Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej we współpracy z Instytutem Optymalizacji Technologii (IOT) rozpoczynają prace nad modułowymi pływającymi elektrowniami. Urządzenia będą bezpieczne dla środowiska, niedrogie i mogą być uzupełnieniem dla tradycyjnych elektrowni wodnych.

Projekt „Modułowe Pływające Elektrownie wodne jako sposób na wykorzystanie energii nurtu rzeki” otrzymał 11,2 mln zł dofinansowania z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu FENG – Ścieżka SMART dla konsorcjów, z czego blisko 3 mln zł trafi na naszą uczelnię.

W jego realizację zaangażowani będą naukowcy z Wydziałów Mechaniczno-Energetycznego i Mechanicznego, a kierownikiem zespołu na naszej uczelni jest prof. Jacek Kasperski z Katedry Inżynierii Konwersji Energii na W9.

Prototyp pojedynczej instalacji – pływającej platformy w formie katamaranu – został już przetestowany. Badania polegały m.in. na jednoczesnym pomiarze prędkości napływu wody, mocy na generatorze oraz szybkości obrotowej wirnika.

Według wstępnych szacunków mała pływająca elektrownia wodna o średnicy turbiny poniżej dwóch metrów jest w stanie produkować do 70 kWh energii na dobę. Kolejnym krokiem ma być utworzenie stałej, demonstracyjnej farmy w nurcie rzeki, ale do tego konieczne jest przeprowadzenie dokładnych badań.

Wykorzystać siłę wody

Pływające elektrownie wodne to zazwyczaj instalacje wykorzystujące spad wody do produkcji energii elektrycznej, a pierwsze tego typu konstrukcje zaczynają się już pojawiać na rzekach górskich. Rozwiązanie, w realizację którego są zaangażowani naukowcy z Politechniki Wrocławskiej, może być natomiast stosowane na rzekach nizinnych, płynących z prędkością od 1 do 1,5 m na sekundę.

– 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.

Prowadzone przez naszych naukowców badania będą skoncentrowane na dwóch aspektach. Pierwszy dotyczy innowacyjnej konstrukcji dyfuzora wylotowego, mającego za zadanie maksymalizację sprawności, a zarazem produktywności takiej turbiny przy zapewnieniu minimalnej masy urządzenia. Drugi aspekt jest związany z pracą turbin w farmie, czyli kilku połączonych ze sobą instalacjach, gdzie badane będzie ich wzajemne usytuowanie i jego wpływ na produkcję energii oraz bezpieczeństwo eksploatacji. Jak w przypadku każdej maszyny przepływowej, wyzwaniem w projekcie będzie spełnienie wymagań przepływowych przy jednoczesnym spełnieniu kryteriów wytrzymałościowych i eksploatacyjnych, które się wzajemnie wykluczają.

Duży potencjał

Co ważne, energetyka wodna w krajowym bilansie OZE ma duże możliwość rozwoju. Według danych Urzędu Regulacji Energetyki łączny teoretyczny potencjał hydroenergetyczny polskich rzek szacuje się na 23,6 TWh/rok, z czego potencjał techniczny wynosi około 13,7 TWh/rok.

Biorąc pod uwagę średnią produkcję energii w istniejących elektrowniach wodnych, Polska wykorzystuje jednak jedynie około 15% krajowego potencjału technicznego. Wynika to z ograniczeń technologicznych dla dostępnych na rynku rozwiązań – niemal 90% funkcjonujących elektrowni wodnych to obiekty o mocy nie przekraczającej 1 MW, które klasyfikowane są jako małe elektrownie wodne. Ze względu na ukształtowanie terenu, funkcjonują one przede wszystkim na południu Polski oraz w północnej części kraju.

– Chcemy wypełnić lukę w zakresie rozproszonej energetyki wodnej, identyfikując zasadnicze problemy i odpowiadając na nie poprzez realizację prac B+R nad innowacyjnym produktem – podkreśla prof. Kasperski.

Jednym z głównych aspektów przedsięwzięcia jest też jego koszt. Dzięki optymalizacji procesów produkcyjnych i skalowalności cena jednego urządzenia może wynieść około 50 tys. zł, a zwrot z inwestycji ma nastąpić w ciągu pięciu lat.

Projekt jest realizowany w konsorcjum z Instytutem Optymalizacji Technologii, który odpowiada m.in. za konstrukcję, obliczenia pływowe oraz badania w warunkach zbliżonych do rzeczywistych. Naukowcy z PWr zajmą się m.in. obliczeniami wytrzymałościowymi i badaniami modelowymi.

W skład głównego zespołu badawczego, poza kierownikiem projektu, wchodzą 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 na PWr w pierwszym kwartale 2026 roku i potrwają 30 miesięcy. Łączny budżet projektu to około 15,8 mln zł.

mic