Energia przyszłości to nie tylko wiatr i słońce – to także bezpieczne wykorzystanie istniejących bloków energetycznych. Dzięki badaniom Łukasiewicz – GIT Polska może jednocześnie rozwijać zieloną energetykę i utrzymywać stabilność systemu, przygotowując grunt pod gospodarkę niskoemisyjną.
Wywiad z prof. dr. hab. inż. Adamem Zielińskim, Dyrektorem naczelnym Łukasiewicz – Górnośląskiego Instytutu Technologicznego (GIT)
Polska stoi przed dużymi wyzwaniami w transformacji energetycznej. Jaką rolę odgrywa w tym Łukasiewicz – GIT?
Transformacja energetyczna w Polsce nie jest już kwestią wyboru, tylko koniecznością wynikającą zarówno z polityki klimatycznej Unii Europejskiej, jak i realnych potrzeb gospodarki. Odchodzenie od paliw kopalnych, rosnący udział odnawialnych źródeł energii oraz rozwój nowych technologii wymagają od sektora energetycznego elastyczności i przygotowania do pracy w nieznanych dotąd warunkach. Proces ten musi być przeprowadzony w sposób bezpieczny, kontrolowany i zrównoważony, tak aby zapewnić stabilność dostaw energii elektrycznej, a jednocześnie umożliwić budowę gospodarki niskoemisyjnej.
W tej układance szczególną rolę odgrywają jednostki naukowo-badawcze, takie jak nasza, która nie tylko dostarcza innowacyjnych rozwiązań materiałowych i technologicznych, ale także zapewnia wsparcie diagnostyczne istniejących instalacji energetycznych. Łukasiewicz – Górnośląski Instytut Technologiczny (Łukasiewicz – GIT) od dziesięcioleci pełni funkcję strategicznego partnera polskiej energetyki, tworząc metody, procedury i narzędzia diagnostyczne, które umożliwiają przedłużanie życia bloków energetycznych oraz projektowanie nowych, bezpiecznych rozwiązań na przyszłość.
Jaką rolę odgrywają dziś bloki energetyczne 200 MW w miksie energetycznym?
W dobie dynamicznego rozwoju odnawialnych źródeł energii, takich jak fotowoltaika czy farmy wiatrowe, system elektroenergetyczny potrzebuje jednostek zdolnych do pracy regulacyjnej, kompensując zmienność produkcji z OZE. W Polsce tę rolę wciąż odgrywają bloki węglowe 200 MW, które – mimo że przekroczyły już obliczeniowy czas pracy – pozostają niezbędnym elementem miksu energetycznego.
Aby mogły one bezpiecznie i efektywnie funkcjonować, konieczne jest stosowanie zaawansowanej diagnostyki elementów ciśnieniowych pracujących w warunkach pełzania. To właśnie w tym obszarze Łukasiewicz – GIT wypracował unikalne kompetencje. Już od lat 70. XX wieku zespół badaczy opracowuje charakterystyki materiałowe stali żarowytrzymałych i żaroodpornych, opisując ich zachowanie podczas długotrwałej eksploatacji w wysokich temperaturach i przy dużych obciążeniach.
Dzięki tym charakterystykom możliwe było wydłużenie okresu eksploatacji wielu jednostek energetycznych nawet dwukrotnie, co przyniosło ogromne oszczędności finansowe oraz zapewniło ciągłość dostaw energii w okresach wzmożonego zapotrzebowania.
System oceny trwałości – fundament bezpiecznej eksploatacji
Jednym z kluczowych osiągnięć Instytutu jest opracowanie i wdrożenie „Systemu oceny trwałości eksploatacyjnej elementów instalacji ciśnieniowej bloków energetycznych pracujących w warunkach pełzania”. Ten kompleksowy zestaw procedur umożliwia rzetelną i obiektywną ocenę stanu materiału oraz prognozę jego dalszej przydatności do pracy.
System wykorzystuje różnorodne metody badawcze. Obejmuje badania metalograficzne, które pozwalają określić zmiany w mikrostrukturze materiału. Stosowane są również badania mechaniczne, w tym próby pełzania, odwzorowujące rzeczywiste warunki eksploatacji. Ważnym elementem są także analizy komputerowe obrazu mikrostruktury, umożliwiające precyzyjne wyznaczanie stopnia degradacji. Dodatkowo w systemie wykorzystywane są metody innowacyjne, takie jak SPT (Small Punch Test), szczególnie przydatne w sytuacjach, gdy dostępna jest jedynie niewielka ilość materiału do badań. Dzięki temu możliwe jest określenie zarówno resztkowej trwałości, jak i tzw. trwałości rozporządzalnej – czyli realnego czasu dalszej bezpiecznej pracy danego elementu. W praktyce oznacza to, że zamiast wyłączać jednostki po przekroczeniu projektowanego czasu eksploatacji, można je nadal wykorzystywać, o ile badania potwierdzą ich bezpieczeństwo.
Jak wygląda zaplecze badawcze Instytutu?
Ogromnym atutem Łukasiewicz – GIT jest posiadanie unikatowej w skali kraju i Europy infrastruktury badawczej. Szczególne znaczenie ma największe w Polsce Laboratorium Badań Pełzania, działające od lat 50. XX wieku, które zmodernizowaliśmy w 2009 roku. Obecnie jest ono w pełni zautomatyzowane i pozwala na równoczesne prowadzenie ponad 900 prób pełzania oraz długotrwałego starzenia materiałów.
Laboratorium dysponuje maszynami do badań w temperaturach sięgających 1000°C przy obciążeniach do 6 kN. Parametry testów często przewyższają wymagania norm, co ma ogromne znaczenie przy tzw. skróconych próbach pełzania, przyspieszających proces oceny materiału.
Drugim filarem naszej infrastruktury są zaawansowane mikroskopy elektronowe – zarówno skaningowe, jak i transmisyjne – które pozwalają badać stal na poziomie mikro- i nanostruktury. To właśnie dzięki pracy Grupy Badawczej: Badania Właściwości i Struktury Materiałów możliwe jest niezwykle precyzyjne określanie stopnia zużycia materiału oraz trafne prognozowanie jego dalszej żywotności. Wyniki tych analiz stanowią fundament i punkt wyjścia dla wszystkich naszych badań diagnostycznych i materiałowych, umożliwiając opracowywanie bezpiecznych i innowacyjnych rozwiązań dla energetyki.
Jak Instytut wspiera rozwój kompetencji w przemyśle?
Transformacja energetyczna to nie tylko nowe technologie, ale także rozwój kompetencji kadr inżynierskich. W Łukasiewicz – GIT będziemy w najbliższym czasie prowadzić szkolenia z zakresu Nieniszczących Badań Strukturalnych (SBN), które będą obejmować m.in. techniki wykonywania replik matrycowych i ocenę stanu materiałów w warunkach eksploatacyjnych.
Szkolenia te pozwalą inżynierom i diagnostom zdobyć praktyczną wiedzę o trwałości stali i stopów pracujących w wysokich temperaturach i pod dużym ciśnieniem. Uczestnicy nauczą się prawidłowego wykonywania zgładów metalograficznych, klasyfikacji stopnia degradacji materiału oraz szacowania dalszego czasu bezpiecznej pracy instalacji. W ten sposób Łukasiewicz – GIT nie tylko opracowuje nowe metody badawcze, ale również aktywnie wspiera przemysł w ich wdrażaniu.
Jakie są kierunki badań dla energetyki przyszłości?
Choć obecnie dużą część prac Instytutu stanowi diagnostyka bloków konwencjonalnych, Łukasiewicz – GIT intensywnie rozwija również technologie i materiały dla energetyki przyszłości. Instytut prowadzi badania nad nowymi stopami przeznaczonymi do turbin pracujących w warunkach nadkrytycznych i ultra-nadkrytycznych. Równocześnie rozwijane są materiały odporne na działanie wodoru, które są kluczowe dla rozwoju gospodarki wodorowej. Instytut prowadzi także prace nad rozwiązaniami dla energetyki jądrowej, gdzie trwałość materiałów w ekstremalnych warunkach ma fundamentalne znaczenie. Dodatkowo realizowane są projekty związane z przemysłem kosmicznym i lotniczym, w których – podobnie jak w energetyce – istotna jest odporność materiałów na skrajne temperatury i obciążenia. Tym samym Instytut nie ogranicza się do wspierania obecnej infrastruktury energetycznej, ale aktywnie tworzy fundamenty pod budowę nowoczesnego, niskoemisyjnego systemu energetycznego.
Jak Instytut wpisuje się w szerszy kontekst transformacji energetycznej?
Transformacja energetyczna wymaga równoległego działania na wielu płaszczyznach: rozwoju OZE, utrzymania bezpieczeństwa dostaw energii oraz tworzenia nowych technologii dla przyszłości. Łukasiewicz – GIT odgrywa kluczową rolę w każdym z tych obszarów. Dzięki wieloletniemu doświadczeniu w diagnostyce materiałowej, unikalnej infrastrukturze badawczej oraz zespołowi ekspertów Instytut zapewnia bezpieczeństwo eksploatacji bloków energetycznych, a jednocześnie rozwija innowacyjne rozwiązania dla energetyki jądrowej, wodorowej i innych przyszłościowych gałęzi przemysłu. W ten sposób Łukasiewicz – GIT łączy tradycję z innowacją, stając się jednym z filarów polskiej transformacji energetycznej oraz ważnym graczem na międzynarodowej mapie badań dla energetyki.
