Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej ruszają z projektem modułowych pływających elektrowni, które mają tanio i bezpiecznie produkować energię z nurtu rzek nizinnych.
- Projekt pływających elektrowni hydrokinetycznych otrzymał 11,2 mln zł dofinansowania z NCBR w ramach programu FENG – Ścieżka SMART.
- Powstające urządzenia mają wykorzystywać energię nurtu rzeki, a nie spad, dzięki czemu mogą pracować również na rzekach nizinnych.
- Prototyp katamaranu z turbiną został już przetestowany i według szacunków może produkować do 70 kWh energii na dobę.
- Naukowcy badają innowacyjny dyfuzor oraz pracę wielu turbin w jednej farmie, aby zwiększyć sprawność i bezpieczeństwo eksploatacji.
- Docelowo urządzenia mają kosztować ok. 50 tys. zł za sztukę, a inwestycja powinna zwrócić się w ciągu pięciu lat dzięki optymalizacji i skalowalności.
Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej, we współpracy z Instytutem Optymalizacji Technologii (IOT), rozpoczęli prace nad modułowymi pływającymi elektrowniami wodnymi. Urządzenia mają być przystosowane do pracy w nurcie rzeki, przy zachowaniu bezpieczeństwa dla środowiska naturalnego oraz niskich kosztów eksploatacji, co pozwoli na ich stosowanie jako uzupełnienie tradycyjnych elektrowni wodnych. Projekt nosi nazwę „Modułowe Pływające Elektrownie wodne jako sposób na wykorzystanie energii nurtu rzeki” i otrzymał 11,2 mln zł dofinansowania z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu FENG – Ścieżka SMART dla konsorcjów. Z tej kwoty blisko 3 mln zł trafi na Politechnikę Wrocławską.
W realizację projektu zaangażowani będą naukowcy z Wydziałów Mechaniczno-Energetycznego i Mechanicznego. Kierownikiem zespołu na uczelni jest prof. Jacek Kasperski z Katedry Inżynierii Konwersji Energii na W9. Prace badawcze obejmują zarówno projektowanie modułowych platform, jak i testy technologiczne w rzeczywistych warunkach rzecznych.
Prototyp pojedynczej instalacji, czyli pływającej platformy w formie katamaranu, został już przetestowany. Badania obejmowały pomiar prędkości napływu wody, moc generowaną przez generator oraz szybkość obrotową wirnika. Wyniki testów pozwalają na oszacowanie wydajności małych elektrowni tego typu.
Według wstępnych danych mała pływająca elektrownia wodna, w której turbina ma średnicę poniżej dwóch metrów, może wytwarzać do 70 kWh energii w ciągu jednej doby. Kolejnym etapem prac ma być utworzenie stałej, demonstracyjnej farmy w nurcie rzeki, jednak realizacja tego kroku wymaga przeprowadzenia szczegółowych badań wydajnościowych oraz analizy bezpieczeństwa eksploatacji w rzeczywistych warunkach wodnych.
Wykorzystać siłę wody
Na polskich rzekach nizinnych pojawiają się pierwsze eksperymentalne instalacje, które mają pozwolić na produkcję energii elektrycznej z nurtu rzeki. W przeciwieństwie do klasycznych elektrowni wodnych, gdzie energia powstaje dzięki różnicy wysokości między lustrem wody a poziomem wylotu, nowy system bazuje na wykorzystaniu energii kinetycznej płynącej wody. Takie rozwiązanie pozwala na montaż turbin w rzekach o prędkości przepływu od 1 do 1,5 metra na sekundę, co otwiera możliwość stosowania instalacji także poza górskimi odcinkami cieków wodnych.
– Nasz projekt dotyczy turbin hydrokinetycznych, które w przeciwieństwie do klasycznych elektrowni wodnych wykorzystujących wysokość spadu (energia potencjalna), produkują energię elektryczną bazując na energii nurtu rzeki (energia kinetyczna). Innymi słowy, turbina hydrokinetyczna działa w sposób zbliżony do wiatraka, z tą jednak różnicą, że wykorzystuje energię wody, a nie wiatru – mówi prof. Jacek Kasperski.
Badania prowadzone na Politechnice Wrocławskiej koncentrują się na dwóch obszarach. Pierwszy dotyczy konstrukcji dyfuzora wylotowego, który ma zwiększać sprawność turbiny przy jednoczesnym ograniczeniu masy urządzenia. Drugi obszar obejmuje pracę turbin w ramach farmy składającej się z kilku powiązanych ze sobą instalacji. Naukowcy badają wzajemne usytuowanie turbin i jego wpływ na produkcję energii oraz bezpieczeństwo eksploatacji.
Podczas projektowania turbin hydrokinetycznych trzeba jednocześnie spełnić wymagania przepływowe wody i kryteria wytrzymałościowe urządzeń. Te dwa aspekty często pozostają w konflikcie, dlatego konstrukcja musi uwzględniać zarówno optymalny przepływ wody przez turbinę, jak i wytrzymałość materiałów, z których wykonano urządzenie. Badania mają również na celu zapewnienie bezpieczeństwa użytkowania oraz trwałości turbin podczas wieloletniej eksploatacji.
Wielki potencjał
W Polsce energetyka wodna wciąż dysponuje dużym, niewykorzystanym potencjałem w bilansie odnawialnych źródeł energii. Według danych Urzędu Regulacji Energetyki, łączny teoretyczny potencjał hydroenergetyczny krajowych rzek szacowany jest na 23,6 TWh rocznie, z czego około 13,7 TWh rocznie stanowi potencjał techniczny, możliwy do wykorzystania przy istniejących technologiach i infrastrukturze.
Obecnie wykorzystanie tego potencjału jest ograniczone. Analizy pokazują, że średnia produkcja energii w działających elektrowniach wodnych odpowiada zaledwie około 15 procent krajowego potencjału technicznego. Głównym powodem są ograniczenia technologiczne oraz charakterystyką istniejących obiektów – niemal 90 procent funkcjonujących elektrowni wodnych to instalacje o mocy nieprzekraczającej 1 MW, klasyfikowane jako małe elektrownie wodne. Te obiekty działają głównie w południowej i północnej części kraju, co wynika z ukształtowania terenu i dostępności odpowiednich warunków do ich funkcjonowania.
Jednym z kluczowych czynników przy planowaniu nowych inwestycji jest koszt urządzeń. Przy zastosowaniu optymalizacji procesów produkcyjnych i wykorzystaniu skali produkcji cena pojedynczego urządzenia może wynieść około 50 tys. zł, a zwrot z inwestycji przewiduje się w ciągu pięciu lat. Realizacja projektu odbywa się w konsorcjum z Instytutem Optymalizacji Technologii, który odpowiada między innymi za konstrukcję urządzeń, obliczenia pływowe oraz badania w warunkach zbliżonych do rzeczywistych.
Na Politechnice Wrocławskiej zespół naukowców zajmie się obliczeniami wytrzymałościowymi oraz badaniami modelowymi. W skład głównego zespołu badawczego wchodzą kierownik projektu, dr hab. inż. Janusz Skrzypacz, prof. uczelni, dr hab. inż. Jacek Karliński, prof. uczelni, dr inż. Dominik Błoński, dr inż. Marcin Bieganowski, dr inż. Bartłomiej Chomiuk oraz mgr inż. Anna Piwowar.
Prace badawcze rozpoczną się w pierwszym kwartale 2026 roku i potrwają 30 miesięcy. Łączny budżet projektu wynosi około 15,8 mln zł.
Źródło: PWr
