borító

620.92 A 51
Tóth László - Horváth Gábor (szerk.):
Alternatív energia. Szélmotorok, szélgenerátorok
Bp. : Szaktudás Kiadó Ház, 2003. 383 p., ill.
ISBN 963-9553-03-4




TARTALOM

ELŐSZÓ   13

BEVEZETÉS   17

l. TÖRTENETI ÁTTEKINTÉS ( Tóth László)   21
1.1. A szélről általában   21
1.2. A szélben rejlő energia átalakítása   22
1.3. A vízszintes tengelyű szélmotorok   24
1.4. A hanyatlás okai a századfordulón   28
1.5. Fejlesztések   28
1.6. Erőmű méretű egységek   31
1.7. Fejlesztések az energiakrízist követően   33
1.8. Fejlesztések az 1980-as évektől   35
1.9. A jövő kilátásai   41

2. A SZÉLERŐMŰVEK RENDSZEREZÉSE, SZERKEZETI FELÉPITÉSE (Tóth László)   43
2.1. A szélerőművek jellemzése   43
2.1.1. Energiatermelés szerint   43
2.1.2. Szerkezettani osztályozás   44
2.2. Szélmotorok a szivattyúk hajtására   49
2.3. Szélgenerátorok   55
2.3.1. A teljesítmény szerinti felosztás   55
2.3.2. Szélgenerátorok szerkezeti felépítése (Tóth László- Schrempf Norbert)   57
2.3.2.1. Generátorház   57
2.3.2.2. Szárnylapát   64
2.3.2.3. A lapátkerékagy és a Pitch mechanizmus   67
2.3.2.4. A tartószerkezetek   69
2.3.2.5. A főtengely és a csapágy   69
2.3.2.6. A nyomatékváltó   70
2.3.2.7. A tengelykapcsoló   70
2.3.2.8. A generátor   70
2.3.2.9. A mechanikus fék   70
2.3.2.10. A széliránykövető   71
2.3.2.11. A vezérlés   71
2.3.2.12. Az üzemi és biztonsági rendszer   71

3. A SZÉL ENERGETIKAI CÉLÚ JELLEMZÉSE (Tóth László)   73
3.1. A szél jellemzői   73
3.1.1. A szélerő   73
3.1.2. A globális széljárás   73
3.1.3. A szél struktúrája   75
3.1.4. A földi határréteg   76
3.1.5. A szél változásai   76
3.1.6. A szél időbeni változásának jellemzői   77
3.1.7. A szélváltozása magasság függvényében   78
3.1.8. Atmoszferikus turbulencia   82
3.1.9. A földfelszíni változások hatása   82
3.1.10. Változások az atmoszferikus stabilitásban   83
3.1.11. Akadályok az áramlás útjában   84
3.1.12. Helyi hőmérséklet-ingadozások   87
3.2. A szélgenerátorok telepítési helyének meghatározása 87
3.2.1. A potenciális szélturbina telephelykiválasztásának fő szempontjai   88
3.2.2. Adott területen a globális szélenergia-potenciál   89
3.2.3. Európa szélerőforrása   90
3.2.4. A konkrét hely kiválasztása   90
3.3. A szél, mint energiaforrás   91
3.3.1. A szél mozgási energiája   91
3.3.2. A szél dinamikus energiaegyenlete   92
3.3.3. A szélenergia-potenciál meghatározása helyszíni mérésekkel   93
3.3.3.1. Mérési adatok gyűjtése (Tóth Gábor)   93
3.3.3.2. Mérőműszerek   97
3.3.3.3. A mérési eredmények elemzése   102
3.4. Szélenergia-potenciál meghatározása modellezéssel (Horváth Gábor - Tóth Gábor)   116
3.4.1. Fizikai modellezés   117
3.4.2. Numerikus modellezés   117
3.4.3. NOABL   118
3.4.4. WAsP   119
3.5. Magyarországi modellezések   120

4. SZÉLERŐGÉPEK MŰKÖDÉSÉNEK ELMÉLETI ALAPJAI (Patay István)   125
4.1. Sugárelmélet   125
4.2. A teljesítménytényező   128
4.3. Szárnyrács-elmélet   130
4.4. Turbinaelmélet   137
4.5. Jelleggörbék   142
4.6. Az üzemi és szerkezeti jellemzők kapcsolata   149
4.7. A szélerőművekben alkalmazott generátorok és frekvenciaváltók (Hunyár Mátyás)   154
4.7.1. Aszinkron generátorok és a fordulatszám-változtatás lehetőségei   154
4.7.7.1. Pólusszám változtatása   156
4.7.1.2. Szlip változtatása   157
4.7.1.3. Frekvencia változtatása   159
4.7.2. Szinkrongenerátorok és frekvenciaváltóik   165
4.7.2.1. Hengeres forgórészű szinkrongép   166
4.7.2.2. Kiálló pólusú szinkrongép   167
A 4.7., 5.2 és 5.3. fejezetben alkalmazott jelölések 170

5. SZÉLERŐGÉPEK SZABÁLYOZÁSA ÉS VÉDELME (Patay István)   173
5.1. Szélerőgépek rugalmassága   173
5.1.1. Fordulatszám-rugalmasság   173
5.1.2. A széliránykövetés rugalmassága   176
5.2. Alapvető szabályozási feladatok villamosenergia-termelés esetén (Hunyár Mátyás)   179
5.2.1. A szélturbina elforgatása vagy elbillentése   181
5.2.2. A lapátszög szabályozása   182
5.2.3. Nyomaték- és teljesítménykorlátozás (speciális szárnyprofil)   185
5.2.4. Szabályozási lehetőségek a fordulatszám változtatásával   187
5.2.5. Követelmények és szabályozási lehetőségek szigetüzemben   189
5.2.6. Az áttétel és a generátor hatásfoka   191
5.3. Szélgenerátorok szabályozása és védelme   193
5.3.1. Közvetlen hálózatra kapcsolódó generátorok védelmi és szabályozási lehetőségei   193
5.3.2. Szabályozás impulzusvezérelt rotorellenállással   199
5.3.3. Frekvenciaváltón keresztül hálózatra csatlakozó generátorok   203
5.3.4. Áttétel nélküli szinkrongenerátorok   210
5.3.5. Két oldalról táplált generátorok   214
5.3.6. A leggyakoribb szabályozási megoldások a mechanikai kivitelek szerint   219
5.4. Viharvédelem segédlapáttal (Patay István)   220

6. A SZÉLGENERÁTOR RÉSZEGYSÉGEINEK REZGÉSEI, A FOLYAMATOK MODELLEZÉSE (Horváth Gábor)   223
6.1. Aerodinamikus erők és együtthatók   223
6.1.1. A szélteher számítása   228
6.1.2. Aerodinamikus karcsúság   229
6.1.3. A holt zóna és az interferencia   230
6.1.4. Az aeroelaszticitás   231
6.1.5. A széllökések dinamikus hatása   231
6.2. A szerkezet széllökésekre adott válasza (aerodinamikus admittancia)   233
6.3. Az örvények jellemzői   236
6.3.1. A lapátkerékről leváló örvények hatása   236
6.3.2. A lapátok forgásából adódó sajátfrekvencia   236
6.3.3. A kör keresztmetszetű henger körüli áramlás   237
6.4. A Kármán-féle örvénysorok szerkezetekre gyakorolt hatása   241
6.4.1. Rezgések a periodikus örvényleválás következtében   242
6.4.2. Oszlopok örvényleválások okozta rezgéseinek megelőzése   243
6.5. A mechanikai rezgések mérése   243
6.5.1. Lapátrezgések   244
6.5.2. Oszlop és alapozás   247
6.5.3. A rezgésamplitúdók elméleti meghatározása   249
6.5.4. Adott frekvenciájú külső gerjesztés okozta rezgések   249
6.5.5. A sajátfrekvencia meghatározásának elmélete   250
6.6. A változó tömegeloszlású és hajlítási merevségű tartók sajátfrekvencia-számítása   251
6.7. Szélcsatornában végzett mérések   253
6.7.1. Modellkísérletek és a hasonlóság kritériumai   253
6.7.2. A Reynolds-szám növelésének lehetőségei   255
6.7.3. Szélcsatornás modellkísérletek   255
6.7.4. Modellezés kismintákkal   258
6.8. A végeselem-modellezés alkalmazása szélgenerátorok tervezésénél és ellenőrzésénél   261
6.8.1. Matematikai alapok   261
6.8.2. A végcselem létrehozása   263
6.8.3. A tengelyszimmetrikus elem merevségegyenlete   264
6.8.4. A modellalkotásról gyakorlati szempontból   265
6.8.5. Rezgéstani modellek   266
6.8.6. Áramlástani modellek   267
6.8.7. A kapott nyomásértékek felhasználása bemenő terhelésként   269
6.9. Szélgenerátor oszlop modellezése   271
6.9.1. A sajátfrekvencia és a felharmonikusainak meghatározása számítással   271
6.9.2. A sajátfrekvencia meghatározása manuális módszerrel   271
6.9.3. Az oszlop sajátfrekvenciájának meghatározása végcselem analízissel   272
6.9.4. A kritikus szélsebesség számítása   273
6.10. A szélgenerátor oszlop geometriai méretének összefüggései   276
6.11. Szerkezeti elemek és erők   277
6.11.1. Összetett terhelések   277
6.11.2. Terhelések a szélgenerátorok lapátjain   278
6.11.3. Terhelések a gépházon és az oszlopon   279

7. A SZÉLGENERÁTOROK VILLAMOS HÁLÓZATRA KAPCSOLÁSA (Tóth Gábor)   281
7.1. Szigetüzem   281
7.2. A villamos áram közcélt elosztóhálózatra táplálása   280
7.3. A hálózatra csatlakozás (műszaki) feltételei (Hunyár Mátyás)   284
7.4. Hálózat és a generátorok (Tóth Gábor)   286
7.5. Szinkron generátor hálózatra csatlakozása   287
7.6. A villamos hálózat   288
7.7. A csatlakoztatás jogi feltételei   290
7.7.1. Értékesítési szándék bejelentése   290
7.7.2. Az áramszolgáltató hálózatára csatlakozás feltételei   291
7.8. Szélerőművek csoportos telepítése   295

8. A MEGÉPÍTETT SZÉLERŐMŰVEK VIZSGÁLATA (Tóth Gábor)   301
8.1. Építés (Inota) 301
8.2. Szélgenerátor beépítést követő ellenőrző vizsgálat (Inota)   305
8.2.1. A mérés műszerei   306
8.2.2. Az adatok feldolgozása, a vizsgálati eredmények   307
8.3. 600 kW teljesítményű szélerőmű Kulcs térségében (Tóth László, Stelczer Balázs)   314
8.3.1. A telepítés előkészítése, a gép kiválasztása   314
8.3.2. Építés   315
8.3.3. Vizsgálatok   317
8.4. A két vizsgált generátor jellemzése   320
8.5. A menedzsment rendszer feladatai (Hunyár Mátyás)   321

9. A SZÉLERŐMŰ KÖRNYEZETI HATÁSAI (Horváth Gábor)   323
9.1. Általános megfontolások   323
9.1.1. Komfortérzés és környezet   323
9.1.2. A globális felmelegedést okozó anyagok kibocsátásának elkerülése   323
9.1.3. A savasodást előidéző anyagok kibocsátásának elkerülése   324
9.1.4. A szélenergia-hasznosítás globális előnyei   325
9.1.5. A nukleáris energiával kapcsolatos aggodalmak   326
9.1.6. Fosszilis tüzelőanyag-tartalékok   326
9.2. Közvetlen hatások   327
9.2.1. Földterület-felhasználás   327
9.2.2. Vizuális hatás   327
9.2.3. A zajhatás   329
9.2.4. Elektromágneses zavarás   330
9.2.5. Hatása madarakra   331
9.2.6. Egyéb környezeti hatások   332
9.3. Energia- és anyagfelhasználás a szélerőmű élettartama alatt   333
9.3.1. Energiafogyasztás   333
9.3.2. Anyagszükséglet   334
9.4. Követelmények az EU-a belül   335
9.4.1. A "legjobb gyakorlat"   336
9.4.2. Telephely kiválasztása   336
9.4.3. Környezeti nyilatkozat   336
9.4.4. Tervezés, építés és üzemeltetés   336
9.4.5. Leszerelés és rekultiváció   337
9.4.6. Újrahasznosítás   337
9.5. Európai célkitűzések   338
9.5.1. A közösségi stratégia   338
9.5.2. Stratégiai célok   338
9.5.3. Fejlesztési célok   339
9.5.4. A megvalósítandó terv   340
9.6. A szélerőművek létesítésével kapcsolatos szabályozás az EU-ban   341
9.6.1. Az irányelvek természete   341
9.6.2. A szélerőmű megvalósíthatósági terve   342
9.6.3. Helykiválasztás   342
9.6.4. A tervezés   344
9.6.5. Dán példa   345
9.6.6. A megvalósíthatósági terv   347
9.6.7. Telepítés   347
9.6.8. Működtetés   348
9.6.9. A lebontás   348
9.6.10. EU-tagországok tapasztalatai, a társadalmi elfogadottság   349
9.7. A szélenergia magyarországi környezetvédelmi szabályozása   349
9.7.1. Érvényes magyar szabványok és jogszabályok   350
9.7.2. Szélerőművekkel kapcsolatos szabályozás lehetséges magyar direktívái   351
9.7.3. Környezeti hatástanulmány   351
9.7.4. Szakhatósági engedélyezési eljárás   352
9.7.5. Szakhatóságok   352
9.7.6. Alapvető tennivalók a szélgenerátor egységtervezéséhez   352
9.7.7. A működés   354

10. A SZÉLERŐMŰ GYÁRTÁSA (Tóth László)   355
10.1. Lapátszerkezetek   355
10.2. Tartóoszlopok   359

11. A SZÉLENERGIA GAZDASÁGOSSÁGA (Tóth László)   363
11.1 Működtetési és fenntartási költség   364
11.2. Egy szélenergia-befektetés gazdaságossági paraméterei   365
11.3. Az LPC költségmodell   365
11.4. A jövőbeni pénzügyi helyzet (cash flow) tervezése, becslése   366

12. KIFEJEZÉSEK   369

IRODALOM   375

TÁRGYMUTATÓ   379


vissza