Windcraft Development L.L.C. Hungary - 1181 Budapest, Üllői u. 431. +36 30 235 2062 Fax: +36 1 294 0750 Környezetkímélő Energetikai Rendszer Fejlesztése
Rövid leírás A projekt célja A szélenergia hasznosításán alapuló, olyan környezetkímélő energetikai rendszer kifejlesztése, amely a villamos áramot és hidrogént (hidrogén üzemű motorok meghajtására és üzemanyag cellák működtetésére) termel. Az általunk javasolt szélenergián alapuló rendszer legnagyobb előnye a jelenlegi szélerőművekkel szemben az, hogy az általunk javasolt rendszer bármikor, szélcsend estén is, képes a megfelelő mennyiségű villamos energiát szolgáltatni az országos hálózat felé. Az energiatermelés költsége lényegesen alacsonyabb lesz és összemérhetővé válik a hagyományos energiatermelés költségével. A környezetkímélő energetikai rendszer főbb elemei 1. Függőleges tengelyű szélerőmű Felépítmény Szélturbina Csapágyazás Generátor Jelen fejlesztési szakaszban van működő modellünk, melynek megmértük paramétereit. Néhány hónapon belül elkezdjük egy ipari méretű kísérleti szélerőmű felépítését. A kísérleti változat tervezett felépítési időtartama hat hónap. 2. Hidrogénfejlesztő készülék A jelenlegi berendezésektől eltérő elven, mintegy 40%-al jobb hatásfokkal működő vízbontó készülék (új szabadalom). Jelenleg a prototípus fejlesztésén dolgozunk. 3. Forgódugattyús motor A jelenlegi (Otto, Diesel, Wankel) belső égésű motoroktól eltérő felépítésű, hidrogénhajtású, belső égésű motor. Jelenleg a motor benzinüzemű prototípusának gyártásán dolgozunk. 2
Részletes leírás Környezetkímélő energetikai rendszer Szél esetén az erőmű előállítja a szükséges szükséges teljesítményű villamos energiát, viszont ha a megtermelt energiára nincs szükség, akkor meg kell oldani a sszélenergiából termelt villamos energia tárolását. A hidrogén hidrogén formájában eltárolt (szél elektromos energia hidrogén) szélenergiát szélcsend esetén esetén fel lehet használni villamos energia előállítására a forgódugattyús motor segítségével segítségével. A szélenergia tárolásának másik megoldásán is dolgozunk, nevezet nevezetesen a sűrített levegő formájában való tároláson. Erre a célra a kompresszor üzemmódban működő forgódugattyús motort tervezzük tervez használni. Ezzel gyakorlatilag két feladatot oldunk meg egyszerre. Lehetővé tesszük, hogy a szélerőmű kisebb méretben (tanya, falu, gyáregység) az országos elektromos hálózattól függetlenül is üzemeltethető legyen, másrészről megoldjuk a szélerőmű csúcserőmű problémát. Szélcsend, vagy kis szél esetén (vagy ha a központi áramellátó rendszernek szüksége van rá) a hidrogén felhasználásával felhasználásával segíthetünk a központi energia rendszer kapacitásának fokozásában vagy akár az üzemelő szélerőmű mellett a szükséges szükség csúcsteljesítmény előállításában. 3
1. Függőleges tengelyű szélerőmű A K+F munkánk során olyan függőleges tengelyű forgórésszel ellátott szélerőművet fejlesztettünk ki, amely a vízszintes tengelyű szélerőművek hátrányaival nem rendelkezik, és telepítési, üzemeltetési költségei lényegesen alacsonyabbak annál. Végső soron azonos megtérülési idő mellett a termelt energia költsége lényegesen alacsonyabb lesz, összemérhetővé válik a hagyományos energiatermelési költségekkel. Az általunk tervezett függőleges tengelyű szélerőmű előnyei a jelenlegi vízszintes tengelyű szélerőművekhez képest: A függőleges tengelyű szélerőművel termelt villamos áram önköltségi ára fele (nagyobb átlagos szélsebesség esetén egy ötöde), a jelenlegi vízszintes erőművek által termelt áram önköltségének. Az általunk javasolt erőmű élettartama 2-3-szor nagyobb, mint a jelenlegi erőműveké, nem kelt zavaró hang és fény effektusokat. Nem kell leállítani 90 km/h-nál nagyobb szél esetén, mert a földön előforduló bármilyen sebességű szél esetén működőképes és jó hatásfokkal hasznosítja a szél, szélsebességgel köbösen arányos energiatartalmát. A szél irányára nem érzékeny, a bármely irányból érkező szelet egyaránt jól hasznosítja. Nincs szükség a generátor és bonyolult szabályzó berendezések magasban való elhelyezésére, mert minden berendezés az erőmű alatti gépteremben, kényelmesen szerelhető módon van elhelyezve. A gépteremben elhelyezett berendezések karbantartása egyszerű, az erőmű föld feletti része gyakorlatilag karbantartást nem igényel. Az erőmű szilárdságtani konstrukciójából adódóan a jelenlegi szélerőműveknél sokkal nagyobb, egységenként akár 50-100 MW teljesítményű erőművek is építhetők. Mivel zárt térbeli egységet képez, ezért a madarakra teljesen veszélytelen. A környezetre káros hatása nincs. 2. Hidrogénfejlesztő készülék A projekt célja egy a vizet minél kisebb energiával oxigénre és hidrogénre bontó berendezés megtervezése, a prototípus legyártása, valamint a sorozatgyártás előkészítése. Az igény a függőleges tengelyű szélerőmű tervezése során jelent meg, mivel komplex megoldást szerettünk volna javasolni a szél energiájának kihasználására. 4
A találmány lényege, hogy egy különleges műszaki megoldással viszonylag kis energiával leszakítjuk a hidrogént az oxigén atomról. Az így keletkezett hidrogént és oxigént arra alkalmas tartályokban tároljuk, további felhasználásig. A megoldás előnye, hogy a keletkezett hidrogén könnyen tárolható és teljesen környezetbarát üzemanyag. Az új megoldásnak köszönhetően a jelenleg alkalmazott hidrogénfejlesztőkben felhasznált energiánál kevesebb energia szükséges a víz felbontásához. 3. Forgódugattyús motor A projekt célja a jelenlegi dugattyús motoroknál gazdaságosabb, nagyobb hatásfokú forgódugattyús robbanómotor létrehozása. A motor a szél segítségével termelt hidrogén felhasználásával villamos energiát állít elő szélcsendes időben, vagy amikor a csúcsterhelés miatt az elektromos hálózatnak kiegészítő teljesítményre van szüksége. A jelenlegi Ottó illetve diesel motorok több problémával is rendelkeznek, amelyek miatt a hatásfokuk elég alacsony, illetve felhasználásuk korlátozott. Egyik legfőbb probléma az, hogy a robbanáskor keletkező energiát egyenes, majd egy alternatív mozgáson keresztül tudják forgó mozgássá alakítani. Ez azt jelenti, hogy állandóan mozgásban kell tartani egy lengő tömeget, ami az égésből származó energia egy részét felemészti. Az általunk alkalmazásra javasolt forgódugattyús motor lényege az, hogy a dugattyú, forgó mozgást végez. Ezzel a megoldással megszüntettük az alternatív mozgást végző lengő tömegeket. A motor járása teljesen egyenletes és gyakorlatilag bármilyen nagy teljesítményben megépíthető. Az általunk tervezett motor forradalmasíthatja az erőmű ipart, mivel a jelenlegi gőzturbinák (melyek hatásfoka 23-27% körüli) helyett kiválóan alkalmazhatók szinte bármilyen teljesítményű kivitelben, s nem lényegtelen, hogy hatásfoka kb. 60%-al jobb a jelenlegi gőzturbinákénál. Külön érdekessége a motornak, hogy a jelenleg alkalmazott hajtóanyagok bármelyikével üzemeltethető, azaz a hajtóanyag lehet gőz, sűrített levegő, benzin, gázolaj, hidrogén, vagy bármely éghető gáz, vagy folyadék. A jelenlegi robbanómotorok helyett használva az üzemanyag felhasználása 70%, ugyanazon teljesítményt szolgáltatva. Különös előnye, hogy hidrogén üzemanyag 5
használata esetén minimálisra csökkenthető a környezet szennyezés az elégetett hidrogén energiájának maximális kihasználása mellett. A motor kifejlesztése kapcsán két fő piaci célt tűztünk magunk elé. Egyik az energetikai ipari alkalmazás a jelenlegi (különböző hagyományos, szén, olaj, gázolaj, vegyes tüzelésű, atom) erőművekben alkalmazott, alacsony hatásfokú gőzturbinák lecserélésére. A másik cél a jelenleg használt robbanómotorok lecserélése. Itt az alternatív mozgás hiánya miatt igen csendes, nagyon jól kiegyensúlyozott, nyugodt járású motorokat lehet tervezni, lényegesen jobb hatásfokkal. A forgódugattyús motor felhasználási lehetőségei Robbanómotorként használva Az általunk javasolt forgódugattyús motor a jelenlegi robbanómotorokban elégetett azonos mennyiségű üzemanyagból kb. 30%-al nagyobb teljesítményt állít elő. Ez azt jelenti, hogy például egy 200 lóerős forgódugattyús motor méreteiben körülbelül a fele a hagyományos Ottó vagy Dízel motornak és a 200 lóerő teljesítmény eléréséhez 70%-nyi üzemanyagot (például hidrogént) használ fel. Eközben a környezetszennyezés lényegesen csökken (hidrogénnel történő üzemelés esetén nulla). A forgódugattyús motor körülbelül fele annyi alkatrészből áll, mint a hagyományos dugattyús motorok. A gyártása egyszerű, mivel nem igényel bonyolult megmunkálási módokat. Előállításának önköltsége kb. fele lesz a jelenlegi dugattyús motorokénak. Ez azt jelenti, hogy fél áron elő tudunk állítani egy méreteiben sokkal kisebb, és adott üzemanyag felhasználás esetén a jelenlegi motorokhoz viszonyítva mintegy harminc százalékkal nagyobb teljesítményű motort. Bármilyen hő, vagy atomerőműben gőzturbinaként használva A forgódugattyús motort gőzhajtású üzemmódban használva (gyakorlatilag ekkor gőzturbinaként működik) a jelenlegi gőzturbinákhoz képest kb. 60%-al nagyobb hatásfokot tudunk elérni. Ez azt jelenti, hogy a forgódugattyús motort gőzhajtású üzemmódban használva a jelenlegi erőművek (teljesen mindegy, hogy szén, olaj, gáztüzelésű, vagy netán atomerőmű) teljesítményét ugyanolyan mennyiségű 6
fűtőanyag felhasználással lényegesen megnövelhetjük. Ezzel jelentősen csökkenthető a légszennyezés. A következő lépés az lesz az erőmű iparban, hogy az olajt vagy a gázt nem kazánokban kell elégetni és gőzt termelni, hanem közvetlenül a forgódugattyús motorban és a motorral háromezres szinkron fordulatszámon meghajtani bármilyen nagy teljesítményű generátort. Ekkor a vízmelegítés és gőztermelés energiavesztesége kiküszöbölhető és a rendszer hatásfoka még nagyobb lesz. A világon nagyon nagy mennyiségű fosszilis energiahordozóval fűtött erőmű üzemel, nagyon rossz hatásfokkal és óriási környezetszennyezéssel. Az általunk javasolt forgódugattyús motorral ez a környezetszennyezés felére-harmadára csökkenthető, továbbá az előállított villamos energia ára is a felére csökkenthető. Ipari üzemekben, ahol sűrített levegővel működtetett gépeket és berendezéseket használnak, ott sűrített levegővel működtetett üzemmódban a motor felhasználható a hulladék levegő hasznosítására, mert abból villamos áramot tudunk a motor és egy generátor segítségével előállítani. Ezzel nagymértékben növelhető az alkalmazott pneumatikus rendszerek gazdaságossága. Új távlatok nyílhatnak a repülőgép hajtóművek tervezésében, mivel az általunk javasolt forgódugattyús motor alkalmazásával a repülőgép hajtóművek zajszintje jelentős mértékben csökkenthető (a hajtómű kétáramúsági fokának növelésével) és adott üzemanyag mennyiséggel, sokkal nagyobb távolságok átrepülése válik lehetővé. Gyakorlatilag a forgódugattyús motor fejlesztésének és gyártásának költségeivel egyenes arányban csökkenthetők a környezetszennyezés csökkentésére fordított kiadások, mivel az általunk javasolt motor alkalmazásával a környezetszennyezés nagymértékben csökken. Ha az erőművekben és a járműiparban az általunk hasznosításra ajánlott forgódugattyús motorhoz hajtóanyagként hidrogént használunk, akkor a környezetszennyezés gyakorlatilag nulla lesz, a föld fölötti ózon lyukak megszüntethetők (be lehet azokat foltozni) és meg lehet állítani a globális felmelegedést is. 7