A szélenergia
1.
A szél mint energiaforrás
1.1 A szélr?l általában
A légkör alsó rétegeiben végbemen? légmozgást – a szelet – a Nap sugárzó energiája hozza létre. A légmozgás során a könnyebb, a melegebb felszálló leveg? helyébe a hidegebb leveg? áramlik. Így pl. a trópusi területeken a légtömegek er?sebben felmelegszenek; a leveg? ezért itt felemelkedik és a magasban halad a sarkok felé (ez a magassági szél az antipasszát). A sarkok felé haladó légtömegek pályája a Föld gömbjéhez igazodva fokozatosan lesz?kül, és miközben leh?l, a nyomása és súlya megnövekszik. A leszálló hidegebb légtömegek a földfelszín közelében az egyenlít? irányába haladnak visszafelé (ez a passzátszél),
A passzát és az antipasszát szél mellett még több állandó jelleg? szél található a kontinensek tengerpartjain (pl. nappal a tenger fel?l érkezik a leveg? a melegebb szárazföld irányába). Állandó jelleg?ek a monszunok is, amelyek ugyancsak az óceán h?vösebb és a szárazföld melegebb leveg?jét kényszerítik cserére.
Az említett szélrendszereken kívül vannak id?szakos és helyi jelleg? szelek. Ezek közül néhány ismert európai szélfajtát foglaltam össze az 1. táblázatban.
Néhány periodikus jelleg? helyi szélrendszer Európában
Név Elterjedési terület Évszak Jellege
Bóra Dalmát tengerpart Tél Hideg bukószél
F?n Alpok és északi el?terük Tavasz Meleg bukószél
Misztrál Dél-Franciaország Többnyire télen és tavasszal Hideg, száraz bukószél
Sirokkó Földközi-tenger térsége Tavasz Meleg afrikai, sivatagiszél
Olaszország, Görögország száraz és poros
Bise Svájc Ény-i része Tél Hideg, száraz szél
Nemere Erdély DK-i része Tél Száraz, hideg, keleti szél
1. táblázat
A hatalmas légörvényeket ciklonoknak nevezzük. A ciklonok nagy kiterjedésben, gyakran több száz kilométer szélességben éreztetik hatásukat. A ciklon belsejében felemelkedik a leveg?, és itt alacsonyabb a légnyomás. Bennük a légtömegek az északi féltekén az óramutató járásával ellenkez? irányban mozognak. Az anticiklon az óramutató járásával megegyez? irányú légáramlást hoz létre, és ennek középpontjában magas a légnyomás. Az orkán és a tornádó is eredetileg egy-egy ciklon neve volt. Az orkán az Indiai-óceán térségében honos.
A tornádó spanyol eredet? szó. A szavak átkerültek a köznyelvbe, s ma a hirtelen feltámadó pusztító erej? szélviharok megnevezésére használjuk ?ket.
1.2. A magyarországi szélviszonyok
Magyarország az európai kontinens közepén, a Kárpátok medencéjének nyugati felében fekszik a Duna középs? folyása vidékén. Magyarországra ennek megfelel?en az északi mérsékelt égövre jellemz? kontinentális éghajlat a jellemz?.
Az uralkodó szelek a medence peremér?l fújnak általában a medence közepe felé. A szél különösen a sík területeken fejt ki nagy természetátalakító munkát. Elegyengeti a táj ráncait, feltölti a lapályos részeket. Így alakult ki a Kiskunság felszíne is. A szél kifújja a hegyek oldalaiból a lazább k?zeteket. Így alakultak ki pl. a Heves megyei Sirok fölött látható meghökkent? alakú sziklák is. A szél nemcsak a természetben végez munkát, az ember ?sid?kt?l fogva hasznosítja a leveg? mozgási energiáját. A hajózás mellett a legjellemz?bb hasznosítási mód – ez Magyarországon is széles körben elterjedt – a szélmalom. A szélenergia hasznosítás virágkorát a XVII. – XVIII. században érte el. A XIX. század els? felét?l az ipari forradalom hatására a g?zgépek megjelenésével ugyan visszaesett a szélkerekek, szélmalmok fejlesztése és alkalmazása, de ma – az energiafelhasználás növekedésével – ismét teret kapott a szél, mint energiaforrás. Ehhez jelent?sen hozzájárult a villamos gépek megjelenése is.
A szélnek, mint energiaforrásnak a nagyságára els?sorban a szélsebesség a jellemz?.
A magyarországi szélsebességi viszonyokról az Országos Meteorológiai Intézet (OMI) mérései adnak tájékoztatást. A 2. táblázatban néhány meteorológiai állomáson mért átlagos havi szélsebesség mértékét lehet megtekinteni. (A havi átlagok óránkénti sebességátlagok alapján lettek meghatározva. Ez utóbbiak egy óra folyamatos regisztrálási görbéjéb?l integrálással kiszámítható értékek).
A különböz? statisztikai kiadványokban szerepl? szélmérési adatok ugyan jó tájékoztatást adnak az ország különböz? területeinek légmozgásáról, de általában nem alkalmasak arra, hogy azok alapján széler?gépek helyének kiválasztását, vagy akár a széler?gép méretezését, megtermelhet? energiamennyiségét meghatározzák.
Ilyen zavaró körülmény lehet, hogy a földfelszín közelében végzett méréseknél az épületek, fák, domborzati viszonyok által képzett természetes vagy mesterséges akadályok jelent?sen módosítják a szél sebességét. A további gond, hogy ezek a mérések nem tájékoztatnak a szélirányok változásának gyakoriságáról, a szélsebesség egyenl?tlenségér?l. Ugyancsak figyelembe kell venni, hogy a szél sebessége a talaj felszíne feletti magassággal jelent?sen megváltozik.
A 10m-es magassági szinten a nemzetközi összehasonlítások céljából a szélsebességekre vonatkozó alapértékeket adják meg.
1.3. A széler?gépek nemzetközi alkalmazásának áttekintése
Az energiaválság ismert gondjai el?térbe helyezték a megújuló energiaforrások kihasználásának lehet?ségeit.
A nem hagyományos energiaforrások jöv?beni gazdaságos kihasználása jelent?s el?relépést igényel az energetikában alkalmazott m?szaki megoldások terén.
A nap-, szél-, víz-, óceáni energia felhasználása – szemben a nem megújuló energiaforrásokkal – nem érinti a föld energia-egyensúlyát, befolyással lehet azonban közvetlen környezetére h?szennyezés, illetve a klímaviszonyok megváltoztatása útján.
Az új források többségének kis energias?r?sége miatt a gy?jt? és átalakító berendezések nagy méret?ek s így az emberi környezet esztétikai hatását ronthatják.
Az új források gazdaságossága kétségbe vonható, de ez természetes egyrészt, mert az új utak keresését nem az energiaköltségek csökkentésének szándéka, hanem az energiahordozó készletek gyors kimerülése indította meg, másrészt az eljárások nagy részét csak néhány éve tanulmányozzák kell? mértékben, a fejlesztés és a sorozatgyártás eredményeképpen a mutatók jelent?s javulására lehet számítani.
A megújuló energiaforrások kutatásában élenjáró országok jelent?s energiát fektetnek a szélenergia kutatásába.
A szélenergia leginkább Európa part menti országaiban alkalmazható. Például Írország területének 99%-án van használható szélerő.
Négy európai ország vezet a világban — Németország, Dánia, Spanyolország és Nagy-Britannia — a szélenergiát tekintve. Az utolsó öt évben ezekben az országokban évi 15-75%-kal nőtt a szélenergia kapacitása. Németország több mint 500 MW-tal növelte a kapacitását egy év alatt, Európában pedig összesen 1265 MW-tal nőtt a kapacitás. 1997-ben az európai üzemekben gyártották a szélturbinák 80%-át.
Az említett országokban a kormány ösztönzi az alternatív energiaforrások fejlesztését és használatát, amennyiben azok gazdaságosak és környezetkímélők. Az alábbi szempontokat tartják szem előtt:
— változatos, biztonságos és fenntartható energiaellátás,
— a szennyezés emissziójának visszaszorítása,
— a helyi részvétel és a versenyképes alternatív energiaforrások támogatása.
Jelenleg több alternatív energiatechnológia versenyképes az energiapiacon. Az Alternatív Energiaprogram legújabb fordulója kimutatta, hogy a szélenergia termelékenységben felveheti a versenyt a legjobb hagyományos technológiákkal.
A szélenergia egy tiszta energiaforrás. A fosszilis energiahordozókkal ellentétben károsanyag-kibocsátás nélkül be lehet fogni. A hagyományos fosszilis energiahordozókkal összevetve megállapíthatjuk, hogy alkalmazásával lényeges szén-dioxid-, kén-dioxid- és nitrogén-oxid-kibocsátást kerülhetünk el, amelyek a globális felmelegedéshez, a savas es?höz és a leveg?szennyezéshez járulnának hozzá.
Bár a szélkerekek kétségkívül nem zajtalanok, a technika vívmányainak köszönhetően ez a zaj ma már a régi modellekéhez képest elhanyagolható, leginkább már csak a szélkerekek suhogását hallani.
Kialakult gyakorlat szerint a kis gyorsjárási tényez?j? soklapátos szélkerekek vízszivattyúzásra, a nagy gyorsjárási tényez?j? 2-3 lapátos szélkerekek pedig áramtermelésre alkalmasak. Dániában, Hollandiában és Kaliforniában a tengerpartokhoz közel lév? er?s széljárású területeken már m?ködnek nagy szélfarmok, ahol olcsóbban állítják el? a villamos-energiát, mint a hagyományos er?m?vekben.
1.3.1. Alkalmazási lehet?ségek
Magyarország legnagyobb része a gyenge, egyes területek a közepes széljárású kategóriába tartoznak. Itt vízszivattyúzásra érdemes a szélenergiát használni. Régen a pásztorok húzták fel a vizet a gémeskútból az itatáshoz, ma járm?veken viszik a vizet a vezetékt?l távol lév? legel?kre. Ennél a megoldásnál olcsóbban lehet a vizet biztosítani az igényekhez méretezett nagyságú, soklapátos szélkerékkel.
A villamos energiát termel? szélturbina alkalmazása nemcsak a hétvégi házakra és tanyákra korlátozódhat, jól felhasználható a villamos hálózattól távol es? URH-átjátszó állomások energiaellátására. Mivel a mikrohullámú terjedés megköveteli az átjátszóállomások kiemelked? pontokra történ? telepítését, ezek hálózatról történ? ellátása igen költséges lehet, ugyanakkor a kiemelked? pontok (hegytet?k, fennsíkok) szélsebessége 150-200%-a is lehet a hegy lábánál mért talajközeli szélsebességnek.
Önálló meteorológiai és hidrológiai mér?- és jelz?állomások energiaellátása hasonlóképpen megoldható.
Az országos hálózatban meglev? gáz- és olajtávvezetékek elektrolitikus korrózióvédelmét a villamos hálózattól távoles? helyeken gazdaságosan lehetne megvalósítani meghatározott távolságban telepített szélturbinákkal. Ebben az esetben nincs szükség energiatárolásra sem, a termelt villamos áram direkt felhasználható.
Közvetlen h?energia termelésre történ? felhasználása a függ?leges tengely? szélturbináknak jó hatásfokkal megvalósítható a tengelyre szerelt folyadéksúrlódás h?energiáját hasznosító melegtermel? berendezéssel. A többlet h?energia-igény egybeesik a szélenergia gyakoriságával – téli szeles id?szakokban, így legalább a szélpótlékra es? többletf?tési energia megtakarítható. Nemcsak lakóházak, hanem üvegházak, istállók kiegészít? f?tésére is alkalmazható az eljárás.
Környezetvédelmi vizsgálatok alapján mind gyakrabban jelentkezik az él?vizek pusztulásának gondja. Mesterséges halnevel? tavak oxigénellátása szintén nehézségeket okoz. Ezeket a problémákat leveg?ztetéssel aerátorok segítségével meg lehet oldani. A szél által m?ködtetett leveg?ztet?k némely esetben gazdaságosabbaknak ígérkeznek, könnyebben telepíthet?k – bójákra építve -, mobilizálhatók, az ingadozó vagy rövidebb ideig szünetel? ellátás nem zárja ki az alkalmazhatóságot. A függ?leges tengely itt is el?nyösen felhasználható a leveg?ztet? közvetlen hajtására.
Számos olyan alkalmazási lehet?ség van, ahol a szélenergia alkalmazása gazdaságosabb lehet bármely más energiahordozó felhasználásánál. Erre remek példát szolgáltatott a MÉM M?szaki Intézet. Az intézet 1979-t?l foglalkozik a szélenergia mez?gazdasági hasznosításával. A kezdeti id?szakban a vizsgálatok arra irányultak, hogy a s?r?lapátozású (egyszer? kivitel?) szélgépek a magyarországi szélviszonyok között alkalmazhatók-e folyamatosan energiatermelésre. Korábbi id?szakból nem álltak rendelkezésre megfelel? hazai példák. Villamos áram termelésére folytak kísérletek 3 lapátos szélgéppel, de a kísérleti gép szerkezeti kialakítása nem volt tökéletes, s a korszer?sítésére már nem került sor.
S?r?lapátozású szélgép mintegy 30 éven át m?ködött a Karcagi Mez?gazdasági Szakiskola területén, ahol mechanikus energia termelésére, f?ként vízszivattyúzásra használták. Ez utóbbi példa is bátorította a hazai szakembereket arra, hogy a mez?gazdasági üzemek részére a fejlesztést a s?r?lapátozású kivitelek irányába kezdjék meg.
A vizsgálatok 1979-ben az ausztrál SOUTHERN CROSS IZD 12 típusú vízhúzó szélgéppel kezd?dtek. Az importált mintaberendezést az egykori Kiskunhalasi Állami Gazdaság legel?területén fúrt kút fölé állították fel. A két éves üzemid? során szerzett tapasztalatok egyértelm?en bizonyították, hogy a vízhúzási célokra a szélgépek gazdaságosak lehetnek, s emiatt hazai gyártásuk célszer?. Kés?bb még egyszer?bb kivitelek importjára is sor került Dániából, amelyekkel a TAURINA és a volt Gyöngyösi Vasipari KTSZ végzett vizsgálatokat, majd sorozatgyártásuk is megkezd?dött.
A hazai kísérleti vízhúzó gépek tervezését a MÉM M?szaki Intézet 1980-ban végezte el, majd 1981-ben üzembe is állította azokat. A 3 db kísérleti vízhúzó gépet egymástól eltér? körülmények közé telepítették. A választott környezeti és meteorológiai viszonyok nagyrészt reprezentálták az általános hazai lehet?ségeket. A dugattyús szivattyúval készült gépeket fúrt kutakra telepítették.
A TAURINA által gyártott kivitel membránszivattyús, f?ként sekélyebb vízszint? ásott kutakra telepíthet?.
Ezen vizsgálatok helyeit és a telepítési körülményeket az táblázat, továbbá az és ábrák szemléltetik. A vizsgálatokban szerepl? széler?gépeket a néhai Nyíregyházi Mez?gép Vállalat végezte.
E fejlesztéseknek és vizsgálatoknak alapvet? célja volt, hogy a villamos hálózatoktól és majoroktól távol es? szarvasmarha és juhlegel? területeken az állatok számára friss ivóvizet biztosítsunk.
Ezzel együtt párhuzamosan felvet?dött, hogy a villamos hálózattól távoles? legel?központok és nyári szállások villamos energia ellátását is célszer? lenne megoldani.
Hely Kút Széljárás jellemzése Hely
jellemz? vízszint (m) vízhozam
(dm3/min)
Kiskunhalasi gazdaság fúrt kút, 230mm átmér?j? cs? -5 70 jó széljárás, egy oldalról 5-6m magas fasorral szélgépt?l 20m-re sík, legel? terület
Mez?falvi kombinát fúrt kút, 230mm átmér?j? cs? -2,5 110 legel?központ, jó széljárás a kiemelt ponton akadály mentes sík, legel? terület
Hódmez?vásárhelyi tangazdaság fúrt kút, 110mm átmér?j? cs? -5 40 major bels? területe, minden oldalról 25-35m távolságban 7-8m magas fasor, és épületek majorhoz kapcsolódó legel?
1.3. A szél energetikai jellemz?i
A szél munkavégz? képességét alapvet?en a szél sebessége határozza meg. Ezért törekednek a szélsebesség mindenkori értékét minél nagyobb pontossággal rögzíteni, mert a helyi szélsebességi viszonyok alapján lehet kijelölni a felállítandó széler?gépek legoptimálisabb helyét.
A szélsebességet leggyakrabban forgókanalas mér?m?szerrel, anemométerrel mérik.
A szélsebesség értéke id?ben ingadozik. A különböz? „széler?sség” (szélsebesség) jellemzésére, összehasonlíthatóságára bevezették az ún. „BEAUFORT”-fokot
A mért szélsebességi értékeket az id? függvényében a sebességi görbéken rögzítik: így adódnak a v=f (t) görbék, amelyeknek energetikai szempontból legjellemz?bb adatai az id?egység alatt elvégzett mérések száma, a mintavételi id? és az átlagolási id?tartam.
A sebességi görbékb?l szerkesztik az ún. szélgyakorisági görbéket, amelyeken a vizsgált szélsebesség éves el?fordulása található. A gyakorisági görbéket %-os vagy h/a mértékegységben állítják el?. A gyakorisági görbe alapján pontosan megállapítható a vizsgált évben (vagy több év átlagában) az adott területen leghosszabb ideig el?forduló szélsebesség (az ábrán vtmax= 5 m/s szélsebesség 1200 órán keresztül fordult el?), valamint az éves átlagos szélsebesség, amely a görbe alatti területhez feléhez tartozó érték (az ábrán v0= 7 m/s szélsebesség, amelynek éves el?fordulása mintegy 1100 óra).
A „rendezett” szélgyakorisági görbéket tartamdiagramnak nevezik, amelyek azt mutatják, hogy egy éven belül mennyi ideig uralkodott egy adott szélsebességnél nagyobb, illetve kisebb szélsebesség. A tartamdiagram összetartozó értékeit a gyakorisági görbe alatti terület mér?számai alapján határozzák meg planimetrálással. (100% lehet 8760 óra id?tartam, vagy több év átlaga esetén ennek többszöröse is.)
A szélgyakorisági görbék ismerete a szél éves munkavégz? képességének vizsgálatához nélkülözhetetlen. Ezért aztán sokévi statisztikai adatok birtokában A. Pomorcev és B. Gullen kiszámították és közreadták az évi átlagos szélsebességi értékekhez tartozó legvalószín?bb szélgyakorisági értékeket táblázat.
A konkrét mérési adatok hiányában, de az éves átlagos szélsebességi érték ismeretében a táblázat számadataiból a gyakorisági görbék jó közelítéssel megszerkeszthet?k.
A széler?gépek munkavégzése
Áramlástani alapfogalmak
A széler?gépek a rajtuk átáramló leveg? mozgási energiáját alakítják át munkává. A szél munkavégz? képességét els? közelítésben a következ? feltételekkel vizsgáljuk:
- nem vesszük figyelembe a széler?gép ellenállását
- a leveg?sugár kib?vülését a széler?gép mögött
- a széler?gép hatásfokával nem számolunk
- a széler?gép a rajta áthaladó légáram teljes mozgási energiáját hasznosítja.
Registered Members, login
Join now, it's free
Property of EssaySwap.com
