Itt bepillanthatsz
a Mi MICSODA filmekbe:

Get Flash to see this player.

A szélenergia hasznosításáról

2016. szeptember 06., 16:03
 

Ma már egyre több országban látunk szélkerekeket, sőt, olykor egész szélkerék-mezőket. Ezek elsősorban arra valók, hogy természetes energiaforrásból állítsanak elő villamos áramot, alternatív energiatermelő berendezésekként. A villamosságot termelő szélkerék a modern kor leleménye, ami azonban a legkevésbé sem jelenti azt, hogy az emberiség csupán most fedezte volna fel a szél felhasználásának lehetőségeit, hiszen vitorlások illetve szélmalmok már az ókorban voltak.


 
A legrégebbi típusú, európai szélmalom, a bakos balom épületét mindig teljes egészében át kellett állítani az éppen uralkodó szélirányba. Csak a tartószerkezete, az ún. bakja volt stabil.

Hol lehettek a világ első szélmalmai?
A szél energiáját hosszú időn át csak a hajók meghajtásánál hasznosították. A hajókra egy vagy több függőleges rudat (árbocot) állítottak, és azokra vásznakból vitorlákat feszítettek ki. A vitorlavásznak használatának különféle technikái során az emberek sok mindent megtanultak a szél befogásának lehetőségeiről. Így, amikor a gabona felhasználásában egyre inkább megnőtt annak az igénye, hogy nagy mennyiségben illetve nagyobb hatékonysággal is tudjanak lisztet őrölni a gabonaszemekből, a vitorlás hajók már mintát adhattak a malmok építéséhez is. Éppen ezért az első malmoknál ugyanúgy egy függőleges rudat – gyakorlatilag egy árbocot – használtak, mint a hajóknál. A különbség az volt, hogy itt nem egy, további rúddal oldották meg a vászon kifeszítését, hanem egy sok küllőből álló szélkereket építettek, és ennek küllőire feszítettek ki vásznakat. A legrégebbi szélmalmok romjait a régészek Irán és Afganisztán környékén fedezték fel, az első, ilyen szerkezeteket tehát arab vidékeken építették. Ott az uralkodó szél többnyire állandó volt, ami megkönnyítette a szélmalmok használatát. Ezek a függőleges tengelyű malmok lényegében tornyok voltak, amelyek hajtótengelyének felső végébe helyezték el a szélkereket. A kerék küllőin 6-12 darab, náddal vagy vászonnal borított, téglalap alakú, fakeretes vitorlát helyeztek el, ezekbe kapaszkodott bele a szél. A kerék körül úgy építették meg a torony falait, hogy az építmény az uralkodó széljárás irányában nyitva maradt, a másik irányban viszont árnyékoló fal zárta el a szél útját a kerék felé. A kerék által meghajtott rúd áttétel nélkül, közvetlenül forgatta a malomkereket. És bár erre nincsenek egyértelmű bizonyítékok, de nagyon valószínű, hogy Európába az iszlám Spanyolországon keresztül jutottak el az ilyen malmok technológiái. Később azonban Európában a vízszintes tengelyű malmok váltak uralkodókká. Egyedül Kínában építettek sokáig hasonló szerkezetű, függőleges tengelyű szélmalmokat, ahol ezeket öntözési célokra használták, elsősorban a 13-dik században.

Hol jelentek meg a vízszintes tengelyű szélmalmok?
A szélkerék továbbfejlesztett, vagyis vízszintes tengelyű változataival szintén már az ókorban találkozhatunk: elsőként Kisázsiában és a görög szigeteken építettek ilyeneket. Ezek a malmok kör alakúak voltak, és a küllőikre háromszög alakú vitorlákat erősítettek. A tengelyt úgy alakították ki, hogy áthelyezhető legyen, mindig a szél irányának megfelelően. Európában 1185-ben épült az első, vízszintes tengelyű szélmalom, amely Északnyugat-Európában a 12. század második felétől vált általánossá, elsősorban az Észak-Franciaország, Kelet-Anglia és Flandria alkotta háromszögben. A középkor elején a Németalföldön fejlődött ki az a típus, amelynek kúp alakú teteje a szélkerékkel együtt forgott. Ez később hollandi malom néven vált ismertté. Egy másik, jellegzetes megoldás Németország területén terjedt el: ez az ún. Bock-malom, magyarul: bakos malom volt, amelynél az egész torony együtt forgott a szélkerékkel, egy rögzített, bakszerű építményen. Ez utóbbi egy középre helyezett, vaskos faoszlopból állt, amelyet minden oldalról ferdén beültetett fagerendák erősítettek meg. A malmot mindig szélirányba lehetett forgatni, így Északnyugat-Európában, ahol a szélirány állandóan változik, ez volt az egyetlen, gazdaságosan működtethető típus.
A 13-dik század végétől jelentek meg a torony-malmok. Ezeken a kőből vagy téglából épült toronyra egy elforgatható, kúp alakú sapkát építettek és ebbe szerelték bele a szélkereket. Hollandiában ezekre olyan nagy szélkerekeket építettek, hogy a vitorlái majdnem súrolták a talajt. A hosszú lapátoknak az volt a hasznuk, hogy a vitorláik nagy felületen fogták be a szelet, és ezért még gyengébb szélben is forogtak. Gyakran egy kisebb segéd-vitorlát, „farkat” is kaptak, amely a fejet önműködően mindig a szélirányba forgatta.
Franciaországban gyakran a kastélyok, várak vagy városfalak tornyaira is építettek szélmalmokat. Emellett a vászon megfelelő kurtításával el tudták érni, hogy a malomkerék a szél sebességétől szinte függetlenül is optimális fordulatszámmal forogjon.
A köpeny-malom a szélmalmok utoljára kifejlesztett formája volt, és a 16-dik században alakult ki. Elsősorban és földek vízmentesítésére, lecsapolására használták.

Hollandia annyira elképzelhetetlen a malom képe nélkül, hogy a hollandok egészen elképzelhetetlen helyekre is építenek malmot…

A vízszintes tengelyű malmokhoz természetesen az áttételek rendszerére is szükség volt, hogy a tengely meg tudja forgatni a malomkereket. A gabona őrlésére, a fa fűrészelésére vagy a vízkiemeléshez használt malmokon az évszázadok során sok korszerű és leleményes megoldást alkalmaztak, s ráadásul ezek az építmények az egyes vidékek jellegzetes építészeti arculatát is meghatározták. Fontos változást jelentett, hogy 1772-ben egy skót molnár, Andrew Meikle feltalálta a rugós vitorlát, amely egy sor zsaluból épült fel. A zsalukat a szél sebességétől függően lehetett nyitni vagy zárni. A zsalukat a szél hirtelen lökéseinél a vitorlákba beépített rugó nyitotta ki, amivel megvédte a szerkezetet a túlterheléstől. A találmány egyetlen hátránya az volt, hogy a zsaluk átállításához a malmot le kellett fékezni. 1789-ben azonban Stephen Hooper egy olyan, görgős kurtítású vitorlát konstruált, amely lehetővé tette, hogy fékezés nélkül álljanak át a zsaluk. 1807-ben William Cubitt angol mérnök továbbfejlesztette ezt a változatot, és egy lánc és a szélkerék tengelyében végigfutó rúd beiktatásával tökéletesítette a rendszert. Ettől kezdve a vitorlák teljes mértékben önszabályozó módon működtek, ami jelentősen megkönnyítette a molnárok munkáját, hiszen feleslegessé tette a mindaddig szükséges, állandó ellenőrzést.
Mivel a Kárpát-medencében a szelek iránya és sebessége nem állandó, tehát meglehetősen kiszámíthatatlan, a szélmalmokat kevésbé látták hasznosíthatónak. Ezért elég későn is kezdtek nálunk ilyeneket építeni. Az első leírás egy szélmalomról egy 1770-ben kelt, tanúkihallgatási jegyzőkönyvben olvasható, és egy rendőrségi eset kapcsán arról ad hírt, hogy Debrecen mellett, Boldogfalván 1720-1730 körül állt egy elromlott szélmalom. Hazánkban a holland típusú szélmalmok terjedtek el, a 19-dik század elejéig, de valószínűleg nem túl nagy számban voltak jelen. Az 1806-ban elrendelt malomösszeírás mindössze 12 szélmalmot tartalmazott. Gyakran előfordult, hogy a régebbi malmok, amelyek szerkezete kevésbé tudott alkalmazkodni a rapszodikus lökésű szelekhez, kigyulladtak a túlfordulat okozta súrlódástól. Magyarországon az első biztonságos szélmalmot csak 1768-ban építette meg, egy pozsonyi ácsmester. A 19-dik század közepétől azonban felgyorsult a szélmalmok megjelenése: 1851 és 1860 között például 63, 1861–1870 között 164 új malom épült. A legtöbb szélmalmot 1873-ban írták össze: 854-et. Ezután azonban világszerte, így itt is megjelentek a gőzgépek és a belsőégésű motorok, amelyek a gabonaőrlés terén is fokozatosan háttérbe szorították a szél felhasználását. Ám mivel a környezetkímélés és a spórolás mindig fontos szempont volt, sok helyen működésben maradtak a szélmalmok is. Ma ezeket a történelmi és esztétikai értékük miatt mindenütt igyekeznek megőrizni, miközben a gabonaőrlést vagy az olajütést elektromos berendezésekkel végzik. A malmok mellett pedig sorra megjelennek a jóval egyszerűbb és karcsúbb szélkerekek, amelyeknek persze a szerepük is merőben más.

A villamos energiát termelő szélturbinák kecses és hasznos szerkezetek. Naplementében pedig nem kevésbé romantikus a látványuk, mint elődeiké, az őrléshez használt malmoké.

Hogy működnek a modern szélkerekek?
Az áramtermelésben alkalmazott rotorokhoz, szélturbinákhoz nem szükséges nagy méretű épületeket felhúzni, ezek egyenként kecses, kis területet elfoglaló szerkezetek. Ugyanakkor ritka helyzet, hogy önmagukban elegendőek lennének, ezért a legtöbbször farmszerűen, tehát mégiscsak nagy területen telepítik őket. Újabban vízfelületeken is kialakítanak szélfarmokat. Az egyes rotorok általában 1-2-3 lapátos, nagyobb sebességű szerkezetek. A lapátok tervezésénél gondos aerodinamikai méréseket végeznek, hogy a szél energiáját minél kevesebb vesztességgel használják ki. A szélturbina a szél energiáját ugyanúgy egy lapátszerkezet révén hasznosítja, ahogyan a malom is, csak itt a tengely egy generátorhoz kapcsolódik. Ebben háromfázisú áram termelése zajlik, amelyet egy transzformátor beiktatása révén igen kis veszteséggel lehet nagyobb távolságokra is elszállítani.  A szélturbina nagy előnye még, hogy nem igényel jelentősebb karbantartást. Működése egyszerű és megbízható, és ami a legfontosabb: nincsenek káros hatásai a környezetre nézve. Hátránya, hogy a szélenergiából származó áram mennyisége évszakonként változó, hiszen az átmeneti évszakok és a tél szelesebbek, mint a nyár. Ezzel együtt sok helyen már cseppet sem jelentéktelen az áramtermelése: a német Schleswig-Holsteinben pl. a szükséges villamos energia 40 százalékát, Dániában a 20 százalékát, az USA-beli Iowa államban a 14 százalékát adják a szélturbinák. Léteznek ipari jellegű szélerőművek is, amelyeknél speciális, állandó mágneses generátorokat használnak, nagy hatásfokkal. És bár ma még sok feladatot jelent például a kiszámíthatatlan áramtermelési szakaszok áthidalására, sokan dolgoznak azon, hogy megoldják az ipari méretű energiatárolást.
Magyarországon az első szélturbinák Inotán és Kulcson épültek, de azóta számos település, pl. Mosonmagyaróvár és több, Sopron környéki város mellett is telepítettek szélparkokat. Kőszegpaty-Acsád térségében és Bonyhád északi részén pedig most készülnek a szélerőművek. Csak remélni lehet, hogy előbb-utóbb Magyarországon is jelentős tényezővé válnak ezek a környezetkímélő megoldások.

 

Lévai Júlia

 
Nyomtatóbarát verzió
Küldd tovább ezt a cikket barátodnak, ismerősödnek
Ajánld a Mi MICSODA Klubot barátodnak, ismerősödnek

Kapcsolat | Impresszum