Wydział Mechaniczny Politechniki Koszalińskiej rozpoczął realizację projektu edukacyjnego dotyczącego zagadnień związanych z energetyką.

Projekt jest finansowany ze środków budżetu państwa, przyznanych przez Ministra Edukacji i Nauki w ramach Programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II”. 

O zmianach w energetyce i o realizowanym projekcie rozmawiamy z dziekanem wydziału, prof. dr. hab. inż. Waldemarem Kuczyńskim

- Skąd wziął się pomysł, by rozwój energetyki stał się tematem projektu edukacyjnego?

- Podsunęło nam go otoczenie. Najpierw pandemia COVID a potem wojna na Ukrainie uświadomiły nam wszystkim, że transformacja energetyczna, która, jak się wydawało, będzie konieczna najwcześniej za 50 lat, powinna być wprowadzana już teraz. Jesteśmy w okresie schyłkowym, jeśli chodzi o możliwość eksploatowania węgla. Wystarczy nam go jeszcze na 100 lat. Przy dobrym użytkowaniu – odpowiednim uszlachetnieniu np. przez koksowanie – ten czas może da się wydłużyć do 200 lat. Handel gazem stał się natomiast elementem gry politycznej.

Ponieważ więc dostawy paliw kopalnych są ograniczone, oczywiste okazało się, że trzeba racjonalizować zużycie energii elektrycznej, a przede wszystkim szukać innych jej źródeł.

Był czas, gdy nikt nie zastanawiał się nad tym, ile ciepła tracimy z powodu nieszczelnych okien i nieocieplonych ścian. Niesprawne systemy grzewcze, dachy i ściany, przez które przenikało ciepło to była codzienność nawet budynków indywidualnych. Kiedy uświadomiliśmy sobie, że ciepło jest produktem, za który trzeba płacić, rozpoczęła się termomodernizacja.

Teraz przyszła refleksja nad tym, na jak długo wystarczy nam nośników energii zawartych w kopalinach. Nie mamy alternatywy. Musimy w taki sposób sprofilować krajowy system energetyczny, by był wydajny. By nie doszło do sytuacji, w której energia elektryczna będzie dobrem ekskluzywnym, dostępnym wyłącznie dla bogatych.

Ona musi pozostać dobrem powszechnym.

- Kto będzie adresatem projektu edukacyjnego?

- Najpierw trzeba powiedzieć, że projekt jest realizacją grantu, który został przyznany Wydziałowi Mechanicznemu Politechniki Koszalińskiej w ramach konkursu pt.: Społeczna odpowiedzialność nauki II - Popularyzacja nauki Ministerstwa Nauki i Edukacji.

Kierujemy go do uczniów szkół średnich, do przedstawicieli samorządów, do sektora przemysłowego. Naszym zadaniem będzie zaprezentowanie rzetelnych informacji dotyczących różnych źródeł energii. To szeroko rozumiany obszar odnawialnych źródeł, jak energetyka wiatrowa i fotowoltaika.

Ale chcemy też mówić o technologiach, których w Polsce się jeszcze nie wykorzystuje, a coraz częściej mówią o nich decydenci. Mam na myśli przede wszystkim energetykę jądrową, która wzbudza kontrowersje i spotyka się ze sprzeciwem społecznym.

- A jaka jest wiedza na temat elektrowni atomowych?

- Ten rodzaj technologii, jeśli działa prawidłowo, nie szkodzi środowisku. W przypadku klasycznych elektrowni parowych, gdzie utlenia się węgiel czy gaz, następuje emisja do otoczenia szkodliwych związków chemicznych. W energetyce jądrowej natomiast odpadów stałych właściwie nie mamy. Są rzeczywiście odpady radioaktywne, ale opracowane technologie pozwalają na ich właściwe zutylizowanie. Moce wytwórcze, które uzyskuje się w energetyce jądrowej, są takie same, jakie uzyskuje się w elektrowniach parowych zasilanych kopalinami.

- I jaki jest wynik?

- Jeden kilogram uranu pozwala uzyskać 50 tysięcy kilowatów mocy cieplnej. Jeden kilogram węgla daje 3 kilowaty mocy. Aby uzyskać moc elektryczną 1 gigawata, trzeba spalić od 2 do 3 milionów ton węgla. Uzyskanie tej samej mocy w elektrowni atomowej wymaga zużycia 35 kilogramów uranu. Elektrownia Kozienice – największy blok energetyczny, jaki mamy w tej chwili w kraju – spala rocznie 3 miliony ton węgla. Emituje do otoczenia ponad 4 miliardy metrów sześciennych szkodliwych związków: dwutlenek węgla, który odpowiada za efekt cieplarniany, tlenek węgla, który wywołuje kwaśne deszcze. W dodatku powstaje nawet 150 tysięcy ton popiołów rocznie. Argument za tym, żeby pójść w stronę energetyki jądrowej, jest więc oczywisty.

Przypomnę tylko, że pierwsza elektrownia jądrowa została uruchomiona w 1954 r. w Obninsku w byłym Związku Radzieckim. Prowadzone badania miały doprowadzić do powstania kolejnej bomby atomowej. Naukowcy poszli w inną stronę i zbudowano elektrownię z reaktorem jądrowym. Nie miał zbyt dużej mocy, ale potem takich obiektów zaczęło przybywać.

- W Niemczech jednak w ostatnich latach proces był odwrotny.

- To były działania bardziej podyktowane względami politycznymi, biznesowymi, niż merytorycznymi. Niemcy byli zupełnie uzależnieni od dostaw gazu z Rosji i wynikało to ze świadomego, politycznego działania. Wojna na Ukrainie obnażyła tę sytuację. Magazyny w Niemczech, które docelowo miały zaopatrywać w gaz całą Europę, nie miały niemieckiej struktury własnościowej. Okazało się też, że środowiska nawołujące do likwidacji elektrowni atomowych, związane z szeroko rozumianą troską o klimat, były finansowane przez Rosję. Poglądy głoszone przez te środowiska nie mają nic wspólnego z nauką, zwłaszcza jeśli weźmie się pod uwagę możliwości techniczne elektrowni jądrowych.

Te obiekty mogą budzić obawy, szczególnie jeśli pamięta się o tym, co wydarzyło się w elektrowniach w Czarnobylu i w Fukushimie. Awaria w Czarnobylu była efektem działań ludzkich i błędnej konstrukcji reaktora, o której oficjalnie nie można było mówić. Konstruktorzy byli świadomi tej wady, ona mogła ujawnić się jedynie w sytuacji kryzysowej, była opisana w dokumentacji technicznej. Tej wiedzy nie miała jednak obsługa elektrowni.

Awaria nastąpiła podczas nieprawidłowo prowadzonego testu bezpieczeństwa układu chłodzenia. Już po 24 sekundach od wyłączenia tego układu nastąpiło przegrzanie rdzenia reaktora. Dostarczona woda miała go schłodzić, doszło tymczasem do detonacyjnego odparowania. Dalsze efekty znamy: nastąpiło skażenie rozległego terenu na pograniczu Polski, Ukrainy, Białorusi i Rosji, trzeba było wysiedlić ludzi ze strefy promieniowania, były ofiary śmiertelne.

Awarie w Fukushimie były natomiast efektem procesów, na które człowiek nie miał wpływu. Trzęsienie ziemi, którego skutkiem było tsunami, spowodowało fizyczne zniszczenie obiektu.

- Mamy pewność, że do takich katastrof nie dojdzie w przyszłości?

- Świat nauki od dawna głosi, że przy odpowiedniej technologii energetykę jądrową można wykorzystywać w bezpieczny sposób. We współczesnych elektrowniach zabezpieczenia reaktorów są tak wykonane, że nawet podjęta przez operatorów próba działania, które miałoby doprowadzić do tragedii, jest niemożliwa.

- W Polsce mają powstać dwie elektrownie atomowe.

- I będą to obiekty, w których zostaną zastosowane najnowsze rozwiązania technologiczne: opracowane w USA, ale także w Korei Południowej. Te elektrownie są zupełnie innej konstrukcji niż zaprojektowane i wyprodukowane w dawnym ZSRR.

Myślę, że pierwsza elektrownia powstanie w Polsce za około 15 lat. Nie mam wątpliwości: energetyka jądrowa docelowo zastąpi energetykę węglową. Stanie są podstawą energetyczną.

Moc naszej sieci elektroenergetycznej szacowana jest obecnie na 63 gigawaty. Ponad połowa tej mocy przypada na konwencjonalne elektrownie cieplne zasilane węglem. Pozyskanie kopalin będzie coraz trudniejsze i coraz mniej opłacalne ekonomicznie. Alternatywą jest właśnie energetyka jądrowa, która zapewni nam tzw. stałą moc niestochastyczną – przewidywalną, regulowaną, oddawaną do sieci.

- A co z odnawialnymi źródłami energii?

- Odnawialne źródła energii z pewnością będą wykorzystywane, gdyby było inaczej działalibyśmy nieroztropnie. To zresztą są rozwiązania, które są rozwijane od wielu lat. W latach pięćdziesiątych XX wieku po raz pierwszy wykorzystano energię słoneczną, zasilając pierwsze sztuczne satelity. Użyte tam panele miały wysoką sprawność – na poziomie 30 procent, były jednak bardzo drogie. Odkrycie właściwości krzemu i zjawiska półprzewodnictwa pozwoliło upowszechnić to rozwiązanie i zbudować panele, z których mógłby korzystać indywidualny odbiorca.

Od lat rozwijana jest także energetyka wiatrowa.

OZE jednak nie mogą stać się podstawą bilansu energetycznego, bo nie są niezawodne. Zarówno energetyka wiatrowa, jak i oparta na energii słonecznej mają ograniczenia – są bardzo silnie zależne od warunków pogodowych. Dostosowanie parametrów technicznych pozyskiwanej energii - jej napięcia, natężenia - jest możliwe, pozwalają na to dostępne urządzenia. Trudno jednak uzyskać stały parytet energetyczny, który można dostarczać do sieci.

Blok energetyczny w elektrowni parowej ma moc ok. 400 megawatów, cała elektrownia to jest ok. 1,6 gigawata. Turbina wiatrowa ma moc około 2 megawatów, a offshorowa 20. Ile turbin wiatrowych trzeba zbudować, by zastąpić jeden blok energetyczny?

- Jak zatem w odpowiedni sposób wykorzystać energię ze źródeł odnawialnych?

- Od jakiegoś czasu pojawiają się postulaty, by zbudować oddzielną sieć dla tego rodzaju energii. Bo moce, które się tam uzyskuje nie muszą być wykorzystywane w obszarze przemysłowym, a w socjalno-bytowym. Trudno przecież wyobrazić sobie by energią z farm wiatrowych zasilać sieć kolejową, w której napięcie wynosi ponad 5 tysięcy woltów.

I odwrotnie: jaki jest sens generacji energii elektrycznej w elektrowni parowej o mocy wychodzącej 1 gigawata i późniejszym obniżaniu parametrów tak, byśmy mogli np. ładować telefon ładowarką sieciową? To jest tzw. marnotrawienie energii.

- Odrębnym zagadnieniem jest rozwój morskiej energetyki wiatrowej.

- To bardzo interesujący obszar tematyczny. Dlatego Politechnika Koszalińska przystąpiła do konsorcjum „Nauka dla morza”. Konsorcjum grupuje uczelnie Polski północnej, które chcą uczestniczyć w badaniach dotyczących morskiej energetyki wiatrowej.

Miejsce na lądzie kończy się, coraz silniejsze jest więc dążenie do budowy farm wiatrowych na akwenach wodnych. Morska energetyka wiatrowa to zupełnie nowy zakres kompetencji dla osób, które zajmują się energetyką wiatrową i nowy obszar, jeśli chodzi o zagadnienia budowlane. Trzeba uwzględnić oddziaływanie na rybołówstwo, na szlaki komunikacyjne na morzu.

Chcemy włączać się także w badania nad wykorzystaniem wodoru w energetyce. Nasza uczelnia przystąpiła do dwóch dolin wodorowych – wielkopolskiej i zachodniopomorskiej.

- Wykorzystanie wodoru do produkcji energii wciąż brzmi zagadkowo. Proszę o przybliżenie zagadnienia.

- Wodór od lat jest wykorzystywany w sektorze przemysłowym – do produkcji stali czy półprzewodników. Ma ogromne zastosowanie także w przemyśle chemicznym – do produkcji amoniaku, czyli przy wytwarzaniu nawozów sztucznych.

Wodór ma również potężny zasób energetyczny, choć na razie nie jest on jeszcze zbyt szeroko wykorzystywany. Wartość opałowa wodoru jest bardzo wysoka i wynosi ok. 33,3 [kWh/kg], dla porównania wartość opałowa benzyny wynosi 12,0 [kWh/kg], a gazu ziemnego 10,6-13,1 [kWh/kg]. Natomiast dobrze sprawdza się przy magazynowaniu energii pozyskiwanej z OZE. Jest też wykorzystywany do napędu pojazdów. Nie bezpośrednio, jako paliwo silnikowe, ale jako czynnik energetyczny w ogniwach paliwowych. W tych ogniwach, dzięki połączeniu tlenu z wodorem powstaje para wodna, efektem użytecznym jest natomiast energia elektryczna, która jest używana do napędu pojazdów.

Mówimy w skrócie, że po naszych drogach jeżdżą auta na wodór, one jednak tak naprawdę mają napęd elektryczny. Chcemy o tym mówić także w ramach projektu edukacyjnego.

- Okazuje się, że tematyka będzie znacznie szersza. Podczas wykładów będzie mowa o nowoczesnych technologiach wytwarzania, m.in. o produkcji przyrostowej. Jaki związek ma energetyka z najnowszymi technologiami?

- Wszystko jest wynikiem rozwiązań technicznych. Bez energetyki nie można zrealizować żadnego procesu przemysłowego. I odwrotnie – energetyka nie mogłaby funkcjonować bez przemysłu mechanicznego, budownictwa, transportu. Chcemy młodych ludzi wprowadzać w świat nowych technologii, dlatego część wykładów poświęcimy technologiom przyrostowym. Coraz częściej bowiem elementy maszyn i urządzeń są wykonywane w technologii nieubytkowej, czyli w ramach produkcji przyrostowej. Zastosowanie takiej technologii powoduje obniżenie kosztów wytworzenia, daje lepszą jakość, a to przekłada się na zmniejszenie energochłonności. Daje też możliwość łatwiejszego wprowadzania zmian konstrukcyjnych.

- Ważną sprawą jest także wytrzymałość urządzeń.

- Istotnie. Łopaty turbin wiatrowych np. trzeba wykonać z takich kompozytów, by, poddawane naporowi mas powierza, generowały energię, ale nie ulegały przy tym zniszczeniu. Podobnie wytrzymała musi być wieża, na której umieszcza się turbinę. Żywotność takiej wieży jest ograniczona, z czasem trzeba postawić nową konstrukcję.

- A tę poprzednią zutylizować. Dotyczy to chyba także łopat turbin wiatrowych?

- Naukowcy głowią się, co zrobić ze zużytymi łopatami, które zostały wyprodukowane z bardzo trudnych do przetworzenia materiałów. Na Wydziale Mechanicznym mamy zespół naukowców, którzy zajmują się badaniami nad sposobem przetwarzania łopat – wytwarzaniem mebli czy elementów małej architektury.

- O czym jeszcze będą mogli usłyszeć uczestnicy projektu?

- Chcemy zmieniać nastawienie społeczne do zmian zachodzących w branży energetycznej. Nasz projekt będzie miał więc wymiar socjologiczny. Nie pominiemy też aspektu ekonomicznego.

Dużo uwagi poświęcimy oddziaływaniu na środowisko. Nie jest tajemnicą, że siłownie wiatrowe nie są obojętne dla zdrowia człowieka. Przy ich budowie trzeba brać też pod uwagę np. kierunki przelotu ptaków. Trzeba więc prowadzić inwestycje tak, by w najmniejszy sposób oddziaływały na środowisko.

Będzie też mowa o generowaniu energii, o jej magazynowaniu, o oddziaływaniu na otoczenie. Pomówimy również o technologiach, które są wykorzystywane i będą wykorzystywane w przyszłości do budowy instalacji energetycznych.

- W jaki sposób będzie realizowany projekt?

- Zasadniczą jego częścią będą wykłady kierowane do uczniów szkół różnego stopnia. Druga część obejmie działalność promocyjną: spoty radiowe i telewizyjne, banery, akcję plakatową. Na zakończenie w czerwcu 2024 r. zorganizujemy piknik, podczas którego zaprezentujemy wszystkie nowe technologie z branży energetycznej. Chcemy zaprosić do udziału sektor samorządowy - między innymi koszaliński Miejski Zakład Komunikacji, który wymienia swój tabor na bardziej ekologiczny. Elektromobilność będzie zatem także jednym z tematów.

- Warto wspomnieć, że Politechnika Koszalińska dostosowuje też swoją ofertę edukacyjną do zmian w energetyce.

- Na Wydziale Mechanicznym mamy trzy nowe specjalności. Na kierunku Mechanika i Budowa maszyn, w ramach studiów I stopnia utworzyliśmy specjalność: „Projektowanie maszyn i urządzeń dla morskiej energetyki wiatrowej”. Jej absolwenci zdobędą wiedzę dotyczącą wykonywania prac projektowo-konstrukcyjnych i nadzorowania urządzeń wykorzystywanych w tym sektorze energetyki: wytrzymałości konstrukcji, jej jakości, podatności na oddziaływanie otoczenia, zakresu czasowego eksploatacji.

Na kierunku Energetyka zaproponowaliśmy natomiast dwie specjalności: „Morska energetyka wiatrowa” i „Energetyka jądrowa”. To z myślą o tych osobach, które dopiero rozpoczęły studia I stopnia.

Pragnę przypomnieć, że uruchomiliśmy też nowy kierunek studiów II stopnia: Elektroenergetyka. Absolwent tego kierunku może podjąć pracę w szeroko pojętej branży elektroenergetycznej: klasycznych elektrowniach opartych na paliwach kopalnych, ale też w elektrowniach jądrowych, w siłowniach wiatrowych i na morskich farmach wiatrowych. Te studia kończą się nie tylko uzyskaniem dyplomu, ale też konkretnych uprawnień.

- Uczelnia ma przekonanie, że praca dla tych ludzi będzie?

- Jesteśmy tego pewni. Od lat na kierunku Energetyka – szczególnie w trybie niestacjonarnym - kształcimy osoby, które jako serwisanci i monterzy już pracują w obszarze energetyki wiatrowej.

Jesteśmy przekonani, że podobnym zainteresowaniem będą się cieszyć studia na specjalności „Morska energetyka wiatrowa”, które przecież wyprzedzają inwestycje w siłownie wiatrowe na morzu.

Specjalność „Energetyka jądrowa” przygotuje specjalistów do projektowanych elektrowni atomowych. I w tym przypadku jestem przekonany, że absolwenci nie będą mieli problemu z pracą. Wystarczy wziąć pod uwagę prostą prawidłowość: 1 gigawat energii elektrycznej wyprodukowanej w elektrowni jądrowej wymaga zatrudnienia do 1500 osób. A przecież moc takiego obiektu musi być znacznie wyższa. W dodatku będzie on pracował w trybie trzyzmianowym. Elektrownia jądrowa będzie wymagała zatrudnienia wielu wysoko kwalifikowanych pracowników. Opierając się na danych Departamentu Energii USA, szacuje się, że budowa jednego bloku elektrowni jądrowej daje zatrudnienie około 2400 osobom, z czego 1600 to pracownicy budowlani, a pozostali to kadra zarządzająca i nadzorująca realizację projektu. Natomiast według szacunkowych danych, w obszarze energetyki jądrowej, trwale zatrudnionych może być nawet 40 tysięcy osób.

Należy podkreślić, że oba kierunki studiów, to jest Mechanika i Budowa Maszyn oraz Energetyka, na których realizowany jest profil kształcenia dedykowany m.in. w obszar energetyki jądrowej, w minionym roku uzyskały europejskie Certyfikaty EUR-ACE. Zostały one przyznane decyzją Komisji Akredytacyjnej Uczelni Technicznych. Potwierdza to wysoki, międzynarodowy poziom kształcenia na tych kierunkach studiów oraz zgodność z przyjętymi międzynarodowymi i europejskimi normami i zasadami. W praktyce oznacza to umożliwienie absolwentom uzyskanie dyplomu, który jest uznawany w ramach Unii Europejskiej bez konieczności jego nostryfikacji oraz możliwość przyjmowania studentów spoza kraju.

Wspominam o certyfikatach, nie zachęcam jednak do wyjeżdżania z kraju. Na miejscu jest potężne zapotrzebowanie na pracowników tej branży. Świadczy o tym nasza wieloletnia, trwająca od 2012 roku współpraca ze spółką Energa Operator. Studenci kierunku Energetyka i to niezależnie od specjalności, są zapraszani do konkursu stypendialnego. Oprócz tego realizują praktyki. Dzięki temu bez trudu znajdują zatrudnienie.

- Nie da się ukryć: zmienia się myślenie o energetyce.

- Do niedawna ta branża kojarzyła się z przemysłem ciężkim. Tymczasem dziś 80 procent energii produkowanej w województwie zachodniopomorskim pochodzi ze źródeł odnawialnych. Za miedzą – w województwie pomorskim – powstanie pierwsza elektrownia jądrowa. Kolejna planowana lokalizacja to województwo wielkopolskie. Te obiekty będą potrzebowały odpowiednio wykwalifikowanej kadry.

Największa w regionie elektrownia Dolna Odra przeszła zmiany strukturalne i nie wykorzystuje już węgla, a gaz transportowany poprzez Baltic Pipe. Powstają ogromne farmy fotowoltaiczne. Rewolucja energetyczna dokonuje się na naszych oczach.

Rozmawiał: Jarosław Jurkiewicz 

Zdjęcia: Adam Paczkowski/Politechnika Koszalińska 

---

O projekcie edukacyjnym 

Projekt pn. „Wykłady o układach energetycznych: jądrowych, wiatrowych, fotowoltaicznych i wodorowych” realizowany przez Wydział Mechaniczny Politechniki Koszalińskiej obejmuje cykl wykładów i akcję informacyjno-promocyjną dotyczącą możliwości wykorzystania niekonwencjonalnych układów energetycznych (jądrowych, wiatrowych, fotowoltaicznych i wodorowych). Celem jest upowszechnianie wiedzy na temat perspektyw rozwoju energetyki.

Tematyka wykładów dotyczy:

– projektowania i optymalizacji części wysokosprawnych maszyn i urządzeń energetycznych;

– układów generujących i realizujących konwersję energii, zwłaszcza ze źródeł odnawialnych (niekonwencjonalnych);

– rozwoju energetyki prosumenckiej;

- technologii inteligentnych sieci i wzajemnych połączeń systemów elektroenergetycznych;

– trendów w technologii magazynowania energii; – zastosowania energooszczędnych oraz inteligentnych systemów energetycznych w budownictwie;

– energetyki jądrowej i termojądrowej.

Częścią projektu jest też akcja informacyjno-promocyjna dotycząca rozwoju i wykorzystania niekonwencjonalnych układów energetycznych. W planach jest przygotowanie i dystrybucja plakatów i roll-upów (zostaną umieszczone w instytucjach użyteczności publicznej, firmach i środkach komunikacji publicznej).

Projekt finansowany ze środków budżetu państwa, przyznanych przez Ministra Edukacji i Nauki w ramach Programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II” .