Magyar világszabadalom: Függőleges szélerőmű

Az új szélerőmű forradalmasíthatja a világ megújuló energiatermelését

Újabb magyar csoda

Dr. Györgyi Viktor 2007-ben bejegyzett grandiózus világszabadalmát, a függőleges tengelyű szélerőművet hamarosan gyártani fogják Magyarországon. A professzor és munkatársai kutatóállomást építenek Felcsúton, míg Bicskén a turbinagyártáshoz fejlesztik a gyártókapacitást. Az új típusú szélerőmű sokkal hatékonyabb a jelenleg is használatban lévő vízszintes tengelyű, háromlapátos szélerőműnél, forradalmasíthatja a megújuló energiatermelés piacát. Bár Györgyi urat a világ valamennyi tájáról megkörnyékezték már, és nem kapott Európai Uniós támogatást a GVOP programból forráshiányra hivatkozva, mégis Magyarországon akarja tartani a szabadalmat, és itt indítja be a termelést. A téma fontosságát legjobban Dr. Lukács György professzor véleménye tükrözi, amely szerint a transzformátor feltalálása óta Magyarországon a villamos iparban ilyen nagy jelentőségű találmány nem született.

50 milliárdos összberuházás

Az új típusú szélerőmű 10 méter magas prototípusát már megépítették Felcsúton egy 27 hektáros területen, amely hozza a várt mérési eredményeket. E mellé terveznek egy újabb, 33 méter magas erőművet. Itt fog felépülni a kutatóintézet is. A tervek szerint 100 kW-os, 1 MW-os és 10 MW-os turbinákat gyártanának, egy 100 kW-os kísérleti turbina már alkatrészekben le is van gyártva, egyelőre a hivatalok engedélyeztetési procedúrái zajlanak. A termelés beindításához a kezdeti beruházás költsége 10 milliárd forintra rúgna, míg ha teljes kapacitással beindulna a gyártás, annak költsége megközelítené az 50 milliárd forintot, ahol kezdetben közel 1000 főt tudnának munkához juttatni. Később a folyamatosan jelentkező külföldi igények miatt több tízezer főnyi munkaerőre is szükség lehet. A termelés során a turbinát, a generátort és az energiatárolás segédberendezéseit gyártanák – magyarázza a terveket Dr. Györgyi Viktor.

Lemaradtunk az alternatív energiatermelésben

A megújuló energiák közül a szélenergia hasznosítása a legígéretesebb. Az Európai Unió előírta tagországai számára, hogy több mint 10 % legyen a megújuló forrásokból termelt villamos energia részaránya. Magyarország engedélyt kapott ennél jóval kisebb részarányra, így viszont lemaradásunk hosszabb távon is megmarad. A magyar kötelezettség 2010-re kb. 1600 GW/év, ami kb. 180 MW 100 %-os termelőkapacitásnak felel meg. Ha mindezt szélerőművekkel szeretnénk elérni, akkor kb. 750 MW lenne a szükséges szélerőmű kapacitás, amitől jelenleg fényévekre vagyunk. A magyar energiarendszer ráadásul a szélenergiát kevésbé tudja befogadni, mert nincs olyan csúcserőművünk, amely szélcsendes időben nagy energiafelhasználási időszakokban bevethető lenne.

A háromlapátos, vízszintes tengelyű szélturbina hátrányai

Jelenleg vízszintes tengelyű háromlapátos forgó szélturbinákat alkalmaznak a nagyvilágban villamos áram termelésre. Azonban ezek számos hátránnyal rendelkeznek. A széllökések és a torony nagy súlya miatt „kihajolhatnak”; a műszaki kivitelezés nagyon drága és bonyolult; a szabályozóberendezés a torony tetején található, ezért szinte állandóan működik, így a karbantartás megnehezül, és a szerkezet hamarabb tönkremehet. A beruházási költség 2-4 ezer dollár között mozog kW-onként. Nagyon komoly alapozást igényel, erős acéltorony szükséges a 60-80 méter magasan lévő 40 méter átmérőjű forgórészt érő szélterhelés miatt. Ráadásul a szél irányába kell állítani, míg Magyarországon ún. táncoló szelek az uralkodóak, amelyek iránya akár percenként is változhat a lapátokhoz képest – sorolja Dr. Györgyi Viktor. Hozzáteszi még, hogy pl. egy 100 km/órás orkán meg is csavarhatja a háromlapátos erőművet. A működése korlátozott, hiszen indulási sebessége min. 10 km/h, a maximális szélsebesség, ami felett le kell állítani, kb. 90 km/óra. A nagyobb teljesítmény elérése miatt növelhetik a lapáthosszt, viszont hangrobbanás esetén baj lehet. Ráadásul a háromlapátos turbina csupán 2,5-2,7 MW teljesítményre képes jó hatásfokkal.

15 év kutatómunkája a találmány

Dr. Györgyi Viktor 1993-ban kezdte tanulmányozni behatóbban a szélturbinákat és a hozzákapcsolódó áramlástani elméletet. Korábban repülőgép-fejlesztéssel foglalkozott, ezért az utóbbi évtizedekben háttérbe szorult áramlástanra összpontosított. A professzor a szél energetikai viszonyait vizsgálta közel 5 évig. A hagyományos szélerőművek energiatermelési hatékonysága korlátozott: a kis és a nagysebességű szeleknél nem termel energiát. Ezért egy olyan masszív turbina megvalósításán kezdett el gondolkodni, amely a teljes szélsebesség tartományban jó hatásfokkal működik. Ehhez járult még az a feladat, hogy optimalizáljon egy új típusú generátort is. A kutatás megkezdése óta közel 1500 oldalnyi szakmai anyagot gyűjtött össze. A világszabadalom leírásáig nagy jelentőségű matematikai munkát kellett folytatni, a rendszer elméleti működését egy hétváltozós, parciális differenciálegyenlet írja le, amely a turbinaméretezés alapjául szolgál.

Az új szélerőmű működési elve

Az új típusú szélerőmű függőleges turbinája valójában két fő részre oszlik: álló és forgó részre. A turbina külső álló részén helyezkednek el a nem mozgó ún. szélterelő görbületi elemek, amelyek a szerkezet belsejébe vezetik a szelet. Ezek számát optimalizálással lehet meghatározni adott teljesítményre. Belül pedig a forgórészt speciális turbinalapátok jellemzik, amelyeket forgásba hoz a levegő energiája. A forgórész közepén olyan technikai megoldást alkalmaznak, amellyel növelhető az átáramló levegő forgatónyomatékot létrehozó hatása. A szélturbina lényege tehát, hogy a szerkezetbe áramló szelet felgyorsítják a szélterelő elemek, megnövelik az impulzust, és ezért a forgó lapátok energiatermelése jó hatásfokú. Vagyis a szél csapdába kerül, ezért munkát kell végeznie. A szél ezt követően az üres tengelyrészen keresztül átáramlik a túloldalra, és elhagyja az erőművet. A szerkezet stabilitását a jó gépészeti konstrukció biztosítja. A turbina alatt helyezkedik el a generátortér, amelyben található a villamos energiát előállító generátor – ezt a turbina tengelye hajtja meg. Ugyanitt található az erőművet szabályzó elektronikai rendszer is.

A függőleges tengelyű szélerőmű előnyei

Az indulási szélsebesség csak 1 km/óra, és kevésbé széljárta területeken is gazdaságosan üzemeltethető. A beruházási költsége 1-2 ezer dollár/kW, tehát a fele a hagyományos háromlapátos erőmű költségeinek. Nem szükséges erős alapozás, mert a súlypontja sokkal alacsonyabban van, mint a vízszintes tengelyű turbinának. A szélterelő lapátok rögzítettek, nem kell változtatni a szögállásukat, így a konstrukció miatt mindig szélirányban állnak. Hatásfokuk kb. a kétszerese a jelenleg működő erőművekének. A karbantartási és üzemeltetési költségek 65-70 %-kal csökkenthetők az eddig alkalmazott technológiákhoz képest. Élettartamuk sokkal hosszabb, mint háromlapátos társaiké, a szükséges karbantartás pedig könnyen és gyorsan elvégezhető. A villamos hálózatra kapcsolás az eddigi rendszereknél lényegesen egyszerűbb, kb. 50 %-kal olcsóbb és megbízhatóbb. Magyarországon az uralkodó szelek kis sebességűek és változó irányúak, a szabadalom szerinti szélerőművek ezért is jobb hatásfokkal üzemeltethetőek. Az új magyar termék tehát versenyképes lehet az egész világon.