Ugrás a tartalomhoz

Energetika

Dr. Tóth Péter, Dr. Bulla Miklós, Dr. Nagy Géza (2011)

A szélenergia hasznosítása

A szélenergia hasznosítása

A szélenergia hasznosításának történeti áttekintése [24]

A szélenergia eredendő forrása a Nap. A napsugárzás a felszín különböző területeit eltérő mértékben melegíti fel. A hőmérsékletkülönbség nyomáskülönbséghez vezet, amit a levegő áramlása igyekszik kiegyenlíteni. Szélenergiát a levegő mozgási energiájából nyerhetünk.

Ókor

A szél régóta fontos szerepet tölt be az emberiség történetében. Először ötezer évvel ezelőtt az egyiptomiak hasznosították tudatosan, amikor vitorlás hajóikkal a Níluson közlekedtek. Az első szélmalomról szóló beszámoló Babilóniából származik. Az 500-as években kezdtek nagyobb számban elterjedni a gabona őrlésre és öntözésre is használt szélmalmok, először a mai Irán és Afganisztán területén. Ezekben a malmokban a lapátok függ leges tengely körül forogtak.

4.22. ábra - Perzsa szélmalom, Forrás: http://www.chemonet.hu/hun/index.html

Perzsa szélmalom, Forrás: http://www.chemonet.hu/hun/index.html


Középkor

Nyugat-Európában a 12. században jelentek meg a gabonaőrlő szélmalmok, melyek lapátjai már vízszintes tengely körül forogtak.

4.23. ábra - Gabonaőrlő szélmalmok, Forrás: http://www.chemonet.hu/hun/index.html

Gabonaőrlő szélmalmok, Forrás: http://www.chemonet.hu/hun/index.html


A szélenergia hasznosításának ötletét a Közel-Keleten járt kereskedők hozták magukkal Európába. A függőleges tengelyről a vízszintesre való áttérést valószínűleg az indokolta, hogy rájöttek, így nagyobb hatásfokkal lehet kihasználni a szél energiáját.

Növelte a hatásfokot, amikor bevezették a lapátok szélirányba forgatását. Ezt kézzel végezték.

Néhány évszázaddal később a szélmalmokat alkalmassá tették vízszivattyúzásra is. Az iparosodás koráig a szélmalmok más feladatokat is elláttak, mint pl. a fűrészelés, öntözés, fűszer-, kakaó-, dohány-feldolgozás. A gőzgépek elterjedésével azonban fokozatosan elvesztették e szerepüket.

Magyarországon főleg a vásznazott léces vitorlákat alkalmazták. A négylapátos szélmalmok a XVII. századtól jelentek meg hazánkban.

Újkor

A kisméretű, vízszintes tengely, többlapátos szélerőműveket a 19. század második felében alkalmazták először vízszivattyúzásra az Egyesült Államok nyugati vidékein.

4.24. ábra - Vizet szivattyúzó szélerőmű, Forrás: http://www.akg.hu/~csapogi/essze.htm

Vizet szivattyúzó szélerőmű, Forrás: http://www.akg.hu/~csapogi/essze.htm


A szélerőművekre felszereltek egy hátsó, függőleges lapátot, amely a lapátok szélirányba való beállításáról gondoskodott. Kezdetben a szélkerekek lapátjai fából készültek. 1870-ben nagy áttörést jelentett, hogy a fa lapátokat vékony acéllemezekre cserélték. Az acéllemezek könnyebbek voltak, nagyobb sebességet és hatékonyságot értek el velük.

1889-ben 77 szélerőmű gyártó cég működött az USA-ban, amelyek exportra is termeltek. Az 1930-as években az amerikai farmokon szélerőművekkel állították elő a villamos áramot is.

Az ötvenes években azonban, amikor az elektromos hálózatot már majdnem mindenhol kiépítették, háttérbe szorult a használatuk.

Magyarországon a XIX. század második felében megjelentek a gőzmalmok. Ezek olcsóbban, nagyobb kapacitással dolgoztak, mint a szélmalmok. A szélmalmok legtöbbje ekkor pusztult el. Németországban az 1895-ben még üzemelő 18 200 szélmalomból 1913-ban már csak 13 405 létezett, ezek közül 11 366 dolgozott tisztán szélenergiával.

Északnyugat-Európában közel 20 000 nagy szélmalom működését szüntették meg. Ez a folyamat zajlott le Magyarországon is.

Villamosenergia-termelés szélenergiából

Az első nagyméretű, villamos energiát előállító szélturbinát 1888-ban építette meg az ohiói Charles F. Brush. A 144 lapátos Brush turbina fából készült, átmérője 17 méter volt és húsz éven keresztül üzemelt.

Az 1920-as években alkotta meg a francia G. J. M. Darrieus a függőleges tengelyű szélrotor modern változatát. A jellegzetes, habverő alakú szerkezet két vagy három vékony, repülőgépszárny-profilú, lapátból állt.

4.25. ábra - Darrieus szélerőmű, Forrás:http://www.akg.hu/~csapogi/essze.htm

Darrieus szélerőmű, Forrás: http://www.akg.hu/~csapogi/essze.htm


Az 1973-as olajválság idején az Egyesült Államokban is próbálkoztak a Darrieus-féle szélturbinával. Néhány prototípust építettek, azonban az üzemeltetés során nehézségek támadtak. A függőleges tengelyű szélturbina nem váltotta be a hozzá fűzött reményeket, ezért kereskedelmi forgalomban nem is terjedt el.

Egészen 1931-ig nem építettek 30 kW-nál nagyobb teljesítményű szélerőművet, 1931 májusában a Kaszpi-tenger partján üzemelték be az első 100 kilowatt teljesítményű szélerőművet, amely 10 évig működött. Ezt követően, 1935 és 1970 között számtalan nagy teljesítmény szélerőmű épült szerte a világon. 1963-ban helyeztek üzembe egy 1000 kW-os szélturbinát Franciaországban.

Dániában az első áramtermelésre készített szélerőművet 1957-ben állították fel. Kereskedelmi forgalomban 1976-ban jelentek meg a szélerőművek. Főként magánszemélyek vettek részt az elterjesztésükben, akik saját felhasználásukra termelték a villamos áramot.

A modern szélerőművek megjelenése

A 20. század második felében, az olajár ingadozásának függvényében folytak a kutatások és fejlesztések a szélenergia-hasznosítás területén, főképp Dániában, Németországban, az Egyesült Államokban, Svédországban, Kanadában és az Egyesült Királyságban.

A 20. században megjelentek a dán háromlapátos szélturbinák. Az amerikaiak többször tettek negatív megjegyzéseket a dán szélerőművekre, mégis a nyolcvanas évek közepén, az állami támogatás eredményeképpen felfutó kaliforniai szélerőmű farm telepítések során a gépek fele már Dániából származott. Ennek oka, hogy a dán szélerőművek megbízhatóan, alacsony fenntartási költséggel működtek. Dánia kiaknázta a szélenergia hasznosításban rejlő lehetőségeket, hiszen a kilencvenes években kedvező áram-átvételi árakkal segítették a szélerőmű telepítéseket. A 21. századba úgy léptek be, hogy az ország villamos energia igényének 13 százalékát szélenergiából fedezték. Jelenleg a dán szélenergia kapacitás 80%-a magán tulajdonban van és a világon üzemelő szélturbinák közel fele Dániában készül.

Napjainkban egyre nagyobb teljesítmény szélerőműveket gyártanak és telepítenek. Az egyre nagyobb méretű turbinák gyártását az anyagtudomány rendkívül gyors fejlődése teszi lehetővé. A nagy előrelépést a repülőgépekben is használt üvegszál-kompozit anyagok alkalmazása jelentette. A fejlesztéseknek köszönhetően a szélerőművek teljesítménye és hatásfoka egyre nő.

4.26. ábra - szélerőmű park (Forrás: http://www.mszet.hu)

szélerőmű park (Forrás: http://www.mszet.hu)


4.27. ábra - szélerőmű park Klettwitz (Forrás: http://www.mszet.hu)

szélerőmű park Klettwitz (Forrás: http://www.mszet.hu)


A szélenergia hasznosítás helyzete a világban, Európában és Magyarországon

A szélenergia hasznosítása a világban [30]

A szélenergia hasznosításának története azt mutatja, hogy elődeink sokáig nem is ismertek más olyan energiát, amit szolgálatukba állíthattak volna. Sok megvalósult és meg nem valósult találmány épült erre a kiszámíthatatlan, de mindig jelenlévő energiára. Később a szén, a kőolaj, a földgáz elégetéséből, majd a nukleáris energiából nyert elektromos áram kétség kívül sokkal kényelmesebbé tette az emberek életét. Olyannyira, hogy az emberiségnek egyre több és több energiára van szükség, mígnem megjelentek ennek gátjai. A fosszilis energiahordozók elfogyhatnak, az atomreaktor atombombává (is) válhat, hogy mindegyik fosszilis energiahordozó valamilyen módon szennyezi a környezetünket, elsősorban a légkört. Az energiatermelés fokozódása következtében a Föld légkörében folyamatosan nő az üvegház hatású gázok koncentrációja, ami végső soron a globális felmelegedéshez, ennek következményeképpen pedig az éghajlat megváltozásához, de legalábbis ingadozásához vezetethet.

A szélenergia hasznosítása a világban ma a reneszánszát éli, mert:

  • versenyképes a fosszilis energiára elsősorban a szénre alapozott villamos energia-termeléssel.

  • nincs üzemanyag szükséglete, a szélenergia ingyen rendelkezésre áll, és kimeríthetetlen.

  • a szélenergiára alapozott villamos energiatermelés „tiszta technológia”. Nincs üvegházhatású gáz kibocsátás.

  • a szélenergia hasznosítással elkerülhető a villamos energia árak fosszilis energiaárakat követő áringadozása.

  • a szélenergia hasznosítás a legújabb kutatási eredmények szerint kontinentális feltételek mellett is gazdaságos lehet.

  • a szélerőművek gyorsan kivitelezhetőek.

  • a szélerőművek működése nem akadályozza, hogy a felállítás helyén továbbra is mezőgazdasági tevékenységet folytassanak.

  • a legújabb kutatási eredmények szerint a szélerőműveknek nincs a környezetre káros hatása.

  • a teljes életciklus analízis alapján az „offshore” szélerőműveknél a szélerőmű teljes életciklusában felhasznált villamos energia a szélerőmű kilenc havi villamos energia termelésével, míg „onshore” szélerőműveknél 8 havi villamos energia termeléssel fedezhető.

A világméretű gazdasági válság ellenére a szélenergia hasznosítása, a szélenergia iparág további dinamikus növekedése 2009-ben úgy Európában, mint a világban tovább folytatódott.

A Globális Szélenergia Tanács (GWEC) statisztikái szerint 2008 év végén összesen 120,8 GW teljesítményű szélerőmű volt üzemben, amely 28,8 %-os növekedést jelentett az előző évhez képest. 2009 évben a világban 37,466 GW szélerőmű teljesítményt helyeztek üzembe.

Ez 2008 évhez viszonyítva 31,07%-os növekedést jelent. A közzétett adatokból kiderül, hogy a szélerőművek telepítése a világ egész területén rendkívül népszerű, és a jövőt tekintve is töretlen fejlődés várható ezen a területen. A 2009. évben az összes szélerőmű kapacitás terén az USA megelőzte Németországot, míg Kína megduplázta a kapacitását és ezzel a világ sorrendjében a negyedik helyre került.2009.év végére a világban 157,89 GW szélerőmű teljesítmény volt üzemben. Ez a növekedési ütem azt jelenti, hogy a világban négy évenként megduplázódik a beruházott szélerőmű teljesítmény. A szélenergia ipar ilyen mérvű fejlődése jelentősen hozzájárulhat az egyes országok gazdaságához, a foglalkoztatottak számának növeléséhez, az ellátásbiztonság javításához, az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentéséhez.2009 végére a világ szélenergia iparában foglalkoztatottak száma meghaladta a 400 ezer főt és ez a szám várhatóan növekedni fog. A szélenergia hasznosítással foglalkozó tanulmányok megerősítik azt a tényt, hogy a világ szélenergia tartalékai rendkívüliek. A világban hasznosítható éves szélenergiát 53000 TWh-ra becsülik. Ez kétszeresen meghaladja a világ 2020-ra prognosztizált 25578 TWh villamos energia igényét.(World Energy Outlook der HEA 2020)

4.28. ábra - szélerőmű kapacitások a világban és Európában

szélerőmű kapacitások a világban és Európában


A szélenergia hasznosítása Európában [30]

2008-ban 10,16 GW szélerőmű kapacitás létesült az öreg kontinensen. Ez 15,9%-os növekedést jelent. Európában 2009 végére 76,1GW szélerőmű teljesítmény volt üzemben. Átlagos szélviszonyok között ez 166 TWh villamosenergia - termelést jelent. A szélerőművek ma Európa villamos energia igényének 4,2%-át képesek fedezni. Az így termelt energiával 125 millió tonna széndioxid kibocsátása kerülhető el, amely mintegy 50 millió autó üvegházhatású gáz kibocsátásának felel meg.

2008-ban Európában az újonnan épült villamos energia- termelő kapacitások 43%-át adták a szélerőművek, először megelőzve a földgáz illetve olaj tüzelőanyagú erőművek beruházott teljesítményét. 2009-ben ez a trend folytatódott, nevezetesen az újonnan épült villamosenergia-termelő kapacitások 25,9GW 39,14%- át adták a szélerőművek és csak 25,5%-át a földgáz tüzelőanyagú erőművek. Az európai erőmű beruházásokban 1995-től folyamatosan nő a szélerőmű teljesítmények részaránya. 2030-ra várhatóan 300GW szélerőmű teljesítmény lesz üzemben Európában. Ez azt jelentheti, hogy Európában a villamos energia-termelés mintegy 30%-át a szélerőművek adhatják.

4.29. ábra - évente telepített szélerőmű kapacitások Európában

évente telepített szélerőmű kapacitások Európában


A szélenergia hasznosítás helyzete Magyarországon [2] [24] [27] [28] [29] [30]

Magyarország medence-fekvése, a Kárpátok és az Alpok szélárnyékoló, áramlásmódosító hatása miatt a mérsékelten szeles területek közé tartozik. A 10 méteren mért átlagos szélsebesség 2,5-4,5 m/s között változik. A szeles órák száma hazánkban átlagosan 1500-2200 óra. A legszelesebb az ország északnyugati térsége, ahol 75 méteren jellemzően 5 m/s feletti, míg a legkevésbé szeles az Északi-középhegységben, ahol helyenként 3 m/s alatti az éves átlagos szélsebesség.

4.30. ábra - Magyarország széltérképe h=75 méteres magasságban [12] [32] (Forrás: Országos Meteorológiai Szolgálat)

Magyarország széltérképe h=75 méteres magasságban [12] [32] (Forrás: Országos Meteorológiai Szolgálat)


Hazánkban a szélenergia hasznosításában vezető szerepet betöltő országokhoz képest nagy késéssel indult meg a szélenergia hasznosítása. Az első szélerőművet Inotán (Várpalotán) adták át 2000-ben, az első villamos hálózatra (közüzemi mérlegkör) kapcsolt szélerőmű pedig 2001-től működik Kulcson. Az első szélerőművek villamoshálózatra csatlakoztatása 20 kV-on történt. A szélerőművek az ún. „Közüzemi Mérlegkör”-höz csatlakoztak. A MAVIR Zrt-nek mint rendszerirányítónak nem volt semmilyen szabályozási lehetősége. A magyarországi villamos energia rendszer rendszerirányítását végző MAVIR Zrt. rendszerirányítási problémákra hivatkozva szigoríttatta a szélerőművek villamos hálózatra csatlakoztathatóságát.

A 246/2005 (XI.10.) Kormány rendelet négy lépcsőssé tette a szélerőművek engedélyezési eljárását, előírta a Magyar Energia Hivatalnál a kis erőműi összevont engedély megszerzését. Előírták, hogy 2010-ig csak 330 MW szélerőmű teljesítmény létesíthető.

2006. március 16-ig 1138 MW szélerőmű létesítésére érkezett a Magyar Energia Hivatalhoz igénybejelentés. A Magyar Energia Hivatal 2006. április 4-én közzétett indikatív listája szerint 330 MW szélerőmű teljesítmény létesítésére adtak engedélyt.

A Magyar Energia Hivatal (MEH) által felállított feltételrendszernek megfelelően a szélerőmű parkok az összes tervezett teljesítményük 51 %-ra kaptak engedélyt a (Pl. Levéli Szélerőmű Park).

A jogszabályi környezet azóta is rendkívül sokat és drasztikusan változott.

A villamos energia piac teljes liberalizálása 2008. január 1.-től az ezzel kapcsolatos KÁT (Kötelező átvétel) mérlegkör létrehozása (389/2007 (XII.23. Korm. rendelet, 209/2007 (XII.23. Korm. rendelet, 109/2007 (XII.23.) GKM rendelet) (2008. január 1-től).

Az új jogszabályok szerint a szélerőművek (a rendelet megjelenése előtt létesítettekre is vonatkozik) büntetést fizetnek, ha az energiatermelés előrejelzésük (menetrend) tényleges energiatermeléstől napi átlagban ±50 %-nál nagyobb mértékben eltér.

Szabad piacra került több olyan 2005. évi VET módosítás után létesült szélerőmű projekt, mint pl. Vépi szélenergia szövetkezet ENERCON E 40 típusú 600kW teljesítményű szélerőműve, amelyek jelentős európai uniós támogatást kaptak a beruházáshoz. 2008. január 1-től csak pályázat útján lehet létesíteni szélerőművek Magyarországon.

Mindezen nehézségek ellenére 2009. (december 31.) végén Magyarországon 31 helyszínen 108 db szélerőmű volt üzemben 201,325 MW összteljesítménnyel. A 2009-ben a szélerőművekkel termelt villamos energia 300 GWh volt. Ez a 2008. évi 204 GWh villamosenergia termeléshez képest 47 %-os növekményt. Ezzel a megújuló energiából történő villamos energiatermelés rangsorában a biomassza erőművek után (1569 GWh) 71,1 % szélerőművek következnek (300 GWh 13,6 %). Hazánkban 2008-ban és 2009-ben főként 2 MW névleges teljesítményű szélerőműveket telepítettek. A jellemző tengelymagasság meghaladja a 100 métert. Jelenleg is folyamatban van több nagyobb szélerőmű park beruházása főként Komárom-Esztergom megyében. A Magyar Szélenergia Társaság nyilvántartása szerint 2010. augusztus végén hazánkban 34 helyszínen összesen 149 db szélerőmű működik, amelynek összteljesítménye 276,325 MW. 2010. végére 2011 elejére várhatóan 330 MW szélerőmű teljesítmény lesz üzemben Magyarországon.

4.31. ábra - Telepített szélerőmű kapacitás Magyarországon (Forrás: MSZET)

Telepített szélerőmű kapacitás Magyarországon (Forrás: MSZET)


4.32. ábra - Kumulált telepített szélerőmű kapacitás [MW], évente beruházott szélerőművek kapacitása [MW], évente szélerőművek által termelt villamos energia mennyisége GWh-ban Magyarországon 2009. december 31.-ig (Magyar Energia Hivatal adatai alapján)

Kumulált telepített szélerőmű kapacitás [MW], évente beruházott szélerőművek kapacitása [MW], évente szélerőművek által termelt villamos energia mennyisége GWh-ban Magyarországon 2009. december 31.-ig (Magyar Energia Hivatal adatai alapján)


Mit hoz a jövő?

A Közlekedési Hírközlési Energiaügyi Minisztérium (KHEM) 2009. 06. 30-án kiadta a „szélerőmű kapacitás létesítésére irányuló pályázati kiírás feltételeiről, a pályázat minimális tartalmi követelményeiről, valamint a pályázati eljárás szabályairól” szóló 33/2009. (VI.30.) KHEM rendeletet.

Ennek alapján a Magyar Energia Hivatal 2009. 08. 28-án kiadta a „MEH Pályázati kiírást szélerőművek kapacitás létesítési jogosultságára” 410 MW összteljesítményre. A pályázat 2010. március 1-én zárult első szakasza alapján a meghirdetett 410 MW szélerőmű kapacitásra 68 pályázó összesen 1117,75 MW szélerőmű teljesítmény megvalósítására adott be pályázatot. A kiírt 410 MW teljesítményből 280 MW az országban lévő 6 hálózati engedélyesből kettőnek (E.ON Észak-dunántúli Áramhálózati Zrt. és az ÉMÁSZ Hálózati Kft) a területére együttesen került meghirdetésre. A fennmaradó 130 MW az ország többi részére (E.ON Dél-dunántúli Áramhálózati Zrt., DÉMÁSZ Hálózati Elosztó Kft., ELMŰ Hálózati Kft. és az E.ON Tiszántúli Áramhálózati Zrt. együttes területére) vonatkozóan került meghirdetésre.

2006. eleje óta most először nyílt lehetőség arra, hogy pályázati úton újabb befektetők is beléphessenek a hazai szélenergia-piacra. Sajnos a pályázatot a Magyar Energia Hivatal 2010. július 15-én visszavonta. A szélerőmű-teljesítmény bővítése azonban sürgető, hiszen az Európai Unióban vállalt kötelezettségünk – vagyis, hogy 2020-ig hazánk teljes energiafogyasztásának 13 %-a megújuló energiaforrásból származik – számol a szél termelte többletárammal is. Az állam a szélerőmű-beruházások iránti érdekeltséget a kötelező áramátvétel és az ár előírásával segíti elő. 2010. április óta kWh-ként 29,28 Ft jár a termelőknek. (MEH) A MAVIR ZRt szakemberei szerint a villamosenergia-ellátó rendszer nagyobb mértékű bővíthetőségét a villamos rendszerirányítás rugalmatlansága akadályozza. (Magyar Energia Hivatal, 2006) A szélenergiából történő villamosenergia termelés menetrendtartásának alkalmazkodnia kell a villamos energia irányítás jelenlegi előírásaihoz. Mivel az ország nem rendelkezik szivattyús tározós erőművel és gyors szabályzásra alkalmas folyami vízerőművekkel (ld. Ausztria), ezért a szélből történő villamosenergia termelés egyenetlenségeinek, hektikusságának ellensúlyozására szabályzására alkalmas fosszilis tüzelőanyagú gázturbinás csúcserőműveket kell létesíteni. (Pl. Ajka, Gönyű csúcserőmű). A technológiai fejlődés ma már lehetővé teszi a hatékony, jól kezelhető, automatizált kis teljesítményű szélerőművek megvalósulását is, de támogatás nélkül ezek sem versenyképesek. Jó megoldást jelentene a tanyák villamosítására, illetve laza szerkezetű családi házas övezetek energiaellátására is.

Magyarország szélklímája, a szél, mint meteorológiai elem jellemzői [16] (Forrás: Dr. Szalay Sándor et al : Magyar Tudomány 2010/8. szám)

A szél nagyon változékony meteorológiai elem. Ez érvényes irányára és nagyságára is. Magyarországon a szélsebesség éves átlaga 2-4 m/s között van (a felszíntől 10 m magasságban). Meg kell jegyezni, hogy a meteorológiai célú és az energetikai célú szélsebességmérés feltételei eltérőek. A meteorológiai szélsebességnek inkább nagyobb környezetre kell reprezentatívnak lennie, míg az energetikai célúnak inkább a lokálisan nagy szélsebességű helyekre. Ezért van az, hogy a meteorológiai szélmérésekre alapozva külön energiaszámítási módszert dolgoztak ki (a legelterjedtebbet, a WAsP- módszert). Magyarországon úgy választottak energetikai mérőhelyeket, hogy az elektromos hálózat leggyakoribb és legnagyobb kárt szenvedett helyein, villamos távvezetéki oszlopokra szereltek fel mérőműszereket.

Másik probléma az, hogy hosszabb idejű szélmérés a felszínhez közelebb áll rendelkezésünkre a meteorológiai állomásokon (ott a javasolt szabvány-magasság 10 m), míg általában a szélsebesség a magassággal nő. Ennek pontos meghatározása is nehézséget okozhat. A sebesség magasságtól való függése miatt elvileg a minél nagyobb szélerőmű tengelymagasság adja a nagyobb hasznot. Azonban a szélerőmű torony költségei és a biztonsági problémák csökkentésének a költségei optimalizálják a szélerőmű torony magasságát. Az aktuális nemzetközi szélerőmű kutatási eredmények alapján a nagyobb teljesítményű turbinák és magasabb tartóoszlopok hódítottak teret. Magyarországra általánosságban a 100 m magasság ajánlható. Egy másik hazai szempont szerint, a szolgáltatott energia ingadozásait elkerülendő, célszerű vizsgálni egy kisebb tengelymagasságú, de stabilabb szélsebességű (az ún. inflexiós magasságban elhelyezett) turbina gazdaságosságát a magasabb, de nagyobb napi termelésingadozást mutató nagyobb teljesítményű szélerőművekkel szemben.

A potenciális szélenergia a szélsebesség köbével arányos, ezért hosszabb időszak (például egy nap) szélsebesség átlagából nehéz becsülni. A rövid ideig tartó széllökések pedig a nagy tehetetlenségű turbinára nincsenek hatással. Ezért az energetikai számításokhoz a szélsebesség optimális időintervallumának a 10 percet szokták tekinteni.

A szélturbinák általában 2,5–3 m/s sebességnél indulnak be, de ha a szélsebesség meghalad egy kritikus értéket (22–25 m/s), akkor a szélerőmű automatikusan leáll, hogy ne károsodjon a generátor. Tehát az értékes szélsebességi tartomány a két érték között, de inkább a felső határhoz közel van. A szélenergiából történő villamosenergia termelés szempontjából a konstans, nem túl erős szél az ideális, főleg amelyik az irányát is alig változtatja.

SZÁMÍTÁSI MÓDSZEREK [1] [2] [8] [14] [15] [16] [17]

A meteorológiai állomások méréseiből a szélenergia-meghatározása a dán Risø laboratórium által készített -az EU-ban elfogadott WAsP-modellel végezhető el (Wind Atlas Analysis and Application Programme). A modell szerint a regionális alapáramlást a környező domborzat, a felszín érdessége és a műtárgy körüli akadályok határozzák meg. Mivel a meteorológiai mérések már tartalmazzák e zavaró tényezőket, így azokból ezek hatásait kiszűrve kapjuk meg az alapáramlást. A szélerőmű tervezett helyén pedig éppen ellenkező módon, ugyanezeknek a tényezőknek az adott helyre vonatkozó értékei fogják az alapáramlást módosítani. A modell nem szélsebességet, hanem annak eloszlását számítja a szélrózsa irányai szerint, és egy-egy pontban irányonként adja meg a szélsebesség eloszlását. Ezek összege adja az egy ponthoz tartozó szélenergia-potenciált (Radics, 2004).

NKTH-projekt keretében az Országos Meteorológiai Szolgálatnál (OMSZ) megkísérelték a szelet a meteorológiai állomások adataiból statisztikai módszerrel interpolálni, ami azért nagy vállalkozás, mert a lokális tényezők erősen módosítják mind a szélsebességet, mind a szélirányt. Ezért a térképek térbeli felbontása nem jobb, mint 0,5×0,5, mert ez alatt már a lokális hatások miatt jelentős eltérések lehetnek.

Az OMSZ-nál azt is vizsgálták, hogy dinamikus modellszámításokból lehetne-e szélenergia-vizsgálatokat végezni. A válasz lényegében pozitív, itt azonban a felbontással még nagyobb problémák vannak. Az eredeti modellszámítás 8–10 km-es felbontású, amit különböző módszerekkel 2 km-re javítanak. Ez azonban a szél térbeli változékonyságát figyelembe véve meglehetősen durva közelítés, amire még rárakódnak a modell hibái.

Félreértésre adhat okot, hogy nagyobb időtávra számítva a sebesség eltérései kicsik. Azonban a számításoknál a harmadik hatvány miatt nem lehet nagy időátlagot használni, ami a különbségeket megnöveli. Ráadásul a hatványozás miatt irreálisan magas a szélcsend gyakorisága a szélerőművek működési magasságára történő becslésekben, ezáltal a Hellmann-módszer rendszerint alulbecsli az átlagos szélsebességet. A helyi, expedíciós jellegű mérések tehát a pontos vizsgálatokhoz elkerülhetetlenek (Dobi et al., 2006).

Ugyancsak a meteorológiai állomások szélméréseit használják a Debreceni Egyetem Meteorológiai Tanszékén a szélenergia irány szerinti eloszlásának, napi menetének vizsgálatára, mennyiségének az időjárási helyzetektől függő becslésére. A legnagyobb energiájú szélirányok a szélturbinák telepítésénél, a napi menetben megfigyelhető periódusok pedig a rendszerirányítás számára jelenthetnek információt (Tar, 2008).

Magyarország szélklímájának pontosabb feltárásához mindenképpen szükség lenne további szélprofil vizsgálatokra (toronymérésekkel vagy a légköri hullámok visszaverődéséből a szélsebességre következtető műszeres mérésekkel). Magyarországon expedíciós céllal a hanghullámokkal működő, ún. SODAR-t alkalmazzák (Varga et al., 2006).

Toronymérésekhez a legmagasabb ilyen építmény a paksi mérőtorony, ahol a közeli atomerőmű hatása sajnos az épület felőli szegmensben megfigyelhető. Ezek az adatok azonban alkalmasak arra, hogy az ún. inflexiós magasság (ahol a szélsebességnek, a potenciális szélenergiának nincs szignifikáns napi menete) meghatározását szolgáló módszert kidolgozzák, és azt a SODAR-mérésekre is alkalmazzák. A 2000-2001. évi paksi toronymérések alapján az inflexiós magasság 50–60 méter körül található. Más magas tornyoknál az adott torony hatását csak több szélsebesség mérő műszer üzemeltetésével lehetne megoldani, ami eddig még nem sikerült. Ezeknek a méréseknek a pontos elvégzése az országban több helyen alapvetően fontos lenne a hazai szélenergia-potenciál jobb meghatározása érdekében (Tar, 2009).

Magyarország széltérképe a 2002 és 2005. között lezajlott NKFP-3A/0038/2002. számú „Magyarország légköri eredetű megújuló energiaforrásainak vizsgálata, a meglevő potenciálok feltérképezése és felhasználásuk elősegítése meteorológiai mérésekkel és előrejelzésekkel” című projekt keretében elkészült.

A kutatás eredményeit „Magyarországi szél és napenergia kutatás eredményei” címmel az Országos Meteorológiai Szolgálat ISBN 963 7702954 számmal 2006 novemberében tette közzé.

Az Országos Meteorológiai Szolgálat széltérképei a dinamikus modellek alapján 10, 25, 50, 75, 100, 125 és 150 méteres magasságokra készültek el.

Az országos léptékű széltérképek kisebb tájegységekre vonatkozó pontossága korlátozott, kisebb területekre vonatkozó széltérkép elkészítéséhez helyi mérésekre van szükség. Az OMSZ széltérképei a hasznosítható szélenergia potenciáljának becslésére azonban kiválóan alkalmasak. A szélerőművek, szélerőmű parkok létesítéséhez a kiválasztott telepítési helyszínen az éves átlagos szélsebesség, szélprofil meghatározására alkalmas egy év időtartamú szélmérést kell végezni.

4.33. ábra - 75 méteres magasságra számított szélsebesség éves átlaga (m/s) az OMSZ adatai alapján (1997-2002) (www.met.hu)

75 méteres magasságra számított szélsebesség éves átlaga (m/s) az OMSZ adatai alapján (1997-2002) (www.met.hu)


Magyarország szélenergia potenciálja a technikai és gazdaságossági korlátok figyelembevételével [8] [24] (Eredeti forrás:Dr.Hunyár Mátyás et. al.MTA MEAB 2005)

A szél energiája

4.34. ábra - a szél energiája [8]

a szél energiája [8]


A valóban hasznosítható szélenergia potenciál számításakor többféle korlátozó tényezőt is figyelembe kell venni.

A korlátozó tényezők általában öt osztályba sorolhatók:

  • jogi, intézményi, engedélyezési,

  • környezetvédelmi előírások,

  • gazdaságpolitikai,

  • technikai és

  • gazdaságossági.

A jogi, intézményi korlátozás elsősorban abban nyilvánulhat meg, hogy a helyi hatóságoknak kell az engedélyt kiadniuk az építmény felállításához.

A környezetvédelmi előírások a természet, az élővilág és az emberek védelmét hivatottak biztosítani.

A technikai korlátok részben biztonsági és védelmi követelményekben nyilvánulnak meg, részben pedig a szélerőművek működéséből adódnak.

A gazdaságossági mutatók elsősorban az átlagos szélsebességtől függenek, és a versenyképes fajlagos energiaárakkal jellemezhetők.

A fentiek alapján ezek szerint lehet definiálni „technikailag” rendelkezésre álló” kereskedelmileg elérhető” stb. szélenergia potenciálokat.

A nagyteljesítményű szélerőművek építése szempontjából nagy biztonsággal kizárható magyarországi területeket soroljuk fel:

  • A magyarországi települések belterületei.

  • A nagyobb tavaink vízfelületei és ezek közvetlen környezete.

  • Nagyobb folyóink együttes magyarországi hossza: 1967 km. Ezeket egy 500 m átlagos szélességű tiltott sávval vesszük figyelembe.

  • A védett területek (nemzeti parkok, tájvédelmi körzetek, természetvédelmi területek, helyi jelentőségű területek).

  • A mezőgazdasági művelés alatt álló szántóföldek nem zárhatók ki. mivel a szélerőművek kis alapterületük miatt csupán a terület néhány %-át foglalják el. Kizárhatók viszont a gyümölcsösök és a szőlős kertek.

  • Erdők (lomblevelű, tűlevelű)

  • A vasútvonalak építési hossza: 7897 km. A vonal menti 500 m széles tiltott sávval számoltunk.

  • Az országos közúthálózat területei. A másodrendű főutak esetében 200m, a többi esetben 500 m széles tiltott sávval számoltunk.

  • A nagyfeszültségű és középfeszültségű villamos vezetékek tiltott területeit 500m, illetve 200 m széles sávval számoltuk.

  • A 400 m tengerszint feletti magasságú meredek lejtésű területek.

A szélerőművek telepítésére nem használható területek a 4.28. táblázatban láthatók.

4.28. táblázat - A szélerőművek telepítésére nem használható területek

MegnevezésTiltott terület [km2]
Települések belterülete6650
Vízfelületek1753
Védett területek8573
Kertek, szőlők, gyümölcsösök2880
Erdők17468
Vasútvonalak3949
Közutak2205
Nagy- és középfesz.-ű vill. távvezetékek15419
400 m feletti erős lejtésű terepek1860
Összesen60 758 km2
Az ország területének65,3%

A fent említett tételek között vannak kisebb-nagyobb átfedések (pl. a védett területek és az erdők között). Ezeket nagyjából kiegyenlíthetik a figyelembe nem vett repülőterek és környezetük, a katonai területek, a telekommunikációs okok miatt tiltott területek és a magányos épületektől/épületcsoportoktól való minimális távolságok (hétszeres rotor átmérő vagy 300 m) betartása.

Az egyes szélsebességi osztályok hasznosítható területei az OMSZ 75 m magasságra vonatkozó széltérképe alapján (4.3.12. ábra) kerültek figyelembe vételre.

Az egyes szélsebességi osztályok hasznosítható területei a 4.29. táblázatban láthatók.

4.29. táblázat - az egyes szélsebességi osztályok hasznosítható területei [8]

Szélsebesség osztályTerületHasznosítható terület
H=75 mkm2%km2%
3-3,5830,09290,03
3,5-419532,16780,73
4-4,562966,7721852,35
4,5-52157623,274878,05
5-5,54519848,61568416,86
5,5-61441515,550025,38
6-6,534043,6611811,27
6,5-72790,3970,01
Összesen93000 km2100%3227 km234,70%

Itt alkalmazható az a viszonylag durva közelítés, hogy a tiltások (65,3%) egyenlő arányban érintik valamennyi szélsebesség osztály területét.

Gazdaságossági okokból kizárhatók a további vizsgálatokból azok a hasznosítható területek, amelyeken az éves átlagos szélsebesség nem éri el az 5 m/s értéket (ez becsülhetően 10379 km2).

Technikai és gazdaságossági korlátok figyelembe vétele

A továbbiakban a technikai és gazdaságossági korlátok komplex figyelembevételével a H=75 m tengelymagasságú és D=75 m lapát átmérőjű szélerőművek telepítésével elérhető teljesítményeket, energiatermelése került meghatározásra.

A szélerőművek névleges teljesítményei a

(1)

összefüggés alapján számíthatók (ahol a Cp teljesítménytényező az 4.35. ábra szerint a turbina szögsebességének és a szélsebesség arányától függ, maximális értéke: Cpmax≈0,45, ρ=1,23kg/m3, A=4418m2).

4.35. ábra - a Cp teljesítménytényező változása a λ gyorsjárási tényező függvényében állandó lapátszög esetén [8]

a Cp teljesítménytényező változása a λ gyorsjárási tényező függvényében állandó lapátszög esetén [8]


A hálózatba leadott teljesítmény számításakor figyelembe kell venni a megvalósított kapcsolástól függően az áttétel, a generátor, a frekvenciaváltó és a transzformátor veszteségeit egy eredő (ηe≈0,9) hatásfokkal:

PHn= ηe PTn. (2)

A turbinák méreteinek növekedésével jelentős különbség adódik az alsó és a felső helyzetben levő lapátokkal érintkező szél sebességei között. Ezért célszerű megvizsgálni, hogy mennyire jó közelítés a tényleges eloszlás figyelembevétele helyett a tengelymagasságban mérhető szélsebességgel számolni. A kétféle módon számított teljesítmény hányadosa (σ) a Hellmann állandó (α) függvényében. A mindössze –1% és +2% körüli eltérés feleslegessé teszi a bonyolultabb számítást.

Szokásos esetben két aktív szabályozási tartomány van (4.36. ábra):

vi≤ v ≤ vn esetén maximális energia kinyerésre, és

vn≤ v ≤ vmax esetén PT=PTn=áll.-ra való szabályozás.

Vagyis a vn névleges szélsebesség felett a szélben meglévő teljesítménynek (energiának) csupán egy tört részét lehet kinyerni. Az éves átlagos leadott teljesítmény a

(3)

képlet alapján számítható. Az integrálás a 4.3.5./15. ábra szerint kis közelítéssel analitikusan is elvégezhető:

(4)

ahol az éves időbeni kihasználást reprezentáló „kapacitás” tényező:

(5)

4.36. ábra - a szélerőmű leadott teljesítménye a szokásos szabályozási tartományokban. [8]

a szélerőmű leadott teljesítménye a szokásos szabályozási tartományokban. [8]


A számításokban a hazai viszonyokra illesztett Weibull eloszlást célszerű felhasználni. Magyarországon a Weibull eloszlás k „alaktényezője” viszonylag alacsony más vidékek alaktényezőihez viszonyítva. A Bartholy-Radics [10] szerzőpáros által 13 helyszínen, 10m magasságban megállapított „k” értékek aritmetikai átlaga ka=1,44 amelyet még át kell számítani a vizsgálatban megadott 75m-es tengelymagasságra. Az átszámítást legtöbb esetben Justus empirikus összefüggése alapján végzik el. Ez az összefüggés azonban monoton növekedést tételez fel „k”-ra a magasság függvényében, amelynek ellentmondanak a mini SODAR-ral végzett mérések [12]. Ezek a mérések ugyanis 50~80 m magasságban maximumot regisztráltak egy-egy adott helyszínen. A továbbiakban Wieringa által javasolt összefüggést célszerű alkalmazni, amely illeszthető az említett mérési eredményekhez:

(6)

(Itt hm=80m-es maximum magassággal és c=0,022-es állandóval számoltunk.) A kétféle k(h) függvény, - átlagos magyarországi viszonyokra vonatkozóan – a 4.37. ábrán látható.

4.37. ábra - a Weibull eloszlás k alaktényezőjének változása a magasság függvényében (JUSTUS és WIERINGA szerint).

a Weibull eloszlás k alaktényezőjének változása a magasság függvényében (JUSTUS és WIERINGA szerint).


A gamma függvény segítségével igazolható, hogy az 1,5≤k≤3 tartományban nagyon jó közelítéssel érvényes a Weibull eloszlás c skálatényezője és az éves átlagsebesség közötti alábbi összefüggés:

(7)

Visszatérve a (10)-ben definiált Kp kapacitás tényezőre, az (12) szerint úgy is felfogható, mint az éves átlagos teljesítmény és a gép névleges (beépített) teljesítményének hányadosa. Ez utóbbit a tulajdonos igyekszik minél jobban kihasználni. Az elérhető Kp érték méretezés kérdése, amely elsősorban a névleges szélsebesség megválasztásától függ (a 4.38. ábrán a vn/c viszonyszámtól). Pl. k=2 és vmax =2vn esetén akár Kp=0,6 is elérhető volna.

A másik cél, amit a tulajdonos/üzemeltető el szeretne érni, az a legnagyobb elérhető energia kinyerés, azaz a levegőben meglévő energia/teljesítmény minél nagyobb mérvű hasznosítása, tehát az

(8)

hatásfok maximalizálása. A gazdaságossági optimum – „k”-tól függően – valahol a két görbe maximum helyei között van (pl. 1,5≤ vn/c ≤2). Nem jelent jelentős hibát, ha „k”-tól függően a gazdaságosság alapján elérhető kapacitás tényezőt Kp≈0,2~0,25-re becsülik.

4.38. ábra - a Kp kapacitás tényező és a levegőben meglévő éves átlagos teljesítmény hasznosítására jellemző ηelm változása vn/c-től függően. [8]

a Kp kapacitás tényező és a levegőben meglévő éves átlagos teljesítmény hasznosítására jellemző ηelm változása vn/c-től függően. [8]


A továbbiakban az egyszerűség érdekében célszerű úgy számolni, mintha az egy szélsebesség osztályba tartozó nem tiltott területek egy-egy négyszög alakú szélparkot alkotnának, amelyekben az egyes szélerőművek egy megfelelő sűrűségű négyzetrács metszéspontjaiban helyezkednének el. A szél sebessége lecsökken és erőteljesen szabálytalanná válik miután áthalad a szélturbina kerekén (turbulencia, örvénylés). A sebesség csökkenése, az örvénylés és a turbulencia a kinyerhető energia szempontjából veszteséget jelent. Ez arra ösztönözne, hogy a szélturbinákat minél távolabb helyezzük el egymástól, elsősorban az uralkodó szélirányban. A terület ára, ill. bérleti díja és a villamos hálózathoz való csatlakozás költsége viszont a minél szorosabb elhelyezésre sarkall.

Kisméretű szélparkok esetén (néhányszor tíz egység) elérhető hatásfok ηPark ≈0,9~0,95, ha az uralkodó szélirányban (5~10)D, az erre merőleges irányban pedig (4~5)D rotor átmérőnek megfelelő távolságot hagynak az egyes szélerőművek között. A szélenergia potenciál számításakor azonban irreálisan nagy méretű szélparkokat kell elképzelni, amely esetben a vízszintes irányú energiapótlás mellett a függőleges irányú szélenergia pótlás válik dominánssá. Amennyiben a 10D x 5D négyzetrács méreteket veszik alapul, úgy a park óriási méretei miatt az előbbi hatásfok jelentősen romlik. A további számítások során minden szélsebesség osztályra a hatásfokot átlagosan minden egységre ηPark ≈0,4-re lehet becsülni. Egy szélerőmű ekkor 50D2≈0,28km2 területet igényel. Egy szélerőmű által szolgáltatott éves energia átlagosan (függetlenül a parkbeli helyétől):

(9)

Az egyes szélsebesség osztályokhoz tartozó hasznosítható területek nagysága, az ezeken elhelyezhető szélerőművek száma és az adott területről nyerhető éves villamosenergia termelés mértéke a 4.30. táblázat három utolsó oszlopában találhatók.

4.30. táblázat - az egyes szélsebesség osztályokhoz tartozó hasznosítható területek nagysága, az ezeken elhelyezhető szélerőművek száma és az adott területről nyerhető éves villamosenergia termelés mértéke [8]

Szélsebesség osztály közepes sebességevnPTnPHnEHHasznosítható területSzélturbinák számaÖsszes energia
h=75 m[m/s][kW][kW][MWh/év][km2][db][TWh/év]
5,25 m/s9,451032929651156845601436,47
5,75 m/s10,351356122085550021786415,27
6,25 m/s11,25174115671098118142184,63
6,75 m/s12,15219419741383973460,48
Σ μκ46912=T2Σ 24487=βδΣ58,65=E

A korlátozó tényezők figyelembevételével, H=75 m tengelymagasságú és D=75 m átmérőjű szélturbinák esetén elérhető energiatermelés:

ΣE=56,85 TWh/év =204,7 PJ/év

(Péves átl=6489 MW)

Ez az eredmény elfogadható összhangban van a levegő kinetikus energiája alapján számított Eo=89,8 TWh/év teljes szélenergia potenciállal. Az ország területének csupán kb. 23%-os felhasználása (21964 km2) alapján ugyan nagyobb különbséget várnánk a két potenciál között, de 100%-os területfelhasználás esetén az ηPark hatásfok tovább romlana. Ezért a hasznosítható energia távolról sem nőne arányosan a felhasznált terület nagyságával. Másrészről a jelen számítás konkrét szélerőművei valószínűleg a h=200 m-nél magasabban elhelyezkedő levegő kinetikus energiájának egy részét is hasznosítják (a függőleges energiaátadáson keresztül).

Megjegyzendő, hogy pl. a H=100 m-es magasságban érvényes széltérképet és D=100 m átmérőjű turbinákat használva (a H=75 m-es magassághoz viszonyítva) kb. 38%-kal nagyobb (77,6 TWh/év) potenciális energiát kapunk, ami egyértelműen arra utal, hogy ma már nem szabad Magyarországon 100m-nél kisebb tengelymagasságú turbinákat alkalmazni! A növekedés egyértelműen a turbináknál magasabban levő légrétegek kinetikus energiájából származik. A 77,6 TWh/év kb. kétszeresen haladná meg az ország jelenlegi éves energiaigényét. Ha csupán az ország legszelesebb területeit (vátl(100)>6m/s) használnánk ezekkel a szélerőművekkel, akkor Magyarország jelenlegi energiaszükségletének több mint felét lehetne kinyerni az ország területének mindössze 4,5%-ról.

Az országos igényt meghaladó szélenergia potenciál természetesen nem jelenti azt, hogy szélerőművekkel termelt villamos energiával valaha is lehetne fedezni az ország teljes villamos energia igényét az év minden időszakában. A szélsebesség statisztikai törvények szerinti változása miatt – beleértve a szélcsendes időszakokat is – a szélenergia mindig csak kiegészítő energiaforrás lesz.

A pillanatnyi fogyasztói igények és az aktuálisan szélenergiából előállított villamos teljesítmény közötti különbséget más, hagyományos(fosszilis, nukleáris) vagy alternatív energiaforrásokból kell előállítani. A tartalék teljesítmény rendelkezésre állásán túlmenően többletköltséget jelent, ha a belépő helyettesítő erőművek egy része részterheléssel, a névlegesnél lényegesen rosszabb hatásfokkal üzemel. Az így fellépő többletveszteséget az adott egység névleges teljesítményének 15%-ra szokás becsülni. Miközben a részesedés 1%-ról 10%-ra növekszik, az energia fajlagos többletköltségei megduplázódhatnak.

A villamos teljesítményben jelentkező ingadozások kiegyenlítésére ma a legalkalmasabb és leggazdaságosabb megoldásnak a szivattyús tározós vízerőművek alkalmazása tűnik. Hosszú és esetleg középtávon az elektrokémiai energiatárolás is gazdaságos lehet, ha az több feladatot is ellát párhuzamosan, és ha annak elosztott (beágyazott) jellegéből fakadó előnyeit is figyelembe vesszük. Magyarországon jelenleg a pillanatnyi teljesítmények kiegyenlítésére fosszilis, elsősorban földgáz tüzelőanyaggal működő erőműveket alkalmaznak, amelyeknek nagy része a 200 MW feletti blokkteljesítmények miatt nem alkalmas a gyakori indulásra és leállásra.

Egyedi szélerőművek, ill. kis és közepes nagyságú szélparkok esetén alapvető gazdaságossági követelmény, hogy 10 km-es távolságon belül legyen csatlakozásra alkalmas középfeszültségű vezeték illetve szélerőmű parkok esetében 120 kV-os alállomás. Ha a távlati energiapolitika jelentős szélenergia kihasználást tervez egy régióban, úgy célszerű lenne legalább áramszolgáltatói szinten előre megtervezni és kivitelezni a gerincvezetéket, és nem a beruházói igények jelentkezése szerint többször módosítani azt.

A szélerőművek technológiai fejlődése, a szélerőművek típusai, szerkezeti felépítésük [21] [24]

Ma a szélenergia hasznosításának alapvetően két irányzata különíthető el. A lokális felhasználásnál elsősorban a sűrű lapátozású un. lassújárású szélerőgépeket (szélmotorok) találjuk meg, amelyek kis teljesítménnyel rendelkeznek és dugattyús v. membránszivattyút működtetve vizet szivattyúznak, tavakat szellőztetnek. Az ilyen kisteljesítményű gépek 1-2 kW teljesítménnyel villamos energia előállítására is felhasználhatók elektromos hálózattól távolabb eső területeken. Az energiatárolás akkumulátorokkal valósítható meg.

A hálózatra csatlakozó nagyteljesítményű szélerőművek jelentik ma a világban a szélenergia-hasznosítás fő irányzatát. A modern szélenergia-hasznosítás fejlődése 20 évre tekint vissza. 1980-ban adták át Dániában az első piacképes létesítményt. A robosztus és nehéz turbinák eleinte gúnyos kritikát kaptak az energia-szektor konzervatív szakembereitől. Az üzembiztonságuk sem érte el a kívánt szintet. Tíz év kellett ahhoz, hogy a szakma elfogadja, és bizonyítsa, hogy ez a technológia a közeljövőben az élvonalba kerülhet. 1999-re a valóság minden előrejelzést felülmúlt. Még a szakterület ismerői sem várták a 90-es évek elejei hirtelen fellendülést a szélenergia iparban. 1995-től a szélenergia ipar növekedése meghaladta az évi 30 %-ot. A nyereség, a létrejött munkahelyek és a tervezett beruházások száma megháromszorozódott Európában.

2010 elejére a világszerte létesített szélerőművek teljesítménye elérte a 157899 MW-ot. Ez a teljesítmény 340 TWh villamos energia termelésre képes és ezzel 204 millió tonna szén-dioxid kibocsátása kerülhető el egy év alatt.

A 157899 MW teljesítményből 74767 MW Európában van. A világ 50 országában – ahol komolyan foglalkoznak a szélenergia hasznosítással – a szélenergia iparban foglalkoztatottak létszáma mintegy 400000 főre becsülhető. A németországi szélenergia iparban foglalkoztatottak száma 2009 végére meghaladta a 80000 főt.

Mialatt a szélenergia ipar piaca jelentősen nőtt, addig a szélerőművek fajlagos beruházási költsége jelentősen csökkent. A szélerőművekkel előállított villamosenergia termelési költségei az utóbbi 15 évben mintegy 50 %-al csökkentek. (EWEA)

Ma már nem tűnik utópisztikusnak az a prognózis, hogy 2020-ra a világban a villamos energia igények 12 %-át szélerőművekkel biztosítsák.

A szélerőmű gyártás igen gyors technológiai fejlődését mutatja, hogy amíg a kilencvenes évek elején a legnagyobb szélerőmű 0,5 MW teljesítményű volt, addig az évtized közepén már megjelentek az 1 MW és 1,5 MW teljesítményűek is. 1999-ben üzembe helyezték az első 2,5 MW-os, 2000-ben a 3 MW-os berendezést. 2002 augusztusában telepítették a 4,5 MW teljesítményű Enercon E-112-es prototípust, melynél az 56 m-es lapátok a 10 m átmérőjű generátorral a 124 m magas tornyon helyezkednek el. 2010-ben elkészül az első 7,5 MW, 2015-ben várhatóan az első 10 MW míg 2020-ra az első 20 MW teljesítményű szélerőmű A szélerőművek technológiai fejlődését a 4.39. ábra mutatja.

4.39. ábra -


4.40. ábra - a szélerőművek teljesítményének fejlődése

a szélerőművek teljesítményének fejlődése


A mai modern szélerőműveknél már nem a szélellenállás, hanem a lapátokra ható felhajtóerő elvét – mint repülőgépszárny – hasznosítják. Az ellenállás elven működő berendezéseknél a szél energiájának 15 %-a hasznosítható, míg a felhajtóerő elven működő berendezések max. 60 %-át hasznosítják. Egy meghatározott minimális szélerősség esetén ((2,5-3 m/s között) – kezd működni a berendezés. A teljesítmény a szélsebesség harmadik hatványával arányos, azaz a megduplázódó szélsebesség mellett nyolcszoros lesz a leadott teljesítmény. Egy bizonyos, nagy szélerősség esetén (kb. 24-26 m/s, 10-es szélerősség) a rotor terhelése túl nagy lesz, ezért ekkor a „pitch” szabályozású berendezéseket automatikusan leválasztják a hálózatról, a szárnyak „zászlóállásba” (szélirányba) állnak, a turbina üres járásban forog. A profilszabályozású berendezéseket mechanikusan fékezni kell.

A korszerű szélerőművek 3 lapátos rotorja hajtómű közbeiktatásával vagy közvetlenül hajtja meg az áramtermelő generátort. Kezdetben a 4 és 6 póluspárú a szinkron generátorral szerelt szélerőművek terjedtek, melynél kisebb szélsebességnél az 1000 -es és a nagyobb szélsebességnél az 1500 –as percenkénti fordulatszámot a hajtómű biztosította. Ennek megfelelően a rotor fordulatszámát a két szélsebesség-tartományban állandó értéken kell tartani. Újabban terjednek a hajtómű nélküli sokpólusú gyűrűs szinkrongenerátorokkal szerelt szélerőművek. Itt a turbina közvetlenül hajtja meg a generátor forgórészét. A fordulatszámot, a lapátszög elfordításával az automatika fokozat nélkül úgy szabályozza, hogy a leadott nyomaték a legnagyobb legyen. A generátor által előállított változó feszültségű és frekvenciájú áramot egyenirányítják, majd ezt az egyenirányított (fordulatszámtól független) áramot alakítják vissza a hálózatnak megfelelő feszültségű és frekvenciájú váltakozó árammá. Így gyakorlatilag a rendszer vezérlése a hálózatról történik. A két szélerőmű típus a 4.41. és 4.42. ábrán látható.

4.41. ábra - hajtóművel szerelt szélerőmű [21]

hajtóművel szerelt szélerőmű [21]


4.42. ábra - hajtómű nélküli szélerőmű sokpólusú szinkron generátorral [21]

hajtómű nélküli szélerőmű sokpólusú szinkron generátorral [21]


1 -lapát, 2- lapátforgató motor, 3- burkolat, 4- tengely, 5- csapágy, 6- szélsebesség- és szélirány mérő, 7- alkatrész daru, 8- tengely felfogása, 9- hűtőventillátor, 10- állvány, 11- generátor forgórész, 12- generátor állórész (Forrás: www.enercon.com)

A két típus közül egyenlőre a hajtóműves változat terjedt el jobban, de a hajtómű zajemissziója, olajhűtése eddig is sok problémát vetett fel az üzemeltetés során. Várható, hogy a jövőben a hajtómű nélküli szélerőmű típusok terjednek el inkább főleg az „onshore” szélerőmű parkoknál. Ezt igazolni látszik az a tény is, hogy az első 5 MW teljesítményű szélerőmű is hajtómű nélküli, szinkron generátorral készült. A nagy teljesítményű szélerőművek telepítése elsősorban a tengerparti sekélyebb vizeknél várható, ahol a környezeti hatások kevésbé jelentkeznek. Ma már 150 MW összteljesítményű „offshore” szélerőmű park is üzemel 2 MW egységteljesítményű szélerőművekkel. Az „offshore” szélerőművek különleges lapátozással készülnek.

4.43. ábra - „offshore” szélerőmű turbina lapátja (Forrás: EWEA)

„offshore” szélerőmű turbina lapátja (Forrás: EWEA)


Kisteljesítményű szélerőművek

Felhasználási lehetőségek:

  • Vízpótló öntözés (többlettermést és jobb minőséget biztosít)

  • Legeltetéses állattartáshoz víz biztosítása (itatók, fürdetők kialakítása, legelők öntözése)

  • Belvíz védelem, talajszint szabályozása, szennyvizek tisztítása, levegőztetése, környezetvédelem

  • Halastavak, holtágak, tározók, vizes élőhelyek életben tartása vízpótlással, levegőztetéssel

  • Vadgazdálkodási területen a vad helyben tartása, itatók, dagonyázók vízellátása

A villamos energia ellátó rendszerektől távolabb eső területek villamos energia ellátására az un. hibrid rendszerek kiépítése.

4.44. ábra - napelem és kis teljesítményű szélerőmű villamos energia ellátó rendszerektől távolabb eső területek villamos energia ellátására [13] [24]

napelem és kis teljesítményű szélerőmű villamos energia ellátó rendszerektől távolabb eső területek villamos energia ellátására [13] [24]


A szélenergia hasznosítás környezetvédelmi és területfejlesztési összefüggései, követelményei [24] [25]

A szélenergia hasznosítása és a természeti adottságok

A szélerőművek telepítését elsősorban a természeti adottságok határozzák meg. Alapvetően két tényezőt kell figyelembe venni, nevezetesen a szél intenzitását (szélsebesség) és megbízhatóságát (milyen gyakorisággal lehet olyan szélsebességgel számolni, amely alkalmas a szélerőmű gazdaságos üzemeltetésére). Eddig a szélenergia hasznosítás hagyományosan Európa tengerparti sávjaira koncentrálódott. Napjainkban az új generációs szélerőművek megjelenése lehetővé teszi a szélenergia hasznosítását olyan földrajzi területeken is, amelyek a korábbi évtizedekben kiestek a területhasználattal foglalkozó szakemberek látóköréből. A szélerőművek hatékonysága a tengeren, tengerpartokon nagyobb ugyan, de a robusztusabb kivitelű tengerparti gépek magasabb fajlagos beruházási költsége, a villamos hálózatra csatlakozás többlet költségei miatt versenyképessé váltak a szárazföld belsejében telepített szélerőművek is.

A szélenergia-hasznosítás és a klíma védelme

A szélenergia hasznosítása mentes a káros anyagoktól. A szélenergia-hasznosítás során nem keletkezik káros emisszió, szennyvíz, radioaktív hulladék, hamu és por. Minden egyes kWh villamos energia, melyet szélenergiából nyerünk a kőszénből, lignitből előállított villamos energiatermeléssel szemben 0,9 kg extra szén-dioxid kibocsátás megtakarítását teszi lehetővé, jelentősen hozzájárulva ezzel az éghajlatváltozást (globális felmelegedés) okozó szén-dioxid csökkentéséhez. Kifogyhatatlan, mert a természet korlátlanul és ingyen bocsátja rendelkezésünkre.

A fosszilis, nem megújuló forrásokból (kőolaj, földgáz, kőszén, urán) származó energia ezzel szemben mindig kevesebb és drágább lesz. Biztos, mert a szélenergia minden országban jelen van. Minél többen és jobban használjuk, annál inkább függetleníteni tudjuk magunkat más régiók politikai kríziseitől és konfliktusaitól.

Az European Wind Energy Association (EWEA) EU célkitűzéseit a szélenergia hasznosítással megvalósítható évi károsanyag kibocsátás csökkentésre a 4.31. táblázatban foglaltuk össze:

4.31. táblázat - a szélenergia hasznosítással tervezett évi emisszió csökkenés az EU-ban

ÉvEWEA célkitűzései beüzemelt szélerőmű kapacitásra (MW)Termelés TWh/évCO2 csökkentés tonna/évSO2 csökkentés tonna/évNOx csökkentés tonna/év
2000800016144000004800040000
200520000403220000011400095000
2010400008064800000216000180000
2020100000200134400000480000400000

Megjegyzés: Ha az EWEA céljai teljesülnének 2020-ig, akkor az EU energia ágazatának szén-dioxid kibocsátását több mint 11 %-kal lehetne csökkenteni. 2009 végén az EU-ban (EU-27) 74767 MW teljesítményű szélerőmű volt üzemben.

A szélenergia hasznosítás területhasználata, táj –természetvédelmi követelményei, szélerőművek tájba illesztése [24]

a) Területhasználat

Egy szélerőmű park által elfoglalt terület 99 %-a érintetlen marad, vagy mezőgazdasági célokra felhasználható. Minden bizonyosság szerint a szélerőmű parkok nem befolyásolják jelentősen a szántóföldi művelést és az állattenyésztést. A különböző energiatermelési technológiák által igényelt területeket a 4.32. táblázatban foglaltuk össze.

4.32. táblázat - az energiatermelési technológiák által igényelt terület

TechnológiaSzükséges terület m2/GWh (30 évre előre)
Geotermikus400
Szél800-1335
Fotovillamos3237
Napenergia3561
Szén3642

A széntüzelésű erőművek, illetve az ahhoz tartozó bányászat és szállítási útvonalak jóval több területet igényelnek, mint a szélerőművek.

b) Szélenergia hasznosítás táj –természetvédelmi követelményei [23] [24] [25]

Vannak olyan tipikus struktúrái a tájnak, melyek a fajfenntartás szempontjából nagy jelentőséggel bírnak, s itt a szélerőművek lényegében idegen zavaró tényezőként jelenhetnek meg. Abban az esetben, amikor nem megszámlálható és mérhető tájvédelemről van szó, fontos az, hogy olyan módszereket alkalmazzunk, melyek a döntéseket előkészítettebbé, érthetőbbé teszik. (1996. évi LIII. törvény a természet védelméről, 2003. évi XXVI. Törvény az Országos Területrendezési Tervről.)

Tájvédelmi szempontok

Egy szélerőmű közvetlen helyigénye mintegy 300 m2. A szélerőmű alapozása ekkora területet vesz igénybe. Ezen kívül a feltáró utakat, a transzformátor házakat és a vezetékeket is figyelembe kell venni és csak ezekkel, együtt lehet meghatározni a közvetlen hatásterületet. A közvetett hatásterület a szélerőmű parkok esetében akár jóval nagyobb is lehet, ezt elsősorban a szélerőművek száma határozza meg. A védett természeti területek és értékek valamint az élőhelyek védelmének megőrzése érdekében biztonsági övezet célszerű kijelölni.

Ez azt jelenti, hogy ezektől a területektől 800-1000 méterre javasolt a szélerőművek felépítése. Táj és természetvédelmi szempontból a szélerőművek telepítése nem jelent problémát az alábbi területeken:

  • Kevésbé látogatott, táj és természetvédelmi szempontból nem túl értékes területeken.

  • Mezőgazdasági területek között főként a kevésbé értékes szántók.

  • Felhagyott ipari területek, hulladékterek, bányák.

Az országnak vannak azonban olyan tipikus tájrészei, melyek kiemelkedő jelentőségűek a fajfenntartás szempontjából. Ezen tájrészeken a szélerőművek idegen, zavaró tényezőként jelenhetnek meg. Ide sorolhatok például a Nemzeti Parkok, a Natura 2000-es területek, tájvédelmi körzetek, természetvédelmi területek, Ramsari területek stb. (4.45. ábra).

4.45. ábra - természetvédelmi szempontból jelentős területek áttekintő térképe (Forrás: Környezetvédelmi Minisztérium Természetvédelmi Hivatal)

természetvédelmi szempontból jelentős területek áttekintő térképe (Forrás: Környezetvédelmi Minisztérium Természetvédelmi Hivatal)


A szélerőművek telepítését kizáró területek:

  • Táj és természetvédelmi szempontból országos jelentőségű védet természeti területek:

  • Nemzeti Parkok (NP)

    10 db; Területük: 482 582,7 ha; Az ország teljes területének 5,3 %-a
  • Tájvédelmi körzetek (TK)

    Összesen: 38 db; Területük: 335 096, 7 ha; Az ország teljes területének 3,5%-a.
  • Természetvédelmi területek (TT)

    Összesen: 159 db; Területük: 29 562, 7 ha; Az ország teljes területének 0,3%-a.
  • Természeti emlék (TE)

    Összesen: 1db; Területe és annak százalékos megoszlása nem kifejezhető.
  • Nemzeti Ökológia Hálózat (NÖH)

    A hálózathoz tartozó területek a következő zónákra oszthatók: Magterület, puffer-terület, folytonos ökológiai folyosó illetve megszakított ökológiai folyosó.
    Területük: 2991 002 ha; Az ország teljes területének 32,1%-a
    Az ökológiai hálózat védelmének jogi háttere:
    1996. évi LIII. törvény a természet védelméről (53. §)
    2003. évi XXVI. törvény az Országos Területrendezési Tervről
    132/2003. XII. 11. OGY határozat a II. Nemzeti Környezetvédelmi Programról
    46/1999. (III.18) Korm. rendelet a hullámterek, parti sávok, a vízjárta, valamint a fakadó vizek által veszélyeztetett területek használatáról és hasznosításáról.
  • Magterület: Kiemelt térségi és megyei területrendezési tervekben megállapított övezet, amelybe olyan természetes vagy természetközeli élőhelyek tartoznak, amelyek az adott területre jellemző természetes élővilág fennmaradását és életkörülményeit hosszú távon biztosítani képesek és számos védett, vagy közösségi jelentőségű fajnak adnak otthont.

  • Ökológiai folyosó: Kiemelt térségi és megyei területrendezési tervekben megállapított övezet, amelybe olyan területek (többnyire lineáris kiterjedés ű, folytonos vagy megszakított élőhelyek, élőhelysávok, élőhely-mozaikok, élőhely-töredékek, élőhely-láncolatok) tartoznak, amelyek, döntő részben természetes eredetűek, és amelyek alkalmasak az ökológiai hálózathoz tartozó egyéb élőhelyek (magterületek, puffer területek) közötti biológiai kapcsolatok biztosítására.

    A felsorolt környezetvédelmi oltalom alatt álló területeken kívül, más olyan helyek is vannak, ahova nem célszerű illetve környezet-egészségügyi megfontolásból nem telepíthetők szélturbinák (pl. zajhatás vagy dőlés). Ilyenek, pl. a puffer területek.
  • Puffer terület: Kiemelt térségi és megyei területrendezési tervekbe n megállapított övezet, amelybe olyan rendeltetésű területek tartoznak, melyek megakadályozzák, vagy mérséklik azoknak a tevékenységeknek a negatív hatását, amelyek a magterületek illetve az ökológiai folyosók állapotát kedvezőtlenül befolyásolhatják vagy rendeltetésükkel ellentétesek

  • Natura 2000 területek

    Natura 2000 jogszabályok:

    • Hatályos Natura 2000 Kormányrendelet [275/2004. (X.8.)]

    • Miniszteri rendelet a Natura 2000-rel érintett földrészletekről [45/2006. (XII. 8.)]

    • FVM rendelet a nem termelő mezőgazdasági beruházások támogatásáról [33/2008 (III. 27.)]

    • Natura 2000 gyepterületekre vonatkozó szabályok. (Forrás: http://natura.2000.hu/index.php?p=terkepek&nyelv=eng)

  • Különleges természet megőrzési terület (a vadon élő növény és állatfajok, illetve élőhely típusok védelme); Területe: 1397 338,6 ha; Az ország területének 15%-a.

  • Különleges madárvédelmi területek; Területe: 1351 356,3 ha; Az ország teljes területének 14,4%-a.

  • Bioszféra rezervátumok

    Összesen: 5 db; Területük:134 674 ha; Az ország teljes területének 1,5%-a
    (http://www.termeszetvedelem.hu/index.php?pg=menu_2051)
  • Ramsari területek

    Összesen: 28 db; Területük: 210 765,6 ha; Az ország teljes területének 2,3%-a (8. ábra).
    Vonatkozó jogszabály: 1993. évi XLII. Törvény a nemzetközi jelentőségű vadvizekről, különösen, mint a vízimadarak tartózkodási helyéről szóló, Ramsarban, 1971. február 2-án elfogadott Egyezmény és annak 1982. december 3-án és 1987. május 28.-június 3. között elfogadott módosításai egységes szerkezetben történő kihirdetéséről.
    (http://www.berkenyehaz.hu/uploads/images/biodiverzitas/Ramsar2006.jpg)
  • Tájképvédelmi területek övezete a Balaton Törvény hatálya alá tartozó területen

    Területük: 59 552,8 ha; Az ország teljes területének 0,6%-a

Természetvédelmi szempontok

Természetvédelmi szempontból az egyik legérzékenyebb kérdés a szélerőművek telepítési helyének megfelelő kiválasztása. Ez mind a növény mind pedig az állatvilág szempontjából rendkívül fontos. Amikor a szélerőművek élővilágra gyakorolt hatásait vizsgálják, elsősorban az állatvilágra, különösen a madarakra és a denevérekre kifejtett hatásokat elemzik. A szélerőmű parkok telepítése előtti helykiválasztás során körültekintően kell eljárni az élőhelyek elvesztésének megelőzése, a közvetlen ütközésekből eredő hatások elkerülése továbbá a szűkebb és tágabb természeti értékek megőrzése érdekében. Ebből kifolyólag több jogszabályi előírásra kell tekintettel lenni a telepítés folyamán. Kiemelt figyelmet kell szentelni, az Európai Unióhoz való csatlakozással Magyarországra háruló kötelezettségeknek.

A 2004. évi csatlakozással Magyarország az Európai Unió természetvédelmi programjának is részesévé vált. E természetvédelmi program egyik legfontosabbika a 90-es években hozzánk is elért CORINE program volt. A CORINE (CORINE: Coordinated Information on the Environment in Europe) az Európai Unió környezeti adatainak gyűjtésére szolgáló program.

A CORINE Biotóp Programot 1985-ben az Európai Parlament döntése alapján hozták létre. A Programot a 90-es években a PHARE országokra is kiterjesztették. A Program célja, hogy a környezeti károsodások jellegéről, mértékéről, területi eloszlásáról és az élővilágra gyakorolt hatásáról a további döntéseket megalapozó, átfogó ismereteket szerezzenek. 1994-1995-ben Magyarország is csatlakozott a Corine Biotóp projekthez, ami az addig kidolgozott élőhely rendszer jelentős bővülését eredményezte. A CORINE Biotópot nevezhetjük a Natura 2000-es program szakmai elődjének is, hiszen a Natura 2000 adatbázis és annak módszertana a CORINE Biotóp projekt módszertanából fejlődött ki. Azonban a hazai Natura 2000-es területek kijelöléséhez több információra volt szükség a hazai és az Uniós nevezéktani követelményeket illetően, mint ami a CORINE Biotóp programban szerepelt. A szükséges információk összegyűjtése és értékelése azóta megtörtént.

A szélerőművek természetvédelemre gyakorolt hatását elsősorban a madarakra vonatkozóan vizsgálták. A Berni Egyezmény keretein belül a BirdLife International összefoglalta valamennyi vizsgálat eredményét.

A Bonni Egyezmény a vándorló fajok védelme érdekében határozatot fogadott el.

Megállapítása szerint a szélerőművek újhatású veszélyeztető tényezőként lépnek fel a vándorló madár- és emlősfajok számára.

A Bonni Egyezmény szerint:

  • meg kell határozni azokat a területeket, melyeken a szélerőművek, a szélerőmű parkok a vándorló fajok számára veszélyt jelentenek;

  • meg kell határozni azokat a területeket, ahol a vándorló fajok védelme érdekében a szélerőművek elhelyezését értékelni kell;

  • átfogó stratégiai környezeti hatásvizsgálatot kell lefolytatni a megfelelő szélerőmű telephelyek meghatározása érdekében;

  • a természetre, különösen a vándorló fajokra lehetséges negatív hatásokat a szélerőművek engedélyeztetése előtt értékelni kell;

  • a szélerőművek vándorló fajokra kifejtett kumulatív környezeti hatását is értékelni kell;

  • a megelőzés elvét kell alkalmazni szélerőművek, szélerőmű-telepek létesítése során, figyelembe véve a környezeti hatásvizsgálat adatait, eredményeit.

Tájesztétikai szempontok

A szélerőművek tájképre gyakorolt hatása az egyik legfontosabb kérdés az erőművek telepítése során. A szélerőmű parkok látványának megítélése a rendelkezésre álló felmérések alapján eltérőnek mondható. Vannak, akik üdvözlik jelenlétüket, hiszen a környezetett szolgáló tiszta energiaforrást, látják bennük, míg mások a táj művivé válását említik és mesterséges, zavaró építménynek tartják a szélerőműveket.

A szélerőművek nem tájba illeszthetők, és ha a domborzati adottságok olyanok akár 20 km-ről is látni őket. Az erőművek növényzettel nem takarhatók el, hiszen magasságuk 50 és 120 méter között van. Vizuális hatásuk viszont megfelelő elhelyezéssel és festéssel elviselhetővé válik. Táj és természetvédelmi szempontból a világosszürke festés felel meg leginkább. Az elhelyezéskor számos szempontot figyelembe kell venni, ilyen például a lakott területektől való távolság vagy a természeti érétkek óvása. Magyarország táj és természetvédelmi szempontból számos értékes területtel rendelkezik és ezeken, a területeken az erőművek elhelyezése nem kívánatos. A telepítés folyamán fontos szempont még a darabszám és a magasság is. Az elhelyezés szempontjából a négyzethálós forma előnyösebbnek mondható, mivel a kialakítás kisebb területre összpontosul, mint a hosszanti kialakítás esetében. Körültekintően kell eljárni az erőműhöz vezető kiszolgáló utak vezetésekor is, hiszen ezek sem érinthetnek védett, illetve értékes élőhelyeket. A legjobb megoldás az, ha a már meglévő utak nyomvonalán fektetik le a földkábelt, mert így semmilyen negatív hatást nem gyakorolnak a környezetre. A tájba való jobb beilleszkedés a megfelelő gépkiosztással, a minél kevésbé zavaró elrendezéssel érhető el. A szélerőmű parkoknak feltűnő helyen kell lenniük, hogy hatásuk kereskedelmi szempontból is kedvező legyen. Ma már a legtöbb szélerőmű hosszú, kúpos acéltoronyra van felszerelve, amit a legtöbb ember esztétikusabbnak talál, mint az USA-ban használt rácsos tornyokat. Elmondható, hogy az ipar jelentős erőfeszítéseket tesz az erőművek tájképbe való beillesztését illetően. Számos szélerőmű gyártó cég professzionális tervezőket alkalmaz annak érdekében, hogy gépei megjelenése kellemesebb legyen. Az építési tervek vizuális értékelésébe rendszerint tájképformálással foglalkozó építészeket vonnak be. Talán ezen erőfeszítéseknek is köszönhető, hogy a szélerőmű parkok megítélése a lakosság szemében javuló tendenciát mutat és a szélfarmokhoz ellátogatók nagy többsége kellemes tapasztalatokkal gazdagodik. Felmérésekből kiderül, hogy néhány helyi lakos tervezési szakaszban érzett félelme az üzembe helyezést követően megszünt.

4.46. ábra - szélerőművek és a 400kV-os távvezeték látványa [24] [25]

szélerőművek és a 400kV-os távvezeték látványa [24] [25]


Külföldi tapasztalatokból azt az eredményt lehet leszűrni, hogy a turbinák közelében élő közösségek megszokták ezeket, és jelenlétüket nem találják zavarónak.

A szélerőművek hatása az élővilágra, a madarakra [4] [24]

A szélerőművek hatása az élővilágra

Bár a szélenergia termelés élővilágra gyakorolt hatásai jóval kisebb mértékűek, mint a hagyományos energiatermelési módoké felmérésükre mégis szükség van.

A szélerőmű beruházások tervezésekor kiemelt figyelmet kell fordítani a megfelelő helyszín kiválasztására. Fontos, hogy a telepíteni kívánt szélerőművek a szűkebb és tágabb természeti értékekre ne legyenek zavaró hatással. Ma többnyire szakértőket foglalkoztatnak a szélerőművek élővilágra kifejtett hatásainak elemzésére, a veszélyeztetett természeti értékek megóvása érdekében. A szélerőművek tervezése és az engedélyeztetési eljárás során célszerű az élővilág védelmi szempontokat egyedileg megvizsgálni, és annak alapján javasolható az engedély iránti kérelem elbírálása. Az előzetes hatásvizsgálat elkészítése előtt ki kell kérni a természetvédelmi hatóság véleményét a telepítés helyéről, és ha szükséges változtatnak, módosítanak azon.

A szélerőművek telepítése során a növényvilágra kifejtett hatások a szélerőmű park által érintett területeken és azok közelében a következők lehetnek:

  • A szélerőművek által elfoglalt területek élőhelyek megszűnését eredményezhetik. A helyzet még rosszabb lehet, ha az erőművek telepítését ökológiailag jelentősebb területeken tervezik. Ilyen területek az erdők, gyepterületek vagy a vizes élőhelyek. Ezen területeken a szélerőmű park létesítése csak nagy körültekintést igényel.

  • Az erőművek és utak, földkábelek építése során taposási károk keletkezhetnek.

  • Változhatnak a környezet mikro klimatikus viszonyai, azaz a vegetáció életfeltételei. Például, ha a szélerőműveket fás területeken telepítik akkor a fakivágások, megbonthatják az állományt és ez újabb szegélyhatások, kialakulásához vezethet.

  • Elmondható, hogy a szélerőművek által okozott árnyékhatás a legtöbb faj esetében nem okoz problémát.

  • A lapátokról leváló jég esetenként problémát jelenthet.

A szélerőmű parkok tervezésekor rendkívül körültekintően kell eljárni. Törekedni kell arra, hogy az adott terület flórája és faunája ne változzon.

A szélerőmű parkok általában mezőgazdasági művelés alatt álló területen épülnek fel. Ezeken a területeken a mező- és erdő valamint a vadgazdálkodás tovább folytatható, a környező természetes élőhelyek nem sérülnek. Az őzek szívesen hűsölnek a szélerőmű árnyékában.

4.47. ábra - a szélerőművek és az őzek [24] (Forrás: Tóth et al, 2006)

a szélerőművek és az őzek [24] (Forrás: Tóth et al, 2006)


4.48. ábra - szélerőmű egy dániai farmon (Dr. Tóth P. 2001.Aarhus mellett)

szélerőmű egy dániai farmon (Dr. Tóth P. 2001.Aarhus mellett)


A szélerőművek hatása a madarakra [4] [24]

A szélerőművek állatvilágra gyakorolt hatásának vizsgálatakor elsősorban a madarakra vonatkozó hatások kerülnek előtérbe. A szélerőművek 90-es években kezdődő kiépítésével egyidejűleg élénk vita bontakozott ki a szélerőművek madarakra gyakorolt lehetséges hatásával kapcsolatban. Míg kezdetben leginkább attól tartottak, hogy a madarak szélerőműveknek való ütközései miatt jelentős veszteség éri a madárállományt, addig napjainkban az élettérre gyakorolt káros hatások kerültek a vita középpontjába. A szélerőművek telepítési helyének megtervezésekor a madarakkal kapcsolatos lehetséges konfliktushelyzeteket az egyes madárfajok szélerőművekkel szembeni érzékenységének és az érintett területek természetvédelmi jelentőségének együttes értékelése alapján kell meghatározni (Reichenbach, 2003).

A szélerőművek okozta madárpusztulások három okra vezethetők vissza KINGSLEY & WHITTAM, valamint F.Bergen szerint:

  • a madarak nem érzékelik a forgó rotorlapátokat és sérüléseket szenvednek azáltal, hogy nekik repülnek

  • a vonuló madarakat vonzzák a széltornyok fényei, bizonyos mértékig megzavarodnak, amikor kimerültek, illetve a szerkezetnek ütköznek

  • a madarak a szélerőművekhez kapcsolódó magasfeszültségű vezetékeknek vagy a rögzítő köteleknek ütköznek.

A madarak gyakran ütköznek olyan szerkezetekkel, melyeket nehezen látnak meg. Ilyenek a nagyfeszültségű vezetékek, az oszlopok, épületek ablakai, gépjárművek, repülőgépek.

Erickson és mások (2001) az Amerikai Egyesült Államokra vonatkozóan összefoglalták azokat a kutatásokat, amelyek a madarak szélerőműveknek való ütközésének kockázatát vetik össze a más emberi tárgyaknak való ütközés kockázatával. Becsléseik szerint az USA-ban évente százmillió és több mint egymilliárd közé tehető azoknak a madaraknak a száma, amelyek az emberi tárgyaknak való ütközés következtében pusztulnak el. Ez a szám a különböző ütközési tárgyak között a következőképpen oszlik meg:

  • Járművek: 60–80 millió

  • Épületek és ablakok: 98–980 millió

  • Elektromos vezetékek: tízezres nagyságrend és 174 millió között

  • Adótornyok: 4–50 millió

  • Szélerőművek: 10 000–40 000

Az esetenként több nagyságrendnyi különbséget az okozza, hogy nagyon nagy számban (vagy vonalas létesítmények esetén nagyon nagy hosszban) fordulnak elő azok a létesítmények, melyek a madárpusztulásokat okozzák. Ezek az eredmények azt bizonyítják, a szélerőműveknek való ütközések aránya az állományveszteség többi okához viszonyítva elenyészőnek tekinthető. Az ütközések következtében történő madárpusztulásokat vizsgálta F.Bergen (2001) németországi szélerőmű-parkokban. Azon célból, hogy a dögfogyasztó ragadozókat – mindenekelőtt a rókát (Vulpes vulpes) – kizárják, elektromos kerítést, villanypásztort alkalmaztak a tornyok körül. Öt szélerőművet 82 alkalommal vizsgáltak és mindössze egy példány elpusztult királykát (Regulus regulus) találtak a szélerőművek közelében, amelyik bizonyítottan ütközés miatt pusztult el. A metodikai nehézségek ellenére az ütközéses balesetek esélyét meglehetősen csekélynek állapították meg.

Az ütközés kockázata a szélparkokban tehát általánosságban elenyészőnek tekinthető. Ugyan mindegyik szélparknál előfordul, hogy az ütközések miatt madarak pusztulnak el, a veszteségek rendszerint nem olyan magasak, hogy a veszélyeztetett állomány jelentősen csökkenne. Egyes esetekben azonban előfordulhat, hogy növekszik az ütközések száma. A szélerőművek akadályozó hatásának a vizsgálatakor elsősorban azt figyelték, hogy a szélerőművek akadályozzák e a madarak vonulási útvonalát. A vizsgálatokból kiderül, hogy a kistestű madarak minden nehézség nélkül ki tudják kerülni a szélerőműveket. Problémák akkor jelentkezhetnek, ha a berendezéseket a frekventált vonulási útvonalakon a fő vonulási irányra merőlegesen, hosszú sorompóként helyezik el. Ezek a problémák hatékonyan kiküszöbölhetők, ha a szélerőműveket a fő vonulási iránnyal párhuzamosan rendezik el.

A szélerőművek madarakra gyakorolt zavaró hatása faj és terület specifikus. A zavaró hatás legsúlyosabb esete, amikor a madarak elvándorolnak a területről, azaz a terület kiesik a megfelelő élőhelyek közül. Ennek a hatásnak a súlyosságára hatással van egyfelől az élőhely kiesés mértéke, valamint a fajok számára meglévő egyéb megfelelő élőhelyek száma. A legtöbb tanulmány a szélerőművek hatását, (a madárszám csökkenését, a madarak megritkulását) az erőmű 600 méteres környezetére vizsgálta. A zavaró hatáshoz minden bizonnyal hozzájárul az erőművek környezetében megnövekvő emberi aktivitás is, mint a fenntartás, a látogatás ill. a terület megközelítésétből adódó zavarás (Zelenák, 2003). Számos vizsgálat igazolja, hogy a legtöbb vonuló és telelő madárfaj megváltoztatja a vonulási útvonalait, hogy elkerülje a szélerőműveket. Más vizsgálatok azt bizonyítják, hogy számos költő madárfaj csupán kis mértékben, illetve egyáltalán nem érzékeny a szélerőművek zavaró és elvándorlásra kényszerítő hatásával szemben. A problémák elkerülése érdekében a szélerőművek telepítési helyének megtervezésekor mindenképpen figyelembe kell venni a madarak vonulási útvonalaira vonatkozó információkat. Megfigyelték, hogy a madarakat egy 2 MW-os 90 méter átmérőjű turbina üzeme egyáltalán nem zavarja. A madarak 100-200 méterre a szélerőműtől megváltoztatják a vonulási útvonalukat és a turbina felett vagy mellett biztonságban haladnak el. Dániában és Németországban számos példát tapasztaltak arra, hogy sólymok a szélturbina tornyokon felállított kalitkákba fészkeltek (F.Bergen, 2001). Az eddigi hazai vizsgálatok ütközéses madárbalesetekről nem számolnak be. 2009-ben hazánkban a Kisalföldön kezdődtek madártani vizsgálatok. A Kisalföld kétségtelenül az egyik legszelesebb térségünk és kiválóan alkalmas a szélenergia hasznosítására, emellett azonban számos ritka és veszélyeztettet madárfaj a Kisalföld területén, talál otthonra. Ezeknek a fajoknak a védelme kiemelt természetvédelmi feladat. A vizsgálat első részeként a vizsgálatokat végző két szervezet munkatársai rendszeresen ellenőrzik a Levél és Mosonszolnok községek külterületein felállított szélerőmű parkok egész térségét és regisztrálják az esetleges madárpusztulásokat. Felmérés másik része a legmodernebb technológiát hívta segítségül. A szélerőmű parkok peremén fészkelő kerecsensólyom párok két tagját jelölik meg műholdas jeladókkal, melyek naponta többször, méteres pontossággal mérik a madarak helyzetét. A napelemmel és beépített GPS egységgel rendelkező jeladók lehetővé teszik annak megállapítását, hogy a sólymok milyen aktivitással használják a szélturbinák közötti területet. Az eddigi tapasztalatok alapján megállapítható, hogy a madarak biztonságos távolságot tartanak az erőművektől és a viselkedésformájukat, sem változtatják meg. A madarakra gyakorolt hatást mind a tervezők, mind pedig az üzemeltetők komolyan veszik, és a fejlesztésekből kizárják a madárvédelmi körzeteket.

4.49. ábra - a szélerőművek és a madarak [24] (Forrás: Tóth et al, 2006)

a szélerőművek és a madarak [24] (Forrás: Tóth et al, 2006)


Zajhatások, hallható és infrahang tartományban [23]

Hallható hangok

A szélerőművek által keltett hang kétféle forrásból származik:

  • turbina: áramlástechnikai eredetű zajok

  • hajtómű: mechanikai eredetű zajok

A szélerőmű-egység fő zajforrása a torony tetején elhelyezett gépház, mely tartalmazza a hajtóművet, a villamosenergia termelő berendezést (generátor), illetve a segédberendezések valamennyi egységét. A forgó-mozgó alkatrészek zajkeltésének jellege mechanikai eredetű. A fémrészek egymásnak ütődése, súrlódása során keletkező zajok a szélerőmű esetében minimálisak. A másik zajkeltő a turbina, mely a lapátok periodikus elhaladása, illetve a torony által zavart szélmező hatására áramlástechnikai eredetű zajhatást fejt ki. A turbina lapátok szögállásának működés közbeni változtatásával a surrogó zaj mérsékelhető, ez azonban a hatásfokot csökkenti. A zajhatást elsősorban a 8 m/s-nál erősebb szél kelti. Természetesen ennél nagyobb sebességnél már az erőmű maga is bocsát ki zajt. Típustól függően 95-105 dB(A)-t mértek. A torony lábától 50 m-re a zaj immisszió már csak 50-60 dB(A). Ez megfelel a beszélgetésnek vagy az irodai alapzajnak. 300-600 m távolságra a legrosszabb esetben talajszinten 35 dB(A) a hatás. Egy tíz szélerőgépből álló szélfarmtól 500 méterre ugyanolyan körülmények között kb. 45 dB(A) a mért zaj (www.windenergie.de) Kijelenthető, hogy a zaj nem probléma egy mai modern szélerőmű esetében, ha azokat gondosan a megfelelő helyre telepítjük. A szélerőművek építése során zajszennyezés a földkábel lefektetése, a földmunka végzése, és a szélerőmű felépítése során keletkezik. Ezen minimális zajhatások azonban az építkezést követően megszűnnek. A szélerőművek magyarországi létesítésével kapcsolatos zaj és rezgésvédelmi követelményeket a többször módosított 12/1983. (V.12.) MT sz. zaj és rezgésvédelemről szóló rendelet tartalmazza. A rendelet alapján a környezetbe zajt, illetve rezgést kibocsátó és a zajtól, illetőleg rezgéstől védendő létesítményeket úgy kell tervezni, elhelyezni, létesíteni, üzembe helyezni, hogy a zaj és rezgés ne haladja meg a megengedett zaj-, és rezgésterhelési határértékeket.

A telephely kiválasztása a szélerőmű telepítésére az Európában szokásos biztonsági előírások figyelembevételével történik. A szélerőművekkel határos lakóövezetek maximális megengedhető zajterhelése: 45 Decibel. A szélturbinák esetében a keletkező hallható zajok 300 m-es távolságban a 20-100 Hz-es tartományba esnek.

A modern szélturbinák csendesek és egyre zajtalanabbak. Sok erőfeszítés történt a minél csendesebb gépek megalkotása érdekében, amelynek során figyelmet szenteltek a formára, a lapátkerékre továbbá a gép mechanikus részeire. A mai szélparkok tervezésénél a 2 MW teljesítményű szélerőműveket legalább 400 m távolságra építik a lakott területtől.

A hangnyomás szintje a szélerőmű alapjától 50 méter távolságban 50-60 dB(A) nagyjából ugyanolyan szintű, mint a beszélgetésé. Elmondható tehát, hogy a körültekitően telepített modern szélturbinák esetében a hang nem okoz gondott.

4.50. ábra - a szélerőművek zajhatása a hallható hang tartományban [24] (Forrás: (http://www.sze.hu/kornyezet/KTT7/Toth.ppt)

a szélerőművek zajhatása a hallható hang tartományban [24] (Forrás: (http://www.sze.hu/kornyezet/KTT7/Toth.ppt)


Infrahang hatás

A szélerőmű által kibocsátott infrahangok – a németországi GIGAWIND program mérési eredményeit figyelembe véve – az emberi szervezet szempontjából nem jelentenek problémát.

A szél természetes formákon is létrehoz infrahangokat – a szélerősségtől és a turbulenciától függően. A szélerőművek valóban bocsátanak ki infrahangot, viszont a tornyoktól 600 méterre 8 m/s sebességnél a mérhető infrahang immisszió az előírt határérték alatt van. Az infrahang tartományban a szélerőművek olyan infrahang nyomás szintet produkálnak, amelyek az ember érzékelési küszöbértéke alatt maradnak. A németországi kutatási és gyakorlati eredmények arról tanúskodnak, hogy az infrahangok az emberi szervezetre nem gyakorolnak káros hatást. (www.gigawind.de)

Árnyékhatás, diszkó-effektus

A szélturbinák vizuális hatását meghatározza a lapátokról visszaverődő fény és a forgó lapátok által keltett mozgó árnyék. A fényvisszaverődés megelőzése érdekében a gyártók a mai szélturbinákat tükröződésmentes bevonattal látják el. Az árnyékvetés azonban igen zavaró lehet a környező lakosok számára. A jelenség magyarázata, hogy a mozgó lapátok mozgó árnyékokat vetnek, amelyek a nap alacsony állása esetén óriási pörgő, gyorsan váltakozó világos és árnyékos foltokat okoznak. Ezt diszkó-effektusnak is hívják. Amennyiben a szélturbinát domb tetejére telepítették, ezek a mozgó árnyékok különösen hosszan látszanak.

4.51. ábra - az árnyékvetés geometriája egy dombon álló szélturbina esetében (Mértékegysége: láb, forrás: Bolton, 2007)

az árnyékvetés geometriája egy dombon álló szélturbina esetében (Mértékegysége: láb, forrás: Bolton, 2007)


Törvényi szabályozás nincs az árnyékhatás megengedhető mennyiségére, azonban egy német bírósági döntés évi 30 napban maximalizálta a lakóépületeket érintő még elfogadható diszkó-hatást. Ezt az ajánlást azóta több ország alkalmazza. (Danish Wind Energy Association) Egy további ajánlás szerint érdemes a szélerőművet úgy tájolni, hogy a legközelebbi érintett létesítmény messzebb legyen, mint a rotor átmérőjének a tízszerese. (Bolton, 2007)

Az árnyékhatást geometriai módszerekkel számíthatjuk ki, ha a rotorokat korong, a napot pedig pontforrásnak tekintjük. Az árnyékvetés hatása függ a felhősödéstől, a légkörben található aeroszolok hatásától, amelyek módosítják a napfény erősségét, illetve függ attól, hogy az árnyék milyen napszakban érinti az adott létesítményt vagy házat. Egy svéd felmérés alapján azok a lakosok, akikhez munkaidő után vagy este ért el a mozgó árnyék, kifejezetten zavarónak ítélték, ellenben azokkal, akiket napközben érintett az árnyékhatás. A szélerőművek tájolásánál nem csak az árnyékolásnak kitett órák számát kell figyelembe venni, hanem azt is, hogy ezek a hatások, mely napszakban érintik a lakosokat. A fény-árnyék hatás egyszerűen kivédhető azon a területen, ahol lehetőség van a szélturbinák lakott területhez viszonyított északi elhelyezésére. A környezeti hatástanulmány fontos eleme hazánkban is az árnyékvetés vizsgálata.

Elektromágneses sugárzás, elektromágneses interferencia

Bármely nagy mozgó szerkezet képes elektromágneses zavarást kelteni. Ez a szélturbinák esetében, úgy lehetséges, hogy a jelek visszaverődnek a lapátkerékről úgy, hogy a közelben lévő vevőkészülék fogja mind a közvetlen, mind a visszaverődött jeleket. Az elektromágnese zavarás a fémes anyagoknál a legsúlyosabb, míg legkevésbé súlyosak a fa légcsavarok esetében, hiszen ezek erősen zajnyelő hatásúak. A modern lapátkerekekhez üvegszálas poliésztert használnak. Ezek részlegesen eresztik át az elektromágneses hullámokat és ezért közbenső helyet foglal el az elektromágneses zavarás skáláján. Azon polgári és katonai kommunikációs jeltípusok, amelyeket az elektromágneses zavaró hatások befolyásolhatnak, a tévé és rádióadásokat, a mikrohullámú és cellás rádiókommunikációt, valamint a különböző navigációs és légi közlekedési ellenőrző rendszereket foglalják magukba. A szélerőmű parkok vezetői konzultálnak az illetékes polgári és katonai hatóságokkal, hogy megállapítsák, várhatók e elektromágneses zavarások. A mikrohullámú hálózatokat és a légügyi kommunikációs rendszereket befolyásoló problémákat már ebben a szakaszban el kell kerülni. A szélturbinák és a telekommunikációs rendszerek párhuzamos telepítése az Európai Unióban már megszokott. Az eddigi Európai Uniós tapasztalatok azt mutatják, hogy a megfelelően tervezett szélerőmű parkok nem zavarják a telekommunikációs rendszerek működését, továbbá a szélparkokból eredő rádiófrekvenciás sugárzás az emberre, a környezet növény és állatvilágára semmiféle káros hatást nem gyakorol.

Személyes biztonság

A Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság nemzetközi szabványt adott ki a szélerőművek biztonsági előírásairól.(MSZ EN 61400-1; MSZ EN 61400-2) Az eddigi európai üzemeltetési tapasztalatok szerint nem fordultak elő szélerőművek által okozott személyi sérüléssel járó balesetek. Fokozott figyelmet kell fordítani a tűzesetek megelőzésére. (Zurndordf, 1998)

Földet érő hatások

A szélerőművek telepítése és üzembe tartása valamint a felhagyása során a talajt érő hatások elkerülhetetlenek. Az építés előkészítésének időigénye gyakorlatilag a terület infrastruktúrájától függ. Az erőmű alkotóelemeinek összeszerelése csak néhány napot vesz igénybe és ezen időszakban a környezet csak minimális mértékben kerül átalakításra. A terület igénybevétel során figyelemmel kell lenni a termőföldről szóló 1994. évi LV. Törvény előírásaira. Az erőművek területét a művelésből ki kell vonni, ezért célszerű a gyengébb minőségű területek igénybevételét előtérbe helyezni. Nagyobb szélerőmű park esetében a földterület éppúgy művelhető, mint azelőtt. Az építési folyamat során az alapozáshoz szükséges munkagödör kerül kiásásra. Az oszlopok alapjának kiásásakor, a földkábelek fektetésekor a talaj szerkezetének védelme érdekében a humuszos talajt a többi kiemelt földtől elkülönítve kell, hogy deponálják, majd a későbbiekben az építési terület rendezésekor újra felhasználják. A humuszt nem tartalmazó föld egy részét elszállítják, de a jelentős részét az elkészült alapra kis dombként visszatermelik. A betonozás két fázisban történik. A mélyalap beöntését követően a felső alapozás zsaluzási munkája következik, mely a kúpos acéloszlop rögzítő elemit is tartalmazza. Ilyenkor az elkészült betonalapból csak a rögzítő csavarok állnak ki. Az építés időszakában a szélerőmű park területén az energiát szállító földkábelek tervezett nyomvonalain történhet talajt érő üzemanyag illetve olaj elfolyásból eredő hatás. Ez elsősorban a munkagépek és szállító járművek üzemanyag csöpögtetésének tudható be. Ez a talajszennyezés kiküszöbölhető amennyiben a szállítási munkák megfelelő műszaki állapotban lévő gépjárművekkel történnek. A munkagépek mozgása mellett az utak kialakítása is talajszerkezet romlást eredményezhet, valamint zöldkárok is keletkezhetnek, ezért célszerű a munkálatokat a vegetációs időn kívül végezni. A széltornyok több száz tonna tömegűek éppen ezért hatalmas súllyal nehezednek a talajra és a talajképző kőzetekre. A tömörítő hatásuk függ azok szilárdságától és teherbíró képességüktől. A jelentős súlyú terhelő hatás a karsztterületeken a kőzetek szerkezetében kárt okozhat, ezért itt a telepítés kerülendő. A mennyiben erre mégis sor kerül, különösen körültekintően kell eljárni. A szélerőművek üzemeltetése és szükség szerinti karbantartása nem okoz talajszennyezést. A felszámolás időszakában káros hatások nem várhatók. A felhagyás miatti várható hatások megegyeznek a szerkezet telepítésekor várható hatásokkal. Az erőművek elbontását követően a környező területet az aktuális állapotának megfelelően rekultiválni kell.

Vizekre gyakorolt hatás

A szélerőművek, szélparkok építése, működése majd a felhagyása semmilyen vízhasználattal nem jár, ez azt jelenti, hogy sem szennyvíz, sem pedig más vízszennyező hatás nem keletkezik. Tekintettel arra, hogy az építmények alaptestei nem érik el a területre jellemző földalatti vízerek és az általajvíz szintjét, ezért a tervezett létesítmények sem az építési, sem az üzemelési időszakban a talajvízre semmilyen hatással nincsenek. A szélerőművek alapozásának ugyan elvileg van némi hatása a talajvízáramlásra, ez a hatás azonban gyakorlatilag jelentéktelen. Mély alapok esetén azok egymástól független, pontszerű elhelyezkedése miatt a talajvíz gond nélkül körüláramolja őket. Érzékenyebb területnek számítanak elsősorban az élőhely veszélyeztetettség miatt a vízpartok menti területek, valamint a karsztterületek a kőzet karsztvíz felszíni víz utánpótlásra gyakorolt hatása okán. Ezeken, a területeken szélerőmű felállítását lehetőleg kerülni kell, ha erre mégis sor kerül, különösen körültekintően kell eljárni.

A szélerőművek teljes életciklusa alatt keletkező hulladékok kezelése

A szélerőművek teljes életciklusa alatt a várható hulladék kibocsátások minimálisnak mondhatók. Az olajos készülékeket és anyagokat, tehát a veszélyes hulladékokat ellenőrzött körülmények között kezelik. A munkaterületen az építéssel megbízott cégnek kell gondoskodnia a különböző hulladékok fajta szerinti gyűjtésről és ártalmatlanításról. A helyszínen hulladék nem maradhat, az építési munkálatok végeztével az összegyűjtött hulladékot a területről elszállítják. A veszélyes hulladékokat az erre szakosodott telepre szállítják és a más helyről hozott hasonló hulladék fajtákkal együtt ártalmatlanítják. Az életciklus végén, tehát a felhagyás időszakában keletkező hulladékokat az akkor érvényben lévő előírásoknak megfelelően kell majd kezelni. Megfelelően tervezett hulladékgazdálkodás esetén a környezet védendő elemeire a helyszíni és a vizsgált területen kívüli hatások nem várhatóak.

A szélerőművek anyag és energia felhasználása

A mai modern szélerőművek rendkívül gyorsan megtermelik azt az energiamennyiséget, amit a gyártásukra, a beüzemelésükre és a végén a kiselejtezésükre fordítottak. A teljes életciklus alatt felhasznált energia mennyiség árát egy szélerőmű park körülbelül 3-4 hónap alatt behozza. A Dán Szélenergia Szövetség egy teljes életciklus elemzést hajtott végre a szélerőműveken. Kiderült, hogy egyre rövidül a szélerőművek gyártási és üzemeltetési energiaszükségletének a visszatérülési ideje. A nagyobb távolságra elszállított szélerőművek elhelyezése csak kis visszatérülési különbséggel jár, mint a helyben beüzemelt.

A szélerőművek létesítésekor felhasznált anyagok tömege nem biztos, hogy arányos a szélerőmű park beépített teljesítményével.

A szélerőművek felújítása az alapok és a tornyok meghagyásával elvégezhető. Ennek köszönhetően, mint egy 80 százalékkal csökkenthető a második generációs erőművek anyagszükséglete.

4.33. táblázat - szélerőmű park létesítésének anyagszükséglete [24]

Szélerőmű park komponensekTeljes súly (tonna)Súly (tonna)Arány (%)
Megfigyelő tornyok<1<1-
Szélerőművek43610817
Szélerőmű alapok180044473
Más infrastruktúrák2416010
Teljes felhasználás2478612100

(Forrás: TÓTH et al, 2006: Szélenergia hasznosítása)

Újrahasznosítható anyagtartalom

A szélerőművek lebontása estén ezekre a berendezésekre úgy tekintünk, mint nagy arányban újrahasznosítható anyagokból összeállított szerkezetre.

4.34. táblázat - a szélerőművekhez felhasznált anyagok újrahasznosítási lehetőségei [24]

KomponensekÚjrafeldolgozásElégetésFöldfeltöltés
Rotor lapátol

GRP/poliészter

GRP/epoxid

GRP mint adalékanyag a műanyagokhoz

A gyanta üvegszállal olyan redukáló szer a

fúvókemencékben, mint a salak, használható adalékanyag a cementmunkában.

 
Alapzat és beton

Alapozás

Torony: Köracél, Beton

Generátor

Fogaskerékház

Acél az acélszerkezetben. Beton, mint adalékanyag

(pl. új beton vagy útalapokhoz).

Ötvözött acél a jó minőségű acélt igénylő munkában.

Másodlagosan finomított hajtóműolaj. Réz másodlagos rézberendezésekben.

A fogaskerék-hajtómű olaj hulladékégetőben.

(veszélyes hulladék)

Szilárd feltöltő

a házhelyeknél.


Forrás: (TÓTH et al, 2006: Szélenergia hasznosítása)

Néhány új szempont a szélerőművek anyagainak felhasználásához:

  • Törekedni kell a komponensek mennyiségének minimalizálására és biztosítani a könnyű lebonthatóságot.

  • A rotor lapátot PVC nélkül kell előállítani.

  • Az újrahasznosított beton törmeléket, mint adalékanyagot kell használni az alapozáshoz.

  • Figyelembe véve az alapok könnyű lebonthatóságát, a megfelelő helyekre robbantásra előkészített lyukakat célszerű elhelyezni.

  • Meg kell vizsgálni az újrahasznosított kenőanyagok további használhatóságát.

  • Osztályozni kell pontos anyagi összetétel alapján, főként a felhasznált ötvözött acélokat.

  • A rotor lapátokat újrahasznosítható nyersanyagból kell tervezni.

A szélerőművek szociális hatásai

A szélerőművek telepítésekor számos fontos szempontot kell figyelembe venni. A szélenergia hasznosítás szempontjain kívül fontos tényező a táj természetvédelmi jellege, a védett állat és növényvilág, továbbá az erőművek lakott területektől való távolsága, amire elsősorban az esetlegesen fellépő zajhatások miatt szentelnek kiemelt figyelmet. A szélerőművek telepítési helyének kiválasztása során figyelembe kell venni az erőművek szociális hatásait is. A szélerőművek szociális hatása alatt, azok emberi társadalomra, közösségekre gyakorolt hatását értjük. Alapvetően a szélenergia, mint megújuló energiaforrás pozitív fogadtatásnak örvend. A szélerőművek azonban a jellegzetes formájuk folytán más energiaforrásoktól eltérően messziről láthatók. Ez egyrészt komoly szimbolikus erőt kölcsönöz neki, másrészt viszont hasonlóan a többi új fejlesztésekhez a szélenergia hasznosítása ellen is hoznak fel érveket. A szélparkot a legközelebbi lakott területtől több mint 100 méterre kell telepíteni annak érdekében, hogy a zajhatás csak töredéke legyen az emberre vonatkozó határértéknek. A turbinák esetleges zavaró villódzása a környezetbe illő matt festett felülettel megoldható. Az emberéletet veszélyeztető tényezők (oszlop dőlése vagy jégdarabok hullása) minimalizálása az elsődleges szempontok a tervezés során. A településtől megfelelő távolságra épített szélerőművek esetében, a lakosság is biztonságban van, ha esetleg valamilyen meghibásodásra kerülne sor. A szélerőművek lakossági elfogadása erősen függ a projekt kialakításától és a lakosság bevonásától. Csak kevés projektnél merültek fel sérelmek a lakosság részéről, ezek főleg ott ahol megfelelő társadalmi tájékoztatás nélkül hozták létre a létesítményeket. A beruházónak még a projekt kezdeti szakaszában érdemes részletesen tájékoztatnia a lakosságot, mert ha bevonják őket a tervezési eljárásba, akkor a szubjektív sérelmek is messzemenően csökkenthetők. Az Európában szerzett összes eddigi tapasztalat azt mutatja, hogy ily módon a szélerőműveknél igen nagy mértékű elfogadás érhető el. Külföldi kutatási eredményekből kiderül, hogy azokban az országokban, ahol már jelentősebb mennyiségű erőművet telepítettek, a turbinák támogatottsága magasabb a már érintett lakosok között, mint azok körében, ahol még csak tervezik a szélturbinák felállítását. Dán felmérések szerint a megkérdezettek 96 %a támogatja a szélenergiát. A válaszadók 92% a gondolja úgy, hogy a szélenergia növeli a foglalkoztatottságot, 61% szerint az erőművek jól illeszkednek a tájképbe, míg 51% kifejezetten gyönyörűnek tartja őket. Egy skóciai kutatóintézet kifejezetten az erőművek közvetlen közelében élők véleményére volt kíváncsi. Háromszor annyian voltak azok, akik szerint pozitív hatásuk volt a beruházásoknak, mint azok, akik szerint negatív. A német SOKO intézet az évente elvégzett kutatásaiban a szélturbinák és a német turizmus összefüggését keresi. Fő kérdésük abból indul ki, hogy mely tájképi elemek zavarják az embereket nyaralásaik során. A 2005-ös felméréseknél a válaszadók mindössze 3,3% a jelölte meg a szélturbinákat. Németországban egyébként napjainkig, mint egy 70 000 embernek adott munkalehetőséget a szélenergia ipar és ez a szám 2020-ig a 110 000 főre is nőhet.

Hazánkban is készült olyan közvélemény kutatás, amely a szélerőművek társadalmi elfogadottságát vizsgálta. A kutatás 366 ember megkérdezésével készült 2003-ban. A Kulcsi és a Mosonszolnoki eredmények a nemzetközi statisztikákat támasztják alá. Ezeken a helyeken 77%-os volt az erőművek elfogadottsága.

Általában elmondható az, hogy a szélturbinákkal kapcsolatos negatív hatások csak kisebb mértékben igazolódtak be, mint ahogy azt a lakosok a megépültük előtt várták.

Turisztikai aktivitás

A szélerőművek turisztikai látványosságnak számítanak, ezért a létesítés helyén nagyszámú látogatóval lehet számolni. Ez az adott területen tartós forgalmat eredményez, amit megfelelő infrastruktúra kialakításával, a természetvédelemmel összehangolt korlátozásokkal lehet megfelelően szabályozni. (Zurndorfi szélerőmű park)

4.52. ábra - egyetemi hallgatók Zurndorfban [24]

egyetemi hallgatók Zurndorfban [24]


Más ökológiai hatások

A földi ökoszisztémát elsősorban a szélerőművek építésével kapcsolatos tevékenység és a terület felhasználás befolyásolja. A hatás mértéke függ az ökoszisztéma jellemzőitől, az építkezési technikától, az időzítéstől és a helyreállítási gyakorlattól. Ezek a hatások esetenként vizsgálandók. (20/2001. (II.19.) Korm. Rendelet, 314/2005 (XII.25.) Korm. Rendelet)

Nem táj és természetvédelmi területen a szélerőművek telepítése 2MW összteljesítménytől, védett táj és természetvédelmi területeken 200 kW összteljesítménytől környezeti hatásvizsgálathoz kötött. A környezetvédelmi engedélyt kiadó hatóság hatáskörében mérlegeli a természet és tájvédelmi szempontokat.

A szélenergiából történő villamosenergia-termelés gazdaságossága

A szélerőmű park, szélerőmű energiatermelésének költsége három fő költség nemre bontható. A legnagyobb költség a szélerőmű, szélerőmű park létesítési, beruházási költsége. A második legnagyobb költséget a szélerőmű, szélerőmű park 20 év üzemideje alatt jelentkező üzemeltetési és karbantartási ráfordítások jelentik. Végül a harmadik legnagyobb költség a szélerőmű élettartama végén jelentkező lebontási, területrendezési költség.

A szélenergiából történő villamos energiatermelés gazdaságossága nem ítélhető meg kizárólagosan a gazdasági alapon, nevezetesen szem előtt kell tartani, hogy a szélenergiából nyert villamos energia termelése a teljes életciklus analízis alapján az egyik legkörnyezetkímélőbb energiatermelés.

A részletes költségmodell LPC (Levelised Production Cost) számítások bemutatásából terjedelmi korlátok miatt el kell tekintenünk, csak a szélsebesség, a toronymagasság növelésének hatását vizsgáljuk a fajlagos energiatermelés költségére.

4.53. ábra - A szélsebesség növekedés hatása a fajlagos energiatermelés költségére [21]

A szélsebesség növekedés hatása a fajlagos energiatermelés költségére [21]


4.54. ábra - A szélerőmű toronymagasság növelésének hatása a fajlagos energiatermelés költségére [21]

A szélerőmű toronymagasság növelésének hatása a fajlagos energiatermelés költségére [21]


4.55. ábra - Kisebb szélsebességek esetén a fajlagos energiatermelés költsége a torony magasságának növelésével mérsékelhető. [21]

Kisebb szélsebességek esetén a fajlagos energiatermelés költsége a torony magasságának növelésével mérsékelhető. [21]


A tíz éves magyarországi üzemeltetési tapasztalatok szerint 6,35 m/s éves átlagos szélsebesség mellett a 105 m toronypont magasságú, 90 m turbinalapát átmérőjű, 2 MW teljesítményű szélerőművekkel illetve ezekből kialakított szélerőmű parkokkal érhető el a legjobb fajlagos energiatermelési költség. A jelenlegi KÁT (Kötelező Átvétel Mérlegköre) mérlegköri kötelező áramátvételi árak és pótdíjak mellett a szélerőművek becsült megtérülése Magyarországon 10-13 év.

A szélerőmű beruházás megkezdésének előfeltételei Magyarországon:

  • környezetvédelmi engedély a 314/2005. (XII.25.) Korm. rendelet szerint

  • jogerős építési engedély

  • vezetékjogi engedély

  • áramátvételről szóló hosszú távú kereskedelmi szerződés (KAT mérlegkör, 389/2007.(XII.23) Korm. rendelet,109/2007.(XII.23.)GKM rendelet)

  • összevont kiserőművi létesítési, működési engedély a 2007. évi LXXXVI. törvény a villamos energiáról (VET) és 246/2005.(XI.10.) Korm.rend.)

A szélerőművek létesítésekor figyelembe kell venni a nemzeti környezetvédelmi, természetvédelmi jogszabályokat, EU jogszabályokat, nemzetközi szerződéseket, egyezményeket.

Tapasztalatok

Egy 1,5 MW teljesítményű szélerőmű a 20 évi várható üzemideje alatt 76 millió kWh tiszta („zöld”) áramot állít elő. Ez megfelel 84 000 tonna barnaszén helyettesítésének.

Egy 6 MW teljesítményű szélerőmű park létesítésével évente elkerülhetjük 13,6 millió kg szén-dioxid, 20720 kg kén-dioxid, 10 220 kg nitrogén-oxid, valamint 560 kg por kibocsátását.

A szélenergia hasznosításhoz kapcsolódó szolgáltató szektor, nevezetesen az

  • üzembe helyezés

  • karbantartás

  • mérnöki tevékenység

új munkalehetőséget nyújt az adott régióban. Ezt igazolják a szomszédos ausztriai tartományban Burgenlandban (Zurndorf, Bruck an der Leitha) létesített szélerőművek üzemeltetési tapasztalatai is.

Németországban 2006 végén a szélenergia iparban foglalkoztatottak száma meghaladta az atomenergia iparban foglalkoztatottak létszámát.

A helyi lakosság számára a „Szélenergia Szövetkezetek” (lásd Dánia) befektetési lehetőséget nyújthatnak. A földtulajdonosok a terület bérbeadásával többletbevételekhez juthatnak. Egy 1,5 MW teljesítményű szélerőmű 1000 háztartás évi villamos energia igényét biztosítja.

A szélenergia hasznosítás a regionális értékteremtés egyik eszköze lehet.

Szerző megjegyzése a 4.3.szélenergia fejezethez:

a szélerőművek működésének elméleti alapjait az „Alternatív energia” Szélmotorok, szélgenerátorok című (szerk: Dr.Tóth László-Dr. Horváth Gábor) a Szaktudás Kiadó Ház gondozásában az Oktatási Minisztérium támogatásával kiadott (ISBN: 9639553034) alapműnek tekinthető felsőoktatási tankönyv részletesen tárgyalja. A TÁMOP keretében megírásra kerülő „ENERGETIKA” jegyzet elsődlegesen a környezetmérnöki MSc oktatást szolgálja, ezért és a jegyzet korlátozott terjedelme miatt a szélerőművek működésének elméleti alapjait, szabályozását, villamos hálózatra kapcsolását nem tárgyaljuk.

Irodalom a 4.3. fejezethez

[1] Bartholy, J. és Radics,K. (szerk.), 2000: A szélenergia hasznosítás lehetőségei a Kárpát-medencében. Egyetemi Meteorológiai Füzetek, No.14, p. 80.

[2] Bartholy, J. – Radics, K. – Bohoczky, F., 2003: Present state of wind energy utilisation in Hungary: policy, wind climate and modelling studies. Renewable and Sustainable Energy Reviews 7., pp. 175-186.

[3 ]Bíróné Dr. Kircsi Andrea - Dr. Tóth P. - Dr. Bulla M. (2009): A szélenergia hasznosítás legújabb magyarországi eredményei. Környezet és Energia Konferencia Debrecen, 2009. május 8-9.

[4] F. Bergen (2001): Untersuchungen zum Einfluss der Errichtung und des Bertiebes von Windenergieanlagen auf vögel im Binnenland

[5] Betz, A., 1946: Windenergie und ihre Ausnützung durch Windmühlen. Göttingen.

[6] Dobi Ildikó (szerk.) (2006): Magyarországi szél és napenergia kutatás eredményei. OMSZ, Budapest

[7] Hunyár, M, és szerzőtársak (2001): Megújuló és környezetbarát energetika villamos gépei és szabályozásuk. Műegyetemi Kiadó. Bp. 2001.

[8] Imre László szerk.: (2006): Magyarország megújuló energetikai potenciálja. Magyar Tudományos Akadémia Energetikai Bizottság, Megújuló Energia Albizottság Szakmai Csoportja, Tanulmány, Budapest 2006.

[9] Kakas J., és Mezősi, M., 1956: Szélviszonyaink vizsgálata és az országos energiagazdálkodás. Időjárás, 60., pp. 350-364.

[10] Keveiné Bárány, I., 2000: Adatok a szélerő-hasznosítás alföldi lehetőségeihez. Megújuló energiaforrások-bioüzemanyagok. Energiahatékonysági konferencia, Kecskemét, pp. 44-50.

[11] Ledács-Kiss A., 1963: A szélenergia hasznosítása. Műszaki Könyvkiadó, Budapest.

[12] Major György (2005): Negyedik szakmai beszámoló a 2005. január 31. határidővel elvégzett feladatairól. Projekt tartama 2002–2005.

[13] Patay I., 2003: A szélenergia hasznosítása. Szaktudás Kiadó Ház, Budapest

[14] Radics, K., 2001: Eredmények a szélenergia hasznosítás területéről: mérések, szélklíma és modellezés. Szélenergia konferencia előadásai. Magyar Szélenergia Tudományos Egyesület, pp. 35-40.

[15] Radics K., 2004: A szélenergia hasznosításának lehetőségei Magyarországon: hazánk szélklímája, a rendelkezésre álló szélenergia becslése és modellezése. Doktori (PhD) értekezés, ELTE, Budapest.

[16] Szalai S.-Gács I.-Tar K.-Tóth P.(2010):A szélenergia helyzete Magyarországon, Magyar Tudományos Akadémia Környezettudományi Elnöki Bizottság és az Energetika és Környezet Albizottság tanulmánya, Magyar Tudomány 2010/8. szám

[17] Tar Károly (2007): Diurnal Course of Potential Wind Power with Respect to the Synoptic Situation. Időjárás. 111, 4, 261–279. (Abstract: www.met.hu)

[18] Tar Károly (2008a): Energetic Characterization of Near Surface Windfield in Hungary. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 12, 250–264. DOI: 10.1016/j.rser.2006.05.007.

[19] Tar Károly (2008b): Some Statistical Characteristics of Monthly Average Wind Speed at Various Heights. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12,. 1712–1724. DOI: 10.1016/j.rser.2007.01.14.

[20] Tar Károly (2009): A magyarországi szélenergia potenciál meghatározásának megoldandó problémái. MTA Környezettudományi Elnöki Bizottság Energetika és Környezet Albizottsága részére

[21] Tóth L.- Horváth G. ( 2003):Alternatív energia, szélmotorok,szélgenerátorok. Tankönyv, ISBN 963 9553 03 4; Szaktudás kiadó Ház Kft; Budapest 2003.

[22] Tóth P. (2004): A szélenergia hasznosítás gyakorlati eredményei. II. Energexpo Nemzetközi Energetikai Szakkiállítás és Konferencia, pp. 143-154.

[23] Tóth Péter (2007): Szélerőművek zajemissziója. Előadás a Széchenyi István Egyetem Környezettudományi Konferenciáján, 2007. nov. 9.

[24] Tóth Péter szerk. (2007): A szélenergia hasznosítása. Épületgépészet a gyakorlatban 3.kötet, 12.rész VERLAG DASHÖFER Kft. Budapest 2007.augusztus 6.

[25] Tóth Péter - Bíróné Dr. Kircsi Andrea (2009): A szélenergia hasznosítás környezetvédelmi és területfejlesztési összefüggései, követelményei. Környezet és Energia Konferencia. Debrecen, 2009. május 8-9.

[26] Tóth Péter (2009): A megújuló energiaforrásokból történő villamosenergia-termelés új támogatási rendszerének tapasztalatai. "Erőművek jelene és jövője” Nemzetközi Konferencia, Budapest, 2009 február 3-4.

[27] Tóth Péter (2009): A magyarországi szélenergia hasznosítás legújabb eredményei. XIV. Országos Energiatakarékossági Konferencia és Ausztriai Energiatakarékossági Szakvásár, Sopron-Wels 2009. február 26-27.

[28] Tóth Péter (2009): A megújuló energiák szabályozásának aktuális kérdései. Környezet és Energia Konferencia, Debrecen, 2009. május 8-9.

[29] Tóth Péter (2009): A magyarországi szélenergia hasznosítás legújabb eredményei. III. Magyar Műszaki Értelmiség Napja alkalmából rendezett Tudományos-Műszaki Konferencia, Budapest 2009. május 14.

[30] Tóth Péter (2009): Wind industry vision for 2020. WIND ENERGY – THE FACTS project workshop, Budapest, 2009. június 12.

[31] Varga Bálint - Németh P. - Dobi I. (2006): Szélprofil vizsgálatok eredményeinek összefoglalása. In: Dobi Ildikó (szerk.): Magyarországi szél és napenergia kutatás eredményei. OMSZ. 7–20.

[32] Wantuchné Dobi I. – Németh P. – Varga B., 2004: Hazai szélprofil vizsgálatok eredményei. II. Energexpo Nemzetközi Energetikai Szakkiállítás és Konferencia, pp. 173-177.

[33] Werner Zielke (2003): www.gigawind.de