• APPENDIX
• ABREVIATIONS
• GLOSSARY
• REFERENCES
• EVENTS

I. Rész: Technológia

Az I. rész a minden területen gyors fejlődésen átesett szélenergia-ipari technológia összes aspektusát érinti. Rengeteget tanultunk, de még mindig nagyon sok felfedeznivaló maradt – az alaptudománynak tekintett meteorológia, aerodinamika és anyagtudomány területén éppúgy, mint az olyan alkalmazási területeken, mint a karbantartási stratégiák, a szélfarmok (szélparkok) tervezése és a villamosenergia-hálózatok megtervezése. Vannak továbbá mindeddig kipróbálatlan turbinatervezési koncepciók, melyek komoly mérlegelést érdemelhetnek. Ez a rész a széltechnológia alapjait, jelenlegi állapotát és a lehetséges jövőbeli tendenciákat ismerteti.

A szélenergia-erőforrások felmérése

A szélenergia-erőforrások becslése jól bevált módszerekkel történik. Az I.1. fejezet ismerteti a nagy területek szélenergia-potenciáljának becslését, mely a régióban rendelkezésre álló erőforrások felmérésére és a régión belüli legjobb területek kijelölésére szolgál, továbbá adott helyszínek szélpotenciáljának és energiatermelésének becslésére is kiterjed. Az energiatermelés becslésének pontossága mind a projekt tulajdonosa, mind a projektet finanszírozó szervezetek számára kulcsfontosságú, ezért a fejezet bemutatja az energiatermelést befolyásoló tényezőket.

S.3. ábra Európa szárazföldi széltérképe

Forrás: Garrad Hassan

Az I.2. fejezet az előrejelzéssel is foglalkozik, mivel ma már ez is fontos része a szélenergia-iparnak. A villamosenergia-piac szerkezetétől függően a projekt tulajdonosa vagy az energia felvásárlója számára jelentős pénzügyi hasznot hajthat a szélenergia-termelés pontos előrejelzése. A nagy szélenergia-részesedésű villamosenergia-rendszerek irányítóinak is szüksége van előrejelzésre a rendszerek működésének optimalizálásához.

Szélturbina-technológia

A gyors műszaki haladás a szélturbina-technológia területén a legszembetűnőbb. Az I.3. fejezet bemutatja a turbinák méretének, teljesítményének és összetettségének rendkívül gyors növekedését, melyet legjobban a kereskedelmi forgalomban kapható turbinák méretének 20 év alatt 100-szorosára történő növekedése szemléltet (S.4. ábra). A szélturbinák ránézésre egyszerű gépeknek tűnhetnek, van azonban néhány olyan alapvető követelmény, amely ezt a mérnöki ágazatot az összes többitől megkülönbözteti:

• a gépnek erőműként kell működnie, felügyelet nélkül, és egyszerű energiánál többet kell nyújtania a villamosenergia-hálózatnak;
• a szél a másodpercestől az évesig terjedő időskálákon változik, ennélfogva a mechanikai terheléstől az energiatermelésig mindenben bizonytalanság jelenik meg;
• a technológiának az energia költsége tekintetében egyéb megújuló energiaforrásokkal és a hagyományos energiatermeléssel is versenyeznie kell.

S.4. ábra A kereskedelmi forgalomban kapható szélturbinák méretének növekedése

Forrás: Garrad Hassan

Az I.3. fejezet ezért a szélerőművek fejlődésével foglalkozik, és elmagyarázza, hogy jelenleg miért a háromlapátos, széliránnyal szemben álló ("upwind"), változtatható sebességű, szabályozott beállítási szögű turbinák a legelterjedtebbek. A tervezés jelenlegi fő meghatározói a hálózattal való kompatibilitás, az energia költsége (mely a megbízhatóságot is tartalmazza), a hangkibocsátás, a külső kinézet és a helyszíni körülményeknek való megfelelés.

Mindamellett még sok a megoldatlan műszaki kérdés. A jelenleg gyártott nagyméretű turbinák között vannak:

• nagy átmérőjű, alacsony fordulatszámú generátorokat tartalmazó koncepciók;
• nagy fordulatszámú generátorokat és áttételeket használó koncepciók; valamint
• közbülső megoldások, közepes fordulatszámú generátorokkal és kevesebb áttételi szinttel

Hasonlóképpen meglepő lehet, hogy a "standard" szárazföldi szélfarmokra tervezett szélturbinák optimális mérete mindmáig nem egyértelmű. A jelen fejezet ezen műszaki kérdések némelyikét tárgyalja, a zárószakasz pedig néhány radikális alternatív koncepciót tekint át.

Szélfarmtervezés

Az I.4. fejezet a szélturbinák szélfarmokká kombinálását, az elhelyezést befolyásoló tényezőket és az építés módját ismerteti. A szélfarmtervezés kulcsfontosságú a költségek csökkentésének és a nyilvánosság általi elfogadásnak a szempontjából, szárazföldi és part menti szélfarmok esetében egyaránt – különösen azért, mert némelyik jelenlegi szélfarm nagyobb, mint a nagyméretű hagyományos villamosenergia-termelő erőmű.

A szélturbinák elrendezését a szélfarmon belül  nemcsak az energiatermelést befolyásolja, hanem a külső megjelenést és a zajhatásokat is a közelben. Ez a fejezet elmagyarázza, hogyan optimalizálható kifejezetten a szélenergia-ipar számára kifejlesztett szoftverek segítségével az elrendezés úgy, hogy az ilyen szempontok is figyelembe legyenek véve.

A fejezet ismerteti ezenkívül az szélfarm tervezésének építőmérnöki és villamosmérnöki vonatkozású fontos kérdéseit is. Mivel a szélenergia-ipar egyre nagyobb tapasztalatra tesz szert a különböző körülmények között létrehozott projektek terén, egyre világosabban értjük a költségeket és egyéb fontos kérdéseket, így a kockázatok nem nagyobbak, mint a hasonló méretű egyéb építőmérnöki vagy erőművi projektek esetében.

Part menti szélenergia

 

Az I.5. fejezet a part menti (offshore) szélenergiával foglalkozik, mindenekelőtt kiterjeszti a szárazföldi szélenergia kérdéseinek I.2., I.3. és I.4. szakaszokban szereplő tárgyalását a part menti létesítményekre. Bár ez a piac jelenleg lényegesen kisebb, mint a szárazföldi, ma már több nemzet energiapolitikájának alapvető része, és a jövőbeli kilátások nagyok. A part menti szélenergia-piac jellemző vonása, hogy a projektek lényegesen nagyobb léptékűek és nagyobb kockázatúak, mint a legtöbb szárazföldi projekt, és valószínűnek tűnik, hogy ezeket a projekteket más szervezetek fogják kifejleszteni és megépíteni. A turbinák felállítására különleges vízi járműveket és módszereket fejlesztettek ki, és a part menti turbinák elérése a költségeket, a rendelkezésre állást és a biztonságot befolyásoló egyik fő tényezőnek bizonyult.

A turbinatechnológia is más a part menti projektek esetében. Nyomós okai vannak, hogy az egyedi turbinaméret miért lényegesen nagyobb, így ezt a piacot a legalább 5 MW teljesítményű turbinák veszik célba. Az eltérő környezet és a megbízhatósággal szembeni még magasabb szintű követelmények miatt a kétféle technológia ennél finomabb részletekben is különbözik. Talán nagyobb valószínűséggel jelennek majd meg valódi újítást jelentő modellek a part menti piacon, mint a szárazföldi piacon, így a fejezet zárószakasza az újítást jelentő koncepciókat, például az úszó turbinákat tekinti át.

Kis szélturbinák

A skála másik végével az I.6. fejezet foglalkozik, mely a több különböző igény kielégítésére szolgáló kis és nagyon kis szélturbinákat mutatja be. A vidék villamosításán és az elszigetelt otthonok, hajók és távközlési létesítmények villamos energiával történő ellátásán túlmenően a városi területeken a "mikro-áramtermelés" iránt ígérkező jelentős igény is mozgatórugója a kisméretű szélturbinák tervezését célzó műszaki fejlesztéseknek, melyek a gazdaság szempontjából jelentős javulásokat eredményezhetnek. Emellett a növekvő tüzelőanyagárak is ösztönzik a fejlesztéseket a komoly műszaki kihívást jelentő nagy szélenergia-részarányú szél-dízel rendszerek területén. Ezek a piacok mind saját jellemzőkkel bírnak, együttesen pedig széles skálát fednek le. Ennélfogva a kis szélturbinák ágazata sokkal nagyobb változatosságot mutat, mint a hagyományos nagy szélturbináké. Ezen piacok közül jó néhány komoly növekedési potenciállal rendelkezik.

Kutatás és fejlesztés

Az I.7. fejezet a szélenergia-technológia terén tett kutatási-fejlesztési (R&D) erőfeszítéseket mutatja be. Elterjedt tévedés a szélenergiát érett technológiának tekinteni, ami alapján kézenfekvőek volnának a kisebb a kutatási-fejlesztési erőfeszítések. Ráadásul a megújuló energiaforrások Európában előirányzott 20-% részesedése az energiatermelésből új kihívásokat teremt. Az Európai Szélenergia-technológiai Platform, a TPWind nemrég közzétett stratégiai kutatási programjában¹, egy nagyra törő jövőképet festett Európáról. Ebben 2030-ra 300 GW szélenergia-kapacitás telepítésére kerül sor, ami az EU villamosenergia-fogyasztásának akár 28-% át is biztosíthatja. A TPWind jövőképe ezenkívül a part menti szélenergiára vonatkozó célkitűzést is tartalmaz; eszerint 2030-ra ez biztosítaná az EU villamosenergia-fogyasztásának mintegy 10-% át. Közbenső lépésként 40 GW kapacitás épülne ki 2020-ra – szemben a ma telepített 1 GW-tal.

A kutatás-fejlesztés elengedhetetlen a TPWind jövőképének hatékony megvalósításához, valamint a célkitűzések megvalósításának támogatásához. A szélenergia-szektorról alkotott 2030-as jövőképének megvalósítása érdekében a TPWind kijelölte a kutatás-fejlesztési prioritásokat. Négy tematikus terület lett azonosítva:

1) szélenergia potenciál;

2) szélturbina-technológia;

3) szélenergia integrálása;

4) part menti létesítmények kiépítése és működtetése.

A TPWind 2030-as jövőképének megvalósításához és a szélenergia nagyléptékű kiépítéséhez alapvető fontosságú a stabil és jól definiált piaci, politikai és szabályozási környezet nyújtotta támogatás. A piacra való bevezetés stratégiája egyéb célok mellett a költség csökkentésére és a szélenergiának a természetes környezetbe történő hatékony integrálására is törekszik.

Ennek egyik sarkalatos pontja a kutatás-fejlesztés finanszírozása. A szélenergia kutatására és fejlesztésére jelenleg fordított teljes összeg az EU-ban nem elegendő  a megújuló energiaforrások energiaszerkezetbeli részesedése vonatkozásában kitűzött európai célok, illetve a növekedésre és a munkahelyek számára vonatkozó lisszaboni célkitűzések eléréséhez.

A legkritikusabb elem az európai hozzájárulás. A stratégiai energiatechnológiai terv (SET-terv) számos eszközt javasol a helyzet megoldására egyebek között az Európai ipari kezdeményezéseket és az Európai szélenergia-kezdeményezést.