ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov Obnovitelné zdroje energie doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Pracovní materiály pro výuku předmětu. 1 Energie větru 2 1
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 www.general-energy.eu www.csve.cz/ 3 Schéma výroby elektrické energie 4 2
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 www.csv.cz www.ekobydleni.eu 5 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 www.nazeleno.cz www.pvsolar.cz www.impel.cz 6 3
Větrná turbína Vícelopatkový rotor desítky listů rotoru (např. americké kolo) malá náběhová rychlost (cca od 0,2m/s) účinnost 20-30 % Vrtule 1-4 listy rotoru náběhová rychlost 3-6m/s nejpoužívanější typ pro výrobu elektrické energie účinnost 30-40 % 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) www.ueen.feec.vutbr.cz 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
Výkonový součinitel větrné turbíny Reálná účinnost 35-45% 9 10 5
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 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 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
Energie větru Nutné provést měření ve vybrané vhodné lokalitě Min. 4m/s (2,5m/s-dělené generátory) Plný výkon běžné elektrárny 10 (15) m/s Maximální rychlost větru 25 m/s Značně proměnlivý výkon - nutný transformátor pro vyrovnání napětí 13 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 14 7
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 50-100m, stožár >100m Výkon 100-2000kW (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 15 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 16 8
Energie větru Možnost spojení architektury s výrobou energie 17 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) 18 9
Energie vody 19 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 http://mve.energetika.cz/ 20 10
Vodní elektrárny Dle instalovaného výkonu: MVE do 10MW domácí, mikroelektrárny, minielektrárny, průmyslové SVE 10-200MW VVE nad 200MW 21 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 55-400 s do plného výkonu Přílivové vodní elektrárny www.chatamerin.cz www.cez.cz 22 11
Konec 23 12