Veterná energia

1. Gymnázium Jozefa Gregora Tajovského Veterná energia Zuzana Kučerová, 3.A Banská Bystrica, 2009

2. Vietor Slnko vyžaruje smerom k Zemi energiu hodnoty 100PWh. Povrch Zeme je ohrievaný nerovnomerne s rôznou intenzitou, v dôsledku čoho dochádza k teplotným a tlakovým rozdielom okolitého vzduchu. Vzduch zohriaty zemským povrchom stúpa nahor a chladnejší ťažší vzduch sa tlačí k zemskému povrchu, čím dochádza k prúdeniu vzdušnej masy okolo Zeme – vzniku vetra. Asi 2 % z celkovej slnečnej energie dopadajúcej na povrch Zeme sa trvale premieňa (akumuluje) na kinetickú energiu vetra, čo predstavuje cca 1020 J.

3. Veterná turbína Rotorový kužeľ a rotorové listy spolu tvoria rotor. Kužeľ je napojený na prevodovú skriňu. Hriadeľ rotora spája prevodovú skriňu s generátorom, ktorý pri otáčaní mení mechanickú energiu na elektrickú energiu. Strojovňa je umiestnená na vrchu trubicovej veže a zahŕňa prevodovú skriňu, hriadeľ rotora, generátor, pohon natáčania a brzdový systém. Pohon natáčania sa používa na udržanie rotora oproti vetru počas zmien smeru vetra. Veterná lopatka spojená so strojovňou meria smer vetra a komunikuje s pohonom natáčania.

4. Ako pracuje turbína • sila vetra roztáča lopatky (2) rotora turbíny(1) • lopatky sú tvarované tak, aby vznikla potrebná vztlaková sila uvádzajúca rotor do pohybu • takto vytvorená kinetická energia sa prenáša cez hnací mechanizmus(4) do generátora(5) • v generátore sa transformuje na elektrickú energiu

5. Delenie podľa výkonu • malé veterné zariadenia určené na dobíjanie batérií (pre rekreačné objekty, vodárne, meracie stanice …) s výkonom okolo 100-200kW • stredne veľké elektrárne - s výkonom  do 500kW - dodávajú striedavý prúd do siete • veľké elektrárne  - s výkonom nad 500kW - dodávajú striedavý prúd do siete

6. Turbíny s horizontálnou osou môžu mať rotory s jedným, alebo s dvoma listami, ale v prevažnej väčšine majú trojlistové rotory Pri rýchlo sa meniacom smere vetra ich účinnosť prudko klesne, keďže sa najprv musia otočiť k smeru vetra Delenie podľa polohy osi Rakúsko

7. Turbíny s vertikálnou osou sa nemusia natáčať k smeru vetra účinnosť je lepšia ako u turbín  s horizontálnou osou Tieto turbíny môžu byť umiestnené aj na streche mestských domov energiu vyrábajú aj pri turbulentnom vetre Kanada

8. Veterné parky Dánsko Kalifornia Dánsko

9. Podmienky pre umiestnenie elektrárne • ročná priemerná rýchlosť vetra v danej oblasti musí byť aspoň 4 m.s-1 vo výške 10 m • vhodná lokalita (stavba v chránenom území komplikuje schvaľovacie riadenie) • vhodné geologické podmienky pre základy (nebezpečná seizmicita) • prístupnosť lokality stavebným mechanizmom • vzdialenosť elektrického vedenia vysokého a nízkeho napätia (min. do 1 km) • bezpečnosť prevádzky (dostatočná vzdialenosť od obydlí – hluk, možnosť rušenia telekomunikácií)

10. Prednosti veternej energie • obnoviteľný zdroj bez škodlivých odpadov • dostatočne známa a vyvinutá technológia, ktorá sľubuje ďalší výrazný pokrok • relatívne jednoduchá konštrukcia elektrárne, vhodná na lokálne využitie • pozemky použité pri veterných farmách sa môžu stále využívať na pestovanie obilia a ako pasienky • pracovné príležitosti a priemyselná základňa aj v odľahlých oblastiach • väčšina elektrickej práce je dodávaná v zimných mesiacoch a prevažne cez deň, kedy sú obyčajne lepšie veterné podmienky • väčšina väčších veterných a slnečných elektrární by bola pravdepodobne umiestnená vo vzdialených oblastiach, ako sú napr. púšte, čím by sa dosiaľ nevyužité pustatiny stali zdrojom čistej energie

11. Nevýhody veternej elektrárne • veľké počiatočné náklady • celkovo obmedzený energetický potenciál • rozptýlený zdroj energie vyžadujúci výstavbu mnohých jednotiek • časovo premenlivý zdroj závislý na ročnej dobe a na počasí, nízke využitie zdroja (max. 59%) zapríčinené prerušovanou prevádzkou za bezvetria • geograficky závislý zdroj • Miesto, na ktorom majú byť veterné farmy postavené musí mať aspoň 300 veterných dní do roka.

12. Vhodne umiestnená turbína s výkonom nad 500 kW je schopná vyrobiť viac ako 2 milióny kWh za rok, čo postačuje na zásobovanie približne tisíc domácností elektrickou energiou alebo na prejdenie 30 miliónov km elektrickými automobilmi. Jedna turbína by takto mohla zásobovať energiou asi 3000 vozidiel , ktoré by ročne mohli najazdiť po 10 tisíc km. Veterné turbíny majú účinnosť premeny energie okolo 30-45%.

13. Rekordy • Najväčšia veterná farma sa nachádza v USA v štáte Kalifornia – Altmon Pas, kde je inštalovaných 16000 veľkých veterných generátorov • Najväčšia veterná farma v Európe je vo Veľkej Británii - Stredný Wales – 103 generátorov • Najväčšia veterná turbína na svete je v Nemecku a má výkon 4,5MW

14. Slovenský energetický potenciál • celkový potenciál obnoviteľných energií SR bol odhadnutý na cca 100 400 TJ ročne • dnes sa využíva okolo 25 % • naše zdroje na báze obnoviteľných energií produkujú celkom 24 740TJ  energie ročne • tým  pokrývajú 3,5 % celkovej spotreby všetkých druhov energií • využíva sa najmä energia vodných tokov a rozbieha sa využívanie veternej energie a biomasy. Slnečná energia sa zatiaľ využíva minimálne.

15. Elektrárne na Slovensku Veterný park Cerová: • prvá veterná elektráreň na Slovensku • v prevádzke od augusta 2003 • 4 turbíny typu VESTAS V39-500kW s priemerom 47m na 76m vysokých stožiaroch • v závislosti od rýchlosti vetra 3,5 až 16 ms-1 je výkon turbín 200 až 500 kW • predpokladaný výkon pokryje spotrebu energie pre 1500 domácností a dokáže ušetriť prírode produkciu CO2 o 3270 ton ročne

16. Cerová

17. Veterná elektráreň na Ostrom vrchu, Myjava • výkon 500 kW • bola daná do skúšobnej prevádzky v júli 2004 • typ veternej turbíny: VESTAS V39-500 kW

18. Veterný park Skalité, Kysuce • Bol uvedený do prevádzky v septembri 2005 • Náklady na inštaláciu predstavovali okolo 45 mil. Sk • Typy veterných turbín: VESTAS V39-500 kW • kapacita 4 x 500 kW • Predpokladaná celková ročná výroba pre štyri veterné turbíny predstavuje 3 200 MW/h, čo pokryje spotrebu el. energie pre 1 200 domácností • Prevádzka veterného parku je plne automatická, riadená počítačom a kontrolovaná z dispečingu spoločnosti Green Energy Slovakia s.r.o. • Do budúcnosti sa plánuje inštalovať ešte ďalších 6 turbín • Potom celkový inštalovaný výkon stúpne na 5 MW

19. Skalité

20. Výpočty energie vetra a výkonu turbín • E = ½ mv2 • m = ρvSt • ρ = p/rTr = 287,04 J.kg-1.K-1 • E = pv3St/2rT t - čas, T - teplota • P = E/t • P = pv3S/2rT • E = mv2/2 = ρv3St/2 • P = E/t = ρv3πr2/2 • η = EW /Emax • Betzova veta vypovedá, že ideálna účinnosť premeny energie vetra turbínou je 59,25%.