Elektrownia w skali laboratoryjnej

W laboratorium LINTE^2 trwa instalowanie licznych urządzeń do badania pracy rzeczywistych układów sieci i systemów elektroenergetycznych. Na dachu budynku, którego charakterystyczna czarno-zielona bryła silnie zaznacza się na terenie kampusu Politechniki Gdańskiej, od kilku miesięcy pracuje elektrownia słoneczna o mocy 33 kW. Obecnie uruchamiane są generatory, które można spotkać w nowoczesnych elektrowniach wiatrowych i cieplnych, w tym generator napędzany mikroturbiną gazową o mocy 65 kW. Do generatorów podłączone zostaną specjalnie w tym celu zbudowane modele fizyczne linii przesyłowych i dystrybucyjnych, oraz odbiorników energii, przy pomocy których naukowcy będą badać różne stany związane z przesyłaniem i pobieraniem energii przez odbiorców. Szczególną rolę wśród odbiorników będą pełniły stacje ładowania samochodów elektrycznych, których 5 stanowisk już pracuje w laboratorium.

Oprócz tego w instalacji badawczej będzie pracowało wiele innych urządzeń, które można spotkać w nowoczesnych systemach elektroenergetycznych, na przykład zasobniki pozwalające na krótkoterminowe „przechowywanie” energii elektrycznej, takie jak baterie akumulatorów i superkondensatorów oraz koło zamachowe, albo urządzenia „pilnujące” dobrej jakości tej energii. Dzięki temu możliwe będzie prowadzenie badań i testów bardzo złożonych podsystemów elektroenergetycznych w skali laboratoryjnej. Rzeczywistych elektrowni czy sieci elektroenergetycznych nie można bowiem po prostu wyłączyć i przeznaczyć do badań. Jest to złożona i ściśle połączona ze sobą infrastruktura, która cały czas pracuje na rzecz odbiorców.

Rzadko, jedynie w trakcie awarii czy planowanych remontów, część urządzeń jest odłączonych od sieci i można z nich skorzystać w celach badawczych. Dlatego do realnych badań uczeni potrzebują modelu fizycznego, z konieczności w odpowiednio zmniejszonej skali.

Drugi powód jest taki, że w rzeczywistości nikt nie dysponuje zestawem (czyli systemem) kilkudziesięciu urządzeń elektroenergetycznych. Elektrownie znajdują się głównie na południu Polski, linie przesyłowe są w całym kraju, podobnie rozproszeni są odbiorcy. Laboratorium, które pozwala modelować różnego rodzaju konfiguracje takich urządzeń w jednym miejscu i czasie to rzecz prawdziwie unikatowa.

Badania nan rzecz energetyki słonecznej, wiatrowej i jądrowej

Zadaniem laboratorium będzie testowanie prototypowych urządzeń elektroenergetycznych we współpracy z przedsiębiorcami, którzy będą wprowadzać je na rynek. Aby przetestować swoje nowe technologie, firmy będą mogły dostarczyć je do gdańskiego laboratorium i podłączyć do tutejszej infrastruktury badawczej. Razem z naukowcami eksperci z firm sprawdzą ich parametry, wpływ na inne urządzenia, czy na jakość energii w sieci. Firma produkująca innowacyjne panele fotowoltaiczne znajdzie na dachu laboratorium LINTE^2 przestrzeń do ustawienia prototypowej instalacji, aby ją przebadać pod względem różnych parametrów osiąganych przez elektrownie słoneczne. Badanie nowych urządzeń i instalacji będzie możliwe w takich konfiguracjach systemu elektroenergetycznego, w których realnie będą one pracować.

Nowa ustawa o odnawialnych źródłach energii zakłada, że do sieci elektroenergetycznej będzie można podłączyć małe instalacje, tzw. instalacje prosumenckie (prosument – producent i konsument zarazem, który produkuje energię na własne potrzeby, a jej nadwyżki sprzedaje do sieci). Doświadczenia krajów Europy Zachodniej, gdzie takie rozwiązania funkcjonują od lat pokazują, że będą to głównie instalacje związane z energetyką wiatrową i słoneczną. Nie wiadomo, w jaki sposób duża liczba takich instalacji wpłynie na pracę naszych sieci elektroenergetycznych i całego systemu. Wkrótce na polskim rynku pojawi się wiele nowych urządzeń dla energetyki prosumenckiej, oferowanych przez różne podmioty gospodarcze. Wiele z tych urządzeń będzie musiało być poddane weryfikacji parametrów, czy testom współdziałania. Część z tych badań będzie można przeprowadzać w laboratorium LINTE^2.

Od kilku lat trwają starania o uruchomienie na Politechnice Gdańskiej symulatora elektrowni jądrowej. Jeśli zostaną uwieńczone sukcesem, uczeni będą starali się wykorzystać taki symulator w nowym laboratorium do badania współpracy elektrowni jądrowej z systemem elektroenergetycznym.

Przemysł pomoże finansować działalność Laboratorium

Model biznesowy funkcjonowania tego typu przedsięwzięć przy uczelniach wyższych dopiero się w Polsce kształtuje. Nowelizacja ustawy o szkolnictwie wyższym stworzyła nowe możliwości w tym zakresie. W ślad za tym wiele uczelni, w tym Politechnika Gdańska, rozwija rozwiązania sprzyjające komercjalizacji badań naukowych. Na uczelniach publicznych powstawało do tej pory niewiele laboratoriów, których celem nie jest kształcenie studentów, a badania proprzemysłowe.

A tak właśnie będzie w laboratorium LINTE^2. Przestrzeń laboratorium została tak zaprojektowana, żeby zespoły naukowe mogły się skupić na pracach rozwojowo-wdrożeniowych. Projekt zakłada wykorzystanie infrastruktury laboratorium na potrzeby prac dyplomowych i doktoratów, ale będą to raczej małe grupy studenckie i zespoły projektowe współpracujące z naukowcami. Celem tego laboratorium w stu procentach jest praca dla gospodarki, bo taki jest cel PO IG, z którego laboratorium zostało sfinansowane.

Projekt uzyskał dofinansowanie z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju - ok. 44 mln złotych. 85 proc. tego dofinansowania pochodzi z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. Około 10 mln kosztował sam budynek laboratorium, który został zaprojektowany i zbudowany na terenie kampusu Politechniki Gdańskiej na podstawie konkursu architektonicznego. Ok. 30 mln zł będzie kosztowała instalacja badawcza, która wciąż jest uruchamiana, a pozostała część to koszty zarządzania, promocji i inne. Laboratorium zostało zaprojektowane tak, żeby uczelnia nie ponosiła wysokich kosztów jego eksploatacji. Część tych kosztów będą finansować przedsiębiorcy, którzy będą tutaj prowadzili swoje własne lub wspólne z naukowcami badania.

W LINTE^2 niezależnie może pracować około 10 grup badawczych. Wyodrębnione przestrzenie, zwane sterowniami, umożliwiają kilkuosobowym grupom naukowców pracę nad wybranymi projektami. Przeprowadzanie eksperymentów badawczych, w tym operowanie wszystkimi urządzeniami, będzie się odbywało zdalnie ze sterowni za pomocą nadrzędnego systemu sterowania i komunikacji. Ponadto dostęp do laboratorium będzie możliwy z zewnątrz. Gdyby pojawiła się grupa badaczy, która nie będzie miała możliwości przyjechania do Gdańska na dłużej i zainstalowania się w sterowniach, będą oni mogli pracować zdalnie za pomocą internetu.

Kołem zamachowym laboratorium będą projekty generowane przez sektor nauki. Najpierw pojawią się tu zatem zespoły naukowe uczelni, po pierwsze z Politechniki Gdańskiej, a następnie z innych instytucji naukowych, także zagranicznych. Docelowo laboratorium ma prowadzić jak największą liczbę projektów zgłaszanych przez przedsiębiorców.

Nie bez powodu na Pomorzu...

Laboratoria tworzące złożone modele systemów energetycznych istnieją już w Europie, gdzie tworzą nawet sieć badawczą zajmującą się problematyką rozproszonych systemów energetycznych. Tym, co wyróżnia LINTE^2 na tle innych tego typu laboratoriów, jest elastyczność i duże możliwości rekonfiguracji tutejszych instalacji. Chodzi o to, aby grupy eksperymentatorów mogły dowolnie zestawiać ze sobą badane urządzenia. Jeśli ktoś chciałby przeanalizować współpracę elektrowni wiatrowej z konkretnym typem odbiorcy, to jest w stanie połączyć ze sobą dwa modele - elektrowni oraz odbiorcy - i przeprowadzić odpowiednie testy.

To, że takie laboratorium powstało przy Politechnice Gdańskiej, wpisuje się zarówno w strategię uczelni, jak i województwa pomorskiego, które ma mało klasycznych zasobów energetycznych, większość energii trafia tu z zewnątrz. Przez najbliższych kilkanaście lat rozwój energetyki, w tym jądrowej i wiatrowej, będzie dynamiczny, dlatego wsparcie ze strony nauki dla gospodarki w tym zakresie wydaje się czymś oczywistym.

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl