Szélerőművek. Dr. Kádár Péter Óbudai Egyetem KVK Villamosenergetikai Intézet Óbudai Zöld Szabadegyetem

Szélerőművek Dr. Kádár Péter Óbudai Egyetem KVK Villamosenergetikai Intézet [email protected]

Óbudai Zöld Szabadegyetem Szélerőművek

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 Óbudai Zöld Szabadegyetem Szélerőművek

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 Óbudai Zöld Szabadegyetem Szélerőművek

A szél energiája • Csökkenő mozgási energia megközelítés • ∆E = ½ m (V2 - v2)


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

9 8 7

m/s

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

óra 30 m

45 m

60 m

75 m

90 m

105 m


120 m

135 m

150 m

23 24

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

Kb.10-30/10003000 ford./perc, kicsit változik

50 Hz Kötött!

20 Hz

50 Hz


Villamos csatlakozás


Néhány torony csatlakoztatása 20 kV-on


E82 karakterisztika


Mérés Szélerőmű karakterisztika - induló szakasz 200

kW

150 100

Szélerőmű kiadott teljesítménye

50

200

0 0

1

2

3

4

5

6

7

150 kW

szélsebesség m/s

A szabályozott rotor fordulatszám

100 50

14 10

0 14:03:50 14:06:43 14:09:36 14:12:29 14:15:22 14:18:14 14:21:07

8

idő

n / perc

12

6 4 2 0 0

50

100

150

200

kiadott teljesítmény kW


Teljesítmény előre becslés


Hollandia, Cabo Verde, Burgenland, Portugália


Szélerőművek a világban

•

Forrás www.ewea.org Óbudai Zöld Szabadegyetem Szélerőművek

V90


Jelleggörbék


Rotorlapát

V90 (~44 m)

MD 77 (37,5 m)


FL MD77


MD 77


E 48


E 48


„Vihar szabályozás”


Rendszerterhelés - Termelés

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

MW

A hazai villamosenergia-rendszer terhelése 2005.12.14.

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!

Korlátozás!

Forrás: A magyar villamosenergia-rendszer 2005. évi statisztikai adatai, MVM Zrt., 2006


Szélerőmű termelés mérések (Bükkaranyos)


Mekkora?

V27 – 225 kW

E-40 600 kW Óbudai Zöld Szabadegyetem Szélerőművek

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)

Óbudai Zöld Szabadegyetem HotelSzélerőművek 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 Óbudai Zöld Szabadegyetem Szélerőművek

Hogyan fúj a szél? Lehet becsülni? • BEWAG tapasztalatok: gradiens 60 MW/h (negyedórás energiamérések alapján) • 3 terület – 3 féle széljárás • Lokális (parkon belüli kiegyenlítődés) teljesítmény 10 perc múlva történő megváltozásának napi • Területi kiegyenlítődés A kimenő maximuma 330 MW beépített szélerőmű teljesítmény esetén 140

Napok száma (évente)

120 100 80

Koncentrált Szétszórt

60 40 20 0 218

200

182

163

145

http://www.vrbpower.com/

127

109 MW


91

73

54

36

18

0

0: 00 :0 0: 0 40 :0 1: 0 20 :0 2: 0 00 :0 2: 0 40 :0 3: 0 20 :0 4: 0 00 :0 4: 0 40 :0 5: 0 20 :0 6: 0 00 :0 6: 0 40 :0 7: 0 20 :0 8: 0 00 :0 8: 0 40 :0 9: 0 20 10 :00 :0 0 10 :0 0 :4 0 11 :0 0 :2 0 12 :0 0 :0 0 12 :0 0 :4 0 13 :0 0 :2 0 14 :0 0 :0 0 14 :0 0 :4 0 15 :0 0 :2 0 16 :0 0 :0 0 16 :0 0 :4 0 17 :0 0 :2 0 18 :0 0 :0 0 18 :0 0 :4 0 19 :0 0 :2 0 20 :0 0 :0 0 20 :0 0 :4 0 21 :0 0 :2 0 22 :0 0 :0 0 22 :0 0 :4 0 23 :0 0 :2 0: 00

kW

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 Túrkeve

150000 Moson

Győr

100000 Folyás

Agárd

50000

0

Óbudai Zöld Szabadegyetem Szélerőművek Idő

1,5 MW-os MD77 kiadott teljesítménye

Szélerőmű kiadott teljesítménye 200

kW

150 100 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

Óbudai Zöld Szabadegyetem

Szélerőművek

Egy ELVI lehetőség - Központi hidrogén előállítás hálózati csatlakozással, rendszerirányítói szabályozással 120 kV-os főelos ztó hálóza t

Szélerőmű park

Rendszerirányítói szabályozás

Szélerőmű

Rendszeri rányítói szabályoz ás

KÖF eloszt ó hálóza t

Rendszerirányítói szabályozás

4 3

Rendszerirányítói többlet = Hidrogén átalakító fogyasztása

Szél össztermelés

5

1

4 3

Rendszerirányítói többlet = Hidrogén átalakító fogyasztása

2

0

1

Központi hidrogén előállító eszköz

Szél össztermelés

5

2

6

0 -1 1 -2

6

3

5

7

9

11 13 15 17 19 21

-3 -4

-1 1 -2

3

5

7

9

11 13 15 17 19 21

-3 -4

Hidrogén kút Közlekedési felhasználás


Együttműködés szélerőművekkel Szélerőmű + gázmotor + tervezett kiegyenlítés 2500 2000

Előrejelzett szél termelés Tényleges széltermelés Tervezett kiegyenlítés

kW

1500 1000

Gázmotor kiegyenlítés Termelési összeg

500 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. Óbudai Zöld Szabadegyetem Szélerőművek

…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


Szélerőművek. Dr. Kádár Péter Óbudai Egyetem KVK Villamosenergetikai Intézet Óbudai Zöld Szabadegyetem

Recommend Documents