Turbina hydrodynamiczna dla małej energetyki wodnej o mocy osiągalnej do 20 kW

Technologia
Turbina dla założonych identycznych danych wyjściowych dotyczących warunków wodnych uzyskuje 40-75% wyższą wydajność z jednostki powierzchni łopat wirnika niż konkurencyjne urządzenia znanych firm z tej branży.

Stawia to ją w uprzywilejowanej pozycji rynkowej w stosunku do konkurencji – decyduje bowiem o skróceniu okresów zwrotu z inwestycji do 4-6 lat (okresy zwrotu zależą naturalnie od miejscowych warunków wodnych, ale np. przy zanurzeniu tylko do połowy średnicy wirnika, tj. do osi turbiny, zachowuje ona około 70% swojej nominalnej mocy, co jest istotnym parametrem pracy dla turbin o średnicy większej od głębokości rzeki).

Ten wynik, tak bardzo istotny dla każdego potencjalnego inwestora jest efektem skokowego wzrostu wydajności spowodowanego specyficznym kształtem łopat wirnika skutkującego wzrostem prędkości przepływu wewnątrz turbiny (obniżeniem ciśnienia) co jest jej cechą charakterystyczną i największą zaletą.

Innowacja polega na zaprojektowaniu i wdrożeniu nowego kształtu wirnika turbiny wodnej. Firma ABT Accord Sp. z o.o. jest właścicielem praw autorskich i praw własności przemysłowej przedstawionego rozwiązania. Prace nad rozwiązaniem trwają od ponad 8 lat.

Na kanale bydgoskim zostały sprawdzone parametry sprawnościowe turbiny w różnym stanie zanurzenia (30%, 50%, 70%, 90%), przy różnych prędkościach zestawu pchającego. Aby nie zakłócać wpływu pchacza na turbinę, umieszczono ją w części dziobowej zestawu pchającego. W czasie testów okazało się, że – porównując uzyskaną moc do powierzchni pracującej – praca niecałkowicie zanurzonej turbiny jest bardziej wydajna. Wniosek ten był kluczowy w dalszych badaniach symulacyjnych.

Poniżej przedstawiono wyniki symulacji nowej konstrukcji turbiny wodnej o średnicy 6 metrów.

Strategia rynkowa
Istnieje potrzeba budowy pierwszych pływających hydrozespołów (zakładamy zespoły po 6-12 szt.) dla ostatecznego zweryfikowania w warunkach naturalnych, przez dłuższy czas. Orientacyjna moc zakładanego powyżej zespołu turbin wyniosłaby w takim przypadku 75-150 kW (w naszych, polskich warunkach i średnicy turbin 3 m – jak w przypadku urządzenia prototypowego).

Przyszłość technologii
Wraz z odchodzeniem od tradycyjnej energetyki bazującej na węglu, technologia ta pozwalałaby uzyskać wielu podmiotom: prosumentom, do których, do pewnego limitu mocy zainstalowanej zaliczają się także mali i średni przedsiębiorcy, tam gdzie są spełnione min. warunki lokalne, do uzyskania gwarancji i pewności zasilania nawet w sytuacjach krytycznych jak blackouty, itp.), jak też podmiotom tzw. ‚małej energetyki’ (wkrótce ma w tym pomóc nowa regulacja ustawowa).

Skalowanie projektu globalne
Wbrew twierdzeniom laików świat posiada niewykorzystany potencjał rzek, cieków (także pływów morskich i prądów oceanicznych) – są to głównie cieki wodne Azji, Afryki i Ameryki Południowej. Specyficzne rozwiązania proponowane przez Hydro Dynamic Turbine pozwalają uzyskać wyjątkową wydajność energetyczną, która potwierdzona została już w czasie prób i testów w warunkach rzeczywistych podczas testów na wcześniej opisywanej Brdzie z użyciem holownika (opuszczana z holownika).

Opinia branżowa
Cytat fragmentów pisma TRMEW z Grudziądza z końcówki 2019 r.:
„Odpowiadając na prośbę spółki ABT Accord Sp. z o.o., która prezentowała nowe rozwiązania turbin wodnych podczas spotkania zarządu w siedzibie Towarzystwa Rozwoju Małych Elektrowni Wodnych w Grudziądzu w dniu 4 kwietnia 2019 r. stwierdzamy, że w przypadku potwierdzenia parametrów technicznych nowych rozwiązań.

[…] wyżej wymienione urządzenia mogą przyczynić się do efektywnego zagospodarowania istniejącego potencjału hydroenergetycznego nie tylko w Polsce, ale w całej Europie. Towarzystwo uczestniczyło w europejskim projekcie RESTOR Hydro (Renewable Energy Sources Transforming Our Regions), którego celem było zwiększenie produkcji energii odnawialnej w małych i mikro elektrowniach wodnych poprzez inwentaryzację i odbudowę historycznych obiektów hydrotechnicznych, wykorzystujących energię wody, takich jak młyny, nieczynne elektrownie wodne, stopnie piętrzące, jazy oraz inne przegrody na rzekach.

[..] W ramach projektu RESTOR Hydro zbadany został potencjał hydroenergetyczny wynikający z możliwości wykorzystania obiektów piętrzących i historycznych lokalizacji młynów na obszarze obejmującym kraje EU-27. Szacuje się, że w Europie istnieje około 350.000 małych obiektów wykorzystujących w przeszłości energię wody. W ramach projektu RESTOR Hydro zebrano dane o 50.000 takich lokalizacji.

[…] Technologie produkcji energii elektrycznej wykorzystujące energię kinetyczną płynącej wody nie były do tej pory wykorzystywane niemal zupełnie. Upowszechnienie ich stosowania pozwoliłby w dużo większym niż do tej pory zakresie zagospodarować potencjał energetyczny rzek, zarówno w Polsce, jak i w innych krajach. ”

Na czym polega przewaga konkurencyjna względem innych projektów turbin?

➡ znacznie większej sprawności odzysku energii z wód płynących; uzyskany w testach bardzo wysoki wskaźnik uzyskiwanej mocy turbiny hydrodynamicznej, w porównaniu do najlepszych rozwiązań konkurencyjnych stawia nową turbinę na zupełnie innym poziomie technologicznym nie tylko w Europie, ale i na świecie;

➡ turbina pracując niecałkowicie zanurzona, oczyszcza zanieczyszczone rzeki i kanały technologiczne poprzez napowietrzanie (utlenianie) i rozdrabnianie płynących zanieczyszczeń; przyczynia się do restytucji stanu naturalnego wód płynących;

➡ może pracować naprzemiennie jako elektrownia i pompa; jest częściowym rozwiązaniem problemu suszy w rolnictwie i terenach pozbawionych wody (pozwala na proste nawodnienie i gromadzenie wody w samym gruncie oraz w zbiornikach retencyjnych);

➡ rozwiązanie jest całkowicie przyjazne dla ryb i organizmów żyjących w rzece; turbina jest wolnoobrotowa, a generator umieszczony jest zawsze (w każdej pozycji pracy) ponad powierzchnią wody;

➡ testy turbiny rzecznej wykazały dynamiczny przepływ wody pomiędzy łopatkami i spadek prędkości przepływu za turbiną; spadek prędkości to gwarancja braku erozji dna oraz brzegów rzeki, natomiast zwiększenie prędkości wody pomiędzy łopatkami to zwiększony odbiór energii; cecha ta jest istotna w czasie powodzi – turbina odbiera część niebezpiecznej energii rzeki.

Osiągane korzyści:

➡ zapewnienie globalnych, skalowalnych rozwiązań do produkcji energii elektrycznej z rzek oraz prądów oceanicznych; zapewnienie rozwiązań energetycznych we wszystkich obszarach, w których woda jest w ruchu, a konwencjonalne rozwiązania nie są konkurencyjne; energia rzeczna może stanowić jeden z filarów zrównoważonej przyszłości energetycznej;

➡ nowy typ elektrowni wymaga minimalnej konserwacji; nie ma przekładni ani innych mechanizmów o ograniczonej żywotności; przewidziano szybkie podnoszenie całego zestawu turbina – wał napędowy – generator; generator jest zawsze ponad lustrem wody, niezależnie od pozycji pracy turbiny;

➡ opracowany system pozwala na poszerzenia modułowe w formie pływających segmentów; dzięki temu elektrownie mogą być rozwijane w formie koncentrycznej oraz w sposób bardzo rozproszony.