Projekt bol spolufinancovaný v sume 55 900 € zo štátneho rozpočtu Slovenskej republiky. Cieľom projektu je vyvinúť zariadenie premieňajúce tepelnú energiu nízkopotenciálneho tepla na elektrickú energiu.
Začať
Ak sa chcete dozvedieť viac o programoch a projektoch financovaných z Nórskych grantov na Slovensku, navštívte stránku www.norwaygrants.sk.
Nórske granty predstavujú príspevok Nórska k zelenej, konkurencieschopnej a inkluzívnej Európe. Nórsko prostredníctvom Nórskych grantov prispieva k znižovaniu ekonomických a spoločenských rozdielov a k posilňovaniu vzájomných vzťahov s prijímateľskými štátmi v strednej a východnej Európe a v Pobaltí. Nórsko úzko spolupracuje s EÚ prostredníctvom Dohody o Európskom hospodárskom priestore (EHP). Spoločne s inými donormi poskytlo Nórsko postupne v rokoch 1994 až 2014 prostredníctvom grantových schém 3,3 miliardy eur. Nórske granty sú financované výlučne Nórskom a sú dostupné v krajinách, ktoré sa pripojili k EÚ po roku 2003. Na obdobie 2014 – 2021 dosahujú Nórske granty 1,25 miliardy eur.
Prioritami tohto obdobia sú:
Všetky projekty sú vo výške 15% spolufinancované zo štátneho rozpočtu Slovenskej republiky.
Úspešne sme zabezpečili všetky potrebné komponenty na výrobu testovacieho standu pre MICRO PIRAŇU. Dôkladne sme sa vysporiadali so všetkými technickými detailmi a zabezpečili sme všetky potrebné postupy na oživenie a testovanie zariadenia. Taktiež sme vyvinuli a vytlačili všetky varianty komponentov, ktoré budeme potrebovať postupne počas procesu testovania a vyhodnocovania.
Ako je už známe, MICRO PIRAŇA funguje na princípe organického Rankinovho cyklu. Chladivo je naplnené do uzavretého systému obehovým čerpadlom, postupne prejde cez kotol ohrievaný elektrickou špirálou, kde sa premení na paru. Táto para pôsobí na lopatky turbíny, ktoré cez remeňový prevod poháňajú generátor. Následne sa para skvapalní v kondenzátore a tento proces sa v MICRO PIRANI neustále opakuje. Turbína sa skladá z casingu, statorov, rotorov, hriadeľa, tesnení, ložísk a veka.
Nám sa podarilo úspešne navrhnúť, optimalizovať a vytlačiť kovový casing a aj jeho plastový variant, ktorý má v sebe zabudované chladiace kanáliky a bude, počas prevádzky, kontinuálne chladený. Casing bol tlačený z dôvodu potreby vnútornej štruktúry, kde medzi vnútorným a vonkajším plášťom vzniká vlnkový vzor, táto varianta nám pomohla ušetriť materiál. Rozhodnutím tlačiť casingy svojpomocne sme taktiež ušetrili na nákladoch na obrábanie.
V poslednej fáze nášho projektu nás čaká kritická montáž turbíny a následné testovanie. Plánujeme uskutočniť tlakovú skúšku pri maximálnom tlaku 1,5MPa. Táto skúška bude realizovaná prostredníctvom fľaše so stlačeným vzduchom, pripojenej priamo k testovaciemu standu cez flexibilnú hadicu. Účelom tejto skúšky je sledovať tesnosť celého systému, čo je kritické pre jeho bezchybný chod. Následne prichádza na rad vákuovanie systému, ktoré bude vykonané pomocou dvojstupňovej pumpy na odstránenie vzduchu, vody a iných nečistôt, čím sa minimalizuje riziko korózie a zabezpečuje sa bezproblémový chod systému. Tieto kroky sú nevyhnutné pred naplnením systému chladivom.
Pre úspešné dokončenie diela je nevyhnutná elektrická časť zariadenia, ktorá slúži na správne zabežpečenie funkcie riadenia a sledovania stavu zariadenia. Po zabezpečení všetkých komponentov a materiálov nás čaká finalizácia montáže celého zariadenia a odstránenie všetkých chýb, ktoré by mohli brániť v uvedení do prevádzky. Nasleduje optimalizácia zariadenia na základe výsledkov testovania a optimalizácií. Optimalizácie a testovanie sú kľúčovými krokmi, ktoré nás približujú k cieľu výroby elektrickej energie prostredníctvom zelenej technológie. Naša práca na projekte je pre nás dôležitá, pretože sa snažíme priniesť zelené riešenia pre budúcnosť.
Počas práce na projekte sme nadviazali zaujímavú spoluprácu so Školou umeleckého priemyslu Ladislava Bielika v Leviciach. Zavítalo k nám niekoľko študentov z odboru priemyselného dizajnu spolu s ich vyučujúcim. Spoznali sa s našimi konštruktérmi a technológom a navštívili aj dielňu, kde sa vyrába MICRO PIRAŇA. Naši konštruktéri im predviedli 3D model zariadenia, vysvetlili princíp jeho fungovania a poskytli študentom veľkostné špecifikácie. Študenti mali možnosť klásť otázky a boli povzbudení k príprave ich vlastného, jedinečného dizajnu MICRO PIRANE. Následne nám zaslali svoje návrhy vo forme kresieb ako aj v 3D podobe. So školou plánujeme pokračovať v spolupráci aj pri iných projektoch.
V treťom štvrťroku 2022 sme zahájili konštrukčné práce na testovacom stande MICRO PIRAŇA. Tento koncepčný model bol navrhnutý našimi konštruktérmi a slúži ako prototypové zariadenie na testovacie účely. Zariadenie je momentálne vo výrobnej fáze. Testovací stand pozostáva z rôznych komponentov. Súčasťou zariadenia je obehové čerpadlo, ktoré bude počas skúšok zariadenia vymenené za nami navrhnuté a vyvinuté obehové čerpadlo (Pitotove čerpadlo). Našim dlhodobým cieľom je návrh a vývoj všetkých dôležitých komponentov celého zariadenia. Ďalším veľmi významným komponentom v celom okruhu je axiálna tlaková kondenzačná turbína, rovnako navrhnutá našim špecializovaným tímom výpočtárov. Rôzne komponenty, ktoré boli v minulosti vyrábané konvenčnými metódami sú nahradené modernou, nekonvenčnou metódou 3D tlače. Testovací stand spĺňa všetky požiadavky na bezpečnosť a zároveň je umožnený jednoduchý prístup k samotným komponentom, a tak máme možnosť sledovať a merať výstupné parametre ako napríklad teplotu, tlak, prietok a iné. Vonkajšie rozmery testovacieho standu sú cirka 1,8x1,6x2m. Hmotnosť je približne 800kg. Testovací stand bol navrhnutý ako kompaktné a mobilné zariadenie.
V prvých mesiacoch implementácie projektu sme zhotovili elementárne dokumenty a to: procesný výpočet, P&ID schéma, návrh turbíny, datasheet, špecifikácie potrubí, MaR a armatúr. Ide o živé dokumenty, ktoré sa budú vyvíjať počas celého projektu. Väščina týchto dokumentov je všeprofesná, to znamená, že je potrebných niekoľko špecializovaných zamestnancov, v rôznych oblastiach na jeden dokument. Takýmto príkladom je aj P&ID (schéma potrubia a prístrojového vybavenia), ktorý síce vypracováva procesný inžinier, ale je k tomu potrebný aj konštruktér, výpočtár prúdenia, obstarávanie, MaR a elektro. V prvých mesiacoch sme vypracovali analytický návrh turbíny, pripravili sme procesné výpočty, z ktorých sme vytvorili už spomínaný P&ID, rovnako sme vytvorili úvodnú špecifikáciu pre potrubia a MaR, blokovú schému a taktiež datasheet, ktorý je kľúčovým dokumentom pre začiatok obstarávaní.
Ako už bolo spomenuté navrhli sme vlastné Pitot čerpadlo, ktoré bolo nutné preskúmať pre nízke prietoky a vysoké tlaky. Zahájili sme teda CFD výpočty čerpadla a pripravili jeho geometrie. Koncom roka sme usporiadali vnútorné časti turbíny a na základe konštrukčných obmedzení sme vykonali opätovné prepočty. Spracovali sme konštrukčný návrh vyvažovačky hriadeľov a úpravu špecifikácií potrubí a ventilov.
Našim ďalším krokom bude samotné dokončenie výroby a skúška zariadenia.
Na výrobu komponentov využívame niekoľko druhov 3D tlače, ako prvý na Slovensku sme vlastníkmi kovovej 3D tlačiarne Meltio M450. Táto 3D tlačiareň používa súvislý filament, tlačový drôt, princíp zvárania je na základe natavovania drôtu šiestimi laserovými jednotkami a je schopná tlačiť 2 rôzne materiály v jednej tlači. Celá tlač prebieha v uzavretej komore s argónovou atmosférou. Zariadenie je schopné tlačiť uhlíkovú oceľ, nerezovú oceľ, inconel a podobné zliatiny, titan a meď. Výhodou kovovej tlačiarne je relatívne vysoká rýchlosť tlače, úspora materiálu a minimálna nutnosť obrábania do finálnej, požadovanej podoby. Tlačiareň Meltio využijeme na tlač špeciálnych kompaktných výmenníkov, tvarovo komplikovaných dielov vrátane vnútorných chladiacich kanálikov. V tlači použijeme kombináciu rôznych materiálov ako napríklad oceľ spolu s nerezovým materiálom, či kombinácie húževnatých ocelí spolu s tvrdými nástrojovými oceľami.
SLA tlačiareň Sonic Mighty 8k, je tlač do resinu, ktorý je vytvrdzovaný UV žiarením, materiály, ktoré je schopná tlačiť sú vysoko pružné gumy, tepelne odolné plasty a materiály, z ktorých sa vyrábajú formy na odlievanie. Najväčšou výhodou je v tomto prípade detailnosť a rýchlosť tlače. Materiály sú pomerne málo pevnostne a teplotne odolné. Avšak v spojení s pevnostnými výpočtami, metódou konečných prvkov, ak sa podarí navrhnúť a najmä úspešne otestovať rôzne aplikácie – statorové rozvádzače za studena/tepla, lopatky čerpadla alebo turbíny, tak dostaneme možnosť vyrábať tieto dielce vo výbornej kvalite v oveľa nižších nákladoch oproti ostatným technológiám.
Funmat HT Enhanced, je vysokoteplotná FDM tlačiareň pre vysokoteplotné materiály, ktoré majú väčšiu odolnosť voči ostatným, bežne dostupným filamentom. Výhodou tlačiarne je možnosť vyrábať tvarovo zložité výtlačky za zlomok času a v prípade, že sú tieto výtlačky z materiálu PEEK/Ultem majú odolnosť na úrovni hliníku. Plánujeme tlačiť rôzne úchyty, krabičky, držadlá či prípravky. Taktiež plánujeme tlač rôznych tribologicky vhodných materiálov pre klzné plochy v čerpadle.
LISA X, SLS 3D tlačiareň spája výhody SLA a FDM tlače, je to vysoko presná tlač do prášku, ktorý umožňuje detailnú tlač veľkého množstva komponentov v jednej tlači. Táto tlačiareň je súčasťou stanice na post-process, ktorý nám umožňuje recyklovať až 70% nepoužitého materiálu a taktiež finálnu povrchovú úpravu pomocou pieskovania. Výhodou v tomto prípade sú už zmienené recyklovateľné a znovu použiteľné materiály. Táto primárna technológia je podobná SLA tlači avšak u nás sa využíva na aplikácie, kde sa neočakáva, že bude SLA tlač úspešná. Sú to napríklad pevnostne a teplotne namáhané dielce ako lopatky čerpadla, ale aj tlakom namáhané časti.
V Septembri sme do kolektívu pribrali šéfkonštruktéra s bohatými skúsenosťami zo zahraničia a koordinátorku projektu, ktorí nám svojou odbornosťou pomáhajú s úspešnou implementáciou projektu. V Novembri sa náš tím rozšíril o ďalších dvoch členov, tentoraz o technológa a konštruktéra. Technológ nám významne prispieva svojimi skúsenosťami s 3D tlačou, jeho odbornosť nám pomáha nie len šetriť čas, ale aj náklady na výrobu. Konštruktér so sebou priniesol skúsenosti a nový pohľad na konštrukciu a design zariadenia, vďaka nemu sme mnoho vecí inovovali a rozvíjame sa. V najbližšej dobe sa náš kolektív rozrastie aj o Elektro a MaR vývojára, u ktorého máme rovnako vysoké očakávania, bude nám pomáhať s prípravou projektovej dokumentácie, so špecifikovaním snímačov a ich obstarávaním, participovať na ich zapojení do riadiaceho systému alebo rozvádzača, upravovať riadiaci systém a mnoho iných, nutných činností.
V rámci propagácie projektu MICRO PIRAŇA sa dňa 24.06.2022 konal v sídle spoločnosti prijímateľa otvárací seminár zameraný na predstavenie projektu. Na seminár boli pozvaní predstavitelia mesta Levice, strednej odbornej školy mesta, zástupcovia predajcov a ďalší partneri spoločnosti ROEZ. Účastníkom seminára bola predstavená spoločnosť prijímateľa, samotný projekt MICRO PIRAŇA od nápadu, cez aktuálne riešené časti projektu až po plánované budúce aktivity. Po prezentácii projektu sa zúčastneným prihovoril aj veľvyslanec Nórska na Slovensku (p. Terje Theodor Nervik) a nakoniec aj zástupca správcu programu - Výskumnej Agentúry. Po skončení sekcie prezentácií sa účastníci seminára presunuli do priemyselných objektov spoločnosti v ktorých bude prebiehať aj výroba samotnej MICRO PIRANE.
O seminári ďalej napísali:
A zdieľali sme ho aj na profiloch spoločnosti na sociálnych sieťach:
Množstvo tepla, ktoré produkujú priemyselné prevádzky sa dnes uvoľňuje do ovzdušia bez ďalšieho využitia, preto ho môžeme definovať ako odpadové teplo. Toto teplo je nízkopotenciálne pre rýchle a jednoduché využitie samotnými prevádzkami, no v celkovom množstve odchádzajúcom od jednotlivých prevádzok vysoko škodlivé a výrazne ovplyvňujúce ohrievanie celej planéty.
Zámerom nášho projektu je využiť dané odpadové teplo na výrobu zelenej elektriny a zároveň zníženie výslednej teploty uvoľňovanej do ovzdušia. Po úspešnej realizácii projektu očakávame vytvorenie produktu, ktorý bude malý, inteligentný a použiteľný pre široké spektrum aplikácií, najmä v priemysle, prípadne v budúcnosti aj v iných sektoroch.
Technické riešenie projektu je založené na organickom Rankinovom cykle (ORC). Ide o proces, ktorý využíva energiu odpadového tepla na výrobu elektriny. Najčastejším zdrojom odpadového tepla je teplá voda / plyn resp. iné. Na prácu generátora sa používajú organické látky, ktoré sa systémom výmenníkov tepla premieňajú na paru. Pri realizácii projektu sa využijú znalosti štandardných výpočtových, vývojových a výrobných postupov v kombinácii s modernými postupmi (procesné výpočty, prietokové výpočty (CFD) a pevnostné (FEM), moderné metódy obrábania a „aditívne technológie“). Kombináciou týchto postupov sa očakáva dosiahnutie významných optimalizácií jednotlivých komponentov zariadenia v porovnaní so štandardizovanými riešeniami.
Limitom pre tieto zariadenia je, že ich rentabilita začína pri výrobe cca 50kW(e). V prípade predloženého projektu bude najväčšia výzva práve v tom, že máme ambíciu vyvinúť zariadenie s návratnosťou už pri výrobe 1kW(e). V porovnaní s konkurenčnými produktmi pôjde o výraznú minimalizáciu. Dosiahnutie stanoveného cieľa bude možné len v prípade úspešnej optimalizácie prakticky všetkých komponentov zariadenia.
Vedľajším efektom tejto minimalizácie a optimalizácie bude vývoj vlastných komponentov, čo bude z hľadiska noriem znamenať prevádzku zariadenia s nižším bezpečnostným rizikom. Malé rozmery komponentov umožnia použitie materiálov a výrobných technológií, ktoré sa pre dané aplikácie zatiaľ nevyužívajú. Cieľovými skupinami vyvíjaného zariadenia budú všetky prevádzky produkujúce odpadové teplo s teplotou minimálne 70°C.
Celú fázu vývoja bude realizovať partner žiadateľa. Má skúsený tím vývojových inžinierov pokrývajúcich všetky oblasti potrebné z hľadiska projektu. Fázu návrhu riešenia zrealizuje partner, predpokladá sa však prepojenie čiastkových úloh so zamestnancami žiadateľa (napr. strojní, elektro či potrubní projektanti). Výrobná fáza bude kombináciou vlastného výkonu so subdodávkami. Obstarané a firemné zariadenie bude slúžiť na výrobu a úpravu malých častí zariadenia. Úprava polotovarov na požadované rozmery a výroba komponentov zariadení väčších rozmerov bude realizovaná subdodávateľsky. Po výrobe jednotlivých komponentov ako aj montáži celého prototypu prebehnú v priestoroch žiadateľa experimentálne testy, ktoré realizuje partnerský tím vývojových inžinierov. Po úspešných testoch a zapracovaní zmien vyplývajúcich z týchto testov bude zariadenie certifikované a budú podané žiadosti o patentovú ochranu jeho kľúčových častí.
Hoci aplikácie MIKRO PIRANE nemusia byť 100% čistou energiou, samotná výroba ORC energie je 100% čistým riešením bez emisií alebo škodlivých vedľajších produktov – palivom je horúca voda / plyn resp. iné.
V porovnaní s inými obnoviteľnými zdrojmi energie sú náklady na získanú elektrickú energiu extrémne nízke, čo z nej robí veľkú hodnotu pre organizácie, ktoré chcú zlepšiť svoj zisk a zároveň dosiahnuť míľniky udržateľnosti.
Zachytením tohto odpadového tepla je možné vyrábať elektrinu bez emisií – znížiť spotrebu fosílnych palív a kompenzovať s nimi súvisiace emisie – alebo dosiahnuť vyšší výkon bez ďalšej spotreby paliva, čím sa znížia celkové emisie na kilowatt. Nielen to, ale využitím tohto tepla sa výrazne zníži potrebná chladiaca záťaž (t. j. spotreba energie chladiča / chladiacej veže), pričom systém ORC zabezpečuje chladenie pre seba, ako aj pre motor. To ďalej zvyšuje energetickú účinnosť.
V ORC jednotkách je účinnosť premeny odpadového tepla na elektrinu okolo 10%. Na prvý pohľad sa môže zdať, že ide o malý potenciál. Na problém sa však dá pozerať aj inak, množstvo tepla, ktoré sa dnes odovzdáva do ovzdušia a vody bez využitia sa zníži o 10% a zároveň sa z neho vyrobí elektrina. Náš projekt je zameraný na mikro zdroje s reálnym výkonom 1-5 kW(e), no na druhej strane sú tieto zdroje okolo nás vo veľmi veľkých objemoch – klimatizácia v domoch a autách, kotly, solárne panely v lete (keď je potrebné veľmi malé teplo), veľké priemyselné kuchyne, sporáky, odpadové teplo z motorov, elektromotorov a mnohé ďalšie.
Náš projekt dnes nie je možné kvantifikovať z hľadiska ušetrených emisií alebo úspor energie za rok. Výpočet závisí to od počtu jednotiek inštalovaných v budúcnosti. V prípade úspešného vývoja kompaktného a robustného zariadenia by však aj pri malej jednotkovej údržbe došlo k vysokej redukcii odpadového tepla, vrátane decentralizovanej výroby elektriny. Napríklad: Elektrina vyrobená z tepla, ktoré sa uvoľňuje z klimatizácie, zníži spotrebu samotnej klimatizácie.
Spoločnosť ROEZ, s.r.o. bola založená v roku 2004 a za dobu svojej existencie sa vyprofilovala ako komplexný dodávateľ prevádzkových súborov a investičných celkov s akcentom na strojnú technológiu v jadrovej, klasickej a vodnej energetike, v petrochemickom a chemickom priemysle.
Činnosti spoločnosti ROEZ sú rozdelené na projekčné a inžinierske služby, expertné inžinierske služby v oblasti výskumu a vývoja strojnotechnologických zariadení, komplexné služby v oblasti kvality a bezpečnosti, zázemie výrobného závodu s unikátnym výrobným programom a montážnymi kapacitami, distribučný program špecializovaných technologických dodávok s expedičnými a servisnými službami a komplexné riadenie investičných projektov vrátane uvádzania do prevádzky.
Spoločnosť má preverenú inžiniersku a realizačnú základňu, takže môže riešiť náročné strojnotechnologické realizácie a komplexné EPC kontrakty na kľúč, ktoré v sebe zahrňujú nielen typický rozsah inžinierskych a realizačných činností, ale aj oblasť vývoja a kvalifikácie zariadení a diela ako celku. To všetko pod jednou strechou. Viac informácii na stránke: www.roez.sk
Spoločnosť ROEZ R&D s.r.o. vznikla popri spoločnosti ROEZ, s.r.o. za účelom vykonávania priemyselného vývoja predovšetkým v oblastiach pôsobenia materskej spoločnosti. Spoločnosť ROEZ R&D má ambíciu podieľať sa na úlohách a projektoch zvyšujúcich energetickú efektívnosť, šetrenie zdrojov a financií, ako aj na priemyselnom vývoji s ambíciou o regionálne líderstvo s možnosťou prínosu pridanej hodnoty a súťaženia s vlastnými technológiami vo svete.
Zameranie výskumno-vývojových aktivít spoločnosti je orientované predovšetkým na oblasť energetického, petrochemického a strojného priemyslu, pričom každý projekt je postavený na troch hlavných pilieroch:
Všetky tri piliere majú v našich hodnotách rovnakú váhu a sú našim hlavným merítkom pri vývoji nových produktov. Spojenie práve týchto troch pilierov je podľa nás kľúčové pre správne smerovanie vývoja v priemyselnej výrobe. Minimalizácia produktov vďaka moderným technológiám, simuláciám a analýzam prináša nižšiu cenu, rýchlejšiu výrobu ,ale aj úsporu potrebného materiálu a tým aj zníženie environmentálnej záťaže.