BMGE-NKTH 2008/2009.)
4.3. A szélenergia hasznosítása
4.3.1. 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
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
A megújuló energiaforrások
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
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
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.
A megújuló energiaforrások
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.