Dr. Kádár Péter Óbudai Egyetem KVK Villamosenergetikai Intézet kadar.peter@kvk.uni-obuda.hu
Vázlat A szél A szélenergia átalakítása A szélerőmű A szélerőmű és a hálózat együttműködése
A szél alakítja a Föld felszínét
fújja a hajunkat
táblákat tör össze
vitorlásokat mozgat
kidönti az erdőt
hordja a havat
lobogatja a zászlót
repíti a sárkányt
szárítja a ruhákat
fújja a fák ágait
forgatja a propellert
de még senki sem látta.
Hollandi típusú szélmalom
A szél által szabályozott erőmű a., Hagyományos erőmű A hálózati fogyasztás függvényében szabályozzuk pl. a gőztermelést a turbinát a generátort b., Szélerőmű A maximális energia kivétel érdekében a szélsebesség függvényében szabályozzuk a rotorlapátokat a generátort
Növekvő teljesítmény
Energiatartalom modellek 1. Csőmodell Sebesség, térfogat nem változik Nyomás, hőmérséklet csökken 2. Lassuló tömeg Sebesség, térfogat csökken Nyomás, hőmérséklet nem változik Valóság: a fenti megközelítések keveréke
A szél energiája Csökkenő mozgási energia megközelítés E = ½ m (V 2 - v 2)
Akadály az áramló levegő útjában
Téli szélirányok
Éves szélirányok
Szélrózsa
Szélrózsa
Éves szélsebesség átlag 10 m-en
Éves szélsebesség átlag 75 m-en
Napi széljárás A szélsebesség átlagos napi menete különböző magasságokban Szeged, SODAR m/s 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 óra 30 m 45 m 60 m 75 m 90 m 105 m 120 m 135 m 150 m
Eloszlás
Valós szélsebesség mérések szélerőmű parkban, 4 perc időtartam (forrás: Mov-R H1 Szélerőmű Kft., Hungary)
Szélerőmű felépítése
Rotorhatásfok és leadott teljesítmény
Dinamikus igénybevétel
Alapozás
Daruzás
Gondola
Teljesítmény, feszültség, topológia 1 egység: kb. 2 MW (0,8 3,5 MW) 20 kv-os továbbítás: 3-8 MW Szélpark: 20-30 egység -> 110/120 kv Speciális topológiák: gyűrűs, fa, négyzetrács, hurkolt Biztonság földrajzi adottságok gazdaságosság - ökológia
Négyzetrácsos elhelyezés Burgenland, Ausztria
Soros hegyi elrendezés
Áttételes és direkt hajtás
Szabályozás: lapátszög, P,Q
Generátor csatlakoztatás 30 Hz 50 Hz Kb.10-30/1000-3000 ford./perc, Kötött! kicsit változik 20 Hz 50 Hz
Villamos csatlakozás
Néhány torony csatlakoztatása 20 kv-on
E82 karakterisztika
Mérés Szélerőmű karakterisztika - induló szakasz 200 150 kw 100 Szélerőmű kiadott teljesítménye 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 szélsebesség m/s 200 150 kw 100 n / perc 14 12 10 8 6 4 2 0 A szabályozott rotor fordulatszám 0 50 100 150 200 kiadott teljesítmény kw 50 0 14:03:50 14:06:43 14:09:36 14:12:29 14:15:22 14:18:14 14:21:07 idő
Teljesítmény előre becslés
Hollandia, Cabo Verde, Burgenland, Portugália
a világban Forrás www.ewea.org
V90
Jelleggörbék
Rotorlapát V90 (~44 m) MD 77 (37,5 m)
FL MD77
MD 77
E 48
E 48
Vihar szabályozás
Rendszerterhelés - Termelés A hazai villamosenergia-rendszer terhelése 2005.12.14. MW 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 óra Szélerőmű kiadott teljesítménye 200 150 kw 100 50 0 14:03:50 14:06:43 14:09:36 14:12:29 14:15:22 14:18:14 14:21:07 idő
Kiegyenlítés
Termelt energiamennyiség Ha 1000 MW-nyi szélerőmű 20 %-os kihasználtsággal termelne 1 évig, akkor ez 365 x 24 x 1000 x 0,2 = 1.752.000 [MWh] 1,752 TWh = a bruttó fogyasztás 4,47 %-a energetikailag nem sok
Teljesítmény arányok Ez már sok! Forrás: A magyar villamosenergia-rendszer 2005. évi statisztikai adatai, MVM Zrt., 2006 Korlátozás!
Szélerőmű termelés mérések (Bükkaranyos)
Mekkora? V27 225 kw E-40 600 kw E-48 800 kw
Mekkora? MD-77 1,5 MW V-90 1,8 MW E-70 2 MW
Hány darab erőmű torony képvisel 1000 MW beépített teljesítményt? V27 225 kw 4444 db E-40 600 kw 1666 db E-48 800 kw 1250 db MD-77 1,5 MW 666 db V-90 1,8 MW 555 db E-70 2 MW 500 db Sok. Magyarország teljesítmény felvétele kb. 6000 MW -><- 150 000 MW Mo. vill. en. igénye kb. 40 TWh -><- össz. termelt szélenergia 263 TWh
A szivattyús tározós erőművek szerepe Nem a szélerőművekhez találták ki Csak újabban vonják be a szabályozásba Segíti a szélerőműveket Nem lehet csak a szélvillanyt eltárolni (bővebben: DR. GERSE KÁROLY: MIÉRT KELL TÁROZÓS VÍZERÔMŰ? A MAGYAR VILLAMOS MŰVEK KöZLEMÉNYEI, XLIV.ÉVFOLYAM 2007. 1 2.SZÁM) Hotel Benczúr 2008.04.02. Forrás: www.ucte.org
A sok vízerőmű teszi lehetővé a szélenergia integrálását Segít, de nem szükségszerű feltétel Szabályozó kapacitás kell a rendszerbe Forrás: www.ucte.org
A rendszer szabályozhatatlanságát a szélerőművek okozzák Nem felszabályozási tartalék, hanem leszabályozási kapacitás kell A probléma a leszabályozási kapacitásokkal lehet az idő kis részében. Amennyiben Hálózati hibából adódóan fogyasztó kiesik A spontán fogyasztás csökken Vagy éppen szélerőművek kezdenének el termelni alacsony terhelési állapotban Leszabályozási tartalékok : HKV átütemezés (hosszú idő után itt javulás tapasztalható) Kiserőművek szabályozása
Hogyan fúj a szél? Lehet becsülni? BEWAG tapasztalatok: gradiens 60 MW/h (negyedórás energiamérések alapján) 3 terület 3 féle széljárás Lokális (parkon belüli kiegyenlítődés) Területi kiegyenlítődés A kimenő teljesítmény 10 perc múlva történő megváltozásának napi maximuma 330 MW beépített szélerőmű teljesítmény esetén 140 120 Napok száma (évente) 100 80 60 40 20 Koncentrált Szétszórt http://www.vrbpower.com/ 0 218 200 182 163 145 127 109 91 73 54 36 18 0 MW
Szélparkban mért szélsebességek, 4 perc alatt, 3-6 m/s tartományban (Mov-R H1 Szélerőmű Kft.) Kimenő teljesítmény egy átlagos energiatermelésű napon - 2005.05.17 300000 250000 200000 150000 kw 100000 50000 0 0:00:00 0:40:00 1:20:00 2:00:00 2:40:00 3:20:00 4:00:00 4:40:00 5:20:00 6:00:00 6:40:00 7:20:00 8:00:00 8:40:00 9:20:00 10:00:00 10:40:00 11:20:00 12:00:00 12:40:00 13:20:00 14:00:00 14:40:00 15:20:00 16:00:00 16:40:00 17:20:00 18:00:00 18:40:00 19:20:00 20:00:00 20:40:00 21:20:00 22:00:00 22:40:00 23:20:00 Idő Túrkeve Moson Győr Folyás Agárd
1,5 MW-os MD77 kiadott teljesítménye Szélerőmű kiadott teljesítménye 200 150 kw 100 50 0 14:03:50 14:06:43 14:09:36 14:12:29 14:15:22 14:18:14 14:21:07 idő
Egyedi torony és park teljesítménye, 4 perc alatt, 3-6 m/s tartományban (Mov-R H1 Szélerőmű Kft.)
Erőművek hirtelen leállása Túl erős szél Hálózati hibák Frekvencia problémák Valóban probléma, ha kiesik 200 MW? mindennapi esemény. A hálózat flexibilitását kell növelni. Területi diverzifikálás Előre jelezhető
Hálózati hiba 2006.11.04. Vihar Dániában
2008. 04.01. üzem - BEWAG
Egy ELVI lehetőség - Központi hidrogén előállítás hálózati csatlakozással, rendszerirányítói szabályozással 120 kv-os főelos ztó hálóza t Központi hidrogén előállító eszköz Szélerőmű KÖF eloszt ó hálóza 6 5 t 4 3 2 1-3 -4 Szélerőmű park Rendszeri rányítói szabályoz ás Rendszerirányítói szabályozás 0-1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21-2 6 5 4 3 2 Szél össztermelés 1 Rendszerirányítói többlet = Hidrogén átalakító fogyasztása 0-1 -2-3 -4 Rendszerirányítói szabályozás 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 Szél össztermelés Rendszerirányítói többlet = Hidrogén átalakító fogyasztása Hidrogén kút Közlekedési felhasználás
Együttműködés szélerőművekkel Szélerőmű + gázmotor + tervezett kiegyenlítés 2500 kw 2000 1500 1000 500 Előrejelzett szél termelés Tényleges széltermelés Tervezett kiegyenlítés Gázmotor kiegyenlítés Termelési összeg 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 óra
További megoldások amelyek segítik az integrációt Szélerőművi termelés szabályozása és korlátozása Területi diverzifikáció Lokális irányító-szabályozó központok (aggregáció) Intraday tőzsdei ügyletek
Meggondolandó A szélenergia integrálhatósága döntés kérdése Az aktuális fizikai és jogi szabályozási környezet nem ezekre az erőművekre lett kitalálva A szélenergia energetikai súlya kisebb, mint amekkora figyelmet fordítanak rá Érdemes lenne egy átlagos mennyiséget telepít(t)e(t)ni és utána az alap-energiaigény kielégítésére koncentrálni A hazai rendszer kvázi szabályozhatatlanságát nem a szélerőművek okozzák. Természetesen a szélerőművek a helyzetet minimális mértékben rontják.
továbbá A szélerőművek üzemében alapvetően nem a szélcsendes időszakok, hanem a viharos, szeles időjárás jelenti a gondot, ilyenkor kell a sok energiát elhelyezni a fogyasztási portfólióban, illetve ilyenkor jelentkezhetnek túlterhelt hálózati állapotok. A szélenergia kiszabályozásához alapvetően le-irányú szabályozási kapacitás szükséges. Az elvi, koncentrált, egyedi szélerőmű jellegzetességeihez képest jóval kedvezőbb, ha számos, területileg diverzifikált szélpark termeli az energiát.
Köszönöm a figyelmet