Szélenergia

thumb|upright=1.4|A szélenergia termelési költségének alakulása kilowattóránként 1983 és 2017 között thumb|A szélerőművek és a naperőművek termelési ingadozása Európában. Akkor a legkisebb a termelési ingadozás, ha szél- és naperőműveket egyaránt építenek.Kaspar, F., Borsche, M., Pfeifroth, U., Trentmann, J., Drücke, J., and Becker, P.: A climatological assessment of balancing effects and shortfall risks of photovoltaics and wind energy in Germany and Europe, Adv. Sci. Res., 16, 119–128, https://doi.org/10.5194/asr-16-119-2019 , 2019 thumb|300px|right|A Vattenfall közművállalat tanulmánya megállapította, hogy a megújuló energiaforrásokat hasznosító erőművek és az atomerőművek sokkal kevesebb üvegházhatású gázt bocsátanak ki, mint a fosszilis erőművek. bélyegkép|jobbra|250px|A világ szélenergetikája MW-os kapacitásban jelezve és előrevetve 1997-2010 között. Magyarország a 32. a világ nemzetei között a szélenergiát előállító országok ranglistáján

jobbra|bélyegkép|250px|Szélfarm Texas nyugati részén (USA) bélyegkép|jobbra|250px|Szélerőművek Ausztriában, Kismarton közelében bélyegkép|jobbra|250px|Látkép a peresztegi templommal, háttérben a sopronkövesdi szélturbinák bélyegkép|381x381px|Egy telepítés alatt álló szélturbina A szélenergia szűken vett értelmében a légkörben jelen lévő mozgási energiát jelenti. Ezt az energiát az emberiség már régóta hasznosítja. A vitorlás hajók mellett a legrégebbi ebbe a kategóriába tartozó szerkezet a szélmalom, amelyben a szélenergia fizikai munkát végzett, mint a gabonaőrlés, vagy a víz szivattyúzása. Ennél modernebb felhasználási formája a szélturbina, ami a szélenergiát alakítja át elektromos árammá. A szélturbinákat ma már ipari méretekben, nagy csoportokban is felhasználják szélfarmjaikon a nagy áramtermelők, de nem ritkák a kis, egyedi turbinák sem, amelyeknek különösen olyan környezetben veszik nagy hasznát, amelyek távol vannak a nagyfeszültségű elektromos hálózattól, ezért költséges lenne a felhasználás helyéig kiépíteni a vezetékeket.

A szélenergia felhasználásának előnyei között van, hogy az nem igényel semmilyen tüzelőanyagot, emellett a működése nem jár káros melléktermék kibocsátásával, így környezetkímélően működik és a szél kifogyhatatlansága miatt a megújuló energiaforrások közé tartozik. A szélerőművek üzemük során nem bocsájtanak ki szén-dioxidot, javítják az ellátásbiztonságot, növelik az országok energiafüggetlenségét, emellett a napenergiához képest a szélenergiának optimális telepítési helyszíneken lényegesen kisebb a termelési ingadozása. A megújuló energiaforrásokból nyert áramtermelés ingadozása akkor a legkisebb, ha mind szélerőművek, mint naperőművek rendelkezésre állnak egy országban, ugyanis a két típus jó esetben ellensúlyozza egymás ingadozásait: téli időszakban és rossz idő esetén kevesebb áramot termelnek a naperőművek, de többet a szélerőművek; nyári időszakban és jó idő esetén viszont a szélerőművek termelnek kevesebb áramot, a naperőművek pedig többet.

2025-ben Magyarországon 172 olyan szélturbina állt, ami csatlakozik a közüzemi hálózathoz. Ezek névleges összteljesítménye 329 325 kW. 2024-ben pályázatot írtak ki új szélerőművi kapacitások létesítésére. Ezeken két pályázó összesen 695 MW névleges teljesítményű szélerőmű telepítésére szerzett jogot, a Győr-Moson-Sopron vármegyei Vadosfa térségében történő 400 kV feszültségű csatlakozással. Ezzel a magyarországi ipari méretű turbinák és szélerőművek névleges teljesítménye át fogja lépni az 1 GW-t.

Története

A szél mozgási energiáját évezredek óta használják például a vitorla segítségével, de az építészetben is hasonlóan régóta alkalmazzák különböző szellőzőrendszerek működtetésére. Az első, szél által hajtott gép, Herón szélkereke a 2. századból.Dietrich Lohrmann, "Von der östlichen zur westlichen Windmühle", Archiv für Kulturgeschichte, Vol. 77, Issue 1 (1995), pp.1–30 (10f.)A.G. Drachmann, "Heron's Windmill", Centaurus, 7 (1961), pp. 145–151

A szél energiáját használták a középkorból ismert szélmalmok is, melyek a 9. században jelentek meg a mai Irán területén, bár egyes elméletek szerint már a 7. században is használatban voltak.Ahmad Y Hassan, Donald Routledge Hill (1986). Islamic Technology: An illustrated history, p. 54. Cambridge University Press. . A Közel-Keleten és Közép-Ázsiában ettől kezdve egyre inkább elterjedtek eme szerkezetek, India és Kína is átvette használatukat, míg 1180 körül már Északnyugat-Európában is számos helyen alkalmazták, elsősorban gabona őrlésére,Donald Routledge Hill, "Mechanical Engineering in the Medieval Near East", Scientific American, May 1991, p. 64-69. (cf. Donald Routledge Hill, Mechanical Engineering ) de a földek lecsapolására is, hogy azok mezőgazdasági művelésre vagy építkezésre alkalmassá váljanak. Az amerikai kontinensre az európai telepesek vitték át a technológiát.

A szél energiáját elektromosság termelésére a 19. század végén kezdték használni, és az 1920-as években az Egyesült Államok vidéki területein egyre több helyen alkalmaztak hasonló technológiákat, ám ezek az áramhálózat terjedésével elavulttá váltak, így a szélenergia csak a 20. század végén jutott nagyobb szerephez. A 21. század elején a technológiai fejlődésnek köszönhetően a szélenergiából nyert villamos áram előállítási költsége csökken és 2012-ben már ez volt az egyik leggyorsabban bővülő energiaforrás, évi 20% körüli kapacitásbővüléssel.Lars Kroldrup. Gains in Global Wind Capacity Reported Green Inc., February 15, 2010.

Gazdaságosság A szélenergia előállítási költsége jelentős csökkenésen ment keresztül az elmúlt két évtized során, és ez a trend, ha kisebb mértékben is, de várhatóan folytatódik. Emellett a szélerőművek a Harvard Egyetem kutatói szerint képesek lennének az emberiség energiafogyasztásának többszörösét előállítani.A szél mindenkit képes lenne árammal ellátni (Index, 2009. június 24.) Fontos előnye még, hogy megújuló energiaforrásként nem kell annak kimerülésétől tartani, bár globális eloszlása idővel átalakulhat.

A világ szélenergiatermelése gyorsan növekszik, egyre több helyen már ma is fontos szerepet játszik az áramtermelésben. Dánia áramtermelésének a 48%-a, Írország áramtermelésének pedig a 33%-a származik éves szinten csak a szélenergiából. "Countries with populations less than 3 million in 2021 were not included in this ranking."

A szél energiája A Nap Földet elérő energiájának 1-4%-a alakul szélenergiává. Ez 50-100-szor nagyobb mennyiség, mint amennyit a Föld teljes növényvilága konvertál a fotoszintézisen keresztül. E szélenergia jó része nagy magasságokban található, ahol a szél folyamatos sebessége meghaladhatja a 160 km/h-t. A súrlódáson keresztül a szélenergia szétoszlik a Föld atmoszférájában és felszínén.

A szél abból keletkezik, hogy a Földet forgása következtében egyenetlenül éri a Nap hője. A pólusok kevesebb energiát kapnak, mint az egyenlítői régiók, a szárazföld gyorsabban melegszik fel és hűl le, mint a tengerek. A hőmérsékleti különbségek a földfelszíntől a sztratoszféráig terjedő rétegekben globális légáramlási rendszert tartanak mozgásban.

A szelek mozgását egy sor egyéb tényező is komplikálja, mint az évszakok vagy a nappal és éjszaka váltakozása, a Coriolis-erő, a föld és a víz fényvisszaverő képessége, a légköri nedvességtartalom és a szélsúrlódás egyenetlenségei.

Európa és Magyarország

Európa beépített szélenergia teljesítményét 2008-ban Németország vezette: 23 903 megawatt volt az elméleti maximum teljesítmény (ha minden szélerőmű működne teljes kapacitáson jele MWp vagy kWp) , Dániában 21,3%-át, az EU-27 átlagában pedig az összes áramfelhasználás 3,8 százalékát a szél fedezte.Európai Szélenergia Társaság Jacopo Moccia előadása, angol Európában a második Spanyolország 16 740 megawatt beépített teljesítménnyel. A kontinensen mindenki más jelentősen le van maradva ezen a téren a két listavezető mögött. Olaszország 3736 MW; Franciaország 3404 MW; Nagy-Britannia 3241 MW; Dánia 3180 MW; Portugália 2862 MW; Svédország 1021 MW; Ausztria 995 MW. Ausztriában 2018-ban 1313 szélerőmű állt 3.045 Megawatt teljesítménnyel, ebből a legtöbb Alsó-Ausztriában 729 db 1661,4 MW teljesítménnyel, majd Burgenlandban 446 db 1050 MW teljesítménnyel.Windkraft: Noch großes Potenzial im Bgld.Windenergie in Österreich

Európa legtöbb országában és az Európai Unióban a megújuló energiafajták, köztük főképp a szélenergia hasznosítását kiemelt feladatnak tekintik.

Magyarország területén alacsony, 2–6 m/s közé tehető az átlagos szélsebesség, a szeles napok éves átlaga pedig csak 131. Ennek eredményeként csak kevés olyan terület akad az országban, ahol szélerőmű hatékonyan és gazdaságosan üzemeltethető.

Az első magyar szélturbinák Inotán és Kulcson létesültek. A Kárpát-medence északnyugati részén, elsősorban a Mosoni-síkságon a szél erőssége és mennyisége eléri a gazdaságos üzemeltetéshez szükséges mértéket. Ennek megfelelően ezen a vidéken már ma is nagy számú szélturbina üzemel. Szélerőműparkokat találunk Mosonmagyaróvár, Levél, Mosonszolnok, Sopronhorpács, Völcsej, Lövő, Nagylózs, Sopronkövesd, Ikervár, Csénye, Vép, Ostffyasszonyfa, Ács, Nagyigmánd, Kocs határában. A tervezett építések közül a Kőszegpaty–Acsád térsége, Bonyhád északi oldalán lévők még előkészítés fázisában vannak. 2022-es adatok szerint a technológia fejlődésének (azaz a sokkal magasabb, 100 méter feletti magasságú tornyoknak) köszönhetően azokon a területeken, ahol éves átlagban 3,5–4 m/s, vagy ennél magasabb szélsebességet mérnek – az Alföld középső része, a Dunántúli-középhegység, az Észak-Dunántúl – hatékonyan hasznosítható lenne a szélenergia.

bélyegkép|jobbra|250px|A TVA szivattyús víztározós energiatároló-létesítmény diagramja az amerikai Tennessee állambeli Raccoon Mountain szivattyús tároló üzemben

Szélenergetika a világon A szélerőművek a legrégebben alkalmazott megújuló energiát hasznosító villamos energia előállítási eszközök, térnyerésük az 1973-as olajválság nyomán már az 1970-es években megindult. Már 1974-ben megalakult a szélenergia-ipar első lobbicsoportja is az Egyesült Államokban (AWEA, American Wind Energy Association).American Wind Energy Association Promotes Environmental Stewardship in 2005

Az első tengeri (offshore) szélerőmű 1991-ben épült a dániai Lolland szigetén, Vindeby város partjai mentén. Az erőmű 11 darab 450 kW teljesítményű turbinából állt. A rotorok átmérője 35 méter volt. Az erőművet 2015 és 2017 közt üzemen kívül helyezték és elbontották. Működése során egy-egy turbinája éves átlagban 907 MWh villanyáramot termelt, ami a beépített névleges turbinateljesítmény 23 százaléka.Søren Fæster, Nicolai Frost-Jensen Johansen, Leon Mishnaevsky Jr, Yukihiro Kusano, Jakob Ilsted Bech, Martin Bonde Madsen: Rain erosion of wind turbine blades and the effect of air bubbles in the coatings|https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/we.2617?SeriesKey=10991824&af=R&content=articlesChapters&countTerms=true&mi=100whnp&sortBy=Earliest&target=default|Wind Energy Vol. 24, Issue 10 (2021)

2020 táján a legnagyobb működő szárazföldi szélerőművek közül sok Kínában, Brazíliában, Indiában, Svédországban és az Egyesült Államokban volt található. Míg a tengeri szélerőművek közül a 2020-as évek elején a legnagyobbak az Egyesült Királyságban találhatók.

Országonként Az országok szélerőműveinek kapacitása (beépített teljesítménye) rendezhető táblázatban, 2006-tól 2018-igː +A szélerőművek kapacitása (MW)