Tak może wyglądać polska elektrownia wiatrowa dla prosumenta
Zespół MMP Team z Gdańska został zwycięzcą pierwszej edycji konkursu „Wielkie Wyzwanie: Energia”, którego celem było zaprojektowanie najlepszego prototypu przydomowej elektrowni wiatrowej. Zwycięzca konkursu otrzymał nagrodę w wysokości 1 miliona złotych. Na razie małe elektrownie wiatrowe nie znalazły szerszego zastosowania na rynku, jednak według profesora Zbigniewa Krzemińskiego – kierownika zespołu MMB Team, splot pozytywnych okoliczności może zwiększyć zainteresowanie tą technologią, która jego zdaniem w sprzyjających warunkach już dziś może generować tańszą energię niż fotowoltaika.
W ramach finału przeprowadzonego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju konkursu „Wielkie Wyzwanie: Energia” zespół MMB Team musiał zmierzyć się z 10 najlepszymi drużynami konstruktorskimi z całego kraju, które opracowały najlepsze modele małych elektrowni wiatrowych przeznaczonych do produkcji energii na potrzeby np. gospodarstw domowych.
W czasie finałowej rywalizacji na stadionie PGE Narodowy w Warszawie przydomowe elektrownie wiatrowe 10 najlepszych drużyn pracowały nieprzerwanie przez 6 godzin w warunkach sztucznego wiatru stymulowanego w specjalnie zaprojektowanym stanowisku nawiewowym.
Sędziowie uznali, że urządzeniem, które w sposób najbardziej efektywny przetworzyło energię wiatru w energię elektryczną, było to zaprojektowane przez zespół MMB Team z Gdańska pod kierownictwem prof. Zbigniewa Krzemińskiego.
W skład zwycięskiego zespołu MMB Team, którego członkowie na co dzień zajmują się projektowaniem układów elektronicznych oraz sterowania urządzeniami energoelektronicznymi i napędowymi, weszli – obok prof. Zbigniewa Krzemińskiego – także Robert Dobieglewski, Sebastian Giziewski, Mateusz Karpiczenko, Bartosz Kołpacki, Krzysztof Kowalewski, Piotr Pancewicz, Jędrzej Pietryka, Mariusz Rutkowski, Janusz Szewczyk, Marcin Szostak, Jarosław Jurysta, Roman Jurysta, Jacek Małecki i Adam Szylin.
Portal Gramwzielone.pl rozmawiał na temat tego projektu z kierownikiem zespołu MMB Team, profesorem Zbigniewem Krzemińskim, i zapytał go o szczegóły zwycięskiego prototypu przydomowej elektrowni wiatrowej oraz szanse na jego komercjalizację.
Radosław Błoński: – Dlaczego Pana zespół postanowił skupić się na projekcie związanym właśnie z małą energetyką wiatrową?
Prof. Zbigniew Krzemiński: – Energetyką wiatrową interesuję się od końca lat 90-tych, kiedy współpracowaliśmy z firmą AvK SEG produkującą przekształtniki do elektrowni z maszyną dwustronnie zasilaną. Opracowaliśmy wtedy bezczujnikowy układ regulacji maszyny, stosowany obecnie w wiatrakach dużej mocy. Małe wiatraki stały się z czasem jednym z obszarów działania kierowanej przeze mnie firmy MMB Drives sp. z o.o. Przystąpienie do „Wielkiego Wyzwania: Energia” było konsekwencją posiadania odpowiedniej wiedzy i doświadczenia.
Jak powstał pomysł na zaprojektowanie urządzenia? Czy postawili sobie Państwo jakieś początkowe założenia?
– Podstawowe założenia projektu elektrowni podali organizatorzy „Wielkiego Wyzwania”. Nam pozostało przeanalizowanie warunków i wybór odpowiednich rozwiązań każdego podzespołu. Elektrownia jako całość musiała być starannie zaprojektowana, bez uproszczeń i kompromisów. Przyjęliśmy założenie, że każdy z komponentów będzie przetwarzał energię z maksymalną do uzyskania sprawnością.
Gdzie szukać paneli fotowoltaicznych?
Poniżej przedstawiamy ranking serwisu Oferteo.pl dotyczący 18 343
firm instalujących panele fotowoltaiczne, najlepszych w 2020 roku w
poszczególnych miastach:
Jak dużo czasu zajęło zaprojektowanie, wybudowanie oraz zoptymalizowanie pracy elektrowni?
– Prace trwały od Konferencji Otwarcia w październiku 2019 roku, po której powstał zespół MMB Team. Wybór koncepcji, projekty, integracja podzespołów oraz testy zajęły łącznie około 4 miesięcy pracy w kilkuosobowych zespołach w różnych terminach.
Jakie trudności napotkał zespół na drodze realizacji projektu?
– Mieliśmy dobry projekt, ale pojawiły się ograniczenia finansowe i podczas realizacji konieczne było zastosowanie zastępczych podzespołów. Największą trudnością było zmobilizowanie się do ciągłego wprowadzania zmian bez gwarancji osiągnięcia założonego rezultatu.
MMB Team. Fot. NCBR.
Czy wykorzystanie zastępczych podzespołów mogło w sposób znaczący ograniczyć końcową sprawność turbiny?
– Sposób wykonania łopatek zmienił ich profile aerodynamiczne w porównaniu z założonymi. Wiatrak w końcowej wersji nie osiągnął mocy takiej, jakiej spodziewaliśmy się na podstawie obliczeń.
Jakie końcowe parametry osiągnęła turbina MMB Team?
– Końcowe parametry przyniosły pewne rozczarowanie. Teoretycznie wyznaczone wartości nie zostały w 100 procentach osiągnięte, ale byliśmy bardzo blisko. Przy prędkości wiatru równej 8 m/s turbina osiągała około 450 W, z czego po przekształceniu energii mogliśmy wykorzystać ok. 350 W.
Dlaczego właśnie projekt opracowany przez MMB Team uzyskała najlepsze rezultaty?
– Nasz projekt spełniał wymagania i ograniczenia techniczne określone przez organizatorów. Ocena projektów opierała się na jednym obiektywnym kryterium, jakim jest maksymalna ilość energii oddanej na obciążenie w postaci 5 żarówek o mocy 60 W każda.
Nasza elektrownia posiada poziomą oś obrotu, więc może mieć średnicę 2 metrów. Wykonaliśmy turbinę o średnicy mniejszej o 2 mm od maksymalnej. Zastosowaliśmy bezrdzeniową maszynę z magnesami trwałymi sterowaną bezczujnikowo, z wykorzystaniem zaawansowanych algorytmów sterowania zarówno generatorem jak i turbiną. W przekształtnikach zastosowaliśmy tranzystory z węglika krzemu zapewniające bardzo wysoką sprawność przetwarzania energii. Akumulatory o dużej pojemności zapewniły wysoką sprawność magazynowania i odzysku energii. Te właśnie elementy zadecydowały o sukcesie.
Czy projekt zwycięskiej elektrowni wiatrowej ma szansę na komercjalizację? Co trzeba zrobić, aby takie rozwiązanie stało się atrakcyjną inwestycją dla prosumentów?
– Stawiamy sobie następne wyzwanie polegające na takim zaprojektowaniu elektrowni, żeby wartość energii wytworzonej w ciągu 6-7 lat pokryła cenę zakupu. Tylko taki projekt będzie miał sens ekonomiczny.
Jak w najbliższych latach będzie rozwijać się mała energetyka wiatrowa w Polsce?
– Istnieje duże zapotrzebowanie na małe elektrownie, jednak cena instalacji kilku – kilkudziesięcio-kilowatowej elektrowni jest znaczna i ogranicza inwestycje. Małe elektrownie będą mimo wszystko atrakcyjne i będą stopniowo wchodzić na rynek.
Co może wpływać na niekorzystną na ten moment cenę przydomowej elektrowni wiatrowej? Chodzi o drogie komponenty, problem z ich dostępnością czy może nie do końca zoptymalizowaną technologię wytwarzania?
– Projektując elektrownię nie liczyliśmy się z końcowymi kosztami. Duży koszt generatora zredukujemy do kilkuset złotych przez zastosowanie maszyny indukcyjnej dostępnej komercyjnie kosztem mniejszej o kilka procent sprawności przetwarzania energii. Uprościmy układ obrotu na wiatr i wprowadzimy obliczanie prędkości wiatru na podstawie modelu matematycznego zamiast drogiego anemometru.
Czy przydomowe elektrownie wiatrowe mogą powtórzyć sukces, jaki na rynku prosumenckim odniosły mikroinstalacje fotowoltaiczne?
– Przydomowe turbiny wiatrowe mogą dostarczać energię w okresach, w których jest duże zapotrzebowanie, a nasłonecznienie małe. Ich wykorzystanie zależy od warunków technicznych, pogodowych, ekonomicznych i prawnych. Splot pozytywnych okoliczności może zwiększyć zainteresowanie małymi elektrowniami wiatrowymi, które w sprzyjających warunkach już dziś generują tańszą energię niż fotowoltaika.
Finał „Wielkiego Wyzwania: Energia” pozwolił na wyłonienie najlepszej drużyny. Jednakże organizatorzy konkursu jak i sam zwycięzca pokreślił, że wszystkie zaprezentowane przez finalistów prototypy odznaczały się efektywną pracą, a implementacja przedstawionych rozwiązań może przynieść w niedalekiej przyszłości zmiany w obszarze OZE.
Po zakończeniu finału, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju zorganizowało spotkanie, na które zostali zaproszeni wszyscy uczestnicy finału pierwszej edycji konkursu. W ramach spotkania zostały przedstawione i omówione dalsze możliwości wspierania zaprezentowanych przez poszczególne zespoły prototypów.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
