E N D
1. Veterná energia Environmentálne technológie
Lubomír oo
2. VZNIK VETRA Energia vetra je formou slnecnej energie, ktorá vzniká pri nerovnomernom ohrievaní zemského povrchu. Slnko vyaruje smerom k Zemi energiu rovnajúcu sa 100 PWh.
Z tejto hodnoty sa pribline 1 a 2 % mení na energiu vetra.
3. Výkon z veterných elektrární vo Svete a v Európe do roku 1998
4. Výkon veterných turbín vo svete
5. Intalovaný výkon veterných elektrární sveta dosiahol koncom roka 2002 hodnotu a
31 128 MW
Priemerná rocná výroba týchto zdrojov je vye 70 TWh a pokrýva cca 0,4 % celkovej svetovej spotreby elektriny.
6. Súcasnost
Vo vyuívaní sily vetra v súboji svetadielov je jednoznacne na cele Európa.
Celková kapacita veterných elektrární EÚ dosiahla do konca roka 2002 a 23 056 MW a zodpovedajúca priemerná rocná výroba 54 TWh. Stací to na pokrytie 2 % celkovej spotreby elektriny spolocenstva.
7. SITUÁCIA NA SLOVENSKU
Potenciál veternej energie predstavuje asi 1,1 PJ , co je 0,3 mld. kWh elektrickej energie vyrobenej za rok. Tato hodnota by predstavovala asi 1,2 % spotreby elektriny na Slovensku.
Na Slovensku máme pribline 4300 km2 oblastí vhodných pre stavbu veterných elektrární
Priemerná rýchlost vetra je vyia ne 4 m.s-1, ale vyuitelných je len 86 km2.
Väcina lokalít s vyími priemernými rýchlostami vetra sa nachádza v horných castiach hrebenov, casto v zalesnených a tako dostupných územiach, daleko od elektrických vedení, kde je realizácia problematická.
8. V SR bola v roku 2003 uskutocnená realizácia prvého veterného parku na Slovensku v oblasti Malých Karpát, pri obci Cerová.Veterný park tvoria tyri turbíny s kadá výkonom 600 kW s trojlistovým rotorom o priemere 44 m. Elektrárne dodala dánska firma Vestas.
Gondoly sú umiestnené na ocelových stoiaroch vysokých 65 m
Prevádzka celého veterného parku je automatická, s monostou dialkovej kontroly.
9. Veterná elektráren na Ostrom vrchu (Myjava) s výkonom 500 kW bola daná do skúobnej prevádzky v júli 2004 a dokoncuje sa výstavba veterného parku Skalité (Kysuce) o kapacite 4 x 500 kW.
10. Potenciál veternej energie
Podla túdie Wind Force 10 by sa veterná energia mohla podielat asi 10 % na celosvetovej výrobe elektriny v roku 2020 a intalovaný výkon by mohol dosiahnut a 1,2 milión MW. Uvedený výkon by znamenal väciu výrobu elektriny ako je jej súcasná spotreba v Európe. Celosvetový potenciál veternej energie sa odhaduje na asi 53 trilión kWh, co je asi 17-rát viac ako ciel uvedený v túdii Wind Force 10
11. ENERGIA VETRA Veterná energia vykazuje sezónne zmeny intenzity a je najväcia v zimných mesiacoch a najniia v lete.
12. Energia je priamo úmerná ploche rotora, tretej mocnine rýchlosti vetra a hustote vzduchu.
Z nasledujúcej tabulky je moné zistit energiu vetra vo W/m2 na základe jeho rýchlosti pri tandardných podmienkach (suchý vzduch s hustotou 1,225 kg/m3). Pre výpocet bol pouitý nasledujúci vztah podla Danish Wind Turbine Manufacturers Association:
E= 0,5 * 1,225 * v3 [W/ m2]
13. Závislost velkosti energie od rýchlosti vetra
14. Z coho sa skladá veterná turbína? Z nasledujúcich komponentov :
Listy rotora
Rotor
Prevody
Generátor
Elektronika a regulacné zariadenie (brzdy, prípadne systém natácania za vetrom).
15. Prierez veterným agregátom
16. ROZDELENIE TURBÍN PODLA OSI Turbíny s horizontálnou osou
Velké turbíny majú rotor s dvoma alebo troma listami umiestnenými na vrchu stoiara. Rotor môe mat aj viac listov.
Teoreticky cím viac by mal rotor listov tým by mal byt úcinnejí. V skutocnosti sa vak listy rotora vzájomne ovplyvnujú a velký pocet listov spomaluje otácky.
17. Turbíny s vertikálnou osou Listy rotora sú dlhé, zaoblené a pripevnené k vei na oboch koncoch hore aj dole.
Napriek rozdielnej kontrukcii turbín s horizontálnou a vertikálnou osou je ich mechanika prakticky rovnaká. Rýchlost otácania listov je prenáaná na generátor pomocou prevodov. Prevody sú potrebné na to, aby bolo moné úcinne vyuit meniacu sa rýchlost vetra.
19. Turbína s vertikálnou osou
20. ROZDELENIE ELEKTRÁRNÍ PODLA VÝKONU Veterné elektrárne sa podla výkonu delia na: malé, stredné a velké
21. Malé veterné turbíny Malé veterné turbíny sa vo svete vyuívajú väcinou ako samostatné energetické zdroje. V niektorých prípadoch sú vak aj tieto malé systémy pripájané na verejnú elektrickú siet, co umonuje majitelovi takéhoto systému zníit náklady na nákup elektriny a súcasne v prípade prebytku dodávat ním vyrobenú elektrinu do siete.
22. Malá veterná turbína s výkonom od 100 do 500 W je na dobrom veternom mieste (s priemernou rýchlostou vetra viac ako 5 m/s) schopná velmi lacno dodávat energiu do batérie a následne zabezpecovat energiu napr. na osvetlenie, napájanie elektrospotrebicov ako sú rádio alebo televízor.
23. Velké veterné turbíny
Velká väcina dnených turbín má horizontálnu os, je vybavená troma listami s priemerom 15-50 metrov a elektrický výkon sa pohybuje od 50 kW do 1,5 MW. Napätie, ktoré turbína generuje má zvycajne 690 voltov a pomocou transformátorov je menené na vysoké napätie pouívané v elektrickej sieti (zvycajne 10-30 kV).
24. Výstavba 1,5MW turbíny Nordex
25. Veterné turbíny na mori Na otvorom mori sú vhodné podmienky pre výstavbu hlavne na miestach s plytcinami, ktoré nie sú velmi vzdialené od pobreia. Za vhodné miesto je povaovaná hlbka morského dna a do 30 metrov a vzdialenost od pobreia do 30 km.
29. VÝROBCOVIA VETERNÝCH TURBÍN VO SVETE Úspenými výrobcami megawatových turbín sú dnes
Nemecké firmy:
Fuhrländer, Tacke Windtechnik, Nordex Balcke-Dürr, REpower, Micon Jacobs, Dewind, AN Bonus
Dánske firmy:
Enercon, Nordtank a Vestas.
Kadá z týchto firiem dnes má vo svojej ponuke velkú turbínu nad 500kw.
30. Prehlad niektorých výrobcov turbín
31. Produkty firmy Energy Development (UK)-malé turbíny
32. VÝROBCOVIA VETERNÝCH TURBÍN V SR V SR bolo vyrobených niekolko prototypov veterných turbín meních výkonov (1-8 kW), avak skúsenosti s nimi boli minimálne a ich prevádzková spolahlivost nebola dostatocne preverená.
Jediný profesionálny výrobca Delvet Vrbové ich výrobu po úplnom nezáujme zo strany odberatelov, v roku 1996 ukoncil.
33. INÉ SPÔSOBY VYUITIA VETERNEJ ENERGIE Cerpanie vody
34. Telekomunikácie
Vietor je ideálnym zdrojom pre napájanie telekomunikacných zariadení, ktoré sú velmi casto intalované vo vyích a hlavne odlahlých miestach.
Dobíjanie batérii
Napájanie malých elektrospotrebicov ako sú iarovky, rádio alebo televízor je relatívne velmi jednoduché pomocou batérie dobíjanej veternou turbínou
36. Výroba tepla
Malé veterné turbíny je tie moné vyuit na prípravu teplej vody. Tieto zariadenia dodávajú jednosmerný prúd, ktorý vyuíva elektrická pirála umiestnená v zásobníku vody. pirála vodu ohrieva, pricom zásobník tu funguje ako batéria skladujúca energiu.
37. ENVIROMENTÁLNE DÔSLEDKY VYUÍVANIA VETERNEJ ENERGIE Hluk
Hluk, ktorý vytvárajú veterné turbíny, vzniká ako dôsledok turbulencie vzduchu pri prechode vrcholu listu rotora okolo stoiara turbíny a tie ako dôsledok chodu prevodovky.
38. Dovolená úroven hladiny hluku je okolo 45db, co priemerná 500kW turbína dosahuje vo vzdialenosti 200m, preto by sa ludské obydlia mali nachádzat dalej ako 200m od turbíny.
39. Vtáky
Niekedy sa ako problém spojený s veternými turbínami udávajú aj kolízie vtákov s týmito zariadeniami. Skutocnostou je, e vtáky naráajú do budov, stoiarov elektrického vedenia a iných vysokých objektov.
Problém vak môe vzniknút napr. v nejakých priesmykoch kde je vysoká frekvencia pohybu vtákov.
Ruenie elektromagnetického pola
Televízne, rádiové i radarové vlny (elektromagnetické iarenie) sú casto ruené elektrickými vodicmi. Preto vetky kovové casti rotujúcich turbín môu predstavovat isté riziko.
40. PRAVIDLÁ PRI VÝSTAVBE TURBÍN Kede veterné turbíny musia konkurovat iným zdrojom energie musia byt hlavne ekonomicky konkurencie schopné. Vyaduje sa od nich aby pokrývali spotrebu energie pocas celého dna a pri minimálnych nákladoch. Pri navrhovaní turbín je zvycajne potrebné zistit dve veci:
kolko energie potrebujeme
aká je priemerná rýchlost vetra v danom mieste vo výke rotora turbíny.
41. Umiestnovanie turbín Bene sa veterné turbíny umiestnujú na kopcoch a miestach vycnievajúcich nad okolitým terénom. Býva výhodné ked je turbína umiestnená v smere prevládajúcich vetrov s minimom prekáok v jej okolí. Na kopcoch je síce rýchlost vetra najvyia avak casto tu dochádza k tomu, e vietor sa stáca kým dosiahne vrchol kopca. Vietor tu tie býva dost nepravidelný, ked prechádza turbínou. V prípade strmých kopcov alebo nerovných povrchov môe dochádzat k znacným turbulenciám, ktoré môu zníit pozitívny efekt z vyej rýchlosti vetra.
42. Prekáky a drsnost terénu
Vo veobecnosti platí, e ak je turbína umiestnená bliie ako je 5-násobok výky prekáky, je výsledná situácia velmi neistá a závisí na presnej geometrii prekáky. Drsnost terénu medzi prekákou a turbínou má tie vplyv na tieniaci efekt. Terén s nízkou drsnostou dovoluje vetru prechádzat okolo prekáok bez toho, aby dochádzalo k jeho ovplyvnovaniu za prekákou.
43. Vplyv prekáky na prúdenie vetra
44. Výka turbíny Najjednoduchou cestou ako zvýit výrobu energie turbínou je zvýenie rýchlosti vetra. Túto je moné zvýit bud umiestnením turbíny na veternejie miesto alebo zväcením výky stoiara
Napríklad energia vetra môe byt a o 100 % väcia vo výke 30 metrov ako vo výke 10 metrov.
Cena:
jedna 30 metrov vysoká turbína je lacnejia ako napr. dve 10 metrové turbíny.
45. Správny a nesprávny postup pri výstavbe turbíny
46. Zadanie:
Navrhnite veternú turbínu (resp. veterný park), ktorý by napájal elektrickou energiou obec z poctom obyvatelov okolo 2000. Predpokladajte, e v danej lokalite sú ideálne podmienky pre výstavbu veternej turbíny ako aj ideálna rýchlost vetra
Vypracovanie:
Priemerná rocná spotreba elektrickej energie na Slovensku na 1 obyvatela predstavuje pribline 500kWh/rok (podla fondu pre alternatívne energie). Potom spotreba el. energie pre 2000 ludí:
2000*500kWh=1*106 kWh /rok
V nasledujúcej tabulke sú uvedené charakteristiky niektorých veterných turbín dostupných na Európskom trhu spolu s predpokladanou rocnou výrobou elektriny pre rôzne rýchlosti vetra.
47. - -
48. Predpokladám priemernú rocnú rýchlost vetra v danej lokalite 5m/s .
Vybral som turbíny Vestas 225kW a Bonus 300kW:
Porovnanie turbín Bonus 300kW a Vestas 225kW :
Veterný park s 3 turbínami, kadá s výkonom 376.103kWh/rok (pri 5m/s) od firmy Bonus (Dánsko).
Výkon veterného parku za rok:
3 x 376.103 kWh =1,128*106kWh/rok
Cena 3 turbín:
3 x 373300 x 38,5 = 43 116 150,-sk
Veterný park so 4 turbínami, kadá s výkonom 281.103kWh/rok (pri 5m/s) od firmy Vestas (Dánsko).
Výkon veterného parku za rok:
4 x 281.103kWh = 1,124*106kWh/rok
Cena 4 turbín:
4 x 175 000 x 38,5 = 26 950 000,-sk
Z výpoctov vyplýva, e výhodnejie by bolo pouit 4 turbíny od firmy Vestas z mením výkonom, ako 3 turbíny od firmy Bonus s väcím výkonom, ktoré by projekt znacne predraili.
Dalej budem uvaovat len s turbínou Vestas 225kW
49. Návratnost investície:
Cena elektrickej energie je pribline 1,5sk/kWh.
Cena energie vyrobená 4 turbínami za rok:
1,124*106*1,5=1 686 000,-sk
Návratnost investície: 26950000/1686000=15,98 cca16 rokov
Základné parametre Vestas 225kW (Dánsko):
Oznacenie: VESTAS V 27-225 kW. 400V/50Hz Minimálna rýchlost vetra 3,5 m/sMedzná rýchlost vetra 14,4m/sRotor VESTAS s priemerom 27 m, 3 listy z polyesterového sklolaminátuVýka osy rotora nad terénom 31,5 mVýka ocelového stoiara 30,0 mDlka listu je 13,5 mGenerátor SIEMENS asynchrónny 225kW/400ANapätová sústava 400V/50Hz, cos f=0,01Celková hmotnost zariadenia 22,8 t
52. Zoznam pouitej literatúry www.fae.sk
www.fns.sk
www.ekokola.sk
www.seas.sk
www.enercon.dk
www.REpower.de
www.nordex.de
www.fuhrlander.de
www.windindustry.com.uk
www.unlimitedpower.com.uk
www.vestas.com.dk