Centrum Energetyki Odnawialnej w Sulechowie - inwestycja w polską innowacyjność

fot. ASTOR

Centrum Energetyki Odnawialnej przy Państwowej Wyższej Szkole Zawodowej w Sulechowie to unikalna na skalę kraju inwestycja, która jest przykładem transferu wiedzy do gospodarki. Obiekt składa się z Laboratorium Cieplnej Energetyki Odnawialnej, Laboratorium Elektroenergetyki i Maszyn Elektrycznych oraz Laboratorium Przemysłowych Systemów Informatycznych.

Projekt "Hala Laboratoryjna Energooszczędna-ekologiczna dla Energetyki i Odnawialnych Źródeł Energii" był współfinansowany z funduszy unijnych w ramach Lubuskiego Regionalnego Programu Operacyjnego na lata 2007-2013. Całkowity koszt wyniósł ponad 15 mln zł – Unia dofinansowała 75% tej kwoty, reszta dopłaciło Ministerstwo Nauki. Inwestycja polegała na budowie i wyposażeniu energooszczędnego budynku laboratorium energetyki odnawialnej.

Oficjalne otwarcie laboratorium nastąpiło 04 lipca 2011 r. Centrum rozpoczęło pracę z początkiem nowego roku akademickiego.

Centrum powstało by służyć nie tylko naukowcom, w celu opracowywania nowych technologii energetycznych, ale również po to by wspierać przygotowanie kompetentnej kadry inżynierskiej dla przedsiębiorstw projektujących, wytwarzających i wdrażających urządzenia odnawialnych źródeł energii. Dzięki wykorzystaniu potencjału nauki będzie możliwe stworzenie "gospodarki opartej na wiedzy". Wyposażenie obiektu umożliwia, bowiem prowadzenie wielu innowacyjnych badań z zakresu pozyskiwania energii odnawialnej z różnych źródeł, wzajemnych interakcji tych źródeł oraz szeroko rozumianej efektywności ekonomicznej różnych warunków klimatycznych.

W polityce energetycznej kraju jest zapis o podwojeniu produkcji energii elektrycznej przy skojarzeniu z ciepłem do 2020 roku. Polska musi nadgonić inne kraje, jeżeli chodzi o rozwój energetyki kogeneracyjnej (która z jednego źródła tworzy ciepło i prąd jednocześnie). Cel jest ambitny ale dzięki takiemu laboratorium jak to w Sulechowie, jest on realny. Oprócz tego ośrodek ma szanse stać się centrum rozwoju energetyki odnawialnej w regionie.

Centrum wyposażone jest w najnowocześniejsze urządzenia, które przetwarzają wiatr, promienie słoneczne oraz drewno na energię z której powstaje ciepło oraz prąd. Wykorzystywane są prawie wszystkie możliwe źródła energii pochodzącej z natury. Oprócz wytwarzania ciepła i prądu, nowoczesna turbina gazowa dodatkowo produkuje chłód zasilający klimatyzatory – jest to potrójna produkcja energii, tak zwana trigeneracja.

Na placu laboratoryjnym zlokalizowane są pompy ciepła, generatory wiatrowe, kolektory słoneczne, panele fotowoltaiczne, a na dachu - układ solarny. W obiekcie zamontowany jest również system trigeneracji (mikroturbina gazowa z generatorem oraz absorberem produkującym chłód).

Wszystkie odnawialne źródła energii (elektryczne i cieplne) połączone są w wieloźródłowy system pozwalający na optymalizację zasilania, z uwagi na kryterium efektywności ekonomicznej. Oprzyrządowanie laboratorium pozwala na równoległą pracę różnych źródeł energii odnawialnej i określenie ich parametrów pracy w warunkach geograficznych i klimatycznych województwa lubuskiego. Multiźródłowy system jest systemem otwartym, co umożliwia w przyszłości dołączanie kolejnych urządzeń.

Całość instalacji sterowana jest za pomocą, dostarczonego przez ASTOR, kontrolera GE Intelligent Platforms z rodziny PACSystems RX3i, pracującego w systemie Hot Standby Redundancy. Redundancja zapewniona jest na poziomach jednostek nadrzędnych (procesorów, kaset bazowych, zasilaczy, modułów komunikacyjnych), łączy sterujących i synchronizacji oraz sieci Ethernet.

W celu stałego monitoringu sterowania i badania, źródła energii są wyposażone w czujniki wielkości elektrycznych i nieelektrycznych. Całość stworzy system pomiarowy pozwalający na badanie oraz ocenę parametrów zastosowanych urządzeń. Zarówno system automatyki, jak i system pomiarowy zintegrowany jest za pomocą nadrzędnego systemu BMS, realizowanego za pomocą oprogramowania z oferty ASTOR – Platformy Systemowej Wonderware. Z jej poziomu możliwe jest zarządzanie całym obiektem. Do systemu BMS włączone są jednostki centralne redundantnego układu sterowania, stacje operatorskie (40 lokalnych w laboratoriach, 5 zdalnych), przemysłowe panele operatorskie, mierniki parametrów sieci oraz systemy: pomiarowy, EIB, dozorowy i oświetlenia zewnętrznego. Oprogramowanie zapewnia możliwość zarządzania systemem ciepłowniczym i elektrycznym, w celu różnorodnej konfiguracji odnawialnych źródeł energii. W zależności od występujących potrzeb, obiektem można sterować albo za pomocą stacji operatorskich albo za pomocą paneli operatorskich, znajdujących się na elewacjach szaf automatyki. Stacje operatorskie umożliwiają dostęp do całości zintegrowanego systemu sterowania, włączając w to zarówno układy EIB/KNX jak i układy dozorowe.

Panel operatorski sterowania systemem KNX

– Projekt w Państwowej Wyższej Szkole Zawodowej ma za zadanie wspomagać wdrażanie nowoczesnych technologii oraz przygotowywać kompetentną kadrę inżynierską. Cieszymy się z faktu, iż nasza współpraca z sulechowskim ośrodkiem zaowocowała powstaniem najnowocześniejszego w Polsce Centrum Energetyki Odnawialnej oraz, że pozwoli ona na realizację założonych przez uczelnie celów – mówi Maciej Gorączko, kierownik projektu po stronie firmy ASTOR.

Dostęp do takiej wiedzy pozwoli firmom z sektora MŚP, zajmującym się odnawialnymi źródłami energii, zwiększyć stopień technologicznego zaawansowania oferowanych produktów.

Sulechowska uczelnia miała okazję zaprezentowania interaktywnego laboratorium, z możliwością załączania i wyłączania poszczególnych źródeł oraz rejestracją parametrów, podczas OpenDays 2011 w Brukseli – prestiżowej imprezie promującej europejskie miasta i regiony.

Obiekt integruje następujące źródła energii cieplnej:

• Powietrzna pompa ciepła, produkująca ciepło przy temperaturze zewnętrznej 15oC
• Powietrzna pompa ciepła, produkująca ciepło przy temperaturze zewnętrznej nawet -25oC
• Pompa ciepła z wymiennikiem gruntowym, która energie cieplną czerpie z czterech odwiertów o głębokości 80 metrów, połączonych ze sobą w pomiarowej studni zbiorczej, gdzie zamontowane zostały elementy pomiarowe (czujniki ciśnienia, przepływu i temperatury) oraz automatyki (elektrozawory pozwalające na różnorodną konfiguracje odwiertów) rozmieszczonych na terenie Uczelni. Dodatkowo, w układzie tym znajduje się dodatkowy odwiert kontrolny, który służy do badania temperatury gruntu na różnych głębokościach. Czujniki rozmieszczone są co 10 m, natomiast ostatnie 10 m przy gruncie obserwowane jest co 1 m.

Panel operatorski sterowania układem cieplnym.

• Kocioł kondensacyjny, zasilany gazem ziemnym, jako jedno z powszechnie stosowanych źródeł ciepła montowanych w domkach jednorodzinnych
• Sprężarkowa pompa ciepła małej mocy. Urządzenie ma charakter demonstracyjny, stąd też posiada demontowaną obudowę, co ułatwia sporządzanie bilansów mocy poszczególnych komponentów tego urządzenia
• Piec na biomasę wraz z zasobnikiem paliwa i automatycznym ślimakowym podajnikiem
• Kominek z płaszczem wodnym, stanowiący kolejny przykład źródła ciepła, powszechnie stosowanego w budownictwie jednorodzinnym.
• Próżniowy kolektor słoneczny z panelem fotowoltaicznym
• Płaski kolektor słoneczny

Z kolei źródła energii elektrycznej stanowią:

• Monokrystaliczne ogniwa fotowoltaiczne.
• Polikrystaliczne ogniwa fotowoltaiczne.
• Cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne. Wymienione ogniwa zainstalowane są na konstrukcji nadążnej o poziomej i pionowej osi obrotu. Jej zadaniem jest podążanie za słońcem, zgodnie z zegarem astronomicznych dla danego położenia geograficznego.
• Elastyczne panele fotowoltaiczne.
• Mikroturbina trigeneracyjna (produkująca jednocześnie energię elektryczną, ciepło i chłód)
• Generator wiatrowy o pionowej osi obrotu.
• Generator wiatrowy o poziomej osi obrotu i ustawiający się do kierunku wiatru.
• Ogniwo paliwowe, wytwarzające energię elektryczną z wodoru.

W skład układu wchodzą ponadto: elektrolizer, służący do wytwarzania wodoru z wody destylowanej; destylator, do oczyszczania wody oraz butle wodorowe, stanowiące magazyn do gromadzenia wodoru.

Panel operatorski sterowania rozdzielnicą.

Integrowanie źródeł energii, jak i sterowanie całym obiektem, w szczególności sterowanie poszczególnymi urządzeniami, oraz elementami budynku inteligentnego, realizowane jest w hierarchicznym układzie sterowania, na która składają się:

• 2 kontrolery PACSystems RX3i firmy GE Intelligent Platforms, pracujące w układzie gorącej rezerwacji (ang. hot standby redundancy).
• Panele operatorskie Wonderware
• System BMS, Platforma Systemowej Wonderware (dwa serwerów aplikacyjne, pracujące w układzie redundancji, serwer danych historycznych oraz serwer informacyjny. Instalacja obejmuje dostęp do 25 000 parametrów procesowych.

Wdrożony system BMS integruje ze sobą następujące systemy:

• Sterowanie oraz monitorowanie oświetlenia wewnętrznego wykonanego w technologii EIB/KNX - system inteligentnego sterowania oświetleniem hal laboratoryjnych, pomieszczeń seminaryjnych i pomieszczeń pracowniczych.
• Sterowanie oświetleniem zewnętrznym
• Sterowanie ogrzewaniem – system inteligentnego sterowania ogrzewaniem,
• Rejestracja zdarzeń oraz nadzorowanie i programowanie systemów inteligentnego budynku
• Monitorowanie lokalnego zużycia energii elektrycznej i cieplnej we wskazanych obszarach budynku
• Gromadzenie danych pomiarowych oraz możliwość realizacji prac badawczych wg pkt. "Zadania szczegółowe dla systemu monitorowania źródeł energii"
• Wizualizacja i zdalne monitorowanie inteligentnego budynku
• Rejestracja zdarzeń i sterowanie systemem dozoru
• Rejestracja zdarzeń z systemu monitoringu.
• Rejestracja zdarzeń z systemu ppoż.

Szeroko rozwinięta i bogato wyposażona baza laboratoryjna pozwala również na realizację usług szkoleniowych w zakresie źródeł energetyki odnawialnej, automatyki systemów energetycznych oraz tworzenia systemów wizualizacji i monitorowania.

Radosław Grech - Kierownik Centrum Energetyki Odnawialnej
Mariusz Mądry - specjalista ds. automatyki i IT