WIATRAKI MAJĄ GUST

Bartek Pograniczny rozmawia ze zwycięzcą międzynarodowego konkursu na małą turbinę wiatrową

Grupa GUST (Generative Urban Small Turbine) powstała w listopadzie 2015 roku na Politechnice Łódzkiej. Zrzesza studentów kilku wydziałów. Ich pierwszym celem był udział w międzynarodowy konkursie na małe turbiny wiatrowe – International Small Wind Turbine Contest w Holandii. Młodzi naukowcy byli skuteczni: już dziewięć miesięcy po pierwszym spotkaniu wygrali zawody. Od trzech lat nie schodzą z pierwszego miejsca na podium. O tym, jak wyglądały tegoroczne zmagania w Holandii i czym wyróżnia się turbina grupy GUST, rozmawiamy z szefem projektu Damianem Kądrowskim, studentem studiów magisterskich na kierunku Energetyka Wydziału Mechanicznego PŁ.

Bartłomiej Pograniczny: Skąd pomysł na stworzenie grupy?

mała turbina wiatrowa
Damian Kądrowski, fot. GUST

Damian Kądrowski: Doktorzy z naszej uczelni pojechali na konferencję w Norwegii, na której zostali zaproszeni do udziału w konkursie International Small Wind Turbine Contest. Wieść o tym, że taki konkurs istnieje, rozeszła się wśród studentów i powstał pierwszy zespół. Do grupy dołączyłem jeszcze na studiach inżynierskich. Razem ze starszymi studentami stworzyliśmy pierwszy prototyp turbiny. Nasza grupa przeszła dużą zmianę osobową, ponieważ studenci z magisterki już skończyli studia. Została tylko trójka tych, którzy są w grupie od początku. Zebraliśmy nowy zespół i kontynuowaliśmy prace nad stworzeniem turbiny do warunków przydomowych. Trzy razy wzięliśmy udział w konkursie i trzy razy z sukcesami: za każdym razem zajmowaliśmy pierwsze miejsce.

Jak dzielą się państwo obowiązkami?
Prace w zespole są podzielone na cztery sekcje. Trzy zajmują się stricte pracą nad technicznymi aspektami turbiny. Sekcja aerodynamiki jest odpowiedzialna za symulacje numeryczne różnych geometrii łopat. Wszystko sprawdzamy w małym tunelu aerodynamicznym w Instytucie Maszyn Przepływowych u nas, na Politechnice Łódzkiej. Wynikiem badań i eksperymentów są różne geometrie łopat, które sami projektujemy i poprawiamy od trzech lat. Kolejna sekcja to sekcja mechaniki, która zajmuje się konstrukcją turbiny. Dba też o odpowiednie ustawienie jej na wiatr – tak żeby wykorzystać jak najlepiej moc wiatru. Trzecia sekcja, elektroniki i elektryki, projektuje podzespoły, które zbierają informacje o pracy turbiny (chcemy, by w przyszłości turbina była wykorzystywana do celów biznesowych, nie jest to projekt tylko badawczy). Sekcja elektroniki opracowuje również systemy pomiarowe, zbiera informacje, opracowuje systemy bezpieczeństwa, które w przyszłości pozwolą Kowalskiemu, który nie zna się na takich instalacjach, postawić turbinę na dachu i bez żadnej dodatkowej pomocy z niej korzystać. Turbina sama będzie wiedziała, kiedy może pracować i kiedy powinna coś zmienić w ustawieniach. Ponadto sekcje elektroniki i mechaniki współpracują ze sobą przy projektowaniu i przerabianiu generatorów wykorzystywanych w naszych turbinach. Czwarta sekcja to PR, bo projekt, żeby działał, musi mieć środki finansowe na prowadzenie badań oraz na udział w różnego typu konkursach i szkoleniach. Sekcja PR zajmuje się sponsoringiem, kontaktem z mediami oraz sprawami organizacyjnymi.

Czym się różni mała przydomowa turbina od klasycznego wiatraka?
Do tej pory projektowaliśmy jeden typ turbiny, czyli o poziomej osi obrotu. Taka turbina na pierwszy rzut oka nie różni się niczym od dużych wiatraków: wirnik, złożony z trzech łopat, jest przytwierdzony do gondoli, w której znajduje się generator i inne podzespoły. Całość stoi na maszcie. Wygląda to jak przeskalowana duża turbina, którą możemy zobaczyć w okolicach Bełchatowa w województwie łódzkim lub w dużej liczbie na Pomorzu. Ale to tylko pierwszy rzut oka. Różnic jest wiele. Przede wszystkim nasza turbina musi pracować przy innych warunkach wiatru – jest dostosowana do tego, żeby działać w mieście, na terenach zurbanizowanych, gdzie prędkości wiatru są dużo mniejsze. Nominalna prędkość, czyli ta, przy której turbina pracuje najlepiej, musi być dużo niższa, więc trzeba dostosować do tego geometrię łopat. Zupełnie inny jest też generator. W dużych turbinach wiatrowych możemy zauważyć, że te kręcą się bardzo wolno (mają prędkość obrotową rzędu 30-50 obrotów na minutę), natomiast nasza musi się kręcić szybciej, aby pracować optymalnie. Maksymalna prędkość naszego generatora to 600-800 obrotów na minutę w zależności od geometrii łopat (testujemy ją). Jeżeli chodzi o system bezpieczeństwa i pomiarowy, dużych różnic tu nie ma. W dużej i małej turbinie musimy mierzyć napięcie, moc i prąd wytwarzany oraz mieć informacje o prędkości wiatru i obrotu łopat. Różnica leży w aerodynamice i pracy generatora.

fot. Grupa GUST

W tym roku wystawili państwo w konkursie dwie turbiny – o poziomej i pionowej osi obrotu. Czym się różnią?
Pracują przy różnych prędkościach wiatru. Jeśli chodzi o poziomą oś obrotu, to turbiny te mają wyższą moc i wyższe sprawności w przetwarzaniu energii wiatru na energię elektryczną. Startują przy wyższych prędkościach wiatru niż turbiny o pionowej osi obrotu. Dlatego w miejscach, gdzie ta prędkość jest naprawdę mała, bardziej opłaca się postawić turbinę o pionowej osi obrotu. Przy mniejszych prędkościach będzie się kręciła częściej niż ta o poziomej osi, dzięki czemu wytworzy więcej energii. (Turbina o poziomej osi by nie wystartowała przy słabych warunkach wietrznych.) Turbiny różnią się przede wszystkim konstrukcją, a także warunkami, w których pracują, dlatego się uzupełniają.

1
2