Szél a háztetőn: miért nem kell a kis turbinának legyőznie az óriásokat?

Ha valaki egy panelház tetejére szélturbinát szerel, nagyjából 30 méter magasan fogja a szelet. Egy modern ipari szélerőmű lapátjai ennek a hat-hétszeresén, 150–200 méteren járnak. A különbség elsőre csak magasságnak tűnik, valójában viszont két külön világról van szó, eltérő széllel, eltérő gazdasággal és eltérő céllal.

Magyarországon hosszú idő után ismét szabad utat kap a szélenergia, az egyik legolcsóbban hasznosítható megújuló forrás. A figyelem érthetően a nagy, hagyományos kialakítású, ipari méretű erőművekre irányul. Az iparágnak azonban van egy csendesebb szegmense is: a kisebb, változatos formájú, függőleges tengelyű szélturbinák, amelyek nem a horizonton, hanem a háztetőkön keresnék a helyüket.

A szél nem egyformán fúj

A függőleges tengelyű turbinák legfőbb erénye, hogy bármilyen irányból érkező szelet hasznosítani tudnak, nem kell őket a széliránynak megfelelően fordítani. Kompakt kialakításuk miatt beépített, városi környezetben is elképzelhetők.

A fizika viszont könyörtelen. Hazai, jó széladottságú helyszíneken 150–200 méter magasan 6–8 m/s, 30 méteren viszont csak 4–5 m/s az átlagos szélsebesség. A kis turbina tehát eleve gyengébb széllel dolgozik, ráadásul kevésbé hatékonyan: aerodinamikai hatásfoka 20–35 százalék, míg a vízszintes tengelyű, hagyományos turbináké 40–50 százalék.

Ugyanez látszik a pénzben is. A kilowattra vetített kezdeti beruházási költség a függőleges tengelyű egységeknél magasabb, a teljes életciklusra vetített energiaköltség (LCOE) pedig 60–80 euró/MWh, szemben a nagy ipari turbinák 40–60 euró/MWh-s értékével. Ha a kérdés az, melyik termel olcsóbban áramot, a válasz egyértelmű: a kis turbinák ebben nem versenyképesek.

Tolni vagy emelni

Érdemes közelebbről is megnézni, hogyan forognak ezek a gépek, mert a függőleges tengelyű turbinák két alapelve meglepően különböző.

A Savonius-típus a legegyszerűbb logikát követi: a szél egyszerűen nekifeszül a kagyló- vagy félhenger alakú lapátoknak, és elfordítja őket. Ez az ellenálláson alapuló működés kevésbé hatékony, cserébe alacsony szélsebességnél is megbízhatóan termel, vagyis éppen ott erős, ahol a városi szél gyenge.

A Darrieus-típus ezzel szemben a repülőgépszárnyakhoz hasonlóan a felhajtóerőt használja ki. Nagyobb a hatásfoka, és magasabb fordulatszámon jobban teljesít, ám van egy furcsa gyengesége: magától nehezen indul el, külső segítségre vagy indító nyomatékra van szüksége.

A két típus jól mutatja a kis szélenergia alapdilemmáját: az egyik szerényen, de kitartóan dolgozik, a másik hatékonyabb, de kényesebb.

Más pályán játszanak

A kis és a nagy turbinák összehasonlítása talán eleve félrevezető, mert nem ugyanazon a terepen versenyeznek. Az ipari szélerőmű a hálózatnak termel, a kis turbina viszont ott termelhetne, ahol az áramot felhasználják.

A háztartási méretű, 50 kVA alatti szélerőműveknél éppen a településen belüli, épületek tetején történő elhelyezés jelenthetne jelentős előnyt. Erre azonban az országos településképi szabályok jelenleg nem adnak lehetőséget. A kis egységek így éppen azon a terepen nem jelenhetnek meg, ahol a leginkább értelmük lenne.

Pedig az előnyeik kézzelfoghatók. Különösen a Savonius-típusok alacsony szélnél is termelnek, így lakó- és középületek vagy ipari üzemek áramigényének egy részét fedezhetnék. Telepítésük egyszerűbb, környezeti hatásuk kisebb, a belépési küszöb pedig egészen más nagyságrend: pár milliárd forint helyett pár millió.

Amikor a szél és a nap egymásra talál

A függőleges tengelyű modellek döntő többsége 10 kilowatt alatti kis egység. Ez a méret alkalmassá teszi őket arra, hogy háztartási napelemes rendszerekkel kombinálva mini hibrid erőművet alkossanak. A két forrás eltérő időben termel, így együtt kiegyensúlyozottabb termelési görbét adhatnak, mint külön-külön.

Ha a rendszerhez akkumulátor is kapcsolódik, a termelés és a fogyasztás időbeli eltérése tovább mérsékelhető, a megtermelt energia nagyobb része pedig helyben hasznosul. Ebben a felállásban a kis turbina nem az ipari óriások vetélytársa, hanem egy ház, iskola vagy üzem energiaellátásának egyik eleme.

Felhasználási céltól függően még akár jó választás is lehet?

A függőleges tengelyű szélturbinák története jó példa arra, hogy egy technológia értékét nem mindig a hatásfok határozza meg. Ha csak a megawattórára jutó költséget nézzük, a kis turbinák vesztesek. Ha viszont azt, hogy hol, kinek és milyen beruházással termelhető áram, egészen más kép rajzolódik ki. A szél ingyen rendelkezésre álló hazai forrás, és a különböző léptékű szélerőművek eltérő adottságaikkal megférhetnek egymás mellett. Hogy a háztetőkön valóban megjelenhetnek-e, az ma már kevésbé műszaki, mint szabályozási kérdés.