Větrné elektrárny

Význam elektráren, které při výrobě elektrické energie využívají obnovitelné zdroje, roste. Těžko si už dnes dokážeme představit život bez elektřiny. Jednou z alternativ výroby elektřiny je větrná elektrárna, která může být i u vás doma.

Vyrobit elektřinu lze různými způsoby. Větrná energie je vytvářená ze síly větru. K jejímu vzniku je zapotřebí větrné turbíny, která přemění kinetickou energii na mechanickou. K větrné turbíně je připojený elektrický generátor zajišťující převod energie na elektrickou.

Pro efektivní fungování větrné elektrárny je nutné zajisti regulaci výkonu rotoru. Jinak by mohlo hrozit přetížení větrné elektrárny. Dosažitelný výkon se řídí vzorcem, na jehož vzniku má podíl Albert Betz. I když se o větrných elektrárnách více mluví až v posledních letech, neznamená to, že by větrná energie neměla u nás svou historii.

Větrná energie se využívala ve větrných mlýnech. První zařízení tohoto typu se objevila již ve třináctém století. Byly např. na mletí obilí. Větrné elektrárny v České republice najdete především v oblasti Krušných hor, Jeseníků a Českomoravské vrchoviny. V posledních letech jejich počet významně vzrostl.

Výhody a nevýhody větrných elektráren

Větrná elektrárna využívá obnovitelné zdroje a zároveň je šetrná k životnímu prostředí. To mají společné všechny alternativní elektrárny. V budoucnu se očekává větší nárůst výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů. U nás i v celé EU jsou větrné elektrárny podporované a dokonce se poskytují příspěvky na jejich výstavbu.

Výhody:

• Vítr je druh čisté energie
• Vítr je obnovitelný zdroj energie
• Větrná energie má nízké provozní náklady
• Větrné turbíny šetří místo
• Výroba větrné energie podporuje domácí hospodářský růst

Přejděme ale i k nevýhodám. Podstatnou nevýhodou jsou vysoké pořizovací náklady, které se šplhají do desítek milionů korun. Větrné mlýny ruší elektromagnetické pole, což může narušit televizní signál. Také není lehké vybrat místo, na kterém bude větrná elektrárna.

Nevýhody:

• Větrné turbíny mohou být pro některé volně žijící živočichy nebezpečné
• Větrné turbíny mohou být hlučné
• Větrná energie je omezena polohou

V nejbližším dosahu by neměly být obydlené domy. Větrné mlýny jsou hlučné. Hluk způsobují především aerodynamické síly kolem listů vrtule, turbulence atd. Mnohá místa jsou pro větrné elektrárny nevhodná kvůli jejich chráněnosti. V potaz je třeba vzít i nestálost větrného zdroje. Dostatečný vítr, který by roztočil vrtuli větrné turbíny, není pořád.

Jak funguje větrná turbína

Větrná turbína přeměňuje energii větru na elektřinu pomocí aerodynamické síly rotorových listů, které pracují podobně jako křídlo letadla nebo rotorové listy vrtulníku. Když vítr proudí přes lopatky, tlak vzduchu na jedné straně lopatek klesá. Rozdíl tlaku vzduchu na obou stranách lopatky vytváří vztlak i odpor vzduchu. Síla vztlaku je silnější než odpor, což způsobuje otáčení rotoru.

Rotor je spojen s generátorem buď přímo (pokud se jedná o turbínu s přímým pohonem), nebo prostřednictvím hřídele a řady převodů (převodovka), které zrychlují otáčení a umožňují fyzicky menší generátor. Tímto převodem aerodynamické síly na otáčení generátoru vzniká elektřina.

Jak funguje větrná elektrárna

Větrné elektrárny vyrábějí elektřinu pomocí soustavy větrných turbín na stejném místě. Umístění větrné elektrárny je ovlivněno faktory, jako jsou větrné podmínky, okolní terén, přístup k přenosu elektrické energie a další aspekty umístění. Ve větrných elektrárnách vyrábějí jednotlivé turbíny elektřinu, která se přivádí do rozvodny, odkud se přenáší do rozvodné sítě, kde napájí naše obce.

Přenosová vedení

Přenosová vedení přenášejí elektřinu o vysokém napětí na velké vzdálenosti z větrných turbín a jiných generátorů energie do míst, kde je tato energie potřebná.

Transformátory

Transformátory přijímají střídavý elektrický proud o jednom napětí a podle potřeby napětí zvyšují nebo snižují. Ve větrné elektrárně se ke zvýšení napětí (a tím ke snížení potřebného proudu) používá zvyšovací transformátor, který snižuje ztráty energie, k nimž dochází při přenosu velkého množství proudu na velké vzdálenosti pomocí přenosových vedení.

Když elektřina dorazí do obce, transformátory sníží napětí, aby byla bezpečná a použitelná pro budovy a domy v dané obci.

Rozvodna

Rozvodna spojuje přenosovou soustavu s distribuční soustavou, která dodává elektřinu do obce. V rozvodně transformátory převádějí elektřinu z vysokého napětí na nižší napětí, které pak může být bezpečně dodáno spotřebitelům elektřiny.

Typy větrné energie

V současné době existují dva typy větrné energie podle toho, kde jsou větrné turbíny postaveny:

Větrná energie na pevnině

Větrná energie na pevnině se zabývá výrobou elektřiny využitím větru z větrných elektráren umístěných na pevnině. Za tímto účelem se instalují větrné turbíny schopné přeměnit kinetickou energii větru na elektřinu vhodnou k použití a posílají ji do distribuční sítě.

Větrná energie na moři

Větrná energie na moři je energie získaná využitím síly větru, který vzniká na volném moři, kde díky absenci překážek dosahuje vyšší a konstantnější rychlosti než na pevnině. Aby se tento zdroj co nejlépe využil, instalují se megastavby umístěné na mořském dně a vybavené nejnovějšími technickými inovacemi.

Jak se rozhodnout, kde instalovat větrnou elektrárnu

Větrné elektrárny se obvykle instalují v oblastech, kde je možné využít suchozemské nebo mořské větry (díky větrným charakteristikám oblasti a vhodnosti místa), aniž by došlo k zásahu do životního prostředí nebo poškození přirozeného prostředí živočišných druhů. Z tohoto důvodu musíte při výběru místa pro umístění zohlednit následující otázky:

• možný dopad na životní prostředí
• Intenzita a četnost větru
• Terén a přístupnost oblasti
• Právní a územní proveditelnost

Oficiální orgány, jako je IDAE (Institut pro diverzifikaci a úspory energie), vypracovaly metodiky pro studium proveditelnosti lokalit pro instalaci větrných elektráren a před vypracováním projektu posuzují jeho ekologickou stopu a výrobní kapacitu po celou dobu jeho životnosti.

Vyhlídky do budoucna

Ve srovnání s jinými zdroji energie, ať už ekologickými, nebo ne, je větrná energie již vyspělou technologií, možná proto, že se v různých formách využívá již po tisíciletí. Na některých aspektech se však stále pracuje: zejména na zlepšení některých specifických vlastností fungování této technologie.

Například se vyvíjejí řešení proti hromadění ledu na lopatkách turbín, které může snižovat účinnost a zvyšovat opotřebení.

Dalším problémem, na který se zaměřují inovace, je otázka instalace elektráren tak, aby byly v souladu s okolní krajinou. Do budoucna navíc roste zájem o plovoucí větrné elektrárny na moři, kde jejich existence nebude rušit ani lidi, ani ryby. To vše činí z větrné energie ještě dokonalejší technologii na cestě k dekarbonizaci a udržitelnosti.

Větrné elektrárny ČEZ

ČEZ má 14 větrných elektráren s celkovým instalovaným výkonem téměř 720 MW. Společnost provozuje největší pevninskou větrnou farmu v Evropě, deset větrných farem v Německu, dvě větrné farmy v České republice a podílí se na plánování různých projektů větrných farem v Polsku.

• Větrné turbíny Skupiny ČEZ umístěné v Německu vyrobily v roce 2019 více než 285 milionů kWh ekologicky šetrné elektřiny a dokázaly pokrýt roční potřebu 90 000 německých domácností.
• Ve Francii Skupina ČEZ aktuálně připravuje výstavbu větrných turbín o celkovém instalovaném výkonu 225 MW.

Moderní větrné elektrárny mají obvykle dvoulopatkové nebo třílopatkové pevné lopatky o průměru 80-100 m. Jmenovitého výkonu kolem 2 až 3 MW dosahují při rychlosti větru kolem 13 m/s, tzv. startovací rychlost větru je 3 m/s.

Větrná energetika je skutečně šetrná k životnímu prostředí. Neprodukuje tuhé ani plynné emise ani výfukové teplo, nezatěžuje se skladováním odpadu, nepotřebuje ke svému provozu vodu. Dokonce nepřináší žádný významný zábor zemědělské půdy a stavební pozemky zabírají minimální plochu.

Náklady na větrnou elektřinu klesají spolu s rozvojem této technologie. Jedna větrná elektrárna Vestas V90-3,0 MW fungující 20 let dokáže vyrobit zhruba 37krát více energie, než bylo spotřebováno nejen na její výrobu, ale i na její provoz a likvidaci.