Polskę czeka energetyczna rewolucja, a morska energetyka wiatrowa jest przyszłością gospodarki w naszym regionie. Wymaga ona odpowiednio wykształconych kadr oraz badań naukowych na światowym poziomie – mówią w rozmowie z PAP eksperci z Politechniki Gdańskiej.

PAP: Jakie są obecnie największe wyzwania technologiczne dotyczące turbin wiatrowych?

Dr hab. inż. Marcin Łuczak, dyrektor Centrum Morskiej Energetyki Wiatrowej Politechniki Gdańskiej: Jest ich kilka. Jedno stanowi integracja źródeł wytwórczych z wiatru z systemem elektroenergetycznym, co wymaga rozwoju technologii magazynowania energii. Trwa również wyścig technologiczny, zmierzający do opracowania coraz większych turbin. Kolejnym wyzwaniem jest budowa lepszych turbin z materiałów najmniej obciążających środowisko. Materiały o najlepszych własnościach są często mniej przyjazne środowisku. Inżynierowie szukają więc sposobów, by konstruować lepsze turbiny, z materiałów o niższej jakości - ale bardziej przyjaznych środowisku.

Kolejne wyzwanie technologiczne dotyczy masowej produkcji i instalacji turbin i ich podpór. Cele transformacji energetycznej wymagają instalacji wielu farm wiatrowych rocznie. Oznacza to konieczność opracowania rozwiązań nadających się do produkcji w skali przemysłowej. Sektor stoi też przed zadaniem związanym z zastosowaniem technologii cyfrowych w energetyce wiatrowej. Rośnie także znaczenie innych niż ekonomia kryteriów wyboru dostawcy farm wiatrowych jak np. obciążenie środowiska lub łatwość integracji z siecią elektroenergetyczną.

PAP: Jak wyglądają światowe trendy dotyczące badań związanych z morską energetyką wiatrową?

M. Łuczak: W 2016 r. powstała europejska platforma na rzecz technologii i innowacji w zakresie energetyki wiatrowej (ETIP Wind). Miała ona wspierać badania i innowacje na szczeblu europejskim i krajowym. Obecnie stanowi ona publiczną platformę dla interesariuszy zajmujących się energetyką wiatrową i pozwala określać priorytety i wyznaczać kierunki rozwoju innowacji.

Priorytety w światowych badaniach odpowiadają natomiast realizacji zamierzeń polityki klimatycznej i związanej z nią transformacji energetycznej. Mówimy np. o integracji źródeł wytwórczych w europejskim systemie elektroenergetycznym, optymalizacji eksploatacji i utrzymania ruchu farm wiatrowych, nowych materiałach i technologiach umożliwiających zastąpienie metali ziem rzadkich oraz pełnym recyklingu wszystkich komponentów turbin. Kolejna kwestia to rozwój technologii pływających konstrukcji wsporczych dla morskich turbin wiatrowych oraz szkolenia i kształcenie wykwalifikowanej kadry pracowników dla sektora morskiej energetyki wiatrowej.

PAP: Jak kształcić te kadry? Co dzieje się w tym zakresie w Polsce?

Dr hab. inż. Mariusz Kaczmarek, prorektor ds. kształcenia PG: Morska energetyka wiatrowa, a co za tym idzie - powstawanie nowego przemysłu zwanego offshore - jest przyszłością gospodarki w naszym regionie. Choćby dlatego kształcenie specjalistów należy rozpocząć jak najszybciej.

PG od lat zajmuje się badaniami nad morską energetyką wiatrową. Powołała Centrum Morskiej Energetyki Wiatrowej, które skupia specjalistów związanych z branżą offshore i dysponuje wyspecjalizowaną bazą laboratoryjną, która umożliwia identyfikację i rozwiązywanie wielu problemów technicznych oraz organizacyjnych w zakresie budowy i eksploatacji morskich farm wiatrowych.

Uczelnia szkoli też kadry. Na wydziale Inżynierii Mechanicznej i Okrętownictwa (we współpracy z Polskim Towarzystwem Morskiej Energetyki Wiatrowej) działa kierunek studiów Morska Energetyka Wiatrowa. Studenci uczą się tam m.in.: o przepisach dotyczących odnawialnych źródeł energii, o odziaływaniu morskich farm wiatrowych na środowisko, o rozpoznawaniu warunków geotechnicznych, o meteorologicznych, hydrologicznych, biologicznych warunkach Bałtyku Południowego czy o konstrukcji i budowie morskich farm wiatrowych.

Powstają nowe kierunki kształcenia. Tworząc ofertę edukacyjną, uczelnia odpowiada na wyzwania związane z wykształceniem wykwalifikowanych specjalistów w zakresie morskiej energetyki wiatrowej. Na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Okrętownictwa PG prowadzone są np. studia podyplomowe "Morska energetyka wiatrowa", która ma już ponad 200 absolwentów. Studia te cieszą się ogromnym powodzeniem, obecnie trwa 7. edycja. Do oferty uczelni wprowadzono też nową specjalność na studiach drugiego stopnia na kierunku Okręty i konstrukcje morskie - "Projektowanie i budowa morskich systemów energetycznych", która przygotuje absolwentów do prac projektowych w zakresie morskiej energetyki wiatrowej.

Zainteresowanie tematyką morskiej energetyki wiatrowej rośnie. Dostajemy coraz więcej zapytań odnośnie związanej z tym oferty edukacyjnej.

PAP: Energetyka wiatrowa jest jednym z głównych nurtów badań i rozwoju odnawialnych źródeł energii. Ze względu na ograniczenia, dotyczące lokalizacji wiatraków na terenach zabudowanych, jej rozwój w Polsce jest ograniczony. W takiej sytuacji jako duża szansa jawi się morska energetyka wiatrowa. Czy uczelnia pracuje nad nowymi rozwiązaniami, np. technicznymi, dotyczącymi energetyki wiatrowej?

Zespoły badawcze realizują kilka związanych z tym tematem programów badawczo-rozwojowych: "Elektrownia wiatrowa o poziomej osi z niskoobrotowym wielofazowym bezszczotkowym generatorem dwustronnym z dedykowaną energoelektroniką", "Szerokokątna, wysokiej rozdzielczości inspekcja optyczna turbin wiatrowych za pomocą wielozadaniowego, brzegowego przetwarzania wideo" czy "Bezprzewodowy system monitorowania stanu łopat turbiny wiatrowej".

Ten ostatni projekt, kierowany przez M. Łuczaka, jest wyjątkowo innowacyjny. Demonstruje on system wykrywania i monitorowania uszkodzeń łopat turbiny wiatrowej w oparciu o bezprzewodowe czujniki o niskim zużyciu energii. Równolegle do zbierania sygnałów z czujników jest tworzony numeryczny model łopaty, zdolny do przeprowadzania symulacji w czasie zbliżonym do rzeczywistego. Połączenie obu technologii daje w efekcie funkcjonalnego cyfrowego bliźniaka łopaty. Taki system daje wyjątkową możliwość optymalizacji decyzji dotyczących eksploatacji i konserwacji. Cyfrowy bliźniak umożliwia przejście na konserwację predykcyjną i obniżenie kosztów eksploatacji i utrzymania.

Eksploatacja i konserwacja stanowią zwykle ponad połowę całkowitych kosztów operacyjnych (OPEX) farmy wiatrowej (odpowiednio - 15 i 38 proc.). Kosztowna konserwacja turbin i ich komponentów jest spowodowana głównie brakiem istotnych dla biznesu informacji o stanie technicznym aktywów.

PAP: Jakie jeszcze projekty mogą pomóc w rozwijaniu morskiej energetyki wiatrowej, np. rozbudowie farm?

Dr inż. Daniel Węsierski z Katedry Systemów Multimedialnych PG: Efektywna rozbudowa farm wiatrowych zależy od dobrze zautomatyzowanej diagnostyki urządzeń. Centrum Morskiej Energetyki Wiatrowej na PG realizuje m.in. projekt, którego celem jest opracowanie innowacyjnego, zautomatyzowanego, szerokokątnego typoszeregu kamer o wysokiej rozdzielczości do optycznej inspekcji turbin wiatrowych z algorytmami do wielozadaniowego, brzegowego przetwarzania wideo.

Prof. dr hab. inż. Magdalena Rucka z Katedry Wytrzymałości Materiałów na PG: Realizowany u nas projekt zmierza do opracowania praktycznych metod recyklingu materiału kompozytowego, uzyskanego z wycofanych z eksploatacji łopat turbin wiatrowych.

Realizowane na uczelni projekty dotyczą pełnego zakresu czasu życia turbiny. Zespoły Politechniki Gdańskiej pracują nad nowymi technologiami do zastosowania w przyszłych generacjach turbin wiatrowych, nad rozwiązaniami w eksploatacji pracujących turbin oraz nad przetwarzaniem elementów turbin po zakończeniu eksploatacji.

Tomasz Szczerbicki

tsz/ zan/

fot. Depositphotos