| |
Zala Megyei Vállalkozásfejlesztési Alapítvány
|
| A vállalkozások tanácsadója
|
| Zala Megyei Vállalkozásfejlesztési Alapítvány
8900 Zalaegerszeg, Köztársaság u. 17; Telefon/Fax: 92/316033; email: infozmva@zmva.hu |
|
|
A szélenergia hasznosítási módjai és alkalmazási területei
A szél teljes mozgási energiáját 100 TW teljesítményűre becsülik, de 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 meghaladja 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. Így Magyarország viszonylag szélcsendes zugnak számít, még ha ezt egy-egy tomboló helyi vihar cáfolja is. Budapesten az átlagos szélsebesség 1,8 m/s és még Mosonmagyaróváron, hazánk legszelesebb csücskén sem haladja meg az 5 m/s értéket. Nyíregyházán van 4-5 m/s, sőt ennél nagyobb szélsebesség is, de nem tart annyi ideig, hogy ezt tartósan ki lehessen használni. Ráadásul a szél energiasűrűsége aránylag kicsi, 40-60 W/m2.
A szél időben változó intenzitású energiaforrás, ezért nagy jelentősége van a helyszínen végzendő szélméréseknek és a kapott eredmények megfelelő kiértékelésének. Szélgépet csak olyan helyen érdemes telepíteni, melynek környezeti viszonyai és domborzati fekvése megfelelő szélenergia kinyerésére, hiszen a domborzat és a különböző tereptárgyak nagymértékben befolyásolják a szél áramlási képét. Tehát helyi szélsebesség és szélirányméréseket kell végezni. A mérések alapján felvett időben változó szélenergia áramok pontos leírásához, elemzéséhez statisztikai módszerek szükségesek. Az így kapott eredmények már kellő információval szolgálnak a berendezések üzemeltetéséhez is.
Energiatermelés céljából a 30-200 méter talajszint fölötti magasság a megfelelő. A mérőberendezést általában maximum 20 méteres talajszint feletti magasságokban tudjuk elhelyezni, ezért a szélsebességet a kívánt magasságra át kell számolni. A szél munkavégző képességét a sebessége meghatározza. A szél sebessége (és teljesítménye) a magassággal arányosan nő. A legmegfelelőbb gépet szélgenerátorokat gyártó cégek ajánlataiból ki lehet választani. Számos cég foglalkozik szélgépek gyártásával, a 100 W-ostól a néhány MW teljesítményűig bezárólag.
A szélturbinák (szélmotor)
A szélenergia befogása ún. szélturbinákkal (szélmotor) történik. A szélturbinák közös jellemzője a magas műszaki színvonal, a rendkívül megbízható működés és a csekély karbantartási igény.
Fő részeik az állvány, a generátor, a sebességváltó rendszer, a vezérlőegység és esetleg a fék. Teljesítményük változó lehet: általában 10-100 kW között van, de nagyobb leadott teljesítményre képes szélturbinák is léteznek. Előzetes mérések után természetesen csak szélfúvásos területre érdemes telepíteni őket, de mivel a szél nem folyamatosan fúj és erőssége is változó, a szélturbinák nem szolgáltatnak egyenletesen áramot. Ezen ugyan lehet segíteni akkumulátorokkal, de sokkal jobb megoldás a szélturbinák elektromos hálózathoz csatlakoztatása. Az aszinkron generátoros motorok a hálózattal párhuzamosan és frekvenciában ill. feszültségben attól szabályozva működnek. Így a generátor és a hálózat is védve van az esetleges hibák által okozott károsodástól. Az aszinkron generátorok ezenkívül egyszerű szerkezetűek, tartósak, kevés karbantartást igényelnek és kedvező a teljesítmény/ár viszonyuk is. A korszerű szélturbinák rotorjai az emelés elvén működnek: a szél a lapát mentén emelőerőt hoz létre és forgás közben további felhajtóerőt biztosít. A lapátok a végük felé elvékonyodnak és meg is csavarodnak, így felületük mentén kicsi az ellenáramképződés. A vezérlőegység érzékelői több lényeges paramétert (feszültség, túláram, terhelés, vibráció, túlsebesség, csapágy- és kenőanyag hőmérséklet) mérnek. Amikor a szél sebessége eléri az indításhoz szükséges értéket, kiengedik a féket, túlsebességnél működésbe hozzák.
Mivel a szél, mint időjárási jelenség kötődik az évszakokhoz, nem mindegy, hogy mikor és mennyi energiát tudunk termelni vele és azt mire hasznosítjuk. Nyáron viszonylag kevés a szeles időszakok aránya, míg az átmeneti évszakokban és télen az időjárás szélben gazdag. A nyári, gyenge szeles időszakban a szélturbina a szélenergia hasznosításának optimális eszközei, elsősorban vízszivattyúzásra, az átmeneti évszakokban, télen a szélturbinák, villamos energia termelésére, melegvíz előállítására, fűtésre. Ha célunk az, hogy egész évben biztosítsuk a villamos energia ellátást, a hibrid rendszer az optimális megoldás. A szélturbina 3 fázisú váltóáramot termel, ez lehetővé teszi nagyobb távolságokban a villamos energia csekély veszteséggel járó átvitelét. Ez biztosítja azt az előnyt, hogy a szélturbina telepítési helye és az energia felhasználási helye között nagyobb távolság létesíthető. A szélturbina egyik optimális alkalmazási területe a melegvíz előállítása és a fűtésrásegítés. A rendszerben elmarad a töltésszabályzó egység alkalmazása, a szélturbina egy csatolóegységen keresztül egy fűtőpatront lát el villamos energiával. A szabványos kialakítású fűtőpatron melegvíztárolóba, fűtési puffertartályba csavarozható. Akkumulátor töltése esetén a megtermelt 3 fázisú váltóáramot egy töltésszabályzó egység konvertálja át 12/24/48 Voltos akkumulátorok töltésére alkalmas egyenárammá és egyben szabályozza az akkumulátor töltési folyamatát, valamint megakadályozza az akkumulátor élettartamát károsan befolyásoló túltöltést, túlzott kimerítést. Valamennyi járatos akkumulátortípus töltésére alkalmazható a töltési folyamat paramétereinek beállításával.
Üzemeltetési módok
A szélerőműveket általában két módon üzemeltetik:
- Szigetüzemben, azaz a termelt villamos energiát saját célra, a közcélú elosztóhálózattól függetlenül hasznosítják.
- A villamos áram hálózatra kapcsolva, azaz a villamos áramot közcélú elosztóhálózatra táplálva.
A termelt áram villamos hálózatra táplálásának elvi vázlata(Forrás: Dr. Tóth László)
A szélenergia felhasználási területei
Villamos energia előállítása
A szélgenerátoros villamos energia-termelés az európai országok közül különösen Dániában vált népszerűvé. Dániában jelenleg több mint 1000 közepes teljesítményű szélgenerátor termel villamos energiát 50-150 kW teljesítménnyel. Az ottani gazdasági kalkulációk szerint a beruházási költség 2000-4000 $/kW körül alakul. A farmerek és szövetkezetek ezeket a berendezéseket jelentős haszonnal tudják üzemeltetni. Amennyiben a termelt villamos energiát közvetlenül használják fel, akkor akkumulátorokat kell használni. A szélgépes áramfejlesztők elsősorban ott terjedtek el, ahol az elektromos vezetékrendszer nincs kiépítve, vagy kiépítése nem gazdaságos. A jelenleg használatos robbanómotoros áramfejlesztők helyettesítése a gazdaságosabban üzemeltethető szélgenerátorokkal elősegítheti a legelőterületek, távoli majorok, telepek villamos energiával való ellátását is.
Víz kiemelése
A szélmotorokat a mezőgazdaságban is (pl. víz kiemelésére, ill. egyéb gépek meghajtására) alkalmazzák. A szivattyúkat hajtó belső égésű motorok energia igénye jelentős. Ezért, ahol állandó szélmozgás van és nincs hálózati villamos energia, szélmotorral hajtott szivattyúk alkalmazása a leggazdaságosabb. A szélgépes szivattyúk technikai megoldása eltér a villamos áram termelésére szolgáló szélgépektől. A jelenleg használatos típusok közvetlen meghajtásúak, a szélkerék áttétel nélkül hajtja meg a szivattyút, amely lehet dugattyús és membrános. Mivel a jelenleg alkalmazott szélgépek teljesítménye, forgási sebessége nagyban függ a szélsebességtől, ezért a turbinás szivattyúk alkalmazása nem jöhet számításba. Ezeknek a szivattyúknak a szállítóteljesítménye a fordulatszámtól nagymértékben függ. A vízhúzó ill. a vízátemelő szélmotoroknál a lapátkerék forgó mozgását kulisszás, excentrikus hajtóművek alakítják át a szivattyú által hasznosítható egyenes vonalú mozgássá. Ha a lapáttengely és a dugattyúrúd közé áttételi mechanizmust építenek akkor a dugattyún hasznosítható nyomaték is módosítható. Ezt a megoldást ott is lehet alkalmazni, ahol a vízszint a talajszinttől 20-30m mélységben van. Másik megoldás, ha a forgattyú membránszivattyút működtet. Igaz kevesebb a vízemelő magasság, de nagyobb mennyiségű vizet tud kiemelni. A külföldi és hazai tapasztalatok azt mutatják, hogy a szélmotoros szivattyúkat a mezőgazdaságban főleg legeltetéses állattartás ivóvíz ellátására használják. De gazdaságosan alkalmazható öntözésre is, de elsősorban felszíni öntözésnél.
A szélenergia tárolása
A szélenergiából szélgenerátorokkal átalakított villamos energiát akkumulátorok töltésére is lehet használni (általában 12-14 V feszültségen). A folyamatos energia biztosítás érdekében a szélgenerátor napelemekkel 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 12-14 V-os egyenáramú hálózatot táplálhat, vagy váltakozó árammá alakítható, s így valamennyi háztartási eszköz üzemeltethető vele. Ha több az áram, mint ami folyamatosan felhasználható, akkor a plusz mennyiség a kereskedelmi hálózatot táplálja. Jó példa erre Dánia, ahol a családi szélgépekkel megtermelt "fölösleges" energia az országos hálózatot táplálja. Ha az akkumulátorok feltöltött állapotban vannak és az energiára nincs szükség, a töltés szabályozó lekapcsolja a szélgenerátort az akkumulátorról. Az előállított energiát ebben az esetben hővé alakítja a rendszer, melegvizet állít elő a rendszer, ill. fűtési célt szolgál. Ha a fogyasztók olyan sok áramot igényelnek, ami miatt az akkumulátor majdnem eléri a mélykisülési határértéket, a töltésszabályozó lekapcsolja a fogyasztókat (mélykisülés elleni védelem). A szélenergia tárolásának egyik kémiai módszere lehet még a hidrogén tárolása. Ebben az esetben a szél által termelt villamos energiát vízbontásra használják fel. Az így keletkező oxigént és hidrogént palackokban, tárolják.
A szélenergia gazdaságossága
Nemzetközi egyezmények alapján a telepítés korlátok közé nem esik. Az árviszonyok okozta esetleges veszteségek enyhítése érdekében a szélenergia a világ majdnem minden országában államilag támogatott; vagy a termelt energiát támogatják, vagy a beruházást, azaz a berendezés létesítését. Sok országban 20-40%-al magasabb az energia szolgáltatók által a lakosság irányába eladott energia egységára, mint a szélenergiából nyerhető energia. Ez mutatja, hogy saját célra az energia előállítása a szél segítségével, ma már feltétlenül gazdaságos.
|
Megnevezés |
Benzin motoros |
Benzin motoros |
Szélgépek |
|
Névleges teljesítmény (kW) |
2,0 |
0,5 |
1,0 |
|
Éves összes üzemóra (h) |
1000,0 |
2000,0 |
2000,0 |
|
Termelt energia (kW/h) |
2000,0 |
1000,0 |
2000,0 |
|
Beruházási költség (eFt) |
40,0 |
55,0 |
120.0 |
|
Ebből: gép (eFt) |
25,0 |
40,0 |
100,0 |
|
kieg. berendezés (eFt) |
15,0 |
15,0 |
20,0 |
|
Amortízáció (eFt/év) |
8,0 |
4,4 |
9,6 |
|
Éves üzemelési költség (eFt) |
55,0 |
8,6 |
11,5 |
|
Ebből: jav. karbantart. (eFt) |
5,2 |
1,7 |
3,6 |
|
üzema. kenőa.(eFt) |
37,3 |
1,0 |
1,0 |
|
szállítás, egyéb (eFt) |
1,7 |
0,5 |
1,5 |
|
bér (eFt) |
10,8 |
5,4 |
5,4 |
|
Összes költség (eFt) |
63,0 |
13,0 |
21,1 |
|
Fajlagos költség (Ft/kW/h) |
31,50 |
13,00 |
10,55 |
|
A szélgépekkel végzett vízkiemelés gazdaságossági mutatói 2000 napos üzemelt esetén (kalkuláció) |
|||
|
Megnevezés |
STGV-3,6 |
STGV-2,6 |
STGV2 |
|
Névleges vízszállítás (H=10m)1/m |
25 |
22 |
32 |
|
Éves összes üzemóra (h) |
1100 |
1100 |
1100 |
|
Kiemelt vízmennyíség (m3/év) |
1650 |
1452 |
2112 |
|
Beruházási költség (eFt) |
190 |
57 |
56 |
|
Amortizáció (eFt/év) |
15,2 |
4,6 |
4,5 |
|
Éves üzemelési költség (eFt) |
9,8 |
8,6 |
8,6 |
|
Ebből: jav., karban., (eFt) |
1,7 |
1,5 |
1,5 |
|
üzema., kenőa., (eFt) |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
|
szállítás, egyéb (eFt) |
1,5 |
0,5 |
0,5 |
|
bér (eFt) |
6,0 |
6,0 |
6,0 |
|
Összes költség (eFt/év) |
25,0 |
13,2 |
13,1 |
|
Fajlagos költség (Ft/m3) |
24,4 |
12,3 |
8,3 |