Na Politechnice Wrocławskiej rozpoczęły się prace nad projektem „Modułowe Pływające Elektrownie Wodne jako sposób na wykorzystanie energii nurtu rzeki”, realizowanym w konsorcjum z Instytutem Optymalizacji Technologii. W przedsięwzięcie zaangażowani są naukowcy z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego i Wydziału Mechanicznego.

 Energia z nurtu rzeki

Celem projektu jest opracowanie innowacyjnej technologii modułowych pływających elektrowni wodnych, tworzących hydrofarmę napędzaną nurtem rzeki. Rozwiązanie ma umożliwić efektywne pozyskiwanie energii z rzek nizinnych o niskiej i średniej prędkości przepływu, dominujących m.in. w Polsce i w dużej części Europy Środkowej.

Kluczowym elementem technologii będą turbiny hydrokinetyczne wyposażone w zoptymalizowane dyfuzory, których specjalnie ukształtowana powierzchnia ma redukować opory hydrodynamiczne i poprawiać ukierunkowanie strugi. Pozwoli to poprawić warunki pracy wirnika oraz zwiększyć współczynnik wykorzystania energii nurtu rzeki. Założeniem projektu jest stworzenie technologii o wysokiej efektywności energetycznej, niższych kosztach inwestycyjnych i niewielkim wpływie na środowisko naturalne.

Jak działa turbina hydrokinetyczna?
Klasyczne elektrownie wodne zwykle wykorzystują energię potencjalną wody, czyli różnicę wysokości między poziomami wody. Turbiny hydrokinetyczne działają inaczej – wytwarzają energię elektryczną dzięki energii kinetycznej płynącej wody. Pod tym względem przypominają turbiny wiatrowe, ale zamiast strumienia powietrza wykorzystują strumień wody.

Dlaczego to ważne?
Według szacunków Polska wykorzystuje obecnie jedynie ok. 15% technicznego potencjału hydroenergetycznego swoich rzek. Jedną z barier są ograniczenia dostępnych technologii, które często wymagają szybszego nurtu, większych gabarytów instalacji albo wyższych nakładów inwestycyjnych. Projekt hydrofarmy pływających elektrowni wodnych ma odpowiedzieć właśnie na tę lukę – rozwijając rozwiązanie dla rzek nizinnych o wolnym i średnim nurcie.

Od pojedynczej instalacji do hydrofarmy
Efektem projektu ma być hydrofarma modułowych pływających elektrowni wodnych, wyposażonych w innowacyjny układ dyfuzora, który usprawni przepływ wody przez turbinę i poprawi efektywność wytwarzania energii. Ważnym elementem prac będzie także określenie optymalnego rozmieszczenia turbin w obrębie farmy, tak aby jak najlepiej wykorzystać energię nurtu i zwiększyć sprawność całego układu.

Przedsięwzięcie jest kontynuacją wcześniejszych prac badawczych, w ramach których przetestowano prototyp pojedynczej instalacji – pływającą platformę w formie katamaranu. Z dotychczasowych analiz i wstępnych szacunków wynika, że mała pływająca elektrownia wodna o średnicy turbiny poniżej dwóch metrów może produkować do 70 kWh energii na dobę.

Hydrofarma, czyli elektrownie pracujące razem
Pojedyncza pływająca elektrownia wodna może pracować samodzielnie, ale celem projektu jest opracowanie układu takich jednostek pracujących razem jako hydrofarma. Ich odpowiednie rozmieszczenie w nurcie rzeki ma znaczenie dla sprawności całego systemu – w projekcie badany będzie wpływ różnych konfiguracji turbin na ich efektywność energetyczną i stabilność pracy.

Zastosowanie technologii
Technologia rozwijana w projekcie może znaleźć zastosowanie przede wszystkim tam, gdzie potrzebne są rozproszone, odnawialne źródła energii, a dostęp do infrastruktury elektroenergetycznej jest ograniczony. Modułowe pływające elektrownie wodne mogłyby wspierać lokalne systemy energetyczne, zwłaszcza na terenach wiejskich i w mniejszych miejscowościach, wykorzystując energię nurtu rzek bez konieczności budowy dużych obiektów hydrotechnicznych.

Zakres prac
Zakres prac projektu obejmuje opracowanie i badania konstrukcji dyfuzora, analizy numeryczne i wytrzymałościowe, testy modeli w warunkach laboratoryjnych oraz zbliżonych do rzeczywistych, a także badania systemu kotwienia, przesyłu energii i współpracy turbin w hydrofarmie. W końcowym etapie prototypy pływających elektrowni wodnych zostaną sprawdzone w rzeczywistych warunkach rzecznych, co pozwoli ocenić ich efektywność, stabilność pracy oraz optymalne rozmieszczenie w nurcie rzeki.

W projekcie Politechnika Wrocławska odpowiada za wytrzymałościowe analizy numeryczne dyfuzorów pływających elektrowni wodnych, badania laboratoryjne ich modeli oraz opracowanie konstrukcji nośnej dyfuzora w skali zbliżonej do rzeczywistej. Zespół PWr będzie także analizował strukturę wytrzymałościowo-eksploatacyjną pływających elektrowni wodnych, ich pracę w zmiennych warunkach rzecznych oraz współpracę wielu jednostek w ramach hydrofarmy. 

Instytut Optymalizacji Technologii odpowiada natomiast za opracowanie założeń konstrukcyjnych dyfuzora, budowę i weryfikację modeli badawczych, badania modelowe wariantów pływających elektrowni wodnych w warunkach symulujących rzeczywiste, a także za testy instalacji w warunkach rzecznych oraz opracowanie procedur rozmieszczania turbin w hydrofarmie. 

Finansowanie i zespół
Projekt otrzymał 11,2 mln zł dofinansowania z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu FENG Ścieżka SMART – Projekty realizowane w konsorcjach, z czego blisko 3 mln zł trafi na Politechnikę Wrocławską. Łączny budżet przedsięwzięcia wynosi ok. 15,5 mln zł, a realizacja prac badawczych na uczelni, rozpoczęta w pierwszym kwartale 2026 roku, potrwa 30 miesięcy.

Zespołem badawczym Politechniki Wrocławskiej kieruje prof. Jacek Kasperski z Katedry Inżynierii Konwersji Energii Wydziału Mechaniczno-Energetycznego. W skład głównego zespołu badawczego PWr, obok kierownika projektu, wchodzą także dr hab. inż. Janusz Skrzypacz, prof. uczelni, dr hab. inż. Jacek Karliński, prof. uczelni, dr inż. Dominik Błoński, dr inż. Marcin Bieganowski, dr inż. Bartłomiej Chomiuk oraz mgr inż. Anna Piwowar.

Więcej informacji o projekcie można znaleźć na stronie internetowej Instytutu Optymalizacji Technologii