Nap– és szélenergia felhasználásának lehetőségei

Az előadások a következő témára: "Nap– és szélenergia felhasználásának lehetőségei"— Előadás másolata:

1 Nap– és szélenergia felhasználásának lehetőségei
Oktatási anyag, 2004 Készítette: Dr. Kun-Szabó Tibor

2 Szélenergia-hasznosítás
Oktatási anyag Dr. Kun-Szabó Tibor

3 Energiaforrások I. Nem megújuló Megújuló Napenergia Szén Kőolaj
Földgáz Atomenergia Fúziós energia Megújuló Napenergia Szélenergia Vízenergia Biomassza Geotermikus

4 Energiaforrások II. Energiaforrásoknak a természet olyan anyagi rendszereit tekintjük, melyekből technikailag hasznosítható energia nyerhető gazdaságosan, az adott társadalmi, politikai, műszaki fejlettségi stb. körülmények között. Gondolni kell arra, hogy - utódaink érdekében – a következőkben is kellő mennyiségű környezetbarát energiának kell biztonsággal rendelkezésre állnia.

5 A magyar energetikai potenciál
Energia-fajta Vagyon, Mt (PJ/év) Termelés, Mt/év (PJ) Ellátottság, év Nem megújuló Szén 480 7,0 ~70 Lignit 2200 7,6 ~400 Kőolaj 19 1,3 ~15 Földgáz 60 3,0 ~20 Uránérc 3,4 2∙10-5 Bányászat megszűnt Megújuló Vízenergia 16 1,8 -- Biomassza 100 14 Nap- és szélenergia 10 ~0

6 A szél keletkezése A szél a levegő földfelszínhez viszonyított mozgása. A légkörben kialakuló nyomáskülönbségek hatására jön létre. A légkör alsó rétegeiben végbemenő légmozgást viszont a Nap sugárzó energiája hozza létre. A légmozgás során a felmelegedett levegő ritkább, ezáltal felfelé emelkedik és helyébe hidegebb levegő áramlik. A trópusi területeken a légtömegek erősebben felmelegszenek, ezért a levegő felemelkedik és a sarkok felé kezd áramlani (antipasszát szelek). A pólusok felé haladva a levegő lehűl, nyomása meg-növekszik, süllyedni kezd, végül a föld felszínén visszaáramlik az egyenlítő irányába (passzát szelek). Azon a helyen ahol a meleg levegő fölfelé emelkedett vákuum alakul ki. A légnyomás süllyed és alacsony légnyomású terület keletkezik. Ott, viszont, ahol a levegő ismét a talaj felé süllyed, magas nyomású terület alakul ki. Csak az állandó jellegű szelek használhatók megfelelően jelentős energiatermelésre.

7 A szél mint energia A szél teljes mozgási energiáját 100 TW teljesítményűre becsülik. A baj azonban az, hogy ennek csak bizonyos hányadát lehet hasznosítani. A szél munkavégző képessége a szélsebességnek a harmadik hatványával arányos. A gazdasági megfontolások azt mutatják, hogy a szelet elsősorban azokon a vidékeken érdemes kiaknázni, ahol a szélsebesség évi átlaga meg-haladja a 4-5 m/s értéket. Ez többnyire csak tengerparti helyeken van így, a szárazföld belseje felé haladva a belső súrlódás erősen csökkenti a szél sebességét. Magyarország szélcsendes zugnak számít, még ha ezt egy-egy tomboló vihar cáfolja is. Budapesten az átlagos szélsebesség 1,8 m/s, és még Mosonmagyaróváron, hazánk legszelesebb vidékén sem haladja meg az 5 m/s értéket. Nyíregyházán van 4-5 m/s, sőt ennél nagyobb szél-sebesség is, de nem tart annyi ideig , hogy ezt tartósan ki lehessen használni. Ráadásul a szél energiasűrűsége aránylag kicsi, W/m2.

8 A szélsebesség szerepe
A szelet mozgási energiájának felhasználásával lehet hasznosítani A meteorológiai szolgálat nem tájékoztat pontosan, mert a szélmérés 6-10 méter magasan zajlik és azt sok minden befolyásolja (például a fák) A szélsebességet a kívánt magasságra az alábbi képlettel számolhatjuk: v2 = v1* (h2/h1)1/5, ahol: v1 a talajhoz közelebbi ponton mért szélsebesség, h2 az adott magasság, h1 pedig a mérés magassága. Ez az összefüggés csupán síkvidékre érvényes, mivel a domborzati viszonyokat nem veszi figyelembe

9 Szélenergia hasznosítása
Szélkerekek Kis teljesítményű, vagy mikro-szélturbinák Nagy teljesítményű szélerőművek

10 Szélerőmű üzemeltetése
A szélerőműveket általában két módon üzemeltetik: 1. Szigetüzemben, azaz a termelt villamos energiát saját célra, a közcélú elosztóhálózattól függetlenül hasznosítják. 2. A villamos áram a hálózatra van kapcsolva, azaz a villamos áramot közcélú elosztóhálózatba táplálják be. A rákapcsolást úgy is ki lehet alakítani, hogy a szél-generátorral mindkét üzemmódot meg lehessen oldani. A szélgenerátor hálózatra való csatlakoztatásánál általában az alábbi szempontokat kell figyelembe venni: 1. műszaki (generátor típus, csatlakozási pont, védelmi funkciók stb.), 2. jogi (Villamos Energia Törvény, a vonatkozó rendeletek, az áram-szolgáltató üzletszabályzata) és 3. gazdaságossági.

11 A szélenergia tárolása
A szélenergiából szélgenerátorokkal átalakított villamos energiát akkumulátorok töltésére is lehet használni (általában V feszültségen). A folyamatos energia- ellátás érdekében a szélgenerátor napelemekkel együtt is felszerelhető. Ebben az esetben a nap és a szél kitűnően kiegészítik egymást. Amikor süt a nap és nem fúj a szél, a napelemek biztosítják az energiát, míg a téli hónapokban vagy éjszaka a szélenergia állhat rendelkezésre. Az akkumulátorokban tárolt energia V-os egyenáramú hálózatot táplálhat, vagy váltakozó árammá alakítható, s így minden háztartási eszköz üzemeltethető vele. Ha több az áram, mint ami folyamatosan felhasználható, akkor a plusz mennyiség a kereskedelmi hálózatot táplálja. Ha az akkumulátorok feltöltött állapotban vannak, és az energiára nincs szükség, a töltésszabályozó lekapcsolja a szélgenerátort az akkumulátorról. Az előállított energiát ebben az esetben hővé alakítja a rendszer, és használati melegvizet állít elő, ill. fűtési célt szolgál. Ha a fogyasztók olyan sok áramot igényelnek, ami miatt az akkumulátor majdnem eléri a kisülési határértéket, akkor a töltésszabályozó lekapcsolja a fogyasztókat (kisülés elleni védelem). A szélenergia tárolásának egyik kémiai módszere lehet még a hidrogén gyártása és cseppfolyós állapotban való tárolása. Ebben az esetben a szél által termelt villamos energiát használják fel a víz bontására.

12 Szélenergia az EU-ban Dánia: A szélenergia biztos és jó piac
2015-ig évente MW termelő kapacitást telepítenek tengerre Rendelkezik a legmodernebb erőmű-típusokkal Támogató politika segíti a terjedését A második legnagyobb export ágazata a szélenergia Anglia: Bővítése teljes egészében az államtól függ NFFO – Program (Nem Fosszilis Üzemanyag Kötelezvény) szabályozza az üzembe helyezést és a bővítést

13 Szélenergia az EU-ban Svédország: Jó kilátások
A szélenergia hasznosítás: Csak állami segítséggel Franciaország: Első szélerőművet végén állították fel Gyártók szívesen telepítenek ezen területekre

14 Szélenergia az EU-ban Spanyolország:
Több mint 2000 MW-ot állítanak elő Évi 1000 MW-os fejlesztés van tervezve Fejlődés politikailag is biztosított Három dán gyártó alapított leányvállalatot Két spanyol vállalat is működik Olaszország: 1997-ben indult Az országnak nincs saját erőforrása, de nagyon kedvező az áramdíj

15 Szélenergia az EU-ban Hollandia: 1980-as évek kezdete óta Közepes piac
Az ország elég sűrűn lakott ahhoz, hogy jelentős kapacitás legyen gazdaságosan telepíthető Németország: 1999. végére 7500 db berendezés Összes teljesítményük 4000 MW 2000. április 1.-től új törvény 2000-ben a kiépítés 1000 MW-tal bővült Itt is tesztelnek és fejlesztenek szélerőműveket

16 Magyarország lehetőségei

17 Környezeti hatások Szennyezőanyag-kibocsátások elkerülése
Globális felmelegedést okozó anyagok kibocsátásának elkerülése Savasodást előidéző anyagok kibocsátásának elkerülése Földterület használat Vizuális benyomás Zaj Elektromágneses zavarás Madarak

18 Széltornyok Csak szélfúvásos területekre érdemes telepíteni
Mivel a szél nem folyamatosan fúj Erőssége állandóan változik A szélturbinák nem szolgáltatnak egyenletesen áramot Teljesítményük változó Ingadozásokat akkumulátorok segítségével ki lehet küszöbölni Jobb megoldás a szélturbinák elektromos hálózathoz való csatlakoztatása

19 Széltornyok I. Leginkább a „Dán Koncepció” szerint épülnek
a rotor három lapátból áll dinamikai szempontból kiegyensúlyozott, mivel a tartószerkezetre a lehető legcsekélyebb dinamikus terhelés jut melyet a lapátkerék hajlító, csavaró és lengéstani terhelése okoz A három lapát üvegszállal erősített poliészterből készül

20 Széltornyok II. A különböző cégek lapátjai eltérnek egymástól
Minden lapátot tesztelnek: statikailag aerodinamikailag Vannak, akik a lapáttollba fűtést építenek: jégképződést megakadályozása jéghullások következtében bekövetkező balesetek megakadályozása végett

21 Széltornyok III. Állvány Gondola Generátor Nyomatékváltó rendszer
Főtengely Kuplung (tengelykapcsoló) Pozícionáló motor Vezérlőegység Fék Szélerősségmérő és Széliránymérő Rotor (forgórész)

22 A szélmotor felépítése

23 A szélerőművek biztonságtechnikája
Biztonsági előírások Tűzvédelmi rendszabályok Biztonsági rendszabályok és utasítások Biztonsági rendszerek Lefékezés nagy szélsebességről Vész-leállító gomb Rázkódásérzékelő és rezgésellenőrző műszer Leállítás hálózat kimaradása esetén

24 A terület kiválasztásának szempontjai
Szélviszonyok Felszíni adottságok Természeti adottságok Területrendezési szempontok Hálózati csatlakozás szempontjai Létesítés gazdaságossága, előzetes üzleti terv

25 Egyéb szempontok Szélviszonyok Hatósági beleegyezés
Környezeti adottságok Természeti adottságok Területrendezési szempontok Hatósági beleegyezés Hálózati csatlakozás szempontjai Logisztikai szempontok Létesítés gazdaságossága

26 A Balaton-felvidéki Nemzeti Park Igazgatóságának álláspontja
Védett természeti értékek megóvása Nemzetközi tapasztalatok adaptálásának nehézségei Az alapkőzet teherbírása A tájba illesztés nehézségei Zaj, és infrahangok Együttműködési készség

27 Néhány elektronikus forrás

28 Köszönetnyilvánítás Köszönet illeti a Környezetmérnöki Tanszék hallgatóit (Albert Orsolya, Asztalos Anita, Herczeg Judit és Sörös Gábor) a tervezési gyakorlatok készítése során elvégzett szakirodalmazási munkájukért, Zalavári Istvánt, az i-qudrat Kft. igazgatóját az elkészítés során nyújtott gyakorlati segítségéért, amelyek eredményei ebben az oktatási anyagban megjelenhettek. Köszönet illeti Kiss Ferencet a NYTF-ról, akinek az összeállítását itt részben felhasználtuk. Dr. Kun-Szabó Tibor egyetemi docens

29 Köszönöm a figyelmet!