Rajban győzi le a monstrumokat a függőleges szélturbina

Hosszabb lapátok egyre magasabb tornyon - ez jár a fejlesztők fejében, amikor a hagyományos szélgenerátor teljesítményének növelése a cél. Az emiatt megnövekvő költségeket és környezeti kockázatokat a szélturbina tengelyének elforgatásával lehet kivédeni. A függőleges szélkerék egyaránt hatékony gyenge és viharos szélben, és egyszerűbb a telepítése is. Legolcsóbb változata körülbelül egymillió forintba kerül.

Akár tízszeresére növelhető egyes szélerőművek teljesítménye a megfelelő telepítés révén, állítja John Dabiri biofizikus, a Kaliforniai Műszaki Egyetem (Caltech) professzora. Elmélete bizonyításához Észak-Los Angeles megyében szélfarmot hozott létre, ahol tavaly nyáron függőleges tengelyű szélturbinával (angolul vertical axis wind turbine, VAWT) folytatott kísérleteket.

Hosszabb lapátok egyre magasabb tornyon - ez jár a fejlesztők fejében, amikor a hagyományos szélgenerátor teljesítményének növelése a cél. Csakhogy ez felduzzasztja a költségeket, megsokszorozza a technikai problémák számát, és fokozza a környezetkárosítás kockázatát.

A nagyobb propellerek veszélyesebbek a madarakra és denevérekre, erősebb zajt keltenek, és sokan esztétikai szempontból is támadják a hatalmas szélturbinákat, mondván, ezek tájidegen elemek. A szélerőművek elterjedésének legnagyobb gátja, hogy hatalmas kezdeti befektetést igényelnek. Továbbá a szélenergia kiszámíthatatlan tényező, amely nem nyújt egyenletes teljesítményt a villamoshálózatra kötve.

A hagyományos, vízszintes tengelyű rotoroknak (angolul horizontal axis wind turbine, HAWT) nemcsak a mérete óriási - 100-120 méter magas toronyra kell szerelni őket -, hanem az általuk elfoglalt földterület is. És nem pusztán azért, nehogy véletlenül összeérjenek a gigászi, 50 méteres lapátok, hanem mert ha ezeket a rotorokat túl közel telepítik egymáshoz, akkor a propellerek forgása következtében keletkező örvények kiolthatják a beérkező szél erejét az interferencia miatt.

Akkor inkább ki kellene próbálni a függőleges tengelyű szélturbinát, vélte Dabiri, arra hivatkozva, hogy noha a talaj közelében lényegesen kisebb a szél ereje, összességében ez is többszörösen meghaladja a világ energiaszükségletét. Függőleges kivitelben már a 10-20 méter magas szélkerék is képes befogni a szellő gyengeségű, ráadásul váltakozó irányú talaj menti szélmozgásokat. A kutató az eredményeit a megújuló és fenntartható energia vívmányait szemléző Journal of Renewable and Sustainable Energy című folyóirat 2011. júliusi számában publikálta.

Függőleges szélturbina Renóban, Nevada államban (USA)

Kicsi, csendes, de önmagában nem elég

A hazai piacon is forgalmazott függőleges szélturbinák többsége 2-3 m/s szélsebesség mellett elkezd forogni és áramot termelni, ami megfelelő a Magyarországon mért sokévi átlag 2-4 m/s sebességhez viszonyítva (1 m/s 3,6 km/órával egyenlő). S míg a vízszintes tengelyű propellert akár már 15-19 m/s erősségű szél esetén le kell állítani, a függőleges tengelyű szélkerék 25 m/s (90 km/h) erősségű, viharos szélben is biztonságosan üzemelhet. Ráadásul csendesen: mérések szerint a függőleges szélkerék hangja legfeljebb 5-6 decibellel haladja meg a környezeti háttérzaj szintjét. Mindemellett madárbarátnak bizonyult, eddig egyetlen ütközést sem regisztráltak. További előny, hogy az áramtermelő generátort a földfelszínen lehet elhelyezni.

Egyetlen probléma van vele: egy tízméteres függőleges szélkerék közepes szélviszonyok mellett évi 2000 kWh energiát termel, ami elegendő ugyan háztartási hasznosításra, de iparira aligha (a vízszintes tengelyen forgó, nagy szélturbinák teljesítménye jóval nagyobb, 2-3 megawattosak). Eredetileg biológus lévén, John Dabirinak támadt egy ötlete: a rajokban mozgó halak között konstruktív interferencia figyelhető meg, azaz az elöl úszó hal uszonycsapásával befolyásolja a víz áramlását, így valósággal maga után húzza a hátrébb úszót, amelynek kisebb erőt kell kifejtenie a haladáshoz.

Ennek alapján, ha több turbinát telepít egy területre, akkor azok felgyorsíthatják egymást, növelve a teljesítményt, vélte a biológus. Kísérleteivel igazolta, hogy ez lehetséges, ha minden turbina ellentétes irányba forog a szomszédjához képest. FLOWE nevű, 75-ször 75 méter alapterületű szélfarmján 24 darab, egyenként tíz méter magas, 1,2 méter átmérőjű, 1,2 kW teljesítményű Windspire turbinát állított fel, amelyek közül fél tucat turbina egymáshoz viszonyított elhelyezését tanulmányozta. A 2010 nyarán elvégzett kísérlet során egy rögzített ponton telepített központi turbina köré változó távolságban állított fel további turbinákat.

Kiderült, hogy a szélkioltás elkerüléséhez elegendő négy turbinaátmérőnyi, azaz öt méter távolságot hagyni az oszlopok között, ellentétben a hagyományos, vízszintes tengelyű propelleres szélgenerátorokkal, amelyek között húsz turbinaátmérőnyi, akár másfél kilométer távolság szükséges. A Kaliforniai Műszaki  Egyetem FLOWE szélfarmjának helyet adó, kopár Antelope-völgyben átlagosan mért 7,8 m/s szélsebesség mellett a hat turbina négyzetméterenként 21-47 watt teljesítményt ért el, míg arányos méretű propelleres turbinákkal négyzetméterenként csak 2-3 watt generálható. Vagyis a függőleges tengelyű turbina rajban történő telepítésével sikerült megtízszerezni a megtermelt áramot a vízszintes tengelyű turbinához képest.

 

Kísérleti szélerőműpark Felcsút határában. A két éve működő, tízméteres szélerőmű mellett 2011 tavaszán készült el a 29 méteres, 5 és fél méter átmérőjű toronyerőmű, amely 90 km/óra szélsebesség mellett 96 kilowatt teljesítményre képes. A széltorony Györgyi Viktor Széchenyi-díjas kutatómérnök fejlesztése

Az amerikai kísérletben alkalmazott, 1,2 kW teljesítményű Windspire turbina átlagos 5 m/s szélsebesség mellett évente 2000 kWh energiát termel, a teljes készlet ára 4995 dollár, vagyis mintegy 960 ezer forint. A berendezés idén júniusban megkapta a CE és EN minősítést, azaz forgalmazható az Európai Unióban is. Összehasonlításképpen: egy hagyományos, 1,5 kilowattos turbina 1,3-1,4 millió forintért érhető el.

Egy magyar háztartás éves átlagos energiaszükséglete 2500 kWh, amelyhez - a hazai szélviszonyok függvényében - ha van rá pénz, akkor érdemes egy 2-3 kW teljesítményű turbinát beszerezni. Az itthon elérhető, közepes teljesítményű, kisméretű, függőleges tengelyű szélturbinák teljes költsége (telepítéssel együtt) nagy szórást mutat: 1,5-4 millió forint közötti.

"Magyarországon jelenleg nincs a lakossági szélgenerátorra állami ártámogatás" - mondta az [origo] kérdésére Csanaky Lilla, az Energiaklub szakpolitikai intézet munkatársa. A téma jelenleg a Nemzeti Fejlesztési Ügynökség hatáskörébe tartozik. A házi használatra szánt szélturbina elterjedését az is akadályozza, hogy a vállalkozó szelleműeket is elrettenti a bonyolult engedélyezési rendszer - mondják az Energiaklub elemzői. Ezzel együtt az interneten egyre több vállalkozás található, amely különféle teljesítményű szélturbinák forgalmazásával és telepítésével foglalkozik. Az Egyesült Államokban 30 százalékos adókedvezmény jár a lakossági szélturbinák vásárlása után, valamint államonként eltérő mértékben további támogatás kapható.

Egységnyi területen egy nagyságrenddel nagyobb teljesítményt lehet elérni a függőleges szélturbinákból álló parkkal a vízszintes tengelyű turbinákhoz képest. A kék egyenes az 1,2 m átmérőjű, 30%-os hatásfokú turbinák teljesítményét ábrázolja más megújuló energiaforrások egységnyi területre vetített teljesítményéhez képest. A rendszernek 10%-os a vesztesége az aerodinamikai kölcsönhatások miatt

A nagyobb szélerőműparkokban gondolkozó beruházók pedig azt veszik figyelembe, hogy a széllel termelt villamos energia kötelező átvételi ára jelenleg kilowattóránként 30,70 forint Magyarországon, ami nagyjából 10 eurócent, de a rendszert a kormányzat 2012. január elsejétől át kívánja alakítani.  Ez az átvételi ár például Romániában 15 eurócent, aminek révén az országban jelenleg meglévő 460 MW-os szélerőmű-kapacitás 2020-ra 4000 MW-ra bővülhet. A 2010-es magyar Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Terv mindössze három százalék részarányt jósol a szélenergiának 2020-ig a teljes bruttó energiatermelésben. Ehhez képest az Európai Unióban már jelenleg is 5,3 százalék ez az arány, és 2020-ra legalább 14 százalékot remélnek.

A Magyarországon 2020-ig elérhető 900-1200 MW beépített teljesítménnyel szemben a kormányzat csak 750 MW teljesítmény elérését irányozza elő. Emiatt 450 millió eurós uniós beruházási lehetőségtől esik el az ágazat - hangzott el az Európai Szélenergia Szövetség és a Magyar Szélenergia Társaság konferenciáján július 5-én. A kormányzat 2008 óta nem adott ki új szélerőműre létesítési engedélyt, és jelen állapot szerint nem tervez új széltendert sem.

Széllel bélelt dugattyú
Az a baj a széllel, hogy nem mindig akkor fúj, amikor szükség lenne az energiára, illetve ha meg fúj, akkor nagyon. Az amerikai New Hampshire-ben működő SustainX vállalkozás erre kínál megoldást, a széltartályt. Efféle elgondolást persze már korábban is kipróbáltak: a szél erejével a felszín alá telepített tartályban (vagy föld alatti járatban) sűrítették össze a levegőt, majd azzal később egy turbinát megforgatva nyerték vissza az eltárolt energiát.

A SustainX felszín feletti (akár lényegesen kisebb méretű) tartályában sűrített levegő azonban nem turbinát, hanem dugattyút mozgat a generátor üzemeltetéséhez. A turbina ugyanis csak egy bizonyos nyomástartományban hatékony, a dugattyú viszont ennél magasabb és alacsonyabb nyomás mellett is jó hatásfokkal üzemel, azaz megnövelhető vele a tartályos tárolás teljesítménye. A levegő sűrítésekor felszabaduló hővel pedig azt a vizet forrósítják föl, amellyel később a hideg sűrített levegőt melegítik vissza, hogy tágulásával beindítsa a dugattyúkat. A készülék hatásfoka így 54-ről 95 százalékra fokozható.