Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie

Transkript

1 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Pracovní materiály pro výuku předmětu. 1 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 Schéma výroby elektrické energie 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 % (Betzovo pravidlo - 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 Roční využití větrné elektrárny 10-30% Výkon je velmi závislý na rychlosti větru. 8 4

5 Rozdělení větrných elektráren podle výkonu Malé větrné elektrárny Střední větrné elektrárny Velké větrné elektrárny s výkonem do 60kW s výkonem kW s výkonem kW

6 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 11 Ukazatele využitelnosti: Energie větru Rychlost větru (m/s) v dané výšce -běžně 10m (logaritmický profil rychlosti v závislosti na drsnosti povrchu) Četnost rychlosti větru (distribuční Větrná růžice charakteristika) Vhodné lokality je možné stanovit pomocí analýzy dat dostupných z meteorologických stanic Dostupnost lokality Nadmořská výška (námraza,..) Majetkoprávní vztahy Zátěž ŽP 12 6

7 Využití energie Energie větru Grid-off systém - systém nezávislý 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 fotovoltaických panelů 13 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 14 7

8 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 signálu TV, rádio, telefony -technicky řešitelné posílením signálu Stroboskopický efekt (vhání pohyblivých stínů) -umístění Narušení rázu krajiny Otázka vhodného výběru lokality 15 Cenové rozhodnutí ERÚ 16 8

9 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 17 Energie větru Možnost spojení architektury s výrobou energie 18 9

10 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 19 Příklad budovy Bahrain World Trade Center tvar mrakodrapů koncentruje energii větru na turbíny 3x větrná turbína - průměr 29m, výkon 225kW zajištění zhruba 11-15% celkové spotřeby elektřiny obou budov (1100 až 1300 MWh/a) 20 10

11 Energie vody 21 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

12 Vodní elektrárny Dle instalovaného výkonu: MVE do 10MW domácí, mikroelektrárny, minielektrárny, průmyslové SVE MW VVE nad 200MW 23 Vodní elektrárny Přehradní vodní elektrárny Vltavská kaskáda - Orlík (364MW), Slapy (144MW) a Lipno (120MW) Přečerpávací vodní elektrárny Dlouhé stráně (650 MW) a Dalešice (480 MW) - reakční doba s do plného výkonu Přílivové vodní elektrárny