Větrná energie

1. Větrná energie Provozování VTE

2. Systémy větrných elektráren 1. Autonomní systémy - grid-off systémy nezávislé na rozvodné síti * slouží objektům, které nemají možnost připojení k veřejné síti nebo kde je připojení technicky a ekonomicky náročné * elektrárny mají výkon (0,1 – 50) kW * většinou se jedná o mikroelektrárny s výkonem do 10 kW * synchronní generátory s trvalými magnety * součástí systému je akumulátor a řídící elektronika, mohou být doplněny i dalším zdrojem elektrické energie (fotovoltaický článek) * při přímém napájení je napětí zpravidla malé (12, 24 V), při použití střídače může být síťové (230 V střídavých) * měrné investiční náklady jsou vysoké, návratnost je dlouhá

3. Grid-off akumulátory střídač elektronický regulátor

4. Autonomní systémy-grid-off setrvačníky

5. Systémy větrných elektráren 2. Systémy připojené k síti - grid-on systémy dodávají energii do rozvodné sítě * slouží výhradně pro komerční výrobu elektřiny * jako zdroj se používá asynchronní stroj s vinutým rotorem nebo alternátor s výstupním napětím podle výkonu - menší výkony 400, 690 V, velké výkony až 11kV * současný trend vede ke zvyšování průměru rotoru (až 100m), ve vnitrozemí mají elektrárny výkon do 2 MW, na moři do 6MW. * průměry největších rotorů přesahují 100 m * základním předpokladem je výběr vhodné lokality (dlouhodobá měření, mapy větrných proudů) * pro vyšší efektivnost se staví více větrných elektráren v jedné lokalitě – větrné farmy.Některá technická zařízení jsou společná.

6. Větrné farmy * Výkon jednotlivých větrných elektráren je omezen na řádově MW  jako efektivní se jeví sdružovat jednotlivé bloky  větrné farmy. * snižují měrné investiční náklady (některá technická zařízení lze použít centrálně) * podmínkou je dostatečná plocha a správné rozmístění jednotlivých bloků  nesmí si vzájemně stínit * největší větrné farmy mohou dosáhnout výkon stovky MW * největší možnosti pro větrné farmy jsou elektrárny na moři a v pouštních oblastech * u nás je největší větrná farma v Krušných horách – 12 bloků s celkovým výkonem 42 MW * podmínkou pro větrnou farmu je možnost připojení do přenosové soustavy

7. Elektrárny na moři - offshore * možnost zvyšování maximálních výkonů (Pmax=6MW) * v Evropě nejvíce využívá Velká Británie (celkový výkon přes 2GW), Dánsko, Německo * na konci roku 2011 v Evropě 53 větrných farem v 10 zemích, instalovaný výkon 4GW, roční výroba 14TWh * optimální instalace do 20 km od břehu (příznivější klimatické podmínky), u větších vzdáleností vyšší výroba, ale náročná montáž a údržba. Existují projekty do 100km od břehu * průměrná hloubka 20 – 25 m * příklady realizace mořských větrných farem: zde, on line

9. Elektrárny na moři - offshore * výrazně lepší větrné podmínky než na souši, energetická účinnost je zhruba o 40 % vyšší * extrémní klimatické vlivy, vysoké investiční náklady * nevýhodou je špatná dostupnost  základní požadavek je bezúdržbová činnost * Německo plánuje roku 2030 v Severním moři výkon 20GW

10. Větrné elektrárny na moři * projekt Widspeed - do roku 2030 výkon VE v Severním moři 135 GW (přibližně 27 000 větrných turbín) * v současné době zahrnuje 9 států * jednotlivé centrální "sběrné body" mají být propojeny pomocí kabelů zvn * na to by mělo navazovat vytvoření evropské inteligentní "super" sítě o stejnosměrném napětí 1MV  projekt HVDC (při přenosu výkonu 6GW na vzdálenost 1500km jsou ztráty pro Uss = 800kV ve výši 5%, pro Ustř = 800kV jsou ztráty 7% (zdroj ABB). Nevýhodou je nutnost usměrňovačů a střídačů a problematika ochran. * která by byla nadřazena současným národním přenosovým sítím * součástí projektu je propojení největších větrných farem podmořskými kabely.

11. Evropská "super" síť Stejnosměrné kabelové vedení zvn, které bude propojovat největší obnovitelné zdroje energie, v uzlových bodech bude přes střídače napájet národní soustavy jako první by se měly začít budovat podmořské soustavy (nejsou problémy s pozemky)

12. Offshore Projekt na výstavbu větrných farem v Severním moři s plánovaným vyvedením výkonu

13. Přenosová soustava – offshore a Evropa

14. Připojení elektrárny k síti * Prakticky všechny větrné elektrárny se připojují do distribuční soustavy * Problematika se týká zejména středních a velkých výkonů (od 100 kW) * Malé elektrárny se připojují do soustavy nn, střední a velké výkony do soustavy vn (22 kV) * Optimální je dostatečný odběr v blízkosti elektrárny Studie připojitelnosti VTE * je to žádost o připojení výkonu provozovateli sítě, která předepsané podmínky * musí obsahovat technickou specifikaci nového zdroje * při posuzování žádosti se vyhodnocuje: - zvýšení napětí po připojení a spínání - proudy vyšších harmonických - ovlivnění zařízení HDO - jalový výkon

15. Studie připojitelnosti VTE * výpočet ustáleného stavu sítě (rozvodny, transformátory, vedení, odběry, nově připojitelný zdroj) Výpočet se provede před a po připojení nového zdroje Příklad rozvodu vn pro připojení VTE Nové zdroje včetně transformátoru a rozvodny

16. Studie připojitelnosti VTE * Kontrola velikosti napětí – změna napětí v místě připojení nesmí překročit stanovenou hodnotu * Flicker (kolísání napětí) – krátkodobé změny napětí, jsou nepříjemné zejména u světelných zdrojů * Útlum signálu HDO – nesmí klesnout o více než 20 % * Proudy vyšších harmonických – jsou způsobeny elektronickými měniči. Činitel zkreslení by neměl přesáhnout 5 % * Jalový výkon – pro největší výkony u transformátorů do hladiny vvn (kompenzace).

17. Technické problémy větrných elektráren * P ≈ v3 nelze zajistit konstantní výkon zdroje. Jsou známy případy, že během několika hodin ke změně výkonu v oblasti s větrnými zdroji o 3 GW * Přetěžování sítí, zejména v úseku od větrné elektrárny do rozvodny s transformací do přenosové sítě (nutné posílení rozvodné sítě). * Se změnou výkonů se výrazně mění i velikost proudů  změny úbytků napětí  krátkodobé (flicker) i dlouhodobé kolísání napětí sítě. * Zvýšení zkratových poměrů  při zkratu v soustavě dodává nový zdroj energii do místa zkratu. * Změny výkonů v přenosové soustavě  zvýšené nároky na regulaci (regulační elektrárny), vlivy na mezistátní přenosy elektřiny (posílení přenosových linek)

18. Předpověď výroby z VTE Zdroj – Institut für Solare Energieversorgungstechnik program Wind Power Management Systém určuje výrobu elektrické energie na příštích 72 hodin s průměrnou chybou 10%

19. Ekologické a další problémy VTE Nejčastěji diskutované otázky (bez komentáře) * narušení krajinného rázu * hnízdiště a tahy ptáků (netopýři) * zvuk, zejména infrazvuk * televizní a radiový signál * snížení ceny okolních pozemků * likvidace VTE po ukončení životnosti * stroboskopický efekt * … Postoje zastánců a odpůrců jsou nesmiřitelné. Až čas ukáže skutečné klady a zápory větrné energetiky. A jaké jsou vaše názory ?  nebo 

20. Ekonomika větrných elektráren * měrné investiční náklady jsou (30 – 40) tisíc Kč/kW (mohou být značně rozdílné podle umístění VTE a nezahrnují cenu pozemku) * roční výroba W = ki*Pi*8760 (kWh) - kde ki - koeficient ročního využití (u nás 0,14 - 0,25) Pi - instalovaný výkon * životnost – 30 let, návratnost zhruba (10 – 15) let

21. Výkon a výroba v Česká republice

22. video

23. Materiály Gymnasium Műnchen - učební texty Encyklopedie - Wikipedie Windenergie - http://www.wind-energie.de/ - materiály výrobců VTE W.E.B. větrná energie - http://www.vetrna-energie.cz Sýkora - Problematika připojování VTE do sítě Chromec - Větrné elektrárny