Veterné elektrárne
Úvod
História
Využívanie sily vetra siaha niekoľko tisíc rokov do minulosti. Človek tuto silu využíval na pohon plavidiel. Tieto jednoduché plavidla sú staré viac ako 5000 rokov a pochádzajú zo starého Egypta. Najstaršie mlyny poháňané vetrom pochádzajú z dnešného Afganistanu a sú staré 2700 rokov. Bežne ich používali na mletie obilia a na zavlažovanie poli na ostrovoch Stredozemného mora. Na Kréte sú využívané dodnes. V roku 1854 sa objavilo prvé vetrom poháňané vodne čerpadlo. Skladalo sa z ružíc, ktoré boli potiahnuté plachtou, a dreveným chvostom, ktorý cele zariadenie natáčal po smere vetra. V roku 1940 pracovalo takýchto zariadený viac ako 6 miliónov. Využívali sa na čerpanie vody aj na výrobu elektrickej energie.20 storočie znamenalo nástup nových energetických zdrojov- elektriny, ropy a zemného plynu. Veterne čerpadla postupne vytlačili. V 70 rokov počas ropnej krízi sa záujem o veternú energiu oživil. Mnohé štáty podporovali rozvoj a výskum veternej energie.
Rozdelenie veterných elektrární
Podľa – veľkosti nainštalovaného výkonu
- polohy osi rotora
- počtu listov
Podľa veľkosti nainštalovaného výkonu
- Mikrozdroje - s výkonom do 30kW - vyrabaju jednosmerný prúd na dobíjanie batérii
- Stredne veľké elektrárne - s výkonom do 100kW
- Veľké elektrárne - s výkonom nad 100kW
Podľa polohy osi rotora
- S horizontálnou osou
- S vertikálnou osou
Podľa počtu listov
- Jednolistové
- Dvojlistové
- Trojlistové
- 12 a 24 listové
Technológia
Veterne turbíny sa s skladajú z týchto komponentov:
- Listy rotora
- Rotor
- Prevody
-Generátor
- Elektronika a regulačné zariadenie
Listy rotora
Sú dôležitou časťou turbíny, ktoré zachytávajú energiu vetra. Listy sú vyrobené z laminátov, polyesterov a niekedy sa používa aj drevo. Tieto materiály sa vyznačujú kombináciou ohybnosti a pevnosti. Tieto materiály nerušia televízne a iné signály. Priemery pre veľké turbíny sa pohybuje od 25 a viac ako 50 metrov a môže vážiť až jednu tonu.
Rotor
Rotor sa skladá z listov a centrálnej osi, na ktorej sú pripevnené. Os je pripojená na hlavný prevod systému.
Prevody
Prevody a ložiská sú dôležité z hľadiska efektívneho prenosu krútiaceho momentu na generátor elektrického prúdu.
Generátor
Generátor ma podobnú konštrukciu ako v tradičnej elektrárni na fosílne paliva.
Elektronika a regulačné zariadenie
V mnohých turbínach je činnosť jednotlivých komponentov regulovaná elektronicky a môže byť riadená diaľkovo. Použitá elektronika udržuje napätie pri meniacich sa otáčkach generátora. rôznorodosť veterných turbín je veľká väčšina moderných turbín sa dodáva v dvoch konfiguráciách – s horizontálnou alebo vertikálnou osou.
Prevodovka
Brzdy
Veterné farmy na mori
Veľké úspechy zaznamenali aj veterne turbíny na pobreží mori. Na mori dosahuje rýchlosť vetra vyššie úrovne ako na pevnine. Na otvorenom mori sú vhodne podmienky na výstavbu na miestach s plytčinami. Za vhodne miesto sa považuje hĺbka morského dna až do 30 km, vzdialenosť od pobrežia 30 km. Takéto miesta sa nachádzajú v Severnom a Stredozemnom mori. Rozhodujúci parametrom je rýchlosť vetra, jej nárast je o 10 až 30% viacej vyrobenej energie ako na súši.
Prvou veternou farmou na mori sa stali turbíny nainštalované severne od ostrova Lolland na juhu Dánska neďaleko Vindeby. Bola vybudovaná v roku 1991. skladá sa z jedenástich 450kW turbín vzdialených 1,5 až 3 km od pobrežia. Veterná farma pracuje bez problémov a ročné vyrobí o 20% energie viacej ako farma ktorá sa nachádza medzi Jutlandom a Tuno v Dánsku. Údržba turbín sa vykonáva dvakrát do roka. Hluk pochádzajúci z farmy na pobreží nemerateľný (15dB).
Veterný park Cerová
Parametre elektrárne
Typ (výrobca): VESTAS - V 47/660 kW (Dánsko)
Počet agregátov: 4
Celkový výkon elektrárne: 2,6 MW
Produkcia energie: 4 000 MWh ročne
Uvedenie do prevádzky: október 2003
Úspora CO2: 3 270 t/rok
Výška stožiara: 76 metrov
Priemer vrtule: 47 metrov
Čerpanie vody
Veterná energia sa dá aj efektívnejšie využiť na čerpanie vody. Skladovať vodu je jednoduchšie ako v batérii. Do roku 2000 pracovalo vo svete asi 100 tisíc malých veterných turbín len na čerpanie vody. Tieto veterne turbíny sa používajú najmä na odľahlých miestach neelektrofikovaných farmách, kde dodávajú pitnú aj úžitkovú vodu pre dobytok, zavlažovanie alebo do skladovacích nadrží. Turbíny sú kostruovane tak že sa už pri rýchlosti od 2 m/s do 4 m/s. Zvyčajné majú 12 alebo 24 listov. Čerpanie spodnej vody je možné až z hĺbky 1000 metrov. Typické veterne čerpadlo s priemerom rotora 3 metre dokáže vyčerpať za hodinu 2000 litrov vody, z hĺbky 10 metrov pri rýchlosti vetra 3 m/s. Pri tých istých podmienkach dokáže turbína s priemerom rotora 7 metrov vyčerpať až 8000 litrov vody.
Pravidlá pri výstavbe turbín
Veterná energia je pohybová energia vetra. Je nepriamou formou slnečnej energie. Zemsky povrch zohrievajú slnečné lúče s rôznou intenzitou. Dochádza k teplotným a tlakovým rozdielom. Potrebná priemerná rýchlosť vetra je väčšia ako 4-5 m/s vo výške 10m. Skôr ako začneme investovať peniaze do výstavby veternej elektrárne, je potrebne zistiť, či daná lokalita spĺňa nasledovné požiadavky:
*ročná priemerná rýchlosť vetra musí byt 4 m/s vo výške 10 metrov
*vhodná lokalita (stavba nevyskytuje na chránenom území)
*geologické podmienky pre základy (výskyt zemetrasení)
*prístupnosť lokality stavebným mechanizmom
*vzdialenosť elektrického vedenia
*bezpečnosť prevádzky (hluk, vzdialenosť od budov, obydlí, možnosť rušenia telekomunikácii)
Prednosti veterných elektrární:
*Obnoviteľný zdroj bez škodlivín
*Vyvinutá technológia (i keď výskum ešte nie je ukončený)
*Relatívne jednoduchá konštrukcia, vhodná na lokálne použitie
*Pozemky pri veterných farmách sa môžu ďalej využívať na pestovanie obilia, pasienky,...
*Veľa veterných elektrární sa nachádza na pustatine ktoré doposiaľ boli nevyužite
*Najlepšie podmienky pre veterne elektrárne sú v zime cez deň
*Vytvárajú pracovne príležitosti
Nevýhody veterných elektrární
*Veľké počiatočné náklady
*Obmedzený energeticky potenciál
*Rozptýlený zdroj energie vyžadujúci mnoho jednotiek
*Geograficky závislí zdroj
*Vietor musí fúkať aspoň 300 dní v roku
*Obavy ochranárov z kolízie rotorových listov s vtákmi sú neopodstatnené
*Najlepšie lokality sa nachádzajú v chránených oblastiach
*Nepríjemný pocit mihajúcim sa tieňom listov rotora
Dobre a zlé umiestnenie veterných turbín
Environmentálne dôsledky využívania veternej energie
Na mnohých miestach sveta sú veterné turbíny prijímané ako ekologické riešenie. Výroba nie je úplné bez dôsledkov na životné prostredie. Treba tu však rozlišovať medzi veľkými a malými turbínami. Male turbíny nijako neovplyvňujú okolité prostredie. U veľkých turbínach sa uvádzajú tieto problémové parametre ako sú hluk, vizuálni efekt, rušenie elektrického poľa.
Hluk
Vytvárajú veterne turbíny vzniká ako dôsledok turbulencie vzduchu pri prechode listu rotora okolo stožiara a tiež dôsledku chodu prevodovky. Ohľadom sťažnosti obyvateľov, sa výrobcovia tou tou problematikou zaoberajú. Výsledkom bolo značné zníženie hlučnosti veterných turbín.Za kritickú hladinu hluku sa považuje 40 dBA je to úroveň pri ktorej je možné spať. Vo viacerých krajinách sú legislatívne normy ktoré upravujú umiestňovanie veterných turbín v blízkosti ľudských obydlí.
Vizuálny efekt
Veterné turbíny sú viditeľné z veľkej diaľky a niektoré skupiny obyvateľstva to považujú za rušivý moment v reliéfe krajiny. Často býva krajina zastavaná inými vysokými objektmi napr. stožiare elektrického vedenia, voči ktorým sa kritika neozýva. Problém je súvisiaci s rizikom pre pilotov malých lietadiel lietajúcich nízko nad zemou. Aj pre nich môžu byt vysoké stožiare nebezpečné.
Rušenie elektromagnetického žiarenia
Televízne ,rádiové i radarové vlny sú často rušené elektrickými vodičmi. Preto všetky kovové časti rotujúcich turbín môžu predstavovať iste riziko. Listy rotorov sa vyrábajú z dreva, plastov, ktoré nemajú vplyv na elektromagnetické žiarenie. Turbíny umiestnene v blízkosti letísk nemajú preukázateľný vplyv na radarové stanice.
Zaujímavosti
Najväčšia veterná elektráreň v Nemecku
Najväčšia veterná elektráreň si vyžiadala nové riešenie uloženie hriadeľa rotora. K tomuto rotoru sa vyvinulo prstencové ložisko CARB. Model 5M stoji 120 metrov nad zemou a produkuje 5 megawattov elektrického prúdu. Rotor ma tri lopatky o priemere 126 metrov. Je to najväčšia a najúčinnejšia elektráreň na svete. Zaujímavá je konštrukcia, výroba a inštalácia nosného systému pre hriadeľ o priemere 1,5 metra a hmotnosti rotora 130 ton. Hriadeľ je dutý. priemer vnútorného ložiska je 1,5 metra o hmotnosti 2 700 kg. Ložiska sú mazané tukom, je dostačujúce tuk nesteká dolu a pokrýva cely povrch ložiska. Problém bol s ohrievaným ložiska pri montáži, a preto bolo zostrojene indukčné zariadenie o kapacite 1000 kVA, ktoré by ložisko rovnomerne ohrialo na potrebnú teplotu. Ďalší problém bol s fixáciou axiálnych ložísk. Bolo riešené špeciálnou zaisťovacou matkou. Tuto veternú elektráreň nájdete na pobreží mora Brunsbuttel.
Výkon veterných turbín vo svete.
