Budowa Centrum Badawczo-Szkoleniowego Morskiej Energetyki Wiatrowej i Technologii Offshore dla Politechniki Morskiej w Szczecinie

W ramach wyposażenia Laboratorium Gondoli Wiatraka zostały dokonane następujące zakupy:

• rzeczywista turbina wiatrowa z osprzętem,
• elementy łopat wirnika (osprzęt do turbiny wiatrowej),
• rozdzielnica oraz mechanizmy do sterowania wałem z przekładnią i generatorem,
• zewnętrzny napęd elektryczny gondoli,
• systemy monitoringu i bezpieczeństwa (zakup i instalacja).

 

Laboratorium elektryczne do turbiny wiatrowej dla Centrum Badawczo-Szkoleniowego Morskiej Energetyki Wiatrowej i Technologii Offshore dla Politechniki Morskiej w Szczecinie

 
W ramach wyposażenia laboratorium elektrycznego do turbiny wiatrowej dla Centrum Badawczo-Szkoleniowego Morskiej Energetyki Wiatrowej i Technologii Offshore  zostały dokonane następujące zakupy: 

• transformator podwyższający,
• rozdzielnica SN,
• rozdzielnica NN z kompletem blokad i zabezpieczeń,
• oscyloskop cyfrowy,
• układ światłowodowej diagnostyki transformatorowej - urządzenie diagnostyczne (analizator) wraz z czujnikami,
• okablowanie do zasilania transformatora,
• narzędzia do obróbki kabli -zestaw do obróbki kabli KMK (KMK SET),
• osłona kontenerowa typu kombo dla elementów laboratorium elektrycznego wiatraka- prefabrykowana osłona kontenerowa.

W laboratoriach Politechniki Morskiej w Szczecinie realizowane jest praktyczne kształcenie uwzględniające m.in. urządzenia diagnostyczno-pomiarowe potrzebne do całkowitej diagnostyki układów elektroenergetycznych średnich napięć. W trakcie końcowej realizacji jest budowa laboratorium w formie rzeczywistej turbiny wiatrowej.

Szkoleniowa turbina wiatrowa na Politechnice Morskiej w Szczecinie

Laboratorium (około 20-metrowa turbina wiatrowa) w pełni odzwierciedla warunki pracy rzeczywistej siłowni wiatrowej: wyposażona w drzwi, drabinę wejściową, oświetlenie oraz komplet zaczepów do uprzęży i lin zabezpieczających obsługę/studentów (naukowców). Na wejściu umieszczona rozdzielnica oraz włączniki umożliwiające załączanie i sterowanie (zdalne, lokalne) niezbędne do wyłączenia zasilania i zablokowania (zahamowania) wału wraz z przekładnią i generatorem przed obracaniem.

Gondola zaopatrzona w układ przekazania napędu (do zasilania wirnika za pomocą dodatkowego silnika elektrycznego – bez możliwości zasilania siłą wiatru). Na górze zamontowany wyłaz na platformę górną zabezpieczoną poręczami. W obszarze części mechanicznej – możliwe będzie nabycie umiejętności dotyczących m.in. diagnozowania łożysk tocznych i ślizgowych, przekładni (walcowych, skośnych, planetarnych), analizy zużycia wybranych elementów maszyn np. zużycia zmęczeniowego, zużycia spowodowanego występowaniem prądów błądzących (np. w układach łożyskowania), przeciążeniem zjawiskami związanymi z zanikiem smarowania itp.

Dodatkowo, absolwent przyswoi praktyczne obszary wiedzy o rodzajach i specyfice związanej z budową, montażem i eksploatacją sensorów pomiarowych: wiroprądowych, drganiowych, emisji akustycznej itp. W trakcie realizacji programu kształcenia, studenci nabędą wiedzę, która obejmować będzie m.in. zakres „Basic Safety Training”: podstawowe szkolenie z zakresu bezpieczeństwa pracy na wysokości, pierwszej pomocy, ochrony przeciwpożarowej, prac transportowych oraz przetrwania na morzu; „Basic Technical Training”: moduły elektryczny, hydrauliczny i mechaniczny - dotyczące obsługi podstawowych narzędzi i realizacji podstawowych prac serwisowych podczas eksploatacji turbin wiatrowych.

W obszarze części elektrycznej laboratorium turbiny wiatrowej umożliwi m.in. poszerzenie wiedzy związanej z obsługą aparatów średnich napięć (SN). Na turbinie wiatrowej będą prowadzone zajęcia z czynności serwisowych i pomiarowych w rozdzielnicach i urządzeniach średnich napięć, takich jak transformatory i generatory. Urządzenia te instalowane są m.in. wewnątrz rzeczywistych turbin wiatrowych i służą do generacji, przetwarzania oraz przesyłu energii elektrycznej do punktów zasilania.

Zakup wyposażenia elektrycznego na potrzeby Laboratorium elektrycznego do turbiny wiatrowej dla Centrum Badawczo-Szkoleniowego Morskiej Energetyki Wiatrowej i Technologii Offshore dla Politechniki Morskiej w Szczecinie w ramach zadania inwestycyjnego pn. „Budowa i wyposażenie laboratoriów szkoleniowo-ćwiczeniowo-badawczych zgodnych z międzynarodowymi standardami konwencji STCW oraz organizacji OPITO ,GWO ” na Politechnice Morskiej w Szczecinie obejmował następujące urządzenia i elementy:

• modułowa rozdzielnica niskiego napięcia,
• układ światłowodowej diagnostyki transformatorowej - urządzenie diagnostyczne (analizatora) wraz z czujnikami służącego do rejestracji sygnałów emisji akustycznej,
• oscyloskop cyfrowy,
• kable SN wraz z zestawem do obróbki kabli SN,
• rozdzielnica średniego napięcia SN.

Wnętrze szkoleniowej turbiny wiatrowej Politechniki Morskiej w Szczecinie

Cel projektu

Celem projektu z punktu widzenia WMiE jest stworzenie laboratorium pozwalającego na prowadzenie zarówno zajęć dydaktycznych (w tym egzaminowania) jak i prac badawczych w ramach przygotowania układów diagnozujących pracę urządzeń SN.

Zakupione urządzenia będą wykorzystywane w kształceniu zarówno studentów jak i osób biorących udział w kursach podwyższających kwalifikacje zawodowe. Docelowo sprzęt będzie praktycznie używany w zajęciach laboratoryjnych na następujących kierunkach:

• mechatronika i elektrotechnika przemysłowa (WMiE),
• automatyka i robotyka (WMiE),
• inżynieria przemysłowa i morskie elektrownie wiatrowe (WM),

oraz inne według bieżących potrzeb w ramach poszczególnych przedmiotów (np. elektrotechnika, elektrotechnika okrętowa).

Spodziewana liczba absolwentów (wszystkich kierunków) która będzie szkolona na urządzeniach i aparaturze to ok. 60-90 osób rocznie.

Oprócz zadań dydaktycznych urządzenia posłużą do kontynuacji i prowadzenia badań naukowych, w których wymagane jest użycie urządzeń pracujących powyżej 3kV. Wraz z obecnie posiadaną infrastrukturą możliwe będzie badanie zjawisk towarzyszących emisji akustycznej generowanej wewnątrz struktur aparatury SN w czasie przełączania.

W wyniku badań planuje się publikacje oryginalnych artykułów naukowych w liczbie 2-3 rocznie. Na bazie wyników pozyskanych w trakcie badań planuje się opracowanie kompaktowego układu umożliwiającego prowadzenie badań diagnostycznych na obiektach rozproszonych generacji i przetwarzania energii elektrycznej z wykorzystaniem przyrządów półprzewodnikowych mocy.

Ostatnim ważnym aspektem użytkowania nowego sprzętu jest zapoznawanie pracowników WMiE oraz WM z nowoczesnymi układami przemysłowymi co zdecydowanie podniesie jakość kształcenia.

Urządzenia posłużą także do prowadzenia egzaminów dla potrzeb instytucji zewnętrznych np. Urzędu Morskiego w Szczecinie i innych.

Wnętrze szkoleniowej turbiny wiatrowej Politechniki Morskiej w Szczecinie

Zakres użyteczności turbiny wiatrowej w procesie dydaktycznym

Absolwent kierunku inżynieria przemysłowa i morskie elektrownie wiatrowe, oprócz wiedzy mechanicznej, będzie posiadał uprawnienia SEP (Stowarzyszenia Elektryków Polskich) - eksploatacja i dozór - do i powyżej 1 kV, a także umiejętności pozwalające na podejście do egzaminu GWO (Global Wind Organization) w zakresie części elektrycznej i mechanicznej.

Szczegółowo rozpatrując zastosowania nowych urządzeń zainstalowanych w Laboratorium elektrycznym współpracującym z rzeczywistą turbiną wiatrową studenci nabędą umiejętności analizy pracy i diagnozowania rozdzielnic nn i SN, aparatury i przekształtników energoelektronicznych, które obecnie są nieodzowną częścią turbin wiatrowych.

Program zajęć obejmuje także zagadnienia związane z automatyką układów wykonawczych oraz zabezpieczeń elektrycznych turbiny wiatrowej jak również badaniem i eksploatacją maszyn elektrycznych (silników oraz prądnic) zainstalowanych w gondoli. Urządzenia te podlegają okresowym testom i badaniom przy użyciu specjalistycznego sprzętu pomiarowego, którym obecnie dysponuje Politechnika Morska w Szczecinie.

Zaprezentowane zostaną metody bezpiecznego wykonywania prac pomiarowych i kontrolnych przy urządzeniach pracujących poniżej 1kV jak również dzięki wybudowanej stacji transformatora podwyższającego SN studenci nabędą praktycznych umiejętności bezpiecznej pracy i obsługi urządzeń pracujących przy napięciu średnim. Układ będzie miał możliwość współpracy równoległej i rozdziału mocy z istniejącym systemem eksploatowanym w laboratoriach PM co pozwoli na pokazanie optymalizacji działania i asymetrycznego obciążania źródeł napięć zmiennych. Zainstalowany komplet blokad i zabezpieczeń pozwoli na szczegółowe zapoznanie kursantów/studentów z problematyką współpracy farm wiatrowych z systemem elektroenergetycznym.

Szkoleniowa turbina wiatrowa na terenie Wydziału Mechanicznego Politechniki Morskiej w Szczecinie w fazie sprzed założenia łopat wirnika


W części energoelektronicznej i elektryczno-elektrycznej systemu zainstalowanego w gondoli i stacji transformatorowe planuje się wykonanie badań diagnostycznych sygnałów emisji akustycznej, której źródłem są przyrządy półprzewodnikowe mocy z użyciem interferometru Michelsona (w zmodyfikowanej wersji czyli diagnostycznego układu światłowodowego). Do tej pory nie było możliwe umieszczenie czujników na obudowie np. tyrystora z uwagi na panujące na nim niebezpieczne dla sprzętu i obsługi napięcia. Zakupiony sprzęt umożliwi testowanie tego typu elementów, gdyż przewód transmisyjny jest wykonany z włókna szklanego (światłowód) co zapewnia bardzo dobre odizolowanie układu pomiarowego od części siłowej.

Możliwe stanie się bezpieczne i niezakłócone badanie diagnostyczne wnętrz rozdzielnic i uzwojeń transformatorów SN pod kątem szybkiego diagnozowania uszkodzeń lub odstępstw od normy pracującego systemu. Temat ten jest bardzo mocno opisywany w literaturze, jednak jak do tej pory brak jest realnych wyników przydatnych przy projektowaniu tego typu układów. Za akwizycję danych odpowiadać będzie szybki oscyloskop cyfrowy dzięki czemu możliwa będzie analiza danych pozyskanych w trakcie pracy zestawu generator-rozdzielnica-transformator i strona napięcia średniego.

Łopaty wirnika (zredukowane do kilkumetrowych odcinków) szkoleniowej turbiny wiatrowej na terenie Wydziału Mechanicznego Politechniki Morskiej w Szczecinie przed założeniem na wirnik.