ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov. Budovy a energie Obnovitelné zdroje energie

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Budovy a energie Obnovitelné zdroje energie doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Verze 2.17 Energie větru 2 1

2 Energie větru Slunce nerovnoměrně zahřívá zemi-vznikají vzdušné proudy Snadné využití pro výrobu elektrické energie Rozvoj větrné energetiky v souvislosti se státními garancemi výkupních cen Možnost likvidace po skončení životnosti Energie větru Konstrukční provedení větrné turbíny vodorovná osa otáčení svislá osa otáčení 4 2

3 Konstrukční provedení větrné turbíny Vodorovná osa otáčení nejběžnější typ vztlakový princip využívá princip vztlaku-podobně jako letecké křídlo» podél rotorových listů vznikají aerodynamické síly; listy proto musejí mít speciálně tvarový profil velmi podobný profilu křídel letadla» energie větru je převedena na rotační energii mechanickou. Ta je poté prostřednictvím generátoru zdrojem elektrické energie. natáčení rotoru kolmo na směr větru Konstrukční provedení větrné turbíny Svislá osa otáčení vztlakový princip-možnost vyšší rychlosti otáček, nižší hlučnost (možnost výstavby ve větší blízkosti), nižší životnost-vyšší namáhání, nižší výkony odporový princip

4 Větrná turbína Vícelopatkový rotor desítky listů rotoru (např. americké kolo) malá náběhová rychlost (cca od 0,2m/s) účinnost % Vrtule 1-4 listy rotoru náběhová rychlost 3-6m/s nejpoužívanější typ pro výrobu elektrické energie účinnost % Savoniův rotor 2 listy rotoru účinnost do 20 % náběhová rychlost od 2 m/s Darrierův rotor 2-3 listy rotoru účinnost do 40 % náběhová rychlost 5-8 m/s (nutnost roztočení) 7 Výkon větrné turbíny Maximální účinnost větrného stroje 59 % odvedená práce je rovna rozdílu kinetické energie na vstupu a výstupu z rotoru) Teoreticky dosažitelný výkon Pt Betzův koeficient kb=0,59 Reálný výkon P D průměr rotoru (m) v rychlost větru (m/s) ρ měrná hmotnost vzduchu (m3/s) Cp součinitel výkonnosti (ideálně 0,59)-závisí na rychlosti větru 8 4

5 Výkonový součinitel větrné turbíny Reálná účinnost 35-45% 9 Rozdělení větrných elektráren podle výkonu Malévětrné elektrárny Střední větrné elektrárny Velké větrné elektrárny s výkonem do 60kW s výkonem kW s výkonem kW 10 5

6 Velikost větrných turbín

7 Energie větru - konstrukce gondoly 1) Hlavní hřídel 2)Nosný rám strojovny 3) Převodovka 4)Spojení mezi převodovkou a generátorem 5) Generátor 6) Systém natáčení strojovny 7) Hydraulické systémy 13 Příklad větrných elektráren Protivanov výkon 1,5MW 14 7

8 Energie větru Ukazatele využitelnosti: Rychlost větru (m/s) v dané výšce -běžně 10m (logaritmický profil rychlosti v závislosti na drsnosti povrchu) Četnost rychlosti větru (distribuční charakteristika) Vhodné lokality je možné stanovit pomocí analýzy dat dostupných z meteorologických stanic Dostupnost lokality Nadmořská výška (námraza,..) Majetkoprávní vztahy Zátěž ŽP 15 Energie větru X 16 8

9 Využití energie Energie větru Grid-offsystém -systémnezávislý na elektrické síti malé výkony synchronní generátor stejnosměrné napětí 12V nebo 24V zpravidla malé elektrárny výkon 0,1-5 kw+baterie+elektronika možné propojení se systémem fotovoltaickýchpanelů 17 Využití energie Energie větru Grid-on systém -propojení s elektrickou sítí Zpravidla komerční výroba elektrické energie Trend výstavba velkých elektráren (omezené území, nižší náklady na výkon) Velké výkony Asynchronní generátor 660V, střídavé napětí Nelze použít pro autonomní systémy Rotor m, stožár >100m Výkon kW (moře, pobřeží 5MW) Většinou konstantní otáčky a 3-listé provedení-s rostoucí silou větru se zvyšuje zátěž Výstavba většího počtu elektráren -větrné farmy ČR systém výkupní ceny elektřiny nebo zelené bonusy 18 9

10 Energie větru Problematika větrných elektráren Hlučnost-lze řešit umístěním do vhodné vzdálenosti od obydlí, nutná hluková studie Rušení zvěře a ptactva-údajně není významné, umístění mimo tahy ptáků Rušení signálutv, rádio, telefony -technicky řešitelné posílením signálu Stroboskopický efekt(vhání pohyblivých stínů) -umístění Narušení rázu krajiny Otázka vhodného výběru lokality 19 Příklad větrné elektrárny Jednotkový výkon 3MW (2ks) Pchery (Kladno) 20 10

11 Příklad větrné elektrárny Jednotkový výkon 3MW (2ks) Strojovna ve výšce 90 m nad zemí Rotor o průměru 100 m Pchery (Kladno) Cena 190mil.Kč, zisk 11GWh/rok Zisk předpokládán po 15 letech provozu Obec dostává 240 tis. Kč/rok od provozovatele 21 Cenové rozhodnutí ERÚ 22 11

12 Umístění větrných elektráren Větrný park - větrná farma onshore offshore Využití kontinentálního šelfu - větrné turbíny jsou nákladnější ale výkonnější 23 Příklad Větrný park Baltic1 Německo, Baltské moře Oficiální připojení , 1 komerční projekt, výstavba cca 3 roky Instalovaný výkon 48,3MW (21 turbín 2,3MW, turbína 140t, průměr 93m, výška m) Baltské moře-průměrná rychlost 9m/s nárazy větru až 120km/h, vlny až 5m, nutná ochrana proti ledovým krám hloubka moře 20m Příprava projektu Baltic2 288MW 24 12

13 Využití větrné energie ve městech Zpravidla využití malých větrných turbín Umístění turbín na budově integrace s budovou samostatné umístění turbín Využíváno z důvodu nutného použití obnovitelných zdrojů energie pro dosažení lepší energetické bilance Větrné turbíny jsou výrazným prvkem budovy Nutné řešení akustiky, vlivu vibrací 25 Příklad budovy Bahrain World Trade Center prestižní budova určená pro reprezentaci (2008) první mrakodrap s integrovaným systémem výroby el. energie z větru využití energie větru vanoucího od moře výška budovy 240m 26 13

14 (UK) Příklad budovy 27 Energie vody 28 14

15 Vodní energie Vodní elektrárny -založeny na přeměně potenciální energie vodního toku Využitelná energie závisí na průtoku a spádu Výroba elektrické energie Základní části (vodní dílo) Vodní stavba -přehrada, jez vodní stroj -turbína generátor elektrické energie Stabilní výkon zdroje Nutnost údržby toku 29 Vodní elektrárny Dle instalovaného výkonu: MVE do 10MW domácí, mikroelektrárny, minielektrárny, průmyslové SVE MW VVE nad 200MW 30 15

16 Vodní elektrárny Přehradní vodní elektrárny Vltavská kaskáda -Orlík (364MW), Slapy (144MW) alipno (120MW) Přečerpávací vodní elektrárny Dlouhé stráně (650 MW) adalešice (480 MW) -reakční doba s do plného výkonu Přílivové vodní elektrárny Tři soutěsky Největší elektrárna na řece Jangc'-ťiang instalovaný výkon 22500MW finálně plánováno 32 turbín plocha 1084km2, délka 660km přehrada omezila záplavy v oblasti a zajistit výrobu elektřiny stavba měla řadu odpůrců a vyžádala si velké stěhování obyvatel 1,3 mil. Lidí (+následné sesuvy půdy vyžadují přestěhování nyní cca 100tis. lidí) turismus 32 16

17 Konec 33 17