Huk, wibracje, tysiące metrów sześciennych wody na sekundę i olbrzymia budowla, która widoczna jest z odległości kilometrów. Tak w kilku słowach można opisać potężne elektrownie wodne. W Polsce możemy je zobaczyć m.in. we Włocławku czy w Solinie. Skutkiem ubocznym ich budowy jest to, że w obu tych miejscowościach powstały olbrzymie zbiorniki wodne. Choć korzystają z nich turyści, to jednak jest to radykalna interwencja człowieka w środowisko naturalne.

Ale takie budowle można stawiać tylko na rzekach, gdzie jest stosunkowo dużo wody i nie brakuje miejsca na olbrzymi zbiornik wodny. Na przydomowej rzeczce, której nazwy nikt nie zna nawet w sąsiedniej gminie, trudno oczekiwać takich ekstrawagancji. – Niemniej jednak i taki ciek wodny może produkować energię. Dzięki naszemu wynalazkowi – śmieje się Stanisław Szewczyk z Michałowa, wynalazca z krwi i kości, który turbinę wodną wielowirnikową stworzył wspólnie z profesorem Jerzym Piotrowskim z Politechniki Świętokrzyskiej (swoje propozycje innowatorzy zgłaszali również do ubiegłorocznej edycji cyklu Eureka DGP).

Ten wynalazek z zewnątrz przypomina nieco beczkę bez dna, która została włożona do strumienia w ten sposób, że woda przepływa przez jej wnętrze. Co ważne, instalując to urządzenie na sennym strumyku, powinno się to zrobić w ten sposób, by wykorzystać całą wodę – nie ma sensu marnować choćby kropli. Na szerszych potokach będzie to niemożliwe, ale te małe można zazwyczaj bez większych problemów uformować w ten sposób, by cała woda płynęła przez turbinę. Przed wejściem do naszego beczkowatego elementu trzeba zamontować ścięty stożek – za jego pomocą można zwiększyć prędkość, z jaką woda wpływa na łopatki turbiny.

W jej środku pod kątem zbliżonym do 45 stopni zamontowane są łopatki, które porusza woda. „Celem owinięcia wody wokół bębna wewnętrznego wodę płynącą w cieku kieruje się do szczeliny, jaką tworzy rura zewnętrzna z bębnem wewnętrznym. Dzięki takiemu układowi ramię oddziaływania naporu przepływającej wody na powierzchnię łopatek jest stosunkowo duże przy jednoczesnym zwiększaniu czasu oddziaływania cieczy na powierzchnię łopatek” – czytamy w opisie wynalazku. Woda w turbinie układa się więc w niepełny pierścień. Jego właściwości zależą od ilości wody i spadku. – Tu działa prosta zasada, że im dłuższe ramię, tym większa siła. W ten sposób można uzyskać energię, nawet jeśli woda w naszym cieku płynie stosunkowo wolno – tłumaczy Szewczyk.

Łopatki w wirniku wcale nie muszą się poruszać szybko – istotne jest, by za wirnikiem nie tworzyły się zawirowania, tak by można było w niedużej odległości ustawić kolejny wirnik. Wiry i tak się tworzą, ale są na tyle małe, że szybko się rozpływają i nie przeszkadzają w pracy kolejnym wirnikom. – Liczba wirników zależy od możliwości cieku wodnego, spadu i prędkości przepływu – wyjaśnia Stanisław Szewczyk. Powinny one stać w takiej odległości, by właśnie woda „doszła do siebie”, czyli poruszała się z odpowiednią prędkością i nie miała zawirowań. Można sobie wyobrazić sytuację, że na pewnym odcinku wody takich turbin pracuje kilka czy nawet kilkanaście.

Zalet takiego rozwiązania jest kilka. Po pierwsze, działa. Patent został uzyskany, a wynalazcy to sprawdzili empirycznie na przydomowej rzeczce Stanisława Szewczyka. Podczas testów niejedną żarówkę udało się przepalić, a i kuchenkę elektryczną za pomocą energii z wody rozgrzać. Docenili to także eksperci – turbina wodna otrzymała Złoty Laur od Naczelnej Organizacji Technicznej. Drugim olbrzymim walorem tego rozwiązania jest to, że do jego wykorzystania nie potrzeba spiętrzenia wody ani spadku. Przy tradycyjnych elektrowniach wodnych moc mierzy się w dużym przybliżeniu za pomocą iloczynu wysokości i przepływu. Tak więc jeśli przez dane miejsce przepływa 5 metrów sześciennych wody na sekundę, a wysokość spadku to dwa metry, to uzyskujemy wtedy, nie licząc strat, 10 kilowatów. Dlatego w miejscach bez żadnego spiętrzenia tego typu elektrownie nie mają racji bytu. Teraz to się może zmienić – jako dodatkowe, przydomowe źródło zasilania wynalazek ze Świętokrzyskiego może się znakomicie sprawdzić. Wreszcie bardzo istotnym walorem tego typu elektrowni przyszłości jest to, że nie blokują one np. przepływu ryb – w przypadku elektrowni trzeba czasem budować specjalne stopnie, by nie hamować swobodnego przemieszczania się zwierząt. W tym wypadku będą one mogły spokojnie przepływać między wolno wirującymi łopatami bez zagrożenia, że zostaną pocięte na części.

I choć trudno prognozować, czy i kiedy tego typu turbiny trafią masowo pod strzechy, to wstępne zainteresowanie ich użyciem wyraziło jedno z przedsiębiorstw wodno-kanalizacyjnych w regionie. Stanisław Szewczyk, który wynalazki tworzy hobbystycznie po godzinach i w dużej mierze sam je finansuje, podchodzi do tego z dystansem. Przez lata rozmów o wdrażaniu wynalazków nauczył się olbrzymiej cierpliwości. Martwi go inna rzecz. – W Polsce, choć mamy już bardzo bogatych przedsiębiorców, wciąż nie wykształciła się moda na finansowanie nauki czy, szerzej, innowacji – opowiada. – A po co tym ludziom tyle pieniędzy? Kupią sobie dziesiąty samochód? Będą pochowani w złotych trumnach? To im je zaraz ukradną. Ja wolę złotymi literami zapisać się na kartach historii. Bo dziś nikt nie pamięta, za panowania jakiego władcy żył Leonardo da Vinci. A imię tego wynalazcy znają wszyscy.

Eureka! DGP

Trwa trzecia edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 47 nadesłanych przez 15 uczelni oraz 35 zgłoszonych przez 23 instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Konkurs zostanie rozstrzygnięty pod koniec czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora