Zmodernizowane Laboratorium Urządzeń Wielkoprądowych na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej to jedno z najbardziej zaawansowanych stanowisk dydaktyczno-badawczych tego typu w regionie. Umożliwia prowadzenie badań nad funkcjonowaniem nowoczesnych sieci elektroenergetycznych z udziałem odnawialnych źródeł energii, magazynów energii oraz infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych.
To nie jest klasyczne laboratorium odtwarzające pojedyncze zjawiska. To spójny, zintegrowany system, który pozwala symulować rzeczywiste warunki pracy współczesnych mikrosieci elektroenergetycznych.
– Laboratorium zostało wyposażone w najnowocześniejsze rozwiązania techniczne z zakresu energetyki i pozwala testować rozwiązania, które dopiero stają się standardem w tej branży – podkreśla dr hab. inż. Bogusław Butryło, prof. PB, Dziekan Wydziału Elektrycznego Politechniki Białostockiej. – Rozwój mikrosieci, czyli niewielkich, lokalnych systemów energetycznych opartych na prosumentach, to niedaleka przyszłość. Właśnie takie układy będą budować większe systemy elektroenergetyczne. Studenci mogą tu zobaczyć, jak w praktyce wygląda zarządzanie energią, zapewnienie stabilności sieci, jej odporności i efektywności.
Nowe stanowisko łączy wiele elementów, które w rzeczywistych warunkach funkcjonują często w rozproszeniu – od źródeł energii, przez magazyny, po odbiorniki i systemy sterowania.
– To stanowisko integruje różne typy źródeł i odbiorów energii, szczególnie z obszaru odnawialnych źródeł energii, i daje możliwość badania rzeczywistych zjawisk zachodzących w sieci – wyjaśnia Maciej Krajewski, prezes APS S.A., firmy odpowiedzialnej za koncepcję laboratorium. – Możemy odtwarzać sytuacje, które w normalnych warunkach występują w systemach elektroenergetycznych, i analizować ich przebieg w kontrolowanym środowisku.
Laboratorium odwzorowuje złożoność współczesnych systemów energetycznych również od strony jakości energii. Znajdują się tu zestawy obciążeń liniowych i nieliniowych, elementy indukcyjne i pojemnościowe, aktywny kompensator mocy biernej oraz filtr wyższych harmonicznych.
– Kończąc studia, absolwenci będą mieli styczność z urządzeniami i problemami, które rzeczywiście występują w przemyśle – zaznacza Grzegorz Sasinowski z APS S.A. – Mamy ładowarkę do samochodów elektrycznych zasilaną prądem stałym, którą można konfigurować i analizować jej wpływ na sieć. Dysponujemy też urządzeniami poprawiającymi jakość energii elektrycznej, takimi jak aktywne kompensatory mocy biernej. To szczególnie istotne, ponieważ we współczesnych sieciach pracuje coraz więcej urządzeń energoelektronicznych, które wprowadzają zakłócenia. Studenci uczą się nie tylko je identyfikować, ale też przeciwdziałać ich skutkom.
Całość funkcjonuje pod nadzorem rozbudowanego systemu SCADA.
– System wizualizuje pracę całego układu i gromadzi blisko 5500 parametrów – dodaje Sasinowski. – Dla porównania, systemy w elektrociepłowniach średniej wielkości obejmują często około 3000 danych. Dzięki temu możemy bardzo szczegółowo analizować pracę układu i testować różne warianty jego konfiguracji.
Istotnym elementem laboratorium jest możliwość symulowania pracy odnawialnych źródeł energii niezależnie od warunków atmosferycznych.
– Możemy zasymulować wytwarzanie energii z instalacji fotowoltaicznej, jej magazynowanie oraz wprowadzanie do sieci – tłumaczy dr inż. Zbigniew Sołjan, adiunkt w Katedrze Elektrotechniki, Energoelektroniki i Elektroenergetyki na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej. – Mamy możliwość dowolnego sterowania układem: uruchamiania, blokowania poszczególnych elementów, a także wprowadzania celowych zaburzeń. Dzięki temu analizujemy zjawiska takie jak niezrównoważenie, przepływ energii biernej czy wpływ różnych typów obciążeń na pracę systemu.
Laboratorium pozwala również na optymalizację pracy systemu energetycznego.
– Jesteśmy w stanie tak sterować układem, aby energia wprowadzana do sieci miała optymalne parametry – dodaje dr Sołjan. – Chodzi o to, by nie przeciążać przewodów, aparatów i urządzeń oraz zapewnić stabilną pracę całego systemu.
Ważnym elementem infrastruktury jest magazyn energii.
– Możemy gromadzić energię w okresach jej niskiej ceny, a następnie oddawać ją do sieci w bardziej korzystnym momencie – wyjaśnia dr Sołjan. – Dzięki zastosowaniu falowników możliwe jest elastyczne zarządzanie przepływem energii między źródłami, magazynem a siecią.
System sterowania umożliwia także symulację różnorodnych stanów pracy sieci.
– Możemy generować różne konfiguracje obciążeń – liniowych i nieliniowych – oraz sterować nimi zarówno lokalnie, jak i zdalnie – mówi dr Sołjan. – Dzięki temu analizujemy m.in. wpływ ładowarek pojazdów elektrycznych na pracę sieci i sprawdzamy, jak unikać zakłóceń w działaniu innych odbiorników.
Z laboratorium korzystają studenci wszystkich kierunków Wydziału Elektrycznego, w tym m.in. elektrotechniki, elektrotechniki dualnej, ekoenergetyki, elektroniki i telekomunikacji oraz kierunków związanych z cyfryzacją przemysłu.
– To miejsce łączy wiele obszarów: od elektroenergetyki wysokich napięć, przez automatykę, po systemy cyfrowe i przemysł 4.0 – podkreśla Dziekan. – Dzięki temu odpowiada na potrzeby różnych kierunków studiów, szczególnie ekoenergetyki.
Studenci zwracają uwagę na praktyczny charakter zajęć.
– Możemy nie tylko poznać teorię, ale też sprawdzić, jak działają odnawialne źródła energii w różnych warunkach – mówi Julia Kędzierska, studentka trzeciego roku ekoenergetyki na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej. – Symulujemy wpływ nasłonecznienia, magazynujemy energię i analizujemy jej wykorzystanie.
– W tej branży praktyka ma kluczowe znaczenie – dodaje Grzegorz Szydłowski, student pierwszego roku elektrotechniki dualnej na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej. – To, czego nauczymy się w laboratorium, możemy później wykorzystać w pracy zawodowej.
W przeciwieństwie do rzeczywistych instalacji OZE, laboratorium działa w pełni niezależnie od warunków atmosferycznych.
– Nie musimy czekać na słońce czy wiatr – zaznacza Dziekan. – Każdy scenariusz pracy możemy przetestować w dowolnym momencie, nawet w nocy.
Laboratorium Urządzeń Wielkoprądowych na Wydziale Elektrycznym zostało uruchomione w ramach projektu „PB 5.0 – dostosowanie oferty dydaktycznej Politechniki Białostockiej do potrzeb nowoczesnej gospodarki oraz zielonej i cyfrowej transformacji”.
– Naszym celem jest jak najlepsze przygotowanie studentów do realiów rynku pracy – podsumowuje dr hab. inż. Mirosław Świercz, prof. PB. – Dzięki takim stanowiskom poznają oni rzeczywiste problemy, z jakimi spotkają się jako inżynierowie.
Laboratorium umożliwia również prowadzenie badań przy dużych wartościach prądu (do 5400 A) oraz analizę pracy urządzeń w warunkach zakłóceń, takich jak harmoniczne, asymetria czy wahania napięcia.
Autor: Jerzy Doroszkiewicz