísčitými sedimenty řeky Bíliny;
• polohou terciérních tuficitních jílů tuhé až pevné konzistence v hlubších partiích.

Podloží zde tvoří heterogenní směs zemin převážně hlinitého nebo jílovitého charakteru s příměsí štěrku, písku, úlomků uhlí nebo uhelného mouru různé konzistence. Pod touto vrstvou se nachází poloha bělošedého silitu s hojným obsahem pyritu a sideritovými konkrecemi (pelosiderit). Do těchto vrstev budou vetknuty piloty. Lze tedy konstatovat, že podmínky pro zakládání velmi rozměrných a hmotných objektů - zejména kotelna, mezistrojovna, strojovna a chladicí věž - jsou komplikované.
Založení objektů HVB a chladicí věže je navrhováno z velkoprůměrových pilot zasahujících až do geologicky únosných vrstev. Tyto pilotové konstrukce jsou součástí speciálního zakládání. Velkoprůměrové piloty, které jsou předpokládány o průměru cca 1200 mm, budou aplikovány místy až do hloubky cca 35 m pod terén. Provádění pilot bude realizováno pomocí výpažnic, které budou vytaženy. Piloty budou chráněny proti negativnímu působení agresivní spodní vody speciální recepturou betonové směsi.

Ostatní stavby
V případě ostatních objektů zařazených do výstavby NZ ELE se jedná z hlediska stavebních prací vesměs o rekonstrukce, případně novostavby jednoduchých halových objektů a sanace a opravy stávajících objektů za účelem prodloužení jejich životnosti. Tyto práce budou realizovány standardními postupy s využitím obvyklých technologických postupů.

Umístění nového uhelného bloku (vyznačeno barevně) do stávajicího generelu elektrárny

Závěr

Práce na obou projektech jsou v době vzniku tohoto článku v takovém stádiu, že zde neumožňují popisovat konkrétní technická a stavebně-technologická řešení použitá při realizaci. Ta budou předmětem realizační dokumentace stavební části, která v budoucnu vznikne.

Mapa energetických zdrojů ČEZ, a. s.