Obnoviteln zdroje energie
Download
1 / 28

Obnovitelné zdroje energie - PowerPoint PPT Presentation


  • 130 Views
  • Uploaded on

Obnovitelné zdroje energie. Energie větru. Obnovitelné zdroje. Problematika neobnovitelných zdrojů energie (uhlí, ropa, zemní plyn a uran): * zásoby se ztenčují * těžba je stále náročnější a dražší (větší hloubky, …)

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Obnovitelné zdroje energie' - thimba


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

Obnovitelné zdroje

Problematika neobnovitelných zdrojů energie (uhlí, ropa, zemní plyn a uran):

* zásoby se ztenčují

* těžba je stále náročnější a dražší (větší hloubky, …)

 cena těchto zdrojů neustále roste a do budoucna je třeba najít nové zdroje energie

Obnovitelné zdroje energie

* energie slunce * přímá výroba elektrické energie

* nepřímá výroba elektrické energie

* výroba tepelné energie

* energie větru

* energie vody – proudění vody, příliv a odliv

* geotermální energie

* energie biomasy

* jaderná energie – množivé reaktory




Energie větru

Využití větrné energie má dlouhou minulost – větrné mlýny, plachetnice, větrná čerpadla.

Vznik větru: nerovnoměrným ohříváním zemské kůry vznikají různé atmosférické tlaky  proudění teplého a studeného vzduchu.

Větrné proudy jsou dány: zemskou rotací

morfologie krajiny

vodními plochami

vegetací

Pro optimální využití větrné energie jsou zpracovány větrné mapy, které vznikly na základě pravidelného proudění a dlouhodobého měření.

Všeobecně nejpříznivější podmínky mají severské přímořské státy.





Energie větru

Hustota výkonu („měrný výkon“) při stoprocentní využití kinetické energie větru kolmo na směr proudění:

Pi = ½ *  * v3 (W/m2)

kde  - hustota vzduchu (zhruba 1,3 kg/m3)

v - rychlost větru

Tento výkon nelze (ani teoreticky) využít – vítr za rotorem větrné elektrárny by musel být nulový !

Reálný výkonu odebraný proudícímu vzduchu kolmo na směr proudění:

P = ½ * cp * S *  * v3 (W)

kde cp - součinitel výkonu – závisí na míře snížení rychlosti větru za rotorem Cpmax = 0,593

S - plocha, kterou prochází rotor


Energie větru

Pro orientační výpočet lze použít vztah

P = k * D2 * v3 (kW;m, m/s)

kde D - délka lopatky oběžného kola

k - konstanta zahrnuje krajinné vlivy, „stínění“, …

- pohybuje se v rozmezí (0,2 – 0,5)

Celková účinnost se pohybuje v rozsahu (35 – 45)%

Pro výkon elektrárny je tedy prioritní průměrná rychlost větru !

U velkých výkonů by mělo předcházet dlouhodobé měření rychlosti větru v dané lokalitě.

S rostoucí výškou stožáru se snižuje vliv krajinných nerovností, které výrazně snižují rychlost větru.


Výkonová křivka

* je závislost výkonu na rychlosti větru - P=f(v).

* vymezuje „pracovní“ rozsah větrné elektrárny

- minimální a maximální rychlost větru, při které elektrárny pracuje

- výkon při dané rychlosti větru

* s rozvojem technologie se postupně snižuje rozběhová rychlost (3 – 4 m/s) a zvyšuje maximální rychlost

(20 – 25 m/s)

* tvar výkonové křivky závisí na způsobu regulace („pitch“ a „stall“).


Výkonová křivka P = f(v)turbína WWD-1, výkon 1MW, průměr 56 m

Pmax= 1014 kW

vmin= 4 m/s

vn= 13 m/s

vmax= 25 m/s


Výkonová křivka P = f(v)Enercon E-40, 600 kW (Jindřichovice pod Smrkem)

Cp - koeficient výkonu - je dán konstrukcí úhel natočení lopatek v závislosti na velkosti větru), cpmax = 0,59


Aerodynamické regulační principy

1. Rotory s pevně nastavitelnými listy s autoregulací výkonu  stall control

2. Rotory s nastavitelnými listy  pitch control

3. Kombinace obou způsobů (dnes nejrozšířenější)

 variable pitsch control, individual pitsch kontrol, …)

Stall control

* turbíny jsou mnohem jednodušší

* jednodušší údržba

* vysoká spolehlivost

* vhodnější pro menší výkony

Pitsch control

* listy mají zpětnou vazbu z výkonu generátoru  po překročení jmenovitého výkonu udržují konstantní výkon natáčením lopatek

* jednodušší start (optimální nastavení lopatek)

* při překročení maximální rychlosti větru se natočí vodorovně (zanedbatelný odpor vzduchu)  nižší nároky na dynamickou brzdu


Systémy větrných elektráren

1. Autonomní systémy - grid-off

systémy nezávislé na rozvodné síti

* slouží objektům, které nemají možnost připojení k veřejné síti nebo kde je připojení technicky a ekonomicky náročné

* elektrárny mají výkon (0,1 – 100) kW

* součástí systému je akumulátor a řídící elektronika, mohou být doplněny i dalším zdrojem elektrické energie (fotovoltaický článek)

* při přímém napájení je napětí zpravidla malé (12, 24 V stejnosměrných), při použití střídače může být síťové (230 V střídavých)

* měrné investiční náklady jsou vysoké, návratnost je dlouhá



Systémy větrných elektráren

2. Systémy připojené k síti - grid-on

systémy dodávají energii do rozvodné sítě

* slouží výhradně pro komerční výrobu elektřiny

* současný trend vede ke zvyšování průměru rotoru (až 100m), ve vnitrozemí mají elektrárny výkon do 2 MW, na moři do 5MW.

* pro vyšší efektivnost se staví více větrných elektráren v jedné lokalitě – větrné farmy.Některá technická zařízení jsou společná.

* ekonomická návratnost je podmíněna:

- výběrem vhodné lokality

- minimální garantovanou výkupní cenou na několik let dopředu, včetně postupného zvyšování vlivem inflace

- výhodnými půjčkami

- dotacemi z evropských fondů a fondů v rámci ČR


Technické řešení

1. Věž

* musí odolávat značnému mechanickému namáhání (nápor větru, osazená gondola, extrémní klimatické podmínky).

* konstrukce ocelový tubus (v Evropě nejčastější)

příhradový stožár

betonový sloup (pouze pro malé výkony)

2. Gondola

* je umístěna na stožáru

* obsahuje generátor, převodovku, brzda, mechanismus k natáčení gondoly (podle typu působením větru nebo pomocný pohon), tlumiče, hlavní hřídel, mechanismus k natáčení listů, řídící jednotky, … (nemusí mít všechny uvedené části).


Technické řešení - gondola

1. ložisko

2. převodovka

3. generátor

4. natočení listů vrtule

prohlídka


AG

síť

Systémy výroby elektrické energie

1. Asynchronní generátor s kotvou nakrátko

* jmenovité otáčky jsou okolo 40 (1/min), čtyřpólové asynchronní generátory mají otáčky nad 1500 (1/min)

* mezi turbínou a vrtulí je jedno- nebo dvoustupňová převodovka

* asynchronní generátory bývají dvourychlostní s přepínáním počtu pólů. Používají se dvě oddělená vinutí nebo dělené vinutí (/YY).

* nutná kompenzace


AG

síť

měnič

Systémy výroby elektrické energie

2. Asynchronní generátor s kroužkovou kotvou a s měničem

* rotor je napájen přes frekvenční měnič, v závislosti na otáčkách rotoru  vyšší kvalita průběhu napětí

* při aktivní natáčení lopatek vrtule se zvyšuje výroba elektrické energie

* nutná kompenzace


G

síť

měnič

Systémy výroby elektrické energie

3. Synchronní generátor s měničem

* buzení prostřednictvím trvalých magnetů

* proměnné otáčky, bez převodovky

* nejkvalitnější průběh napětí

* mnohapólový stator  velký průměr statoru

* vhodné pro velké výkony


Připojení elektrárny k síti

* Prakticky všechny větrné elektrárny se připojují do distribuční soustavy

* Malé elektrárny se připojují do soustavy nn, střední a velké výkony do soustavy vn (22 kV)

* U středních a velkých výkonů musí být síť schopná přijmout nový výkon a spínací zařízení musí mít zpravidla vyšší parametry

* Optimální je dostatečný odběr v blízkosti elektrárny


Technické problémy větrných elektráren

* Výkon je závislý na třetí mocnině rychlosti větru  nelze zajistit konstantní výkon zdroje, Jsou známy případy, že během několika hodin ke změně výkonu v oblasti s větrnými zdroji o 3 GW

* Přetěžování sítí, zejména v úseku od větrné elektrárny do rozvodny s transformací do přenosové sítě.

* Se změnou výkonů se výrazně mění i velikost proudů  změny úbytků napětí  kolísání napětí sítě.

* Zvýšení zkratových poměrů  při zkratu dodává energii do místa zkratu.

* Současné regulační systémy využívají výkonovou elektroniku  rušení (flicker, vyšší harmonické)

* Změny výkonů v přenosové soustavě  zvýšené nároky na regulaci, vlivy na mezistátní přenosy elektřiny


Ekonomika větrných elektráren

* měrné investiční náklady jsou zhruba 40 000 Kč/kW

* návratnost investice je dána výběrem lokality a pohybuje se okolo 10 let

* formy dotace - minimální garantovaná výkupní cena

- nové elektrárny - 2,46 Kč/kW

- starší elektrárny - až 3,28 Kč/kW

- výhodné půjčky

- evropské fondy

* výroba v ČR 2007 - 125 000 MWh

* instalovaný výkon 2007 - 114 MW




ad