Větrné elektrárny

Větrné elektrárny včera, dnes a zítra (díl 1.)

Větrné turbíny se staly zdrojem elektřiny s nejrychlejším růstem instalovaného výkonu i produkce elektřiny. Podívejme se, jaká je současnost i budoucnost využití větrné energie a její potenciál ve světě i v Česku.

Větrnou energii využívá lidská civilizace už od nepaměti. V posledních desetiletích se staly větrné turbíny druhým nejužívanějším obnovitelným zdrojem hned po těch vodních. První větrnou turbínu pro výrobu elektřiny postavil v roce 1887 profesor James Blyth ve Skotsku. Jeho deset metrů vysoké zařízení dobíjelo akumulátory, které se využívaly pro osvětlení jeho chaty. Zhruba ve stejné době postavil větrnou turbínu i Charles F. Brush v Clevelandu v Ohiu. Jednalo se o klasické „americké“ větrné kolo s mnoha listy. Během zimy na rozhraní let 1887 a 1888 instaloval turbínu s průměrem rotoru 17 m, namontovaném na věži o výšce 18 m. Skládal se ze 144 paprskovitě uspořádaných listů z cedrového dřeva. Výkon zdroje 12 kW při 500 otáčkách za minutu byl využíván buď k dobíjení systému akumulátorů, nebo pro osvětlení a pohon různých zařízení v Brushově laboratoři.

Turbína Jamese Blytha z roku 1895 (zdroj wikipedie).

Turbína Jamese Blytha z roku 1895 (zdroj wikipedie).

O tři roky později v roce 1891 instaloval svou větrnou turbínu Poul la Cour, který byl vynálezcem a učitelem v dánském městečku Askov. Ta se podobala více klasickému mlýnu s nižším počtem listů. Měřil a studoval účinnost a vlastnosti systému při různém počtu listů a v různých podmínkách. Dokonce řešil i akumulaci energie pomocí elektrolyzéru a výroby vodíku, který využíval v lampách vlastní konstrukce.

V průběhu následujícího období se s rozvojem elektrifikace a elektrické sítě vyvíjely postupně různé typy větrných turbín, které uspokojovaly rozdílné typy potřeb. V čele vývoje bylo právě Dánsko, kde měl Poul la Cour řadu následovníků. Zlom v rozvoji a širší využití lze datovat do čtyřicátých let dvacátého století. V té době soupeřily elektrárny se dvěma a třemi listy. Výkony turbín se pohybovaly většinou mezi 50 až 70 kW. Ale již v roce 1941 byla ve Vermontu v USA sestrojena unikátní turbína s výkonem 1000 kW.

Na jedné straně se jednalo spíše o menší modely, které mohly s využitím akumulátoru nebo v součinnosti s jiným zdrojem elektřiny zásobovat v ostrovním režimu osamělá místa mimo síť. Na druhé pak o stále větší modely, které dodávaly elektřinu do zvětšující se elektrické sítě. Dnes se využívají turbíny od výkonů velmi malých až po výkony několika megawattů.

Turbíny v dánském městečku Askov, které vybudoval Poul la Cour (zdroj stránky muzea Poula la Coura).

Turbíny v dánském městečku Askov, které vybudoval Poul la Cour (zdroj stránky muzea Poula la Coura).

Hlavní zlom v intenzitě jejich využívání nastal v důsledku ropné krize v sedmdesátých letech a postupného přechodu k využití moderních lehkých, avšak velmi pevných materiálů. Pokrok v této oblasti výrazně zlepšil efektivitu i ekonomičnost těchto zařízení. Opravdu bouřlivý rozvoj pak nastal v osmdesátých a zvláště devadesátých letech minulého století. Začínají se stavět i velmi rozsáhlé větrné farmy. Budují se nejen na pevnině, ale i v pobřežních vodách, a to ve stále větších hloubkách. Na jedné straně to vede k zvýšeným nákladům na instalaci a vlivem koroze způsobené mořskou vodou i na údržbu, na druhé se však získává mnohem lepší koeficient využití výkonu.

Ještě na začátku devadesátých let byl sumární výkon větrných turbín velmi malý, teprve v roce 1996 dosáhl hodnoty 6,1 GW, na konci roku 2015 už 432,4 GW. V roce 2016 se instalovalo celkově 54,8 GW a na začátku roku 2017 tak byl celosvětově instalovaný výkon 486,7 GW.

Na počátku 21. století se větrné zdroje stávají těmi, u kterých roste instalovaný výkon nejrychleji. Obrovskou jejich výhodou je, že mají široké rozpětí možných výkonů. Je možné je využívat jako decentralizované místní zdroje, zároveň však i jako velké centrální zdroje, které se ovšem dají budovat postupně po jednotlivých turbínách a tím se snižuje investiční riziko.

Vlastnosti větrných turbín

Současné větrné turbíny patří kromě těch velmi malých většinou k zařízením s horizontální osou a mívají obvykle tři listy vrtule. Elektrárna se tak skládá z ocelového tubusu, který může obsahovat spodní železobetonovou část. Na jeho vrcholu je otočně uložená gondola, v ní je osa a ložisko rotoru a systém natáčení gondoly a listů. V současné době vyráběné velké větrné elektrárny mají „pitch“ regulaci, která umožňuje kontinuální nastavování listů změnou úhlu náběhu. To dovoluje reagovat na změnu větrných podmínek a požadovaných parametrů provozu turbíny.

Instalace turbíny mořské farmy Sand Bank (zdroj Vattenfall).

Instalace turbíny mořské farmy Sand Bank (zdroj Vattenfall).

Počet otáček bývá mezi 10 a 22 za minutu a obvodová rychlost může dosahovat až 320 km/hod. Třílistová konstrukce je pro větší turbíny konstrukčním optimem. Při větším počtu listů by hmotnost strojovny, nesoucí vícelisté kolo, byla příliš velká. Také tlak větru působící na listy vícelistého rotoru by byl velmi velký a trubkový stožár by musel být velmi silně dimenzován. Kromě většího namáhání by se projevila i větší hlučnost zařízení. Vícelisté rotory se tak využívají jen u velmi malých strojů.

Pro konstrukci vrtulí se využívají lehké a odolné materiály, sklolamináty, epoxidové pryskyřice a různé kompozitní materiály. Velikosti turbín jsou dány jejich předpokládaným využitím. Může jít o:

  • mikroelektrárny o výkonu do 2 kW a průměru rotoru do 2 m. Ty se využívají typicky pro napájení (dobíjení baterií) u odlehlých zařízení či jako doplňkový zdroj energie u menších budov a lze je umístit například na budovy či stožáry sloužící primárně k jiným účelům,
  • malé větrné elektrárny o výkonu do 50 kW a průměru rotoru do 15 m. Mají význam jako lokální zdroj energie například pro odlehlá místa bez připojení k síti (typicky v kombinaci s dalšími zdroji a/nebo baterií). Vzhledem ke svým rozměrům se umisťují již spíše na samostatně stojící stožár, výjimečně i na budovy,
  • střední větrné elektrárny o výkonu do 300 kW a průměru rotoru cca do 35 m. Tyto mají relativně omezené využití, například jako doplňkový zdroj pro zásobování odlehlých lokalit, jako jsou menší ostrovy a podobně,
  • velké větrné elektrárny výkonu nad 300 kW. Ty tvoří v současnosti zcela dominantní segment větrné energetiky a slouží jako zdroje energie v rámci velkých elektrických sítí.
Instalace turbíny mořské farmy Sand Bank (zdroj Vattenfall).

Instalace turbíny mořské farmy Sand Bank (zdroj Vattenfall).

Efektivitu využití turbíny omezuje Betzovo pravidlo, které na základě fundamentálních fyzikálních principů určuje, že větrná turbína může v ideálním případě využít 59,3 % energie větru. U reálných i nejmodernějších turbín existují různé další ztráty a současná zařízení dokáží dosáhnout hodnot mezi 70 až 80 % limitu z Betzova pravidla.

Rotor turbíny se většinou začne otáčet při rychlosti větru přesahující 2 až 5 m/s (7 až 18 km/h). Pak s rychlostí větru roste postupně i výkon elektrárny, nejdříve velmi rychle. Při rychlosti větru zhruba mezi 10 až 14 m/s (36 až 50 km/h) dosáhne výkon maxima a jeho zvyšování nepokračuje. Většinou u rychlosti 20 až 25 m/s (75 až 90 km/h) se turbína vypíná a nastaví se do polohy, v níž je riziko poškození co nejmenší. I tak silnému větru odolají jen do jisté limitní rychlosti, která se pro jednotlivé typy pohybuje v rozmezí od 40 do 72 m/s (144 až 259 km/hod).

Závislost výkonu na rychlosti větru pro turbínu WWD-3 o výkonu 3 MW, která je nejvýkonnější u nás využívanou, a to v elektrárně Pchery (zdroj manuál turbíny WWD-3)

Závislost výkonu na rychlosti větru pro turbínu WWD-3 o výkonu 3 MW, která je nejvýkonnější u nás využívanou, a to v elektrárně Pchery (zdroj manuál turbíny WWD-3)

Postupně dochází k optimalizaci geometrie listů k docílení maximální účinnosti a snížení hluku. Součástí moderních turbín je softwarová optimalizace regulace a nastavení jejich provozu. Začínají se využívat lasery, které měří parametr větru několik stovek metrů před gondolou a podle jejich měření se optimalizuje nastavení gondoly a listů.

Koeficient využití výkonu (kapacitní faktor), který ukazuje nakolik je v průběhu roku využíván instalovaný výkon, se pohybuje mezi 15 až 50 %, ale velmi silně závisí na geografických podmínkách. Velmi dobré bývají na otevřených pláních, případně mořském pobřeží, či na oblých holých hřebenech hor. Ještě lépe jsou na tom většinou turbíny instalované v mořích.

Optimální geografické podmínky tak jsou ve specifických místech. Pokud chceme větrnou energii využívat v co největší míře, musíme budovat co nejvíce větrných turbín právě v těchto oblastech. Ty se pak doplňují turbínami v méně vhodných větrných podmínkách, ale v blízkosti míst spotřeby. V současné době se tak staví velké větrné farmy, které obsahují desítky, stovky a v budoucnu možná i tisíce turbín. Jejich vzdálenost ve větrných parcích, které pokrývají plně nějaké území, by měly být mezi šesti až desetinásobkem průměru jejich rotoru. U opravdu velkých farem se udává ekonomicky optimální vzdálenost až 15 průměrů rotoru. Naopak u menších větrných farem, zvláště pokud je dostupné území limitované, jsou vzdálenosti mezi turbínami menší, typicky pětinásobek průměru rotoru. V případě umístění do řady kolmo k převládajícímu větru jsou často optimální odstupy pouze okolo trojnásobku průměru rotoru.

Hlavně u mořských větrných farem je třeba řešit optimální vyvedení výkonu ze všech turbín. V tomto případě jsou většinou jednotlivé turbíny připojeny kabely k transformátorové stanici, která se jako součást farmy také nachází v moři. V ní se nižší napětí, například 34,5 kV, produkované větrnými turbínami mění na vyšší hodnoty, většinou mezi 132 kV až 400 kV, vhodné pro transport na větší vzdálenosti (u farem vzdálených od pobřeží se k tomuto účelu často využívá stejnosměrného proudu). Elektřina se pak podmořskými kabely přivádí na pevninu. Pro tyto účely se budují speciální plošiny či dokonce umělé ostrovy. Ty mohou být připojeny více vedeními do různých míst a dodávat elektřinu podle potřeby střídavě do různých oblastí.

Stále větší turbíny

Pro velké farmy na pevnině i v pobřežních vodách se v současné době začínají uvádět do provozu stále větší turbíny. V letech 2014 až 2017 instalovala společnost Innogy ve své větrné farmě Zuidwester v Nizozemsku dvanáct nových větrných turbín firmy Enercon, které jsou největšími na pevnině. Nahradily staré turbíny, které zde vyráběly elektřinu od začátku osmdesátých let. Každá z nich má výkon 7,5 MW a výšku 200 m. Gondola je ve výšce 135 m, na ní je umístěn generátor o hmotnosti 220 tun a listy rotoru o průměru 127 m. U zařízení na pevnině je velikost elektráren často limitována uděleným povolením či problémy s dopravou extrémně velkých komponent. Zvláště, když se jedná o hůře dostupná místa bez možnosti využití lodní dopravy, ať mořské nebo říční.

Turbína Vestas V164-8.0 MW s výkonem 8 MW (zdroj MHI Vestas Offshore Wind).

Turbína Vestas V164-8.0 MW s výkonem 8 MW (zdroj MHI Vestas Offshore Wind).

Přesto je i na pevnině stále patrný trend k růstu velikosti větrných elektráren. Zejména v méně větrných či lesnatých oblastech je možno díky zvětšení výšky elektrárny dosáhnout podstatného zvýšení její efektivity. Například v Německu se proto typická výška nyní plánovaných elektráren pro nejbližší roky pohybuje mezi 200 a 250 m při průměrech rotoru mezi 120 a 160 m. Samotný výkon těchto elektráren přitom neroste tak výrazně, typické hodnoty jsou okolo 3 až 4 MW. Díky tomu je možné i v relativně málo větrných oblastech dosahovat využití výkonu okolo 30 %.

Ještě větší výkony mají turbíny v mořských větrných farmách. Doposud měly typické projekty turbíny o výkonu 3,6 MW a výšce 145 m. V současnosti největší je turbína Vestas V164-8.0 MW s výkonem 8 MW, která má na výšku celkově 195 m. Řada firem pracuje na ještě větších zařízeních hlavně pro mořské farmy. Předpokládají, že pro off-shore projekty budou mít již v blízké době turbíny o výkonu 13 až 15 MW. Podle výsledků pět let trvajícího evropského výzkumného projektu UpWind, který se zabýval aspekty spojenými s vývojem extrémně velkých větrných turbín, technicky lze dosáhnout výkon až 20 MW při průměru rotoru asi 250 m.

K dalšímu zlepšení efektivity velkých větrných turbín by mohl přispět model se dvěma rotory na společné hřídeli. Jeden rotor je umístěn klasicky na čelní straně gondoly, zatímco druhý je na její zadní straně. Rotory se otáčejí v souhlasném směru a jsou vůči sobě posunuty o 30˚, což je úhel umožňující nejvyšší možné využití větru i na zadní straně. Prototyp takové elektrárny vyvíjí společnost Airgenesis. Do roku 2020 chce mít prototyp turbíny s výkonem 11 MW.

Větrné farmy na pevnině

První větrnou farmou byla Crotched Mountain na jihu amerického státu New Hampshire. Fungovala od roku 1980 až do roku 2008. Její celkový výkon byl 0,6 MW a tvořilo ji 20 turbín o výšce 18 m a výkonu 30 kW.

V průběhu necelých čtyřiceti let pak byl postaven na vhodných místech velký počet větrných farem se stoupajícím počtem turbín o stále větším výkonu. Zaujímají sice rozsáhlé plochy (až stovky čtverečných kilometrů), ale půda mezi nimi může být zemědělsky využívána. Výběr místa je velmi důležitý, v případě pevninských farem ovlivňuje profil terénu a jeho pokrytí vegetací množství dostupné větrné energie.

Větrná farma Power County v Idaho (USA), severní část má 7 turbín a jižní 11 turbín o výkonu 2,5 MW. (Zdroj U.S. Department of Energy).

Větrná farma Power County v Idaho (USA), severní část má 7 turbín a jižní 11 turbín o výkonu 2,5 MW. (Zdroj U.S. Department of Energy).

V současné době jsou největší pevninské farmy v Číně, Indii a USA. Vůbec největší je čínská farma Gansu se současným výkonem 6800 MW, celkově by měl mít výkon 20000 MW v roce 2020. Další v pořadí jsou také čínské. Větrná farma Zhang Jiakou má výkon 3000 MW, Urat Zhongqi (Bayannur City) má 2100 MW, Hami výkon 2000 MW a Damao Qi (Baotou City) pak 1600 MW. Výkon 1000 MW a více má ještě dalších pět větrných farem. Z nich jedna je v USA, další v Indii a zbývající tři v Číně. I z tohoto přehledu je vidět, že Čína v současné době velkým větrným instalacím dominuje. Je však třeba poznamenat, že zde narážíme na problém definice jedné farmy. Zvláště v případě Číny jde často spíše o celý regionální systém s více navazujícími farmami.

Problémem je, a právě u Číny se to projevuje hodně dramaticky, že vhodné větrné podmínky jsou často ve velkých vzdálenostech od obydlených a průmyslových oblastí. Důležitá je tak výstavba vedení mezi farmami a obydlenými a průmyslovými celky. Velká část vyrobené elektřiny vyrobené větrem se tak nyní maří, kvůli tomu, že kapacita existujících vedení nestačí.

Větrné farmy v pobřežních vodách

Možnosti realizace větrných farem na pobřeží (on-shore) mohou být omezené a stále více se jich tak staví ve vodě (off-shore). Mořské farmy v pobřežních mělčinách těží z výhody lepších větrných podmínek. Koeficient ročního využití výkonu tak u nich bývá vyšší než u systémů na pevnině. Obvyklé hodnoty se pohybují mezi 30 až 45 %. Výstavba navíc není limitována nutností omezení vlivu na okolní osídlení. V blízkosti nejsou obyvatelé, kteří by proti turbínám protestovali. Výstavbě tak nebrání princip NIMBY (Not In My Back Yard – ne na mém dvorku). Jistým omezením však může být, že mohou narušovat navigaci a provoz lodní dopravy.

Mořská větrná farma Baltik 2 firmy EnBW má 80 turbín s výkonem 3,6 MW, celkový výkon tak je 288 MW. (Zdroj EnBW).

Mořská větrná farma Baltik 2 firmy EnBW má 80 turbín s výkonem 3,6 MW, celkový výkon tak je 288 MW. (Zdroj EnBW).

Výhodou je také, že velmi rozměrné komponenty velkých turbín lze dopravovat po vodě. Jejich transport na pevnině je často velmi problematický. Nevýhodou je nutnost efektivní ochrany samotných turbín i komponent využívaných pro transport elektřiny na pevninu před agresivní slanou vodou. Odhady životnosti mořské větrné farmy se liší v rozmezí dvacet až čtyřicet let. Podle dosavadních zkušeností z provozu těch nejstarších zařízení postavených v devadesátých letech lze předpokládat tu vyšší hranici – třicet let a více.

Dánsko bylo v čele budování větrných turbín na pevnině a brzy začalo pociťovat nedostatek vhodných volných míst. První off-shore farma Vindeby tak byla vybudována v blízkosti dánského pobřeží u ostrova Loland a elektřinu do sítě začala dodávat v roce 1991. Jedenáct turbín s výkonem 450 kW bylo na základy instalováno už v zkompletované podobě. Jeho celkový výkon byl 5 MW. Ověřilo se na nich, že off-shore turbíny mají zhruba o 20 % vyšší výrobu než stejné stroje na pevné zemi. Začátkem roku 2017 ukončila po více než čtvrt století provozu tato větrná farma provoz, když se její další provozování ukázalo být neekonomické. Celkově vyrobila 243 GWh elektrické energie, což znamená koeficient využití zhruba 22 %.

Budování mořské větrné farmy Dan Tysk s 80 turbínami o výkonu 3,6 MW (zdroj Vattenfall, foto Paul Langrock)

Budování mořské větrné farmy Dan Tysk s 80 turbínami o výkonu 3,6 MW (zdroj Vattenfall, foto Paul Langrock)

První vyřazení off-shore farmy bylo zahájeno již začátkem roku 2016. Tehdy zahájila firma Vattenfall likvidaci elektrárny Yttre Stengrund v Baltském moři u jihovýchodního pobřeží Švédska. Pět větrných turbín NEG Micon NM 72/2000 o výkonu 2 MW mělo celkově výkon 10 MW. Začaly dodávat elektřinu v roce 2001 a po patnácti letech bylo rozhodnuto o jejím uzavření. Jeho důvody byly ekonomické i technické. Typ větrných turbín byl jeden z nejstarších a celkem jich bylo vyrobeno pouze 50 kusů. Shánění náhradních dílů a vysoké náklady případného vylepšení vedly k jejímu zavření. Firma Vattenfall si v tomto případě ověřila metody rozebrání off-shore turbín. Šlo o úplnou likvidaci včetně betonových základů a kabelů, které je připojovaly.

Větrné farmy v pobřežních vodách se intenzivně budují právě u evropského pobřeží Baltského moře a Severního moře. Největší instalované kapacity mořských off-shore větrných turbín má Velká Británie a Německo. Největší větrnou farmou je London Array ve Velké Británii, která má 175 turbín Siemens SWT-3.6-120 a tedy celkový výkon 630 MW. Elektřinu dodává od roku 2012. Druhou je Gemini Wind Farm v Holandsku s celkovým výkonem 600 MW, která má 150 turbín Siemens SWT-4.0 a do provozu byla uvedena v roce 2017. Na třetím místě je Gode Wind v Německu, která má celkový výkon 582 MW a je tvořena 97 turbínami Siemens SWT-6.0-154. Do provozu se dostala také v roce 2017.

Budování mořské větrné farmy Dan Tysk (zdroj Vattenfall).

Budování mořské větrné farmy Dan Tysk (zdroj Vattenfall).

Celkový výkon přes 500 MW mají ještě farma Gwynt y Môr ve Velké Británii se 160 turbínami SWT-3.6-107 a celkovým výkonem 576 MW, která byla uvedena do provozu v roce 2015. Ve Velké Británii je také farma Greater Gabbard s výkonem 504 MW, která má 140 turbín stejného typu a do provozu byla uvedena v roce 2012. V budoucnu by je všechny měla překonat off-shore farma DONG Energy Hornsea Project ONE, která se buduje na yorkshirském pobřeží v hloubkách mezi 20 až 40 m. Ta by měla mít 174 turbín s výkonem 7 MW a její celkový nominální výkon by měl dosáhnout až hodnoty 1,2 GW. Intenzivní rozvoj větrných turbín v pobřežních vodách však nastal i v Číně.

Řada podniků se začala na instalace v pobřežních vodách zaměřovat. Jde například o firmy, které mají zkušenosti s podmořskou těžbou a mají tak vybavení i pracovníky určené pro práci v moři. V oblasti turbín pro tyto účely dominují firmy Siemens, Vestas, Senvion a Adwen (společný podnik firem AREVA a Gamesa pro mořské instalace).

Úplně nové koncepty

Dalším rozšířením možností výstavby větrných turbín na moři jsou plovoucí turbíny. První takovou instalací byla elektrárna Siemens s výkonem 2,3 MW, průměrem rotoru 82 m a výšce gondoly nad hladinou 65 m. Postavena byla v Severním moři v oblasti mezi norským Stavangerem a skotským Aberdeenem v roce 2009 a během prvního celého roku provozu měla koeficient ročního využití 36 %. V daném místě je hloubka moře 220 m.

V současné době (2017) zahajuje v této oblasti u pobřeží Peterhead ve skotském Aberdeenshire budování první plovoucí větrné farmy Hywind norská ropná společností Statoil. Zatímco u pevně zakotvených větrných turbín je optimální hloubka mezi 20 až 50 metry, je u plovoucích turbín možná instalace i ve vodách s hloubkou mezi 100 až 700 metry. A uvažuje se i o hloubkách větších.

První plovoucí větrná farma Hywind (zdroj Statoil).

První plovoucí větrná farma Hywind (zdroj Statoil).

Jde o pět turbín s výkonem 6 MW, které zaujímají plochu 4 km2 a jsou vzdáleny 25 km od pobřeží Peterhead. Průměrný vítr v těchto místech Severního moře je okolo 10 m/s. Pilotní projekt umožní ověřit možnosti takových zařízení, které významně rozšiřují plochy, kde se větrné turbíny mohou budovat. Jsou předpoklady, že vlivem postupného zaplňování vhodných lokalit na pevnině i v plytkých pobřežních vodách poroste zájem o tyto technologie.

Nestandardní a zatím exotická zařízení se plánují i pro pevninu. Velice zajímavé by v budoucnu mohlo být využití létajících větrných turbín, které by byly vynášeny do velkých výšek nad 600 m, kde vanou stabilnější a silnější větry. Plošná hustota výkonu větru by zde mohla být až několikanásobkem hodnot i u nejvyšších pozemských turbín.

O reálných projektech se začalo uvažovat v osmdesátých letech a doposud se testovalo několik prototypových strojů. Většinou to však bylo pouze na zemi a ve vzduchu pouze ve formě technologických zkoušek. Možným zařízením je systém, který rotor využívá nejdříve jako vrtuli k dosažení velký výšek a poté se vypíná a začíná fungovat jako větrná turbína. Pro vynášení mohou být využitý i balóny nebo systém podobný draku nebo padáku. Vyrobená elektřina je na zem transportována kotvícím kabelem. Značným problémem může být možné ohrožení leteckého provozu a následky pádu. Proto se spíše uplatní nad mořem.

Zatím nejdále se snad dostala společnost Altaeros Energies v Bostonu zaměřená na vývoj ve vzduchu se vznášejících plošin pro telekomunikace, dálkový průzkum, výzkum vývoje atmosféry i výrobu elektřiny pomocí větru. Ta využila v roce 2012 balón naplněný héliem pro vynesení standardní turbíny Skystream s rotorem 3,7 m a výkonem 2,5 kW.

Do vývoje v této oblasti se intenzivně zapojuje řada společností a mezi nimi například i známé firmy Google a E.ON. Je součástí jejich aktivit v oblasti obnovitelných zdrojů. Jejich cílem je zatím dokončit a otestovat plně funkční prototyp.

Článek bude pokračovat druhým dílem


Poděkování: Děkuji za velmi podnětnou diskuzi a komentáře k článku kolegovi Davidu Hanslianovi.

Poznámka: Článek je první z cyklu, který bude rozebírat možnosti jednotlivých energetických zdrojů u nás, a jehož cílem je iniciovat diskuzi o budoucím rozvoji české elektroenergetiky a jeho úskalích i možnostech. Hlavně v souvislosti s tím, že od poslední aktualizace energetické koncepce uplynulo již pár let a v oblasti energetiky se u nás reálně nic moc neudělalo. Zároveň se objevuje řada rizik a tak je velmi důležité udělat si přehled o vývoji a stavu energetiky ve světě i u nás.

Článek byl původně publikován na webu OSEL.CZ

Práce rozebírající potenciál větru u nás:

[1] Hanslian D., Hošek J., Chládová Z., Pop L., Svoboda J., Štekl J. (2007): Určení technického potenciálu větrné energie na území České republiky. Výzkumná zpráva. Ústav fyziky atmosféry AV ČR, Praha, 78s + přílohy.

[2] Hanslian, D., Hošek, J., & Štekl, J. (2008). Odhad realizovatelného potenciálu větrné energie na území České republiky. Ústav fyziky atmosféry AV ČR, Praha, 32s.

[3] Hanslian, D., & Hošek, J. (2012): Aktualizovaný odhad realizovatelného potenciálu větrné energie z perspektivy roku 2012. Ústav fyziky atmosféry AV ČR, Praha, 23s.

[4] Štěpán CHALUPA a David HANSLIAN. Analýza větrné energetiky v ČR. Komora obnovitelných zdrojů energie, březen 2015.

Doporučená literatura:

Velice pěkný cyklus článků o větrné energii od Břetislava Koče na serveru TZB.

David Vobořil: Větrné elektrárny – princip, rozdělení, elektrárny v ČR

Stránky České společnosti pro větrnou energii



21 odpovědí na Větrné elektrárny včera, dnes a zítra (díl 1.)

  1. Josef napsal:

    pro státy se studenějším klimatem je vítr skutečně nejlepším OZE s rozvojovým potenciálem a pro některé státy to může být vítr v budoucnu hlavním zdrojem výroby el. energie. Bude se však jednat převážně o státy ,které mají možnost instalovat obří větrné farmy v moři. Díky vývoji techniky je sice možné instalovat větrné elektrárny na vysokých stožárech i v méně větrných lokalitách , nicméně i tak je taková elektrárna proti té na moři značně nestabilní. Pro Českou republiku nebude mít větrná energetika do budoucna velký význam. Jedna z důvodu odporu obyvatel a jednak také proto, že mnoho dobrých lokalit se nachází v chráněných krajinných oblastech nebo dokonce v Národních parcích. A to i přesto , že lze pomocí větru u nás získat nestabilní výrobu elektrické energie na úrovni výroby jaderné elektrárny Temelín. Z ekologického hlediska nemá pro nás vítr žádný přínos naopak je jasné ,že rozšíření JETE v areálu jaderné elektrárny Temelín a další 2 reaktory je fundamentálně ekologičtější než instalace cca 3000 větrných el. o výkonu 3MW pro zajištění stejného objemu výroby el. energie a stavba další plynové elektrárny pro regulaci výkonu. Znamenalo by to fakticky kompletní zničení krajinného rázu ČR podobně jako k Němu došlo v severním Německu.

    • C napsal:

      Většina, nebo valná část, zemí světa má přístup k moří a i v poměrně zajímavém množství pevninských oblastí jsou slušné rychlost větru (i.imgur. com/TjZNYo4.jpg) takže vítr může velmi dobře posloužit i jinde. Navíc na moři snad ani nejdete s rychlostí pod 5m/s a krom nejhorších míst kolem rovníku budete spíš kolem 10m/s
      (cnet4.cbsistatic. com/img/WI938v_XoWo498jkvT4fGgU8j8Y=/fit-in/970×0/2008/03/04/e9944d14-f4d6-11e2-8c7c-d4ae52e62bcc/3t_global_wind.jpg)

      To vypadá dobře i s tím že odst zdrojů je v oblasti kolem USA. Vzhledem k rozlišení mapy musím jenom odhadovat, ale, do nějaké rozumné vzdálenosti tam jsou dokonce lepší podmínky než kolem Evropy. Taky je z toho vidět, že se Argentina může snadno vykašlat na JE, stejně jako Chile, a velkou část energie získat z VtE.

      Stavět u nás 9GW VtE snad ani nejde, čísla co jsem viděl mluvila o 6GW, navíc pokud nepostavíte akumulaci, tak je to o ničem, nemá to cenu a možná to nadělá problémy v soustavě. Nevím jestli se dá o krajinném rázu moc mluvit v situaci, kdy se v minulosti podstatně narušila krajina a pokračuje se v tom dál obrovským množstvím dopravních a jiných taveb. Vaše odvození o tom že je JE ekologičtější než VtE může být minimálně sporné, pokud se nezahrne naprosto všechno, už teď víme že jen dopravit komponenty bude představovat poměrně náročný technologický úkol, který sám o sobě může znamenat zatím nedefinované zásahy do krajiny a samotná stavba, pokud bude provedena jako obě stojící, bude dost velkým zásahem. Například tím že chladicí věže mohou narušit srážky a navíc budou dále klást nároky na zmenšující se zdroje vody. Tady by to chtělo zavést třeba suché chlazení, které by mělo asi i nižší věže, ale to se myslím neplánuje.

      Problém ale je že jsme zase VtE, stejně jako FVE, dostali do stavu kdy se to pomalu pro všechny lejstra a pod nevyplatí stavět.

      Problém odporu obyvatel je u nás i dost svázán se závistivostí a zabedněností, pokud je pro dost lidí pořád kdokoliv mající víc než nějakých 15k měsíčně, zloděj, podvodník a podnikatele by raději stříleli na potkání, OZE jsou jenom pro tuneláře… Tak se nemůžeme divit že budou proti všemu, ale když se na to plácne samolepka státní, byť stát taky nenávidí, tak to budou vynášet o nebe protože to není zlých soukormníků. (stejně jako ČD jezdící s Honeckerama a Koženkama) Je to tak daleko že už vznikl generátor „náhodný slušný Čech“ generující… no prostě novinková diskuse s random funkcí.

      Problém JE je v tom, že jsou to velmi komplikovaná a choulostivá zařízení, kde když se něco pokazí, tak možná budeme moci potom obdivovat nedotčenou přírodu, ale akorát tak ze vzducholodě, nebo v protiradiačním obleku. Nehledě na to, je tu dost zásadní problém s cenou, kterou nevíme. S rychlostí výstavby, která je spíš menší než větší a s tím že nevíme o koho je vzít, protože nám tu firmy padají jak mouchy a i donedávna jaderné státy se odklání.

      Dost velký problém je i to že ani největší diktatury nebo nejbohatší státy nejsou schopné udělat přechod na jadernou energetiku dostatečně rychle a efektivně. Ani Čína, prostě na to nejsou kapacity pro výrobu reaktorů, stavbu zařízení… A možná ani finanční ani politické.

      • Petr napsal:

        Jak dlouho potřebovala Francie na dosažení přez 50% elektřiny z jádra?
        Něco kolem 25 let masové výroby.

        • Milan Vaněček napsal:

          Francie na to potřebovala De Gaula, který stanovil cíl: Francie jako jaderná velmoc, dále svůj tehdejší velký průmyslový potenciál a spoustu peněz. A co dosáhli: ukázali světu cestu, která nikam nevede a už ji nikdo v EU nechce a nebude následovat.
          Francouzi sami chtějí svoji výrobu a počet JE redukovat jako všechny země na západ od nás. A na to stačila jedna havarie tisíce kilometrů vzdálená od Evropy.

          • Petr napsal:

            Cestu Francie jaderné většiny aktuálně v EU následuje Slovensko a Finsko.

            Masové rušení byla jen předvolební vábnička, teď to zas zrušili a rychle odstaví jen jednu, aby získali zkušenosti v rozebírání a mohli to celosvětově nabízet.

            Reálně u skoro všech jaderek budou maximálně prodlužovat životnost, a to snížení podílu z 75% na 50% má znamenat přípravu na plnou elektromobilitu, a masivní rychlé navýšení celkové národní výroby elektřiny o 25-30% převážně už pro ně levněji dostupnými mořskými větrníky.

          • Jan Veselý napsal:

            A ropné šoky, kdy jim akutně hrozilo, že jim výroba elektřiny úplně klekne.

          • Jan Veselý napsal:

            Hmm 2% obyvatel EU to fakt vytrhnou. Hlavně když se v obou zemích marně snaží dostavět aspoň něco. Jaderné elektrárny budou postupně vymírat. Jakou rychlostí? Těžko říct.

          • Martin Hájek napsal:

            Jaderné elektrárny mají pořád dobrý smysl přinejmenším tam, kde se nemohou z různých důvodů uplatnit významně větrné elektrárny. Tedy typicky v lesnaté členité krajině střední Evropy – ČR, Slovensko, Bavorsko, Horní Rakousko. Jestliže část těchto zemí jádro z ideologických důvodů nerealizuje, je to dobrá příležitost pro ČR a Slovensko. Elektřina bude zase brzy drahá.

      • Josef napsal:

        JE nejsou ideální zdroje , jenže v našich podmínkách velice rychle dojdete k závěru , že bez jádra můžete buď pokračovat v těžbě uhlí nebo dovážet plyn. Úspory se budou dařit jen když ekonomika neporoste nebo špatně , pokud bude průměrný plat za 15 let 60k , ( růst platu 5% ročně) , pak samozřejmě budou lidé kupovat mnohem více zboží a jezdit více autem. Myčka sušička . více automatizovaný průmysl. I přes všechny úspory spotřeba nesklesne. A to nás vede na začátek dovozy znamenají konec politické nezávislosti ČR ( nebo toho torza co nám zbylo) . Těžba uhlí zase ničení přírody ve velkém. Výsledkem bude samozřejmě kombinace všeho , ale nic lepšího než jádro nemáme.

  2. Ondra napsal:

    Skvělý článek, diky za něj.

  3. Petr Hariprasad Hajič napsal:

    Pane Wagnere děkuji Vým, že jte se pustil do srovnávací práce a že výjimešně se zabýváte jiným tématem, než jadernou energií. I když mi ty rotující donkichotské obludky také nejsou úplně po chuti, jsem tomu mnohem raději, než JE. Těším se, že připojíte také související problematiku ukládání energie do bateriových zdrojů, které jsou zřejmě vhodné jako krátko- a střednědobá úložiště a PGP jako dlouhodobá úložiště. Zajímala by mě hlavně Vaše představa vývoje cen a možnosti zvyšování účinnosti a životnosti.
    Modeloval někdo, jak by vypadala závislost kapacity bateriových úložišť na instalovaném výkonu intermitentních zdrojů u nás pro udržení stability sítě? Jako další otázka by se pak nabízela závislost snižování kapacity záložních zdrojů a možnosti ukládání energie. Ve 3. rozměru pak návratnost investic při určité pořizovací ceně.

    • Josef napsal:

      Pomocí bateriových úložišť bude možno v blízké budoucnosti masově ukládat el. energii v řádu hodin . S výhodou toto využijí státy s velkým potenciálem FV elektráren. (přes poledne uloží energii a večer využiji, další nabíjení v noci kdy je spotřeba nízká a využití v ranní špičce ) Bohužel nelze baterie použít k ukládání energie v řádu měsíců, protože by musely mít o mnoho řádů vyšší kapacitu což je ekonomicky nereálné a také trpí samovybíjením. Nicméně pro chladné země s dobrými podmínkami pro větrné el. potřebujete kapacitu v řádu dní což bude patrně ekonomicky reálné tak za 10 let a pro státy jako Německo to bude znamenat zcela jiné možnosti v energetice.

      • Panaka napsal:

        Můj osobní názor je, že v rámci akumulace v řádu jednotek dnů má největší potenciál power2hydrogen a power2gas. V Německu již běží testovací projekty, nadějné je i přidávání malého % vodíku do zemního plynu (nebude mít podstatný vliv na celkové vlastnosti, ale CELÁ plynová síť poslouží jako obří akumulátor )

        • Jan Veselý napsal:

          Nedávno jsem tuhle věc konzultoval s člověkem, který má do problematiky syntetických paliv a jejich ekonomiky velký vhled a říkal hodně zajímavé věci, se kterými jsem musel souhlasit.
          V prvé řadě bude vodík z přebytků „čisté“ elektřiny využíván v chemické výrobě, kde má největší hodnotu, tj. výroba dusíkatých hnojiv, krakování ropy na hodnotnější frakce, výroba pokrmových tuků, … V další fázi, až to o kus zlevní lze vodík přidávat do bioreaktorů, tím zvýšíte poměr methanu oproti CO2 v produkovaném bioplynu.
          Až to zase o kus zlevní můžete začít dělat syntetická paliva a jít po jednotlivých palivech destilovaných z ropy, Dánové mají v merku jako první tu asi nejhodnotnější – kerosin, následovat budou benzín, nafta a petrolej. Na to ovšem budete potřebovat cenu elektřiny pod 20 EUR/MWh a aspoň 50% koeficient využití (ofshore vítr za 10 let?) nebo pod 10 EUR/MWh a aspoň 30% koeficient využití (FV kolem obratníků za 5 let?), a bude to plně konkurenceschopné ropě a skoro neomezeně a rychle škálovatelné. U substituce zemního plynu, kde je velkoobchodní cena okolo 10-12 EUR/MWh ta změna hned tak asi nebude možná. Ale to by se vidělo, co by s jeho cenou udělal kolaps těžby a ceny ropy, prodej plynu je dnes pro těžaře jen takový vedlejšák, kde nepotřebují nějaký extra zisk.

          • Martin Hájek napsal:

            V té poslední větě jste právě narazil na tu základní brzdu pokroku. Když se totiž prosadí nějaká nefosilní technologii, tak to totiž vždy zcela logicky sníží poptávku po fosilních palivech a tím i jejich cenu. No a to zase zpětně brzdí další rozvoj nefosilní technologie. Tento faktor většina prognostiků technologického rozvoje vesele ignoruje, což je stejně špatné, jako když fosilní inženýři ignorují technologický rozvoj.

          • Petr Hariprasad Hajič napsal:

            Pane Všechny ty příklady ve využítí H2 v chemickém průmyslu jsou, promiňte, blééé… Například ztužené tuky jsou nepoživatelné a pokud jsou poživatelné, tak s těžkými zdravotními riziky (diabetes II stupně, kardiovaskulární onemocnění ap.). Leda že by se to použilo zase na něco do průmyslu.

        • Martin Pácalt napsal:

          Power to gas má podle mě mnohem větší kapacitu než pár dní. Máme hotovu síť plynovodů (s výhledem k dalšímu rozšiřování – viz. plynovod Moravia) a zásobníky, do kterých se vejde průměrně náročná celá topná sezóna. Měkčí přechod od fosilní k udržitelné syntetické plynové ekonomice si asi těžko přestavit.
          V debatě výše zaznívají zajímavé údaje o ceně MWh a jak se s tím dá (a v jakém oboru) nakládat. Já se pořád neumím zbavit myšlenky, že jadernou energetiku budeme potřebovat už jen kvůli snížení množství a škodlivosti RA odpadu a tedy, že porovnávat jen aktuální a výhledové ceny by nemělo výlučně rozhodovat o dalším směřování.
          Osobně se mi líbí jednoduchý mix než jen „jedna či dvě cesty“ a nebo „koktejl všeho“.

          • Jan Veselý napsal:

            Pokud by existovalo ekonomicky schůdné P2Gas nebo P2Liquids založené na bezemisních zdrojích, tak to je s konečnou platností game over pro fosilní zdroje. Navíc by šlo díky tomu kanibalizovat veškerou existující infrastrukturu pro ropu a zemní plyn, tj. míň velkých a bohatých korporací by se cukalo, bylo by třeba míň investic do nové infrastruktury.

          • Martin Hájek napsal:

            Pokud by existovalo perpetuum mobile nebo jaderná fúze, tak je energetický problém vyřešený.

          • Petr Hariprasad Hajič napsal:

            P2G2P jednotky se už vyrábí a kdy budou ekonomicky výhodné? Tipoval bych to na podobný vývoj jako u cen FV panelů a teď to kopírují baterie. Takže by to zase až tak dlouho trvat nemělo. Jedině s čím mám trochu problém jsou parametry palivových článků. Nějak se o nich moc nemluví a nepíše.

          • Milan Vaněček napsal:

            Fyzika nám říká, že perpetum mobile možné není a jaderná fůze požaduje nároky na materiály, které též asi nebudou dosažitelné na Zemi.
            Takže nám zbývá využít znalostí, které nám dává příroda (fotosyntéza) a „pouze“ zvýšit její účinnost (jako se podařilo u slunečních článků dosáhnout řádově vyšší účinnosti využití sluneční energie než má fotosyntéza) a zlevnit hromadnou výrobu.
            Nepochybuji že se to podaří, takže budeme mít obrovský zdroj energie (Slunce, ostatní zdroje jsou jen „drobečky“), budeme mít technologie dlouhodobé akumulace (power to gas, pover to liquid) a už máme technologii akumulace krátkodobější (baterie).
            A samozřejmě, pro syntetický plyn a paliva již máme obrovskou existující infrastrukturu.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *