SZÉLTURBINÁK Előadás a BME Áramlástan Tanszékén Dr Fáy Árpád 2010 április 13
Uralkodó szélviszonyok a Földön (nálunk nyugati)
A két leggyakrabban alkalmazott típus
Magyarországon üzembe helyezett szélturbinák • • • • • • • • •
Inota Kulcs Mosonszolnok Mosonmagyaróvár Bükkaranyos Erk Rónafő Vép Szápár Mosonmagyaróvár
1 db 1 db 2 db 2 db 1 db 1 db 1 db 1 db 1 db 5 db
•
Sopronkövesd
4 db 3,0 MW
•
250 kW 600 kW 600 kW 600 kW 225 kW 800 kW 800 kW 600 kW 1,8 MW 2,0 MW
~ 0,3 GWh ~ 1,0 GWh ~ 2,0 GWh ~ 2,0 GWh ~ 0,3 GWh ~ 1,3 GWh ~ 1,3 GWh ~ 1,2 GWh ~ 3,6 GWh ~ 20,0 GWh
2009. dec. 31-ig: 108 db, installált 201 MW.
2000 2001/5/23 2002/12/19 2003 2004 2005 2005 2005 2005 2005 2008
A kulcsi szélturbina szerkezete
A teljesítmény képlete m tömegű V sebességű légtömeg mozgási energiája:
Em = m
m = ρ R 2π Vt
R sugarú körön t idő alatt átlépő légtérfogat tömege:
2 Em V = R 2π V ρ Pelméleti = 2 t ρ 3 2 Pvalóságos = C P R π V 2
V-ről 0-ra lassítva a kinyerhető elméleti teljesítmény: A valóságos teljesítmény: Normál állapotban: ρ = 1,2 kg / m C P teljesítmény tényező
V2 2
3
A C P teljesítménytényező értéke < 1 három okból: • A propeller után a sebesség nem lehet zérus (> V / 3 ). • A propeller visszatorlasztja az érkező áramlást. Ezért a légtömeg egy része a propeller körét elkerüli és a propellernél kisebb a sebessége (Betz-Glauert elmélet).
• A lapátok között a légtömeg sebességváltozás nélkül lép át (csak 3D-s számítással követhető).
A C P tényező értéke a névleges pontban jól tervezett járókerekekre U a járókerék kerületi sebessége
Szélsebesség gyakorisági görbe
max
Vátlag =
∑V H i =1
i
8760h
i
Éves energia termelés
Az adott paraméterekkel E = 634 000 kWh Évente ingadozás +- 20 % Próba kisebb V-vel: Kulcs V = 12 m/s, P = 600 kW, R = 22 m Vúj=10 m/s, R2V3= ugyanaz, Rúj = 28,4 m
Anderson közelítő képlete (1992) • • • •
Tipikus szélsebesség gyakorisági görbe esetén, ezzel összehangolt tipikus turbina karakterisztikával, 90 %-os rendelkezésre állással (10 % idő kiesés géphibák miatt) 5 % térbeli fedettséggel
E = KV R π n 3 m
2
E átlagos éves energiatermelés (kWh/év) Vm
évi átlagos szélsebesség (m/s) R járókerék sugara (m) n szélturbinák száma a farmon
K = 2,5
kWh/év (m/s)3 m 2
Anderson konstansa
1991-ben a szélturbinák telepítésére a következő megállapításokat tették: V = 6,5 m/s átlagsebesség esetén: elég jó a hely V = 7,5 m/s átlagsebesség esetén: jó a hely V = 8,5 m/s átlagsebesség esetén: nagyon jó a hely
Környezeti kérdések • • • •
Zajosság Elektromágneses interferencia Látkép befolyása (villódzás) Energiatározás szükséges
Kulcsi gépházban 101 dB(A), torony alján 55 dB(A), a szélturbina oszlopától 150 m-re 45 dB(A), és 400 m-re 35 dB(A). A szélturbinákat célszerű a lakóterülettől legalább 400 m távolságra telepíteni. A magyar energiarendszer legfeljebb 350 MW összteljesítményű szélturbina-parkot visel el (engedélyek maximuma 2009-ben).
Magyar Szélenergia Társaság: 2009. dec. 31.-i státusz: 108 db, 201 MW Éves termelés 2009-ben: 355 GWh, ami megfelel 355000MWh/8760h = 40,5 MW folyamatos teljesítménynek. Teljesítmény tényező = Folyamatos/névleges teljesítmény (szélturbinákra általában: 20 %)
Árak, törvény • •
Windsave, P = 1 kW, D = 1,8 m, E = 500 kWh/a, 10 év élettartam, 2640 USD Szápár (Zirc mellett), WESTAS, P = 1,8 MW, D = 90 m, H = 80 m, Pupek Emese esettanulmányából. Üzembe helyezés 2005, építés 5 hónap. Beruházás: 626 mFt. (2005-ös ár). Ebből: Vissza-nem-térítendő támogatás: 122 mFt Önrész: 503 mFt (hitel 327 mFt, saját forrás 176 mFt) Garantált éves energia-termelés: 5,7 m kWh/év. A törvény szerinti átvételi ár (2005-ben): 19.3 Ft/kWh Árbevétel az energiatermelésből: 110 mFt/év (2005-ös áron). Ennek tőkésített értéke 2005-ben (r = 5 %, n = 25 év, S = 14): 1540 mFt A projekt teljes nyeresége: 1540 – 626 = 914 mFt. Megtérülési idő (a logaritmikus képlettel): 7 év. Az energia önköltsége: 8 Ft/kWh. Ha nem támogatott árral számolunk, hanem a 2005-ös átlagos 12 Ft/kWh-val, akkor: az éves árbevétel 68 mFt, projekt nyereség: 326 mFt, (önköltség ugyanaz), megtérülési idő: 13 év. A megtérülési idő (más szélerőmű projekteknél): 10 – 14 év Energiatörvény. 2010-ig szélerőművek által termelt energia átvételi ára: 23 Ft/kWh. A szélerőművek büntetést fizetnek, ha termelésük előrejelzése napi átlagban ± 50 %-al eltér.
James Lovelock angol környezet-vizsgáló a szélturbinákra azt mondta (2005-ben): ‘Német és dán vállalatok biznisze’. Mi a tényleges helyzet? Magyarországon a 108 db 201 MW össztelj. turbina 355 GWh-t termelt 2009-ben. Ennek éves árbevétele (mai áron) 23 Ft/kWh-val: 8,16 milliárd Ft/év (tőkésítve: 114 md Ft). 12 Ft/kWh-val: 4,26 milliárd Ft/év (tőkésítve: 60 md Ft). Szápár (1,8 MW) beruházása 2009-es áron: 790 mFt. Az összes szélturbina beruházásának becslése (Szápár alapján arányosítva): 88 milliárd Ft (nagyrészt hitel). AZ ORSZÁGNAK MEGÉRI-E?
