Zem a zemské zdroje Veterná energia

1. Zem a zemské zdrojeVeterná energia Ing. Ladislav Hvizdák, PhD.

2. Veterná energia • Energia vetra je formou slnečnej energie, ktorá vzniká pri nerovnomernom ohrievaní zemského povrchu • Veterná energia sa vhodne dopĺňa s energiou slnečnou, počas letného obdobia vykazuje zníženie intenzity a naopak zvýšenie intenzity v zimnom období.

3. Veterná energia - Vietor Vietor je pohybujúci sa vzdušný prúd, ktorý vzniká v dôsledku vyrovnávania tlaku medzi oblasťami s rôznym atmosférickým tlakom. Je to prízemný horizontálny prúd vzduchu prúdiaci z tlakovej výše do tlakovej níže. Pri jeho popise je podstatný jeho smer, rýchlosť a ochladzovací účinok.

4. Veterná energia - Vietor Vietor je v ľubovoľnom bode charakterizovaný • Rýchlosťou • Smerom • Nárazovitosťou Smer vetra určujeme veternou ružicou

5. Veterná energia - História • Prvé využitie vetra – na pohon plavidiel, Egypt plachetnice pred viac ako 5000 rokmi • Najstaršie mlyny poháňané vetrom – Afganistan pred cca 2700 rokmi na mletie obilia alebo zavlažovanie polí • Prvé vetrom poháňané vodné čerpadlo sa objavilo v USA v roku 1854

6. Veterná energia – Údolie Lasihiti na Kréte Využitie od nepamäti na zavlažovanie

7. Veterná energia – Rýchlosť vetra • Pri rýchlosti vetra menšej ako 3 m.s-1 je výkon vetra taký malý, že sa nedá technicky využiť, • Optimálna rýchlosť vetra pre výrobu elektrickej energie je 12 m.s-1, • Ak rýchlosť vetra presiahne 25 m.s-1, veterná elektráreň musí byť odstavená, aby nedošlo k jej zničeniu.

8. Veterná energia - Rozdelenie • Zariadenia s horizontálnou osou, najstarší, bežne využívaný typ • Zariadenia s vertikálnou osou, vyvíjané v 20 storočí, aj keď takýto spôsob je známy niekoľko storočí a sú bežne využívané pre čerpanie vody, sú pre výrobu niekoľko MW elektrickej energie ešte stále v štádiu experimentov

9. Veterná energia – Zariadenia s horizontálnou a vertikálnou osou

10. Veterná energia - Listy • Čím menej listov tým väčšia rýchlosť

11. Veterná energia - Prevodovka • Prevodovka – spája turbínu s výstupným zariadením

12. Veterná energia – Výstupné zariadenie • Výstupné zariadenie – napr. čerpadlo, alebo elektrický generátor

13. Veterná energia – Veža , stožiar, stĺp • Veža , stožiar, stĺp

14. Veterná energia Zariadenia s vertikálnou osoupozostávajú prakticky z tých istých častí, okrem rozmiestnenia listov. Rozhodujúci popud na konštrukciu rotora s vertikálnou osou dal v roku 1930 Francúz George Darrieus. • Krídla sú pevne namontované na zvislej vodorovnej osi. • Zariadenie samotné nepotrebuje byť umiestnené na stožiaroch, stĺpoch, alebo vežiach, vyhovuje uloženie na zemskom povrchu. • Taktiež nevyžaduje žiadny stabilizátor polohy pre udržiavanie optimálneho smeru voči vetru. • Zariadenie s vertikálnou osou totiž zachytáva vietor z ľubovoľnej strany. Odpadá nákladná konštrukcia otočnej gondoly. To je jedna z najväčších výhod tohoto systému.

15. Veterná energia Niektoré výhody a) ľahšia montáž a manipulácia s generátorom na zemi ako na veži, b) menšie namáhanie listov, c) materiál na konštrukciu je lacnejší. Niektoré nevýhody: a) vyžaduje si zvyčajne naštartovanie rotácie, b) energetický zisk pri rovnakej ploche lopatiek je menší ako u zariadenia s horizontálnou osou, c) pri každom zábere listov, je časť energie spotrebovaná systémom samotným.

16. Veterná energia • Savoniusov rotor (vertikálna os)

17. Veterná energia - 1 faktor Množstvo získanej energie závisí na štyroch faktoroch, a to na: • Energii vetra. Teoreticky je maximálne možné využitie energie vetra 59,3% (Betzov limit). Časť energie nie je možné zachytiť. Rôzne zariadenia využívajú energiu vetra s účin-nosťou blízkou, alebo výrazne menšou ako uvedených 59,3%. Závisí to v prvom rade od konštrukcie rotora,

18. Veterná energia – 2 faktor • Veľkosti veternej ružice. Čím väčšiu plochu pokrývajú rotujúce listy veternej ružice, tým viac energie môže byť vyrábanej. Ak sa táto plocha zväčší dvojnásobne, dvakrát narastie aj energetický výstup. Pritom si treba uvedomiť, že zdvojnásobenie priemeru kruhu, čiže dvojnásobné predĺženie listov, znamená štvornásobné zväčšenie plochy kruhu aj množstva energie,

19. Veterná energia – 3 faktor • Rýchlosti vetra. Ak sa rýchlosť vetra zdvojnásobí, energia vetra narastie osemkrát preto, lebo energia rastie kubicky vzhľadom na rýchlosť vetra,

20. Veterná energia – 4 faktor • Účinnosti zariadenia. Všetky stroje spotrebovávajú časť nimi vyrobenej energie, a to trením vo vnútri zariadenia a vykazujú straty v generátore a prevodovke. Zariadenia s veľmi dobrou konštrukciou pracujú s účinnosťou 45 %. Najmenej účinné zariadenia dosahujú iba 10 % účinnosť.

21. Veterná energia - Situovanie • Veterná elektráreň musí byť situovaná mimo akýchkoľvek prekážok, • Ideálne by mal byť najnižší bod listov najmenej sedem metrov nad akoukoľvek prekážkou, vyskytujúcou sa v dosahu sto metrov,

22. Veterná energia • Najnevhodnejší spôsob umiestnenia veternej elektrárne je na svahu neďaleko, alebo uprostred lesného porastu (a), resp. uprostred záhradkárskej osady

23. Veterná energia Vrchol osamoteného kopca (b) nie je taký ideálny, ako vrchol mierne stúpajúceho Svahu (c), na ktorom sa nevyskytujú žiadne prekážky.

24. Veterná energia - Materiály Veterné elektrárne, umiestnené napr. na nížinách, sú na Slovensku upevnené zväčša na nízkych stožiaroch, listy rotorov sú vyrobené z nevhodného materiálu a majú malý priemer. Listy rotorov sa majú konštruovať z dreva, prípadne z viacvrstvových plastov. Listy ružice vyrobené z kovu sú pre nárazový vietor nevhodné.

25. Veterná energia – Anemometer • Meranie rýchlosti vetra sa uskutočňuje prístrojom - ANEMOMETROM

26. Veterná energia • Pri popise účinku vetra sa používa okrem udávania rýchlosti v m.s-1 aj vyjadrenie označené ako „sila vetra“ • Najpoužívanejšia stupnica sily vetra je BEAUFORTOVA STUPNICA

27. Veterná energia – Environmentálne dôsledky Emisie veterných elektrární počas prevádzky môžeme rozdeliť na • Emisie optické • Emisie svetla (svetelné záblesky – diskoefekt) • Emisie tieňa (tienenie telesom elektrárne a pohyblivým tieňom) • Emisie akustické • Mechanický (pohyb mechanických častí elektrárne ako prevodovka, generátor, ...) • Aerodynamický (obtekanie vzduchu okolo listov rotora)

28. Veterná energia – Environmentálne dôsledky • Hluk – ako dôsledok turbulencie vzduchu medzi listom a stožiarom turbíny. Kritická hladina hluku je 40 dB (pri ktorej možno spať). Dosahuje sa pri vzdialenosti menej ako 250 m od turbíny.

29. Veterná energia – Environmentálne dôsledky • Vizuálny efekt – rušivé momenty v reliéfe krajiny. • Rušenie EM žiarenia – elektrické vodiče rušia EM žiarenie. Preto sú listy rotora z plastu a dreva.

30. Veterná energia Vplyv veternej elektrárne na okolité prostredie • Vplyv na pôdu (jej záber) • Vplyv na vodu (únik oleja) • Vplyv na ovzdušie (významný vplyv nie je, môžu však ovplyvniť mikroklímu v danom prostredí) • Vplyv na flóru • Spôsobený stavbou • Spôsobený tienením • Vplyv na faunu (kolízie so sťahovavým vtáctvom) • Vplyv na ráz krajiny (subjektívne vnímanie jednotlivca) • Vplyv na šírenie rádiového a televízneho signálu

31. Veterná energia Desať najväčších výrobcov veterných turbín vo svete v roku 2011

32. Veterná energia

33. Elektrárne na Slovensku • Na Slovensku je v súčasnosti inštalovaný výkon: 3,14 MW s dvoma veternými parkmi: • Cerová: 4x660 kW • Ostrý vrch (Myjava): 500 kW

34. Elektrárne na Slovensku Veterný park Cerová: • prvá veterná elektráreň na Slovensku • v prevádzke od augusta 2003 • 4 turbíny typu VESTAS - V 47/660 kW (Dánsko)s priemerom 47 m na 76 m vysokých stožiaroch • predpokladaný výkon pokryje spotrebu energie pre 1500 domácností a dokáže ušetriť prírode produkciu CO2 o 3270 ton ročne

35. Cerová

36. Veterná elektráreň na Ostrom vrchu, Myjava • výkon 500 kW • bola daná do skúšobnej prevádzky v júli 2004 • typ veternej turbíny: VESTAS V39-500 kW

37. Veterný park Skalité, Kysuce • Bol uvedený do prevádzky koncom roka 2003 • Prevádzka ukončená v máji 2008 • Náklady na inštaláciu predstavovali okolo 45 mil. Sk • Typy veterných turbín: VESTAS V39-500 kW • kapacita 4 x 500 kW • Predpokladaná celková ročná výroba pre štyri veterné turbíny predstavuje 3 200 MW/h, čo pokryje spotrebu el. energie pre 1 200 domácností

38. Skalité

39. 2007 Veterná energia na Slovensku • Slovensko ako vnútrozemská krajina disponuje v porovnaní s krajinami západnej Európy podstatne nižším veterno-energetickým potenciálom, ktorý determinujú prírodné podmienky. Základným kritériom pre odhad potenciálu je priemerná rýchlosť vetra. Všeobecne sa podľa priemernej rýchlosti vetra posudzuje typ lokality a môže sa stanoviť ročná výroba energie vztiahnutá na jednotku plochy vzdušného prúdu, ktorý ročne pretečie cez priemer vrtule. • Priemerné rýchlosti vetra sú merané vo výške 10 m nad terénom. Pre veterné turbíny s predpokladanou výškou osi rotora cca 40 m bude reálna rýchlosť vyššia asi 1,2 krát.

40. 2007 Veterná energia na Slovensku • Vhodné – z hľadiska priemernej rýchlosti vetra - sú horské oblasti, najmä hrebeňové polohy a sedlá, s málo zvlneným reliéfom v okolí a bez lesného porastu. K najvhodnejším patrí hrebeň Nízkych Tatier, Slovenského Rudohoria, Malých a Bielych Karpát, Malej a Veľkej Fatry a ďalších pohorí. Údolné a kotlinové polohy sú naopak nepriaznivé, s priemernou ročnou rýchlosťou pod 2,5 m/s. Výnimkou sú oblasť Devínskej brány a časť Podunajskej nížiny za Malými Karpatami, kde môžeme na vhodných lokalitách očakávať priemerné rýchlosti vetra okolo 3,5 m/s. Podobne to je v oblasti Popradskej a Košickej kotliny.

41. Veterná energia na Slovensku • Samostatne treba posudzovať rôzne veterné mikrozdroje, používané v miestach bez privedenej verejnej elektrickej siete. Takéto jednotky s inštalovaným výkonom od desiatok wattov do niekoľkých kilowattov, nabíjajúce batérie alebo priamo poháňajúce čerpadlá na vodu, sa s úspechom používajú na celom svete aj v lokalitách, kde priemerná rýchlosť vetra je len 3 m/s. Tieto mikrozdroje sa do veterno-energetickej bilancie nezapočítavajú. • Ako obmedzujúce meteorologické faktory v oblasti plánovanej výstavby veterných elektrární sú turbulencie a námraza vplývajúca na zaťaženie súčastí elektrární. Turbulencia je zvýšená v členitom a nehomogénnom teréne a zvýšený výskyt námrazy je charakteristický pre všetky horské oblasti, pričom vrcholové polohy patria k oblastiam s ťažkou námrazou. • Efektívna plocha územia vhodného pre realizáciu veterných turbín je veľmi malá (cca 191 km2, čo je len 0,39 % z celkovej rozlohy Slovenska). Podstatná časť územia SR patrí do kategórie s veľmi slabými podmienkami pre využívanie veternej energie. Tu by sa mohli uplatňovať len malé individuálne zdroje.

42. Využitie veternej energie • Veterná energia sa v drvivej väčšine využíva na výrobu elektrickej energie, jej miestne využitie a dodávku do verejnej siete. Princíp fungovania je jednoduchý, energia prúdenia vetra roztáča listy rotora a takto vytvorenú mechanickú energiu využíva generátor na výrobu prúdu. • V rozvojových krajinách veterné turbíny slúžia aj na čerpanie vody, inde aj výrobu teplej úžitkovej vody a prikurovanie v rodinných domoch. V týchto prípadoch sa využívajú menšie turbíny vyrábajúce jednosmerný elektrický prúd, ktorý je zdrojom energie pre elektrickú špirálu v tepelnom výmenníku.

43. Veterná energia - Investície Investičné náklady na projekt veternej elektrárne. Zdroj: EWEA, 2003

44. Ďakujem za pozornosť