Environmental protection | Air quality » A szélenergia felhasználási területei

A szélenergia felhasználási területei 1. Rövid történeti áttekintés A legkorábbi szélenergia hasznosítás valószínűleg a vitorlás hajó gondolata volt. Az első szélkerekek, melyek mechanikus munka végzésére is alkalmasak voltak (szélmalom, vízemelő szerkezetek) az Iráni Afgán határ közelében kerültek elő. A történelmet illetően más feljegyzések is vannak. Ie 1971-ben Dismaskhi ókori arab tudós már beszámolt ilyen szerkezetekről, melyekről rajzok is készültek. Ezek függőleges tengelyű forgó malmok voltak Európában a 9-12-13. századtól találunk nyomokat a szélmalmok megvalósítására A Németalföldön „hollandi” típus terjedt el, míg Németországban a „Bock” malom volt a jellemző. A múlt században hazánkban is sok szélmalom működött, főleg az alföld területén Ezek mechanikus áttétellel működtek, főleg gabona őrlésére használták. A villamosság felfedezése után megjelentek az első

szélgenerátorok, melyek már villamos áramot termeltek. Mintegy 1850 óta folynak Európában komoly kutatások és fejlesztések, ennek ellenére sokáig nem készült csak 50 kW alatti teljesítményű eszköz. Az első 100 kW feletti szélgenerátort 1931-ben a Krimben állították fel (Balak erőmű) A 90-es évek elején a legnagyobb berendezés 0,5 MW teljesítményű volt, napjainkban az 5 MW teljesítményű generátorok munkába állása várható. Ma a világon 30 GW kapacitás épült ki eddig 2. Szélturbinák, szélgenerátorok, szélmotorok az áramtermelésben Az első világháború folyamán a repülő gépek fejlesztése révén rövid idő alatt tisztázódtak az áramlástani problémák, ami a szélenergia hasznosításának kérdésében is gyors fejlődést idézett elő. A vizsgálatok nyomán alakultak ki a modern légcsavarprofilok. Az áramló levegő és a légcsavar közötti kölcsönhatás elméleti összefüggései alapján új tudományágként

született meg az aerodinamika. Egyik fontos területén – az ún örvényelméletben – a magyar származású Kármán Tódor is jelentős eredményeket ért el. Az 1980-as évektől a szélenergia az egyik legígéretesebb megújuló energiaforrásnak számít. Az igen dinamikusan növekvő keresletnek megfelelően ma már a világon számos cég foglalkozik villamos szélgenerátorok gyártásával. A terméklista igen széles: 100-200 W-os kisgépektől a 2-3 MW tartományig terjed változatos kivitelben. A megnevezésekkel kapcsolatban igen eltérőek a szokások. Mint, ahogy a nemzetközi irodalomban és azonos nyelveknél, de különösen az egyes nyelvterületeken egy-egy szerkezeti elemre különféle elnevezések használatosak, úgy a hazai szóhasználat is sokféle, mind a köznyelvben, mind a szakirodalomban. - szélmotor (mechanikus energia) - szélerőgép (mechanikus, ritkábban villamos energia) - szélturbina (villamos energia) - szélgenerátor (villamos

energia) - szélerőmű (villamos energia) Mindegyik kifejezés elfogadható, hiszen a lényeget, a funkciót fejezi ki, mégpedig a szélenergia átalakítását más energiaformákká. A szélből nyert hajtóenergia ugyanúgy felhasználható generátorok hajtására, mint más erőforrás, természetesen sajátos szabályozással. A korszerű villamos szélerőművek rendszertechnikailag alapvetően hasonlítanak más energiaforrással működő erőművekhez. A telepítés kezdetben egyedi, később négy-öt manapság nagyobb csoportokban történik [53]. 3. Szélgenerátorok, teljesítménykategóriái Szélgenerátorokat az alapvető kivitelük szerint három csoportba sorolhatjuk: A kicsi, különálló turbinák csoportja, amelyek akkumulátortöltésre, fűtésre használnak (10 kW tartomány alatt). Ezek a villamos hálózatoktól távol eső helyeken gazdaságosság szempontjából a legsikeresebbek. Jelenleg 200000 akkumulátortöltő kis szélturbina üzemel a

világon. Alapkivitelben a generátorok akkumulátorokat töltenek és a tárolt energiát a későbbiek során a célnak megfelelően alakítják át. A legegyszerűbb, ha a háztartási berendezések közvetlen az akkumulátorok egyenfeszültségéről működnek (rádiók, televíziók, hűtőszekrények stb.) Előnyösebb lehet, ha a telepekben tárolt energiát invertereken keresztül ismételten váltakozó feszültség 50Hz-es energiává alakítják át, s így a hagyományos háztartási berendezések közvetlenül üzemeltethetőek. Az így nyert energia költsége duplája is lehet a hálózatból nyert villamos energiának, vagyis olyan helyeken nem gazdaságosak, ahol hálózati villamos energia is rendelkezésre áll. A második csoportba tartoznak a hibrid energiarendszerek közepes méretű szélturbinái (10150 kW tartomány), amelyeket más energiaforrásokkal is kombinálnak, pl. fotoelektromos cellák, gyakrabban dieselgenerátorok. Felhasználhatóak vízhálózat

vagy akkumulátorok töltésére vagy más speciális célokra pl. sótalanítás A harmadik csoportba tartoznak a közép- illetve nagyméretű szélturbinák, melyek teljesítménye a 80-as évek óta 100-ról 1.500-3000 kW-ra nőtt [53] 4. Szélerőgépek egyéb szempontok szerinti osztályozása Szerkezettanilag, a lapátkerék kialakítása szerint alapvetően két típust különböztethetünk meg. Az egyik a lassú járású kivitelnél alkalmazott egyszerű profilok, a másik a gyorsjárású berendezéseknél alkalmazott nagy szakértelemmel tervezett áramvonalas profilok (pl. kompozit műanyagból). Tengelyelrendezés szerint vízszintes és függőleges kivitelek különböztethetőek meg. - Néhány jellemzőbb függőleges tengelyű megoldás: savonius, lemezes, csészés, darieus, giromil, turbina, magnus, deflektoros, napenergiás, Ventúri-cső, zárt örvényturbina. - Függőleges tengelyű konstrukciók a geometriai formák szerint: „H”, delta, diamond, „Y”,

PHIØ, - Vízszintes, a széliránnyal párhuzamos tengelyű kivitelek: egy- két- három lapátos, többlapátos (amerikai), bicikli kerék alakú, széllel szembe vagy háttal forduló, több rotoros, vitorla szárnyú, keresztszelet felhasználó, diffuser, stb. Az energia konverzió szempontjából két alapvető változat: villamos, vagy mechanikus energia előállítása. A vízhúzó, szivattyúkat hajtó szélmotoroknál a lapátkerék forgó mozgását kulisszás, excenteres hajtóművek alakítják át a szivattyú által hasznosítható egyenes vonalú mozgássá. Ha a lapátkerék a szögsebességet csökkentő áttételi mechanizmust hajt, és azt követően alakítják át a forgási energiát alternáló mozgássá, a lassabban mozgó tolórúd jól használható dugattyús szivattyúk hajtására. Ilyen célú szélerőgépeknél leginkább a tíznél több, soklapátos változatokat alkalmaznak és becslések szerint milliós nagyságrendben működnek világszerte.

Nagy előnyük az egyszerű hajtáskivitel, hátrányuk az igen nagy vitorlafelület miatt nehezen kivitelezhető viharvédelem. Villamos hasznosítású szélerőműveknél a háromlapátos változat teszi ki a világ szélgenerátor állományának nagy részét. A szárnylapátokon a szélnyomás hatására aerodinamikai erő képződik, s az így kialakuló nyomaték hozza forgásba az energia átvételi tengelyt. A szélerőműveknél szinkron és aszinkron generátorokat alkalmaznak, a nyomatékváltó nagy igénybevétele miatt egyes gyártók előtérbe helyezik az ún. gyűrűs szinkron generátort, mely nyomatékváltó nélkül közvetlen hajtást kap a rotortól. A szélirányba állításra, ill. viharvédelemre a kisebb berendezéseknél különféle mechanikus egységek alkalmazhatók, míg a nagy erőműveknél komplikált rendszerek, PCU vezérlésű elektromechanikus, elektrohidraulikus rendszerek szükségesek. A szélerőművek gépházai általában 3 teljes

körbefordulásra képesek. Egy passzív fékberendezés a védelem az esetleges túlfordulás ellen. Ha a fék üzembe lép, akkor leáll a turbina, és a motor automatikusan visszafordítja a gépházat. Az állványzat kialakítása igen sokféle lehet. Leggyakrabban alkalmazott – különösen a nagyobb berendezéseknél – csőállvány, kisebb berendezéseknél a rácsos szerkezet. A kifejezetten nagy berendezéseknél – főként szállítási okok miatt – napjainkban ismét előtérbe kerültek a különféle rácsos szerkezetek, sőt monolit vasbeton tornyokkal is kísérleteznek. A tartószerkezetek (oszlopok) anyagai lehetnek fa, acél, beton stb. Geometriai alakjukat tekintve leginkább egyenszilárdságú szerkezeteket használnak [53]