Artykuł Ćwiczenia laboratoryjne na Politechnice Śląskiej pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Wytwarzanie bimbru na własne potrzeby i używanie go do produkcji prądu oraz ciepła w domu – to cel projektu dra inż. Olafa Dybińskiego z Politechniki Warszawskiej, który pracuje nad prototypem jednostki kogeneracyjnej MCeFC (Molten Carbonate e-Fuel Cell) i który za kilka lat może stać się realną konkurencją dla paneli słonecznych czy pomp ciepła.

MCeFC to wysokotemperaturowy stos ogniw paliwowych oparty na technologii ogniw węglanowych, który zamiast wodorem zasilany jest płynnymi biopaliwami i e-paliwami. MCeFC umożliwi uniezależnienie się odbiorców końcowych (w skali domów jednorodzinnych) od sieci elektroenergetycznej i wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła na własne potrzeby z wykorzystaniem paliw, które wkrótce będą dostępne na każdej stacji benzynowej lub będą mogły być wytworzone z wykorzystaniem tradycyjnej fermentacji alkoholowej.

– Jest to wysokotemperaturowy stos ogniw paliwowych bazujący na technologii ogniw węglanowych, jednak zasilany płynnymi biopaliwami i e-paliwami zamiast wodorem – wyjaśnia dr inż. Olaf Dybiński. – Ogniwa te w procesie elektrochemicznym, w ramach którego następuje transport jonów węglanowych, pozwalają na wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła. Cały proces zachodzi przy temperaturze 600-700°C. 

To pozwala na wykorzystanie endotermicznej reakcji reformingu parowego paliw płynnych – to znaczy, że paliwa płynne (takie jak nafta, olej napędowy czy różne alkohole) są przekształcane w gaz syntezowy (mieszankę wodoru i tlenku węgla) przy użyciu pary wodnej i ciepła. Bilans cieplny wciąż pozostaje pozytywny. 

– Dzięki odpowiedniej konstrukcji możliwe będzie bezpośrednie zastosowanie różnych, w tym syntetycznych, paliw płynnych i biopaliw, co jest innowacją na rynku ogniw paliwowych i w gałęzi urządzeń kogeneracyjnych małej skali – dodaje dr Dybiński. 

Główną zaletą MCeFC będzie energetyczna niezależność odbiorców końcowych (w skali domów jednorodzinnych) od sieci elektroenergetycznej 

– Do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła na własne potrzeby będą używane paliwa, które wkrótce będą dostępne na każdej stacji benzynowej lub będą mogły być wytworzone z wykorzystaniem tradycyjnej fermentacji alkoholowej – opowiada dr Dybiński. – Mamy tu na myśli alkohole – z naciskiem na te wytwarzane syntetycznie, aby zachować zamknięty obieg dwutlenku węgla – takie jak metanol, etanol, propanol czy też gliceryna, jak również biopaliwa, produkowane głównie w oparciu o naturalne procesy fermentacji alkoholowej, na przykład po prostu bimber. W praktyce wykorzystanie opracowywanego kogeneratora będzie ograniczało się do uzupełniania zbiornika paliwa mieszaniną wody i wybranego alkoholu, gdyż wodór biorący udział w procesie wytwarzania energii uwalniany będzie bezpośrednio w urządzeniu zarówno z paliwa, jak i z wody. Urządzenie MCeFC powinno pracować bez obsługi serwisowej przez kilkadziesiąt tysięcy godzin.

Ile bimbru/alkoholu trzeba będzie wlewać do ogrzania przeciętnego domu i jak duże będzie docelowe urządzenie?

– Z naszych obliczeń wynika, że powinno wystarczyć około 50-60 kg paliwa miesięcznie dla przeciętnego domu jednorodzinnego.
W przypadku domów jednorodzinnych celujemy w skalę urządzeń AGD pokroju pralka, może dwie pralki, ewentualnie kocioł gazowy czy pompa ciepła. Chodzi nam o takie rozmiary, aby można było urządzenie zamontować w piwnicy i – co ważne – aby je także spokojnie do piwnicy wnieść. Wymaga to jednak od nas optymalizacji wagowej i opracowania konstrukcji modułowej, bo ogniwa paliwowe są z reguły ciężkie – powiedział w wywiadzie dla Portalu Samorządowego dr Dybiński.

W projekcie zrezygnowano z paliwa w postaci czystego wodoru, co pozwala uniknąć problemów z jego transportem i magazynowaniem. Te procesy zawsze generują straty, a także wymagają użycia dodatkowej energii elektrycznej, np. do sprężania czy skraplania. To generuje oczywiście kolejne koszty. Wodór jest także łatwopalny i wybuchowy, co również utrudnia transport i magazynowanie oraz byłoby niebezpieczne w przypadku przechowywania paliwa w domu. 

Zastąpienie wodoru paliwami, które mogą być transportowane i przechowywane z wykorzystaniem dostępnej infrastruktury, rurociągów, zbiorników i kanistrów, pozwala nie tylko na uniknięcie problemów związanych z wodorem jako paliwem, ale zarazem umożliwia wykorzystanie wszystkich zalet, jakie niesie za sobą rozwój odnawialnych źródeł energii, technologii wychwytu CO2 i magazynowania energii w postaci energii chemicznej paliwa. 

– Dzięki wykorzystaniu paliw syntetycznych produkowanych z wychwyconego CO2 (e-paliw) zapewniamy zamknięty obieg dwutlenku węgla, a więc nie generujemy nowych zanieczyszczeń do atmosfery – dopowiada dr Dybiński. – Jeśli natomiast wykorzystamy biopaliwo, tak naprawdę MCeFC będzie odnawialnym źródłem energii, które może być traktowane na równi z fotowoltaiką czy wiatrakami.

Na jakim etapie obecnie jest projekt?

– W ramach wcześniejszych prac badaliśmy możliwości zastosowania paliw płynnych – głównie alkoholi – w pojedynczych ogniwach paliwowych. Po dostarczeniu ich tam bezpośrednio – właśnie w postaci płynnej – zachodził tzw. reforming parowy, czyli wydzielenie wodoru, który bierze udział w procesie elektrochemicznym oraz wydzielenie dwutlenku węgla, który także pojawia się w ramach reformingu i jest wykorzystywany w całym procesie. Na pewno udowodniliśmy jedno: to działa i będzie można wykorzystać ogniwa MCeFC do produkcji energii elektrycznej i ciepła. Teraz musimy przeskalować urządzenie na takie o większej liczbie ogniw paliwowych. W skrócie, musimy wyjść ze skali laboratoryjnej. Zmierzamy do końca, ale przed nami jeszcze kilka wyzwań.

Zmiana wymaga zmiany… przepisów

Wykorzystanie biopaliw do zasilania MCeFC w przyszłości powinno umożliwić traktowanie urządzenia jako generator OZE pracujący w systemie prosumenckim – do tego jednak potrzeba jeszcze dostosowania przepisów. 

– W ramach projektu planujemy także opracować strategię zmiany przepisów i lobbować za rozszerzeniem definicji instalacji kwalifikujących się do udziału w rynku energii w roli prosumenta właśnie w celu uwzględnienia generatorów elektrochemicznych takich jak MCeFC – podkreśla dr Dybiński. 

Takie rozwiązanie przyniosłoby dodatkowe zyski dla użytkowników i stabilizację pracy sieci elektroenergetycznej w dowolnej skali, gdyż MCeFC generuje stabilną moc elektryczną i jest urządzeniem sterowalnym w odróżnieniu od fotowoltaiki i wiatraków, które w pełni uzależnione są od warunków atmosferycznych. 

Obecnie zespół jest na etapie opracowywania projektu technicznego elementów konstrukcyjnych jednostki MCeFC. W skład zespołu wchodzą dr inż. Olaf Dybiński jako kierownik projektu oraz prof. dr hab. inż. Jarosław Milewski, dr inż. Arkadiusz Szczęśniak, dr hab. inż. Łukasz Szabłowski, dr inż. Andrzej Grzebielec, mgr inż. Aliaxandr Martsinchyk oraz mgr inż. Pavel Shuhayeu.

Projekt „Opracowanie mikro-kogeneracyjnej jednostki MCeFC opartej o ogniwa paliwowe MCFC zasilanej E-Paliwami, Biopaliwami i CO₂-neutralnymi paliwami płynnymi” (REGENERATION) jest realizowany w ramach grantu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju LIDER XIV. 

Źródło: pw.edu.pl, portalsamorzadowy.pl

Artykuł MCeFC – ogniwo paliwowe zasilane bimbrem pozwoli wytwarzać energię elektryczną i ciepło na własne potrzeby w domu pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Program badawczy realizowany w ramach konkursu ISKRA – budowanie międzyuczelnianych zespołów badawczych obejmuje opracowanie systemów drogowych ekranów akustycznych z wykorzystaniem elementów kompozytowych śmigieł turbin wiatrowych. To badania koncepcyjne, badania eksperymentalne w skali naturalnej oraz badania numeryczne MES.

Z grupą naukowców spostrzegliśmy, że są ogromne problemy związane z utylizacją śmigieł elektrowni wiatrowych, które wyszły z użytkowania bądź są zamieniane na bardziej efektywne pod względem rozwiązań technicznych. Cykl życia śmigła wiatrowego wynosi średnio 20-25 lat. Oznacza to, że po roku 2035 około 225 tys. ton zużytych śmigieł powinno zostać poddanych recyklingowi – wyjaśnia genezę badań dr hab. inż. Mirosław Broniewicz, prof. PB z Katedry Konstrukcji Budowlanych i Mechaniki Budowli Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej.

Okazuje się, że przy zachodniej granicy Polski składowane są dosłownie setki olbrzymich łopat śmigieł, które praktycznie nie ulegną rozkładowi – są wykonane z materiałów kompozytowych wzmocnionych włóknem szklanym. Naukowcy z trzech uczelni ze Ściany Wschodniej zrzeszeni w Politechnicznej Sieci Via Carpatia postanowili zaproponować nowatorski sposób wykorzystania takiego „złomu” przy jak największym poszanowaniu środowiska naturalnego.

Zespół naukowców Politechniki Białostockiej od kwietnia 2023 roku pracuje nad projektem p.t. „Wtórne wykorzystanie łopat turbin wiatrowych w konstrukcjach inżynierskich”, którego celem jest wykorzystanie materiału kompozytowego uzyskanego ze złomowanych łopat turbin wiatrowych do budowy drogowych ekranów akustycznych. Stwierdzili oni, że tak naprawdę nie stanieją dotychczas na świecie efektywne metody ponownego wykorzystania łopat turbin wiatrowych. Naukowcy amerykańscy w procesie pirolizy pod wpływem wysokiej temperatury dokonują rozkładu materiału kompozytowego, oddzielając materiał organiczny od nieorganicznych włókien szklanych, uzyskując w ten sposób materiał, który spalając wykorzystuje się do wytwarzania energii. Niestety jest to proces długotrwały i energochłonny. Duńczycy z kolei zamieniają łopaty śmigieł na elementy małej architektury typu ławki, przystanki, wiaty dla rowerów, czy meble ogrodowe. Naukowcy z Politechniki Rzeszowskiej zaproponowali wykorzystanie łopat w mostownictwie do wykonywania elementów nośnych kładek dla pieszych.

– Ten pomysł został włączony do programu Politechnicznej Sieci Via Carpatia i pozwoli na wykorzystanie do budowy ekranów drogowych prawie całych łopat turbin wiatrowych  – wyjaśnia autorskie rozwianie prof. Broniewicz.

Pomysł jest wynikiem wszechstronnej wiedzy praktycznej naukowców z Politechniki Białostockiej. Bo ekrany drogowe są obecnie budowane na różne sposoby.

– Elementy panelu akustycznego mogą być wykonywane jako żelbetowe, ze zintegrowaną warstwą tłumiącą, w różny sposób barwione, są również ekrany akustyczne wykonywane z elementów z tworzyw sztucznych, czy z blach stalowych – wymienia prof. Broniewicz. – Każde z tych rozwiązań ma dużo cech negatywnych  – ekrany żelbetowe są bardzo trwałe, ale opierają się na wykorzystaniu cementu, którego produkcja bardzo obciąża środowisko. Tworzywa sztuczne mogą podlegać degradacji zaś ekrany wykonywane z blach fałdowych czy trapezowych są mało odporne na warunki środowiskowe zwłaszcza związane z zasoleniem dróg i szybko ulegają korozji stąd pomysł, żeby do budowy ekranów wykorzystać materiał kompozytowy.

A takim doskonałym materiałem kompozytowym jest właśnie materiał odpadowy z kompozytowych śmigieł elektrowni wiatrowych.

– Moim pomysłem i zadaniem naszej uczelni było użycie pociętych elementów kompozytowych do budowy ekranów drogowych – mówi prof. Broniewicz, lider zespołu naukowców w Politechnice Białostockiej. W jego skład wchodzą dr inż. Krzysztof Czech, także z Katedry Konstrukcji Budowlanych i Mechaniki Budowli Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej, dr inż. Robert Andrzej Stachniewicz z Katedry Budownictwa Zrównoważonego i Instalacji Budowlanych WBiNŚ oraz doktorant mgr inż. Filip Broniewicz.

Dobrze wyprofilowane śmigło pomaga przenieść na wirnik turbiny jak największą porcję energii wiatrowej, ale też stanowi wyzwanie przy projektowaniu ekranów akustycznych.

– Te elementy mają ciągłą krzywiznę – zmienia się i przekrój i grubość – przypomina prof. Broniewicz. – Tworząc wstępną koncepcję założyliśmy pocięcie śmigieł na mniejsze elementy, z których będą składane panele ekranów akustycznych.

Kolejnym problemem było to, że śmigła są wykonywane z różnego rodzaju materiałów. Wewnętrzne żebra wzmacniające są wykonane z pełnego kompozytu o grubości 3 cm natomiast w pozostałej części zastosowany jest materiał trzywarstwowy czyli typu sandwich, gdzie tylko okładziny zewnętrzne o grubości 3 mm są elementami kompozytowymi natomiast sam rdzeń wykonany jest z drewna balsa.

– Aby wykorzystać jak największą ilość materiału z każdego śmigła zbadaliśmy właściwości mechaniczne litego kompozytu, jak i właściwości mechaniczne materiału trójwarstwowego – opowiada prof. Broniewicz. Tu naukowcy wykorzystali dobrze znaną Metodę Elementów Skończonych i stworzyli model numeryczny przykładowego panelu akustycznego.

– Obciążyliśmy go zgodnie z wymaganiami norm przedmiotowych – uwzględniliśmy zarówno obciążenie wiatrem działającym na ekrany drogowe, jak i obciążeniem ruchem samochodowym, czyli wszystkimi wymaganymi rodzajami obciążenia i w sposób numeryczny sprawdziliśmy wytrzymałość tych paneli – wyjaśnia kolejny krok w badaniach prof. Broniewicz. – Wyniki wyszły zadowalające, bo stopień wytężenia panelu akustycznego od najbardziej ekstremalnych obciążeń wynosił 47%, czyli według symulacji są to elementy bardzo wytrzymałe.

Teraz nadszedł czas na badania doświadczalne. W hali WBiNŚ czekają na pocięcie olbrzymie śmigła. Są już przygotowane dwuteowniki i ceowniki, które posłużą do wykonania rzeczywistego panelu.

– W ramę z ceownika zimnogiętego  zostaną wpasowane elementy wycięte ze śmigła elektrowni wiatrowej, a całość zostanie osadzona na słupach z dwuteownika stalowego 160 mm i będzie  obciążana za pomocą systemu siłowników hydraulicznych, żeby zobrazować rzeczywiste obciążenie działające na konstrukcję drogową – planuje prof. Broniewicz.

Po badaniach wytrzymałościowych modelowe panele przejdą badania akustyczne, czyli naukowcy sprawdzą efektywność akustyczną paneli. Najpierw – za pomocą wyspecjalizowanych programów, czyli narzędzi informatycznych, a następne już dużej komorze akustycznej, jaką dysponuje Politechnika Rzeszowska – partnerska uczelnia w Politechnicznej Sieci Via Carpatia.

– Nasz element w skali naturalnej zostanie zbadany z zastosowaniem specjalistycznego sprzętu do badania właściwości akustycznych – podkreśla prof. Broniewicz.

Jednocześnie naukowcy z wszystkich trzech uczelni Sieci przygotowują pierwszą międzynarodową publikację w renomowanym piśmie naukowym.

– Naukowcy z Politechniki Rzeszowskiej już poparli nasz kierunek badań, teraz czekamy na recenzję badaczy z Politechniki Lubelskiej i już wkrótce przedstawimy światu rezultaty naszych wstępnych badań – planuje prof. Broniewicz.

Taki wspólny projekt jest elementem programu ISKRA, polegającego na budowaniu międzyuczelnianych zespołów badawczych. Planowane zakończenie projektu p.t. Wtórne wykorzystanie łopatek turbin wiatrowych w konstrukcjach inżynierskich jest planowane na 31 lipca 2025 roku.

Źródło: Politechnika Białostocka

Artykuł Zużyte łopaty turbin wiatrowych ponownie wykorzystane do budowy ekranów akustycznych pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Fima Lapp posiada w swojej ofercie produkty dedykowane automatyce i branży Automotive. Młodzi inżynierowie z Politechniki Rzeszowskiej wykorzystali je do stworzenia wiązki elektrycznej bolidu klasy Formuła Student– PMT-03. Jest ona odpowiedzialna za połączenie kluczowych podzespołów elektronicznych takich jak: komputer silnika, silnik oraz wszelkiego rodzaju czujniki i systemy bezpieczeństwa.

Wiązka bolidu została w całości wykonana z przewodów z serii ÖLFLEX® TRUCK. Seria ÖLFLEX® TRUCK to kable elektroenergetyczne i sterownicze dedykowane do pojazdów użytkowych i samochodów ciężarowych. O jej wyborze zadecydowały przede wszystkim właściwości wytrzymałościowe: olejoodporność, która jest istotna ze względu na umiejscowienie przewodów w pobliżu silnika i skrzyni biegów; odporność na wysoką temperaturę umożliwiająca zastosowanie przewodów firmy LAPP w środowisku, w którym temperatury osiągają do 85°C. Przewody typu ÖLFLEX® TRUCK posiadają specjalne aprobaty ADR. Właściwości przewodów potwierdzone zostały przez TÜV TSÜD Auto Service GmbH.

Sterowanie mechatronicznymi elementami bolidu byłoby niemożliwe bez magistrali CAN. Dzisiaj system CAN (Controller Area Network) to standard nie tylko w motoryzacji. Wprowadzenie magistrali CAN spowodowało zmniejszenie ilości pozostałego rodzaju okablowania, jednocześnie pozwala na bezawaryjną, bezpieczną i szybką wymianę danych w czasie rzeczywistym. Jest to bardzo przy odczycie informacji z systemów bezpieczeństwa ABS, ASR, ESP, czy tez przy diagnostyce. Magistrala CAN znalazła zastosowanie nie tylko przy budowie samochodów. Nasze dedykowane przewody UNITRONIC®  BUS CAN wyróżniają się wysoką odpornością na zakłócenia, co czyni je idealnymi do tego typu zastosowań. Można je stosować także do ciągłego ruchu np. zamontowane w prowadnicach łańcuchowych.

W celu uzyskania dobrych wskazań z czujników młodzi Inżynierowie użyli przewodów kompensacyjnych typu KN9-022L NiCr/Ni. Ze względu na wykorzystanie termopar konieczne było zastosowanie przewodów, których żyły są wykonane z tego samego materiału, co styki termoelementów. Pomiary za pomocą termopar odznaczają się dużą dokładnością w różnych warunkach.

Wszystkie przewody zostały poprowadzone i zabezpieczone kołnierzami termokurczliwymi PROTECT-C – wyjątkowo odpornych na różnego rodzaju chemikalia i warunki pogodowe. Do prawidłowego oznaczenia wiązek zostały użyte elementy systemu znakowania FLEXIMARK.

Produkty firmy LAPP w dużym stopniu wpływają na prawidłową pracę urządzeń, w których są wykorzystywane. Sprawiają, że wszystkie rozwiązania na nich oparte są niezawodne. Jakość oraz innowacyjność są nieodłączną częścią marki, dzięki czemu LAPP jest pionierem w swojej branży.

Artykuł Produkty Lapp w projektach studenckich pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Artykuł Przystanek Kraków Politechnika pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.