Zintegrowany hydrozespół dla elektrowni wodnych najniższych spadów
Variant of the title
Integrated water turbine for hydroelectric power plants of the lowest heads
Author
Liszka, Damian
Promoter
prof. dr hab. Inż. Sławomir Grądziel
dr hab. inż. Dariusz Borkowski
Assistant promoter
mgr inż. Józef Zabrzeski
Release date
2025
Date of defense
14.01.2026
Language
Polish
Comments
Praca zrealizowana w ramach programu Doktorat Wdrożeniowy, umowa DWD/4/25/2020
Keywords
turbozespół, turbina wodna Kaplana, zmienna prędkość obrotowa, przyjazny dla ryb, jaz powłokowy
turboset, Kaplan water turbine, variable speed, fish friendly, inflatable rubber dam
Abstract
W rozprawie doktorskiej zaprezentowano prace badawcze nad modelem zintegrowanego turbozespołu wodnego opartego na turbinie typu Kaplana, dzięki któremu możliwe jest energetyczne zagospodarowanie najniższych spadów dla małych elektrowni wodnych. Główną zaletą zaprojektowanego i wdrożonego prototypu jest jego pełna pod względem komponentów integracja w jedną całość tak aby w pełni wpisywał się w formułę water to wire. W celu wyznaczenia najlepszych (pod względem ekonomicznym fazy produkcji i eksploatacji) parametrów modelu, a w efekcie uzyskania najwyższej sprawności toru przetwarzania energii wody na energie elektryczną, przeprowadzono prace badawcze i wdrożeniowe.
Rozprawa obejmuje przegląd informacji o dostępnych formach łączenia turbin wodnych z generatorami elektrycznymi stosowanych w energetyce wodnej, ze szczególnym uwzględnieniem ich trwałości. Dokonano również przeglądu klasycznie używanych turbin wodnych projektowanych indywidualnie dla każdej lokalizacji.
Następnie przedstawiono proces wdrożenia wypracowanego modelowego turbozespołu poprzez budowę dedykowanego stanowiska laboratoryjnego z otwartą komora napływową i zrzutową. Przedstawiono pracujący układ turbozespołu modelowego oraz wnioski z przeprowadzonym prac i testów. W celu osiągnięcia najwyższych standardów przeprowadzono badania modelowe wyprodukowanego turbozespołu w warunkach odpowiadających rzeczywistym.
Wykonane obliczenia mechaniczne i analizy materiałowe posłużyły ocenie możliwości stosowania materiałów kompozytowych w konstrukcji turbin i wyposażenia elektrowni wodnych.
W pracy wykazano, że możliwe jest opracowanie krótkiego typoszeregu turbozespołów tak aby ich wielokrotna zabudowa na obiektach hydrotechnicznych w pełni pokrywała dostępny potencjał energetyczny nisko spadowych lokalizacji. Proponowane podejście unifikacji i standaryzacji maszyn na wzór urządzeń dostępnych z półki pozwala trwale i efektywnie wykorzystać dotychczas nie opłacalne ekonomicznie lokalizacje.
The doctoral dissertation presents research work on the model of an integrated water turbine set based on a Kaplan-type turbine, which enables the energetic development of the lowest heads for small hydroelectric power plants. The main advantage of the designed and implemented prototype is its full integration in terms of components into one whole so that it fully fits into the water-to-wire formula. In order to determine the best (in terms of economics of the production and operation phases) model parameters, and as a result, to obtain the highest efficiency of the water energy conversion path into electrical energy, research and implementation work was carried out.
The dissertation includes a review of information on the available forms of connecting water turbines with electric generators used in hydropower, with particular emphasis on their durability. A review of classically used water turbines designed individually for each location was also made.
Then, the process of implementing the developed model turbine set was presented by building a dedicated laboratory stand with an open channel. The working system of the model turbine set was presented, as well as conclusions from the work and tests carried out. In order to achieve the highest standards, model tests of the manufactured turbine set were carried out in conditions corresponding to real ones.
The performed mechanical calculations and material analyses were used to assess the possibilities of using composite materials in the construction of turbines and hydroelectric power plant equipment.
The doctoral thesis demonstrated that it is possible to develop a short series of turbine sets so that their multiple installation on hydrotechnical facilities would fully cover the available energy potential of low-head locations. The proposed approach of unification and standardization of machines allows for the permanent and effective use of previously economically unprofitable locations.
