EGY ÉVE ÜZEMEL A KULCSI SZÉLERŐMŰ

Dr. Korényi Zoltán

2001. május 23-án lépett üzembe az első magyar, közcélú áramszolgáltatói hálózatba integrált 600 kW névleges teljesítményű szélerőmű. A jelen cikk bemutatja a berendezést és beszámol az első év üzemeltetési tapasztalatairól.

The first Hungarian, in a public utility network integrated wind energy converter (WEC) of 600 kW nominal capacity, was set into operation on May 23rd, 2001. This article presents the equipment and reports on the operatinal experiences.

1. Bevezetés

A nemzetközi egyezményekhez igazodva az Európai Unió célul tűzte ki, hogy az összenergia-felhasználásból a jelenlegi 6% helyett 2010-re 12 % legyen a megújuló energia aránya. Magyarországon ezt az arányt a jelenlegi kb. 3 %-ról 6%-ra kell növelni.
Az E.ON Hungária Rt. is kinyilvánította a szerepvállalását ebben a programban, amikor felkarolta a Stelczer Balázs által kezdeményezett kulcsi szélerőművi projektet.
A 600 kW névleges teljesítményű szélerőmű Budapesttől 59 km-re délre, a Duna jobb partján, Kulcs nevű községben, egy domb tetején (tengerszint feletti magasság: 166 m) lévő gyümölcsösben került felállításra.
A 2001. május 23-án üzembe helyezett háromlapátos berendezés által megtermelt áram egy 20 kV-os kábelen keresztül kerül a DÉDÁSZ közcélú hálózatába. A megtermelt energia kb. 750 család villamos energia szükségletének felel meg.
Egy szélerőmű megvalósításának négy alapvető előfeltétele van: elegendő szél, hálózati csatlakozási lehetőség, telek (út), és pénzforrások.

2. Szélviszonyok és az erőmű karakterisztikája

Egy szélerőművi beruházás előkészítésének első lépése a szélviszonyok egy éven áttartó, méréssel történő meghatározása. Kulcson a szélmérés 1999 márciusában indult meg a víztorony tetején, 35 m magasságban, a gödöllői Szent István Egyetemen működő Magyar Szélenergia Tudományos Egyesület közreműködésével. A mért szélsebességek gyakorisági görbéjét az 1. ábra mutatja, amelyből 6,2 m/s átlagsebesség adódik.

Egy adott szélsebesség mellett az elméletileg kinyerhető mechanikai teljesítmény az alábbi egyenlettel határozható meg:

Ahol:

Az egyenlet megmutatja a szélsebesség jelentőségét, vagyis azt, hogy a kinyert teljesítmény a szélsebesség harmadik hatványával arányos.
A gyakorlatban a szélerőművek karakterisztikáját az első típusokon, a szabványok által előírt módon végzett mérésekkel határozzák meg. A kulcsi szélerőmű német ENERCON cég által szállított, E-40 típusú berendezésének a teljesítménygörbéjét a 2. ábra mutatja.
A görbe mentén elhelyezkedő pontok bemutatják a próbaüzemi mérések eredményeit is.

3. A szélerőmű felépítése és működése

Felépítése
A szélerőmű az alábbi fő elemekre tagolható: (1) alapzat, (2) tartótorony, (3) gondola (gépház), (4) lapátkerék, (5) transzformátorház és (6) hálózati csatlakozás.
A tartótorony tetején lévő gondola-lapátkerék egység elforgatható. A lapátkerekek önmagukban is elforgathatók.

(1) Az alapzat egy 12 m átmérőjű, 1,5 m mély csonkakúpszerű vasbeton szerkezet, amelynek az a feladata, hogy biztosítsa a karimás csavarkötéssel rászerelt, kb. 94 tonna súlyú torony stabilitását. Az alapozási munka része volt a villamos földelés elkészítése is.


(2) A tartótorony egy enyhén kúpos formájú, alul 2,4 m, felül 1,2 m átmérőjű, átlagosan kb. 20 mm falvastagságú, acélból készült csőszerkezet. A tartótorony aljában helyezkednek el az elektrotechnikai és irányítástechnikai szekrények.


(3) A 4,5 m átmérőjű gondolában található egy sokpólusú szinkron generátor, egy a tengelyvégre szerelt csúszógyűrűvel (gerjesztéshez),  a toronyfejet és a lapátokat forgató motorok, a gondolán belüli elektromos berendezések vezérlő szekrénye és a forgórészt reteszelő berendezés. A gondola tetején kapott helyett az üzemi szélmérő berendezés. A gépház külső része villámhárítóval is fel van szerelve. (3. és 3a ábra)


(4) A három lapát üvegszál erősítésű epoxigyantából készült. A külső felület egy védőréteggel van bevonva, amely véd a napsugárzás, valamint a környezet mechanikai és kémiai behatásai ellen. A lapátok állásszöge a szélsebesség nagyságától függően mikroprocesszoros vezérléssel állítható be. A lapátok első és hátsó élébe villámhárító huzalok vannak beépítve.


(5) A különálló transzformátorházban kapott helyett a 0,4 / 20 kV áttételű transzformátor és az SF6-os villamos megszakító.


(6) A transzformátor házat és a közeli utcában található 20 kV-os légvezetéket egy kb. 200 m hosszúságú földkábel köti össze.

Ebből, a legkorszerűbb típusok közé tartozó berendezésből már több mint 2500 darabot telepítettek világszerte. Sajátossága az, hogy a lapátkerék és a generátor egy tengelyen helyezkednek el, szemben a régebbi, kéttengelyes típusokkal, amelyeknél a lapátkerék és a generátor tengelye között egy nyomatékváltó hidalja át a fordulatszám különbségeket. A nyomatékváltó ez esetben a lapátkerék 25-30 1/perc fordulatszámát átalakítja a generátor által igényelt 1000 1/perc értékűre. Ez a konstrukció zajosabb, nagyobb a karbantartási igénye és a meghibásodás valószínűsége. Ezzel szemben az egytengelyes megoldás egyszerűbb, jobb hatásfokú.

Működése
A lapátkerékhez érkező szélből kivett energia a következő folyamaton keresztül jut be a közüzemi hálózatba (3. ábra):

• A szél energiája az óramutató járásával egyezően megforgatja a lapátkereket, amelynek fordulatszámát és a lapátok állásszögét egy számítógépes program vezéreli úgy, hogy a megfelelő értéket a pillanatnyi, mért szélsebességtől függően állítja be.
  
• A szinkrongenerátor változó feszültségű, változó frekvenciájú, váltakozó áramot termel.
  
• Ezt az áramot kábelek viszik le a torony aljába, ahol az inverter első lépésben egyenirányítja, majd második lépésben átalakítja 0,4 kV / 50 Hz „normál” árammá.
  
• Az áram, kilépve a toronyból, kábeleken át kerül be a különálló transzformátor házba, ahol a transzformátor 20 kV feszülségszintre transzformálja fel, majd áthalad az SF6-os villamos megszakítón. Ugyancsak a transzformátor házban kapott helyett az elszámolási mérés.
  
• A transzformátort elhagyó középfeszültségű áram földalatti kábelen át jut be a DÉDÁSZ 20 kV-os hálózatába.

A szélerőmű akkor kezdi meg az áramtermelést, amikor a szélsebesség eléri a 2,5 m/s-t. Ennek feltétele az, hogy a 20 kV-os hálózat feszültség alatt legyen, mert az irányítástechnika a hálózat paramétereit tekinti szabályozott jellemzőnek, annak megfelelően állítja be a szélerőmű által megtermelt áram minőségi paramétereit. A lapátkerék mindig automatikusan a szélirányra merőlegesen áll be. Az optimalizáló program a fordulatszámot és a lapátszöget minden pillanatban úgy szabályozza, hogy az energiaátalakítás hatásfoka maximális legyen.
Ha a szélsebesség eléri a 25 m/s értéket, akkor a túlzott erőhatások elkerülése érdekében a berendezés leáll. Ez a hálózatról történő leválasztással és egyidejűleg a lapátok szélirányba való beforgatásával megy végbe.
A Kulcsi Szélerőmű főbb jellemzőit az 1. táblázat foglalja össze.

1.táblázat: A Kulcsi Szélerőmű adatai

4.A beruházás jellemzői

A projektfejlesztés a szélméréstől az üzembe helyezésig az alábbiak szerint zajlott le:

1. Szélmérés:1999. április-2000. március
2. A gyártó kiválasztása:2000. március
3. Engedélyezés:2000. év
4. Pályázási folyamat:2000-2001. év
5. Alapozás:2001. február(lásd 4. ábra)
6. A szélerőmű megérkezése:2001. május 15
7. A torony felállítása:2001. május 16-18.(lásd 5. ábra)
8. Villamos szerelés:2001. május 21-22.
9. Próbaüzem kezdete:2001. május 23.
10. A szélerőmű átadása:2001. június 15.(lásd 6. ábra)

A szélerőmű összeszerelése, és üzembe helyezése mindössze öt napot vett igénybe. A legidőigényesebb fázisokat az egyéves szélmérés és a pályázási eljárás jelentette. Az építési engedély megszerzése a helyi önkormányzatnál történt, amely tizenhét szakhatóságot vont be. Ezt sikerült problémamentesen lebonyolítani. Kulcskérdés volt a pénzügyi támogatás megszerzése, mert anélkül a jelenlegi kötelező átvételi árakon, gazdaságossági alapon, a beruházás nem lett volna megvalósítható. Az időtervezés szempontjából problémát jelentett, hogy a szélerőmű gyártójával a szállítási szerződést csak a támogatási pályázatok eredményhirdetése után írhattuk alá. Mivel szélerőműveket nem gyártanak raktárra , nem volt könnyű egy rövid távú szállítási határidőt elérni.

A szélerőmű teljes beruházási költsége:200 mill. Ft

Ebből támogatás:

• Gazdasági Minisztérium:32,5 mill. Ft
• Környezetvédelmi Minisztérium:16,25mill. Ft

  Kamatmentes hitel:

• Környezetvédelmi minisztérium: 16,25 mill. Ft

5. Üzemeltetési tapasztalatok

A Kulcsi Szélerőmű az üzembe helyezés óta kifogástalanul működik. A gyártó cég, az  ENERCON, az üzemi adatokat telefonkapcsolaton keresztül behívja a németországi gyári diszpécser központjába, ahol a személyzet az esetleges zavart azonnal észreveszi, és azonnal tud intézkedni. Ez a rendelkezésre állási garancia miatt fontos.
A kétéves garanciális időszak alatt a gyártó cég minden karbantartási munkát elvégez, minden zavart elhárít, így az üzemeltetőnek csak ellenőrzési feladata van.

Az üzembe helyezés után a legizgalmasabb kérdés, hogy meg tudja-e termelni a szélerőmű az előzetes szélmérések alapján számított villamos energiát. Az első év eredménye azt mutatja, hogy a Kulcsi Szélerőmű által megtermelt energia megfelel az előzetes szélmérési adatoknak.

Az érvényben lévő rendelet szerint a megtermelt villamos energia átvételi kötelezettség alá esik, árát a mindenkori árrendelet határozza meg.
A jelenlegi kötelező átvételi ár:

A változó szélviszonyok napi alakulásától függően ebből 14 és 15 Ft/kWh közötti átlagár jön ki.

6. Környezetvédelmi szempontok

Az építési engedélyezési eljárás fontos része a környezetvédelmi hatóság engedélye. A Kulcsi Szélerőmű minden engedélyt problémamentesen megkapott.

Minden energiatermelésnek vannak környezeti hatásai. Azok a hatások, amelyeket egy szélerőmű okoz, minimálisak.

Fontos szempont a vizuálitás és a tájképbe való illesztés. Az ENERCON cég berendezései olyan, a torony magassága szerint változó, színösszeállítással készülnek, amely az eddigi gyakorlati tapasztalatokat és tudományos eredményeket is figyelembe veszik. Ezt szolgálja a formatervezés is.

A hanghatások szempontjából minden tekintetben messze megfelel mind az európai és a hazai előírásoknak. A hatósági zajkibocsátási mérések azt mutatják, hogy a szélerőmű által okozott zajterhelés egyrészt határérték alatti, másrészt a környezet alapzajtól nem elválaszható.

Felmerül a kérdés, hogy a lapátok mozgása veszélyezteti-e a madarakat. Mivel a lapátkerék lassú forgású, a madarakra semmilyen hatása nincs , sőt egyes ragadozó madarak előszeretettel használják a gépházat megfigyelő helyül..

A Kulcsi Szélerőmű által megtermelt villamos energia a magyar szénerőműveket alapul véve a  magyarországi CO2 kibocsátást évente kb. 1800 tonnával tudja csökkenteni.

7. Összefoglalás

A Kulcsi Szélerőművel szerzett eddigi tapasztalatok azt mutatják, hogy a magyarországi szélviszonyokra is lehet technikailag működő szélerőművet telepíteni. Az adott kulcsi helyszínen és az adott magasságban kb. 2000 h/év csúcskihasználási óraszám érhető el. A jelenlegi hatósági villamos energia árakon, amelyek egyébként magasabbak a versenypiaci áraknál, nem lehet szélerőműveket vállalkozási alapon, gazdaságosan építeni (az egyszerű megtérülési idő: 10-12 év). Egy elfogadható megtérülés csak vissza nem térítendő támogatással, vagy magasabb átvételi árral érhető el.

A Kulcsi Szélerőmű egy új technológiát demonstrál Magyarországon, amely az EU csatlakozás energiatakarékossági előírásainak teljesítéséhez is hozzájárul. Ennek elismeréseként 2002. márciusában Innovációs Díjat kapott.

A szélerőmű mellett elkészült egy 50 fő befogadóképességű előadóterem, amely nemcsak a megújuló energiák népszerűsítésére, hanem konferenciák rendezésére is alkalmas.

Budapest, 2002. 07. 20.

Dr. Korényi Zoltán