Fakulta strojního inženýrství UJEP

Inovativní návrh kompaktního soustrojí Kaplanovy mikro-turbíny


Název projektu: Inovativní návrh kompaktního soustrojí Kaplanovy mikro-turbíny
Rozpočet: 9,7 mil. Kč
Doba řešení: 2019-2021
Dotační titul: TAČR – Epsilon 4
Hlavní řešitel projektu: Ing. Martin Kantor Ph.D., martin.kantor@ujep.cz
Partneři v projektu: Fakulta stavební ČVUT v Praze, ELZACO spol. s r.o.

Motivace
V ČR i Evropě existuje mnoho lokalit s nevyužitým nízkým hydroenergetickým potenciálem, který není využit z důvodů neexistence vhodného technologického vybavení, popřípadě vysokých investičních nákladů. Takové lokality jsou charakteristické již existující stavební dispozicí (existující hydrotechnické objekty u jezů; existující, opuštěné a zchátralé malé vodní elektrárny atd.). Záměrem projektu je návrh a vývoj takového řešení, které bude implementovatelné s minimem stavebních úprav, kde zvýšení užitných vlastností produktu formou inovací umožní využít jinak nevyužitelný potenciál k výrobě elektrické energie a tím posílit výrobu z obnovitelných zdrojů energie. Při řešení je zohledněna i cena vyvíjené technologie, zohledňující reálnou ekonomickou návratnost investice.

Cíle projektu
Návrh a vývoj kompaktního mikro soustrojí Kaplanovy turbíny pro lokality s malým hydro energetickým potenciálem; od návrhu tvaru včetně lopatek použitelných pro danou technologii výroby, dosahujících potřebných energetický parametrů, po konstrukční návrh turbíny jako celku včetně generátoru a elektro části.
Technické řešení se skládá z Kaplanovy turbíny s pevnými rozváděcími i oběžnými lopatkami, s přímým spojením hřídele turbíny s obtékaným generátorem a možností regulace turbíny změnou otáček generátoru s permanentními magnety (PMG) frekvenčním měničem. Velký důraz je kladech na spolehlivost, životnost a snížení provozních nákladů vyvíjeného řešení.

Aktivity projektu
Řešení je založeno na několika inovačních technologiích aplikovaných do oblasti vodních mikro-zdrojů:

  • 3D tisk komponent: sníženi nákladů, flexibilita; využití PMG generátoru: menší rozměr, vyšší účinnost oproti konvenčním generátorům; vhodné pro nižší otáčky očekávané při řešení;
  • využití technologie frekvenčního měniče pro regulaci otáček generátoru: zajišťuje regulační rozsah turbíny;
  • koncept kompaktního soustrojí: oběžné kolo je přímo spojené s obtékaným generátorem, malé zástavbové rozměry, redukce pohyblivých mechanických částí – zvýšení spolehlivosti;
  • využití CFD: virtuální ověření hydraulických parametrů turbíny, případná optimalizace a zvýšení užitných vlastností