A megye szélviszonyainak elemzése

Szabolcs-Szatmár-Bereg megyében szélirány és szélsebesség mérésével 1901-től Nyíregyházán és Kisvárdán, 1931-1950. Mátészalkán foglalkoztak.

Jelenleg három meteorológiai állomás méri a megyében a szél sebességét és irányát: Nyíregyháza, Kisvárda és Pátyod.

A szél iránya

Ha megvizsgáljuk Nyíregyháza, Kisvárda és Mátészalka szélirány-gyakoriságát, a következőket tapasztaljuk. (97. ábra)

Nyíregyházán a leggyakoribb szélirány az észak, északkeleti és ezzel szemben a dél, délnyugati. Az 1968-80-as átlag alapján északkeleti 23,4%-ban, északi szél 9,6%-ban és délnyugati szél 17,2%-ban fordult elő. A szélcsend aránya: 22,9%. Érdekes összehasonlítást jelent, hogy mikor a régi nyíregyházi meteorológiai állomást a mélyfekvésű repülőtéri helyszínről áthelyezték a kemecsei út mellé, majd később a jelenlegi Napkor-i állomás lényegesen magasabb tengerszint feletti magasságú pontjaira a szélmérési adatok pontossága több fokozattal javult, 1980-1992 közötti adatok pl. az északi szélirány 14,95%-os gyakoriságát adja 13 év átlagában, míg az 1968-1980 közötti átlag 23,4%-ban északkeleti irányú.

Mindenesetre igazolódik a fenti módosulás ellenére az a régi, több mint 100 éves megállapítás, hogy az Erdős-Kárpátok szélirányt módosít és csatornahatást idéz elő. Míg a meglepően gyakori déli, délnyugati szél az Alföldi síkságon szétterülve itt Délnyugati szélként jelentkezik. Kétségkívül területünkön figyelembe kell vennünk a morfológiai tényezőket is, a homok-térszín gerincvonulatai szintén módosító tényezőnek számítanak. (A homokmozgásokkal kapcsolatban már tárgyaltunk erről a földtani felépítéssel foglalkozó fejezetben.)

Ezek a szélirányok a Nyírség, valamint a megye legnagyobb részén jellegzetesek, kivételt talán csak az északkeleti területek jelentenek. A csatornahatás Kisvárdán mutatkozik meg a legjobban. Kisvárdán az 1971-80. évi átlag alapján látható, hogy az északi munkaképesebb szél a leggyakoribb, 25,2%. A szélcsend aránya 10,2%.

Mátészalkán ilyen hatás nem, vagy csak igen kis mértékben mutatható ki. Az uralkodó szélirányok az év folyamán megtartják vezető helyüket, bár évszakonként jelentékeny eltéréseket is megfigyelhetünk. Nyíregyházán a legszelesebb a március, április, de a téli hónapokban a novemberi, decemberi, januári szelek is jelentősek.

A legcsendesebb az augusztus, szeptember, azonban évenként ebben is adódik eltérés. Kisvárdán a december, január és április mutatkozott a legszelesebbnek, a legcsendesebb itt is az augusztus és a szeptember.
 


 
 
 
 

Kisvárda relatív gyakoriság évi összesítése
 


 
 
 
 
 
 
 

1986. évi szélirányeloszlása (Nyíregyháza 2 m magasságban, met.áll.)
 


 
 
 
 
 
 
 

Kisvárda szélirányeloszlás, december

A megyei szélteljesítmények, szélstatisztikai adatok

Hasznosítás szempontjából meddő szélsebességek azok, amelyeknek oly csekély az energiatartalma, hogy nem érdemes őket számításba venni. Ezek a szélcsendtől a 7,99 km/h szélsebességig terjednek, tehát 0,3 és 6 km/h szélsebesség kategóriák. Kihasználható szélsebességek az új típusú szélgépeknél kb. 3 m/sec-nál kezdődnek és addig a szélsebességig terjednek, amelyek elég gyakoriak a teljes kapacitásuk gazdaságos kihasználására. Ez a tetőző-szélsebesség határozza meg a szélerőgépbe beépített villamosgenerátor kapacitását. Korlátozottan hasznosítható szélsebességet képeznek a tetőző szélsebesség fölötti összes szélsebességek. Ezek energiája viharos időben romboló erősségűek is lehetnek, mégis hasznosítjuk, de csak a tetőző sebesség nagyságáig. Az egész országra nézve az egységes tetőző szélsebességet 43,99 km/h-ban állapították meg. Így valamennyi mérőállomás fajlagos szélenergiáját a 8-43,99 km/h szélsebesség tartományban egységesen lehet kiszámítani, azaz a számításban csak a 9-42 km/h szélsebességűnek vett kategóriák szerepelnek.

Hasznosítható szélóra Nyíregyházán, 9-42 km/h szélsebességet számítva

1978.
2772 óra
1979.
2664 óra
1980.
2385 óra
1981.
3048 óra
1982.
2949 óra

Az öt év átlaga: 978-82 között 2763,4 hasznosítható szélóra.

Az L = 0,0000133 FV3h képlet alapján a szélsebesség kategóriák fajlagos energiatartalmát a 99. ábrán látható grafikon szemlélteti. Ebből látható, hogy a szél teljesítménye a sebesség köbével és a széláramlás keresztmetszetével egyenes arányban áll.
 


 
 
 
 
 
 
 

Szélsebesség-kategóriák energiatartalma

Ha ezeket a fajlagos szélteljesítményeket beszorozzuk az egyes kategóriák szélóráival, kapjuk az egyes szélsebesség kategóriák és hónapok szélteljesítményét, majd ezeket összeadva az évi szélteljesítményt.

Nyíregyháza szélteljesítménye a következőképpen alakul:

1978. 162,98 KWh/m2

1979. 122,61 KWh/m2

1980. 104,69 KWh/m2

1981. 164,65 KWh/m2

1982. 329,29 KWh/m2

Az öt év átlaga: 176,84 KWh/m2

Az 1982. évben 329,29 KWh/m2-es, a többi évhez és az átlaghoz viszonyítva nagy értéket kaptunk. Ez a hasznosítható szélórák számával nem magyarázható, hiszen 2949 óra az átlaghoz közelálló érték. Azonban a szélsebesség-szélóra táblázatban látható, hogy ebben az évben a nagy energiát képviselő szélsebesség kategóriák szélórái megnövekedtek. Pl. 1982. évben a 27 szélsebesség kategóriánál 111 órát találunk, míg 1981. évben csak 48 órát, a 33 szélsebességkategóriánál 1982-ben 87 órát, míg 1981-ben csak 18 órát láthatunk. A nagy eltérés a meteorológiai mérőállomás helyének megváltozásával magyarázható, mint azt már említettük.

1978-81 között a Nyíregyházi mérőállomás a Kótaji úton volt, ahol észak-déli irányból 100 m, nyugat-keleti irányból 400 m távolságban erdő vette körül az állomást, így az ott mért értékek nem tekinthetők reálisnak. Az állomást körülvevő erdő a hasznosítható szélórák számát nem módosította, de a szél - különösen a munkaképes északi, északkeleti szél - erejét, illetve sebességét lényegesen csökkentette. Ezért ezekben az években nagy, 9-18 km/h szélsebesség kategóriák hasznosítható szélóra száma, míg a magasabb kategóriák - 27-42 km/h - szélóraszáma elhanyagolható.

Ha megvizsgáljuk az 1982. évet, éppen a nagyobb szélsebességkategóriák magasabb óraszáma növeli a szél teljesítményét. Az 1981. évben a meteorológiai mérőállomás a Kemecsei útra települt, ahol a körülmények jelentősen megváltoztak. Ott nem volt olyan akadályozó tényező, ami a szél sebességét csökkentené, a mért értékek reálisabbak. A realitás érdekében megvizsgáltuk az 1983. évet is. A hasznosítható szélóra ebben az évben sem növekedett: 2859 óra volt, tehát az átlagoshoz közelálló érték. A szél teljesítménye azonban az 1982. évi értékhez áll közel: 332,89 KWh/m2 lényegesen több, mint 1978-81. között. Ledács Kiss Aladár szerint ahhoz, hogy egy területről valós képet alkothassunk - alkalmas-e a szélenergia kiaknázására - elegendő megvizsgálni 2-3 évet. Ezért reálisabbnak vehető az 1982. 1983. évi szélteljesítmény. Mégis biztonságból a további számítások nemcsak az 1982. 1983. évre, hanem az öt év átlagára is vonatkoznak.

Kisvárda 1978-82. évi adatait km/h-ban megadva, napi 24 mérés alapján dolgoztuk fel, így pontosabb képet kaphatunk erről a területről. Ezekben a táblázatokban az összes szélsebességkategória szerepel.

Hasznosítható szélóra Kisvárdán:

1978. 3160 óra

1979. 3423 óra

1980. 3162 óra

1981. 3176 óra

1982. 3205 óra

Az öt év átlaga: 3225,2 hasznosítható szélóra.

Mivel a szélcsend gyakorisága kisebb értéket mutat, mint Nyíregyházán, így több a hasznosítható szélóra. Ennek megfelelően alakul a szél teljesítménye is, mint a táblázatok mutatják.

1978. 171,31 KWh/m2

1979. 184,04 KWh/m2

1980. 141,83 KWh/m2

1981. 158,62 KWh/m2

1982. 193,48 KWh/m2

Az öt év átlaga: 169.85 KWh/m2

Ha itt is megvizsgáljuk az 1982. évet, láthatjuk, hogy a szél teljesítménye ebben az évben a legnagyobb: 193,48 KWh/m2, a hasznosítható szélóra azonban az átlaghoz közelít: 3205 óra. Az 1979. évben több, 3423 hasznosítható szélórát kaptunk, teljesítménye mégis kisebb, mint az 1982-es évnek. Ez szintén a nagy energiatartalmú, munkaképesebb szélsebesség-kategóriák nagyobb számát jelenti. (Itt nincs akadály a szél útjában.) A szeles és csendes hónapok teljesítménybeli eltérése jelentős.

Az eltérés itt is nagy, pl. 1980-ban a január és szeptember csak 7-szeres, 1982. évben a december és szeptember hónap 16-szoros teljesítménykülönbséget mutat. Az öt-évi átlag ezen a területen is 14-15 KWh/m2 havonta. Feltünő, hogy mindkét területen a december hónap szélteljesítménye ugrásszerűen magasabb, mint a többi hónap, akár a többi évhez hasonlítva is. Itt találjuk a nagy energiatartalmú szélsebesség kategóriák magas szélóráit és teljesítményét. Ha a többi év diagramját is összehasonlítjuk, megközelítően hasonló képet kapunk. (Pl. 1978. év adatai; Kisvárda, Nyíregyháza.)

Kisvárdán az uralkodó szélirány a munkaképesebb északi szél, mégis, ha a nyíregyházi 1982., 1983. évi adatokat összevetjük a kisvárdai adatokkal, megállapíthatjuk, hogy Nyíregyházán a szél több energiát tud termelni. A kapott eredményeket átszámolva KJ-ba, a következő táblázatot kapjuk:

A szélenergia számított értékei 1 m2 felületre
 

Év
Nyíregyháza
Kisvárda
 
KWh
KJ
KWh
KJ
1978.
162,98
586 728
171,31 
616 716
1979.
122,61 
441 396
184,04
662 544
1980.
104,69
376 884
141,83
510 588
1981.
164,65 
592 740
158,62
571 032
1982.
329,29
1185 444
193,48
696 528

(A számítások során 61352 adat került feldolgozásra.)

A szélenergia hasznosítása

Ha a számított átlagokat, tehát 176,84 kWh-t (1983. évi adatok nélkül) és a 169,85 kWh-t hasonlítjuk Magyarország szeles területeinek adataihoz, láthatjuk, hogy megyénk területén viszonylag alacsony értéket kapunk. Ha a nyíregyházi 1982. évi 329,29 KWh-t és az 1983. évi 332,89 KWh-t hasonlítjuk az ország szeles területeinek adataihoz: a Nagyalföld 365 KWh-s értékéhez közelálló számértéket kapunk. Számításba kell venni azonban, hogy ezek az adatok egységnyi, tehát 1 m2 felületre vonatkoznak. Ha széláramlás keresztmetszetét kétszeresére, háromszorosára növeljük, ezzel egyenes arányban nő a teljesítmény is.

Ledács Kiss Aladár számítása szerint Magyarországon egy optimális szélerősség szélkerékátmérője kisebb kell, hogy legyen 15 méternél. Ezért ő 14,4 m-es szélkerékátmérővel számol, melynek hasznos felülete 150 m2. (A szélkerék egész területe 163 m2, amiből le kell vonni a középső meddő területre 8%-ot, tehát 163-13=150 m2.)

Ha ezzel az optimális felülettel számolunk, a következő értékek adódnak:

Nyíregyháza: 176,84 KWh x 150 m2 = 26526 KWh

Kisvárda: 169,85 KWh x 150 m2 = 25477,5 KWh

Ha Nyíregyháza 1982-83. évi adatait számoljuk ki, a következő eredményt kapjuk:

329,29 KWh x 150 m2 = 49393,5 KWh

332,89 KWh x 150 m2 = 49933,5 KWh

Az előzőekből tehát látható, hogy a felület növelésével milyen jelentős mértékben nő az energia. Ezeket különböző magasságokban, különbözőképpen lehet hasznosítani. Ha légrétegek nagyobb magasságának fajlagos szélteljesítményét vizsgáljuk, azt tapasztaljuk, hogy a magasság növekedésével a szél sebessége és ezzel harmadik hatványban a teljesítménye jelentékenyen nő. (Mindkét mérőállomásnál a szélmérő szabad magassága 6 m-nek vehető.)

6 m-es szabad magasságban V a szél sebessége 1, 1L a teljesítménye, akkor

15 m-es szabad magasságban 1,18 V a szél sebessége,1,64 L a teljesítménye

30 m-es szabad magasságban 1,38 V a szél sebessége, 2,63 L a teljesítménye

45 m-es szabad magasságban 1,50 V a szél sebessége, 3,35 L a teljesítménye

60 m-es szabad magasságban 1,585 V a szél sebessége, 3,98 L a teljesítménye

75 m-es szabad magasságban 1,657 V a szél sebessége, 4,55 L a teljesítménye.

A szél teljesítményének változása a magasság függvényében az öt évi átlag alapján (150 m2 felületre)
 

Magasság
Nyíregyháza (KWh)
Kisvárda (KWh)
15 m
43502,64
41783,10
30 m
69763,38
67005,82
45 m
88862,10
85349,62
60 m
105573,48 
101400,45
75 m
120693,30 
115922,62

"A 60 m szabad magasságnál kezdődnek azok a légrétegek, amelyekben a tapasztalatok szerint csaknem állandóan fúj a szél" (Ledács K.A.1980.) Tehát, ha a 60 m-es magasságot optimálisnak vesszük és egy 150 m2 felületű szélkerék teljesítményét számítjuk, a következő eredményt kapjuk:

Nyíregyháza: 26526 KWh x 3,98 =105573,48 KWh

Kisvárda: 25477,5 KWh x 3,98 =101400,45 KWh

Ha a nyíregyházi 1982., 1983. évet vizsgáljuk, még nagyobb értéket számíthatunk:

49393,5 KWh x 3,98 =196586,13 KWh

49933,5 KWh x 3,98 =198735,33 KWh

A számok önmagukért beszélnek, így a 101400-198735 KWh jelentős energiát képvisel évente a természeti erőforrások kategóriájában. Különösen fontos a tavaszi és téli hónapokban - amikor a lakosság energiafogyasztása magasabb. Ha egy négytagú család energiafogyasztását - fűtés nélkül - évi átlagban 1500 KWh-nak vesszük, akkor a következő értékeket kapjuk:

Nyíregyháza: 105573,48 KWh 70 család

Kisvárda: 101400,45 KWh 67 család

energiaszükségletét képes fedezni fűtés nélkül az említett szélgép.

Ha azonban a nyíregyházi 1982. évi adatokkal számolunk, úgy sokkal nagyobb értéket kapunk. Az évi 196586,13 KWh már 131 család energiaszükségletét képes fedezni.

Nyíregyháza 1982. évi szélteljesítménye Kwh-ban (1 m2 felületre)
 

Hónap
Km/h 9
15
18
21
24
27
33
36
39
42
Összesen
 
0,8892
2,37744
2,27394
4,36161
3,52062
1,6596
1,50003
1,94022
2,45904
6,126
27,1077
 
0,513
1,93167
3,53724
3,9651
5,8677
4,149
7,50015
9,7011
-
-
37,16496
 
1,2654
3,56616
6,82182
6,74067
2,93385
5,8086
3,00006
5,82066
9,83616
-
45,79338
 
0,855
4,16052
7,83246
8,32661
9,38832
4,9788
4,50009
3,88044
-
6,126
50,04834
 
0,9576
4,60629
4,80054
5,15463
3,52062
4,9788
10,50021
3,88044
-
-
38,39913
 
1,12628
2,37744
2,5266
0,79302
-
-
3,00006
-
-
-
9,85992
 
1,2312
2,22885
4,04256
2,77557
0,5867
3,3192
1,50003
-
-
-
15,68418
 
0,7182
2,37744
3,28458
3,56859
1,17354
-
-
-
-
-
11,12235
 
0,855
1,18872
0,75798
-
-
-
-
-
-
-
2,8017
 
0,9234
1,78308
3,28458
2,37906
0,58677
-
-
-
-
-
8,95689
 
0,3078
0,44577
1,2633
1,18953
1,17354
0,8298
4,50009
3,88044
-
-
13,59027
 
1,2996
2,37744
5,0532
5,15463
11,7354
4,9788
7,50015
11,64132
9,83616
9,189
68,7657
Össz.:
10,9782
29,42082
45,4788
44,40912
40,48713
30,7026
43,50087
40,74462
22,13136
21,441
329,29452

 

A szélenergia lokális hasznosítása

A nem éppen optimális hazai adottságok ellenére volna lehetőségünk a megye területén, ennek az energiának a hasznosítására is. Mivel a megyében az 5936 km2-en mindössze 2 mérőállomás van, kellő adat hiányában nehéz meghatározni a jövőbeni hasznosítás mértékét.

A szélnyomás-sebesség viszonyok alapján minimálisan 3 méter lapátátmérőjű és minimum 3 lapátos szélgépek alkalmazása lenne célszerű. A világviszonylatban is kiemelkedően jó teljesítményű és kifejezetten alacsony szélsebességre épülő holland LMW típusokat (1978 óta sorozatban gyártják) tartanánk nálunk gazdaságosnak. (Évi átlagos 4 m/sec szélsebességnél a legkisebb szélgépnek is 1430 kWh/év az outputja, indítási szélsebessége mindössze 2,5 m/sec.), de ma már olyan, de ma már olyan szélgépek is vannak amelyek 1m/sec szélsebességnél is dolgoznak. Az egyik vizsgálalt típus 4 m/sec szélsebességnél 540.000 vizet szivattyúzott 1 nap alatt. Összegezve tehát a megyei hasznosítható szélóra és szélteljesítmények alapján megállapíthatjuk, hogy kisteljesítményű helyi energiát szolgáltató szélgépek alkalmazása célszerű és gazdaságos lenne, kevesebbe kerülne szélenergiával időszakosan áramot fejleszteni, vizet szivattyúzni, mint üzemanyaggal ellátni egy benzinmotoros áramfejlesztő egységet. Programot kell kidolgozni új mérőállomások kihelyezésére esetleg a Westel vagy a villamos távvezetékek oszlopainak felhasználásával, egy valós szélenergia mérleget kell a megyére elkészíteni és ennek az adatbázisnak a birtokában meghatározni a legkedvezőbb hasznosítási területeket, a csatornahatás értékeit.