SZÉLTURBINÁK Előadás a BME Áramlástan Tanszékén Dr Fáy Árpád 2010 április 13
Uralkodó szélviszonyok a Földön (nálunk nyugati)
A két leggyakrabban alkalmazott típus
Magyarországon üzembe helyezett szélturbinák Inota 1 db 250 kw ~ 0,3 GWh 2000 Kulcs 1 db 600 kw ~ 1,0 GWh 2001/5/23 Mosonszolnok 2 db 600 kw ~ 2,0 GWh 2002/12/19 Mosonmagyaróvár 2 db 600 kw ~ 2,0 GWh 2003 Bükkaranyos 1 db 225 kw ~ 0,3 GWh 2004 Erk 1 db 800 kw ~ 1,3 GWh 2005 Rónafő 1 db 800 kw ~ 1,3 GWh 2005 Vép 1 db 600 kw ~ 1,2 GWh 2005 Szápár 1 db 1,8 MW ~ 3,6 GWh 2005 Mosonmagyaróvár 5 db 2,0 MW ~ 20,0 GWh 2005 Sopronkövesd 4 db 3,0 MW 2008 2009. dec. 31-ig: 108 db, installált 201 MW.
A kulcsi szélturbina szerkezete
A teljesítmény képlete m tömegű V sebességű légtömeg mozgási energiája: R sugarú körön t idő alatt átlépő légtérfogat tömege: V-ről 0-ra lassítva a kinyerhető elméleti teljesítmény: A valóságos teljesítmény: Normál állapotban: teljesítmény tényező C P ρ =1,2 kg / 3 m E = P P m m V 2 m = ρ R 2 π Vt elméleti valóságos = = E t m C 2 P = R R 2 π V ρ 2 V ρ π 2 V 3 2 2
C P A teljesítménytényező értéke < 1 három okból: A propeller után a sebesség nem lehet zérus (> V / 3 ). A propeller visszatorlasztja az érkező áramlást. Ezért a légtömeg egy része a propeller körét elkerüli és a propellernél kisebb a sebessége (Betz-Glauert elmélet). A lapátok között a légtömeg sebességváltozás nélkül lép át (csak 3D-s számítással követhető).
C P A tényező értéke a névleges pontban jól tervezett járókerekekre U a járókerék kerületi sebessége
Szélsebesség gyakorisági görbe V átlag = max i= 1 V i H 8760h i
Éves energia termelés Az adott paraméterekkel E = 634 000 kwh Évente ingadozás +- 20 % Próba kisebb V-vel: Kulcs V = 12 m/s, P = 600 kw, R = 22 m V új =10 m/s, R 2 V 3 = ugyanaz, R új = 28,4 m
Anderson közelítő képlete (1992) Tipikus szélsebesség gyakorisági görbe esetén, ezzel összehangolt tipikus turbina karakterisztikával, 90 %-os rendelkezésre állással (10 % idő kiesés géphibák miatt) 5 % térbeli fedettséggel E = K V R π n m E átlagos éves energiatermelés (kwh/év) évi átlagos szélsebesség (m/s) V m R járókerék sugara (m) n szélturbinák száma a farmon 3 2 K = 2,5 kwh/év (m/s) 3 m 2 Anderson konstansa
1991-ben a szélturbinák telepítésére a következő megállapításokat tették: V = 6,5 m/s átlagsebesség esetén: elég jó a hely V = 7,5 m/s átlagsebesség esetén: jó a hely V = 8,5 m/s átlagsebesség esetén: nagyon jó a hely
Környezeti kérdések Zajosság Elektromágneses interferencia Látkép befolyása (villódzás) Energiatározás szükséges Kulcsi gépházban 101 db(a), torony alján 55 db(a), a szélturbina oszlopától 150 m-re 45 db(a), és 400 m-re 35 db(a). A szélturbinákat célszerű a lakóterülettől legalább 400 m távolságra telepíteni. A magyar energiarendszer legfeljebb 350 MW összteljesítményű szélturbina-parkot visel el (engedélyek maximuma 2009-ben).
Magyar Szélenergia Társaság: 2009. dec. 31.-i státusz: 108 db, 201 MW Éves termelés 2009-ben: 355 GWh, ami megfelel 355000MWh/8760h = 40,5 MW folyamatos teljesítménynek. Teljesítmény tényező = Folyamatos/névleges teljesítmény (szélturbinákra általában: 20 %)
Árak, törvény Windsave, P = 1 kw, D = 1,8 m, E = 500 kwh/a, 10 év élettartam, 2640 USD Szápár (Zirc mellett), WESTAS, P = 1,8 MW, D = 90 m, H = 80 m, Pupek Emese esettanulmányából. Üzembe helyezés 2005, építés 5 hónap. Beruházás: 626 mft. (2005-ös ár). Ebből: Vissza-nem-térítendő támogatás: 122 mft Önrész: 503 mft (hitel 327 mft, saját forrás 176 mft) Garantált éves energia-termelés: 5,7 m kwh/év. A törvény szerinti átvételi ár (2005-ben): 19.3 Ft/kWh Árbevétel az energiatermelésből: 110 mft/év (2005-ös áron). Ennek tőkésített értéke 2005-ben (r = 5 %, n = 25 év, S = 14): 1540 mft A projekt teljes nyeresége: 1540 626 = 914 mft. Megtérülési idő (a logaritmikus képlettel): 7 év. Az energia önköltsége: 8 Ft/kWh. Ha nem támogatott árral számolunk, hanem a 2005-ös átlagos 12 Ft/kWh-val, akkor: az éves árbevétel 68 mft, projekt nyereség: 326 mft, (önköltség ugyanaz), megtérülési idő: 13 év. A megtérülési idő (más szélerőmű projekteknél): 10 14 év Energiatörvény. 2010-ig szélerőművek által termelt energia átvételi ára: 23 Ft/kWh. A szélerőművek büntetést fizetnek, ha termelésük előrejelzése napi átlagban ± 50 %-al eltér.
James Lovelock angol környezet-vizsgáló a szélturbinákra azt mondta (2005-ben): Német és dán vállalatok biznisze. Mi a tényleges helyzet? Magyarországon a 108 db 201 MW össztelj. turbina 355 GWh-t termelt 2009-ben. Ennek éves árbevétele (mai áron) 23 Ft/kWh-val: 8,16 milliárd Ft/év (tőkésítve: 114 md Ft). 12 Ft/kWh-val: 4,26 milliárd Ft/év (tőkésítve: 60 md Ft). Szápár (1,8 MW) beruházása 2009-es áron: 790 mft. Az összes szélturbina beruházásának becslése (Szápár alapján arányosítva): 88 milliárd Ft (nagyrészt hitel). AZ ORSZÁGNAK MEGÉRI-E?