Megújuló energiaforrások „SZÉLERŐMŰVEK” 2. előadás 2010. március 19. Balogh Antal okl. gépészmérnök, MBA műszaki igazgató

AZ 1. ELŐADÁSON ELHANGZOTTAK: A szél eredete, globális és lokális jellemzői A szél energiatartalma, áramlásfizikája Energetikai szélmérések, adatelemzés, szélrózsák Géptelepítési szempontok, különösen a szélprofil Széltérképek Az energiatermelés statisztikai elmélete (Weibull) Albert Betz törvénye Az elmélet és a gyakorlat kapcsolata – a ténylegesen hasznosítható szélteljesítmény Teljesítménygörbe, teljesítménytényező függvény Várható energiatermelés és szórása A szélerőmű kihasználási mutatói

A SZÉLTURBINÁK FELÉPÍTÉSE 1. Az aszinkron generátorral működő gép tipikus berendezései.

Aszinkron PÉLDA 1. – BONUS 1300 kW

Aszinkron PÉLDA 2. – GAMESA G8x 2000 kW (a VESTAS igen hasonló)

A SZÉLTURBINÁK FELÉPÍTÉSE 2. A szinkron generátorral működő gép gondolája sokkal kisebb. E70

AERODINAMIKAI ALAPOK A FELHAJTÓERŐ A korszerű szélturbinák a torony mögötti turbulencia miatt általában ún. „upwind” rendszerűek. Mitől forog a rotor? → Repülőgép szárnyprofil (airfoil) példája: Sebesség- és nyomáskülönbség a két oldal között → az áramlásra merőleges felhajtóerő keletkezik.

AZ ÁRAMLÁS LEVÁLÁSA A lapátszög bizonyos értékénél a felső (kisnyomású) oldalon a „lapátra simuló” áramlás hirtelen turbulenssé válik: A felületi érdesség nagyon fontos → polírozás! A „stall” fellépésekor megszűnik a felhajtóerő, ami a lapátra igen veszélyes, akár káros is lehet (intenzív dinamikus erőhatás)!

ROTOR AERODINAMIKA A lapát hossza menti különböző kerületi sebességek miatt a rotor forgásából és az azt támadó szél sebességéből összeadódó eredő sebességek is változnak. Ebből az is következik, hogy a korszerű lapátok a hossztengelyük mentén elcsavartak. A leválás elkerülése érdekében törekedni kell az optimális „támadási szög” beállítására a lapát teljes hosszán. A leválás mindig a lapát tövénél kezdődik!

AERODINAMIKAI SZABÁLYOZÁS Pitch control Stall control (Active → pitch steps + Vortex generator)

SZÉLIRÁNYKÖVETÉS Yaw mechanism A „yaw error” elkerülése roppant fontos! A szöghibával járó rotor jelentős dinamikus (fárasztó) igénybevételnek van kitéve (a szög mértékétől függő eltérő kétoldali erők miatt → koszinuszos arány!). Mechanikus fékrendszert is szükséges installálni!

A VILLAMOS HÁLÓZATRA TÁPLÁLÁS 1. A modern szélturbinák általában ún. indirekt hálózati csatlakozásúak, függetlenül a generátor típusától: Előnyei: optimálható változó fordulatszám, „nyomatéktárolás”, meddő energia szabályozhatóság. Hátrányai: drága teljesítmény-elektronika, nagyobb villamos önfogyasztás, harmonikus torzítás (felharmonikus-szennyezés → „THD”, flicker).

A VILLAMOS HÁLÓZATRA TÁPLÁLÁS 2. Az indirekt hálózati csatlakozás vázlata egy adott géptípusra (ún. kaszkád kapcsolás). A fenti géptípusból készülő szélerőmű park egyvonalas elvi sémája:

SZÉLTURBINA KONSTRUKCIÓK A modern szélturbinák kizárólag vízszintes tengelyűek. Jellemzőjük az ún. gyorsjárási tényező: A függőleges tengelyű (pl. a Georges Darrieus nevével fémjelzett egyetlen piacképes) szélturbina napjainkban már csak mint technikai érdekesség él.

LAPÁTSZÁM MEGFONTOLÁSOK (Nagy teljesítmény, energiatermelési cél) Háromféle elterjedt megoldás: Választási szempontok: - látvány, - zajhatás, - hatásfok, - költségek, - stb.

GYÁRTÁS, ANYAGTECHNOLÓGIA 1. LAPÁTOK A lapátok anyaga szinte kizárólag valamilyen műanyag (poliészter vagy epoxi), jellemzően üvegszál erősítéssel. A karbon- vagy aramid (Kevlar) erősítésű műanyagok jóval drágábbak. A lapátokat intenzív fárasztóvizsgálatokkal tesztelik mindkét igénybevételi főirányban. Élettartamuk akár a 20-30 évet is elérheti. (Üzemelési környezetben gazdasági optimum determinálja!)

GYÁRTÁS, ANYAGTECHNOLÓGIA 2. OSZLOPOK A ma leginkább elterjedt megoldás a hengeres, kúpos acél csőtorony. Az elemek hengerítéssel és hegesztéssel készülnek, melyeket belső peremen csavarkötéssel rögzítenek egymáshoz: A rácsos, vagy az ún. lehorgonyzott oszlopok leginkább esztétikai okokból váltak elavulttá. Terjed ugyanakkor a vasbetonból készülő elemek használata!

GYÁRTÁS, ANYAGTECHNOLÓGIA 3. GÉPALAPOK A szél rotorra ható komoly nyomóerejét az oszlop a vasbeton alaptestre viszi át, melyet a talajba rögzítünk. Alapcsonkos kötés: Tőcsavaros kötés:

VILLAMOS KÁBELEZÉS 1. A gondolából a generátorról (és/vagy a fő transzformá-torról) a toronyban vezetik le a villamos (jel- és erőátviteli) kábeleket. (A csavarodás számláló nagyon fontos! Szintúgy a földelés megoldása!)

VILLAMOS KÁBELEZÉS 2. Erőműpark konfiguráció esetén az egyes tornyok hurkokba szervezetten kerülnek összekötésre, majd a termelt energiát a villamos alállomásba továbbítják: Fontos az optikai kábelezés is! (Vagy GSM…)

SZÉLERŐMŰVEK ÉS A KÖRNYEZET 1. TÁJBA ILLESZTÉS, ESZTÉTIKA „Landscape architecture” → nyugaton igen fejlett! Szempontok a szubjektív érzékelés befolyásolásához: - távolság a lakott területektől, - egyszerű geometriai formációk, - gépméret (látvány, forgás), - színképi megjelenés, stb.

SZÉLERŐMŰVEK ÉS A KÖRNYEZET 2. LÉGI AKADÁLYJELZÉS Általában hatósági előírások nappalra és éjszakára:

SZÉLERŐMŰVEK ÉS A KÖRNYEZET 3. ZAJKIBOCSÁTÁS A hanghatás ma már nem probléma! A hatóságok előírásaikban a dB(A) súlyozott skálát használják. Hallásküszöb: 0 30 - Suttogás 60 - Normál beszéd 90 - Városi közlekedés háttérzaj Infrahang! 120 - Rock koncert (<20 Hz) 150 - Sugárhajtómű 10m-re

SZÉLERŐMŰVEK ÉS A KÖRNYEZET 4. ÁRNYÉKHATÁS A szélgép vetülő árnyékának vándorlása a nap folyamán: Az árnyék méretét az évszak is befolyásolja, az oszlopmagasság azonban csak kevéssé.

SZÉLERŐMŰVEK ÉS A KÖRNYEZET 5. FAUNA ÉS FLÓRA A szélerőmű telephelyek gondos megválasztásával a negatív hatások gyakorlatilag elhanyagolhatók! A mortalitási mutatók az egyéb humán tevékenységek (pl. közlekedés, elektromos távvezetékek, épületek) összehasonlításában elenyészők, minimális élettér szűkülés azonban elismerhető a madárvilág vonatkozásában. Emlősökre csak átmeneti zavarhatás.

SZÉLERŐMŰVEK ÉS A KÖRNYEZET 6. TERMÉSZETVÉDELEM A természetvédelmi szempontból engedélyezhető szélerőmű telephelyeket gondosan feltérképezték:

A SZÉLERŐMŰVEK ÜZEMVITELE 1. NAPI INGADOZÁSOK 1. A szélmérési eredmények kiértékeléséből:

A SZÉLERŐMŰVEK ÜZEMVITELE 2. NAPI INGADOZÁSOK 2. A szélmérési eredmények kiértékeléséből:

A SZÉLERŐMŰVEK ÜZEMVITELE 3. NAPI INGADOZÁSOK 3. A szélmérési eredmények kiértékeléséből:

A SZÉLERŐMŰVEK ÜZEMVITELE 4. NAPI INGADOZÁSOK 4. A szélmérési eredmények kiértékeléséből:

A SZÉLERŐMŰVEK ÜZEMVITELE 5. HAVI INGADOZÁSOK A szélmérési eredmények kiértékeléséből:

A SZÉLERŐMŰVEK ÜZEMVITELE 6. ÉVES INGADOZÁSOK A szélmérési eredmények kiértékeléséből: Nemzetközi tapasztalatokból:

STATISZTIKAI ÉRTÉKELÉS 1. A várható energiatermelés becslése: + park layout + orography + roughness + uncertainties → WAsP → WindPRO → AEP (P50)

STATISZTIKAI ÉRTÉKELÉS 2. Tartamdiagram: Azaz energiatermeléshez elegendő szél (a vonatkozó magasságban; a „WTG cut-in speed”-je felett) igen gyakran van, csak éppen változó intenzitással!

STATISZTIKAI ÉRTÉKELÉS 3. Tartamdiagram a gyakorlatban: Nettó energiatermeléshez elegendő szél 7000 órán át!

SZÉLERŐMŰ KAPACITÁSOK EURÓPÁBAN 1. A 2009. év végéig beépített kapacitások:

SZÉLERŐMŰ KAPACITÁSOK EURÓPÁBAN 2. A beépített kapacitások megoszlása:

SZÉLERŐMŰ „BOOM” EURÓPÁBAN 1. A kapacitások fejlődése az EU-ban (MW):

SZÉLERŐMŰ „BOOM” EURÓPÁBAN 2. A célkitűzéseket a valóság meghaladta: Legfrissebb EU cél: 230.000 MW 2020-ig !!!

SZÉLERŐMŰ „BOOM” EURÓPÁBAN 3. Németország példamutató ereje:

SZÉLERŐMŰ „BOOM” EURÓPÁBAN 4. Spanyolország példamutató ereje:

SZÉLERŐMŰ KAPACITÁSOK ITTHON A hazai közcélú hálózatra termelő gépek:

VÁRHATÓ TRENDEK AZ EURÓPAI UNIÓBAN A megújulós szektorban jelenleg (és várhatóan még hosszú évekig) a szélenergia hasznosítása a leggazdaságosabb, a legversenyképesebb!

EU IRÁNYELVEK, HAZAI VÁLLALÁSOK A biomassza (fa) felhasználás korlátait elérte, az energia- növények termesztése késik, mi a hazai „zöld jövő”???

AKI SZELET VET… „A magyar VER jelen műszaki állapotában csak korlátozott mértékben teszi lehetővé időjárástól függő (kényszermenetrendes) erőművi kapacitások beépítését…” A nagyobb szélparkok előkészítése 3-5 évig is eltart! Egyébiránt, világgazdasági válságciklusok kora van…

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET. Kapcsolat: MOV-R H1 Szélerőmű Kft KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! Kapcsolat: MOV-R H1 Szélerőmű Kft. Balogh Antal műszaki igazgató Cím: 9023 Győr, Körkemence u.8., II/37. Tel./Fax: 06 96 618 633 Mobil: 06 30 557 1947 Email: balogh@energych.hu