Megújuló energiaforrások BMEGEENAEK6 2012.03.07. Kaszás Csilla
Előadás vázlata A szél sajátosságai Szélenergia-hasznosítás elmélete Szélenergia-hasznosítás története Szélenergia-hasznosító berendezések alaptípusai
Mi a szél? (!) Légtömegek felszínnel párhuzamos mozgása Teljesítménye: Adott felületen (A) áthaladó légtömeg teljesítménye:
Szél eredete Napsugárzás Különböző felületek Egyenlőtlen felmelegedés Sűrűségkülönbség Nyomáskülönbség Levegő áramlása Egyéb hatások: Coriolis erő Gravitáció, felhajtó-erő
Globális szélrendszerek http://serc.carleton.edu
Helyi szelek Parti szél Hegy-völgyi szél
Magyarország szélviszonyai Kárpát-medence É-K-i szélcsatorna É-Ny-i szélcsatorna http://www.idokep.hu
Magyarország széltérképe OMSZ
Európa széltérképe
Szélsebesség jellemzői A szél sebességének nagysága és iránya térben és időben változik -> mérés Jellemzők leírására: Magasságtól való függés -> szélprofil Időtől való függés -> szélsebesség gyakorisági eloszlása Irány -> szélrózsa
Szélsebesség mérése Kanalas anemométer Kellő magasságban Minél hosszabb távon (min 1 év) Rögzítendő: Szélsebesség Szélirány (általában 10 perces átlag adatok) http://shop.idokep.hu
Érdesség hatása Érdességi hossz: terepszinttől mért, ahol a szélsebesség elméletileg zérus. 0,0002 és 1,6 méter között lehet. Érdességi osztályok: 0 vizek felszínei 0,5 nyílt terep finom felszínnel (aszfalt, legelő) 1 mg-i terület kerítések és fasorok nélkül 1,5 mg-i terület ritka, max. 8 m magas fasorokkal 2 mg-i terület sűrűbb mezővédő fasorokkal 2,5 mg-i terület sok épülettel és tereptárggyal 3 falvak, kisvárosok vagy hegyi mg-i területek 3,5 nagyvárosok sűrű magas épületekkel 4 metropoliszok felhőkarcolókkal
Szélprofil (!) Szélprofil-formula: v = v ref ln(z/z 0 ) / ln(z ref /z 0 ) ahol: v v ref z 0 sebesség a felszíntől z magasságban ismert viszonyítási sebesség z ref magasságban érdességi hossz adott szélirányban Hellmann képlet: v ref /v = (z ref /z) α ahol: α Hellmann-féle szélprofil kitevő értéke 0,1-0,8
Hellmann kitevő MOV_R H1 Szélerőmű Kft.
Hellmann kitevő hatása a szélprofilra
Szélsebesség-gyakoriság Weibull eloszlással közelíthető (!) (az egyenletet nem kell tudni) k: alaktényező λ: skálatényező Ha k=2 Rayleigh eloszlás
Jellemző adatok (Mo-i viszonylatban kedvező telephely) Rayleigh eloszlás átlagos sebesség 7 m/s medián 6,6 m/s (terület fele, tehát az időtartam fele) módusz 5,5 m/s (a leggyakoribb sebesség)
Szélsebesség gyakorisága Energiatartalom
Szélrózsa MOV-R H1
Betz-törvény (!) Szél mozgási energiájának mekkora része hasznosítható maximálisan? A mozgási energia kinyerésével a szél sebessége csökken.
Betz-törvény (!) Hasznosítható teljesítmény: szél teljesítménye a berendezés előtt - berendezés után )/2 Egy szélturbina maximális hatásfoka 16/27
Szélenergia-hasznosítás történelme Többezer éves múlt: hajózás, szélmalmok Perzsiában Európában a XIX. században tetőzött (Hollandia, Németország, Dánia, Anglia) XX. század eleje USA XX. század közepétől elkezdődik a modern szélturbinák fejlődése 1973 olajválság Németország K+F
Kezdetek http://www.winddose.com http://www.carolinemawer.co.uk http://bearyvillage.com
XIX. Század (holland típusú) http://newinireland.com http://joseherworld.blogspot.com
Amerikai többlapátos http://www.water-trade.nl
Modern szélturbinák Enercon 7,5 MW http://accessscience.com 10-15 éve
A jövő? http://www.treehugger.com http://www.techthefuture.com http://windy-future.info http://www.geekologie.com
Szélturbina-típusok csoportosítása Tengely szerint Vízszintes tengelyű Függőleges tengelyű
Savonius http://www.ecosources.info
http://www.archiexpo.com Darrieus http://www.ecosources.info
Szélturbina-típusok csoportosítása Gyorsjárási tényező szerint Lassújárású gyorsjárású
Gyorsjárási tényező Gyorsjárási tényező (tsr) u v R 0 v 0 Teljesítménytényező u: lapát kerületi sebessége v 0 : szélsebesség a turbina előtt >3 gyorsjárású <3 lassújárású
Különböző szélturbina-típusok teljesítménytényezője a gyorsjárási tényező függvényében (!)
Szélturbina-típusok csoportosítása Lapátok száma szerint Egylapátos Kétlapátos Háromlapátos Négylapátos Többlapátos
Egylapátos turbinák http://www.residential-wind-power.com http://www.wind-energy-the-facts.org
Kétlapátos turbinák http://www.wind-energy-the-facts.org
Szélturbina-típusok csoportosítása Turbinát hajtó erő szerint Alaki ellenállást hasznosító (Savonius) Felhajtóerőt hasznosító
Felhajtóerő
Jövő héten: modern szélturbinák felépítése, működése, üzemeltetése