2006-ban a szélerőt felhasználó generátorok 74 223 megawattóra energiát termeltek világszerte, mely még mindig kevesebb, mint a világ áramfelhasználásának 1%-a. A szélerőművek azonban a Harvard Egyetem kutatóinak számítása szerint 1,3 millió terawattóra áramot is tudnának termelni, ami bőségesen elláthatná a világ lakosságát, mivel a világ áramfogyasztása 2006-ban csak 15666 terawattóra volt: a megadott potenciál mindössze 1,2 százaléka.[1]
A szélenergia kitermelésének modern formája a szélturbina lapátjainak forgási energiáját alakítja át elektromos árammá. Ennél sokkal öregebb technológia a szélmalom, amelyben a szélenergia csak mechanikus szerkezetet működtetett és fizikai munkát végzett, mint a gabonaőrlés, vagy a vízpumpálás.
A szélturbinákat ma már ipari méretekben, nagy csoportokban is felhasználják szélfarmjaikon a nagy áramtermelők, de nem ritkák a kis egyedi turbinákat működtető telepek sem, amelyeknek különösen olyan környezetben veszik nagy hasznát, amelyek távol vannak a nagyfeszültségű elektromos hálózattól, ezért költséges lenne a felhasználás helyéig kiépíteni a vezetékeket.
Szélfarm Neuenkirchenben (Németország).
Tartalomjegyzék
|
Gazdaságosság
Az utóbbi években jelentősen csökkent a szélenergia előállításának ára, de még nem olcsóbb, mint a más módokon előállított áram ára (25 Ft/kWh, az átlag 14.16 Ft/kWh-val szemben).[2] 2005-ben a szélenergia előállítása egyötödébe került az 1990-es évek vége költségeinek, és ez a trend a gazdaságos nagy turbinák tömegtermelésével várhatóan folytatódik. A szélenergia termelése gyorsan nő, 2012-ig becslések szerint az előző szint két és félszeresét érheti el.[3]
A szél energiája
A Nap Földet elérő energiájának 1-3%-a alakul szélenergiává. Ez 50-100-szor nagyobb mennyiség, mint amennyit a Föld teljes növényvilága konvertál a fotoszintézisen keresztül. E szélenergia jórésze nagy magasságokban található, ahol a szél folyamatos sebessége meghaladhatja a 160 km/órát. A súrlódáson keresztül a szélenergia szétoszlik a Föld atmoszférájában és felszínén.
A szél abból keletkezik, hogy a Földet forgása következtében egyenetlenül éri a Nap hője. A pólusok kevesebb energiát kapnak, mint az egyenlítői régiók, a szárazföld gyorsabban melegszik fel és hűl le, mint a tengerek. A hőmérsékleti különbségek a földfelszíntől a sztratoszféráig terjedő rétegekben globális légáramlási rendszert tartanak mozgásban.
A szelek mozgását egy sor egyéb tényező is komplikálja, mint az évszakok vagy a nappal és éjszaka váltakozása, a Coriolis-erő, a föld és a víz fényvisszaverő képességének, a nedvességtartalomnak és a szélsúrlódásnak az egyenetlenségei.
Európa és Magyarország
Európa beépített szélenergia teljesítményét 2008-ban Németország vezette: 23 903 megawatt volt az elméleti maximum teljesítmény (ha minden szélerőmű működne teljes kapacitáson jele MWp vagy kWp) , Dániában 21,3%-át, az EU-27 átlagában pedig az összes áramfelhasználás 3,8 százalékát a szél fedezte.[4] Európában a második Spanyolország 16 740 megawatt beépítített teljesítménnyel. A kontinensen mindenki más jelentősen le van maradva ezen a téren a két listavezető mögött. Olaszország 3736 MW; Franciaország 3404 MW; Nagy-Britannia 3241 MW; Dánia 3180 MW; Portugália 2862 MW; Svédország 1021 MW; Ausztria 995 MW .
Általában elmondható, hogy a volt keleti blokk tagjai ezen a téren jelentős elmaradásban vannak, de dinamikus növekedés várható. Szlovéniában a 2008-as év végéig egyáltalán nem tartanak számon országos hálózatra termelő szélerőművet. Romániában 10 megawatt, Szlovákiában 3 MW, Svájcban 12 MW, Horvátországban 18 MW, Litvániában pedig 55,5 megawatt, Magyarországon 127 megawatt kapacitást tartottak számon. A régió országai közül azonban Lengyelország 472 MW, Törökország 422 MW, Bulgária 158 MW, Csehország 150 MW beépített teljesítményével mind megelőzi Magyarországot.[5]
Európa legtöbb országában és az Európai Unióban a megújuló energiafajták, köztük főképp a szélenergia hasznosítását kiemelt feladatnak tekintik.
Magyarországon a következő másfél évre a nagy áramszolgáltató vállalatok 1687 megawatt új kapacitás létesítését szeretnék, a legtöbbet az ÉDÁSZ, a folyamatot azonban szabályozási viták nehezítik.[6][7] Általában az ország adottságait nem tekintik nagyon jónak ehhez az iparághoz, mivel az átlagos szélsebességek viszonylag alacsonyak.
Az országban szélerőmű működik például Kulcson,[8] Újrónafőn,[9] Vépen, Várpalotán és Szápáron.[10]
Szélenergetika a világban
A szélturbinák sorozatgyártása 1979-ben, Dániában kezdődött. Az első gyárak, a Kuriant,a Vestas, a Nordtank és a Bonus megalapozták a modern szélenergia-ipart. Ezek a korai turbinák sokkal kisebb teljesítményűek voltak (20-30 kW), mint a mostaniak.
Manapság már több országban gyártanak szélturbinákat, és több ezer turbina üzemel világszerte. Jelenleg az összteljesítményük 93,8 GW, 2007-ben 19,7 GW-tal növekedett a teljes kapacitás (2008. február).[11] 2006-ban a teljes teljesítmény kb. 65%-át Európában állították elő.
2000. és 2006. között megnégyszereződött az így termelt villamosenergia mennyisége. A szélerőművek 81%-a az Amerikai Egyesült Államokban és Európában van, de az új telepítések megoszlása az első öt ország között 2004-ben 71%, 2006-ban 62% volt.
2007-ben a legnagyobb szélenergia-kapacitással Németország, Spanyolország, az Amerikai Egyesült Államok, India és Dánia rendelkezett (lásd a táblázatot). A legtöbb új szélerőművet az USA (5216 MW), Spanyolország (3515 MW) és Kína (3313 MW) helyezte üzembe 2007-ben.[12]
A Nemzetközi Szélenergia Egyesület (World Wind Energy Association) szerint 2010-re 170 GW-ra fog emelkedni a szélenergia kitermelés.
Dánia energiaszükséglete közel egyötödét szélerőművekkel fedezi, ami a legmagasabb arány világszerte. Élen jár a szélturbinák gyártásban és használatban egyaránt, és arra törekednek, hogy ezt az arányt 50%-ra növeljék.
Az utóbbi években az Amerikai Egyesült Államok táplálta be rendszerébe a legtöbb szélenergiát, kapacitásuk 45%-kal, 16,8 GW-ra nőtt (2007). Texas állam Kaliforniát megelőzve, a legnagyobb termelővé lépett elő. 2007-ben 2 GW-tal akarták emelni jelenlegi kb. 4,5 GW-os teljesítményüket.
Iowa és Minnesota 2007. végére 1 GW-os termelést várt. Az USA szélenergia termelése 2006. február és 2007. február között 31,8%-kal növekedett. A szélerőművekben előállított 1 MW villamos energia, 250 átlagos amerikai háztartás ellátásához elegendő. Az Amerikai Szélenergia Egyesület (American Wind Energy Association) szerint 2008-ban az USA teljes energiaszükségletének 1%-át (kb. 4,5 millió háztartás) szélenergiából fedezi, ami 1999-ben még alig 0,1% volt. Az Amerikai Energia Hivatal (U.S. Department of Energy) tanulmánya szerint három állam, vagy a tengerre telepített (offshore) szélfarmok elegendő szélenergiát termelhetnének az egész ország számára.
India negyedik a legnagyobb szélenergia-kapacitással rendelkező országok között 6270 MW-os termelésével, 2006-ban. A világ összes energia-termelésének 3%-át India állítja elő. 2006. novemberében Delhiben tartották a Nemzetközi Szélenergia Konferenciát (The World Wind Energy Conference), ami új lökést adott az indiai szélenergia-ipar fejlődésének. A Muppandal melletti szélfarm egy nagyon szegény falut lát el energiával. Az indiai Suzlon Energy a világ legnagyobb szélturbina gyártója.
| Teljes szélenergiakapacitás (MW, évvégi adat)[13][14] | ||||
|---|---|---|---|---|
| Rang | Nemzet | 2005 | 2006 | Utolsó |
| 1 | Németország | 18 415 | 20 622 | 21 283 |
| 2 | Spanyolország | 10 028 | 11 615 | 12 801 |
| 3 | Egyesült Államok | 9 149 | 11 603 | 12 634 |
| 4 | India | 4 430 | 6 270 | 7 113 |
| 5 | Dánia | 3 136 | 3 140 | |
| 6 | Kína | 1 260 | 2 604 | 2 956 |
| 7 | Olaszország | 1 718 | 2 123 | |
| 8 | Egyesült Királyság | 1 332 | 1 963 | 2 186 |
| 9 | Portugália | 1 022 | 1 716 | 1 874 |
| 10 | Franciaország | 757 | 1 567 | |
| 11 | Hollandia | 1 219 | 1 560 | |
| 12 | Kanada | 683 | 1 459 | 1 588 |
| 13 | Japán | 1 061 | 1 394 | |
| 14 | Ausztria | 819 | 965 | |
| 15 | Ausztrália | 708 | 817 | |
| 16 | Görögország | 573 | 746 | 753 |
| 17 | Írország | 496 | 745 | |
| 18 | Svédország | 510 | 572 | |
| 19 | Norvégia | 267 | 314 | |
| 20 | Brazília | 29 | 237 | |
| 21 | Egyiptom | 145 | 230 | 580 |
| 22 | Belgium | 167 | 193 | |
| 23 | Tajvan | 104 | 188 | |
| 24 | Dél-Korea | 98 | 173 | |
| 25 | Új-Zéland | 169 | 171 | |
| 26 | Lengyelország | 83 | 153 | 216 |
| 27 | Marokkó | 64 | 124 | |
| 28 | Mexikó | 3 | 88 | |
| 29 | Finnország | 82 | 86 | |
| 30 | Ukrajna | 77 | 86 | |
| 31 | Costa Rica | 71 | 74 | |
| 32 | Magyarország | 18 | 61 | |
| 33 | Litvánia | 6 | 55 | |
| 34 | Törökország | 20 | 51 | |
| 35 | Csehország | 28 | 50 | |
| 36 | Irán | 23 | 48 | |
| Európa többi része | 129 | 163 | ||
| Amerika többi része | 109 | 109 | ||
| Ázsia többi része | 38 | 38 | ||
| Afrika és a Közel-Kelet többi része | 31 | 31 | ||
| Óceánia többi része | 12 | 12 | ||
| A Föld összes termelése | 59 091 MW | 74 223 MW | ||
Technológia
Alapvetően két féle megoldás terjedt el a világban:
- vízszintes tengelyű (horizontális tengelyű szélturbina, HAWT)
- függőleges tengelyű (vertikális tengelyű szélturbina, VAWT)
Hazánkban a leghagyományosabb kivitelek a szélmalmok: a vízszintes tengelyűek terjedtek el. Később a vízszivattyúk esetében is ez a kivitel terjedt el a legjobban. Az ok, hogy ezeknek jó az önstartjuk, és jó hatásfokkal képesek üzemelni kis és nagy szélsebességek esetén is. Nem véletlen, hogy a modern szélerőművek áramvonalas lapátait is vízszintes tengelyekre szerelik.
A vízszintes tengelyű kivitelnek egy hátránya van a függőlegeshez képest: örvénylő (turbulens) áramlásban csak a tengellyel párhuzamosan érkező levegőrészeket képes jó hatásfokkal hasznosítani. Ilyenből pedig légörvények között kevés van.
A függőleges tengely előnye, hogy a beépített környezetre jellemző légörvényeket jól tudja hasznosítani. A hőskorában vitorlavásznak képezték a lapátait, amibe bele tudott kapni a szél (pl. vízszivattyúhoz). Ezek a lapátok forgás közben azonban mindig csak egy irányban haladnak a széliránnyal párhuzamosan, az ellenkező irányban egy a saját forgása ellen ható erő lép fel. Ezért fejlesztették ki a modern kivitelű, szárny profillal készített Darrieus típusú (habverő alakú) szélkerekeket. Ezek a legjobb hatásfokú szélkerekek, mert kicsi az ellenállásuk. A kis ellenállási felület azonban rossz önstartot is eredményez. Áramlástani modellekkel kimutatható, hogy a csigaház forma (Savonius típus) képes a legjobb önstartra. Függőleges tengely esetén a legjobb önstartot és hatásfokot a két forma ötvözetével (hibrid Hi-VAWT) lehet elérni. Háztartási kiserőműhöz ezért a hibrid típusú függőleges tengelyű szélerőműveket tudjuk javasolni.
