Nap- és szélenergia – Föld Köztársaság 20. rész

Kedves Olvasó!

Köszönöm, hogy velem tart. Az itt olvasható blogom a jövő év első felében a Gondolat Kiadónál FényCivilizáció címmel megjelenő könyvemben is megtalálható lesz.

Napenergia

A Nap energiája közvetlenül sugárzás útján, vagy közvetve a biomasszában, a szél, a víz és a geotermikus energiában áll rendelkezésünkre. A Nap állandó energiamennyiséget jelent a Föld számára. Ez az energiamennyiség 17 000-szer nagyobb, mint az emberiség teljes energiafelhasználása. (399) Ez az óriási energiamennyiség a Föld atmoszférájába jutva, a vizekben és a biomasszában tárolódik, és aztán végül is, mint hő a világűrbe kerül vissza.

A Nap, az egyik legalapvetőbb megújuló energiahordozó és számos más energiafajtának is az alapja. A lehetséges hasznosítás szempontjából elkülöníthetünk passzív és aktív energiatermelést. Passzív hasznosításkor az épület tájolása és az építőanyagok a meghatározóak, ilyenkor az üvegházhatást használjuk ki hőtermelésre.

Az aktív módszer során a napenergiát hőenergiává alakítjuk. Az épületekre szerelve ezt a célt szolgálják a napkollektorok. A fotovoltaikus eszközökkel (PV) a napelemekkel a napsugárzás energiáját elektromos energiává alakítjuk.

A napenergia közvetlen hasznosításának legelterjedtebb módjait két fő csoportba szokás sorolni. Ezek egyike az ún. aktív hasznosítás, amikor valamilyen külön erre a célra készített eszköz (kollektor, napelem) segítségével alakítjuk át a napsugárzási energiát hővé vagy elektromos energiává. A napenergia aktív hasznosítása alapvetően fototermikus vagy fotoelektromos módon mehet végbe.

A másik megoldás a passzív hasznosítás, amikor külön kiegészítő eszköz, berendezés nélkül tudjuk a napenergiát hasznosítani. Ez lényegében az épületek kialakításával, tájolásával kapcsolatos.

A fotoelektromos megoldás során napelem segítségével alakítjuk át a napenergiát közvetlenül elektromos energiává. Az ily módon kapott 12 vagy 24 V-os egyenfeszültséggel közvetlenül lehet fogyasztókat (pl. világítás, szellőztetés stb.) működtetni. Szükség esetén, 230 V-os váltóáramú hálózati fogyasztók is működtethetők egy inverteres egység közbeiktatásával.

Az összegyűjtött energiát kémiai úton akkumulátorokban vagy más módon pl. víz helyzeti energiájaként tárolják, majd azt igény esetén éjszaka vagy alacsony napsugárzási viszonyok esetén használják fel.

Fotoelektromos rendszerek fontosabb alkalmazásai a következők lehetnek:

❖ hálózattói távoli telepek, farmok, épületek, istállók, raktárak elektromosenergia-ellátása (világítás, szellőztetés, vagyonvédelem stb.),
❖ öntözés, vízszivattyúzás (belvíz), állattartó telepek vízellátása,
❖ hírközlő berendezések elektromosenergia-ellátása,
❖ közszükségleti berendezések energiaforrása.

A fotoelektromos rendszerek előnyei a következők:

❖ minimális üzemeltetési költség,
❖ a működés során nincs káros kibocsátás (emisszió) sem égéstermék, zaj, ❖ a működés során nincs szükség üzemanyagra (így nem kell szállítani és tárolni sem),
❖ nem tartalmaz mozgó alkatrészt, így nincs mechanikus meghibásodás,
❖ minimális a karbantartási igény,
❖ megbízható üzemelés, hosszú élettartam.

Szélenergia

A szélenergia szintén a Nap energiájából származik, szintén megújuló energiaforrás. A földfelszínt érő napsugárzás erőssége nem mindenütt egyforma. Ennek eredményeként a Földön mindig vannak olyan helyek, amelyek felett eltérő hőmérsékletű nagy légtömegek helyezkednek el. A hőmérséklet-különbég azt eredményezi, hogy a levegő sűrűségében és nyomásában is különbségek keletkeznek. A nyomáskülönbségek hatására a légkörben áramlás indul meg, s ez mindaddig fennmarad, amíg a hőmérséklet-különbségek s ezzel természetesen a sűrűség- és nyomáskülönbségek is–ki nem egyenlítődnek. Így jönnek létre Földünkön a szelek.

A szélsebesség két fő tényezőtől függ: az egyik az, hogy mekkora légtömegek között áll fenn a hőmérséklet-különbség. A szél annál hevesebb, minél nagyobb ez a különbség, és minél nagyobb légtömegek hőmérséklete tér el egymástól.

A szél energiájának hasznosítására napjainkban a szélerőművek szolgálnak. A szélerőművek előképe a szélmalom, de ez csak mechanikus szerkezet volt és leginkább gabonaőrlésre és vízpumpálásra használták. A szél kinetikus energiáját a szélturbina lapátjai forgási energiává alakítják, amelyet a generátor elektromos árammá alakít át. A szél energiája abból származik, hogy amint a napsugárzás eléri a földet 1-3%-a átalakul szélenergiává. Ez 50-100-szor nagyobb mennyiség, mint amit a Föld növényvilága a fotoszintézisen keresztül kinyer. A szélenergia a magasságtól függően változik, például van olyan hely, ahol a szél sebessége folyamatosan meghaladhatja a 160 kilométert óránként.

A szélenergia hasznosítását behatárolja az, hogy csak széljárta helyeken lehet elhelyezni, tehát kell egy minimális szélerő és sebesség, amely lehetővé teszi a szélerőművek működését. A szélenergia hasznosítása egyszerű és környezetbarát. A szélturbina megoldást jelenthet olyan helyeken is, ahol nem gazdaságos kiépíteni nagyfeszültségű vezetéket.

A mai szélerőművek jellemzően 35-40 km/óra szélsebesség esetében még hatékonyan működnek, vagyis 9-11 m/s szélsebességen is jó hatásfokkal termelnek. Az a legkisebb energiatermelésre alkalmas szélsebesség 3-4 m/s. A felső határt meghaladó szélsebességek esetére az erőműveket védelemben kell részesíteni, amely biztosítja azok épségét. Az alsó és felső szélsebesség határ miatt a szélerőművek korlátozottan működhetnek, ezért a szélenergia hasznosításának lehetőségei korlátozottak.

A másik nehézség az, hogy a szeleknek nemcsak a sebessége, hanem az iránya is változik. Csak kevés olyan helye van a Földnek, ahol a szélirány állandóan vagy hosszabb időszakon át változatlan marad. E tényező következtében a szélerőműveknek különféle típusai fejlődtek ki.

A 20. század második felében a szélenergia versenyképességének és elterjedésének ösztönzése érdekében speciális fejlesztések indultak a lapátok kivitelezésére és anyagára vonatkozóan, új generátor konstrukciók születtek, a mikroelektronika alkalmazása pedig segítette a hatékonyabb és megbízhatóbb vezérlési megoldások létrehozását. A berendezések mérete egyre inkább növekedett, ami által a fajlagos költségek jelentősen csökkenthetőek voltak. A nagyobb teljesítményű berendezéseknél az egységnyi mennyiségű termelt energiára vetített beruházás, továbbá energia-előállítási költség számottevően csökkent.

A környezeti és gazdaságossági szempontokból két irány bontakozik ki. Az egyik a tengerre telepített (offshore) rendszerű berendezések, amelyek a tengerpartokra, a sekély tengerparti vizekbe telepítendők és folyik a létesítés eszközeinek fejlesztése, valamint a kapcsolódó létesítmények kialakítása. Ezen a téren a jó adottságokkal bíró Írország, Hollandia, Nagy-Britannia, Dánia nagy projekteket valósít meg.

Másik irányzat a szárazföldi (onshore) körülmények között magas oszlopokon nagyteljesítményű, de kisebb szélsebességeket is jól hasznosító egységek létrehozása. Ezek előnye, hogy sokkal közelebb vannak a villamos energia fogyasztókhoz. Mindkét fejlesztési irány nagy perspektívával rendelkezik.

Következő blogom témája: Biomassza, mint megújuló energiaforrás

Kedves Olvasó!

Köszönöm, hogy velem tartott és üdvözlöm Önt,