Szélgenerátorok üzemeltetésének hazai tapasztalatai
Dr. Tóth László*, Dr. Horváth Gábor*, Tóth Gábor**, Schrempf Norbert**
Dr. Fogarasi Lajos/*
* Szent István Egyetem Gépészmérnöki Kar.
** Ph.D. hallgató,
Összefoglalás
Az erőmű rendszerű szélenergia hasznosítás lehetősége ma már Magyarországon példákon keresztül is bizonyítható. A legjellemzőbb a Kulcson megvalósult 600 kW-os berendezés, de működik az Inotán létesített 250 kW-os és jelenleg Mosonszolnokon telepített 2 db 600 kW-os névleges teljesítményű szélgenerátor. Kulcson a szélgenerátorral már mintegy 26-, Inotán 32 hónapos tapasztalatok állnak rendelkezésre, s az eddigi eredmények azt bizonyították, hogy a kutatók által meghatározott trendeknek megfelelően működnek, végzik az energiatermelést.
Bevezetés
Az Európai Uniós elvárások szerint Magyarországnak jelentős mértékben növelni kell megújuló energiaforrásokból nyerhető energiát. Ennek egyik legkézenfekvőbb megoldása – a villamos hálózat számára - a szélenergia jelentősebb volumenű hasznosítása lehet. Napjainkban – ésszerű preferenciákkal - reális lehetőség a szélenergia gazdaságos hasznosítása, vagyis a létesítmények megtérülnek. Ennek eléréséhez a beruházásoknál a ma és a jövőben is rendelkezésre álló – pályázható - támogatások szükségesek, a felvásárlási árakban pedig el kell ismerni a tiszta „zöld” energia kedvező környezeti hatásait.
Előzményei
Az ez ideig megvalósult hazai szélgenerátor létesítésnél a pénzügyi- és műszaki megvalósításokon túl egyes személyek által hangoztatott előítéletekkel is meg kellett küzdeni, miszerint „Magyarországon elégséges szélenergia nem áll rendelkezésre”. A kutatók azonban hangoztatták, hogy csak az ország egyes, a széljárások szempontjából „kitüntetetek” Észak-nyugati területei előnyösek. Erre is példát szolgáltat a Kulcson megvalósult erőmű, hiszen az ország belsejében található, nagyobb távolságokban azoktól a területektől, amelyek globálisan a megfelelő helyeknek tekinthetők, pl. a Kisalföld térsége.
Magyarországon törvény írja elő, hogy megújuló energiaforrásokból származó energiát az áramszolgáltatók kötelesek felvásárolni amennyiben a létrehozott berendezések teljesítménye 100 kW-nál nagyobb.
Anyag és módszer
Napjainkban a beruházók a szélerőmű megtérülésének biztonsága érdekében legalább egy éves energia célú szélmérés eredményeit igénylik, min 20 és 40 m ill. ezeknél nagyobb magasságokban. A mérések különösen fontosak a változatos domborzati viszonyok miatt, főként a súrlódás, a szélprofil (1. ábra), ill. a turbulencia meghatározása miatt.
A méréseket az európai gyakorlatban használatos műszerekkel és módszerekkel végeztük. A mérési adatok feldolgozásához számos statisztikai eloszlásfüggvényt ajánlanak a széleloszlás leírása céljából.
Az átlagos szélsebesség ismeretében az adott helyre vonatkozó szélsebesség gyakorisága megfelelő közelítéssel megadható a Rayleigh-féle eloszlásfüggvény segítségével.
A v sebességű szél relatív gyakorisága:
[%], ahol vá az átlagos szélsebesség
A 12 hónapon át végzett mérések alapján, s a terület 10 éves meteorológiai mérései figyelembevételével adtunk prognózist a generátor kiválasztására, ill. a várható energia termelésre vonatkozóan.
1. ábra
A kulcsi szélsebességprofil (15 és 35 m-es mérések alapján)
A Kulcson mért un. kontinentális szélviszonyokra kiválasztott berendezés főbb jellemzőit az 1. táblázat, és a 2. ábra szemlélteti.
A berendezés főbb jellemzői
1. táblázat
Típus: | Enercon E-40 |
Névleges teljesítmény: | 600 kW |
Lapátkerék átmérő: | 44 m |
Oszlopmagasság: | 65 m |
Szárnylapát | Változtatható lapát állásszögű |
Lapátok száma | 3 |
Fordulatszám | 18-34 min-1 |
A generátor: | Enercon sokpólusú, un. gyűrűs generátor |
Hálózatra csatlakozás | Enercon frekvenciaváltóval |
Széliránykövetés: | Aktív szélirányba állító, fordulatszám-független állandó nyomású hidraulikus hajtóművel. |
Indítási szélsebesség: | 2,5 m/s |
Névleges teljesítmény: | 12 m/s szélsebességnél. |
Szabályozó rendszer: | Elektronikus (Enercon Scada) |
2. ábra
A gondola felépítése
1- lapát, 2- lapátforgató motor, 3- burkolat, 4- tengely, 5- csapágy, 6- szélsebesség- és széliránymérő, 7- alkatrész daru, 8- tengely felfogása, 9- hűtőventillátor, 10- állvány, 11- generátor forgórész, 12- generátor állórész
Eredmények
Az egy éves üzemidőt értékelve megállapítható volt, hogy a berendezés a tervezettnek megfelelő energiamennyiséget szolgáltatta. Az üzemeltetés során regisztrált energia mérések trendje szerint, a szélmérések alapján számított 1 220 000 kWh energia helyett több, 1 245 000 kW energiát nyernek. Ezt mutatja a generátor jelleggörbéhez rajzolt mérési pontok adatai, valamint az üzem első negyedévéről készült értékelések (lásd 3. 4. és 5. ábrákat).
A berendezés kiváló teljesítmény (kW)-szélsebesség (m/s) követése a diagramon jól látható (3. ábra), miközben a rotor fordulatszám (min-1) csak kisebb mértékben változik.
3. ábra
A leadott villamos teljesítmény, a szélsebesség és a lapátkerék fordulatszáma az idő függvényében
A 4. ábrán jól látható az átlagos szélsebesség, a leadott teljesítmény és a nyert energia tendenciózus „együttfutása”.
4. ábra14 hét mérési adatai működő szélerőműnél
P- a heti energiatermelés teljesítmény átlaga,
Q- a heti összegezett energiatermelés,
v- a heti átlagos szélsebességek alakulása A többéves mérés szerint az évek azonos hónapjaiban akár 50-90 %-os eltérések is adódnak (5. ábra)
5. ábra
Energiatermelés a kulcsi erőműnél a 25 hónapos időtartamban (1-2002, 2-2003, 3-2001)
6. ábra
Kulcs és a tőle 200 km-re északra-nyugatra működő Mosonmagyaróvári erőmű teljesítményének jellemzése (Mindkettő E-40-es berendezés, 65 m-es gondola magassággal)Az ország két eltérő területén működő azonos erőműnél kedvező helykiválasztás esetén nincs számottevő teljesítmény eltérés, csupán időbeni eltolódás tapasztalható, ami az átvonuló időjárási frontoknak felel meg (6. ábra).
Következtetések
Ahhoz, hogy Magyarországon vállalkozási alapokon, profitot termelő szélenergia nyerésére alkalmas erőmű (generátor) telepeket létrehozzunk, a domborzati és a Kárpát-medencei adottságaink miatt alapvető fontosságú a helyi szélenergia pontos megmérése. E a méréseket nagy biztonsággal és hitelesített műszerekkel kell elvégezni, az értékeléshez pedig széles körű tapasztalatok alapján kialakított szoftverek, algoritmusok szükségesek, mégpedig azért, mert: egy-egy 600-1000 kW teljesítményű berendezés létesítési költsége 160-220 MFt, 15-25 generátort magába foglaló szélerőmű parké (1,0-2,0 MW-os egységekkel) pedig 5,0-7,0 Milliárd Ft. A meglehetőségen magas beruházási költségek megtérülése - a gazdaságos üzemeltetés -, csak az adott területen a legoptimálisabb telepítéstől és energia kihozataltól várható
7. ábra
A kulcsi 600 kW teljesítményű szélerőmű
a megvalósításban közreműködő szakemberekkel
(létesítés:2001-06-05)
8. ábra
A Mosonmagyaróvár közelében létesített szélerőművek 2 db E-40 típus.
(Létesítés: 2002-12-14)
