Bíróné Kircsi Andrea Egyetemi tanársegéd DE Meteorológiai Tanszék SZÉLENERGIA Bíróné Kircsi Andrea Egyetemi tanársegéd DE Meteorológiai Tanszék

A szél mozgási energiáját hasznosító berendezések elnevezése Nincs egységes elnevezés, bármelyik elfogadható. Szélmotor (mechanikai energia) Szélerőgép (mechanikai, ritkán villamos energia) Szélturbina (villamos energia) Szélgenerátor (villamos energia) Szélerőmű) (villamos energia) 2005 Szélenergia

Szélmotorok csoportosítása az NSZO szerint NSZO nemzetközi szabadalmi osztályozás A szélmotor olyan készülék amely a természetes szél energiáját hasznos mechanikai energiává alakítja át és ezt az energiát a felhasználási helyre továbbítja. 2005 Szélenergia

Szélmotorok csoportosítása az NSZO szerint F03D1/00 Szélmotorok lényegében a szél irányában lévő forgástengellyel. F03D3/00 Szélmotorok lényegében a szél irányával derékszöget bezáró forgástengellyel. F03D1/00 Egyéb szélmotorok: A széllel érintkező részek végtelen láncokon vagy hasonlókon vannak. A széllel érintkező sínen lévő járószerkezeten vannak A széllel érintkező részek ide oda lengő mozgást végeznek és nem forognak. 2005 Szélenergia

Szélmotorok csoportosítása (forgó szélmotorok) Lassú járású Gyorsjárású Vízszintes Függőleges Ellenállást hasznosító Felhajtó erőt hasznosító 2005 Szélenergia

2005 Szélenergia

2005 Szélenergia

2005 Szélenergia

Elektromos áram előállító szélgenerátorok csoportosítása Fűtés céljára Akkumulátortöltésre Vízszivattyú működtetésére Sótalanításra Elektromos hálózatra kapcsoltak 2005 Szélenergia

Vízszivattyút működtető szélmotorok csoportosítása Csavarszivattyú (100m) Dugattyús szivattyú (100m) Többfokozatú centrifugál szivattyú (30m) Mamutszivattyú (10m) Membrán szivattyú (3m) Centrifugál szivattyú (3m) Kanalas láncos vízemelő (3m) Csigaszivattyú (1m) 2005 Szélenergia

Vízszivattyút működtető szélmotorok csoportosítása 2005 Szélenergia

Elektromos hálózatra termelő szélgenerátor szerkezeti felépítése Az ábrán váltóművel rendelkező szélgenerátor látható Forgató rendszer fölötti részt „gondolának” nevezik. 2005 Szélenergia

Váltóműves szélgenerátor szerkezeti felépítése 2005 Szélenergia

Váltóművel rendelkező szélerőmű beruházási költségeinek megoszlása 2005 Szélenergia

Váltómű nélküli szélgenerátor szerkezeti felépítése 2005 Szélenergia

Váltómű nélküli és váltóművel rendelkező generátor összehasonlítása 2005 Szélenergia

Váltómű nélküli és váltóművel rendelkező generátor összehasonlítása Áttétel nélküli generátorok előnyei: Elmarad a mechanikai áttételen keletkező energiaveszteség és zaj. Kevesebb az alkatrész, csapágyazás ezért csökken a karbantartási igény, nő az élettartam. Ár 2005 Szélenergia

Váltómű nélküli és váltóművel rendelkező generátor összehasonlítása Áttétel nélküli generátorok hátrányai: 15-60/min fordulatszámon az 50Hz frekvenciájú, MW nagyságrendű teljesítményű generátor külső átmérője 5-6 m. A vasúti és a közúti szállítás nehezen megoldható, ezért a generátort a helyszínen kell összeszerelni. A nagy átmérőjű generátor nagy átmérőjű generátorházba (gondolába) fér bele, amely növeli a szél turbulenciáját, növelheti a mechanikai rezgések számát és erejét. 2005 Szélenergia

Szárnylapát profil A szárnylapáton a repülőgépek szárnyaihoz hasonlóan a szélnyomás hatására aerodinamikai erő képződik. A keletkező nyomaték közvetetten meghajtja az elektromos generátort. 2005 Szélenergia

Lapátok tulajdonságai Anyaguk üvegszálas poliészter, vagy szénszálas erősítésű műanyagok. A lapátok fűthetőek a jég lerakodásának megakadályozása céljából A lapátprofil változik a hossz mentén A lapátok vége elforgatható aerodinamikai biztonsági féket tartalmaz 2005 Szélenergia

Követelmények a szárnylapátokkal szemben Ki kell bírniuk az eső a por a hó a jég koptató hatásait, a kopás a lapátok végein a legjelentősebb ahol a sebesség eléri a 100 m/s-ot. Ki kell bírniuk a légkörben található anyagok például savas esők vegyi korrodáló hatását. Ki kell bírniuk a széllökések mechanikai hatásait. Ki kell bírniuk a lapátok végén fellépő centrifugális erőt 2005 Szélenergia

2005 Szélenergia

Szárnylapátszög állító mechanizmus: Pitch Gyorsjárati tényező: a lapátnak a lapátvégén mért sebességének és a szél sebességének hányadosa. Például ha a lapát 20m sugarú, a fordulat száma 15/min, a szél sebessége 5 m/s, akkor a gyorsjárati tényező: (20*2*3,14*15/60)/5=6,28 2005 Szélenergia

Szárnylapátszög állító mechanizmus: Pitch Teljesítménytényező Gyorsjárati tényező Nyomatéktényező 2005 Szélenergia

Szárnylapátszög állító mechanizmus: Pitch A teljesítménytényező a gyorsjárati tényezőtől függően változik, rotortól függően maximuma van. Adott rotorra vonatkozóan a gyorsjárati tényező felhasználásával a szélsebesség és a rotor fordulatszáma alapján kiszámítható mekkora teljesítmény fog jelentkezni a rotor forgás tengelyén. 2005 Szélenergia

Szárnylapátszög állító mechanizmus: Pitch A Pitch mechanizmus szerinti szárnylapátot annak lapátkerékagyában található forgató szerkezet képes elforgatni. Ezáltal a lapátokon keletkező felhajtó erő megváltoztatható, így a rotor fordulatszáma a szélsebességtől függetlenítve szabályozható. 2005 Szélenergia

Pitch mechanizmus alkalmazásának esetei.1. A szélturbina generátorának védelme Abban az esetben ha erős szél esetén a rotor a generátor terhelhetőségénél nagyobb erővel forgatná meg azt . A Pitch mechanizmus ebben az esetben lehetővé teszi hogy a szél energiájának csak kisebb része hasznosuljon, úgy hogy közben a generátor maximális teljesítménnyel üzemeljen. 2005 Szélenergia

Pitch mechanizmus alkalmazásának esetei.2. A megtermelt energia növelése A generátor maximális teljesítményénél kisebb teljesítménynél, akkor amikor a gyorsjárati tényező értéke nagyobb mint a maximális teljesítménytényezőhöz tartozó gyorsjárati tényező. A Pitch mechanizmus ebben az esetben lehetővé teszi hogy a rotor fordulatszáma , gyorsjárati tényezője csökkenjen, így lehetővé válik hogy a szél energiájának nagyobb hányada alakuljon át a generátort meghajtó mechanikai energiává. 2005 Szélenergia

PITCH mechanizmus 2005 Szélenergia

Széliránykövetés Mért szélirányadatok alapján a gondola forgató berendezés a rotort a szélirányával szembe fordítja. A gondola forgató berendezés nagyon erős szél esetén a rotort kifordítja a szélirányából. 2005 Szélenergia

Biztonsági fék 2005 Szélenergia

Alapozás Torony 2005 Szélenergia

Alapozás Torony Alapozásnál ügyelni kell e rekultivációra ezért javasolt „robbantólyuk” beépítése, amely a szélturbina bontása esetén megkönnyíti az alap lebontását. A torony lehet rácsos szerkezetű vagy oszlop. A rácsos szerkezetű torony kisebb anyagigényű, de a szélben zajosabb illetve rezonanciára hajlamosabb. A torony anyaga jellemzően acél de léteznek betonoszlopok is amelyek kisebb költségűek, de nehezebbek illetve az elbontásuk nehézkesebb. 2005 Szélenergia

Villamos áram hálózatba táplálása A megtermel villamos áramot csak abban az esetben szabad az elektromos hálózatba táplálni ha annak frekvenciája feszültsége megfelelő, ha nem a szélgenerátor vezérlése a szélgenerátort lekapcsolja a hálózatról. 2005 Szélenergia

Megtermelt áram kötelező átvétele A villamos energia törvény az EU elvárásainak megfelelően kötelezi az áramszolgáltatókat hogy 0,2MW teljesítmény fölött kötelezően át kell venniük a „megújuló” energiával előállított elektromos áramot. Az áramszolgáltatok ekkor a nem megújuló energiából elektromos áramot termelőktől csökkentik a vásárlásaikat. 2005 Szélenergia

Kapacitás kihasználtsági tényező A Paksi atomerőmű kapacitás kihasználtsági tényezője több mint 80% azaz egy reaktor blokkhoz tartozó 440MW os generátor átlagosan több mint 350MW villamos energiát termel. A Paks melletti Kulcson található szélturbina generátora 600 KW os teljesítményű, kapacitás kihasználtság tényezője kb. 25% azaz átlagosan csak 150 KW villamos energiát termel. A megtermelt elektromos energia szerint: 440MW-os atomerőmű=1400MW szélerőművel 2005 Szélenergia

Energiabecslés kiválasztott turbinatípusokra ENERCON E-40 / 600kW /RD 44m / NH 65m teljesítménygörbéje. ENERCON E-66 / 1500kW /RD 44m / NH 85m teljesítménygörbéje. 2005 Szélenergia

E-40 / 600kW / NH 65m 10m adatokból 2005 Szélenergia

E-40 / 600kW / NH 65m 30m adatokból 2005 Szélenergia

E-66 / 1500kW / NH 85m 10m adatokból 2005 Szélenergia

E-66 / 1500kW / NH 85m 30m adatokból 2005 Szélenergia

2005 Szélenergia

2005 Szélenergia

2005 Szélenergia

Distribution of Wind energy potential of Hungary above 80 m from surface By Radics (2004) Method: WAsP, to consider the orography of Hungary 2005 Szélenergia

Világ 2003 piaci részesedés Szélturbinagyártók Világ 2003 piaci részesedés 2005 Szélenergia

Németország 2004 piaci részesedés 2005 Szélenergia

Naptorony Ausztrál terv Magassága 1000m 32db szélturbinával 200MW teljesítmény 2005 Szélenergia

Felhasznált irodalom Hagyományos és megújuló energiák szerk. Sembery P., Tóth L. Szaktudás Kiadó, 2004 A megújuló és környezetbarát energetika villamos gépei és szabályozásuk Szerk. Hunyár M. Műegyetemi Kiadó, 2002 http://www.windpower.org 2005 Szélenergia

Bíróné Kircsi Andrea kircsia@delfin.klte.hu Köszönöm a figyelmet! Bíróné Kircsi Andrea kircsia@delfin.klte.hu