Inne instalacje, w których możliwe jest zastosowanie PAT

Na rysunku 7 pokazano schemat instalacji dostarczającej wodę z ujęcia w zbiorniku górnym do zbiornika dolnego zakładu uzdatniania wody do celów przemysłowych i/lub komunalnych. Zamiast dławienia przepływu można zastosować turbinę wodną lub PAT, zależnie od wielkości instalacji. Zawór regulacyjny (upustowy) służy do wspomagającej regulacji przepływu.

Na rysunku 8 pokazano schemat instalacji do odsalania wody, np. wody morskiej, wody z kopalni węgla lub rudy miedzi itp. Idea działania wynika bezpośrednio z rysunku.

Jest bardzo wiele instalacji przemysłowych, wodociągowych i innych, w których można by odzyskać znaczne ilości energii hydraulicznej płynącej cieczy, instalując zamiast zaworów lub ewentualnych kryz dławiących turbiny wodne lub PAT. Ciekawa propozycja, w przypadku dużych wydajności i małych spadów, to zastosowanie śrub Archimedesa pracujących w ruchu turbinowym [12].

Jeszcze jednym przykładem (rys. 9) jest rekuperacja energii hydraulicznej wody w węźle regulacyjnym sieci wodociągowej. Woda kierowana jest upustem, przy użyciu zaworu upustowego, do PAT; zawór regulacyjny wykorzystuje się do dodatkowej regulacji układu.

Badania PAT i ich rozwiązania techniczne

Badania pomp pracujących w ruchu turbinowym rozpoczęto jeszcze przed II wojną światową, w ramach prac nad ich charakterystykami zupełnymi (4-kwadrantowymi): D. Thoma, C.P. Kittredge, 1931; R.T. Knapp, 1937. Były one związane z zastosowaniem pompoturbin odwracalnych w elektrowniach szczytowo-pompowych (VOITH, 1937) i zostały upowszechnione w monografii A.J Stepanoffa (Centrifugal and Axial Flow Pumps, J. Wiley, 1957). Wyniki prac dotyczących stosowania pomp jako turbin, zwłaszcza w przemyśle chemicznym, publikowano już na początku lat 60. W Polsce prace badawcze dotyczące PAT są prowadzone od ponad 40 lat [9], ale dopiero w ostatnich latach wzrosło praktyczne zainteresowanie tym tematem. Wiąże się to niewątpliwie ze wzmożonym poszukiwaniem oszczędności e.e. w różnych procesach technologicznych wskutek znaczącego wzrostu jej ceny. Wyrazem tego są liczne publikacje w ostatnich rocznikach „Pomp Pompowni” (obecnie: „Kierunek Pompy”), m.in. [8], [12] do [17] oraz referaty na XXVIII, XXIX Kongresach Użytkowników Pomp i na Kongresie HYDROFORUM 2023.

W większości przypadków PAT są to typowe pompy, patrz np. [13], [14], [17], tylko zaopatrzone w układ automatyki utrzymujący stałą prędkość obrotową tak, aby częstotliwość wytworzonego napięcia wynosiła 50 Hz. Ciekawą nową propozycją są opracowane w Hydro-Vacuum S.A. (Grudziądz) PAT zaopatrzone w regulowane lub stałe łopatki kierownicze na obwodzie wirnika [15] co sprawia, że są to już właściwie mikroturbiny.

***

Na zakończenie należy podkreślić z naciskiem, że możliwości rekuperacji energii hydraulicznej przez stosowanie PAT lub turbin wodnych w różnych instalacjach, są praktycznie nieograniczone. Najbardziej obiecujące są przy tym instalacje petrochemiczne, o czym świadczy m.in. przykład włoskiej rafinerii ropy naftowej, gdzie zastosowanie PAT o mocy ok. 350 kW w procesie usuwania siarkowodoru w jednej z instalacji pozwoliło odzyskać e.e. w ilości 3 mln kWh/a [18]. Warto jednak przeanalizować celowość zainstalowania PAT w większości instalacji przemysłowych oraz wodociągowo-kanalizacyjnych, jeśli tylko moc hydrauliczna tracona wskutek dławienia przekracza kilka kW.

 

Literatura

[1] Jędral W., Transformacja energetyczna polskiej gospodarki, Kierunek Energetyka, 2024, nr 1, s. 54-59.
[2] Jędral W., Efektywne energetycznie układy pompowe, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2018.
[3] Świtalski P., Skowroński M., Pompy wirowe, sprawność i niezawodność, CEDOS, Wrocław 2019.
[4] Jędral W., Potencjał efektywności energetycznej pompowania w świetle nowych wyzwań, Pompy Pompownie, 2023, nr 1, s. 8-12.
[5] Jędral W., Niezawodność a efektywność energetyczna, Pompy Pompownie, 2021, nr 2, s. 36-41.
[6] Jędral W., Przyczyny, skutki i zapobieganie nadmiernym drganiom pomp, Kierunek Pompy, 2023, nr 2, s. 70-75.
[7] Borkowski D., Łopata S. Liszka D., Turbinowy reduktor ciśnienia wody w sieci ciepłowniczej, Energetyka Wodna, 2017, nr 4, s. 40-44.
[8] Piękoś M., Jastrzębski P., Zastosowanie turbin wodnych w sieciach ciepłowniczych. Mała elektrownia sieciowa MPEC Kraków, Kierunek Pompy, 2023, nr 2, s. 30-35.
[9] Steller K., Zastosowanie wirowych maszyn hydraulicznych do odzysku energii w procesach przemysłowych, HYDROFORUM’80, Porąbka-Kozubnik, 20-23.09.1980.
[10] Zarzycki M., Rduch J., Pompy wirowe w ruchu turbinowym w zastosowaniu do odzysku energii hydraulicznej, Pompy Pompownie, 2001, nr 3, s. 26-29.
[11] Zarzycki M., Rduch J., Odzysk energii hydraulicznej w układach technologicznych, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Energetyka, z. 127 (1996), s. 315-334.
[12] Mróz W., Śruby Archimedesa – Doświadczenia eksploatacyjne i nowe możliwości zastosowań, Energetyka Wodna, 2017, nr 4, s. 14-15.
[13] Lorenz W., Janczak M., Analiza pracy pompy w ruchu turbinowym, Pompy Pompownie, 2022, nr 2, s. 39-44.
[14] Lorenz W., Janczak M., Sitniewski M., Analiza pracy pompy normowej w ruchu pompowym (PAP) i turbinowym (PAT), Pompy Pompownie, 2023, nr 1, s. 72-79.
[15] Lorenz W., Janczak M., Konstrukcja mini turbin THV i ich przewagi nad pompami w ruchu turbinowym, Kierunek Pompy, 2023, nr 2, s. 8-15.
[16] Szymczyk J., Zastosowanie pomp do pracy turbinowej, Pompy Pompownie, 2022, nr 1, s. 9-11.
[17] Krawiec A., Pompa jako źródło energii, Kierunek Pompy, 2023, nr 2, s. 26-29.
[18] Rossi M., Comodi G., Piacente N., Renzi M., Energy recovery in oil refineries by means of a Hydraulic Power Energy Turbine (HPRT) handling viscous liquids, Applied Energy, 270 (2020) 115097.

Autorem artykułu jest prof. dr hab. inż. Waldemar Jędral, ukazał się on w magazynie Kierunek Pompy 1/2024.