Technika, 1979 (23. évfolyam, 1-12. szám)

1979-01-01 / 1. szám

2 A SZÉLERŐGÉPEK JÖVŐJE (Folytatás az 1. oldalról.) két. A szélerőgépeknél tehát a szél sebes­ségenergiája közvetlenül alakul át forgó mozgássá, amely szivattyút, dinamót stb. működtet. A szél által kifejtett erő ará­nyos a mozgatott levegő tömegével és a sz­élsebesség négyzetével. Minél nagyobb a szél sebessége, annál nagyobb a szél­erőgép teljesítménye.­­ A villamos energia történetében az el­múlt száz évben két olyan időszakot ta­lálunk, amikor az emberek behatóan fog­lalkoztak a szélenergia elektromos áram­má való átalakításának technikai­ és gazdaságossági kérdéseivel. Az egyik ilyen időszak az elmúlt évszázad végére esilt, amikor is a rohamos ipari fejlődés közepette az ember rádöbbent, hogy Föl­dünk szénkészletei nem kimeríthetele­­nek. A másik időszak néhány évvel ez­előtt kezdődött az olajválság kirobbaná­sakor. Az Egyesült Államok nyugati vidékein 15130 táján alakult ki a szélmalom-ipar, elsősorban a farmok kiszolgálására. A szélmalmok különféle gépeket működtet­tek és elektromos áramot is termeltek. A szélerőgépek a farmok energia ellátá­sában jelentős szerepet töltöttek be. Eu­rópában a francia Duc de Febtre világító torony mellé épített egy szélmalmot 1887-ben. A dinamót egy 12 m átmérőjű négyvitorlás kerék hajtotta a torony ak­kumulátorainak feltöltésére. Az akkori közvélemény ezt az újítást kissé furcsá­sbbá, pedig a szélmalom ilyennemű fel­használása igen ötletes volt. A világítóto­rony jelentős tengerrészen látta el fel­adatát. A századforduló idején a hollan­dok mellett a dánok és a svédek végez­tek beható kísérleteket villamosáram-ter­­meléssel, szélkerekek segítségével. Ezeket a kísérleteket sok terv és kevés megvaló­sítás jellemezte. A Szovjetunióban 30-as években in­dultak meg a szél-villanyerőművel kap­csolatos kísérletek. A ba­laklavai szél­erőmű 1933-ban kezdett üzemelni. Ezt az erőművet évi 280 000 kWh teljesít­ményre tervezték. A konstrukció sike­rült, de sajnos az erőmű a szeszé­lyes széljárás miatt nem váltotta be a hozzáfűzött reményeket. Egyébként a 30-as években a világon több mint 100 nagyvállalat foglalkozott szélerőművek fejlesztésével. Az Egyesült Államokban pl. a Delco, a Dura, az Air Elektric, a Wind Power stb. üzemelt. Iowa államban 1936-tól kezdve a Dyna Teck gyár éven­te 1000 szélgenerátort gyártott 200 ... 2500 W teljesítményhez. A szélkerekes generá­torok farmokat láttak el villamos áram­mal.­­ A villamos áramot termelő szélerőgé­pek fejlesztésének új korszaka a 60-as években kezdődött. Ezt a folyamatot a 70-es évek elején kitört olajválság gyor­sította meg. A szélenergia a napenergiá­hoz hasonlóan természetadta energia­ A szélerőgépek új hulláma forrás, amelynek igen nagy előnye, hogy nem szennyezi az ember környezetét. Mindkét energiaforrásnak azonban van hátránya is: ha nem süt a nap, nem fúj a szél, nincs áramtermelés. Erős szél esetén 1 m­ területre kb. 1 kW teljesítménnyel számolnak; hasonló az arány a napenergiánál is. Egy naperő­műnél azonban a tükrök elhelyezési te­rületének jóformán nincs felső határa. A szélgenerátor azonban­­egy mechanikai szerkezet, itt a méret és a súly már lé­nyeges tényező. Az 1000 kW-os szélerőmű már igen nagy teljesítményű. Hosszú ár­bocra kell szerelni a lapátokat és a kivi­telezők általában nem lelkesednek az ilyen óriási árbocok szereléséért. Az em­ber mégis szeretné „kifogni a szelet” áramtermelés céljára, ezért újabb techni­kai eljárásokat hív segítségül. A 60-as években néha fantasztikus méretű szél­­erőművek születtek meg papíron. Az egyik terv szerint a szélerőművet kihor­­gonyzot­t óriási léghajók segítségével emelték volna fel 12 ezer m magasba. A hatalmas propellerek itt a magaslég­köri széláramlások régiójában termelték volna az elektromos áramot. Ez a terv természetesen soha nem került kivitele­zésre. Az 50-es évek végén helyezték üzembe Franciaországban a Nogent-le-Roi-i szél­­erőművet. A 800 kW teljesítményű szél­generátor három csavar lapátja, — egy 32 m magas oszlopon — termelte az ára­mot. Hátránya volt, hogy a generátor csak akkor adta a normális teljesítményt, ha a szélsebesség elérte a 60 km h-t. Az erőmű automatikája 17 m/s szélsebesség alatt leállította az üzemek Az erőmű nem váltotta be a hozzáfűzött reményeket; az erőmű szélkereke 1958 és 1960 között mindössze 171 órát forgott és 16 730 kWh-t adott a francia hálózatnak, 1961- ben már 4000 órát üzemelt és 63 000 kWh -t szolgáltatott. Végülis 1958 és 1962 között összesen 5400 órát működött a szélerőmű. Ez idő alatt a szélturbina lapátjai hibátlanok maradtak, de más alkatrészeik tönkrementek, és ezért hasz­nálatát le kellett állítani. Claytonban (USA) 1978 januárjában kezdett el üzemelni egy villamos szélerő­mű, amely lapátos forgórészének átmérő­je 42 m, villamos teljesítménye pedig 200 kW volt. Európában a svéd Saab-Scania gyár mérnökei tervezték azt a kísérleti szélerőművet, amely ma már villamos ára­mot szolgáltat a svéd hálózat számára. A szélturbina 18 m átmérőjű csavarlapátjai egy 25 m magas toronyra szerelve forog­nak. A szélerőmű 36 km h szélsebességnél 63 kW-ot szolgáltat. A kivitelezés során könnyűfémszerkezeteket alkalmaztak. Ez a szerény teljesítményű szélerőmű előfu­tára egy állami támogatás mellett építen­dő óriási erőműnek, amelynek elméleti maximális teljesítményét 6000 kW-ban határozták meg. Ekkora teljesítményt 100 m átmérőjű lapátos forgórésztől le­het elvárni. A jelek szerint a svédek is beleestek egyes amerikai vállalatok (Boeing) gigantomániákus elképzeléseibe. A hagyományos formájú, 100 m átmérő­jű propeller óriási méret. Az ilyen mére­tű lapátok aerodinamikai hátrányokat is magukon viselnek, nem beszélve arról, hogy a tornyot is igen magasra kell építe­ni, amely megnöveli a szélerőmű költsé­geit és bonyolítja az építés technikáját. Milyen irányzatok figyelhetők meg a jövő szélerőművének tervezésénél? A je­lek szerint visszatérnek az ókori perzsa módszerhez, tehát a függőleges tengely­hez. Másrészről a merev lapátok helyett, könnyű, hajlékony anyagból készült for­górészeket terveznek. A francia Darrieus mérnök még a két világháború között 1925-ben szabadalmi kérelmet gyújtott be egy függőleges tengelyű szélerőgépre. Most az amerikai és az európai szakiro­dalomban egyre gyakrabban találkozunk Darrieus nevével és egyúttal a függőle­ges tengelyű megoldással.­­ A szélerőművek fejlesztésének históriá­ját érdekes összehasonlítani a vitorlás hajózás fejlődésének történetével. Tenge­reken és tavakon, ritkábban a folyamo­kon évezredek óta úsznak a vitorlás ha­jók. Kérdés, hogy amennyiben a hajók vitorlázata a repülőgépek propellerjeihez és szárnyaihoz hasonlóan merev anyag­ból készültek volna, visszatekinthetne-e a vitorlázás több ezeréves múltra? Bizo­nyos, hogy nem. Az sem vélelen, hogy a vízszintes ten­gelyű szélmalmok vitorlái hosszú évszá­zadokon keresztül puha anyagból készül­tek. A vászon­anyagoknak ezen a téren aerodinamikai előnyei vannak, éppen úgy, mint a duzzadó hajóvitorláknak. Ilyen meggondolás alapján fejlesztették ki a princetoni egyetem kutatói a köny­­nyű, laza anyagból készült szélturbina lapátrendszert. A lapát könnyű volt, jól alkalmazkodott a szélirányhoz és erősség­hez, de aerodinamikai szempontból még mindig magán viselte a hagyományos propellerforma hátrányait. Ennél a meg­oldásnál is tovább lépett a francia Lagar­­de mérnök, aki szakítva a propeller for­mával a hajlékony és könnyű lapáto­kat egy függőlegesen forgó tengely alsó- és felső végéhez hajlítva rögzítette. A szuper könnyű forgó­ lapátok be- és kilépő élei duralumínium-vázas szerkeze­tek. A köztes részt könnyű és rugalmas poliuretán habbal töltötték ki, majd a la­pátok teljes felületét polietilén réteggel burkolták. Az így készült lapátok több előnyt mutatnak a hagyományos merev és nehéz propellerekkel szemben. A la­pátok rugalmasságuknál fogva alkalmaz­kodnak a szél irányához és erősségéhez. A lapát anyaga viszont nem annyira pu­ha, mint egy hajóvitorla, üresjáratban „nem csattog”. Olcsóbb, könnyebben szerelhető és jobb hatásfokkal dolgozik a Lagarde-féle turbinalapát, mint a hagyo­mányos szilárd anyagú rotor. Franciaországban napjainkban már működik egy 2 m magasságú Darrieus rendszerű mini szélerőmű, amelynek ge­nerátora csak néhány kW-ot termel, de bizonyítja a függőleges tengely körül for­gó lapátok hatékonyságát. A Darrieus rendszerű szélerőgépek esetében több la­pátot lehet alkalmazni több szinten. Pl. egy 30 m átmérőjű Darrieus erőmű ese­tében a munkát végző lapátokat három emeleten lehet elhelyezni. A vertikális tengely körül forgó lapátok nagyobb teljesítményt adnak le, mint a hagyományos két- vagy háromágú rotor­ral működő erőművek teljesítménye. Egy 100 m lapátátmérőjű Darrieus-féle szél­generátor várható maximális teljesítmé­nye 10 MW. Amennyiben ezt az értéket összehasonlítjuk egy 100 m átmérőjű ha­gyományos propeller alakú vízszintes tengelyes szélerőgép teljesítményével, úgy azt látjuk, hogy az utóbbitól csak 2 ... 4 MW várható. Hozzá kell tenni, hogy a hagyományos propelleres megoldásnál a 100 m lapát átmérő már egy gigantikus méret. A Darriens rendszernél elmélet­ben túl lehet, lépni a 100 méteres át­mérőt, bár erre vonatkozóan aerodinami­kai számításokat még nem végeztek. A Darrieus rendszernél tehát a szélerő­mű lapátméreteit jobban lehetne növelni és nem kell megállni a bűvös 100 m-es átmérőnél. Egy további előny a lapátok forgási sebességének szabályozásában mutatkozik meg. A hagyományos propel­ler lapát erős szélben gyorsan eléri maxi­mális fordulatszámát, túlpörög és ha ilyenkor generátorral nem fékezik le, da­rabokra törhet. A Darrieus rendszernél a forgási szabályozásra nincs szükség, mert a hajlékony lapátok alkalmazkodva a szél sebességéhez önfékezést végeznek forgás közben. A Darrieus rendszerű szélerőgép lapátjainak gyártása olcsóbb is és meghibásodás esetén könnyebben cserélhetők, mint a hagyományos lapá­tok. Földünk szeles vidékeinek energia ellá­tását a nagyobb teljesítményű szélerőmű­vek biztosíthatják a jövőben. Egy kisebb város, település áramellátását egy 10 000 kW csúcsteljesítményű szélerőmű biztosí­tani tudná. Sajnos egy kérdőjel marad a mondat végén, mi van akkor, ha nem fúj a szél? Amerikai vélemények szerint a szélenergia értékelésekor mindig abból kell kiindulni, hogy egyes szélturbinák a szélcsendben állnak. Tehát a turbinákat rendszerbe kell állítani, valahol mindig fúj a szél jelszóval. A szélturbina háló­zatnak tehát nagyobb földrajzi területet kell befognia. Célszerű, ha a jövőben a szélturbina hálózatot hagyományos el­ven működő villamos energia termelő be­rendezésekkel egészítik ki, így akkor is van áramtermelés, ha nem fúj a szél. Napjainkban az ember igyekszik be­hozni lemaradását a szélerőművek fej­lesztése területén. Kétségtelen az is, hogy ellentmondások és gazdasági nehézségek jellemzik a szélenergia kihasználását cél­zó tevékenységet világszerte. A széljárás szeszélyes volta is fékezi az ember erőfe­szítéseit e téren. Mégis remélhető, hogy Földünk széljárta vidékein a jövőben is be fog válni ez a módszer és az ember tiszta és viszonylag olcsó energiához jut majd a széljárás jóvoltából. Endresz István Villamos áram szélenergiából Hajlékony lapátok 2. ábra: A Nogent-le-Roi-i szél­erőmű 1958-ban készült el. A forgórész és a to­rony összsúlya 160 t­3. ábra: A Saab—Scania svéd konszern szél­erőgépe. A 25 m­ magas betonoszlopon forgó lapátok átmérője 18 m 4. ábra: Ez a Darricus szek­ptor Hollan­diában, Schiphol-ban működik. A két la­pát üvegszálerősítésű műanyagból készült. Súlyuk mindössze 45 kg 5. ábra: A Darricus rendszer lapátjait több szinten lehet elhelyezni TECHNIKA 1979­­.

Next