Zem a zemské zdroje
Veterná energia

Ing. Ladislav Hvizdák, PhD.

Veterná energia



Energia vetra je formou slnečnej
energie, ktorá vzniká pri
nerovnomernom ohrievaní zemského
povrchu



Veterná energia sa vhodne dopĺňa s
energiou slnečnou, počas letného
obdobia vykazuje zníženie intenzity a
naopak zvýšenie intenzity v zimnom
období.

Veterná energia - Vietor

Vietor je pohybujúci sa vzdušný prúd,
ktorý vzniká v dôsledku vyrovnávania
tlaku medzi oblasťami s rôznym
atmosférickým tlakom. Je to prízemný
horizontálny prúd vzduchu prúdiaci z
tlakovej výše do tlakovej níže. Pri jeho
popise je podstatný jeho smer, rýchlosť a
ochladzovací účinok.

Veterná energia - Vietor

Vietor je v ľubovoľnom bode

charakterizovaný



Rýchlosťou



Smerom



Nárazovitosťou

Smer vetra určujeme veternou ružicou

Veterná energia - História



Prvé využitie vetra – na pohon plavidiel,
Egypt plachetnice pred viac ako 5000
rokmi



Najstaršie mlyny poháňané vetrom –
Afganistan pred cca 2700 rokmi na mletie
obilia alebo zavlažovanie polí



Prvé vetrom poháňané vodné čerpadlo sa
objavilo v USA v roku 1854

Veterná energia – Údolie
Lasihiti na Kréte

Využitie od nepamäti na zavlažovanie

Veterná energia – Rýchlosť
vetra



Pri rýchlosti vetra menšej ako 3 m.s-1 je
výkon vetra taký malý, že sa nedá technicky
využiť,



Optimálna rýchlosť vetra pre výrobu
elektrickej energie je 12 m.s-1,



Ak rýchlosť vetra presiahne 25 m.s-1,
veterná elektráreň musí byť odstavená, aby
nedošlo k jej zničeniu.

Zničenie elektrárne v Dánsku

Veterná energia - Rozdelenie



Zariadenia s horizontálnou

osou, najstarší, bežne

využívaný typ



Zariadenia s vertikálnou

osou, vyvíjané v 20 storočí,

aj keď takýto spôsob je

známy niekoľko storočí a sú

bežne využívané pre

čerpanie vody, sú pre výrobu

niekoľko MW elektrickej

energie ešte stále v štádiu

experimentov

Veterná energia – Zariadenia s
horizontálnou a vertikálnou osou

Veterná energia - Listy



Čím menej listov tým väčšia rýchlosť

Veterná energia - Prevodovka



Prevodovka – spája turbínu s
výstupným zariadením

Veterná energia – Výstupné
zariadenie



Výstupné zariadenie – napr. čerpadlo,
alebo elektrický generátor

Veterná energia – Veža ,
stožiar, stĺp



Veža , stožiar, stĺp

Veterná energia

Súčiniteľ rýchlobežnosti

Vyjadruje pomer obvodovej rýchlosti

rotora a rýchlosti vetra

Veterná energia

Zariadenia s vertikálnou osou pozostávajú prakticky z tých istých
častí, okrem rozmiestnenia listov. Rozhodujúci popud na
konštrukciu rotora s vertikálnou osou dal v roku 1930 Francúz
George Darrieus.



Krídla sú pevne namontované na zvislej vodorovnej osi.



Zariadenie samotné nepotrebuje byť umiestnené na stožiaroch,

stĺpoch, alebo vežiach, vyhovuje uloženie na zemskom povrchu.



Taktiež nevyžaduje žiadny stabilizátor polohy pre udržiavanie

optimálneho smeru voči vetru.



Zariadenie s vertikálnou osou totiž zachytáva vietor z ľubovoľnej strany.

Odpadá nákladná konštrukcia otočnej gondoly. To je jedna z

najväčších výhod tohoto systému.

Darrieusov rotor

Veterná energia

Niektoré výhody
a) ľahšia montáž a manipulácia s generátorom na

zemi ako na veži,

b) menšie namáhanie listov,
c) materiál na konštrukciu je lacnejší.
Niektoré nevýhody:
a) vyžaduje si zvyčajne naštartovanie rotácie,
b) energetický zisk pri rovnakej ploche lopatiek je

menší ako u zariadenia s horizontálnou osou,

c) pri každom zábere listov, je časť energie

spotrebovaná systémom samotným.

Veterná energia



Savoniusov rotor (vertikálna os)

Veterná energia - 1 faktor

Množstvo získanej energie závisí na štyroch
faktoroch, a to na:

1.

Energii vetra. Teoreticky je maximálne možné

využitie energie vetra 59,3% (Betzov limit).

Časť energie nie je možné zachytiť. Rôzne

zariadenia využívajú energiu vetra s účin-

nosťou blízkou, alebo výrazne menšou ako

uvedených 59,3%. Závisí to v prvom rade od

konštrukcie rotora,

Veterná energia – 2 faktor

2.

Veľkosti veternej ružice. Čím väčšiu plochu
pokrývajú rotujúce listy veternej ružice, tým viac
energie môže byť vyrábanej. Ak sa táto plocha
zväčší dvojnásobne, dvakrát narastie aj
energetický výstup.
Pritom si treba uvedomiť, že zdvojnásobenie
priemeru kruhu, čiže dvojnásobné predĺženie
listov, znamená štvornásobné zväčšenie
plochy kruhu aj množstva energie,

Veterná energia – 3 faktor

3.

Rýchlosti vetra.

Ak sa rýchlosť vetra zdvojnásobí, energia
vetra narastie osemkrát preto, lebo
energia rastie kubicky vzhľadom na
rýchlosť vetra,

Veterná energia – 4 faktor

4.

Účinnosti zariadenia. Všetky stroje
spotrebovávajú časť nimi vyrobenej
energie, a to trením vo vnútri zariadenia a
vykazujú straty v generátore a
prevodovke. Zariadenia s veľmi dobrou
konštrukciou pracujú s účinnosťou 45 %.
Najmenej účinné zariadenia dosahujú iba
10 % účinnosť.

Veterná energia - Situovanie



Veterná elektráreň musí byť situovaná
mimo akýchkoľvek prekážok,



Ideálne by mal byť najnižší bod listov
najmenej sedem metrov nad
akoukoľvek prekážkou, vyskytujúcou
sa v dosahu sto metrov,

Veterná energia



Najnevhodnejší spôsob umiestnenia
veternej elektrárne je na svahu neďaleko,
alebo uprostred lesného porastu (a), resp.
uprostred záhradkárskej osady

Veterná energia

Vrchol osamoteného kopca (b) nie je taký
ideálny, ako vrchol mierne stúpajúceho
Svahu (c), na ktorom sa nevyskytujú žiadne
prekážky.

Veterná energia - Materiály

Veterné elektrárne, umiestnené napr. na
nížinách, sú na Slovensku upevnené zväčša
na nízkych stožiaroch, listy rotorov sú
vyrobené z nevhodného materiálu a majú malý
priemer. Listy rotorov sa majú konštruovať
z dreva, prípadne z viacvrstvových plastov.
Listy ružice vyrobené z kovu sú pre nárazový
vietor nevhodné.

Veterná energia –
Anemometer



Meranie rýchlosti vetra sa uskutočňuje
prístrojom - ANEMOMETROM

Veterná energia



Pri popise účinku vetra sa používa
okrem udávania rýchlosti v m.s-1 aj
vyjadrenie označené ako „sila vetra“



Najpoužívanejšia stupnica sily vetra je
BEAUFORTOVA STUPNICA

Veterná energia –
Environmentálne dôsledky

Emisie veterných elektrární počas
prevádzky môžeme rozdeliť na



Emisie optické


Emisie svetla (svetelné záblesky – diskoefekt)



Emisie tieňa (tienenie telesom elektrárne a

pohyblivým tieňom)



Emisie akustické


Mechanický (pohyb mechanických častí elektrárne

ako prevodovka, generátor, ...)



Aerodynamický (obtekanie vzduchu okolo listov

rotora)

Veterná energia –
Environmentálne dôsledky



Hluk – ako dôsledok
turbulencie vzduchu
medzi listom a
stožiarom turbíny.
Kritická hladina hluku je
40 dB (pri ktorej možno
spať). Dosahuje sa pri
vzdialenosti menej ako
250 m od turbíny.

Veterná energia –
Environmentálne dôsledky



Vizuálny efekt – rušivé momenty v
reliéfe krajiny.



Rušenie EM žiarenia – elektrické
vodiče rušia EM žiarenie. Preto sú listy
rotora z plastu a dreva.

Veterná energia

Vplyv veternej elektrárne na okolité
prostredie


Vplyv na pôdu (jej záber)



Vplyv na vodu (únik oleja)



Vplyv na ovzdušie (významný vplyv nie je, môžu však

ovplyvniť mikroklímu v danom prostredí)



Vplyv na flóru


Spôsobený stavbou



Spôsobený tienením



Vplyv na faunu (kolízie so sťahovavým vtáctvom)



Vplyv na ráz krajiny (subjektívne vnímanie jednotlivca)



Vplyv na šírenie rádiového a televízneho signálu

Veterná energia

Desať najväčších výrobcov veterných turbín vo svete v roku 2006

Zdroj: podľa EurObserv'ER: Wind Energy barometer 2007

Veterná energia

Elektrárne na Slovensku

Elektrárne na Slovensku

Veterný park Cerová:


prvá veterná elektráreň na Slovensku



v prevádzke od augusta 2003



4 turbíny typu VESTAS - V 47/660 kW

(Dánsko)

s priemerom 47 m na 76 m

vysokých stožiaroch



predpokladaný výkon pokryje spotrebu

energie pre 1500 domácností a dokáže

ušetriť prírode produkciu CO

2 o 3270 ton

ročne

Cerová



výkon 500 kW



bola daná do skúšobnej prevádzky v júli 2004



typ veternej turbíny: VESTAS V39-500 kW

Veterná elektráreň na Ostrom vrchu,
Myjava



Bol uvedený do prevádzky v septembri 2005



Náklady na inštaláciu predstavovali okolo 45 mil. Sk



Typy veterných turbín: VESTAS V39-500 kW



kapacita 4 x 500 kW



Predpokladaná celková ročná výroba pre štyri veterné

turbíny predstavuje 3 200 MW/h, čo pokryje spotrebu el.

energie pre 1 200 domácností



Prevádzka veterného parku je plne automatická, riadená

počítačom a kontrolovaná z dispečingu spoločnosti Green

Energy Slovakia s.r.o.



Do budúcnosti sa plánuje inštalovať ešte ďalších 6 turbín



Potom celkový inštalovaný výkon stúpne na 5 MW

Veterný park Skalité, Kysuce

Skalité

2007

Veterná energia - Investície

Investičné náklady na projekt veternej elektrárne. Zdroj: EWEA, 2003

Ďakujem za pozornosť