Historia obiektu – 160 lat ewolucji

Zlokalizowane na 10 kilometrze Czarnej Nidy piętrzenie przez dziesięciolecia było wykorzystywane do celów gospodarczych. Najstarsze potwierdzone wzmianki na jego temat pochodzą z połowy XIX wieku i dotyczą drewnianego młyna napędzanego bliźniaczymi kołami śródsiębiernymi o średnicy 4 metrów. Na przełomie XIX i XX wieku podczas przebudowy budynek młyna zyskał kamienną konstrukcję, która zachowała się do dnia dzisiejszego. Został on także wyposażony w siedem par walców do przemiału zboża, które były napędzane przez 8-metrowe koło podsiębierne. W 1932 roku dokonano kolejnej modernizacji, zastępując drewniane koło wodne nowoczesną jak na ówczesne czasy turbiną Francisa o średnicy 1000 mm i przełyku 1,43 m³/s. Turbina wyprodukowana w pierwszej fabryce maszyn odlewniczych w dawnym Królestwie Polskim, Zakładach Przemysłowych St. Weight S.A., dysponowała mocą 32 KM. Została ona ulokowana w nowo dobudowanym, drewnianym budynku z klatką turbinową.

Po latach rozwoju nadeszły dla młyna ciężkie czasy. W 1955 roku na skutek dekretu o nacjonalizacji został on przejęty przez państwo i niemalże całkowicie zdewastowany. Dopiero po 25 latach możliwe było odkupienie budynku młyna przez prawowitych właścicieli i wznowienie jego działalności, którą kontynuowano do roku 2001, kiedy to na skutek powodzi część urządzeń została uszkodzona. Konieczność przeprowadzenia niezbędnych napraw, a także postępujące zmiany gospodarcze skłoniły właścicieli do przekształcenia młyna w elektrownię wodną, wprowadzającą wytworzoną energię do sieci niskiego napięcia. Dokonano wtedy kapitalnego remontu turbiny Francisa oraz przebudowano klatkę turbinową. Dwa lata później MEW Wolica wyposażono w dodatkową turbinę śmigłową z wałem pionowym, o średnicy 832 mm, przełyku 1,83 m3/s i mocy 26 kW, którą umieszczono w zabudowie lewarowej. Została ona wyprodukowana przez Wytwórnię Turbin Wodnych w Mrągowie. W takim kształcie elektrownia funkcjonowała do 2013 roku, kiedy rozpoczęto prace modernizacyjne.

MEW Wolica w 2010 roku – stan obiektu przed najnowszą modernizacją. Fot. Andrzej Paluch

Siła dwóch turbin

Wraz z pracami przygotowawczymi i rozbiórkowymi rozpoczął się nowy etap w historii obiektu, którego celem jest generalna modernizacja elektrowni. W pierwszej kolejności zdemontowany został dotychczasowy budynek MEW wraz z obydwiema turbinami, co stanowiło przepustkę do wybudowania koryta żelbetowego pod śrubę Archimedesa, klatki dla turbiny Kaplana, przebudowy kanału napływowego, a także osadzenia rury ssącej. Konstrukcja kanału napływowego i klatki turbinowej stanowi oparcie dla nowego budynku MEW. Jego elewacja dla zachowania spójności architektonicznej z sąsiadującym budynkiem nieczynnego młyna zostanie pokryta naturalnym kamieniem wapiennym, natomiast narożniki budynku oraz otwory okienne i drzwiowe będą obudowane cegłą, również na wzór istniejącego w sąsiedztwie młyna. Natomiast bez zmian pozostanie jaz szandorowy o konstrukcji żelbetowo-stalowej oraz przelew stały z kamienia, który zapewni przepływ nienaruszalny na poziomie 1,82 m³/s. Najbardziej widowiskowym etapem dotychczas wykonanych prac była instalacja turbin, która spotkała się z dużym zainteresowaniem ze strony mieszkańców Wolicy. Dotychczas funkcjonujące hydrozespoły nie pozwalały w pełni wykorzystać potencjału hydroenergetycznego Czarnej Nidy w tej lokalizacji, dlatego też obecny właściciel podjął decyzję o zamianie ich na nowe urządzenia: turbinę Kaplana i śrubę Archimedesa, dostosowane do lokalnych warunków hydrologicznych. Dysponują one mocą instalowaną odpowiednio 45 i 30 kW i przeznaczone są do pracy na spadzie 2,2 metra.

Do przekazania uzyskanego momentu obrotowego do generatorów asynchronicznych będą wykorzystane przekładnie zębate (dwustopniowa dla turbiny Kaplana i trójstopniowa dla śruby Archimedesa). Dzięki zastosowaniu dwóch turbin o zupełnie odmiennej konstrukcji i charakterystyce, które zostały specjalnie zaprojektowane dla tej elektrowni, możliwe będzie zwiększenie produkcji energii o blisko 35% w stosunku do wyników uzyskiwanych przy wykorzystaniu starych urządzeń, ze 180 MWh do 270 MWh.

Przebieg prac instalacyjnych – śruba Archimedesa po osadzeniu w korycie żelbetowym oraz turbina Kaplana tuż przed umieszczeniem w klatce turbinowej. Fot. Michał Lis

Wisienka na torcie, czyli system sterowania

Dla MEW Wolica przewidziano kilka sposobów sterowania hydrozespołami – ręczne pozwoli na uruchomienie dowolnej z dwóch turbin lub obydwu na raz oraz automatyczne, gdzie załączanie turbin odbywa się w sposób zoptymalizowany, zgodnie z programem zaimplementowanym w sterowniku PLC. Automatyka MEW Wolica zakłada pracę turbiny Archimedesa przy niskich przepływach, turbiny Kaplana dla średnich przepływów i dwóch hydrozespołów przy przepływach zbliżonych do maksymalnych. Zarówno turbina Kaplana, jak i śruba Archimedesa pracują z nowoczesnymi systemami sterowania. Dodatkowo, m.in. w celach badawczych w elektrowni zastosowano układ falowników, dzięki któremu, możliwa jest płynna zmiana prędkości obrotowej generatora, co przy konkretnych parametrach hydrologicznych pozwala na osiągnięcie wyższej sprawności hydrozespołu. W zależności od ustawień na panelu operatorskim, falownik może współpracować z hydrozespołem Kaplana lub Archimedesa. Ze względu na konieczność zaprojektowania turbin wodnych od podstaw oraz zastosowania w elektrowni wielu nowatorskich rozwiązań, wymagane było zaangażowanie specjalistów z różnych dziedzin; m.in. z zakresu mechaniki płynów, mechaniki, pneumatyki, automatyki. Całość projektu obu turbin oraz dokumentacja wykonawcza zostały opracowane przez Instytut OZE Sp. z o.o., natomiast w pracach nad systemem sterowania brała również udział firma ABB Polska, dostawca układów falownikowych. Z uwagi na innowacyjne rozwiązania wykorzystane w obu hydrozespołach oraz zastosowane urządzenia pomiarowe cały obiekt służy jako stanowisko badawcze. Prowadzone badania mają na celu optymalizację pracy turbin poprzez ich lepsze dopasowanie do warunków lokalnych. W ciągu wielu lat swojej burzliwej historii siłownia wodna w Wolicy przeżywała liczne wzloty i upadki, jednakże dzięki dokonanej właśnie modernizacji na miarę XXI wieku, będzie ona dostarczać energię lokalnej społeczności przez kolejne dekady.

Widok na elektrownię wraz z jazem od strony wody dolnej. Fot. Michał Lis

Parametry MEW Wolica:

Michał Lis, redaktor prowadzący
Piotr Gil, specjalista ds. energetyki rozproszonej
Instytut OZE
Konsultacje merytoryczne:
Jarosław Wysocki, dział badawczo-rozwojowy, Instytut OZE

Artykuł pierwotnie został opublikowany w czasopiśmie Energetyka Wodna 4/2013

źródło: Instytut OZE

Niniejszy materiał został opublikowany dzięki dofinansowaniu Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Za jego treść odpowiada Fundacja – Instytut na rzecz Ekorozwoju, poglądy w nim wyrażone nie odzwierciedlają oficjalnego stanowiska Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.