Repowering Elektrowni Wodnej - Leszno Górne
Przedmiot, lokalizacja i charakter zadania - Przedmiotem zadania było zaprojektowanie, wykonanie, dostarczenie oraz montaż dwóch kompletnych turbozespołów wodnych w istniejącej budowli hydrotechnicznej zlokalizowanej w miejscowości Leszno Górne. Obiekt ten był historycznie wyposażony w dwie turbiny wodne produkcji kanadyjskiej, które po wielu latach eksploatacji nie spełniały aktualnych wymagań technicznych, środowiskowych oraz energetycznych. Zadanie zostało zrealizowane w formule repoweringu, polegającej na zastąpieniu wyeksploatowanych urządzeń nowymi, nowoczesnymi turbozespołami, dostosowanymi do obowiązujących przepisów prawa, aktualnych norm technicznych oraz wymagań operatora systemu elektroenergetycznego. Repowering wymagał zachowania istniejącej infrastruktury hydrotechnicznej, w tym kanałów dopływowych i odpływowych, fundamentów oraz zabudowy obiektu, co znacząco ograniczało możliwości zastosowania standardowych rozwiązań katalogowych i wymagało indywidualnego podejścia projektowego.
Stan wiedzy przed rozpoczęciem zadania i ograniczenia techniczne
Przed rozpoczęciem realizacji zadania dostępne były jedynie ogólne rozwiązania katalogowe turbin Kaplana przeznaczone głównie do nowych obiektów hydrotechnicznych. Rozwiązania te nie uwzględniały specyfiki istniejącej budowli w Lesznie Górnym, w szczególności ograniczeń geometrycznych oraz braku pełnej dokumentacji technicznej pierwotnych urządzeń. Dodatkowym ograniczeniem był fakt, że nowe turbozespoły musiały spełniać aktualne wymagania w zakresie sprawności energetycznej, bezpieczeństwa eksploatacji, kompatybilności elektromagnetycznej oraz współpracy z nowoczesnymi systemami sterowania i zabezpieczeń. W związku z powyższym nie było możliwe proste odtworzenie wcześniejszych rozwiązań ani zastosowanie gotowych zestawów urządzeń. Konieczne było opracowanie nowych koncepcji technicznych i ich weryfikacja w warunkach rzeczywistych.
Identyfikacja problemów technicznych i niepewności technologicznej
Na etapie przygotowawczym zidentyfikowano szereg istotnych problemów technicznych, stanowiących źródło niepewności technologicznej. Dotyczyły one przede wszystkim dopasowania nowych turbozespołów do istniejącej infrastruktury hydrotechnicznej, zapewnienia prawidłowych warunków hydraulicznych oraz stabilnej pracy mechanicznej. Niepewność technologiczna dotyczyła m.in. rozkładu obciążeń w wałach i łożyskach, zachowania przekładni mechanicznych przy zmiennych przepływach, a także integracji nowoczesnych generatorów asynchronicznych z istniejącą infrastrukturą elektroenergetyczną. Dodatkowym wyzwaniem było spełnienie nowych przepisów oraz norm technicznych, które nie obowiązywały w okresie budowy pierwotnej elektrowni, co wymagało przeprojektowania wielu elementów układu.
Zakres i przebieg prac badawczo-rozwojowych - turbozespoły
W ramach zadania zaprojektowano i wykonano dwa kompletne turbozespoły wodne z poziomymi turbinami typu Kaplana o mocy 249 kW każda. Każdy turbozespół obejmował turbinę, przekładnię mechaniczną, generator asynchroniczny oraz kompletny układ sterowania i zabezpieczeń. Proces projektowania miał charakter iteracyjny i obejmował analizy hydrauliczne, obliczenia wytrzymałościowe oraz dobór parametrów pracy dostosowanych do istniejących warunków obiektu. W trakcie realizacji wprowadzano modyfikacje konstrukcyjne wynikające z prób montażowych i weryfikacji przyjętych założeń.
Układy sterowania, zabezpieczeń i dostosowanie do przepisów
Dla każdego turbozespołu zaprojektowano nowoczesny układ sterowania i zabezpieczeń, zgodny z aktualnymi przepisami oraz wymaganiami operatora systemu elektroenergetycznego. Zakres prac obejmował m.in. zapewnienie bezpiecznego rozruchu i zatrzymania turbin, ochrony generatorów, monitoringu parametrów pracy oraz integracji z systemami nadrzędnymi obiektu. Dostosowanie do nowych przepisów stanowiło istotny element repoweringu i wymagało opracowania rozwiązań wcześniej niestosowanych w tej elektrowni.
Montaż, testy i weryfikacja w warunkach rzeczywistych
Po wykonaniu i dostarczeniu urządzeń przeprowadzono ich montaż w istniejącej budowli hydrotechnicznej. Montaż wymagał precyzyjnego dopasowania nowych urządzeń do istniejących fundamentów. Następnie przeprowadzono próby montażowe, funkcjonalne oraz testy poprawności działania układów sterowania i zabezpieczeń. Wyniki testów stanowiły podstawę do optymalizacji nastaw oraz potwierdzenia poprawności zastosowanych rozwiązań technicznych.
Efekty zadania i uzyskana nowa wiedza techniczna
W wyniku realizacji zadania powstały dwa nowoczesne turbozespoły spełniające aktualne wymagania techniczne i prawne. Projekt pozwolił na zwiększenie sprawności energetycznej obiektu, poprawę niezawodności oraz dostosowanie elektrowni do obowiązujących przepisów i norm. Spółka zdobyła nową wiedzę w zakresie repoweringu istniejących obiektów hydrotechnicznych oraz integracji nowoczesnych turbozespołów z historyczną infrastrukturą.