Tudj meg többet: Szélenergia

A szél a légkör termikus egyensúlyának megbomlásából eredő légmozgás. A Földet érő napsugárzás hatására helyenként eltérően melegszik fel a felszín. A felmelegedés hatására a légtömegek eltérően melegednek fel, így a légsűrűségben és légnyomásban is különbségek keletkeznek. E különbségek hatására a légkörben áramlás alakul ki, míg a nyomás és sűrűség viszonyok ki nem egyenlítődnek. Minél nagyobb az egyes légtömegek hőmérséklet különbsége, annál hevesebb szelek alakulnak ki. Vannak olyan földrajzi helyek, ahol a szél gyakorlatilag folyamatosan fúj. Az ilyen területeken a nyomáskülönbségek nem egyenlítődnek ki, mivel a szomszédos helyek talajának hőelnyelő képessége erőteljesen eltér. A szélenergia hasznosításának szempontjából ezek a legideálisabb területek. A mozgó légtömegek energiája munkavégzésre fogható. A szél energiája a sebességéhez képest, annak harmadik hatványával arányos, így nem közvetlenül a kinetikus energiával összefüggő. Ez az oka a szélerőgépeknél jellemző szélérzékenységnek. A szélenergia máik jellegzetessége, hogy ritka esetektől eltekintve az iránya is változik. A szélenergia hasznosításánál ez szintén figyelembe kell venni.

Elszigetelt területek villamosítására
Családi házak, víkendházak teljes vagy kiegészítő áramellátására
Hajókon áramtermelésre
Ipari méretű energiatermelésre
Vízszivattyúzásra

Öntözésre
Vízpótlásra
Állattartásra, itatáshoz
Vadgazdálkodáshoz
Halastavak élőhelyek életben tartására
Belvízvédelemre
Szennyvízszállításra, tisztításra

Előnyei:
Ingyen áll mindenki rendelkezésére
Folyamatosan megújul
Környezetkímélő
A szélenergiával működő berendezések hosszú időn át, automatikusan üzemelnek

A szél erejét ősidők óta tapasztalhatjuk. Fákat csavar ki tövestül, erdőket tarol le, homokhegyeket hord el, a vizeken hatalmas hullámokat kelt. A szél energiáját a legrégibb időkben csak a hajók hajtására használták fel, vitorlába fogva. Amikor kialakult a szélmalom gondolata a vitorlás hajóról vették a mintát. Vitorlákat feszítettek ki a szélkerék küllőire. Szélmalmok romjait a kutatók az Irán-Afgán közelében fedeztek fel egy expedíció során. A felfedezés helyén uralkodó szélviszonyok ideális körülményeket teremtettek a szélenergia hasznosításnak. Az állandó irányú szél lehetővé tette, hogy a több sorban elhelyezett szélkerekek egymás zavarása nélkül dolgozhassanak. Ezek a szélkerekek függőleges tengelyűek voltak, vitorlákkal ellátott küllőkkel. A szélkereket egyik irányból árnyékolták, így tudott forogni és erőt kifejteni.
Hasonló megoldásokról szóló leírások és vonalas vázlat származnak egy ókori arab tudós, Diszmasghi (i.e. 1271) -tól.
Mindezekből arra is következtethetünk, hogy a szélerőgépek legősibb típusai függőleges tengelyűek voltak. A függőleges tengelyű elrendezés további oka az egyszerűbb szerkezetű megvalósítási módja is lehetett. A középkorban használt szélkerekek vitorláit csak a felső szegélyük mentén erősítették a lapátokra, ami által a szél a vitorlákat csak az egyik oldalon feszítette a tartórácsra és az alsó részen lebeghetett. Ebben az esetben elhagyható volt az árnyékoló fal. Bármely irányú szél esetén működőképes volt, szabadon forgott a házak tetejére elhelyezve.
A szélkerék továbbfejlesztett termékére Kisázsiában és a görög szigeteken találhatunk, még ma is működő példákat.
Ezek már vízszintes tengelyű szárnylapátos megoldások voltak. A kör alakú malmokon a háromszög alakú vitorlák küllőkre voltak erősítve. A szélirányba állítást a felépítményen áthelyezhető tengely áthelyezésével változtatták. A hosszú ideig egy irányból fújó szél esetén volt alkalmas a működtetésre.
A Németalföldön fejlődött ki egy típus, amelynek kúp alakú teteje a szélkerékkel együtt volt elforgatható. Ez a típus ?hollandi? néven vált ismertté. Németországban egy másik hasonló megoldás terjedt el az un. Bock-malom, amelynek az egész torony alakú teste szélkerékkel együtt volt.

A szélből a levegő mozgásában rejlő energiát a széláramba állított szélkerék termeli ki. Egy jó szélkeréktől megköveteljük, hogy a szél energiájának minél nagyobb részét termelje ki. Más szóval minél jobb hatásfokkal dolgozzék.
A szélkerékre a gyorsjárási tényező a jellemző, ami a fordulatszám és az átmérő szorzatával arányos. A gyorsjárási tényező szoros összefüggésben van a szélkerék hatásfokával. Egy szélkerék akkor jár a legjobb hatásfokkal, ha a rajta áthaladó szél sebességét egy meghatározott mértékben csökkenti. Amennyiben ennél nagyobb sebességgel távozik a szél, úgy túl sok kihasználatlan energiát visz magával, ha pedig kisebbel, akkor a szélkeréken a kívánatosnál kevesebb levegő halad át.

Vízszintes szárnylapátos szélkerék estén a vízszintes tengely végén sugárirányban álló lapátok vannak elhelyezve, így a szél a szélkerék tengelyével párhuzamosan fúj.
Ennek a típusnak nagy előnye, hogy aránylag kevés szerkezeti anyagot tartalmazó, mégis nagy teret bejáró szárnylapátjaival terjedelmes széltérből termel energiát. Ezeket a szélkerekeket viszont állandóan a széllel szembe kell állítani, és olyan berendezéssel kell ellátni, amely mindezt.

A különböző célra kifejlesztett szélerőgépek felhasználási céljuknak megfelelően kerülnek kialakításra. A legegyszerűbb mechanikus szerkezetekkel vízszivattyúzás valósítható meg. Ebben az esetben a soklapátos, nagy felületű kialakítás használatos. Kis szélsebesség esetén is működő, nagy nyomatékigényű szerkezetek működtetésére alkalmas a berendezés. A nagyobb szélsebesség itt kártékony lehet, ezért az ilyen típusok önműködően "állnak ki" a szélből, egyszerű mechanikus elvű segéd-szerkezetekkel. A vízhúzó szélkerekek rotorjait tehát sok lapát, nagy felület és kis gyorsjárási tényező jellemzi.

Az áramtermelésben alkalmazott rotorok általában 1-2-3 lapátos, nagyobb sebességű, gyorsjárási tényezőjű megoldások. A lapátok tervezésénél a szárny profilra jellemző aerodinamikai jellemzőket veszik alapul.
Alkalmazkodni kell a beépített generátor optimális üzemelési paramétereihez is. Generátorként leginkább speciálisan ilyen alkalmazási célra fejlesztett állandó mágneses, sokpólusú generátorokat alkalmaznak. Ezek egyedi fejlesztések eredményei, az alkalmazási terület igénye szerinti optimális paraméterekkel.

Kézenfekvő lenne, hogy az autóiparban használatos és nagy sorozatban gyártott, ezért olcsóbb generátorokat alkalmazzuk szélgenerátor alkotóelemeként. Ez a módszer viszont több, itt fel nem sorolt okból következően nem ad optimális eredményt, ezért a gyártók sem alkalmazzák.

Ipari jellegű szélerőművekben is megtalálhatóak az állandó mágneses speciális generátorok, melyek gyártása magas szintű technológiai hátteret feltételez.

Az áramtermelő szélerőgépek, szélmotorok esetében is van egy működési sebesség-tartomány. E sebességtartományok felett szükség van arra, hogy ezeket a berendezések megvédjék a viharkároktól. Az alkalmazott fékező megoldások között szerepel a generátor rövidzár, az érzékelő és vezérlő automatika, a mechanikus fék, valamint egyéb technikai variációk is.

Az ipari méretű szélerőművek használatával kapcsolatos kezdeményezések és fejlesztések nagy múltra tekintenek vissza. A fejlesztés jelenleg már az 5 Megawattos kategóriát közelíti az egy szélerőmű teljesítményét illetően. Az ideális szélviszonyú területekre sok gépből álló szélparkokat, szélfarmokat telepítenek, így a teljesítmények összeadódnak. Egyes tengerparttal rendelkező országok energiaellátásában a szélerőmű telepek döntő hangsúllyal szerepelnek. A szárazföldi éghajlatú térségek is eredményesen alkalmazhatják megfelelő területeken e berendezéseket, kellő körültekintés és széladatokkal igazolt előzetes felmérés után.
A beépíthető kapacitást korlátozhatja a már meglévő villamos hálózat kiépítettségének foka, forgalma és az adott ország villamos rendszerirányításának fejlettsége és tűrőképessége.

Természetesen, amikor a szélerőművek szél hiányában nem termelnek áramot, a villamos rendszerirányítóra hárul a szabályozási feladat, hogy a termelés kiesést ellensúlyozni tudja vagy a szélerőművek áramtermelésének újraindulása esetén, szintén beavatkozzon.
A szélerőművet üzemeltetőkre sokszor szinte megoldhatatlan feladatként hárul az előre megadott menetrend betartása, amely szélfüggő, és mint ilyen nehezen prognosztizálható.
A kiszámíthatatlan áramtermelési periódusok áthidalására, az ipari méretű energiatárolás is lehetőséget adhat, amely viszont nagy beruházási költségeket vonz magával.

Szélenergia.lap.hu

tematikus linkportál

Windenergy

Szélenergiával kapcsolatos kérdések megválaszolása:

Szélkerékcentrum

További hasznos információk

Keresés az oldalon: