Naturalna Explo energia - Prezentacja Wydziału Inżynierii Mechanicznej UTP w Bydgoszczy

Transkrypt

1 Naturalna Explo energia - Prezentacja Wydziału Inżynierii Mechanicznej UTP w Bydgoszczy 26 lipca to termin czwartej Explo Niedzieli tym razem poświęconej energii odnawialnej. Lipcowa Explo Niedziela pod nazwą Naturalna Explo energia przybliży zastosowanie wiatru, wody, promieniowania słonecznego itp. w pozyskiwaniu odnawialnej energii w przemyśle i w życiu codziennym. W godzinach od do odbędą się: wykład dra. inż. Adama Mrozińskiego z Zakładu Systemów Technicznych i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy pt: Wykorzystanie wybranych instalacji Odnawialnych Źródeł Energii, pokaz urządzeń i maszyn wykorzystywanych przy wytwarzaniu energii odnawialnej gry i zabawy w Ekobusie Generacji Czystej Energii z fundacji dalekowzroczni możliwość przejażdżki Segway ami samodzielne zwiedzanie budynku 1133 Explo Niedziele to spotkania edukacyjne dla wszystkich, których fascynuje nauka i historia połączona z przygodą i świetną rozrywką. Do tej pory odbyły się 2 edycje (w latach 2013 i 2014) podczas, których łącznie wzięło w nich udział ponad 5 tysięcy osób. Explo Niedziela jest jednym z najbardziej rozpoznawalnych wydarzeń o charakterze popularno-naukowym w Bydgoszczy. Wstęp jest zawsze darmowy, bez zapisów. Szczegóły Explo Niedziel można znaleźć na stronie oraz EXPLOSEUM Centrum techniki wojennej DAG Fabrik Bromberg to unikalny na skalę światową przykład architektury przemysłowej zachowanej w praktycznie niezmienionym kształcie od czasów II wojny światowej i zaadoptowanej na potrzeby turystyczne. Ten właśnie fakt wyróżnia DAG Fabrik Bromberg na tle innych tego typu kompleksów w Europie, które w wyniku przeprowadzonej demilitaryzacji w dużej mierze zostały wyburzone. Historia i pochodzenie tajemniczych obiektów od dawna fascynuje miłośników historii i wojskowości. Exploseum usytuowane w dawnym niemieckim zakładzie produkującym nitroglicerynę, który przez lata był niedostępny dla ludzkiego oka, składa się z kompleksu ośmiu budynków, połączonych ze sobą siecią wąskich tuneli i korytarzy. Zamaskowane budynki doskonale wkomponowują w otaczający je teren leśny, wtapiając się w przyrodę Zwiedzający prowadzony jest unikalną trasą tuneli w głąb ekspozycji, zaskakującej wieloma kontekstami historycznymi. Wielowątkowa wystawa opowiada o historii powstania koncernów DAG na świecie, o ludziach którzy pracowali w fabrykach, a także o samym wynalazcy dynamitu Alfredzie Noblu. Odwiedzający Exploseum mają szansę poznania historii uzbrojenia sięgającej od czasów broni białej do czasów broni atomowej, a także historii materiałów wybuchowych. Regionalna tematyka wystawy poświęcona jest Armii Krajowej i jej udziałowi w zwycięstwie nad hitlerowcami. Obiekt posiada unikalną w skali regionu wartość historyczną i turystyczno-edukacyjną. Kompleks zawiera oryginalnie zachowaną strukturę architektoniczną oraz zabytkowe przedmioty, które może oglądać zwiedzający, przemierzając 2-kilometrową trasę zwiedzania, prowadzącą systemem historycznych, zachowanych jeszcze od czasu II wojny światowej, naziemnych oraz podziemnych betonowych tuneli, stanowiących dawną linię technologiczną strefy produkcji nitrogliceryny.

2 Nietypowa aranżacja miejsca oraz jego klimat czyni z Exploseum jedną z najciekawszych atrakcji turystycznych także w skali województwa kujawsko-pomorskiego oraz całej Polski. Exploseum Centrum techniki wojennej DAG Fabrik Bromberg zostało włączone do Europejskiego Szlaku Dziedzictwa Przemysłowego (ERIH), zyskując rangę tzw. punktu kotwicznego Szlaku. Punkty kotwiczne, do których dołączyło Exploseum to obiekty industrialne o ponadregionalnym znaczeniu dla przemysłowej historii Europy i o dużym potencjale turystycznym, spełniające odpowiednie normy jakościowe. Tym właśnie może poszczycić się Muzeum Okręgowe oraz sama Bydgoszcz. Obecnie turyści mogą zwiedzić 80 punktów kotwicznych w całej Europie. Exploseum jest jednym z zaledwie siedmiu tego typu obiektów w Polsce.

3 Prezentacja Laboratorium Inżynierii Odnawialnych Źródeł Energii na czwartej Explo Niedzieli 1. Przenośny zestaw pokazowy do przetwarzania energii słonecznej w elektryczną z zestawem modułów fotowoltaicznych różnych typów Przenośny zestaw pokazowy do przetwarzania energii słonecznej w elektryczną z zestawem modułów fotowoltaicznych różnych typów, który umożliwia dysponowanie energią elektryczną w najbardziej odległych i trudno dostępnych lokalizacjach. Urządzenie pozwala na jednoczesne ładowanie i czerpanie energii elektrycznej. Przenośna elektrownia słoneczna pozwala na zasilanie urządzeń prądem stałym 12V i zmiennym V (600 lub 800W). Posiada również wbudowany akumulator żelowy ze wskaźnikiem poziomu naładowania baterii.

4 2. Model małej elektrowni wodnej opartej na patencie pt. Pływająca elektrownia z turbiną wodną z łopatą w postaci linii śrubowej na obwiedni walca Patent UP RP P : Pływająca elektrownia z turbina wodną z łopatami w postaci linii śrubowej na obwiedni walca. Józef Flizikowski 1 (30%), Adam Mroziński 1 (25%), Andrzej Tomporowski 1 (25%), Robert Niemczewski 2 (20%), 1 Wydział Inżynierii Mechanicznej UTP w Bydgoszczy, 2 AIRON Investment (udzielono: ; zgłoszono: ) Przedmiotem wynalazku jest pływająca turbina wodna z łopatą w postaci linii śrubowej na obwiedni wyporowego walca, służąca do konwersji energii ruchu postępowego cieku wodnego (np. rzeki) na moment obrotowy na osi wyporowego walca turbiny. Istota rozwiązania wynalazku, pływającej turbiny wodnej z łopatą w postaci linii śrubowej na obwiedni wyporowego walca, urządzenia składającego się z obrotowego walca z nawiniętymi na jego powierzchni łopatami wzdłuż linii śrubowej z wałem napędowym, rozwiązuje problem niskiej sprawności i charakteryzuje się tym, że układ funkcjonalny (konwersji) tworzy z innymi elementami wzdłużny silnik wodny. Układ kinematyczny walca jest obustronnie ułożyskowany, uwieziony (zakotwiczony) i sprzężony z przekładnią zwiększającą prędkość obrotową, a zakończony generatorem (prądnicą). Korpus, obudowę turbiny wodnej, silnika wodnego tworzy nieruchomy cylinder, wyposażony na wejściu wody, czynnika roboczego, dyfuzorem. Obudowa turbiny jest unieruchomiona przez łączniki, które linami (cięgnami, łańcuchami) są połączone z zakotwiczeniem. Turbina wodna wraz z urządzeniami przetwarzania (konwersji) energii według wynalazku odznacza się prostą i zwartą konstrukcją. Jej budowa oparta jest o niewielką liczbę elementów składowych. Konstrukcja systemu, a zwłaszcza z kratą na wejściu i walec ze śrubowymi łopatami silnika wodnego zabezpieczają przed niszczeniem żywych organizmów, w tym ryb, narybku i innych zwierząt wodnych. Rozmieszczenie i ukształtowanie łopaty śrubowej wirnika sprzyja powstawaniu: wysokiego momentu obrotowego, zgodnie z równaniem Stokesa, a wielokrotność linii śrubowej z dużym kątem zwoju - niskim oporom ruchu, zgodnie z zależnością Reynoldsa. Ukształtowanie geometryczne powierzchni roboczej, zwojów śrubowych wirnika dodatkowo wywołuje efekt Magnusa, przyczyniając się do podwyższenia sprawności działania. Pływający walec, ustawiony do poziomu gruntu pod kątem α poprzez śrubową łopatę osadzoną na obwodzie wyporowego wirnika, zamienia strumień energii kinetycznej ruchu postępowego cieku na energie kinetyczną ruchu obrotowego. Ruch obrotowy wykorzystywany jest do napędu generatora energii elektrycznej, poprzez przekładnię przyspieszającą, przy czym obudowy przekładni i turbiny są unieruchomione za pomocą zakotwiczenia. Przedmiot wynalazku może znaleźć zastosowanie w ciekach wodnych przepływowych, w postaci niekonwencjonalnego źródła energii odnawialnej (OZE, renewable energy sources - RES), szczególnie zaś w miejscach niedoboru i braku dostępu do sieci energetycznej. Urządzenie to może służyć do napędu maszyn i urządzeń elektrycznych bez stosowania innych źródeł energii, np. pomp nawadniających, oświetlenia i innych, również do celów edukacyjnych i popularyzujących procesory energii wodnej.

5 3. Pompa ciepła typu powietrze woda do podgrzewania wody użytkowej Kompaktowe urządzenia tego typu służą do podgrzewania wody do temperatury 55 C, ale także zapewniają chłodzenie (właściwość szczególnie ważna latem) oraz osuszają niewielkie pomieszczenia. Zintegrowany z pompą ciepła podgrzewacz o pojemności 200 litrów zabezpiecza ciepłą wodę użytkową dla 4-5 osobowej rodziny. Moc grzewcza pompy jest równa 1,88 kw (zgodnie z normą EN-16147). W standardzie znajduje się także grzałka elektryczna, służąca do okresowego dogrzewania.

6 4. Mobilna stacja solarna z kolektorem płaskim Mobilna stacja solarna, wykorzystywana na Wydziale Inżynierii Mechanicznej UTP w Bydgoszczy jako stanowisko dydaktyczne, składa się z typowych elementów roboczych, które funkcjonują w klasycznej instalacji solarnej z kolektorem płaskim. Jednym z najważniejszych elementów jest kolektor słoneczny. Zadaniem kolektora słonecznego (1) jest konwersja energii promieniowania słonecznego na energię cieplną. Energia cieplna przekazywana jest następnie za pomocą płynu solarnego (glikolu) w celu dalszego jej wykorzystania do zbiornika (3) - np. do przygotowania c.w.u. Przepływ glikolu odbywa się dzięki stacji pompowej (2). Sterownik (6) uruchamia pompę, wówczas gdy temperatura płynu solarnego w kolektorze (4) jest wyższa niż temperatura wody w zbiorniku (5). Wymiennik wężownicowy (7), który znajduje się wewnątrz zbiornika umożliwia oddanie energii cieplnej wodzie użytkowej. Zastosowany w stacji solarnej kolektor to Vitosol 100-F firmy Viessmann o powierzchni całkowitej wynoszącej 2,51 m 2 (powierzchnia apertury, czyli obszar wewnątrz ramy kolektora, na który aktywnie działa promieniowanie słoneczne wynosi 2,32 m 2 ). Padające na absorber (rys. 3) promienie słoneczne zamieniane są w energię cieplną, która następnie oddawana jest do czynnika grzewczego znajdującego się w przyspawanych rurach miedzianych ułożonych meandrycznie na absorberze w postaci miedzianej blachy. Meandrowy układ przewodów zapewnia równomierny przepływ oraz równy odbiór ciepła na całej powierzchni kolektora. Obudowa kolektora składa się z giętego profilu aluminiowego, w którą wbudowana jest pokrywa ze szkła solarnego o niskiej zawartości tlenków żelaza (wyższy wsp. przenikania światła). Odpowiednie uszczelnienie oraz izolacja cieplna z wełny mineralnej zmniejsza straty cieplne. Na wyjściu z kolektora zamontowany jest czujnik temperatury czynnika grzewczego (4), który umieszczony jest w tulei zanurzeniowej. Na tulei zanurzeniowej, czyli w najwyższym punkcie instalacji zamontowano odpowietrznik automatyczny z zaworem odcinającym. Podgrzany glikol transportowany jest z kolektora słonecznego do wężownicy w podgrzewaczu przez giętkie przewody karbowane ze stali nierdzewnej. Dla zminimalizowania strat ciepła przewody przyłączeniowe zaizolowane są otuliną kauczukową odporną na wysokie temperatury. Równolegle do rurociągu przeprowadzony jest przewód elektryczny czujnika temperatury w kolektorze. Nad bezpieczeństwem oraz funkcjonowaniem zamkniętego układu czuwa stacja pompowa Solar - Divicon (6). Najważniejszą częścią stacji pompowej jest pompa obiegowa, której zadaniem jest wymuszanie cyrkulacji glikolu. W skład układu wchodzą również zawory odcinające wraz z wbudowanymi termometrami. Wbudowany również jest zawór zwrotny, który zapobiega złej cyrkulacji. Nieodpowiedni kierunek przepływu glikolu powoduje wychładzanie zasobnika c.w.u. wywołany różnicą temperatur. Szczególnie jest to zauważalne w nocy, gdy temperatura kolektora jest mniejsza od temperatury wody w zasobniku. Przepływ glikolu w instalacji można kontrolować przez przepływomierz. W mobilnej stacji solarnej miejscem akumulacyjnym ciepło, zaabsorbowane przez kolektor słoneczny jest podgrzewacz c.w.u. (3). Zasobnik podgrzewacza wykonany jest ze stali szlachetnej dzięki czemu zwiększona jest jego żywotność. Ciepło glikolu oddawane jest wodzie użytkowej przez wężownicę (7) umieszczoną w dolnej części podgrzewacza. W celu utrzymania temperatury mierzonej czujnikiem (5) cały zbiornik zaizolowano pianką poliuretanową. Funkcję pomiarową i regulacyjną pełni elektroniczny regulator (6), którego głównym zadaniem jest załączanie pompy obiegowej po odczytaniu zadanej różnicy temperatur pomiędzy czynnikiem roboczym w kolektorze słonecznym, a czynnikiem w wężownicy. W celu ochrony instalacji przed przegrzaniem pompa obiegowa uruchamiana jest przez regulator po przekroczeniu temperatury 150 C w kolektorze.

7 5. Mobilne stanowisko do badań modułów fotowoltaicznych Stanowisko do badań modułów fotowoltaicznych zostało zaprojektowane i wykonane jako stanowisko mobilne. Za podstawę pod konstrukcję wsporczą posłużył typowy platformowy wózek magazynowy. Wspornik na którym zamontowane jest ogniwo umożliwia regulacje kąta elewacji do 70, jako że stanowisko jest mobilne nie przewidziano oddzielnej regulacji kąta azymutu. W skład wyposażenia stanowiska wchodzi: - moduł fotowoltaiczny (monokrystaliczny) o mocy 180Wp przy napięciu 36V i prądzie 5A (1szt.), - inwerter o mocy ciągłej 1,5kW z wbudowaną ładowarką sieciową (1szt.), - akumulatory żelowe 12V/100 Ah (2szt.), - układ pomiarowy, - obciążenie rezystancyjne do badania ogniwa, - komputer PC. Powyższe elementy tworzą na stanowisku instalację fotowoltaiczna typu off-grid z możliwością doładowywania akumulatorów z sieci energetycznej. Inwerter może pracować w dwóch trybach. W pierwszym moduł PV doładowuje akumulator i zasila jednocześnie przetwornice. W drugim przypadku inwerter działa jak UPS czyli awaryjne źródło zasilania. Bezpośrednio do inwertera istnieje możliwość podłączenia odbiornika przy pomocy typowego gniazda wtykowego 230V~. Do instalacji podłączony jest system monitorujący parametry pracy. System ten został zaprojektowany i wykonany od podstaw. W jego skład wchodzi: - piranometr w którym w roli sensora zastosowana została fotodioda BPW34 ze względu na liniową charakterystykę irradiacja-fotoprąd, - woltomierze do pomiaru napięcia na ogniwie oraz akumulatorach, - amperomierze do pomiaru prądu ogniwa i akumulatora. Pomiar prądu akumulatora ze względu na znaczne jego wartości odbywa się pośrednio przy pomocy czujnika Halla. Wszystkie mierzone parametry pracy instalacji to: - napięcie na ogniwie PV w zakresie [V] (rozdzielczość 0,1V,+/- 5%), - prąd ogniwa PV w zakresie 0-10 [A] (rozdzielczość 0,01A,+/-5%), - napięcie akumulatora w zakresie [V] (rozdzielczość 0,1V,+/- 5%) - prądu akumulatora w zakresie do 100 [A] (-100 do -0,5 / +0,5 do +100, +/-5%), - moc pobierana z ogniwa PV oraz akumulatora, - temperatura ogniwa PV (-55 C do +125 C,rozdzielczość 0,5 ), - energia promieniowania słonecznego w zakresie [W/m 2 ] (rozdzielczość 2W/m2,+/-5%). Wszystkie mierzone parametry są przetwarzane na postać cyfrową i wyświetlane na wyświetlaczu LCD. Dodatkowo układ umożliwia przesyłanie danych do komputera PC. Dane te są automatycznie wstawiane do arkusza kalkulacyjnego Excel w celu ich późniejszej analizy i przygotowania wykresów. Jako że stanowisko ma służyć również do badania samych ogniw fotowoltaicznych zostało wyposażone w zmienne obciążenie rezystancyjne. Aby ograniczyć koszty wykonano obciążenie w dość niekonwencjonalny sposób. Zbudowane zostało z trzydziestu rezystorów o rezystancji 0,3[Ω] w formie drabinki oraz trzydziestu tranzystorów MOSFET o rezystancji przewodzenia 0,1[Ω]. Konstrukcja taka umożliwia zmianę rezystancji w zakresie od 0,4[Ω] do 9,1[Ω], zmiana odbywa się za pomocą przycisków na panelu obok wyświetlacza LCD. Informacja o aktualnie ustawionym oporze jest również przesyłana do komputera. Zastosowane moce rezystorów pozwalają na wyznaczanie charakterystyk paneli o wartości prądu mocy maksymalnej Imp do 6 [A]. Umożliwia to wyznaczanie charakterystyk prądowo-napięciowych przy różnych kątach pochylenia ogniwa i różnych wartościach promieniowania słonecznego.

8 6. Mobilne stanowisko pompy ciepła typu powietrze-woda W ramach budowy bazy dydaktycznej do nowego kierunku studiów inżynierskich pn.: Inżynieria Odnawialnych Źródeł Energii na Wydziale Inżynierii Mechanicznej UTP w Bydgoszczy zaprojektowano i wykonano stanowisko dydaktyczno-badawcze do badań instalacji pompy ciepła typu powietrze/woda. Stanowisko zostało zaprojektowane jako układ mobilny. Może pracować zarówno w pomieszczeniu (pomieszczenia laboratoryjne WIM - UTP) jak i na zewnątrz przed budynkiem. W ramach prac projektowych dobrano odpowiedni sterownik, przewody, zawory oraz kompletną armaturę przyłączeniową wraz z miernikami parametrów pracy pompy ciepła. Stanowisko przedstawiono poniżej. Zastosowana w stanowisku pomiarowym pompa ciepła Vitocal 200-S firmy Viessmann może wykorzystywać otaczające ciepło z powietrza zewnętrznego lub wewnętrznego w budynku. Pompa charakteryzuje się modulowaną pracą (wentylator i sprężarka posiadają silniki o regulowanych prędkościach obrotowych). Zastosowana pompa ciepła posiada funkcję ogrzewania lub chłodzenia pomieszczeń. Zaprojektowana konstrukcja wsporcza stanowiska ze stali kwasoodpornej zapewnia mobilność całości układu pomiarowego. Pompa ciepła pracuje bezobsługowo i efektywnie wykorzystuje ciepło z powietrza atmosferycznego do ogrzewania (oraz chłodzenia), w nowych i modernizowanych domach jednorodzinnych. W budynkach modernizowanych może współpracować z już istniejącym kotłem grzewczym, który uzupełnia ogrzewanie w mroźne dni. W lecie Vitocal 200-S może również chłodzić pomieszczenia przez np. instalację ogrzewania podłogowego, klimakonwektor (zastosowany w stanowisku). Zaprojektowane i wykonane stanowisko badawczo-dydaktyczne na WIM UTP w Bydgoszczy pozwala badać efektywność pompy ciepła w różnych warunkach eksploatacji. Pompy typu powietrze/woda pracują bardziej ekonomicznie w porównaniu do konwencjonalnych sposobów ogrzewania (np. gazowego czy olejowego). Największą wadą tego typu pomp ciepła jest niższy, niż w przypadku pomp ciepła woda/woda albo glikol/woda, współczynnik wydajności pompy ciepła (COP). Wynika on z tego, że pompa ciepła tego typu pobiera ciepło przy niższych temperaturach, niż pompa glikol/woda. Ze względu na ryzyko oblodzenia wymiennika ciepła takiej pompy, musi ona być okresowo odszraniana, co odbywa się ze stratą ciepła. W najniższych temperaturach powietrza pompa w ogóle nie może działać bez włączenia się dodatkowej elektrycznej grzałki. Zarówno ta elektryczna grzałka, jak i niższy COP pompy ciepła powietrze/woda, powodują wyższe koszty jej eksploatacji podczas niskich temperatur, niż w przypadku pomp ciepła glikol/woda. Te najniższe temperatury panują w roku tylko przez krótki okres, przez co nie mają dużego wpływu na koszt ogrzewania domu tego typu pompą ciepła.