SZÉLENERGIA

1. SZÉLENERGIA Bíróné Kircsi AndreaEgyetemi tanársegédDE Meteorológiai Tanszék

2. Megújuló energiaforrások Szélenergia

3. Megújuló energiaforrások • Szinte mindegyik a Napból származik (kivéve árapály és geotermikus energia) • Felhasználása közben a forrás nem csökken, hanem újratermelődik • Napenergia (fotovoltaikus, termikus) • Szélenergia (onshore, offshore) • Biomassza (hő és villamos energia) • Geotermikus energia • Vízenergia (5-10MW teljesítmény alatt) Szélenergia

4. Megújuló energiaforrások Használatuk okai: • Ellátás biztonsága • Importfüggőség mérséklése • Energiatakarékosság • Környezetpolitikai elvárások Szélenergia

5. Megújuló energiaforrások Összes primer energiatermelés 2000-ben energiaforrások szerint Szélenergia

6. Megújuló energiaforrások Villamos energiatermelés 2000-ben energiaforrások szerint Szélenergia

7. Megújuló energiaforrások Megújuló energiaforrások éves növekedési rátája 1971-2000 között Szélenergia

8. Megújuló energiaforrások Kummulált installált szélenergia-kapacitás Európában és a Világban Szélenergia

9. A SZÉL

10. A szél kialakulásának okai • Föld gömbölyű • Ráeső sugárzás különböző mértékben hasznosul -nyomáskülönbségek • Forog a tengelye körül • Hőszállítás Szélenergia

11. A szél kialakulásának okai • Nagy földi légkörzés a hőmérsékleti különbségek kiegyenlítése • Coriolis erő • Globális mérlegfeltételeknek teljesülnie kell Szélenergia

12. Geosztrófikus szél • Nagy magasságban – szabad légkörben (>1km) • Párhuzamos izobárok • Nyomási gradiens erő, Coriolis erő eredője • Izobárokkal párhuzamosan fúj • Nincs hatással rá a felszín • Rádiószondával, ballonnal mérhető Szélenergia

13. Felszín közeli szél • Hatással van rá a felszín érdességéből származó súrlódási erő • A szél sebessége magassággal változik - szélprofil • Szélirány változékonyabb • Jelentősen különbözhet a geosztrófikus szél irányától Szélenergia

14. Helyi szelek • Helyi éghajlati viszonyok alakítják ki • A globális és lokális hatások szuperponálódik • Amikor a globális hatás gyengül erősödik a helyi hatás • Hosszabb időlépték, nagyobb térbeli kiterjedés Szélenergia

15. Helyi szelek Tavi szél • Nappal víz felöl, erős szél – nagy a hőmérséklet-különbség • Éjjel szárazföld felöl, gyengébb Szélenergia

16. Helyi szelek Hegy-völgyi szél • Nappal: lejtő felmelegszik, lejtőn felfele áramlik • Éjjel: lejtőn lefele áramlik völgyi szél • 20-40 m magasságban a legerősebb Leáramlás erőteljes a lee oldalon: Főn, Chinook, Zonda Helyi szélrendszer: Misztrál, Shirocco, Bóra, Nemere Szélenergia

17. A szél energiája • Szélenergia konverterek a szél mozgási energiáját alakítják át forgatónyomatékká a rotorlapátokon. • A szállított energia függ: • A levegő sűrűségétől, • A szélsebességétől, • A rotor által súrolt felülettől. Szélenergia

18. A szél energiája • Kinetikus energia: • Fajlagos szélteljesítmény: Mozgó test kinetikus energiája függ a tömegétől Szélenergia

19. Szélenergia

20. Rotorfelület • A rotorátmérő négyzetével arányosan növekszik • 2x rotorátmérő = 4x kinyerhető energia Szélenergia

21. BETZ-limit • Turbina rotorja lassítja a szelet, eltéríti • Mögötte kisebb a szélsebesség • Ideális esetben v2=2/3 v1→Betz limit • Maximális hatásfok 59%, azaz szél energiájának 40%-a elvész a legjobb turbinán is. Szélenergia

22. BETZ-limit Szélenergia

23. A szél energiája • A szél energiatartalma a szélsebesség köbével arányosan változik • 2x szélsebesség=2x levegőtömeg, amely 4x energiát tartalmaz  8x kinyerhető energia • Szélturbinával a szél fékezéséből nyert energiát hasznosítjuk • Newton 2. mozgási törvénye Szélenergia

24. Szélmérés A légköri mozgások horizontális összetevője, iránnyal és nagysággal rendelkező vektormennyiség. • Szélsebesség – anemométer • Szélirány – szélzászló Különös fontosságú a szélsebesség pontos ismerete a szélenergia beruházáshoz! Szélenergia

25. Szélmérés • Professzionális, szabvány mérőeszközök • Megfelelő hely kiválasztása a műszerek elhelyezésére • Adatgyűjtés szabvány szerint • Műszerek védelme • Korrekt elemzés, adatfeldolgozás Szélenergia

26. Szélmérés - anemométerek Kanalas Szélenergia

27. Szélmérés - anemométerek 3D Ultraszónikus Szélenergia

28. Szélmérés Szélenergia

29. Szélmérés Szélenergia

30. Szélmérés • Tervezett turbina helyén • Tervezett turbina magasságában – vagy legalább két szintben • Árbóc tetejére a szélsebességmérőt • Uralkodó szélirány felé a műszereket • Szélcsatornában kalibrált, fűthetőek • 1%-os hibahatár elfogadható • 10 perces átlagok legalább 1 éven át Szélenergia

31. Szélmérés Adatok feldolgozása • Szélirányeloszlás • Szélsebesség átlagok szélirányonként • Szélsebesség köbe irányonként – szélirányok energiatartalma Szélenergia

32. SZÉLTURBINA Optimális elhelyezése

33. Áramlási mezőt befolyásoló tényezők • A felszín érdessége • A környező árnyékoló objektumok • Domborzat • A felszín hőmérsékleti és nedvességi karakterisztikái Szélenergia

34. Felszín érdessége • Alapvetően az adott hely szélprofiljának az alakját befolyásolja. • Sík felszín felett logaritmikus szélprofil érvényes, ahol fontos paraméter az érdességi magasság. • Zo – érdességi magasság: az a magasság, ahol a szélsebessége elméletileg nullává válik Szélenergia

35. Felszín érdessége • Szélprofil összefüggés: sima felszín felett, neutrális légrétegződésnél Szélenergia

36. Szélenergia

37. Felszín érdessége Szélenergia

38. Felszín érdessége • Eredmények nem korrektek, ha 1 km távolságon belül akadály, vagy komoly érdességi elem található Szélenergia

39. Felszín érdessége • Szélirányonként kell meghatározni a jelentős érdesség-változás távolságát. • Ne legyen jelentős érdességi elem 1 km belül, akadály 700 m belül. • Átlagos érdességet kell meghatározni Szélenergia

40. Szél változékonysága • Külső és belső súrlódás miatt állandóan fluktuál • Átlag és egy fluktuáló tag írja le • Napi, évszakos változékonysága van • Érdességi elemek akadályok turbulenciát okoznak Szélenergia

41. Szél változékonysága Vertikális és horizontális extrapolációja nehézkes, sok hibával terhelt. Szélenergia

42. Akadályok • Akadály mögött keletkező turbulencia 15% csökkenti a termelést! • Magasság 3x-ig érvényesül • Horizontális hatótávolság jelentősebb • Függ az akadály porozitásától Szélenergia

43. Akadályok Szélenergia

44. Akadályok • Turbinán áthaladó levegő is örvényes • A turbina maga is akadály • Szélparkok turbina kiosztása lényeges Szélenergia

45. Park effektus • Uralkodó szélirányra merőleges sorok • Egymás mellett3-5x toronymagasság távolságra • Egymás mögött5-9x toronymagasság távolságra • Parkhatás: kb. 5% Szélenergia

46. Domborzat • Csatornahatás: felgyorsítja a szélsebességét néhány domborzati elem • Magányos domb felett felgyorsul a levegő • Nagyobb szélsebesség ellenére kedvezőtlen a turbinának a turbulencia hatása miatt Szélenergia

47. Hőmérséklet, légnedvesség • A levegő sűrűségét, a légkör stabilitását befolyásolják. • Hatásuk elhanyagolható ezért a legtöbb modell standard légköri viszonyokat feltételez: neutrális légrétegződést, 15°C átlagos hőmérsékletet és 1.225 kg/m3 sűrűségű levegőt. Szélenergia

48. Turbina elhelyezés • Szélviszonyok: • Állandóan nagy erősségű szelek • Helyi mérések + 30 év klimatológiai adatok • Környezet: • Széles nyílt terület, akadályok, érdességi elemektől mentes • Talajviszonyok – statikai szempontból Szélenergia

49. Turbina elhelyezés • Műszaki szempont • Utak • hálózati csatlakozás 10-30kV vezeték • Környezeti szempontok • Zajhatás • Árnyékhatás (discoeffektus) • Madárvonulási útvonal stb. Szélenergia

50. OFFSHORE • Sima, alacsony érdességű felszín • Alacsonyabb torony építhető • Alacsonyabb a turbulencia intenzitása • Hosszabb élettartam • Offshore szélpotenciál 5%-10% nagyobb, mint gondolták Szélenergia