ENERGIE VĚTRU. Rychlost větru: Ve středních a vyšších vrstvách (mezikontimentální lety, Steve Fosset a let balónem kolem světa)

Transkript

1 ENERGIE VĚTRU Vítr nerovnoměrné ohřívání vzdušných mas při zemském povrchu (např. rozdílná odrazivost povrchu Země) rozdíly v tlaku vítr (atm. :výše: atm. níže), směr větru tangenciálně k izobarám Rychlost větru: Ve středních a vyšších vrstvách (mezikontimentální lety, Steve Fosset a let balónem kolem světa) Při povrchu (místní rychlost) rozhodující pro větrné elektrárny (cca metrů nad terénem) Výhody: Všeobecná dostupnost Větší rychlosti v zimním období Nevýhody Závislost na počasí, obtížná predikovatelnost Nízká hustota energie Nižší průměrné rychlosti, omezení v CHKO apod. OZE Větrná energie str. 1

2 Využití větrné energie: Přímá přeměna energie větru na elektřinu Přímá přeměna větru na mechanickou energii Energie větru Úměrná 3. mocnině: P w = 1 ρ w 2 3 S ρ... hustota vzduchu (kg/m 3 ) w... (okamžitá) rychlost vzduchu (m/s) S... průtočná plocha Plocha 1 m m/s... 1W 2.6 m/s W 5.6 m/s W 12.1 m/s W OZE Větrná energie str. 2

3 Max. teoretická účinnost (ideální rotor, tenkých lopatek): 59.26% (vztlakový rotor) běžné účinnosti: 42-45% menší jednotky (<500 kw): W e /m 2 plochy vítr 10 m/s, 40% účinnost, jednotka 1 MW, ideální velikost lopatky cca 38 m Rychlost větru ovlivněna drsností: w h = w o h h o p h o, w o... výška ve které se měří rychlost w o h... výška osy rotoru p... koeficient drsnosti povrchu koeficient p pro rovinatý terén: hladký povrch, voda, led: p= rovina s trávou: p= obilní porost: p= nízký les: p= vysoký hustý les: p= vesnice, řídké osídlení: p= OZE Větrná energie str. 3

4 Příklad: h o =16 metrů, h=60 metrů, smíšený nižší les p=0.25, naměřeno w o =6 m/s w=w o x 1.4=8.4 m/s Dále ovlivňuje tvar terénu i roční období Terénní překážky: vznik turbulencí, nutno respektovat při výběru lokality Průměrná rychlost větru v lokalitě základní faktor, nedostačuje pro určení velikosti potenciální výroby distribuční charakteristika rozložení rychlosti větru základní charakteristika pro určení ekonomiky VME aproximace Weibullovým rozdělením Základní principy větrných elektráren odporový (větrný mlýn, plachetní kolo, Savoniův rotor) malé účinnosti do 20% vztlakový (vrtule, Darierův rotor) teoretická účinnost až 59%, reálně 40-45% lopatky s profilem podobným letecké vrtuli OZE Větrná energie str. 4

5 Vertikální osa rotace Savoniův a Darierův rotor nezávislé na směru větru, konstrukčně jednoduché, Darierův rotor nutno roztáčet Horizontální osa rotace vrtulové rotory, zpravidla natáčeny proti směru větru natáčení vrtulí moderní typy elektronická regulace, proměnná rychlost otáčení Stožáry prefabrikované tubusy Umístění lokalita s převládajícím směrem větru: vodorovné řady, rozestup respektující průměr rotoru D mezi řadami rozestup kx D (k=3 až 10) lokalita s proměnným směrem větru: vrcholy rovnostranných trojúhelníků vzdálenost od obydlí nejméně 10 x D OZE Větrná energie str. 5

6 OZE Větrná energie str. 6

7 Roční produkce elektřiny průměrná rychlost větru rozdělení četností rychlosti větru výkonová křivka (charakteristika) elektrárny E C = P i VMi t i Rozložení rychlosti větru - Klínovec průměrná rychlost - 7 m/s četnost [hod] okamžitá rychlost [m/s] OZE Větrná energie str. 7

8 Výkonová charakteristika elektrárny: typ především velikost instalovaného výkonu Výkonové křivky NM54 Power Trim-950 kw v závislosti na hustotě vzduchu Výkonová křivka V KW Výkon (kw) Výkon (kw) Rychlost větru v 10m (m/s) Rychlost větru (m/s) OZE Větrná energie str. 8

9 Okamžitá rychlost větru 3-4 m/s najíždění (velké až od 5 m/s) P jm : malé 8-10 m/s velké m/s do P jm při silnějším větru nutno odstavit Technicko-ekonomická mez využití 5-7 m/s Off shore větrná elektrárna HORNS Rev větrné podmínky a výkonová charakteristika soustrojí 2 MW OZE Větrná energie str. 9

10 Roční využití instalovaného výkonu: technická spolehlivost zařízení způsob a potřeby údržby přírodní podmínky (námrazy, blesky apod.) roční výroba Rozhodující jsou podmínky lokality: stabilní vítr námrazy, přístup k lokalitě Nové generace VME: radikální zvýšení spolehlivosti významné snížení nároků na údržbu automatické systémy řízení podstatné zvýšení ročního využití OZE Větrná energie str. 10

11 1. vlna instalace větrných elektráren 70. léta reakce na 1. a 2. ropnou krizi (snaha o hledání energetických alternativ, nejen VME) silná státní podpora (daňové úlevy) Kalifornie Tehachapi-Pass: náhorní planina 1524 m n.m., vítr trvale nejméně 9 m/s cca 5000 VME různých typů (cca MW) Altamont-Pass: největší větrný park, cca 7000 WME (cca 800 MW), roční výroba cca 1 TWh Stav 1990 P inst [MW] P inst /1 VME [MW/ks] P inst 1997 [MW] USA Dánsko SRN Holandsko Španělsko Svět celkem: 2200 MW, 7600 MW (1997), MW (2002), výhled MW (2007) OZE Větrná energie str. 11

12 2. vlna instalace větrných elektráren od poloviny 90. let snaha o plnění závazků z Kjóto, strategie EU posun v názorech veřejnosti technologický pokrok (zvýšení spolehlivosti) zvýšení podpor Výhody větrných elektráren: vítr je zadarmo a je generálně dostupný nefosilní technologie, nulové emise jednoduchá a ověřená technologie pokles měrných investičních nákladů se vzrůstem velikosti jednotek (P inst ) Nevýhody větrných elektráren nízká hustota energie různě vhodné podmínky (obecně nejlepší u moře a na horách) výroba má více či méně náhodný charakter problémy s regulací soustavy nízké roční využití, nemohou nahradit systémové elektrárny ( není MW jako MW ) OZE Větrná energie str. 12

13 hluk (z mechanických částí a z aerodynamických účinků větru), nebezpečí infrazvuku moderní VME mají významně sníženou hlučnost estetické aspekty míhání stínů a světelných odrazů (rušení zvířat ptáků) estetické narušení krajiny (počet, lokalita, vzdálenost) kovové části rotorů: rušení elmag. polí (TV, rádio) velmi malé riziko ulomení lopatky (UK, lopatka 18 m dolétla 200 m, max. odhad 850 m) Příklady projektů Větrná elektrárna HORNS Rev (off shore, 17 km v Sev. moři od záp. části Jutského poloostrova) 80 x 2 MW (Vestas), realizace 2002, řady s odstupem 560 m, trojúhelníkový vzor prům. rychlost větru: 9.7 m/s, unikátní podmínky silné a stabilní větry výroba 600 GWh/rok (3750 hod/rok),!! nelze předpokládat v jiných lokalitách 268 mil. investiční náklady (z toho 40 na připojení) garantovaná cena po 10 let (pro zajištění prosté návratnosti ec/kwh) OZE Větrná energie str. 13

14 EHN Španělsko v roce 2000 dosud největší objednávka VME (1800 ks) 15% celkového P inst v Evropě 1173 MW v oblasti Castilla-La Mancha PODMÍNKY V ČR PRO VYUŽITÍ VĚTRNÉ ENERGIE m/s 4612 km m/s 4298 km 2 více jak 6 m/s 1269 km 2 Příklady výsledků dlouhodobých měření vrchol Sněžky: 11.1 m/s vrchol Pradědu: 9 m/s vrchol Milešovky: 8.6 m/s vrchol Lysé hory: 7.4 Znojmo-Kuchařovice: 4.2 m/s Třeboň 2.3 m/s Vhodné podmínky: především vrcholové a hřebenové partie hor OZE Větrná energie str. 14

15 zákon 114/92 Sb. o ochraně přírody a krajiny (VME nelze realizovat v NP, přírodních rezervacích, v 1. zóně CHKO a v blízkosti národních památek) OZE Větrná energie str. 15

16 HN : Výroba elektřiny z větru začíná lákat podnikatele záměr PROVENTI na 200 VME přetahování o pozemky (signál, že nastavené podmínky jsou výhodné ) do 10/ VME, MW (lokalita Krušné hory) Sasko (druhá strana hor): 541 VME, 448 MW Měrné investiční náklady Cca tis. Kč/MW Závisí na lokalitě (přístupové komunikace, přípojka, infarstruktura) Provozní náklady Pronájem pozemků Pojištění Údržba (<1% N i ) Obsluha (občasná kontrola) OZE Větrná energie str. 16

17 OZE Větrná energie str. 17