Szél = erő = megújuló energia

Magyarországon évszázadokon át hasznosították a szél erejét. Még az 1930-as években is mintegy 800 kisebb-nagyobb szélmalom őrölte a gabonát, a villamosítás, az olcsó energiaárak miatt egy ideig azonban feledésbe merültek ezek a gazdaságos szerkezetek. Az energiaárak elszabadulása és a környezet kímélésének egyre nagyobb szükségessége azonban újból előtérbe helyezte a megújuló energiák, köztük a szél erejének a felhasználását. Ugyan most már nem a malmok hajtására, hanem korszerű segédeszközök felhasználásával elektromos áram termelésére használják ezeket a szerkezeteket.

Amerika és Európa tengerpartjain rengeteg, ipari mennyiségben áramot termelő szélerőmű épült fel. Ezek a nagyméretű, telepszerűen letelepített berendezések az adott terület villamos energia termelésében, jelentős, 20-25%-os mértékben vesznek részt. Természetesen ezeket a szélerőműveket kiépíteni csak egy ország vagy régió gazdasági rendszere képes. Az építési költségek 3-4 év alatt viszont amortizálódnak, ezután pedig jelentős mennyiségű tiszta és igen olcsó energiához jut az adott terület és az ott élő áramfogyasztók is.
Ekkora méretű szélerőmű parkot hazánkban a meteorológiai adottságok miatt nehéz kialakítani, és a számítások szerint ezzel az ország energiaigényének csak mintegy 5-7%-át lehetne fedezni. Azonban szigetszerű, egyedi kisberendezésekkel egy adott helyszínen a szükséges energiamennyiség nagy része beszerezhető.
A szélenergia hasznosításában előttünk járó országokban emiatt ketté is vált a szélenergia hasznosító berendezések gyártása, alkalmazása. Egyrészt állami beruházásban megvalósuló, nagyteljesítményű berendezésekből álló erőműtelepeket, valamint az azokhoz kapcsolódó áramátalakító és szállítóvezeték 1rendszereket gyártó, másrészt a helyi lehetőségekre telepített, egy-egy épületet, motelt, kisebb települést ellátó ún. szigeterőműveket és azok kapcsolódó berendezéseit előállító szakvállalkozások alakultak ki. Cikkünkben az utóbbi csoportba tartozó kisteljesítményű, "szigeterőművekkel" foglalkozunk, illetve azok alkalmazási lehetőségeit, típusait kívánjuk ismertetni olvasóinkkal.

A hazai meteorológiai lehetőségek

A bevezetőben utaltunk rá, hogy hazánkban rengeteg szélmalom volt. Ezek a kezdetleges szélerőművek szinte az ország teljes területén működtek. Tehát szél fújt akkor is és fúj most is, a "szél-erő velünk van", csak hasznosítanunk, kell valamivel. De, hogy hová és mekkora berendezést telepítsünk, ahhoz előzetes méréseket 3célszerű végezni. A hazai szélviszonyokat, ezzel a szélenergia adatokat az Országos Meteorológia Szolgálat dolgozza fel, és állítja össze a rendelkezésre álló szélenergia térképeket. Ezekből - az adott helyre csak átlagos - adatokból lehet kiindulni, és a részletes adatokat a helyszíni mérésekkel beszerezni. A méréseket célszerű valamelyik erre szakosodott céggel elvégeztetni, így pl. a hazai berendezések forgalmazói természetesen vállalják ezt a munkát.
Abban azonban minden mérés megegyezik, hogy a szél energiája a szélsebességének harmadik hatványával arányos, tehát az adott hely szélsebességi adatait igen pontosan kell megmérni ahhoz, hogy korrekt szélenergia adatokat kapjunk. A szélnek a talaj közelében a legkisebb a sebessége, mivel a fákba, terepalakulatokba ütközve rengeteg súrlódási energiát veszít, ezért lassabb és erősen örvénylő, azaz turbulens az áramlása. Minél magasabban vagyunk a terep felett annál, erősebb és annál kevésbé örvénylő, egyenletes, lamináris a levegő áramlása, a szél. Belátható tehát, hogy minél magasabbra telepítjük a szélerőművet, annál nagyobb hatásfokkal termeli az áramot.
4A magyarországi adatokat tekintve, 3,5 m/sec szélsebességnél 18 méter magasan 90 W/m2, míg 50 méter magasan 160 W/m2 szélenergia áll rendelkezésre. Ennek az energiának csak egy részét tudjuk a szélerőművünkkel kinyerni, és hogy milyen arányban, ez függ az alkalmazott berendezés paramétereitől.
Sok szélkereket használnak nálunk is, kutakból való mechanikus víztermelésre. 5 m/sec szélsebességnél ezzel - az aerodinamikailag rossz hatásfokú szerkezettel - 5-10 l/perc vizet termelhetünk, ez megfelel 100 W teljesítménynek. Ugyanennél a szélsebességnél egy korszerű berendezés ~350-400 W áramot termel.

A házi szélerőművek működési rendszere

A nagy szélerőmű gyártók hamar felismerték a kisteljesítményű berendezésekben rejlő lehetőségeket. Ezért kidolgozták azokat a kis, ún. "szigeterőműveket", amelyek a kis energiafogyasztók igényeihez alkalmazhatóak. Elsősorban a közüzemű elektromos hálózatból kimaradó területeken, egyes épületeknél alkalmazzák ezeket a kisberendezéseket. Hétvégi házak, motelek, tanyaközpontok, de szélső esetben vitorlás hajók, lakókocsik energiaellátására is alkalmasak ezek a szerkezetek. A felépítésük lényegében azonos, csak a méreteikben különböznek, a teljesítményük függvényében.
6A berendezések lelke maga a rotor (szélkerék) és a vele egybeépített generátor. A generátorban keletkező egyenáram a különböző feszültségszabályzókon át 12-48 V kisfeszültségű, illetve 240 V nagyfeszültségű egyenáramként termelődik a mindenkori szélsebesség függvényében változó teljesítménnyel. Az így keletkezett egyenáramot áramátalakítókon (inverter) keresztülvezetve, mint 240V/50 Hz váltóáramot közvetlenül a fogyasztókészülékekbe, vagy az ellátandó hálózatba lehet vezetni.
Azonban a szélerőtől függően állandóan változó teljesítményű áramot célszerű raktározni. Jelen technikai szinten erre az akkumulátorok a legalkalmasabbak. Az ismertetett berendezésekhez 12 V/400 Ah-48 V/1000 Ah kapacitású akkumulátorokat alkalmaznak az áram tárolására. Amennyiben áramfelesleg keletkezik akkor a turbina tölti az akkumulátorokat, amennyiben viszont nem termel a turbina, akkor az akkumulátorokban elraktározott energiával látjuk el a fogyasztókat.
Jelenleg az ún. hibrid berendezések is rendelkezésre állnak. Ezekben a berendezésekben a szélturbinát és a napelemeket kombinálva termelik az áramot. A két áramtermelő eszköz ugyanolyan feszültségű áramot termel a napsugárzás energiája és a szélturbinából kinetikus energia segítségével. A kétfajta energiát közös rendszerbe vezetik, szabályozzák, majd hasznosítják. A 8meteorológiai adatok alapján észrevehető, hogy a téli időszakban erősebbek a szelek, viszont nyáron a gyengébb szeleket kitűnően kiegészíti a napenergia többlete.

A berendezések

A tipikusan kis szélerőműveket az alábbi két berendezésen keresztül szeretnénk bemutatni. A Southwest Windpower, 400 W átlagteljesítményű AirX, és az 1000 W átlagteljesítményű WHISPER H 80 szélturbinái pl. egy Csepel-szigeti lakóépület energiaellátását biztosítják (1). A Duna parti, kétszintes hétvégi ház tetejére szerelt szélturbinák, a vezetékes árammal el nem látott területen lévő épület teljes energiaigényét fedezik (2, 3). Az első lépésben felszerelt AirX 400 W-os szélturbina az ingatlan világítási energiaigényét szolgáltatta. Az épület egyéb elektromos energiai igényének kielégítésére került felszerelésre a nagyobb, 1 kW teljesítményű Whisper H 80 szélturbina.
A mintegy 6 kg tömegű AirX turbina a tető fölé, kb. 3 méterrel kiemelten került felszerelésre 1"-os rozsdamentes acélcsőre rögzítve (4). Az 1,15 m rotorátmérőjű szerkezet 360°-ban körbeforoghat. Amennyiben csak világítási energia szükséges, akkor ez a kisteljesítményű berendezés termeli a 12/24 V feszültségű áramot max. 400 W-os teljesítménnyel. A termelt áram közvetlenül tölti az akkumulátorokat, vagy az inverteren keresztül 240 V/50 Hz váltóáramot szolgáltatva biztosítja az épület világítását.
9Amikor további energiaigény jelentkezik, akkor kapcsolódik be a rendszerbe a H 80-as 1 kW-os szélturbina. Amennyiben nincs szükség a teljesítményére, akkor automatikusan lefékezi a szélkereket, így az nem termel feleslegesen. A nagyobbik szerkezet az épület külső falára rezgéscsillapító bilincsekkel szerelt 2 1/2"-os rozsdamentes acélcsővel került felszerelésre. Az oldható bilincsek lehetővé teszik a turbina leeresztését, és ezzel igen megkönnyítik annak szervizelését (5, 6).
A 3 m rotorátmérőjű, 30 kg tömegű berendezés automatikusan beáll a szélirányba, ezt a 360°-ban körbefordulható fej teszi lehetővé. A hirtelen nagy széllökéseket a mintegy torziósan 90°-ban elhajolni képes kormánylapát segítségével egyenlíti ki (7). A szélturbinával 12,5 m/sec szélsebességnél termelt 24 V-os, max. 1 kW teljesítményű energia az áramszabályzóba kerül. Ez a szerkezet szabályozza a teljesítményt 12-48 V között a szükségleteknek megfelelően (8).
A szabályozott egyenáram a 2,5 kW teljesítményű inverteren keresztülhaladva, mint 240 V/50 Hz hálózati váltóáram látja el a fogyasztókat (9). Amennyiben a fogyasztás kevesebb, mint a termelt energia akkor a 24 V/600 Ah kapacitású akkumulátorok töltésével raktározódik el a többlet. Az akkumulátorokat a túlfeszültségektől egy szabályzó védi.
A fenti két turbina 12,5 m/sec átlag szélsebességnél havi 240 kWh energiát szolgáltat. A kWh-ákénti 25 Ft áramdíjjal számolva ez 6000 Ft havonta. A berendezések ~500 000 Ft-os árához képest ez nem nagy összeg ugyan, de egy külterületi ingatlanhoz a vezetékes áramot 600-800 000 Ft hálózat fejlesztési díjért vezetik. Egyes helyekre - mint a bemutatott esetben is - pedig egyáltalán nincs lehetőség vezetékes áramot vezetni. Így vizsgálva a beruházást már belátható a gazdaságossága.
Az energiaellátáshoz való jutás megoldásaként tehát egyenrangú megoldás lehet a szélenergia, és 25 évig áramszámla nélküli használatával nemcsak gazdaságos, hanem emellett környezetkímélő is.

További érdekes cikkeinkről se maradsz le, ha követed az Ezermester Facebook oldalát, vagy előfizetsz a nyomtatott lapra, ahol folyamatosan újdonságokkal jelentkezünk!


Szólj hozzá a cikkhez!

Be kell jelentkezned, hogy hozzászólhass a cikkekhez!
Ezermester, Facebook, vagy Google fiókkal is bejelentkezhetsz.

itsipo avatarja

itsipo         A házi szélerőművek működési rendszere

En szeretnek epiteni hazilag egy kiseb selgeneratort, amelykel fel lehetne tolteni egy 180 Ah akut amivel potvilagitast szretnek mukottetni a hevegi hazban ahol eleg gyenge a zarmszolgaltatas persze be serlhene egy 12/220 atvalto szerkezetet. sertnem mektudni hogy csinalt e mar valaki ije generator amelynek fugolege a tengelyforgasa. Udvozletem mindenkinek aki akarmiben bir segiteni. Adatait vagy akarmilyen jo tanacsot el bir kuldeni a itsipo@gmail.com cimre. Megetszer udvozletem mindekinek.

Lebegő szélerőmű

Egy amerikai bank 7 millió dollárt fektetett be a levegőben lebegő szélerőmű kifejlesztésébe.


Megújuló energiaforrások

A megújuló energiaforrás olyan közeg, természeti jelenség, amiből energia nyerhető ki, és ami akár naponta többször, ismétlődően rendelkezésre áll, vagy jelentősebb emberi beavatkozás nélkül...