ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov
Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Pracovní materiály pro výuku předmětu.
1
Energie větru
2
1
Energie větru • Slunce nerovnoměrně zahřívá zemi-vznikají vzdušné proudy • Snadné využití pro výrobu elektrické energie • Rozvoj větrné energetiky v souvislosti se státními garancemi výkupních cen • Možnost likvidace po skončení životnosti
www.general-energy.eu
www.csve.cz/ 3
Schéma výroby elektrické energie
4
2
Konstrukční provedení větrné turbíny • Vodorovná osa otáčení • nejběžnější typ • vztlakový princip – využívá princip vztlaku-podobně jako letecké křídlo » podél rotorových listů vznikají aerodynamické síly; listy proto musejí mít speciálně tvarový profil velmi podobný profilu křídel letadla » energie větru je převedena na rotační energii mechanickou. Ta je poté prostřednictvím generátoru zdrojem elektrické energie. – natáčení rotoru kolmo na směr větru
www.csv.cz
www.ekobydleni.eu 5
Konstrukční provedení větrné turbíny
• Svislá osa otáčení • vztlakový princip-možnost vyšší rychlosti otáček, nižší hlučnost (možnost výstavby ve větší blízkosti), nižší životnost-vyšší namáhání, nižší výkony • odporový princip
www.nazeleno.cz
www.pvsolar.cz
www.impel.cz 6
3
•
Větrná turbína Vícelopatkový rotor – desítky listů rotoru (např. americké kolo) – malá náběhová rychlost (cca od 0,2m/s) – účinnost 20-30 %
•
Vrtule – – – –
•
1-4 listy rotoru náběhová rychlost 3-6m/s nejpoužívanější typ pro výrobu elektrické energie účinnost 30-40 %
Savoniův rotor – 2 listy rotoru – účinnost do 20 % – náběhová rychlost od 2 m/s
•
Darrierův rotor – 2-3 listy rotoru – účinnost do 40 % – náběhová rychlost 5-8 m/s (nutnost roztočení) 7
Výkon větrné turbíny • Maximální účinnost větrného stroje 59 % (Betzovo pravidlo - odvedená práce je rovna rozdílu kinetické energie na vstupu a výstupu z rotoru) • Teoreticky dosažitelný výkon Pt Betzův koeficient kB=0,59
• Reálný výkon P D průměr rotoru (m) v rychlost větru (m/s) ρ měrná hmotnost vzduchu (m3/s) Cp součinitel výkonnosti (ideálně 0,59)-závisí na rychlosti větru Roční využití větrné elektrárny 10-30% Výkon je velmi závislý na rychlosti větru. 8
4
Rozdělení větrných elektráren podle výkonu
Malé větrné elektrárny elektrárny s výkonem do 60kW
Střední větrné elektrárny s výkonem 60-750kW
Velké větrné s výkonem 750-6400kW
9
10
5
Energie větru - konstrukce gondoly 1) Hlavní hřídel 2) Nosný rám strojovny 3) Převodovka 4) Spojení mezi převodovkou a generátorem 5) Generátor 6) Systém natáčení strojovny 7) Hydraulické systémy 11
Energie větru • Ukazatele využitelnosti: – Rychlost větru (m/s) v dané výšce -běžně 10m (logaritmický profil rychlosti v závislosti na drsnosti povrchu) – Četnost rychlosti větru (distribuční Větrná růžice charakteristika) – Vhodné lokality je možné stanovit pomocí analýzy dat dostupných z meteorologických stanic – Dostupnost lokality – Nadmořská výška (námraza,..) – Majetkoprávní vztahy – Zátěž ŽP
12
6
• Využití energie
Energie větru
– Grid-off systém - systém nezávislý na elektrické síti • malé výkony • synchronní generátor • stejnosměrné napětí 12V nebo 24V • zpravidla malé elektrárny výkon 0,1-5 kW+baterie+elektronika
• možné propojení se systémem fotovoltaických panelů
13
Energie větru • Využití energie – Grid-on systém -propojení s elektrickou sítí • Zpravidla komerční výroba elektrické energie • Trend výstavba velkých elektráren (omezené území, nižší náklady na výkon) • Velké výkony • Asynchronní generátor 660V, střídavé napětí • Nelze použít pro autonomní systémy • Rotor 50-100m, stožár >100m • Výkon 100-2000kW (moře, pobřeží 5MW) • Většinou konstantní otáčky a 3-listé provedení-s rostoucí silou větru se zvyšuje zátěž • Výstavba většího počtu elektráren - větrné farmy • ČR systém výkupní ceny elektřiny nebo zelené bonusy
14
7
Energie větru • Problematika větrných elektráren – Hlučnost-lze řešit umístěním do vhodné vzdálenosti od obydlí, nutná hluková studie – Rušení zvěře a ptactva -údajně není významné, umístění mimo tahy ptáků – Rušení signálu TV, rádio, telefony -technicky řešitelné posílením signálu – Stroboskopický efekt (vhání pohyblivých stínů) -umístění – Narušení rázu krajiny • Otázka vhodného výběru lokality
15
Cenové rozhodnutí ERÚ
16
8
Využití větrné energie ve městech • Zpravidla využití malých větrných turbín • Umístění turbín na budově – integrace s budovou – samostatné umístění turbín
• Využíváno z důvodu nutného použití obnovitelných zdrojů energie pro dosažení lepší energetické bilance • Větrné turbíny jsou výrazným prvkem budovy • Nutné řešení akustiky, vlivu vibrací
17
Energie větru • Možnost spojení architektury s výrobou energie
18
9
Příklad budovy Bahrain World Trade Center • prestižní budova určená pro reprezentaci (2008) • první mrakodrap s integrovaným systémem výroby el. energie z větru • využití energie větru vanoucího od moře • výška budovy 240m
19
Příklad budovy Bahrain World Trade Center • tvar mrakodrapů koncentruje energii větru na turbíny • 3x větrná turbína - průměr 29m, výkon 225kW • zajištění zhruba 11-15% celkové spotřeby elektřiny obou budov (1100 až 1300 MWh/a)
20
10
Energie vody
21
Vodní energie • Vodní elektrárny - založeny na přeměně potenciální energie vodního toku • Využitelná energie závisí na průtoku a spádu • Výroba elektrické energie • Základní části (vodní dílo) – Vodní stavba - přehrada, jez – vodní stroj - turbína – generátor elektrické energie
• Stabilní výkon zdroje • Nutnost údržby toku http://mve.energetika.cz/
22
11
Vodní elektrárny • Dle instalovaného výkonu: – MVE do 10MW • domácí, mikroelektrárny, minielektrárny, průmyslové
– SVE – VVE
10-200MW nad 200MW
23
Vodní elektrárny
• Přehradní vodní elektrárny Vltavská kaskáda - Orlík (364MW), Slapy (144MW) a Lipno (120MW) • Přečerpávací vodní elektrárny Dlouhé stráně (650 MW) a Dalešice (480 MW) - reakční doba 55-400 s do plného výkonu • Přílivové vodní elektrárny
www.chatamerin.cz
www.cez.cz
24
12
