Tania energia z wody i próżni? Krośnianin przekonuje, że to możliwe

Anna Kania

Zygmunt Nowak z polskim patentem, który otrzymał na próżniową elektrownię wodną i próżniowe magazyny energii elektrycznej

Damian Krzanowski

Zygmunt Nowak wraz z dwoma braćmi Wiesławem i Januszem kilka lat temu wspólnie wynaleźli innowacyjny system AEDO (Automatic Emergency Door Opening), czyli system awaryjnego otwieranie zablokowanych drzwi samochodowych. Obecnie jest on wdrażany w polskich pojazdach wojskowych i cywilnych. Interesuje się nim coraz więcej firm z różnych państw. Pisaliśmy o tym m.in. tutaj.

Teraz krośnianin jest pomysłodawcą próżniowych elektrowni i magazynów energii elektrycznej, które wykorzystują odnawialne źródło energii, jakim jest woda. Jego wynalazek może zrewolucjonizować branżę energetyczną i dać nadzieję na tanią energię.

Do opracowania swojego urządzenia krośnianin posłużył się doświadczeniem Torricellego. - Ten XVII-wieczny włoski fizyk i uczeń Galileusza eksperymentował z rtęcią. Napełniał nią metrową rurkę, której otwarty koniec zanurzał w naczyniu z rtęcią. Ciecz pod wpływem własnego ciężaru opadała do wysokości 760 mm i w górnej części rurki powstawała próżnia o ciśnieniu 5 Pa. To zjawisko jest wykorzystywane m.in. w barometrach.

Jak działa próżniowa elektrownia wodna?

Krośnianin postanowił wykorzystać to zjawisko, ale przy użyciu wody. Jego próżniowa elektrownia wodna jest zbudowana z trzech zbiorników. Funkcję rurki pełni hermetyczny zbiornik, który ma zamontowany u góry wirnik turbiny wodnej połączonej z generatorem energii elektrycznej.

- Hermetyczny zbiornik napełniamy w całości wodą z górnego zbiornika. Gdy to zrobimy, zamykamy górne zawory, a następnie otwieramy zawory dolne. I wtedy ciężar słupa wody zadziała w dół. Opadnie aż do uzyskania równowagi między słupem wody, a parciem ciśnienia atmosferycznego na powierzchnię wody w dolnym zbiorniku – wyjaśnia pan Zygmunt.

W ten sposób w hermetycznym zbiorniku u góry, tam gdzie znajduje się wirnik, wytworzy się próżnia (przestrzeń, w której część powietrza i innych gazów została usunięta z określonej objętości, obejmuje zakres ciśnień niższy od ciśnienia atmosferycznego). – Następnie są otwierane górne zawory w zbiorniku hermetycznym. Ciśnienie atmosferyczne spowoduje napływ wody do komory próżniowej z dużą prędkością, wprawiając w ruch wirnik połączony z generatorem, który zacznie wytwarzać energię elektryczną.

Woda po wykonaniu pracy opadnie na powierzchnię słupa wody, jej poziom podniesie się o kilkanaście centymetrów, naruszając stan równowagi. I wówczas woda zacznie wypływać przez dolne zawory.

Czym są próżniowe magazyny energii elektrycznej?

To inaczej połączone ze sobą próżniowe elektrownie szczytowo-pompowe. Będą w nich zachodzić te same procesy, co w pojedynczej elektrowni próżniowej. – Dopóki będzie woda w górnym i dolnym zbiorniku, to będzie to działać – zaznacza pan Zygmunt.

Próżniowe magazyny energii będą mogły mieć otwarty lub zamknięty obieg. W przypadku obiegu otwartego, zostaną połączone z rzeką, której woda będzie wpływać do zbiorników magazynów energii elektrycznej i przepływać przez nie, wytwarzając próżnię i energię elektryczną. Następnie woda będzie wpływać do rzeki w jej dolnym odcinku.

Takie urządzenia nie wymagają budowy zapór, jak np. w Solinie. Będą budowane w formie połączonych kaskad. Można je postawić w biegu rzeki lub wzdłuż jej brzegu. Każda z kaskad będzie wytwarzała energię elektryczną. Łącznie, w zależności od ilości, ich moc może sięgać od kilku megawatów do nawet kilku gigawatów, a pojemność do kilkudziesięciu gigawatogodzin.

Schemat działania próżniowych magazynów energii elektrycznej, czyli próżniowej elektrowni szczytowo-pompowej

DAMIAN KRZANOWSKI

Natomiast w przypadku obiegu zamkniętego dodatkowo pojawi się dolny zbiornik wody i elektryczna pompa, która będzie wpompowywała wodę z dolnego zbiornika do górnego. Wtedy takie magazyny będą mogły powstawać także przy zakładach przemysłowych, a do wody będzie można dodać ciężkie związki mineralne lub chemiczne, które zwiększą ich sprawność. Będzie można też zastąpić wodę inną cieczą np. ropą. - Dzięki temu zakład mógłby wytwarzać energię na własne potrzeby – mówi pan Zygmunt.

Tanio, szybko, bezpiecznie

Przy obecnych cenach energii wynalazek krośnianina może być szansą na obniżenie rachunków za prąd. Jak zapewnia Zygmunt Nowak, urządzenie ma wiele zalet.

Przede wszystkim próżniowe magazyny energii mogą powstawać przy farmach wiatrowych i fotowoltaicznych oraz uzupełniać ich działanie. Tym samym zapobiegną marnowaniu energii elektrycznej. – Zapobieganie marnotrawstwu wytwarzanej energii elektrycznej spowoduje obniżanie jej cen. Obecnie producenci otrzymują rekompensaty za niewykorzystaną energię elektryczną, które są doliczane do naszych rachunków, a to jest istotne dla każdego z nas i dla przemysłu. Według Polskiego Stowarzyszenia Fotowoltaiki, całkowita wielkość energii objętej redukcją w 2024 roku może wzrosnąć z 400 GWh nawet do 1 TWh, czyli do 1 miliona MWh.

Urządzenia mogą zostać wykonane w małej lub wielkiej skali. Ich budowa będzie w mniejszym stopniu uzależniona od warunków terenu. Będą mogły powstawać na obszarach nizinnych i podgórskich, np. na stokach, gdzie różnica poziomów nie będzie duża. Będą mogły być też budowane pod ziemią. Ich działanie nie będzie zależne od pogody.

Będą też tańsze, łatwiejsze i szybsze w budowie. Ich powstanie zajmie ok. 2-3 lata. Nie będą wymagać specjalnych materiałów. Do ich budowy będzie można użyć np. stali pancernej lub żelbetonu. Będzie je można również rozbudowywać o kolejne kaskady. – Elementy elektrowni i magazynów energii elektrycznej mogą być wytwarzane w zakładach przemysłowych, dowożone na miejsce budowy i tam ze sobą łączone – mówi pan Zygmunt.

W przeciwieństwie do typowych elektrowni szczytowo-pompowych, magazyny energii elektrycznej przy odpowiedniej konstrukcji, pojemności zbiorników oraz siły przepływów mogą działać nawet kilkadziesiąt godzin. Uzyskiwana przez nich moc będzie różna – mniejsza lub większa w zależności od ilości kaskad. Mogą być też łatwo zatrzymane, bo nie ma ryzyka uderzenia hydraulicznego, które mogłoby zniszczyć wirniki i zawory.

Czy w Polsce będzie można budować takie elektrownie i magazyny energii elektrycznej? – Tak, chociaż warunki do budowy elektrowni nie są tak dobre, jak w niektórych europejskich państwach, Stanach Zjednoczonych czy Chinach. Natomiast magazyny energii elektrycznej mogą być budowane na większości obszaru Polski i na przykład można je zbudować także w wyeksploatowanych wyrobiskach kopalni odkrywkowych. Można by tam utworzyć kilka lub kilkanaście próżniowych magazynów o pojemności i mocy o wiele większej niż typowa elektrownia szczytowo-pompowa.

Co dalej?

Pan Zygmunt poszukuje partnerów biznesowych i inwestorów w Polsce i za granicą. - Potrzebuję też specjalistów, którzy zrobiliby obliczenia numeryczne przepływu wody, aby można było zbudować pierwsze prototypy – mówi. 

Jednak zanim pomysł pana Zygmunta zostanie zrealizowany, minie jeszcze trochę czasu. Obecnie patentem zainteresowała się duża polska firma energetyczna, co daje duże szanse na budowę w pierwszej kolejności próżniowych magazynów energii elektrycznej, także na Podkarpaciu. Krośnianin uzyskał już patent w Polsce na swój wynalazek. Otrzymał też pozytywną decyzję w sprawie patentu w Stanach Zjednoczonych i jest w trakcie starań o patent w Europie i Chinach. 

Natomiast w Stanach Zjednoczonych zostały podjęte działania, które mają zainteresować znanego amerykańskiego biznesmena próżniowymi elektrowniami i magazynami energii elektrycznej oraz motoryzacyjnym systemem bezpieczeństwa AEDO (Automatic Emergency Door Opening).