3.3. Potrubní systémy dopravy kapalných paliv - ropovody 3.3.1. Doprava kapalných paliv obecně Kapalná paliva zaujímají velmi důležité místo v mezinárodním obchodu. V současné době připadá na ropu asi 40% z celkového objemu mezinárodní námořní přepravy zboží. Užitné vlastnosti kapalných paliv z fyzikálního hlediska umožňují výhodnou manipulaci jak při těžbě, tak při dopravě a ve spotřebě. Z tohoto důvodu zaujímají kapalná paliva v mezinárodním obchodu stále první místo a i při proměnlivých cenách jejich přepravované množství roste. K dopravě tekutých paliv se používá všech systémů dopravy, tj. železniční, silniční, vodní a potrubím. V celém systému dopravy těchto paliv se dopravní prostředky kombinují, například z místa těžby se ropa dopravuje potrubím nebo železničními cisternami do přístavu, kde se přečerpá do tankerů, které ji dopraví do zámořských přístavů. Odtud se ropa dopravuje buď ropovody nebo říčními tankery do rafinérií a posléze jsou naftové deriváty dodávány ke spotřebitelům buď automobilovými cisternami, potrubní dopravou, železničními cisternami nebo mohou být opět dálkově dopravovány speciálními tankery. Doprava kapalných paliv má tyto výhody: - velké využití dopravního prostoru - snadné plnění a vyprazdňování - možnost dopravy čerpadly - doprava vysokého energetického obsahu v objemové jednotce. Potrubím se dopravuje buď surová ropa nebo po rafinaci její deriváty. Doprava derivátů je méně výhodná, neboť se musí dopravovat odděleně podle druhů a nesmí dojít k jejich smísení. V těchto případech jde pak většinou o dopravu menších množství a zpravidla na kratší vzdálenosti. 3.3.2. Energetická účinnost dopravy kapalných paliv Kapalná paliva mají výhodné fyzikální vlastnosti pro dopravu jednak tím, že mají vysoký energetický obsah v objemové jednotce, jednak tím, že kapaliny se mohou dopravovat kontinuálním způsobem potrubím. Tyto vlastnosti je zvýhodňují z hlediska dopravy energie proti ostatním energetickým zdrojům, především vůči palivům tuhým. Další důležitou vlastností dopravy kapalných paliv je její bezztrátovost z hlediska dopravované substance. Seřadíme-li jednotlivé formy dopravy kapalných paliv podle energetické náročnosti, zjistíme, že energeticky nejvýhodnější je námořní doprava, potom následuje doprava potrubím o velkých výkonech, dále železniční doprava a nakonec doprava silniční. Železniční doprava může ve specifických podmínkách být výhodnější než doprava potrubím malých průměrů či říční doprava. 3.3.3. Potrubní doprava kapalných paliv Potrubní doprava kapalných paliv se používá od poloviny minulého století a v současné době dosahuje ohromného rozmachu především v Evropě a USA. Při dopravě velkých množství ropy je doprava potrubím rychlou a levnou formou dopravy. V určitých geografických podmínkách, umožňuje-li podstatné zkrácení dopravní cesty, může potrubní doprava konkurovat i vodní dopravě, o které víme, že je v podstatě nejlevnější. 200
V současné době se staví ropovody v dimenzích od Js 300 (značí průměr potrubí 300 mm) do Js 1500 a projektují se průměry ještě větší. Menších světlostí se používá zřídka, především pro dopravu speciálních látek (chemikálie, ropné deriváty v místní dopravě). Ve srovnání s plynovody, při stejném průměru potrubí, dokáží ropovody přenést 1,5 násobek množství energie vlivem většího energetického obsahu v jednotce objemu. Dálkové ropovody jsou velmi nákladné stavby. Předpokládá se dlouhá doba využití, tedy dlouhá fyzická i ekonomická životnost. Pro dosažení vysoké ekonomické efektivnosti je nezbytné využívat ropovody téměř na 100%. Z technického hlediska je důležité dodržet jmenovitý dopravní tlak, takže se zařazují v určitých vzdálenostech do ropovodů přečerpací a tlakové stanice. Tyto stanice udržují optimální provozní podmínky. Tlakové poměry podél trasy ropovodu s použitím tří čerpacích stanic znázorňuje Obr. 121. Náklady na energii v těchto stanicích činí až 15% i více z celkových dopravních nákladů. Investiční náklady lze přibližně rozdělit takto: potrubí a armatury 56% doprava trub 9% zemní práce 35% Důležitým technickým parametrem je průměr potrubí, který se musí stanovit optimálně pro celou dobu provozu ropovodu. Při volbě malého průměru by bylo nutné zvýšit počet čerpacích stanic k dodržení optimálního tlaku, čímž by vzrostly provozní náklady. Obr. 123 - Závislost jednotkových dopravních nákladů na dopravovaném množství ropy Obr. 122 - Tlakové poměry podél linie ropovodu Pro určité dopravované množství a vzdálenost je možné provést ekonomickou optimalizaci průměru potrubí, když obecně platí, že s rostoucím průměrem stoupají investiční náklady a klesají náklady provozní. Závislost dopravních nákladů vztažených na jednotku přepraveného množství na celkové přepravě ropy za rok ukazují Obr. 122 a Obr. 123. Nevýhodou potrubní dopravy je nemožnost změnit dopravní cestu, zranitelnost v případě války či teroristického útoku, vázanost na určitý zdroj, malá rychlost dopravy (4 8 km/h), která je ovšem vyvážena kontinuitou provozu. Další nevýhodou je velký základní obsah kapaliny v potrubí, který je obtížně využitelný. Jenom plnění potrubí při uvádění do provozu trvá několik měsíců. Průběh dodávek z hlediska druhu dopravované ropy je nutno dlouhodobě plánovat, za provozu nelze měnit druh dopravovaného paliva bez technologických komplikací, různé druhy paliva je nutné oddělit a dopravovat za sebou (časové zpoždění dodávky nového druhu). Do České republiky se dopravuje ropa ropovodem Družba ze Ruska přes Slovensko, do kterého je zapojen také ropovod Adria z Rijeky a ropovodem z Ingolstadtu z Německa. Ropovod Družba byl uveden do provozu v roce 1962. Jeho délka na území bývalé federace je 750 km, průměr potrubí Js 529 a jeho objem je 3 85 300 m. Maximální roční kapacita dodávek ropy činí přibližně 12 milionů tun. 201
Strategicky významnou protiváhou Družby, který prochází územím Ruska a Ukrajiny, je ropovod IKL z Ingolstadtu postavený v devadesátých letech minulého století. Celková délka činí 344 km, z toho na našem území 166 km. Průměr potrubí Js 700, maximální přepravní rychlost 1,5 m/s. Tlak na vstupu 7 MPa, na výstupu 2 MPa. Síla stěny trubky na začátku je 12,5 mm, na konci jen 3,5 mm. Maximální výkon 3 28/ čerpadel 1650 m /h. Roční technické minimum nutné pro údržbu činí 1,8 mil. t ropy. Maximální roční kapacita je 10 mil.t. Rozpočtové náklady stavby činily 14 mld. Kč. Obr. 125 - Závislost měrných dopravních nákladů na ročním dopravovaném množství a průměru potrubí ropovodu Česká republika v rámci bývalé federace se kapitálově podílela na vybudování ropovodu Adria (přes 29/ Chorvatsko a Maďarsko do Bratislavy). Ten je také zásobován ropou převážně ze zemí OPEC. Zvyšování cen ropy způsobilo, že i méně ekonomicky výhodná ložiska ropy a její doprava na velké vzdálenosti se staly ekonomicky efektivními. Ropa se dnes těží v neobydlených oblastech věčně zmrzlé půdy či z mořského dna a přepravuje na obrovské vzdálenosti. To vyžaduje neobvyklá technická řešení a velké finanční náklady, které jsou značně rizikové vzhledem ke kolísání cen ropy v posledních cca 30 letech. Obr. 124 - Soustava evropských ropovodů 28/ Pro kontrolu technického stavu ropovodu (např. kontrola těsnosti), projíždí ropovodem měřící zařízení, tzv. "kontrolní ježek". Na jeho projetí je nutný určitý minimální pohyb kapaliny. 29/ Zájmové sdružení zemí vyvážejících ropu (převážně Blízkého a Středního Východu). 202
3.3.4. Potrubní doprava zkapalněného plynu V kapalném stavu se může s výhodou přepravovat především propan-butan. Metan, který je hlavní složkou zemního plynu je kapalný za normálního tlaku kolem -160 C a zaujímá pouze 1/625 svého původního objemu. Je zřejmé, že pro potrubní dopravu zkapalněného zemního plynu je třeba vyřešit především problematiku chlazení a kvalitní tepelné izolace potrubí z odolného materiálu zachovávajícího mechanické vlastnosti i při nízkých teplotách. Čerpací stanice podél trasy je třeba kombinovat s chladícími. Potrubní doprava zkapalněného plynu se jeví ekonomicky výhodnou především na střední vzdálenosti a pro zásobování velkých dodavatelských center ve velkých aglomeracích. Dopravní kapacita potrubí se zkapalněním zvýší více než čtyřnásobně oproti přepravě v plynném stavu. 203
3.4. Potrubní systémy dopravy tuhých paliv - uhlovody Jde o moderní způsob dopravy tuhých paliv, především uhlí, který může konkurovat železniční dopravě při větších dopravních vzdálenostech. Uplatnění tohoto způsobu dopravy však předpokládá spalování uhelného prachu, neboť potrubím se dá přepravovat jen namleté uhlí. Doprava potrubím zásobuje tedy především velké tepelné elektrárny, čímž odpadá mletí paliva v samotné elektrárně. Nosným médiem je obvykle voda - mluvíme o hydraulické dopravě. Dopravní náklady prudce klesají s rostoucím dopravovaným množstvím, což je rozdílné ve srovnání s železniční dopravou. Technické zařízení pro hydraulickou dopravu uhlí má obdobné rozměry jako ropovody a musí být vybaveno přečerpacími stanicemi. V naší zemi se používá hydraulická doprava také v uhelných elektrárnách, nicméně ne na přísun uhlí, jako spíše na dopravu popele a popílku do odkališť k trvalému uskladnění. Systémy potrubní dopravy tuhých paliv se ve vyspělých průmyslových zemích neustále rozvíjejí. Z ekonomických propočtů vyplývá, že při průměru potrubí přes 400 mm a přenášeném výkonu od 1500 do 9 000 MW a vzdálenosti 800 2 400 km jsou uhlovody ekonomicky výhodnější než železniční doprava a mohou se za určitých terénních podmínek stát dokonce výhodnější než elektrické venkovní vedení o velmi vysokém napětí. Problémy jsou s jemností zrnění uhlí a v dodržení správného poměru vody a uhlí. Ve vývoji jsou systémy, které místo vody používají tekutá paliva, takže v potrubí se vytváří směs pevného a tekutého paliva, kterou lze spalovat přímo v kotli bez jakýchkoliv úprav. Ekonomickou výhodnost tohoto způsobu dopravy uhlí dokládá Obr. 126. Obrázek srovnává dopravní náklady v eurocentech na 1 kwh pro 5 porovnávaných variant dopravy srovnatelného množství energie. Ekonomické výpočty byly provedeny za předpokladu 12 % úrokové míry a doby životnosti dopravního zařízení 10 let. Obr. 126 - Srovnání dopravních nákladů různých způsobů dopravy energie Varianta 1: Varianta 2: Varianta 3: Varianta 4: Potrubní doprava směsi methanol - uhlí, množství 4,6 mil. tun uhlí a 4,6 mil. tun methanolu (poměr směsi 1:1). Doprava uhlí po železnici - jednoúčelové vlaky o hmotnosti 1500 t dopravovaného uhlí. Potrubní doprava směsi voda - uhlí, technicko-ekonomické charakteristiky byly převzaty z provozních a investičních nákladů uhlovodu Black-Mesa v USA. Doprava uhlí po řekách - je kombinována se železniční dopravou z dolu na překladiště v přístavu a v cílovém přístavu překladem na železnici. 204
Varianta 5: Doprava elektrické energie vedením vvn 400 kv s příslušnou transformací v distribučním místě na napětí odběratele. Další možností dopravy tuhých paliv potrubím je použití tzv. kapslové metody, která spočívá v tom, že určité množství paliva se uzavírá do obalu z plastické hmoty, který se hydraulicky prostřeluje potrubím. Tím odpadá komplikace s míšením paliva a nosného média. Jako nosné médium se zkouší též vzduch. Toto řešení je výhodné pro kratší vzdálenosti. Výhodnost potrubní dopravy tuhých paliv narůstá s objemem ročně dopravovaného množství a s jeho pravidelností. Toto řešení se ukazuje být ekonomicky efektivním především při zásobování tepelných velkoelektráren na vzdálenosti stovek kilometrů. Ve srovnání s železnicí nepodléhá potrubní doprava v takové míře vlivu inflace, neboť podíl fixních nákladů je mnohem vyšší a v provozních nákladech uhlovodů je mnohem menší podíl mzdových nákladů, které jejichž růst inflaci způsobuje (mzdami tažená inflace) než je tomu u železnice, na jejichž ztrátový provoz musí stát přispívat provozními dotacemi. V roce 2000 to bylo v ČR např. cca 9 mld. Kč. 205