Balogh Antal
okl. gépészmérnök, MBA
műszaki igazgató
Megújuló energiaforrások
„SZÉLERŐMŰVEK”
2. előadás 2010. március 19.
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 aszinkrongenerátorralműködő géptipikusberendezései.
Aszinkron PÉLDA 1. – BONUS 1300 kW
Aszinkron PÉLDA 2. – GAMESA G8x 2000 kW (a VESTAS igen hasonló)
A SZÉLTURBINÁK FELÉPÍTÉSE 2.
A szinkrongenerátorralműködő gépgondolájasokkalkisebb.
E70
AERODINAMIKAI ALAPOKA FELHAJTÓERŐ
A korszerű szélturbinák a torony mögötti turbulenciamiatt 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 hirtelenturbulenssé válik:A felületi érdesség nagyon fontos → polírozás!A „stall” fellépésekor megszűnik a felhajtóerő, ami alapátra igen veszélyes, akár káros is lehet (intenzívdinamikus erőhatás)!
ROTOR AERODINAMIKA
A lapát hossza menti különböző kerületisebességek miatt a rotor forgásából és az azt támadószél sebességéből összeadódó eredő sebességek isváltoznak.Ebből az is következik, hogy a korszerű lapátok ahossztengelyük mentén elcsavartak.A leválás elkerülése érdekében törekedni kell azoptimális „támadási szög” beállítására a lapát teljeshosszán.A leválás mindig a lapát tövénél kezdődik!
AERODINAMIKAI SZABÁLYOZÁS
Pitch controlStall control (Active → pitch steps + Vortex generator)
SZÉLIRÁNYKÖVETÉS
Yaw mechanismA „yaw error” elkerülése roppant fontos! Aszöghibával járó rotor jelentős dinamikus (fárasztó)igénybevételnek van kitéve (a szög mértékétől függőeltérő kétoldali erők miatt → koszinuszos arány!).Mechanikus fékrendszert is szükséges installálni!
A VILLAMOS HÁLÓZATRA TÁPLÁLÁS 1.
A modern szélturbinák általában ún. indirekt hálózaticsatlakozásúak, függetlenül a generátor típusától:Előnyei: optimálható változó fordulatszám,„nyomatéktárolás”, meddő energia szabályozhatóság.Hátrányai: drága teljesítmény-elektronika, nagyobbvillamos önfogyasztás, harmonikus torzítás(felharmonikus-szennyezés → „THD”, flicker).
A VILLAMOS HÁLÓZATRA TÁPLÁLÁS 2.
Az indirekt hálózaticsatlakozás vázlataegy adott géptípusra(ún. kaszkádkapcsolás).
A fenti géptípusbólkészülő szélerőműpark egyvonalaselvi sémája:
SZÉLTURBINA KONSTRUKCIÓK
A modern szélturbinák kizárólag vízszintestengelyűek. Jellemzőjük az ún. gyorsjárási tényező:A függőleges tengelyű (pl. a Georges Darrieusnevével fémjelzett egyetlen piacképes) szélturbinanapjainkban 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 valamilyenműanyag (poliészter vagy epoxi), jellemzően üvegszálerősítéssel. A karbon- vagy aramid (Kevlar) erősítésűműanyagok jóval drágábbak. A lapátokat intenzív fárasztóvizsgálatokkal tesztelikmindkét igénybevételi főirányban.Élettartamuk akár a 20-30 évet is elérheti. (Üzemelésikörnyezetben gazdasági optimum determinálja!)
GYÁRTÁS, ANYAGTECHNOLÓGIA 2.OSZLOPOK
A ma leginkább elterjedt megoldás a hengeres, kúposacél csőtorony. Az elemek hengerítéssel éshegesztéssel készülnek, melyeket belső peremencsavarkötéssel rögzítenek egymáshoz: A rácsos, vagy az ún. lehorgonyzott oszlopokleginkább esztétikai okokból váltak elavulttá. Terjedugyanakkor a vasbetonból készülő elemek használata!
GYÁRTÁS, ANYAGTECHNOLÓGIA 3.GÉPALAPOK
A szél rotorra ható komoly nyomóerejét az oszlop avasbeton alaptestre viszi át, melyet a talajba rögzítünk.Alapcsonkos kötés:Tőcsavaros kötés:
VILLAMOS KÁBELEZÉS 1.
A gondolábóla generátorról(és/vagy a főtranszformá-torról) atoronybanvezetik le avillamos (jel-és erőátviteli)kábeleket.(A csavarodásszámlálónagyonfontos!Szintúgy aföldelésmegoldása!)
VILLAMOS KÁBELEZÉS 2.
Erőműparkkonfigurációesetén azegyes tornyokhurkokbaszervezettenkerülnekösszekötésre,majd a termeltenergiát avillamosalállomásbatovábbítják:Fontos azoptikaikábelezés 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 hatóságokelőírásaikban a dB(A) súlyozott skálát használják. Hallásküszöb: 030 -Suttogás60 -Normál beszéd90 -Városi közlekedés háttérzajInfrahang!120 -Rock koncert(<20 Hz)150 -Sugárhajtómű 10m-re
SZÉLERŐMŰVEK ÉS A KÖRNYEZET 4.ÁRNYÉKHATÁS
A szélgép vetülő árnyékának vándorlása a napfolyamán:Az árnyék méretét az évszak is befolyásolja, azoszlopmagasság azonban csak kevéssé.
SZÉLERŐMŰVEK ÉS A KÖRNYEZET 5.FAUNA ÉS FLÓRA
A szélerőmű telephelyek gondos megválasztásával anegatív hatások gyakorlatilag elhanyagolhatók!A mortalitási mutatók az egyéb humán tevékenységek(pl. közlekedés, elektromos távvezetékek, épületek)összehasonlításában elenyészők, minimális élettérszűkülés azonban elismerhető a madárvilágvonatkozásában. Emlősökre csak átmeneti zavarhatás.
SZÉLERŐMŰVEK ÉS A KÖRNYEZET 6.TERMÉSZETVÉDELEM
A természetvédelmi szempontból engedélyezhetőszélerőmű 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 vonatkozómagasságban; a „WTG cut-in speed”-je felett) igengyakran 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 szektorbanjelenleg (és várhatóanmég hosszú évekig) aszélenergia hasznosításaa leggazdaságosabb, alegversenyképesebb!
EU IRÁNYELVEK, HAZAI VÁLLALÁSOK
A biomassza (fa) felhasználáskorlátait elérte, az energia-növények termesztése késik,mi a hazai „zöld jövő”???
AKI SZELET VET…
„A magyar VER jelen műszaki állapotábancsak korlátozott mértékben teszi lehetővé időjárástólfüggő (kényszermenetrendes) erőművi kapacitásokbeépítését…”A nagyobb szélparkok előkészítése 3-5 évig is eltart!Egyébiránt, világgazdasági válságciklusok kora van…
Tel./Fax: 06 96 618 633 Mobil: 06 30 557 1947
Email: balogh@energych.hu
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!Kapcsolat:MOV-R H1 Szélerőmű Kft.Balogh Antalműszaki igazgatóCím:9023 Győr,Körkemence u.8., II/37.