Szlenergia Szl mint energiaforrs Mi a szl A

  • Slides: 40
Download presentation
Szélenergia

Szélenergia

Szél mint energiaforrás Mi a szél? A levegő megközelítőleg horizontális mozgása a szél, amit

Szél mint energiaforrás Mi a szél? A levegő megközelítőleg horizontális mozgása a szél, amit a föld felszínén létrejövő hőmérsékletkülönbségek okoznak. A szél mindig a magasabb nyomású pontokból fúj a kisebb felé.

Szél mint energiaforrás A szél tulajdonságait (sebesség nagysága, iránya; áramlás jellege) befolyásoló tényezők: Természetes

Szél mint energiaforrás A szél tulajdonságait (sebesség nagysága, iránya; áramlás jellege) befolyásoló tényezők: Természetes akadályok (domborzati viszonyok) Mesterséges akadályok (építmények)

Szélerőgépek munkavégzése Áramlástani alapfogalmak: Szélerőgépek a rajtuk átáramló levegő mozgási energiáját alakítják át munkává.

Szélerőgépek munkavégzése Áramlástani alapfogalmak: Szélerőgépek a rajtuk átáramló levegő mozgási energiáját alakítják át munkává. A szél munkavégző képességének vizsgálata során elhanyagolandó: – szélerőgép ellenállása; – levegősugár kibővülése a szélerőgép mögött; – szélerőgép hatásfoka; – légáram mozgási energiájának csökkenése.

Szélerőgépek munkavégzése Áramlástani alapfogalmak: Szélerőgép felületén időegység alatt átáramló légtömeg: A - szélerőgép aktív

Szélerőgépek munkavégzése Áramlástani alapfogalmak: Szélerőgép felületén időegység alatt átáramló légtömeg: A - szélerőgép aktív felülete, m 2 ρ - a levegő sűrűsége, kg/m 3 v 0 - a szélkerék előtti zavartalan szélsebesség, m/s

Szélerőgépek munkavégzése Áramlástani alapfogalmak: Levegőáram mozgási energiája (elméleti teljesítmény): A - a széllel szembeni

Szélerőgépek munkavégzése Áramlástani alapfogalmak: Levegőáram mozgási energiája (elméleti teljesítmény): A - a széllel szembeni felület, m 2 ρ - a levegő sűrűsége, kg/m 3 v 0 - a szélkerék előtti zavartalan szélsebesség, m/s

Szélerőgépek munkavégzése Áramlástani alapfogalmak: : A szél munkavégző képességének vizsgálata során figyelembe véve: –

Szélerőgépek munkavégzése Áramlástani alapfogalmak: : A szél munkavégző képességének vizsgálata során figyelembe véve: – a szélerőgép ellenállása; – és hogy a szélerőgépet elhagyó légtömeg mozgási energiája nem hasznosítható; meghatározható a szélből kinyerhető effektív teljesítmény.

Szélerőgépek munkavégzése Áramlástani alapfogalmak: Szélerőgép síkjában kialakuló légsebesség: , m/s Szélerőgép felületén időegység alatt

Szélerőgépek munkavégzése Áramlástani alapfogalmak: Szélerőgép síkjában kialakuló légsebesség: , m/s Szélerőgép felületén időegység alatt átáramló légtömeg: , kg/s Effektív teljesítmény: , W

Szélerőgépek munkavégzése Áramlástani alapfogalmak: : Az effektív teljesítménynek adott v 0 esetén akkor van

Szélerőgépek munkavégzése Áramlástani alapfogalmak: : Az effektív teljesítménynek adott v 0 esetén akkor van maximuma, ha vki=vbe/3. Maximális effektív teljesítmény: Ahol 16/27 az elméleti maximális teljesítménytényező, vagy Betz-féle viszonyszám. Jelentősége: kimondja, hogy a levegő mozgási energiájának maximum 60%-a hasznosítható szélerőgépben még akkor is, ha a mechanikai veszteségtől eltekintünk.

Szélenergia potenciál Légmozgásban megtestesülő teljesítmény: 1, 5 PW (troposzféra) Alsóbb rétegekben kiaknázható: 15 TW

Szélenergia potenciál Légmozgásban megtestesülő teljesítmény: 1, 5 PW (troposzféra) Alsóbb rétegekben kiaknázható: 15 TW (0. . 200 m) Ebből szárazföldre jut: 3 TW (149 millió km 2) Ebből Magyarországra jut: 1, 8 GW (93000 km 2)

Szélenergia potenciál A szélenergia évi készlete: – elméleti: kb. 500. 000 TWh/év villamos energia

Szélenergia potenciál A szélenergia évi készlete: – elméleti: kb. 500. 000 TWh/év villamos energia egyenérték – műszakilag hasznosítható: kb. 10 000 TWh/év villamos energia egyenérték (2%)

Szélenergia potenciál A szél energiaértéke A szélsebesség gyakorisága és átlagértéke a helytől erősen függ.

Szélenergia potenciál A szél energiaértéke A szélsebesség gyakorisága és átlagértéke a helytől erősen függ. Sebességek gyakorisága: Weibull k: alaktényező c. skálázási paraméter 1, 5<k<3 (rendszerint 2) c≈1, 12 vá (vá = mért átlagos szélsebesség)

Szélenergia potenciál A szél energiaértéke A szélsebesség (vsz) magasságtól való függése. h - magasság;

Szélenergia potenciál A szél energiaértéke A szélsebesség (vsz) magasságtól való függése. h - magasság; vsz - szélsebesség; “ 0” index valamely ismert magasságban összetartozó értékekre utal; a – szélprofil kitevő

Szélenergia potenciál A szél energiaértéke A szél teljesítménysűrűsége: elméleti: 5 -15 m/s 100 -2000

Szélenergia potenciál A szél energiaértéke A szél teljesítménysűrűsége: elméleti: 5 -15 m/s 100 -2000 [W/m 2] >25 m/s hasznosításból ki kell zárni gyakorlati: 5 -15 m/s 40 -1000 [W/m 2] >25 m/s hasznosításból ki kell zárni Nagy szélerőművek fajlagos területigénye átlagosan 1 km 2/MW.

Szélenergia-átalakítók Csoportosítás a tengely és a felállítás síkja közti viszony alapján : vízszintes tengelyű

Szélenergia-átalakítók Csoportosítás a tengely és a felállítás síkja közti viszony alapján : vízszintes tengelyű gépek függőleges tengelyű gépek

Szélenergia-átalakítók Szélkerekek vizsgálata Gyorsjárási tényező (l): u - kerületi sebesség, v - szélsebesség. Teljességi

Szélenergia-átalakítók Szélkerekek vizsgálata Gyorsjárási tényező (l): u - kerületi sebesség, v - szélsebesség. Teljességi fok (r): N - lapátok száma C - lapáthúr, R - sugár.

Szélenergia-átalakítók Szélkerekek vizsgálata Az egyes szélerőgépekre vonatkozó tulajdonságok: Teljesítmény: Nyomaték: Axiális tolóerő: Fordulatszám: Összhatásfok:

Szélenergia-átalakítók Szélkerekek vizsgálata Az egyes szélerőgépekre vonatkozó tulajdonságok: Teljesítmény: Nyomaték: Axiális tolóerő: Fordulatszám: Összhatásfok: Cp - teljesítménytényező; Cm - nyomatéktényező; Cw - toló, ill. ellenállástényező; R - lapátcsúcs sugara

Szélenergia-átalakítók Gyorsjárási tényező és teljességi fok közötti kapcsolat:

Szélenergia-átalakítók Gyorsjárási tényező és teljességi fok közötti kapcsolat:

gyorsjárási tényező, λ teljesítménytényező, Cp

gyorsjárási tényező, λ teljesítménytényező, Cp

szélsebesség, m/s leg has zno s nye leállítási sebesség leti elm é ljesí tmé

szélsebesség, m/s leg has zno s nye leállítási sebesség leti elm é ljesí tmé él te a sz indulási sebesség ítha tó relatív teljesítmény, % Szélerőgép jelleggörbéje névleges gen. telj.

ENERGIA TELJESÍTMÉNY GYAKORISÁG Szélerőgép termelése szélsebesség

ENERGIA TELJESÍTMÉNY GYAKORISÁG Szélerőgép termelése szélsebesség

Vízszintes tengelyű gépek Csoportosítás Egy- és kétlapátos típus: indítónyomatéka kicsi ezért indításához lapátszögváltoztatás szükséges;

Vízszintes tengelyű gépek Csoportosítás Egy- és kétlapátos típus: indítónyomatéka kicsi ezért indításához lapátszögváltoztatás szükséges; nagy a gyorsjárási tényezője(l) jó hatásfok. Farm típusú szélkerekek: magas teljesítmény-tényező; nagy felület miatt 8 -10 m/s-nál le kell állítani. Általános probléma: A rotor szélirányra merőleges beállítása magas vsz esetén.

Vízszintes tengelyű gépek Felépítés (HAWT) – – Torony Gondola – – – Generátor Fék

Vízszintes tengelyű gépek Felépítés (HAWT) – – Torony Gondola – – – Generátor Fék Tengelykapcsoló Yaw vezérlő Rotor

Vízszintes tengelyű gépek Gondola felépítése (HAWT) 1. Gondola 2. Hangtompító 3. Váz 4. Generátor

Vízszintes tengelyű gépek Gondola felépítése (HAWT) 1. Gondola 2. Hangtompító 3. Váz 4. Generátor 5. Kontrol panel 6. Hidraulikus fék 7. Tengelykapcsoló 8. Hangtompító 9. Olajhűtő 10. Rotor tengelye 11. Yaw vezérlő 12. Dőlésszög vezérlő 13. Rotor 14. Orrkúp

Függőleges tengelyű gépek Csoportosítás Elsődlegesen közegellenállást hasznosító gépek: (Savonius kerekek, csak ellenállás-tényezőt hasznosító kerék,

Függőleges tengelyű gépek Csoportosítás Elsődlegesen közegellenállást hasznosító gépek: (Savonius kerekek, csak ellenállás-tényezőt hasznosító kerék, szélfogó kanalas anemométer) Darrieus típusú gépek: olcsó konstrukció; széliránytól független üzem; tág működési tartomány (40. . 50 m/s).

Szélerőmű parkok Elhelyezkedés A parkok elhelyezkedése törvényben szabályozott és országonként eltérő lehet (Mo): Parkok

Szélerőmű parkok Elhelyezkedés A parkok elhelyezkedése törvényben szabályozott és országonként eltérő lehet (Mo): Parkok elhelyezése: lakott területtől oszlop magasság x 15; aszfaltúttól mért minimális távolság 100 m; földútnál általában 25 m. Parkok kialakítása: turbinák minimális távolsága egymáshoz képest (torony+lapát)x 2, 5.

Szélerőmű parkok Van jellemző (uralkodó) szélirány Nincs jellemző (uralkodó) szélirány uralkodó szélirány szélgép helye

Szélerőmű parkok Van jellemző (uralkodó) szélirány Nincs jellemző (uralkodó) szélirány uralkodó szélirány szélgép helye minimális távolság

Szélenergia hasznosítás Szélsebesség eloszlása a világon átlagos szélsebesség m/s, 10 m magasságban, 1976 -1995

Szélenergia hasznosítás Szélsebesség eloszlása a világon átlagos szélsebesség m/s, 10 m magasságban, 1976 -1995

Szélenergia hasznosítás Világ helyzete

Szélenergia hasznosítás Világ helyzete

3871 3 0 2907 6747 6540 2328 1616 4083 982 31 179 44 0

3871 3 0 2907 6747 6540 2328 1616 4083 982 31 179 44 0 10000 6800 25000 21674 29060 30000 1629 329 1631 184 197 1084 1078 612 134 217 5000 Austria Belgium Bulgaria Cyprus Czech Republic Denmark Estonia Finland France Germany Greece Hungary Ireland Italy Latvia Lithuania Luxembourg Malta Netherlands Poland Portugal Romania Slovakia Slovenia Spain Sweden United Kingdom Európa helyzete 2011 -ben, beépített teljesítmény Szélenergia hasznosítás 20000 beépített teljesítmény, MW 15000 0

Szélenergia részaránya a villamosenergia-termelésben

Szélenergia részaránya a villamosenergia-termelésben

Lehetőségek 2030 -ig elérhető elméleti éves energiatermelés

Lehetőségek 2030 -ig elérhető elméleti éves energiatermelés

Átlagos szélsebesség és irány, 10 m (2000. . 2009)

Átlagos szélsebesség és irány, 10 m (2000. . 2009)

Szélenergia hasznosítás Magyarország helyzete Szélerő térkép 70 m magasságban

Szélenergia hasznosítás Magyarország helyzete Szélerő térkép 70 m magasságban

Szélenergia hasznosítás Magyarország helyzete Nyári-téli uralkodó szélirányok és szélsebességek területi megoszlása

Szélenergia hasznosítás Magyarország helyzete Nyári-téli uralkodó szélirányok és szélsebességek területi megoszlása

Szélenergia hasznosítás Magyarországon létesített szélerőművek Kulcsi szélturbina építése

Szélenergia hasznosítás Magyarországon létesített szélerőművek Kulcsi szélturbina építése

Szélenergia hasznosítás Technológia előnyei: – – – TISZTA energia; alacsony üzemeltetési költség; alacsony externális

Szélenergia hasznosítás Technológia előnyei: – – – TISZTA energia; alacsony üzemeltetési költség; alacsony externális költség.

Szélenergia hasznosítás Technológia hátrányai: – – zajhatás (lapátok száma, sebesség); vizuális szennyezés (tájképformálás); elektromágneses

Szélenergia hasznosítás Technológia hátrányai: – – zajhatás (lapátok száma, sebesség); vizuális szennyezés (tájképformálás); elektromágneses zavarás (üvegszállal merevített műanyag); madárpusztulás.

Szélerőműves teljesítőképesség Az új energiapolitika forgatókönyve alapján GW Forrás: IEA: World Energy Outlook 2011,

Szélerőműves teljesítőképesség Az új energiapolitika forgatókönyve alapján GW Forrás: IEA: World Energy Outlook 2011, p. 185

Szélerőműves villanytermelés, EU-27, 2020 -ra Magyarország TWh Forrás: EWEA: EU Energy Policy to 2050,

Szélerőműves villanytermelés, EU-27, 2020 -ra Magyarország TWh Forrás: EWEA: EU Energy Policy to 2050, 2011. március