Ugrás a tartalomhoz Lépj a menübe
 


Szélerőmű gyenge és változó szélirányokra

2015.05.11

 Gyenge szélben is működik a szélerőmű

  Posted on 2014. 10. 08. by Máté Endre

forrás: Sheerwind

"Az alacsony hatékonyság és az energia tárolásának nehézségei miatt sokszor temették már a szélerőművet, de úgy tűnik a legújabb fejlesztések áttörést érnek el mindkét területen. Egy új típusú, különleges szélerőmű telepítése akár egy nagy gazdaságot is ellát energiával és már kereskedelmi forgalomban is kapható.

A SheerWind erőműve olyan területeken is telepíthető, ahol gyenge, váltakozó irányból fújó szél jellemző. A portál elfogja, majd a szűkülő csatornában a Venturi hatás kihasználásával felgyorsítja a szellőt. A keletkező mozgási energia kisméretű turbinalapátokat, és generátort hajt meg a földszinten. A teljesítménytöbblet a hagyományos szélerőművekhez képest a mérések szerint 81-660 %, átlagban 314 % növekedést mutat. Az, hogy a mozgó alkatrészek nem a magasban vannak, hanem a földfelszínen, könnyebb telepítést, karbantartást és olcsóbb működést tesz lehetővé. A rendszer biztonságosabb az élővilág számára, zajterhelése is kisebb, mint a káros infrahangokat gerjesztő óriáslapátos szélerőműveknek.

Sajnos a hatékonyság növelése ellenére egy kisgazdaságnak csak több mint egy emberöltő alatt térül meg a befektetése a jövőbe."blog.syngenta.hu/

 

Szerintem ezt a szerkezetet egy ügyeskezű lakatos azért bádogból könnyen összedobja, nem kerülhet egy vagyonba. Az alsó szinten lévő generátor nyilván már más kérdés.

A madarak tömege pusztul el a magasba elhelyezett szélerőműnek kitalált darálógépekben. A forgó kerekek által keltett infrahangok sokakat idegesíthetnek, tudat alatt, mert nem hallják, fel sem ismerik, mi a bajuk.

 

Szélenergia

2010-02-05 

Képtalálat a következőre: „wind renewable energy”A szélenergia hasznosítása olyan energiatermelési lehetőség, amelynél – elvileg – nem lép fel környezetkárosítás és üvegház-gázok kibocsátása. 
Sajnos egy szélerőmű hatékonysága lényegesen alacsonyabb, mint a vízerőműveké. Ennek oka az, hogy a levegő sokkal ritkább, mint a víz, továbbá, hogy a szélturbinán fellépő nyomásesés is sokkal kisebb, mint ami egy vízturbinán felléphet. 
Egy köbméter víz tömege egy tonna, vagyis 1.000 kg. Tételezzük fel a példa kedvéért, hogy egy vízerőműben a turbinát 10 méter víz-szint különbségről működtetjük. Minden 1 kg tömegű vízre kb. 10 Newton súlyerő hat, és ezért a 10 méteres esési magasság miatt 10*10=100 joule potenciális energiát képvisel. Minden egyes köbméter víz lezúdulása tehát a turbinán keresztül 100*1.000 = 100.000 joule bruttó energia tartalmat jelent, amiből 60% hatásfokot feltételezve kb. 60.000 joule villamos energia termelődik.
Most nézzük meg ugyanezt egy szélturbina esetén egy köbméter levegővel. Egy köbméter levegő tömege 1 kg és 293 gramm. Egy szélturbina akkor dolgozik maximális teljesítménnyel, ha a szélsebesség kb. 25 km/óra. Akár kisebb, akár nagyobb ennél a szélsebesség, a szélturbina hatásfoka romlik, sőt egy bizonyos szélsebesség fölött a turbinát teljesen le kell állítani, nehogy tönkremenjen. Könnyen kiszámítható, hogy 25 km/óra sebességgel haladó 1 kg levegő mozgási energiája (m*v2/2) kb. 24 joule. Egy köbméter levegő ezért maximum 24*1,293 = kb. 30 joule energiát lenne képes leadni. A szélerőmű hatásfoka azonban semmivel sem jobb, mint egy vízerőműé, ezért a nettó villamos energia termelés legfeljebb 18 joule. 
Ez azt jelenti, hogy egy szélturbinán legalább 60.000/18 = 3.300 köbméter levegőt kell átáramoltatni, ha – optimális szélsebesség mellett – annyi energiát szeretnénk termelni, mint amennyi egy vízerőműben egy köbméter vízből kinyerhető. Csakhogy a szélsebesség csak nagyon ritkán szokott éppen optimális lenni.

 
A különbséget azzal is szemléltethetjük, ha figyelembe vesszük, hogy egy szélturbinán hasznosítható nyomásesés mindig több nagyságrenddel kisebb, mint egy vízturbinán. Miközben egy vízturbinán a nyomásesés több atmoszféra (bar) is lehet, ami több 10 méteres vízoszlopnyomásnak felel meg, egy szélturbinán legfeljebb néhány cm vízoszlopnyomásnak megfelelő nyomásesés alakulhat ki. A túl nagy légköri nyomáskülönbség pedig akkora vihart okozhat, amely tönkre teheti a szélturbinát. 
Az utóbbi évtizedek egyik legnagyobb pusztító erejű vihara pl. a Katrina nevű hurrikán volt, amely 2005. aug. 29.-én romba döntötte az amerikai New Orleans nagyváros épületeinek jelentős részét. A hurrikán belsejében a légköri nyomás kb. 920 mBar volt, szemben a forgószél-tölcsér külső peremén mérhető kb. 1001 mBar nyomással. A nyomáskülönbség tehát mintegy 81 mBar volt, ami azt jelenti, hogy a 200 km/óra feletti sebességű szelet kb. 80 cm magasságú vízoszlopnak megfelelő nyomáskülönbség idézte elő. 
Egyetlen vízturbina teljesítményének kiváltása csak több ezer szélturbinával volna lehetséges, ha pedig egy egész ország villamos energia termelését szeretnénk szélerőművekkel megoldani, az ahhoz hasonlítható, mintha több millió zseblámpaelem összekapcsolásával próbálnánk meghajtani egy villanymozdonyt. 
Egy vízerőmű teljesítményével összemérhető szélerőmű létesítéséhez hatalmas szélturbina erdőt kell felépíteni, és ebbe nagyságrendekkel több acélt, rezet, műanyagot, szigetelőanyagot, elektronikát, stb. kell beépíteni, mint az azonos teljesítményű vízerőműbe, és ezek legyártásához a nyersanyagok kohászati, vegyipari, stb. módon történő előállítása óriási környezet terhelést okoz. 


Erre persze azt lehetne válaszolni, hogy ha egyszer meghoztuk ezt az áldozatot, akkor ettől kezdve a szélerőmű ingyen termel. Csakhogy az ilyen erőművekben rendszeresen előfordulnak meghibásodások, ezért rendszeres karbantartási, javítási, és alkatrészcsere problémák is felmerülnek. Ráadásul az ilyen erőművek sem tartanak örökké. Élettartamuk néhány évtizedre becsülhető, amelynek lejárta után ezeket le kell bontani, és meg kell szabadulni az így keletkező veszélyes hulladékoktól. 
Mindezek miatt a szélenergia ma a legdrágább energia a napenergia után. Több országban ezért az állam szubvencionált felvásárlói árat garantál az energiatermelőknek. Így azután ez a megújuló energia nagyon sokba kerül az adófizetőknek és a felhasználóknak. Talán nem véletlen, hogy Európán belül Dániában a legdrágább a villamos energia.
Ha pedig felbecsüljük a létesítés és a felszámolás során jelentkező környezetterhelést, és ezt elosztjuk az erőmű élettartama alatt termelt hasznosítható villamos energiával, kiderül, hogy környezetterhelési szempontból is a megoldás hozadéka meglehetősen csekély. De még ezt a hozadékot is tovább rontja az a körülmény, hogy a szélturbina csak akkor termel energiát, ha fúj a szél. 
Mivel a villamos energia nem tárolható, ezért a villamos hálózatba minden pillanatban annyi energiát kell betáplálni, amennyit abból a fogyasztók éppen kivesznek. Szélerőművek kiszámíthatatlan teljesítmény ingadozását csak úgy lehet kompenzálni, ha a hálózaton működő szabályozható erőművek teljesítményét folyamatosan változtatjuk. 
Ez azt jelenti, hogy hagyományos erőműveket kell készenléti (stand-by) üzemmódban járatni, hogy a kieső energiát bármikor pótolni tudják. Emiatt a széndioxid kibocsátás vonatkozásában a nagy teljesítményű hálózati szélerőművek nettó hozadéka gyakorlatilag zérus. 


Mint említettük, egy országos villamos energia hálózat csak akkor működik stabilan, ha az erőművek által betáplált, valamint a fogyasztók által kivett energia mindig egyensúlyban van. Ha az egyensúly hirtelen megváltozik, a rendszerben ugrásszerű feszültségingadozás léphet fel. Ilyen esetben a katasztrofális károk elkerülése érdekében egy önműködő védelmi rendszer automatikusan lekapcsol a hálózatról egyes fogyasztói körzeteket és/vagy erőműveket. A lekapcsolás azonban szerencsétlen esetben újabb lökésszerű egyensúlyi problémát okozhat, aminek következményeként esetleg az egész rendszer működése rövid idő alatt lavinaszerűen összeomlik. Hasonló áramszolgáltatási probléma okozta pl. néhány évvel ezelőtt New-York-ban a több napos áramszünetet. 
A részletesebb számítások azt mutatják, hogy ha a nem szabályozható „zöld” erőművek összes teljesítménye eléri a teljes hálózat teljesítményének 10%-át, a hálózat instabilitásának kockázata megengedhetetlenül magassá válik. Emiatt az országos hálózatra rákapcsolható nem szabályozható erőművek üzembe állítása hatósági engedélyhez van kötve, és az engedélyezhető kontingens a legtöbb országban limitálva van. Sőt, egyes országokban további ilyen erőművek létesítését ma már törvény tiltja. 
Dániában pl. három tengerparti szélenergia-park terveit törölték, Spanyolország jelentősen csökkenti a szélerőmű létesítések támogatásának mértékét, Németország és Ausztria csökkenti az adókedvezményeket és lassítja a szélerőművek terjedését, Japánban korlátozzák a hálózatra kapcsolható szélturbinák számát, Írország pedig egyenesen megtiltotta a hálózatra csatlakozást újabb turbinák számára. 


És most lássunk egy konkrét példát egy korszerű hazai szélerőműre, és vizsgáljuk meg a Rácalmás közelében található Kulcs község mellett létesített szélturbina adatait.
A 44 méter átmérőjű rotor tengelye 65 méter magasan, vagyis 22 emeletnyi magasságban helyezkedik el és három darab állítható állásszögű lapátból áll. Percenkénti fordulatszáma 18 és 37 között változik. A turbina 200 pólusú, 600 kilowatt névleges teljesítményű szinkron generátort hajt, és a megtermelt váltakozó áram egyenirányítás és inverteres átalakítás után transzformátoron keresztül a középfeszültségű 20 ezer voltos hálózatra csatlakozik.
A szélturbina iránya forgatható, és úgy van kialakítva, hogy egy automatika mindig a megfelelő helyzetbe állítja.
A villamos energiatermelés 2,5 m/sec (kb. 9 km/óra) szélsebesség esetén indul be, és akkor termeli a legtöbb áramot, ha a szélsebesség 
7 m/sec (kb. 25 km/óra) körül van. Efelett a teljesítmény fokozatosan csökken, és ha a szélsebesség eléri a 25 m/sec (kb. 90 km/óra) értéket, a turbinát biztonsági okokból le kell állítani. 
Az Interneten olvasható adatok szerint a szélerőművön 1994-1997 években összesen 628 villámcsapást regisztráltak, ezek azonban nem okoztak kárt, mert a berendezés el van látva hatékony villámvédelemmel, sőt a rotor lapátokon képződő villamos töltések folyamatos levezetését is sikeresen megoldották. 
Ugyanitt olvasható, hogy az erőmű évenként mintegy 1.250.000 kWh (kilowattóra) villamos energiát termel. Mivel egy év 8.760 órából áll, ez azt jelenti, hogy az átlagos teljesítménye kb. 143 kilowatt, ami a névleges teljesítmény kb. 24%-a. Ez átlagon felül jónak mondható, mivel a nemzetközi összehasonlító adatok szerint a szélerőművek átlagosan csak a névleges teljesítmény 14-18%-át képesek produkálni. 
A 143 kWatt átlagos teljesítmény egyúttal azt is jelenti, hogy pl. a Paksi Atomerőmű teljesítményét kb. 20 ezer darab ilyen szélerőművel lehetne kiváltani, feltéve persze, ha valahogyan meg lehetne oldani, hogy mindig olyankor fújjon a szél, amikor nagy a fogyasztás. 


Most nézzük meg, hogy mekkora lehet a példa szerinti szélturbina kerületi sebessége. A 44 méteres rotor átmérő mellett a rotor által súrolt kör kerülete 138 méter, és a percenkénti fordulatszáma 18 és 37 között ingadozik. A kerületi sebesség tehát 150–300 km/óra között van. Ennek ellenére a turbina állítólag nem okoz kárt a madarakban és bogarakban.
Ettől eltérő adatot olvashatunk azonban egy másik honlapon. Innen ugyanis azt tudhatjuk meg, hogy egy 2002-es tanulmány szerint Spanyolországban minden évben mintegy 350 ezer denevér és 3 millió kisebb madár pusztul el a szélturbina lapátokkal való ütközések miatt. Az Egyesült Államokban pedig a Backbone Mountainon West (Virginia) településnél működő turbina farm 2 hónap alatt 2.000 denevérrel végzett, mert ezt a létesítményt szerencsétlen módon éppen a denevérek vonulási útjába telepítették. 
Mindezek ellenére a szélenergiának lehet bizonyos szerepe a környezetbarát energia termelésben, de nem valószínű, hogy ez fogja megoldani az emberiség energia problémáit. Minden lehetséges szempontot figyelembe véve ugyanis a szakértők úgy tartják, hogy a szélerőművek legfeljebb az emberiség számára szükséges energia termelés 2–4 %-át tudnák csak fedezni.
Ezen belül is a hasznosítás fontos területe lehet olyan kis teljesítményű szélkerekek alkalmazása, amelyek nem kapcsolódnak rá az országos hálózatra, hanem a termelt energiát helyben használják fel családi házak, farmok, vagy egyéb létesítmények, főleg olyan földrajzi területeken, ahol az elektromos hálózatra való csatlakozás nehézségbe ütközik. 
Az Interneten olvasható adatok szerint jelenleg (2008. évben) egy családi ház ellátásához megfelelő 2 kilowatt teljesítményű kis házi szélerőmű beruházási költsége 3 millió forint (kb. 13.000,- EU) körül van. Az ismertetett megoldásnál a megtermelt 3 fázisú váltóáramot töltésszabályzó egység konvertálja át 12/24/48 Voltos egyenárammá, amellyel akkumulátorokat töltenek. Az akkumulátorokból azután inverter segítségével állítják elő az 50 Hz frekvenciájú hálózati feszültséget.
A BBC News honlapján olvasható híradás szerint szélturbinát épít házának hátsó udvarán egy idős skóciai házaspár. A mini erőmű 60 ezer angol fontba kerül, és két lakóház villamos energia ellátására és fűtésére elegendő áramot termel. A tervet engedélyezte a helyi önkormányzat, ámde kifogásolták az erőmű méreteit. A terv ugyanis 27 méter (9 emelet) magasságú toronnyal számol, amelyen három, csaknem hatméteres hosszúságú lapát forog. A tornyot emiatt jelzőfénnyel kell ellátni, hogy észlelhető legyen repülőgépek számára. 


Érdemes néhány szót szólni a szélerőművek esztétikai vonatkozásairól is. Minden emberi alkotás beavatkozik a táj képébe, és idő kell hozzá, hogy az emberek megszokják és elfogadják az újdonságot. Annak idején például a párizsi Eiffel-tornyot le akarták bontatni, mert ízléstelennek találták. Az esztétikai vélemény a turbinákkal kapcsolatban is az emberek megítélésétől függ, és csak az idő döntheti el, hogy a szélturbina erdők látványa mennyire lesz tájba illő és esztétikailag elfogadható. 
Ami a hazai lehetőségeket illeti, Radics Kornélia doktori értekezéséből (ELTE, 2004.) megtudhatjuk, hogy Magyarországnak van „szélenergia-kincse”, amit elődeink annak idején a kor technológiai lehetőségeinek megfelelően fel is használtak, főleg malmok működtetéséhez, és víz-szivattyúzáshoz. Az értekezés az OTKA (Országos Tudományos Kutatási Alap) által 1994-ben támogatott vizsgálatok eredményeire hivatkozva megállapítja, hogy Magyarországon a legnagyobb házilag hasznosítható energiát 10 méter magasságban a 4-9 m/sec sebességű szelek hordozzák, és ezt érdemes használni kis szélkerekek esetében. A szélenergia hasznosítására leginkább az északnyugati országrész alkalmas, de a délkeleti területek is rendelkeznek számottevő hasznosítható szélenergiával.

Héjjas István/ Zöld Válasz/zoldvalasz.hu/