A NAPENERGIA ÉS SZÉLENERGIA EGYÜTTES HASZNOSÍTHATÓSÁGA MAGYARORSZÁG TERÜLETÉN

Átírás

1 Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Környezettudományi Centrum A NAPENERGIA ÉS SZÉLENERGIA EGYÜTTES HASZNOSÍTHATÓSÁGA MAGYARORSZÁG TERÜLETÉN Szakdolgozati prezentáció Készítette: Cserkuti Gergő környezettudomány szakos hallgató Témavezető: Dr. Jánosi Imre

2 A szél mindig fúj valahol Tanulmány az Európa fölötti szélmezőkről (Kiss, Jánosi 2008)

3 Az egész Európa területére kiterjedő egységes szélerőmű-rendszer összesített teljesítménye. (a) Idősor; (b) Hisztogram; (c) Periódus szerinti hatványspektrum. (Kiss, Jánosi, 2008)

4 Egy ipari fogyasztó fogyasztása (fekete) és egy szélerőmű teljesítménye (kék) (Kiss, Varga, Jánosi, 2009)

5 Célkitűzések: Magyarország és környéke nap- és szélenergia-potenciáljának felmérése a potenciálokra épített képzeletbeli erőműrendszerek külön-külön vett és integrált változatainak vizsgálata egyes szcenáriók és a fogyasztási görbe összehasonlítása Várt eredmények: az integrált rendszerek időben kiegyenlítettebb képet mutatnak; jobban képesek lefedni az igényeket kisebb terület miatt nagyobb változékonyság (erősebb korreláció)

6 A fogyasztási grafikon és erőművi kapacitások felosztása (Masters, 2004 alapján) Alap- Közép- Csúcserőművek Időben kiszámíthatatlan teljesítményű erőművek nagyobb változékonyság, több csúcserőmű szükséges.

7 Magyarország évi áramfogyasztása: a) Egész év; b) 27 nap; c) 4 nyári és 2 téli nap. Jól megfigyelhető, hogy az időbeli lefutás nagyban függ az emberi szokásoktól.

8 Az ERA-Interim globális meteorológiai reanalízis időbeli felbontás 3 vagy 6 órás térbeli felbontás: 1,5 x 1,5 Felhasznált adatok: SSR (surface solar radiation) a felszínre érkező besugárzás [W/m 2 ], 3 órás átlagok; TCC (total cloud coverage) az égbolt felhőborítottsága [%], 6 óránkénti pillanatnyi értékek; v10m, u10m 10m magasságban lévő szél horizontális vektorkomponensei [m/s], 6 óránkénti pillanatnyi értékek. Az adatsorok kiterjedése: idő: keleti hosszúság: 15-25,5 északi szélesség: 45-49,5 32 db mérési pont

9 ERA-Interim - időillesztés: Összehasonlíthatóság? Kapacitásfaktor: Az elérhető maximális teljesítményhez (csúcsteljesítmény) képest hány százalék a valós teljesítmény. Napelemek: P P csúcs besugárzás 1000 m W2 p(ssr ) SSR *1, *100 ahol p(ssr) a napenergiára vonatkoztatott kapacitásfaktor [%], SSR pedig a besugárzás [W/m 2 ]

10 Szélerőművek: Szélsebesség: s 10 s 100 (h) empirikus szélsebesség-arány profil alapján: s100 1, 28s 10 Illesztés: Empirikus görbe (Kiss, 2009) p( s) a 0 ( s s a 1 e 0 1 ( s b) c 0 ci ) ha ha ha ha s s ci x s s s s s s co ci s s x co

11 A nap- (bal) és szél (jobb) kapacitásfaktorok átlagértéke [%]. A 19 év átlaga. A nap- (bal) és szél (jobb) kapacitásfaktorok relatív szórása.

12 Szcenáriók a) Egyenletes elosztás a koordinátapontokon b) Fordított súlyozás a szórás-arányok szerint c) Korrelációs mátrix alapján a legkevésbé korreláló pont d) Súlyozás a kapacitásfaktorok átlaga szerint Nap Szél a) b) c) d) átlag 16,76 7,06 11,91 13,09 12,65 14,48 relatív szórás 1,31 1,351 0,936 1,004 0,861 1,072 5% percentilis 0 0,45 0,417 0,343 0,499 0,264

13 Pufferek A puffer működése. Függőleges tengely: nettó energiatermelés (fogyasztás és termelés különbsége) Szürke területek: eltárolandó és visszanyert energiamennyiség e) A c) szcenárió, puffer hozzáadásával en) A naperőművek kapacitásfaktorai puffer hozzáadásával es) A szélerőművek kapacitásfaktorai puffer hozzáadásával

14 ,1 0,01 Nap pufferral Nap összes 0,001 Nap1 0,0001 Nap2 Nap3 Naperőművek átlagos kapacitásfaktorai, három véletlenszerűen választott koordinátapont kapacitásfaktorának, és en) szcenárió hisztogramja. A függőleges tengely logaritmikus skálájú.

15 ,1 0,01 Szél pufferral Szél 3 0,001 Szél 2 0,0001 Szél 1 Szél összes Szélerőművek átlagos kapacitásfaktorai, három véletlenszerűen választott koordinátapont kapacitásfaktorának, és es) szcenárió hisztogramja. A függőleges tengely logaritmikus skálájú.

16 10 d) e) b) a) 0,1 c) Nap összes Szél összes 0,01 fogyasztás 0,001 0,0001 A szcenáriók összehasonlítása a fogyasztással.

17 percentilis Az adatsorok hány százaléka esik bele a megadott értéktartományba Nap Szél a) b) c) d) e) en) es) <1 36,30 18,80 12,87 14,54 9,83 16,30 0,60 6,49 13,54 <2 39,00 35,80 20,48 21,79 16,23 23,29 1,33 8,14 23,17 <5 47,38 60,61 36,03 36,45 31,26 37,35 3,46 15,19 35, ,08 17,48 19,30 18,38 20,07 17,48 61,43 56,80 56,15 >10 41,54 21,91 44,68 45,17 48,67 45,17 35,11 28,01 8,46 >20 31,14 8,71 21,42 25,17 23,66 27,86 16,93 22,82 4,37 átlag 16,76 7,06 11,91 13,09 12,65 14,48 12,11 15,73 6,59 relatív szórás 1,310 1,351 0,936 1,004 0,861 1,072 0,791 1,269 1,153 minimum 0,0000 0,0184 0,0275 0,0222 0,0185 0,0161 0,0457 0,0000 0,0184 maximum 92,33 87,90 59,86 62,92 58,06 69,82 58,06 92,33 87,90 átlagos teljesítmény (MW) 536,22 225,82 381,03 418,98 404,80 463,36 387,57 503,45 210,83 2% 0,000 0,300 0,250 0,202 0,262 0,153 2,842 0,000 0,328 5% 0,000 0,450 0,417 0,343 0,499 0,264 5,000 0,001 0,503 10% 0,000 0,639 0,741 0,622 1,020 0,497 5,000 2,857 0,776 20% 0,000 1,052 1,930 1,696 2,758 1,445 5,000 5,000 1,587 30% 0,021 1,599 3,738 3,587 4,729 3,343 5,000 5,000 3,346 50% 6,124 3,397 8,378 8,423 9,618 8,301 9,618 6,124 5,000

18 Eredmények összegzése A nap- és szélerőművek integrált rendszere nagyobb bizonyossággal tud kiegyenlített üzemet biztosítani, mint a két rendszer külön-külön. Puffer beépítése nélkül egyik szcenárió sem képes értékelhető teljesítményt nyújtani nagy bizonyossággal. Puffer beépítésével is csak az integrált rendszer képes rá, és a garantált teljesítmény így is alacsony. A külön nap- és külön szélerőmű-rendszereknél a puffer sokkal kevésbé hatékony, mint az integrált rendszernél. A fogyasztásnak alapvetően más eloszlásgörbéje van, mint a nap- és szélerőművek teljesítményeinek, ezért kizárólag ezekből a fogyasztást jól követő rendszert építeni nem lehetséges. A nap- és szélerőművek arányának növekedése növeli az áramtermelés előre nem számolható változékonyságát, ezért a terület fejlődéséhez elengedhetetlenül szükséges a pufferek fejlesztése is.

19 Köszönöm a figyelmet!

20 A TCC és SSR függése egymástól; az egész adatsor adott napszakának (12 óra) adataiból. y tengely: TCC értékek (dimenziótalan) x tengely: SSR értékek [W/m 2 ] A TCC és SSR függése egymástól; az egész adatsorból az adott év adott napja körüli dátumok (június 5-10) adott napszakainak (12 óra) adataiból. y tengely: TCC értékek (dimenziótalan) x tengely: SSR értékek [W/m 2 ] A két látható illesztés lineáris, illetve másodfokú polinomiális.

21 TCC megállapításának módja (ISCCP): Műholddal vizsgálják a sugárzást 0,6 és 11 μm hullámhosszon. Csak ez a két hullámhossz nem feltétlenül képes visszaadni a felhők fényáteresztő karakterisztikáját. Rossow, Walker, Garder (1993) tanulmánya alapján ez a mérési mód 5-30% hibát hordozhat magában felhőtípusoktól függően. (Comparison of ISCCP and Other Cloud Amounts. Rossow, William B.; Walker, Alison W.; Garder, Leonid C. Journal of Climate, vol. 6, Issue 12, pp ) A felhők az elnyelt sugárzás egy részét tovább szórják a felszín felé.

22