SKŘIVÁNEK, T. Návrh mikrokogenerační jednotky [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2025.

Posudek vedoucího

Štětina, Josef

Téma diplomové práce se věnuje návrhu mikrokogenerační jednotky, což je oblast s vysokou aktuálností v kontextu transformace energetiky a rostoucí potřeby flexibilních a decentralizovaných zdrojů. Obnovitelné zdroje, zejména fotovoltaické elektrárny, nejsou schopny zajistit kontinuální dodávku elektrické energie kvůli své závislosti na počasí a denní době. Naopak kogenerační jednotky, pracující na bázi spalovacích motorů, vynikají rychlou dynamikou – dokážou dosáhnout nominálního výkonu během několika minut – a jsou tak vhodným doplňkem pro stabilizaci dodávek energie v distribučních sítích. Jednou z limitací velkých kogeneračních systémů je však fakt, že v praxi často nedochází ke kontinuálnímu a souběžnému odběru jak tepla, tak elektrické energie. To výrazně zhoršuje jejich ekonomickou efektivitu. V tomto kontextu se jako perspektivní jeví mikrokogenerační jednotky, které mohou být vhodně nasazeny v menších objektech (např. bytových domech, školách, komunitních centrech) s relativně stálým odběrem tepla, a tím dosahovat vyšší míry využití vstupní energie. Student Tomáš Skřivánek si toto téma zvolil z vlastního zájmu o oblast decentrální výroby energie a k řešení přistupoval aktivně a zodpovědně. Po celou dobu práce pravidelně konzultoval a přinášel vlastní návrhy a úvahy, které ukazují na dobrou schopnost samostatné inženýrské práce. Rozsah práce činí 84 stran a je doplněn o kompletní konstrukční návrh mikrokogenerační jednotky, včetně výběru vhodného spalovacího motoru, návrhu uspořádání komponent, zohlednění přestupu tepla a provozních podmínek. Navržené technické řešení je založeno na sériově vyráběném zážehovém motoru, což může představovat ekonomicky výhodné řešení pro menší aplikace. Využití běžně dostupného motoru snižuje investiční náklady a zjednodušuje údržbu a servisní zajištění zařízení. Jednotka je navržena tak, aby primárně pokryla potřebu tepla pro vytápění a přípravu teplé vody, přičemž produkce elektrické energie je vítaným doplňkem, který může snižovat energetickou závislost objektu na vnější síti. Slabší stránkou práce jsou modely vytvořené v prostředí GT-Suite, které nejsou plně komplexní a postrádají detailní simulaci dynamického chování výměníků tepla, emisního chování motoru a jeho provozní optimalizace. Je však nutné podotknout, že kombinace konstrukčního návrhu, návrhu provozní strategie a detailních simulací by vyžadovala výrazně vyšší časovou náročnost a přesahovala by rámec běžné diplomové práce. V tomto kontextu je zvolený rozsah simulační části přijatelný. Diplomová práce splnila všechny body zadání a přinesla konkrétní a prakticky využitelné výsledky. Výstupy práce mohou sloužit jako základ pro další rozvoj návrhu, a to nejen pro spalování klasických paliv, ale i pro aplikaci alternativních, nízkoemisních paliv, jako je biometan nebo vodík. Práci hodnotím kladně a doporučuji ji k obhajobě.

Posudek oponenta

Ramík, Pavel

Náplní diplomová práce Bc. Tomáše Skřivánka byl návrh mikrokogenerační jednotky pro kombinovanou výrobu elektrické energie a tepla s použitím spalovacího motoru. Práce vychází z poměrně obsáhlé rešerše v řešené oblasti. Jako pohonná jednotka byl studentem vybrán spalovací motor 1.4 TSI G-TEC upravený výrobcem pro spalování CNG (zemního plynu) používaný v v osobních automobilech koncernu Volkswagen. Tím odpadá nutnost úpravy motoru pro spalování CNG a je dobrou volbou i z hlediska praktického provozu a servisní údržby. K volbě generátoru student uvádí, že byl vybrán generátor firmy Werna s pracovními otáčkami 3000 min^-1, konkrétní typ WR182K je zmíněn v popisu jeho upevnění v rámu kogenerační jednotky a jeho výkon je uveden až v předposlední kapitole 5.2. Očekával bych, že volba generátoru bude provedena v úvodní části návrhu s ohledem na výkonnostní a zejména ekonomické charakteristiky motoru, grafy simulovaného průběhu výkonu motoru a měrné spotřeby paliva jsou uvedeny ne zcela logicky v kapitole 3.8 Nádrž na CNG. Navazující výpočet účinnosti jednotky pak následuje až v předposlední kapitole 5, což nepřispívá k logicky navazujícímu členění práce. Konstrukční návrh sestavy kogenerační jednotky je proveden poměrně podrobně s názornými grafickými vyobrazeními a je z něj zřejmý zájem studenta o praktické provedení. Po mechanické stránce však návrh není doprovázen jediným výpočtem, který by byl v práci uveden, ať už analytickým či numerickou simulací. Pouze v kapitole 4.3.9 je zmínka o kontrole spoje motoru s generátorem perem na smykovým i tlakovým namáháním s konstatováním, že spoj vyhovuje, výpočet s konkrétními hodnotami však není v práci uveden. Vyvstává tak řada otázek, např. zda není poddimenzována nebo předimenzována rámová konstrukce kogenerační jednotky, konzola uchycení motoru (studentem nazývaná podpěrný díl motoru), tloušťka krytu setrvačníku 7 mm, montážní deska pro uchycení výměníku atd. Je zřejmé, že předimenzování některých částí není u této statické konstrukce zásadním problémem, patrně ani finančním, student se však správně zmiňuje o důležitosti problematiky vibrací celé sestavy, které má vliv na spolehlivost konstrukce a hluk při provozu, a to i přes zakrytování protihlukovými panely, proto se k tomuto váže jedna z doplňujících otázek. Znění závěru práce je méně konkrétní, než by se dalo očekávat. První kapitola je pouze obecná, druhá je v podstatě rekapitulací postupu bez hodnocení výsledků (s výjimkou poznámky k orientačnímu charakteru určené účinnosti 78 %). V závěru se objevuje ekonomická rozvaha, která není zřejmá, jelikož oproti nákladům na provoz kogenerační jednotky 997 880 Kč je vyšší cena 1 246 227 Kč nazývaná studentem jako „roční náklady při dělení výrobě elektrické energie a tepla“ je udávaná jako "úspora" (konkrétně 248 347 Kč nebo 20 %). S využitím spotřeby CNG kogenerační jednotky 7,6 kg/h uvedené na str. 37, provozu 3800 h/rok a současné ceny CNG přibližně 40 Kč/kg nebo 29 Kč/m^3 však výsledné hodnoty neodpovídají. Konkrétní přehledné výpočty s udáním všech vstupních hodnot nejsou jinde uvedeny, proto se k tomu váže jedna z otázek níže. Po formální stránce jsou některé z příloh (katalogové listy) přidány k souboru s textem práce, přílohy s výpočty jsou naopak v samostatném souboru s přílohami. Pokud se jedná o přílohy, měly by být začleněny jednotně v části příloh. Práce je po grafické stránce na dobré úrovni, provedená vyobrazení konstrukce jsou názorná. Po formální stránce je kromě uvedených nedostatků taktéž na poměrně dobré úrovni a obsahuje pouze malé množství pravopisných či stylistických chyb. Na práci oceňuji dopracování sestavy kogenerační jednotky s jednotlivými díly do výsledné ucelené podoby a praktickou využitelnost práce. Cíle práce vyžadované zadáním byly v závěrečné práci splněny, práci doporučuji k obhajobě.

eVSKP id 165823