Trocha slunce, hodně vodíku, ždibec EPLANu a vyrobíte třeba zemní plyn

Stanislav Kříž Stanislav Kříž

Ústav jaderného výzkumu, zkráceně ÚJV, situovaný na levém břehu Vltavy v malebné Řeži nabízí širokou škálu služeb. Ty zahrnují především projektové a inženýrské činnosti v oblasti energetiky, průmyslu a zdravotnictví. Stále více oddělení v poslední době podléhá kouzlu nástrojů EPLAN v oblasti projektování. Nejinak tomu je i v divizi vodíkových technologií a inovací v energetice, kde pracuje Ing. Stanislav Kříž.

Můžete našim čtenářům přiblížit činnost vašeho týmu? Zejména výzkum v oblasti energetiky patří dnes jistě k žádoucím.

Primárně se zabýváme zpracováním vodíku do různých odvětví průmyslu, např. automobilového či technologického, dále skladováním energie ve vodíku, výrobou zemního plynu z vodíku aj. Naše oddělení se také věnuje výrobě zemního plynu z vodíku pomocí tzv. metanizace; tento vodík se získává z fotovoltaických elektráren, jedná se o tzv. zelený vodík...

…dovolím si vás na chvíli zastavit. Bavíme se teď opravdu o tom, že vyrábíte ZEMNÍ PLYN ze SLUNCE?

Na vstupu vyrábíme vodík a pomocí zařízení metanizace, které zde vyvíjíme, jsme schopni vyrábět zemní plyn. Máme také zásobníky vodíku i pro místní využití, např. pro vodíkový prodlužovač dojezdu, a zároveň vyvíjíme malou plnicí stanici pro osobní a užitkové vozy a prototypy vozů, které zde vyrábíme s našimi obchodními partnery. Kvůli tlaku na vodík spousta firem řeší, že musejí být „zelené“, takže děláme např. vodíkový prodlužovač dojezdu pro užitkové vozidlo do 3,5 tuny, které je v současné době elektromobil. Navrhujeme přestavbu, po níž může fungovat jako elektromobil a zároveň má na sobě nosič vodíkového prodlužovače dojezdu. Jsme schopni dobíjet baterie vozu i zajistit, aby fungoval čistě na vodík. Jde o užitné vozy typu odhrnovač sněhu, převozní vůz aj., tedy o vozy, které jsou v provozu třeba 16 hodin v kuse. Tato vozidla není možné takto dlouho provozovat na baterie vzhledem k jejich velkému odběru, hlavně když na ně připojíme různé nástavby. A právě kvůli nutnosti rychlého dobíjení (tankování) byl zvolen systém vodíkového prodlužovače dojezdu. Vodíkové nádrže je možné naplnit během několika minut. Ve chvíli, kdy vodíkovou část nastartujete, vozidlo funguje čistě na vodíkový pohon. I energii pro chod celého systému zajišťuje vodík.

V ÚJV údajně máte vlastní plničku vodíku pro užitková vozidla. Jak může fungovat?

V areálu ÚJV máme momentálně vybudovanou vodíkovou plnicí stanici s plnicím tlakem 250 bar. V současné době uvažujeme o zvýšení až na 350 bar, což je maximální plnicí tlak pro nákladní a užitné vozy. ÚJV také vlastní druhou vodíkovou plnicí stanici v Neratovicích na 350 bar. Ta je v provozu od roku 2009 a sloužila k plnění prvního vodíkového autobusu v ČR. Tato stanice momentálně také slouží k plnění osobních vodíkových vozů v ČR.

ÚJV screen 7

Právě u plniček je často skloňovaným problémem rozvoj, respektive nedostupnost infrastruktury…

V České republice narážíme na dva problémy. Výrobci vodíkových vozů čekají, až bude vybudována infrastruktura, a infrastruktura zase čeká na vozidla. Hledá se nějaký kompromis, v každém případě se počet plnicích stanic zvedá, už nejsme u jednoho či dvou kusů; v současné době je výhledově v plánu zhruba desítka veřejných stanic. Druhým problémem je, že Česká republika je státem s jednou z nejhustších sítí čerpacích stanic v Evropě a lidé jsou tady na to zvyklí. Když zájemci o vodíkové pohony řeknete, že bude muset jet tankovat 30 kilometrů daleko, většina je zděšena, protože tradiční čerpací stanici mají dva kilometry od domova.

Vodík přináší širokou škálu využití; u elektromobilů fungujeme na dvou principech. Může jít o vodíkový prodlužovač dojezdu, tedy o kombinaci bateriového a vodíkového vozu, nebo se jedná o čistě vodíkové vozy.

Může být vodík odpovědí také na aktuální energetickou krizi?

V rámci situace, která se nyní celosvětově děje, se vodík hodně řeší i s využitím solárních panelů – přebytky energie a ukládání energie ne do baterie, ale do zásobníku vodíku. Obrovská výhoda ukládání do vodíku spočívá v tom, že potřebujete jenom nádrž na vodík, kterou uložíte do země nebo kamkoli, a energie v ní zůstane měsíc, tři měsíce, půl roku a nezmizí. Zpětně jste schopni vodík čerpat přes palivový článek a využívat jej na klasickou elektrickou energii. V ÚJV máme zařízení pro záchranné složky, které jsme sami vyvíjeli. Tam z vodíku vyrábíme čistě elektrickou energii právě pro zdravotníky, hasiče atd. V rámci rozšíření zelené energie a v situaci, kdy se velké firmy obávají toho, že dojde zemní plyn, na němž jsou závislé, je to minimum plynu, které potřebují (asi 30 %). Tady využíváme právě metanizace, kdy vodík přeměňujeme na metan, což je zemní plyn se stejnými parametry klasického zemního plynu. 

ÚJV screen 3

Zmiňoval jste, že vodík má největší prospěch u užitkových vozů. Je nějaký předpoklad, že se to rozšíří i na osobní vozy? Většinový názor je, že zůstane jen užitkovým vozům či dálkové dopravě…

Měl jsem možnost vyzkoušet veškeré vodíkové vozy, které jsou momentálně v České republice k dispozici – model Toyota Mirai a Hyundai NEXO. Jezdili jsme s nimi delší dobu. Všechno je o názoru lidí. Spousta lidí nebude těmto vozidlům důvěřovat, protože první reakcí vždycky bylo: Je to vodík, ten bouchá.

A nebouchá?

Technologie v rámci zabezpečení je na tak vysoké úrovni, že exploze je to poslední, čeho bych se při vjezdu na silnici obával. Je ale potřeba provádět osvětu a mluvit o věcech, které se lidem mohou zdát komplikované. Důležitou roli sehraje i zmiňovaná infrastruktura, pokud by byla v rozumné vzdálenosti stanice, kde jste schopni natankovat; věřím tomu, že v rámci trhu mají vodíková auta šanci se prosadit. Z mého pohledu to dává mnohem větší smysl než klasický elektromobil, ať už jde o rychlost plnění, která se pohybuje v rámci minut, či o pohodlí jízdy. V dnešní době už není vůbec problém utáhnout velké komfortní vozidlo s dostatečnou kapacitou palivových článků, zatímco u podobně velkého elektrovozidla se dojezd pohybuje okolo 200 km. Vodík ve voze uživí veškeré elektrické systémy, takže sice vzrůstá spotřeba, ale i ta se pohybuje na úrovni 0,7–1,1 kg vodíku na 100 km. Do auta se vejde 5 až 6,5 kg vodíku dle typu vozu. Při plném natankování jde o 500- až 800km dojezd, což je srovnatelné s klasickými spalovacími motory. Znám osobně člověka, který vlastní jeden z těchto vodíkových vozů, a ten se aktuálně dostal dokonce na spotřebu 0,58 kg / 100 km. Je ale třeba říct, že se jednalo o velmi úsporný provoz bez klimatizace, jízdy na dálnici atd. Jde však o reálnou hodnotu z klasických silnic. 

V rámci navrhování těchto systémů často užíváte i nástroje společnosti EPLAN. Nač je využíváte?

Mé první setkání s řešením EPLAN bylo už na vysoké škole v rámci nějakého testování a projektu v energetice. Po nástupu do ÚJV s kolegou, který s ním pracoval, se mi nástroje hodně zalíbily, absolvoval jsem vstupní školení a dnes software EPLAN využíváme u každého projektu. Naše projekty jsou hodně zaměřeny výzkumně, bez elekroniky se dnes nedá nic dělat, takže využíváme jednoduchá přehledová schémata i různá zapojení řídicích systémů. Dá se říct, že je využíváme pro kompletní dokumentaci k našim zařízením. 

ÚJV screen 8

Jak se z vašeho pohledu změnila projekce jako taková? Které klíčové benefity vidíte v její digitalizaci? V čem se liší od klasické papírové?

Nesporným benefitem je urychlení, to je základní faktor. V rámci výzkumu a vývoje, který provádíme, bych vyzdvihl rychlost zpracování změn. Během projektů u nás dochází poměrně často ke změnám v rámci testování či zkoumání vlastností při změnách parametrů. Když potřebujeme vyměnit některá zařízení, v rámci digitalizace se jedná o otázku několika minut. Na úpravy dokumentace je to velké zrychlení. Software EPLAN používáme společně s kolegou, případné připomínky jsme schopni řešit obratem. Bývám přítomen i při montáži, takže přesně vím, co má jak být a fungovat, jsem tak schopen ohlídat veškeré změny. 

V řadě odvětví, kterými se obecně ÚJV zabývá, je nutná vysoká spolehlivost. Myslíte si, že digitální nástroje mohou spolehlivost projektů zvyšovat?

Z tohoto pohledu je u nás bezpečnost opravdu mnohonásobně vyšší. Pro příklad uveďme přehledová schémata, která umožňují znázornit jisticí i mechanické prvky. Bezpečnost je u nás na prvním místě, protože zařízení jsou určená pro opravdu kritická místa, např. pro vysoká napětí. V rámci návrhu je pro nás důležité mít bezpečnost zajištěnu a EPLAN toto určitě splňuje. 

Které konkrétní produkty firmy EPLAN používáte?

Využíváme hlavně EPLAN Electric P8 s rozšiřujícím modulem EPLAN Fluid pro kreslení elektro a fluidních schémat. 

Jak složité bylo pro vás i vaše kolegy osvojit si využívání tohoto nástroje? A nakolik bylo důležité vstupní školení či expertní znalosti týmu EPLAN?

V rámci počítačové gramotnosti jsem měl průpravu ze školy, dokázal jsem osázet i propojovat prvky. Vzhledem k jednoduchosti nástroje a kvalitě školení firmy EPLAN jsem získal veškeré potřebné dovednosti k používání nástroje. U samotné práce s ním se pak objevují další a další skutečnosti, ale nikdy nebyl žádný problém.

Setkáváte se při své práci s nějakými specifickými úlohami, které třeba v softwaru EPLAN nebylo prvotně možné řešit, nebo naopak jste byli překvapeni, že právě v softwaru EPLAN je řešení možné?

V našem oddělení dochází občas při vývoji prototypových zařízení k vývojovým problémům, když se staví hodně speciálně, a při všech těchto problémech jsme byli schopni společně se softwarem EPLAN toto vyřešit.

V rámci softwarové nabídky jste jistě měli možnost volby či srovnání s jinými nástroji. Je něco, co vás na řešení EPLAN přesvědčilo, že jde o nejlepší volbu?

EPLAN funguje v ÚJV historicky již mnoho let, takže jsme jeho nástroje přirozeně přejali i na oddělení vodíkových technologií. 

Doporučil byste software EPLAN jako vhodné řešení i jiným firmám?

Spolupráce je perfektní, jinak to ani být nemůže. K benefitům patří přehlednost, rychlost zpracování a usnadnění v rámci využívání databází. 

Lukáš Smelík

Šéfredaktor časopisu Control Engineering Česko se soustřeďuje zejména na témata spojená s digitalizací, automatizací a robotizací průmyslu. Příspěvky se snaží odhalovat současné trendy a nálady na tuzemském i světovém trhu.