27 maja 2019


Ukształtowanie terenu oraz warunki hydrologiczne w Polsce nie sprzyjają budowie dużych elektrowni wodnych. Na 639 elektrowni wykorzystujących naturalny przepływ wody, tylko w 15 elektrowniach moc zainstalowana jest wyższa od 5 MW, w 212 elektrowniach moc zainstalowana zawiera się w przedziale od 100 kW do 5 MW i aż w 354 nie przekracza 100 kW. Z nadających się do wykorzystania zasobów tak zwanej małej energetyki wodnej (MEW) wykorzystuje się obecnie niespełna 17 %, a do wykorzystania przez MEW pozostał potencjał energetyczny wynoszący 1,7 TWh/rok.

Adam Henke, Zbigniew Krzemianowski, Adam Adamkowski

W Polsce jest kilkaset zinwentaryzowanych dogodnych lokalizacji małych elektrowni wodnych oraz szacuje się na ponad tysiąc lokalizacji nie zinwentaryzowanych. Rozkład procentowy obiektów do wykorzystania w zależności od zakresu spadów przedstawia tabela 1.

tabela turbina
Tab. 1 Obiekty nadające się do wykorzystania energetycznego; udział procentowy w zależności od spadu

Wynika z niej, że zdecydowaną większość obiektów do wykorzystania stanowią obiekty o niskim spadzie, co należy uwzględnić w programach produkcji turbin, kładąc nacisk na szybkobieżne turbiny niskospadowe. Turbiny tego typu pozwalają w sposób efektywny zagospodarować i wykorzystywać obiekty hydrotechniczne, charakteryzujące się relatywnie wysokimi natężeniami przepływu wody przy niskich spadkach (różnicy poziomów wody górnej i dolnej poniżej 4 ÷ 5 m słupa wody).
W Instytucie Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku (IMP PAN) od lat prowadzone są prace badawcze i konstrukcyjne nad tego typu turbinami. Opracowano kilka typoszeregów turbin rurowych o różnych wyróżnikach szybkobieżności i konfiguracjach geometrycznych układu przepływowego. Jedną z nich, turbinę rurową o wale poziomym, opisywaliśmy w ”Projektowaniu i Konstrukcjach Inżynierskich” w 2014 r.

turbina
Rys. 1 Linie prądu kolorowane prędkością całkowitą w warunkach pracy turbiny przy najwyższej sprawności

W niniejszym artykule przedstawiono najważniejsze wyniki prac projektowo-badawczych, przeprowadzonych w IMP PAN, których celem było zaprojektowanie, wykonanie oraz przebadanie nowoczesnego modelu hydrozespołu z turbiną wodną o ukośnej linii wału, charakteryzującym się wysoką sprawnością energetyczną, zwartą konstrukcją oraz możliwością łatwego montażu. Na podstawie badań tego modelu zaprojektowano typoszereg hydrozespołów z piko – i mikroturbinami, różniących się wielkością, i przeznaczonych na obiekty o spadach od 1 m do 4 m słupa wody.
Poprzez zastosowanie zaawansowanych metod analizy przepływu i projektowania palisad łopatkowych oraz weryfikację zaprojektowanego układu przepływowego badaniami modelu na stanowisku laboratoryjnym, uzyskano konstrukcję turbiny charakteryzującej się wysokim poziomem parametrów energetycznych i eksploatacyjnych.

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 4 (139) kwiecień 2019