Cíle projektu

Očekává se, že s implementací opatření ke zmírnění změny klimatu bude v příštích desetiletích v energetickém mixu hrát stále větší roli zejména vodík. Česká republika se připravuje na výrobu směsi vodíku se zemním plynem a dnešní přepravní plynárenská soustava může po výměně vybraných měřících zařízení zvládnout až pětiprocentní směs vodíku se zemním plynem. Provozovatelé přepravní plynárenské soustavy musí být již letos na hraničních předávacích bodech schopni přijmout až dvouprocentní blend vodíku v zemním plynu.

Protože podzemní zásobníky plynu byly projektovány a stavěny převážně pro skladování zemního plynu se stopovým nebo žádným obsahem vodíku, bude třeba analyzovat několik technických problémů, které by směs zemního plynu s vodíkem mohla v technologii způsobit. Jedním z nich je odolnost stávajících materiálů při dlouhodobém styku s vodíkem či jeho směsí.

MND Energy Storage, a. s. (dále jen MND ES), vstoupila do projektu testování materiálů v roce 2022. Kromě MND se jej účastní i RWE Gas Storage (RWE GS) a vědeckou část zajišťuje Ústav teoretické a aplikované mechaniky akademie věd České republiky (ÚTAM AV ČR) a Vysoká škola chemicko-technologická v Praze (VŠCHT). Celkový rozpočet projektu činí 3,5 milionu korun a ukončen by měl být na konci tohoto roku. Není vyloučeno, že nebude třeba provést další projekty podobného typu, které by vyloučily negativní vliv vodíku na ocelové materiály.

Průběh projektu

Již před vstupem do tohoto projektu bylo zapotřebí vyhotovit soupis všech trubních materiálů, aparátů a vystrojení sond s uvedením druhu oceli dle atestů materiálu, tedy všech ocelových součástí technologie zásobníku, které mohou přijít v budoucnu do styku s vodíkem. Soupis materiálu trval s přestávkami zhruba rok.

Zadání pro VŠCHT bylo rozděleno do čtyř částí:

1. zpracovat podrobný přehledu literatury o vodíku, shromáždit informace o materiálech zásobníků plynu a provést první laboratorní experimenty
2. analyzovat roztoky, které se mohou dostat do kontaktu s ocelovými povrchy, změřit vlastnosti prostupu vodíku a vliv vodíku na mechanické vlastnosti vybraných jakostí oceli. Hlavním cílem této části bylo získat informace potřebné pro návrh dlouhodobých expozic v partnerské instituci ÚTAM AV ČR s ohledem na výběr materiálu a podmínky.
3. systematicky zhodnotit vybrané klíčové parametry vstupu vodíku do oceli, jako je vliv času a teploty na vstup vodíku do modelové důlní vody.
4. vyhotovit závěrečné zprávy jednotlivých fází výzkumu

Poté byly zadány úkoly ÚTAM AV ČR, které byly rozděleny do pěti částí:

1. design autoklávů pro dlouhodobé expozice, zatěžovacích přípravků a procedur
2. experimentální výzkum mechanických a lomově-mechanických vlastností vybraných ocelových materiálů
3. provedení dlouhodobých expozic v autoklávech (půl roku, rok)
4. experimentální výzkum mechanických a lomově-mechanických vlastností vybraných ocelových materiálů používaných v technologii zásobníků plynu
5. srovnání výsledků a vyhotovení závěrečných zpráv

Na základě hodnocení našich ocelí a jejich charakteristik s určením nejnáchylnějšího typu oceli pro vstup vodíku do struktury oceli, které provedla VŠCHT, jsme poskytli ocel typu martenzitická s označením 12022.1. Tato ocel je u nás na zásobníku použita v celkové délce 430 metrů. Ocel byla použita k laboratorním zkouškám pro stanovení vstupu vodíku do oceli při ponoru v důlní vodě z technologie ZP Uhřice. Důlní voda byla odebrána ze sond Uh 74, 75 a vstupního separátoru V 120. Výsledky VŠCHT ukázaly, že naše důlní voda zvýšila vstup vodíku do oceli a doporučila použít tuto kapalinu i do autoklávu pro dlouhodobou expozici v ÚTAM AV ČR.

Experimentální zkoušky zahrnovaly a) statické tahové zkoušky, b) zkoušky vrubové houževnatosti, c) zkoušky kinetiky růstu únavových trhlin a d) zkoušky lomové houževnatosti. Pro expozici jsme zvolili vlhké prostředí (použita byla naše výše zmiňovaná důlní voda), tlak vodíku 50 bar s délkou expozice jeden rok. Své vzorky plánujeme vytáhnout z autoklávu v červenci tohoto roku.

Výstupy z projektu

Nyní už známe výsledky experimentálního výzkumu mechanických a lomově-mechanických vlastností třech vybraných ocelových materiálů dodaných od RWE GS. Referenční zkoušky byly uskutečněny na vzduchu s tím, že jejich výsledky byly srovnávány s výsledky vzorků podrobených dlouhodobé expozici (půl roku) ve stlačeném vodíku při ponoru zkušebních těles v důlní vodě dodané od RWE GS. Výsledky jsou uspokojivé a bylo konstatováno, že vodík na tyto oceli ani po půl roce neměl velký vliv a nedošlo ke zhoršení jejich vlastností. Stejné vzorky ocelí byly testovány ještě v dalším autoklávu (expozice v délce jednoho roku) a byly vytaženy v dubnu tohoto roku. V současné době probíhají experimentální zkoušky a výsledky budou prezentovány v nejbližší době.

za Energy Storage

Eduard Matula a Pavel Marek