A szélturbina egy olyan eszköz, amely átalakítja a kinetikus energia a szél át mechanikai energiát , úgynevezett szélenergia , amelyet azután a leggyakrabban át elektromos energiává . Szélturbinák generáló villamos energia nevezik szélturbinák , míg a szélturbinák, amely közvetlenül a szivattyú vizet nevezik szivattyú szélerőművek vagy a szél szivattyúk . A szélturbina ősi formája a szélmalom .
A "szélerőmű", " szélerőmű " vagy "szélerőmű" kifejezéseket a szárazföldre vagy a tengerre telepített csoportosított termelési egységek leírására használják .
A világon a legtöbb szélerőműpark Kína , az Egyesült Államok , Németország , Spanyolország , India , az Egyesült Királyság és a lakosság arányában Dánia (lásd: Generation wind power ).
1885-ben Ernest-Sylvain Bollée , a Bollée szélturbina feltalálója először a "szélmalom" szót használta közönséges névként az anyagi ( szélenergia ) melléknévből . A szó 1907- ben Larousse- ban találta meg a helyét .
A szél őse a szélmalom , amely 620-ban jelent meg Perzsiában és követi a szélszivattyút , a IX . Században jelent meg a jelenlegi Afganisztánban . Ma még mindig vízszivattyúval összekapcsolva használják őket , általában vizes élőhelyek elvezetésére és kiszárítására, vagy a száraz területek egyéb öntözésére vagy az állatállomány öntözésére .
1888-ban Charles Francis Brush nagy szélturbinát épített háza áramellátására, akkumulátoros akkumulátorral .
Az első „ipari” szélturbina áramfejlesztésre fejlesztette ki a Dane Poul La Cour 1890-ben, hogy a gyártás a hidrogén által elektrolízis . A következő években megalkotta a „Lykkegard” szélturbinát, amelyből 1908-ban hetvenkét példányt adott el.
1923-ban John Burdon Sanderson Haldane brit genetikus ezt írta:
„Ha a kertben lévő szélturbina naponta 50 kg szenet tudna termelni (vagy ennek megfelelő energiát képes előállítani), akkor szénbányáink holnap bezárnának. Személy szerint azt gondolom, hogy 400 év múlva Angliában az alábbi problémát oldhatjuk meg: az országot fém szélturbinák borítják, amelyek olyan elektromos motorokat hajtanak, amelyek maguk nagyon magas feszültségű áramot szolgáltatnak egy nagy elektromos hálózat. A nagy, jól elhelyezkedő növények a szeles időszakok felesleges energiáját felhasználják a víz oxigénné és hidrogénné történő elektrolitikus lebontására. Ezeket a gázokat cseppfolyósítják és nagy duplafalú vákuumtartályokban tárolják, valószínűleg a föld alatt. (…) Csendes időben a gázokat a dinamókhoz kapcsolt belső égésű motorokban rekombinálják, hogy visszanyerjék az áramot, vagy valószínűleg az üzemanyagcellákban. "
800 kVA-os kísérleti szélturbina működött 1955 és 1963 között Franciaországban, a beauce - i Nogent-le-Roi- ban . Ezt a Lucien Romani Tudományos és Műszaki Tanulmányok Irodája tervezte, és az EDF nevében működött . Egyidejűleg két neyrpic 130 és 1000 kW teljesítményű szélturbinát tesztelt az EDF Saint-Rémy-des-Landes-ben ( Manche ). Az ágazathoz egy szélturbina is kapcsolódott Algír (Dély-Ibrahim) magasságában 1957-ben.
Ezt a technológiát ezután kissé elhanyagolták , Dánia csak az 1970-es években és az első olajsokk következtében vette át a szélturbina-telepítéseket.
A leggyakoribb, vízszintes tengelyű szélturbina a következő elemekből áll:
Matt Lehetővé teszi a rotor megfelelő magasságban történő elhelyezését a mozgásának lehetővé tételéhez (vízszintes tengelyű szélturbinákhoz szükséges), vagy olyan magasságban, ahol a szél erősebben és szabályosabban fúj, mint a talaj szintjén. Az árboc általában az elektromos és elektronikus alkatrészek egy részét tartalmazza (modulátor, vezérlés, szorzó, generátor stb. ). Az árbocok általában acélból készülnek, de a betonoszlopokat egyre gyakrabban használják egyes gyártók (például Franciaországban az Enercon 2004-től 2013 elejéig összeszerelt mintegy 1000 szélturbinánál 300 beton árboc van). Egy nacelle Az árboc tetejére van szerelve, és a gép működéséhez szükséges mechanikus és pneumatikus alkatrészeket, bizonyos elektromos és elektronikus alkatrészeket tartalmaz. Az emelvény megfordulhat, hogy a gépet a megfelelő irányba mutassa. A rotor Abban áll, hogy a szélturbina orrát befogadja a lapátok (általában három), és amelyek egy forgó tengelyre vannak rögzítve a nacellába szerelt csapágyakban . A lapátokkal integrált rotort a szél energiája hajtja. Ez közvetlenül vagy közvetve (egy hajtóműves sebesség szorzó) a mechanikus rendszer, amely az összegyűjtött energiát (szivattyú, elektromos generátor , stb ).További elemek, például egy szállító állomás az előállított villamos energia elektromos hálózatba történő befecskendezésére fejezik be a telepítést.
Egy ilyen szélturbinát elsősorban aerodinamikai , mechanikai és elektrotechnikai jellemzői alapján modelleznek . A gyakorlatban különbséget is tett a „nagy szélturbinák”, ami aggályokat gépek több, mint 350 kW , közepes teljesítményű szélturbinák (a 36 és 350 kW ) és kis szélturbinák (kevesebb, mint 36 kW ).
A vízszintes tengelyű szélturbina a szélre merőleges légcsavar , amely az árbocra van felszerelve. A kisméretű szélturbinák magassága általában 20 m , a nagy modelleknél pedig a penge hosszának több mint kétszerese .
2017-ben a legnagyobb szélturbina 187 m magas volt, 9,5 MW teljesítmény mellett . 2019-ben a Rotterdamba telepített, 12 MW teljesítményű Haliade X prototípus elérte a 260 métert .
Elméletileg visszanyerhető teljesítményA teljesítmény a szél tartalmazott egy részén hengerben van:
val vel:
: Folyadék sebessége a szélturbina szintjén : Sűrűsége a levegő (száraz légköri levegővel, kb: 1,23 kg / m 3 át 15 ° C-on és légköri nyomáson 1,0132 bar) : szélsebesség m / s-banA szélturbina ennek a teljesítménynek csak egy részét képes visszanyerni, mert az áramlásnak nem lehet nulla sebessége a turbinán való áthaladás után (ellenkező esetben ez a szél megállítását jelentené ).
Betz formulaA visszanyerhető energia kisebb, mint a szélturbina előtt elhelyezkedő levegő mozgási energiája , mivel a levegőnek meg kell tartania a maradék kinetikus energiát az áramlás megmaradásához. Betz Albert bebizonyította, hogy a maximális visszanyerhető teljesítmény egyenlő a beeső teljesítmény 16 ⁄ 27- ével.
A szélturbina elméleti maximális teljesítményét így rögzítik:
az:
Vagy:
Ezt a maximális teljesítményt a szélturbina típusára és modelljére, valamint a telepítés helyére jellemző teljesítmény-együtthatóval rendelik hozzá. Ez az együttható általában 0,20 és 0,70 között van.
A szélturbina teljesítményének a kinetikus és a potenciális energia figyelembevételével történő kiszámításához lásd: szél- vagy árapályturbina típusú turbina teljesítményének kiszámítása .
Elektromos áramtermelésA szél szakaszos volta és az erejének változásai miatt fontos két fogalmat megkülönböztetni:
Névleges teljesítmény a szélturbinák egyik fontos jellemzője névleges elektromos teljesítményük. Tehát a 2 MWp (megawatt-csúcs) szélturbinára való utalás azt jelenti, hogy maximális elektromos teljesítményt képes biztosítani 2 × 10 6 watt). A maximális teljesítmény eléréséhez szükséges minimális szélsebesség 15 m / s , vagyis kb. 55 km / h nagyságrendű : ennél a sebességnél a szélturbina kevesebb energiát termel, de fentebb a termelés nem nagyobb, és amikor a szélsebesség eléri a biztonsági küszöböt (gyakran körülbelül 25- , hogy 35 m / s - 90 , hogy 126 km / h ), a szélturbina korlátozott vagy akár leállt. Az elektromos energia tényleges termelése tehát a szélsebesség statisztikai eloszlásának függvénye a helyszínen. Terhelési tényező Az adott időszakban megtermelt elektromos energia és annak az energiának az aránya, amelyet a szélturbina termelt volna, ha ugyanezen időszak alatt névleges teljesítményével működött . Ezt a mutatót gyakran egy évre számítják, és százalékban (%) fejezik ki, ez a helyzet a szakasz többi részében. Átlagosan egész Európában ez a terhelési tényező 17,7 és 21,0% között változott 2003 és 2008 között, míg Franciaországban 22% volt a 2009-es és 2010-es években.2009-ben a szélenergia a globális villamosenergia-termelés 1,3% -át tette ki:
Franciaországban A szélenergia-termelés 2009-ben a teljes villamosenergia-termelés 1,5% -át, 2010-ben 1,7% -át képviselte. Dániában 2009-ben 3482 MW flottával és 24 194 TJ termeléssel a széltermelés a villamosenergia-termelés 18,5% -át (azaz a teljes energiafogyasztás 2,99% -át) képviselte.Szélturbinák és távvezetékek az angliai Rye közelében .
Naplemente a kínai Guazhou szélerőmű felett , amely több mint 200 szélturbinát tartalmaz.
Estinnes szélerőmű , Belgium, 11 szélturbina, látható2010. október 10.
Biztonsági okokból a pengéket rögzíteni kell, ha a szél túl erős. Valójában a pengék a szél ereje alatt meghajlanak, és túl erős szél esetén az árbocot ütik meg. A turbina tehetetlensége nagyjából arányos a lapátok hosszának kockájával, míg a szélálló felület arányos az ilyen hosszúságú négyzettel. A szélturbinára gyakorolt nyomás ezért a méretének növekedésével nagyon gyorsan növekszik. Így a penge maximális hosszát az anyag ellenállása korlátozza.
A nagy pengék üvegszálas vagy szénalapú kompozit anyagokból és epoxi- vagy poliésztergyantából készülnek ; egyéb anyagok használhatók. Kisebb szélturbinák olcsóbb anyagokból, például üvegszálból, alumíniumból vagy laminált fából építhetők .
Penge nélküli szélturbina (Enercon E-70) agya El Hierro szigetén ( Kanári-szigetek ).
Halvány a pótkocsin.
Árbocszegmensek a pótkocsikon és a pengetalp.
Körülbelül 15 méter hosszú cserepengék.
A kis szélturbinákat a szél felé irányítja a hátsó uszony, mint a szélkakas . A nagy szélturbinák olyan érzékelőkkel rendelkeznek, amelyek érzékelik a szél irányát, és aktiválják a rotort forgató motort.
Minden forgó penge giroszkóp módjára viselkedik , és a rá kifejtett gravitációs erő miatt precessziós erőnek van kitéve, amely mind a forgástengelyre, mind a gravitációs erőre merőleges vízszintes. Ez a precessziós erő tehát párhuzamos a pengével, ha az vízszintes, és merőleges rá, ha a penge függőleges. Végül ezek a pengékre ható ciklikus változások fáradtságot okozhatnak, és a kések alapját és / vagy a turbina tengelyét eltörhetik .
Ha egy nagy teljesítményű szélturbinának egynél több lapátja van, ezeket az előző lapát által kiszorított levegő zavarja. A hozam ezáltal csökken.
A rezgések a pengék számának növekedésével csökkennek. A mechanizmusok fárasztása mellett néhány rezgés hallható és zajszennyezést okoz. A kevesebb, nagyobb pengéjű szélturbinák azonban magasabb Reynolds- számmal működnek, ezért hatékonyabb. Mivel a szélturbina ára a lapátok számával növekszik, a vízszintes tengelyrendszer optimális száma ezért három, mert két lapáttal nagyobbak az egyensúlyhiány problémái . Valójában a pengék számának páratlannak kell lennie, hogy az egyensúly optimális legyen.
A páros számú pengékkel rendelkező rotoroknál nem feltétlenül szükséges, hogy minden pengét külön-külön rögzítsenek az agyhoz. Sok kereskedelmi szélturbinának két lapátja van, mivel könnyebb és gazdaságosabb egy darabban gyártani őket. A három lapátos, csendesebb szélturbinákat általában a helyszínen kell felszerelni.
A legtöbb házi készítésű szélturbinának két pengéje van, mivel egyetlen hosszú fa- vagy fémdarabból készülnek, egy mentőgenerátorra, például autógenerátorra vagy mosógép-motorra szerelve.
Mivel az árboc turbulenciát eredményez maga mögött, a rotort általában az árboc elé helyezik. Ebben az esetben a rotort elég messzire helyezzük előre, és tengelye néha a vízszinteshez képest ferde, hogy megakadályozzuk a lapátok ütközését az árbocba. Olykor szélturbinákat építenek, amelyekben a rotort a turbulencia problémái ellenére az árboctól lefelé helyezik, mert a lapátok így hajlékonyabbak és hajlékonyabbak lehetnek, anélkül, hogy kockáztatnák, hogy nagy szélben eltalálják az árbocot, és ezzel csökkentik a szél ellenállását. .
A régi szélmalmok pengék helyett vitorlákkal vannak felszerelve, de ezek várható élettartama nagyon korlátozott. Ezenkívül a légellenállásuk viszonylag magas a kapott teljesítményhez képest. Túl lassan járatják a generátort, és pazarolják a szél potenciális energiáját, amelynek nyomása miatt különösen erős árbocra kell felszerelni őket. Ezért részesítjük előnyben őket ma merev profilozott pengékkel.
Amikor egy penge forog, a szél relatív sebessége a lapáthoz képest nagyobb, mint saját sebessége, és attól függ, hogy a penge melyik pontja van a forgástengelyétől. Ez megmagyarázza, miért változik a penge profilja és iránya a hosszában. A lapátokra kifejtett erők összetételét egy hasznos nyomatékban foglaljuk össze, amely lehetővé teszi a generátor által az áram termelését, és egy axiális nyomóerőt, amely ütköző segítségével visszaverődik az árbocon. Ez a tolóerő túlzott széllé válhat; ezért a szélturbinákat ezután leállítják és úgy orientálják, hogy a legkisebb szélállóságot kínálják.
Teszteket hajtottak végre (2004) a hengeres pengék felhasználása és a Magnus-effektus kihasználása érdekében .
A szélirányra párhuzamos vízszintes tengellyel rendelkező hagyományos szélturbinák mellett az úgynevezett „függőleges tengelyű” szélturbináknak van egy merőleges tengelyük a szél irányára. A tengely gyakran függőlegesen helyezkedik el, de az ilyen típusú szélturbinák vízszintesen is elhelyezhetők. Ez a típusú szélturbina több elv szerint áll rendelkezésre.
A Darrieus típusA Darrieus típusú szélturbina a relatív szél hatásának kitett profil , például a repülőgép szárnyán kifejtett hatás által okozott emelési hatáson alapul . Ennek az elvnek számos változata van, az egyszerű hengeres rotortól - két profil a tengely két oldalán elrendezve - a parabolikus rotorig, ahol a profilok troposkinben íveltek, és a függőleges tengely tetejéhez és aljához vannak rögzítve. Egy ilyen típusú szélturbina 1983 és 1992 között működött Quebecben (a Parc Éole-nél ). Nagy méretű (110 m magas), a prototípus egy széllökés során romlott. Úgy tervezték, hogy 4 MW-ot biztosítson egy generátorral a földön.
A Savonius típusA két vagy több kissé eltolt félhengeres vödörből álló vázlatosan álló Savonius típusnak számos előnye van. A kis alapterületen túl, amely lehetővé teszi a szélturbina beépítését az épületekbe anélkül, hogy torzítaná az esztétikáját, nem túl zajos. Alacsony szélsebességnél indul és nagy forgatónyomatékot mutat, bár a forgás során szinuszosan változik. Van egy változat, amelyet spirális Savoniusnak (vagy angolul sodrott Savoniusnak) hívnak, amely növeli a teljesítményt azáltal, hogy folyamatosan felszíni tapadást kínál a szélnek. Függőleges félhengerek helyett ezeket spirálisan csavarják a forgástengely körül. Kis lábnyomuk, jó teljesítményük és nagyon alacsony széligényük miatt a városban házak tetején, csónakokon használják, például a Hornblower Hybridnél , vagy a Pearl Tower tornyában , egy pozitív energiájú toronyban. Vízszintes helyzetre is alkalmasak, a forgástengely merőleges marad a szélre, és nem a szél profiljában, mint a hagyományos vízszintes tengelyű szélturbinák.
Bizonyos gyártók olyan szélturbinákat is terveztek, amelyek mind a Darrieus, mind a Savonius technológiát magukban foglalják, és igyekeznek ötvözni e két technológia előnyeit.
Az ilyen típusú szélturbinák egyik változata a Moulinet, amelyet a szélmérő jól szemléltet. Idézzük azokat a képernyővel ellátott modelleket is, ahol az ember elrejti a gép „kontraproduktív” oldalát. Ez a modell a képernyőnek a szélhez viszonyított orientációs rendszerét használja, valójában kiküszöbölve a függőleges tengelyű szélturbinák lényeges előnyét. Végül a jelentős tömegnövekedés a méret függvényében a Savonius típusú szélturbinát alkalmatlanná teszi szélerőművek nagyüzemi gyártására.
A forgó szárny típusaA forgószárny-típust (vagy panemone-t) a penge valós idejű dinamikus optimalizálása jellemzi. Ezek ugyanúgy viselkednek, mint egy vitorlás vitorlája, amely határozott széllel körözne a vízben. A pengék így hűen reprodukálják a vitorlás összes menetét a tangenciális irányukat (szöget) követve a szél irányában. Ennek eredményeként a lapátokat tartó rotor karjainak tangenciális tolása mindig optimalizált. A szélenergia hasznosításának ez a formája nagyon régi (Irán, Kréta stb.). Ez a folyamat, amely 2006- ban Genfben , a Nemzetközi találmányi kiállításon ezüstérmet kapott , számos kísérletet eredményezett.
Más modelleket különféle vállalatok építenek, hogy leküzdjék a pengék méretéből, forgási sebességéből és zajából adódó korlátozásokat. Az elv egy függőleges tengelyű rotoré, amely a bordás állórész közepén forog. Ez a fajta megoldás jelentősen csökkenti a zajt, miközben lehetővé teszi a 220 km / h feletti széllel való működést és irányuktól függetlenül. Az alapterület és a magasság egyaránt kisebb. 3 m átmérőjű és 2 m magas szélturbina esetében 8 000 kWh / év termelést hirdetnek meg (2007) . Ezt az eszközt csak kis szélturbinákra telepítik; módosítja a pengék levegőjének erejét. Úgy mozog, hogy a rotort kihúzza a szélágyból, hogy csökkentse a lapátokra gyakorolt hatását.
Ez már nem egy lassító rendszer, hanem a szélturbina teljes leállítása.
Ez a mechanizmus automatikusan aktiválódik, amikor a sebesség a detektoron keresztül eléri a küszöböt. Ha a szél lelassul, a fék kioldódik, és a szélturbina ismét szabadon jár. Ez az eszköz akkor is kiváltható, ha elektromos hálózati problémát észlelnek.
A Stall szabályozással ellátott, rögzített pályás szélturbináknak gyakran két tárcsafékjük van a biztonság érdekében.
A III. Osztályú szélturbina-modellek, amelyeket kifejezetten olyan helyszínekhez alakítottak ki, ahol az átlagos szélsebesség egy év alatt akár 7,5 méter / másodpercig is él, jelentős technológiai fejlődésen mentek keresztül, és az előző generációhoz képest nagyobb, 10-25% -os hozamokkal rendelkeznek. Általában nagyobb magasságúak, és sokkal hosszabb pengékkel rendelkeznek, ami lehetővé teszi számukra az elektromos teljesítmény és a pengék által söpört felület arányának csökkentését, ezáltal jelentősen megnövelve a gépek élettartamát ( terhelési tényező ). Gyártásuk is rendszeresebb, ami korlátozza az áramcsúcsok villamos hálózatok általi kezelésének nehézségeit. Végül a lehető legközelebb telepíthetők a fogyasztási területekhez, ami lehetővé teszi az elosztóhálózatba történő beruházások korlátozását. A kevésbé szeles helyszínek szintén sokkal elterjedtebbek és gyakran sokkal könnyebben hozzáférhetők, mint az I. osztályú (erősen szeles) vagy a II. (Közepesen szeles) helyek, ami új lehetőségeket nyit meg a nemzetközi piacokon. Számos modell megjelenését jelentette be 2017-re a Nordex, a Gamesa, az Enercon, a Vestas és a GE Wind.
A szélerőmű kiválasztásának kritériumai az egységek méretétől, teljesítményétől és az egységek számától függenek. Megkövetelik a rendszeres szél jelenlétét (vö. Szélatlasz) és különféle feltételeket, például: a szélturbinák összekapcsolására szolgáló elektromos hálózat közelségét, kizárási zónák hiányát (ideértve a történelmi emlékek kerületét, a besorolt helyeket, a visszhangjelenségekkel rendelkező zónákat). hegyek, tájak), és lehetőleg egy olyan zónát, amelyet a szélerőművek hirdetői "konfliktusmentesnek" neveznek (alacsony sűrűségű népesség és kevés ellenállást kínál).
A szélturbina hatékonysága különösen annak helyétől függ. Valójában az áramellátás a szél sebességének kockájával növekszik, ezért a helyeket először a jelenlévő szél sebessége és gyakorisága alapján választják ki. Az a hely, ahol átlagosan 30 km / h a szél, nyolcszor produktívabb lesz, mint egy másik, 15 km / h átlagos széllel rendelkező hely . Egy szélturbina annál jobban működik, minél több a rendszeres és gyakori szél.
A helyszín kiválasztásának másik fontos kritériuma a sebesség állandósága és a szél iránya, más szóval a szél turbulenciája . Valójában a szélturbinák akkor használhatók, ha a szélsebesség nagyobb, mint egy 10 és 20 km / h közötti érték , anélkül azonban, hogy elérnék a túlzott ( 90 km / h- nál nagyobb) értékeket, amelyek a a szélturbina megsemmisülése vagy annak (tollas pengék) "kioldásának" szükségessége a kopás korlátozása érdekében. A szélsebességnek ezért a lehető leggyakrabban e két érték között kell lennie a szélturbina optimális működése érdekében. Hasonlóképpen, a szélturbina forgástengelyének többnyire párhuzamosan kell maradnia a szél irányával. A hatékony nacelle orientációs rendszer mellett is előnyösebb, ha a lehető legstabilabb szélirány áll rendelkezésre az optimális teljesítmény elérése érdekében ( például kereskedelmi szél ).
Ezért bizonyos, nagy akadályok közelében fekvő helyeket el kell kerülni, mert ott túl viharos a szél (fák, épületek, komplex domborulatok a hegyekben, visszhangjelenségekkel rendelkező régiók stb.).
Empirikus szempontból megfelelő helyeket találunk a szélturbinák telepítésére a fák és a növényzet megfigyelésével . A helyszínek akkor érdekesek, ha a szél, a fák görbülete folyamatosan, ugyanabba az irányba hajlik, jelezve a szél szabályosságát. Az ipari települések az eoliai atlaszok szélsebességének térképeit használják (ahol vannak), vagy a felhalmozott adatokat. egy közeli meteorológiai állomás által, a legjobb, ha a mérést a telepítés helyén kell elvégezni.
Franciaországban a projekt akkor tekinthető gazdaságilag nyereséges, ha az éves átlagos sebessége a helyén nagyobb, mint 6 vagy 7 m / s , vagy 21- , hogy 25- km / h . Ez a jövedelmezőség sok más tényezőtől függ, amelyek közül a legfontosabbak a hálózathoz való csatlakozás költségei és az alapok költségei (offshore projekt esetén meghatározva), valamint a villamos energia visszavásárlásának költségei és a villamos energia terhei. környezeti hatások (az élővilágra, a tájakra, akusztikai és stroboszkópos zavarásokkal ).
Egyes helyszínek abban különlegesek, hogy növelik a szél sebességét, és ezért alkalmasabbak a szél telepítésére:
Általában mindig több hónapig pontos szélmérést kell végezni a helyszín szélpotenciáljának biztosítása érdekében. Ezután egy pontos tanulmány lehetővé teszi az adatok extrapolálását, és többé-kevésbé pontosan meghatározza a szél éves jellemzőit (gyakoriság, sebesség stb.) És annak alakulását az évek során.
A helyszín kiválasztásakor egyéb szempontokat is figyelembe vesznek:
Egy szélturbina-telepítésnél előnyösebb a generátort egy árbocra helyezni, több mint 10 méteres és kb. 100 m közötti magasságban , az erősebb szél megragadása érdekében, és kevésbé zavarja a talaj „érdessége”. Azokon a területeken, ahol a domborzat nagyon összetett, meg lehet duplázni az előállított energia mennyiségét, ha a létesítmény csak néhány tíz méterrel elmozdul. Az in situ mérések és a matematikai modellek lehetővé teszik a szélturbinák helyzetének optimalizálását.
Ciklonoknak kitett elszigetelt területekreEzekre a területekre speciális szélturbinákat terveztek: azokat úgy fickózzák , hogy 45 perc alatt le lehessen fektetni a földre, és könnyebbek is legyenek. A leggyakoribb földrengéseknek is ellenállnak. Nem igényelnek olyan mély alapokat, mint a többiek, és külön részekben szállíthatók. Például hét, 275 kW teljesítményű szélturbina feleslegessé teszi a Terre-de-Bas villamos energiát, ami lehetővé teszi Guadeloupe-ba történő szállítását . 1990 és 2007 között 20 MW szélenergiát telepíthettek Guadeloupe-ba. Mindannyian a földön fekszenek és elrakódhatnak, ahogy az Ivan és José hurrikánok áthaladása során történt .
2007 közepére körülbelül 500 ilyen szélturbinát telepítettek világszerte, összesen 80 MW teljes kapacitással . Az őket felszerelő szélturbinák teljesítménye tíz év alatt 30-ról 275 kW-ra nőtt.
MélytengeriMindaddig, amíg a parttól elég messze vannak, a nyílt tengeren ( tengeren ) működő szélturbinák kevésbé befolyásolják a szárazföldi tájat. Másrészt a szélturbinák telepítése a tengeren sokkal drágább, mint a szárazföldön: az árbocokat úgy kell megtervezni, hogy ellenálljanak a hullámok és az áram erejének, a korrózió elleni védelem (különösen fontos a permet és a só miatt). meg kell erősíteni, a tengeren történő felállításhoz speciális berendezésekre van szükség, az elektromos csatlakozás drága és törékeny tengeralatti kábeleket igényel, a karbantartási műveletek pedig jelentős erőforrásokat igényelhetnek. Cserébe egy tengeri szélturbina akár 6 MW energiát is képes szolgáltatni (összehasonlítva a 3 MW-ra korlátozott szárazföldi szélturbinákkal ), amely jó szeles helyeken 15 GWh / év hasznos energiát képes előállítani , 30-as tényezőterheléssel . %, vagy körülbelül 2500 óra / év .
Azokon a területeken, ahol a tenger sekély (pl. Dánia ), nagyon könnyű őket jó hatásfokkal telepíteni. A dániai szélerőművek (nyílt tengeren vagy szárazföldön) 2006 elején az országban szükséges villamos energia 23% -át termelték. Ez az ország úttörő és vezető szerepet játszik a szélenergia építésében és felhasználásában , az 1970-es években indult projekt . Ma Anglia partjainál, a Temze torkolatában , valamint Skóciában nagy parkok épülnek , összkapacitásuk 4000 MW körül van .
Franciaországnak még nincs offshore flottája 2018-ban, de a 2012-ben és 2014-ben szervezett pályázati felhívások flottaprojekteket választottak ki St-Nazaire-Guérande (420–750 MW ), Courseulles-sur-Mer (420 500 MW ) és Fécamp területén. (480–500 MW ) és a Saint-Brieuc-öbölben (480–500 MW ) 2012-ben, majd 2014-ben a Yeu és a Noirmoutier ( Vendée ), valamint a Tréport (Szajna-Maritime) szigetekre, egyenként 500 MW- mal. A Dieppe és a Le Tréport melletti szélerőművet (62 szélturbina, 496 MW ) 2021-ben, a Fécamp (83 szélturbina, 498 MW )ét 2022-ben tervezik üzembe helyezni .
Az úszó szélturbinák távolabbi esélyekkel is felszerelhetők, ahol a víz sokkal mélyebb, erősebb és stabilabb a szél, ami nagyobb terhelési tényezőt tesz lehetővé. Míg a szárazföldi turbinák évente átlagosan 80 napot működhetnek, addig az úszó szélturbinák évente 160 napot tudnak áramot termelni . Az első ilyen típusú szélerőműpark Skócia partjainál épült. Öt, 253 méter nagyságú és 12 000 tonna súlyú úszó szélturbinának a teljes kapacitása 30 megawatt, vagy körülbelül 22 000 háztartás villamosenergia-fogyasztása.
A Nemzetközi Energiaügynökség 2019-es jelentése szerint a tengeri szél 20 milliárdra billió dolláros beruházásokat vonzhat; a tengeri szélenergia-potenciál lehetővé tenné az egész világ villamosenergia-szükségleteinek kielégítését, de ma már csak a világ termelésének 0,3% -át adja. Ez a megújuló energia 2040-re a fő termelési forrássá válhat.
MagasságAz új szélturbinák képesek felemelkedni az égen, hogy elérjék a nagyobb szelet, erősebbek és szabályosabbak. Jelenleg a kísérleti szakaszban három típusuk van:
Városi környezetben, ahol nehéz elérni az erős légáramlást, kisebb berendezéseket lehet használni a kisfeszültségű rendszerek működtetésére. Az elosztott energiarendszerben működő tetőtéri szélturbinák enyhítik az áramellátási problémákat és leküzdik az áramkimaradásokat. A kis létesítmények, például a Wi-Fi útválasztók , egy kis akkumulátort töltő hordozható szélturbinával működtethetők.
A Kínában , több városban, beleértve Weihai , a Shandong tartomány , illetve az autópálya Hubei tartományban összekötő Jingzhou , hogy a Három-szoros gát , fel van szerelve oszlopok, amelyek össze vannak kapcsolva a kis csendes szélgenerátorok és napelemek., A hatalom a világítás közvilágítás; a felesleges energia visszavezethető a város elektromos áramkörébe. A világító oszlop helyét gondosan megválasztják (lásd a fotót). Ezek a létesítmények általában vízszintes tengelyű szélturbinákat használnak. Hasonló telepítések jelennek meg most, egy spirális Savonius típusú függőleges tengelyű szélturbinával (Twisted Savonius) 40 W szélenergiát és 80 W napenergiát kínálva egyetlen pólusban és tömörebb formában. Néhány magas felhőkarcoló , például a Pearl River Tower , szerkezetében szélturbinákat tartalmaz, kihasználva az ezen épületek üvegszerkezeteinek hőmérséklet-különbségei által okozott erős szelet, attól függően, hogy árnyékos oldalon vannak-e vagy naposak. Energetikai szempontból ezek a spirális Savonius típusú szélturbinák is profitálnak a Venturi-effektusból , amelyet a szél behatolásakor az őket tartalmazó csatorna mérete okoz. A szélenergia párosul ennek a toronynak az átlátszó napelemekből készült ablakai által biztosított elektromos energiával
Kísérleti megoldásokA városban megfontolhatjuk függőleges tengelyű szélturbinák, spirális, Venturi-effektus vagy ezeknek a különféle technikáknak a keverékét, amelyek ugyan alacsonyabb hatékonyságúak, de gyenge szél esetén is villamos energiát termelnek, és nem generálnak zajt.
Szélturbinák is elhelyezhetők a tornyok tetején .
2012-ben a szélenergia megerősítette a megújuló villamos energia második forrásának minősítését a vízenergia után: 534,3 TWh globális termeléssel a megújuló villamosenergia-termelés 11,4% -át és a teljes villamosenergia-termelés 2,4% -át képviseli.
A hálózatok áramellátására használt szélturbina körülbelül 2 MW szárazföldet és 5 MW tengert szállít , de kisebb modellek is rendelkezésre állnak.
Például néhány hajó szélturbinákkal van felszerelve olyan berendezések üzemeltetésére, mint a légkondicionálás. Ezek általában függőleges tengellyel rendelkező modellek, amelyek a szél irányától függetlenül energiát szolgáltatnak. Az ilyen típusú 3 kW teljesítményű szélturbina elfér egy 2,5 m-es kockában .
Egyes szélturbinák csak mechanikus energiát termelnek, anélkül, hogy villamos energiát termelnének, különösen a víz szivattyúzására elszigetelt helyeken. Ez a működési mód megegyezik a régi szélmalmokéval , amelyek leggyakrabban kőköveket hajtottak; Sőt, a legtöbb 20.000 szélmalmok a késő XVIII th századi Franciaországban volt a malom .
A szélenergia-ágazat versenyhelyzete különbözik a két fő piaci szegmens között: a szárazföldi szélágazatban 2016-ban a verseny széles körben szétszóródott nagyszámú szereplővel, anélkül, hogy olyan gyártó lett volna, amelynek a világpiacon domináns helye van. A legnagyobb ipari szereplők többsége az aktív nemzeti piacra támaszkodhat, amely szilárd alapot biztosít számukra a nemzetközi piacokon való versenyzéshez és piaci részesedés megszerzéséhez. Ez különösen az Egyesült Államokban található GE Wind, a német Enercon, a Senvion és a Nordex, az indiai Suzlon és a kínai Goldwind, a United Power és a Mingyang esetében. A többi szereplő meggyengült, és az ágazat megszilárdítására irányuló mozgalom tárgyát képezik.
Az offshore szélpiaci szegmens sokkal kisebb, és továbbra is csak korlátozottan terjeszkedik a nemzetközi piacon: főleg az Északi-tenger, a Balti-tenger és a brit partok közelében található néhány piacra korlátozódik, és elsősorban tapasztalt játékosok kezében marad. ezek között van a világelső Siemens Wind Power a piac 80% -ával, valamint az MHI Vestas, a 2013-ban alapított közös leányvállalat, amelyet a Dane Vestas , a világ elsőszámú országa és a japán Mitsubishi alapított . Más gyártók ezen a piacon vannak és már leszállították első gépeiket, de nehézségekkel küzdenek, mert a növekedési kilátások jelenleg nem olyan nagyok, mint remélték. 2013 óta a konszolidációs hullám érinti ezt az ágazatot: 2013-ban a Vestas és a Mitsubishi egyesült, majd 2014-ben megalakult az Adeva , az Areva és a Gamesa közös leányvállalata. 2015-ben a francia Alstom, amely a Haliade 150 tengeri szélturbinát fejleszti , az amerikai GE kezébe került.
A szárazföldi szélenergiában a német Nordex és a spanyol Acciona jelentette be 2015. októberszándékuk, hogy egyesítsék erőiket, hogy bekerüljenek a világ top 5-be. A Gamesa vezetői bejelentették a2016. január 29hogy megbeszéléseket folytattak a Siemensszel szélerőművi tevékenységük összevonása céljából, ami a globális szektor nehézsúlyát hozta létre, körülbelül 15% -os piaci részesedéssel megelőzve a General Electricet (11%) és a Vestast (10%). Ezek a megbeszélések eredményeként megállapodás született2016. június 17 : az új vállalat székhelye Spanyolországban lesz, és továbbra is jegyzett marad a madridi tőzsdén; A Siemens az új szervezet 59% -át fogja birtokolni, és részvényenként 3,75 euró készpénzes befizetést fizet a Gamesa részvényeseinek, vagy összesen több mint egymilliárd eurót; Az Arevának három hónapja lesz választani, hogy eladja-e az Adwenben meglévő részesedését vagy megveszi a Gamesa részesedését, majd az egész társaságot eladja egy másik játékosnak; A General Electric érdekelne. Ban ben2017. november, A Siemens és a Gamesa 24 országban akár 6000 munkahely átalakítását jelentette be. Amikor 2016 közepén bejelentették szakszervezetüket, a két gyártónak 21 000 alkalmazottja volt, köztük 13 000 a Siemens. A forgalom 12% -kal esett vissza április és 2006 között2017. szeptember, az indiai piac „ideiglenes felfüggesztése” miatt, és a csoport 2018-ban meredek esésre számít.
2016 első felében a Vestas forgalma 23% -kal ugrott.
-Án megjelent tanulmány szerint 2015-ben 2016. február 22a Bloomberg New Energy Finance (BNEF) írta, a General Electric- t a kínai Goldwind csoport trónfosztotta, amely az év során 7,8 GW turbinát telepített a világra, megelőzve a Vestas-t (7,3 GW ) és a General Electric-t ( 5,9 GW ). 2014-ben, Goldwind volt 4 -én 4,5 GW telepített. Kína elszámolni 2015-ben fele a világpiacon, és öt kínai gyártók jelennek meg a top 10. A Siemens az első európai rangsor a 2015 4 -én világszerte 5,7 GW , amelyből 2,6 GW offshore szegmens, ahol az egyértelmű vezető, négyszer nagyobb, mint a második szám; egyesülését megbeszélést folytat a spanyol Gamesa (3,1 GW ) viselhette azt 1 st hely a világon.
Az első tíz gyártó 2015-ben:
NB: Vestas marad 1 st hely eladások 8400 millió € ellen 4180 M € az Goldwind.
2012-ben a BTM Consult szerint a fő szélturbinagyártók globális piaci részesedése a következő volt:
A General Electric Wind befejezi emelkedését, a Vestas tizenkét év uralkodása után elveszíti első helyét; a németek erőszakkal térnek vissza; Kína négy legnagyobb szélturbinagyártója, a Goldwind, a United Power, a Sinovel és a Mingyang szerepel a Top 10-ben, de egyik sem a Top 5-ben.
A tengeri szélturbinák ágazatában két fő gyártó, az Areva és a Gamesa jelentkezett be2014. júliusmegállapodás a két csoport egyenlő arányban tulajdonában lévő közös vállalkozás létrehozásáról azzal a céllal, hogy 2020-ban Európában 20% -os piaci részesedést hozzanak létre, valamint hogy az ázsiai piacon, különösen a kínai piacon jelenjen meg, off fázis. A Gamesa rendelkezik egy 5 MW-os szélturbina prototípussal , az Areva pedig 5–8 MW-os gépekkel , beleértve a 2014 végén telepített 126 egységet, vagyis 630 MW-ot , és 2,8 GW -ot a projektportfólióban. Az egyes technológiák legjobbjainak kiaknázásával a közös vállalkozás egyetlen 5 MW-os platformot kíván elérni .
2010-ben a fő szélturbinagyártók globális piaci részesedése a Make Consulting szerint a következő volt:
A szélturbinák fő gyártói körülbelül 1–6 MW teljesítményű gépeket építenek . Sok-sok más szélturbinagyártó van, néha nagyon kicsi az egyedi vagy a rést igénylő alkalmazásokhoz.
A szélturbinák fő gyártói kezdetben főként Dániából és Németországból származnak, amelyek nagyon korán fektettek be ebbe az ágazatba. 2010-ben néhány ország növeli beruházásait a felzárkózás érdekében, például az Egyesült Államok a GE Wind-szel, amely öt év alatt csaknem megduplázta piaci részesedését, vagy Franciaország az Arevával , amely 2007-ig a tőke 70% -át birtokolta. 12 th rangsor 2010). A piacot 2010-ben az ázsiai szereplők (a legjobb 15 közül 8) megjelenése jellemezte, akiknek sikerült nyugati piacokat megnyerniük.
A gyártók nem teljes listája:
Ban ben 2009. januárA Megújuló Energiák Uniója (SER) szerint a szélenergia-ágazat az elmúlt öt évben átlagosan napi 33 új munkahelyet teremtett Európában.
A szélturbinák többlettermelésének kiaknázására és tárolására használt egyik módszer abból áll, hogy ezeket összekapcsolják a vízi-szélerőművek szivattyús tárolóival : a szélerőművek villamos energiát állítanak elő szélturbinák felhasználásával. Ennek az áramnak egy részét a hálózatba juttatják a fogyasztók ellátására, a felesleget a víz magassági tározóig történő szivattyúzására használják. A gyenge szél időszakában a víztározóból származó vizet egy vízierőműben turbinálják és alacsony tározóban tárolják; az így kapott villamos energiát a hálózatba továbbítják.
Egy ilyen típusú projekt 2014 óta működik az El Hierro- szigeten található Kanári-szigeteken . Ez a 11,5 MW-os rendszer elkerüli az évi 6000 tonna fűtőolaj tartályhajók általi szállítását és 18 000 tonna CO 2 -kibocsátást.. Működésének első felében ez a rendszer a sziget villamosenergia-igényének átlagosan 30,7% -át fedezte a Red Eléctrica de España (REE) hálózatüzemeltető által kiadott valós idejű adatok szerint .
Az Eole Water egy francia vállalat a vízkondenzációs víztermelő rendszerek területén. Szél- vagy napenergiából fejlesztette ki az ivóvíz-termelési kapacitásokat.
Az élettartama végén vagy ha elavul, a szélturbinát hatékonyabb modellel lehet helyettesíteni. Ezt követően vagy a nemzetközi használtpiacon értékesítik, vagy szétszerelik.
Ha az árbocot, a rézet és az elektronikus berendezéseket alkotó acél újrahasznosítását elsajátítják, a lapátok kezelése problémát jelent. Üvegszál és szénszál keverékéből áll , amely poliészter gyantával van összekötve , égésük során mikrorészecskék keletkeznek, amelyek eltömítik az égetők szűrőit.
Néhány olyan társaság (amelynek leányvállalata, a Remondis Olpe német Remondis (de) csoport ) szakosodott újrafeldolgozásra és a pengék összetett kezelésére (beleértve az összetett anyagokat is, közel áll a kedvtelési célú hajók hajótestéhez ). A nagy pengéket in situ 13 méteres vagy annál kisebb darabokra vágják , majd egy feldolgozóüzembe viszik ( Észak-Rajna-Vesztfáliában három van ). A fémeket újrahasznosítják, az összetett anyagokat összetörik és tovább értékesítik cementi üzemanyagként, az üvegszálban lévő szilícium-dioxid szintén hasznos összetevőt nyújt a cementben. Az elektromos és elektronikus alkatrészeket egy speciális ágazat újrahasznosítja. Így 2015 első felében 158 szélturbinát bontottak le Németországban, és a középtávú piac telített (Németországban 24 800 szélerőmű működik).
A szélturbina alapjait csak 1 m mélységig szintezik le , lehetővé téve a mezőgazdasági tevékenység folytatását, de az alagsorban nagy vasbeton lábazatokat temetve.
Franciaországban a háztartási szélturbina telepítését szabályozzák; az alkalmazandó szabályok a szélerőmű méretétől függően változnak. A Service-public.fr webhely meghatározza azokat a szabályokat, amelyeket be kell tartani a legfeljebb 12 méteres szélerőművekre, építési engedély nélkül. Ezen szabályok be nem tartása esetén az elkövetőt 1200 euró pénzbírsággal sújtják. 12 méter magasságon túl kötelező az építési engedély iránti kérelem benyújtása. Valószínűleg nem minden területen kapnak háztartási szélturbinát; négy fő terület nem engedélyezett. Más szabályokat is figyelembe kell venni. Például meg kell kérni az engedélyezési engedélyt, ha annak a földterületnek, amelyre a szélturbinát telepítik, erdészeti rendeltetési helye volt. 50 méternél kisebb szélturbinák esetében a szomszédság elválasztó vonalához képest legalább három méter távolságot kell betartani. A szélturbina telepítéséről előzetesen tájékoztatni kell a szomszédokat. Az EN 50 308 szabvány : „Szélgenerátor, védőintézkedések, tervezési, üzemeltetési és karbantartási követelmények” vonatkozik a szélenergiára.
A szélerőművek akusztikáját illetően az ICPE 2011. augusztus 26óta alkalmazandó 1 st január 2012, szabályozza ezt a területet. Ez a rendelet valamennyi francia köz- és magánépítési parkra, illetve „bevallási vagy engedélyezési eljárás alá eső épületekkel és felszereléseikkel kapcsolatos munkákra” vonatkozik. Bizonyos körülmények jellemzik a szomszédság nyugalmába való beavatkozást vagy az egészségkárosodást, például "az illetékes hatóságok által a munkák elvégzésére, vagy az anyagok vagy berendezések használatára vagy üzemeltetésére vonatkozóan meghatározott feltételek be nem tartása". , „A megfelelő óvintézkedések elégtelensége e zaj korlátozására”, vagy akár „rendellenesen zajos viselkedés”.
A szélturbinákból származó zaj igazolása érdekében fejlesztési tanulmányokat végeznek a jövőbeni szélerőművekben, ezeket a méréseket a szabályozott feltörési zónák (ZER) szintjén végezzük egy-több hétig. A cél ezután annak a helynek a környezeti zajának meghatározása, amelyre a szélturbinák kerülnek, a jövőbeli szélturbinák zajának első modellezésével.
A szélturbinák építése után új méréseket hajtanak végre, ezeket a szélturbinák leállítási és működési fázisainak váltakozásával hajtják végre. Ha ezeken a méréseken 3-5 dB meghaladja a 35 dB feletti túllépést, akkor a zaj csökkentése érdekében egy gép befogási programját kell kiszámítani.
Az ICPE szabályzata lehetővé teszi a prefektus számára, hogy a lakosok panaszai esetén szakértelmet kérjen a helyszínről. Ha ez azt mutatja, hogy a zajszabályokat nem tartották be, a park leállítható. A gyakorlatban azonban soha nem történt meg egy park leállítása az akusztikai előírások be nem tartása miatt.