Je to zhruba 20 let, co se výstavba větrných elektráren stala z ojedinělé kuriozity energetiků široce podporovaným plánem pro lepší budoucnost celého lidstva. Pokud má do roku 2050 dojít k naplnění závazků Pařížské dohody, musí zásadním způsobem narůst podíl OZE.
Podle Mezinárodní agentury pro obnovitelné zdroje (IRENE) to znamená, že si větrné elektrárny v rámci celkového výkonu musí vydobýt 36% podíl v zastoupení globálního mixu energií. U pevninských větrníků to znamená skok z nějakých 400 GW (globální produkce v roce 2018) na 5500 GW, u příbřežních instalací pak z 12 GW na 520 GW. To je trend do příštích let.
Na straně výroby je to kritický nedostatek surovin potřebných pro výrobu nových turbín. Přechod k čisté energetice se totiž nedá realizovat bez vzácných minerálů. Raději upozorníme na to, že je pro naplnění zelených cílů momentálně potřebují všichni.
Potřebujeme je všechny, ale všechny je nemůžeme mít hned, protože na ně nemáme materiál. Z celosvětové produkce vzácných minerálů dokážeme pokrýt přechod k OZE celého Německa nebo Velké Británie, ale už ne současně obou a v jednom roce. Poptávka objemem přesahuje nabídku asi 50x, a každé další rozšíření těžby vede k nevratné destrukci životního prostředí.
U větrných elektráren představuje další zásadní bariéru jejich rozvoje i omezené množství příhodných lokalit. Ta nejlepší místa už jsou takříkajíc zabraná, další expanze do nových lokalit znovu vede k destrukci životního prostředí. Částečně uspokojivým řešením je tu ale tzv. re-powering. Tedy nahrazení starších modelů turbín novými, výkonnějšími, instalovanými na již existující, jen upravené a třeba zvýšené pylony.
Čtěte také: Větrné elektrárny a recyklace
Tato funkční recyklace zastavěného prostoru ale dává dlouhodobě smysl jen tam, kde se úspěšně daří recyklovat do podoby druhotně využitelné suroviny a další vznikající odpadní materiál. Zvláště pak ten nedostatkový, vzácné minerály, protože ty představují ono zúžené hrdlo rozvoje celého sektoru.
Vzít si potřebný materiál ze starých větrných elektráren a použít ho na nové se přitom jeví jako naprosto logické řešení. Problém je, že třeba zrovna recyklace permanentních magnetů je zatím ekonomicky ztrátová, energeticky náročná (k výrobě zcela nového kilogramového neodymového magnetu potřebujete energii 330 MJ, na jeho recyklaci pak 191,4 MJ) a technologicky velmi komplikovaná.
Přesto je zatím recyklováno méně než 1 % obejmu takových potenciálně užitečných odpadů. Ale protože už nyní panuje globální přetlak v poptávce po surovinách, bude recyklace vzácných minerálů do budoucna dávat smysl.
Jsou tu i dobré zprávy: pokud například chceme odstranit již vysloužilou větrnou elektrárnu z horizontu, jsme alespoň teoreticky schopni jí z 85-90 % její celkové hmotnosti recyklovat. Ocel, hliník, beton, to umíme. Vlastně, na každý 1 MW výkonu běžné pevninské větrné elektrárny je to zhruba kolem 937,5 tun betonu, 160 tun oceli (pylon a gondola s turbínou), 16 tun železa, plus desítky kilogramů hliníku, chromu, mědi, pozinkovaných plechů, plastů, maziv.
Jen pro představu, v Německu, kde se velkých cílů nebojí a s větrnými elektrárnami začali včas, teď aktuálně řeší, co udělat s 5,5 milionem tun zbytkového betonu a milionem tun oceli. Protože jejich první větrné instalace už odchází do důchodu.
Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj
Po dobrých zprávách ale nutně musí přijít i ty špatné. A listy rotorů větrných elektráren zatím nic jiného než špatnou zprávou pro životní prostředí nejsou. Jejich design totiž plně odpovídá nárokům na maximální odolnost a nezničitelnost. Což je výhodou, když počítáte s jejich obvodovou rychlostí až 320 kilometrů v hodině po dobu dvaceti let a bezúdržbovostí. Jenže co s takovým kompaktem z uhlíkových vláken, skelné tkaniny, kompozitních materiálů, epoxidové pryskyřice a tvrdidla, až elektrárna doslouží?
Na nové elektrárny je už osadit nemůžeme, stavíme totiž výkonnější. V této souvislosti se možná hodí zmínit, že listy rotorů pocházejících z prvních instalací (které dnes řešíme) měly v průměru 50 metrů délky, zatímco novější (které budeme řešit v blízké budoucnosti) mají i přes 100 metrů.
V Německu se budou muset v roce 2024 potýkat se 70 000 tunami takových, ve Švédsku 28 500 tunami, v Dánsku s 13 000 a v Irsku s 11 000 tunami. A v roce 2030 už bude celý svět řešit, co se 400 000 tunami odpadu, nezničitelných listů rotorů elektráren, instalovaných kolem roku 2010. Přitom jen v Evropě letos čeká dekonstrukce 6000 větrných elektráren a za dva roky už to bude 14 000.
Listy rotorů větrných elektráren zatím nic jiného než špatnou zprávou pro životní prostředí nejsou. Irové s nimi experimentují vcelku: mohly by z nich vzniknout protihlukové stěny podél silnic, sloupy vysokého napětí, nouzové bydlení pro potřebné, mosty pro pěší. Je to sice kreativní, ale úplně to v průmyslových měřítcích nefunguje.
Švédi je zkouší mechanicky rozemlít a nadrtit, spálit, pyrolizovat. Háček je v tom, že podrcený kompozitní materiál je vodivý a narušuje fungování elektrostatických filtrů spaloven. Dochází tak ke znečišťování vzduchu. I tak je spalování, nazývané ovšem vznešeně ko-procesní recyklace, jednou z nejčastějších testovaných metod. Ale spalování nepotřebného nám moc materiálovou recyklaci nepřipomíná, že?
Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí
Dánové to raději zkouší jinak: po mechanickém nadrcení zhodnocují listy rotorů jako přídavek do cementu/betonu. Sice tím nějaké emise vzniknou, ale zase se tím šetří emise ze stavebnictví. Bohužel, žádná z těchto zajímavých technologií „recyklace“ momentálně nenabízí řešení pro požadovanou objemovou kapacitu vznikajícího odpadu, není dostupná v průmyslovém měřítku ani ekonomicky konkurenceschopná.
A kdybychom se chtěli pro inspiraci podívat za oceán? Američané je rozřezávají a pohřbívají pod zem. Místa na to mají dost, skládkování mají povolené a listy rotorů jsou v podstatě inertním materiálem. Zrovna „eko“ to ale není.
Sympatický nápad se rýsuje v blízké budoucnosti: výroba listů rotorů z nových materiálů, termoplastických kompozitů. Ty by měly být lehčí, o něco levnější, podobně odolné. A snáze recyklovatelné. Krása. To ale úplně neřeší, co budeme výhledově dělat s 2,5 milionu tun budoucího odpadu, který je v současnosti vázán v instalovaných listech rotorů po celém světě.
Inovativní přístupy k recyklaci lopatek větrných turbín
Dánská společnost Vestas, největší výrobce větrných turbín v Evropě, loni přišla s postupem, který využívá chemický roztok k rozložení lopatek na materiály, které pak mohou být potenciálně použity k výrobě lopatek nových. Tento proces má výhodu i v tom, že nevyžaduje energeticky náročné vysoké teploty. Recyklován by mohl být i historický odpad z lopatek, který je v současnosti na skládkách.
Řada firem pracuje na lopatkách vyrobených z materiálů méně závislých na obtížně recyklovatelných skelných vláknech a epoxidové pryskyřici. Velká většina lopatek je ale stále vyráběna z těchto tradičních materiálů.
Rostoucí problém v Německu představují dosluhující větrné elektrárny, jejichž předpokládaný životní cyklus se právě v těchto měsících chýlí ke konci. Ve hře je přitom osud tisíců tamních větrných turbín, do jejichž recyklace se teď pustila první specializovaná evropská firma Neocomp. Obtížnost jejich recyklace ale zároveň představuje ekologickou hrozbu.
Části skelné tkaniny míchá s dalším odpadem a směs následně drtí na kousky, které mají nanejvýš milimetr. Proces začíná rozřezáním větrných lopatek na šestimetrové segmenty, jež poté procházejí několikanásobným drcením. Vzniklý odpad se využívá k tvorbě cementu.
Podle odhadu spolkového úřadu pro životní prostředí bude třeba už v příštích letech recyklovat na 70 tisíc tun materiálu z větrných elektráren každý rok. Ke konci letošního roku vyprší v Německu platnost zákona o dotacích pro takzvanou první generaci větrných elektráren.
Většina součástí větrných elektráren je velmi dobře recyklovatelná, a to až z 85-90 %. Ocelový stožár a gondola, drahé kovy z elektroinstalace a další kovy jsou recyklovatelné zcela. Beton ze základů se rozdrtí a opakovaně se využívá ve stavebnictví. Největší výzvou jsou lopatky rotoru, které jsou vyrobené z kompozitních materiálů.
Po ukončení provozu v původní lokalitě mohou být větrné elektrárny demontovány a prodány do jiných zemí, kde jsou znovu instalovány a pokračují ve výrobě elektřiny. Tímto způsobem se maximalizuje využití stávajících technologií, zároveň se snižuje množství odpadu a potřeba nových surovin pro výrobu nových elektráren.
Společnosti WindEurope (dříve EWEA - Evropská asociace větrné energie), Cefic (Evropská rada pro chemický průmysl) a EUCIA (Evropská asociace průmyslu kompozitů) představily společný projekt pro řešení problematiky recyklace v oboru větrné energetiky. Další projekt ZEBRA (Zero wastE Blade ReseArch), tvořený konsorciem zainteresovaných firem včele s největším výrobcem listů LM Wind Power se zabývá problematikou recyklace listů VtE.
Hmotnost větrné elektrárny včetně nezbytných základů tvoří ze 60-65 % beton, 30-35 % ocel (armování základů, tubus věže, soustrojí s převodovkou, generátorem a hlavní hřídelí), dřevo kolem 5 %, elektronická zařízení včetně kabeláže a dalšího spojovacího materiálu (měď, hliník) 2-3 %. Kompozitní materiál křídel tvoří kolem 3 % celkové hmotnosti větrné elektrárny.
Nejhmotnější část větrné elektrárny je z velké části ukryta pod povrchem. Jsou to základy v podobě monobloku z armovaného betonu, které musí nejen rozložit hmotnost celé elektrárny na plochu podle její únosnosti, ale také odolat dynamickému horizontálnímu zatížení větrné elektrárny větrem působícím na věž i otáčející se rotor.
Při výměně nadzemní části větrné elektrárny za novější by bylo možné původních základů v omezeném rozsahu využít vzájemným konstrukčním přizpůsobením přírub na základech a prvním dílu věže. Někteří výrobci větrných elektráren přišli s řešením „univerzální platformy“ pro své budoucí inovované a výkonnější stroje, na kterou by bylo možné bez dalších úprav nové typy elektráren instalovat.
Zdrojem materiálů k recyklaci je proces „repoweringu“ skupin větrných elektráren (větrných parků) instalací menšího počtu výkonnějších strojů. Právě při tomto „zředění“ jejich rozestupů po montáži menšího počtu výkonnějších zařízení) se nabízí se řešení „likvidace“ základů jejich překrytím vrstvou zeminy a tím k vytvoření ploché „mohyly“ včleněné do krajiny po osázení vhodnými dřevinami jako remízek.
Všechny kovové části větrné elektrárny jsou běžným způsobem plně recyklovatelné. Nejproblematičtějším dílem jsou z hlediska recyklace nebo dalšího využití listy (lopatky, křídla) rotoru, tvořené kompozity většinou na bázi sklolaminátu, nověji u delších listů s kevlarovým dříkem.
Řešení by měla usnadnit už samotná konstrukce spolu s použitou technologií a strukturou materiálu listů, která by usnadnila technicky reálné a ekologicky přijatelné postupy jejich likvidace nebo další jiné plánovité využití.
Listy mohou být recyklovány mechanickými způsoby, termicky nebo chemicky. Společnost GE Renevable Energy, dodávající desítky větrných elektráren do USA, podepsala v prosinci 2020 dohodu o likvidaci lopatek jejich využitím jako suroviny a paliva při výrobě cementu. Postup spočívá v rozemletí drtě z lopatek na jemnější frakci v podobě písku a jejich použití v cementárenské peci místo uhlí.
Možnosti využití listů větrných elektráren
Listy větrných elektráren nebo jejich části mohou však být samy o sobě zajímavým konstrukčním prvkem pro další účelné využití. Listy větrných elektráren mají sílu stěn kolem 20 cm u jejich kořene, postupně se jejich síla snižuje směrem ke špici, neklesá však nikde pod 3-5 cm. Jejich profil je kapkovitý, s délkou listu se mírně mění. Délka listů elektráren, které jsou současnosti na hranici životnosti, se pohybuje kolem 30 až 40 metrů. Z těchto parametrů, a také z pevnosti, a v případě delších segmentů i jisté pružnosti, plynou možnosti dalšího využití.
Listy mohou být v pozici „zábradlí“, případně jako ukrytý nosný prvek pod mostovkou, sloužící např. jako cyklostezka nebo lávka pro pěší. (např. v dánském Arhusu). Lopatky by se pro tento účel mohly stát součástí „hmotných rezerv“ pro případ potřeby rychlé náhrady menších mostů po povodních.
Příkladem využití „výřezu“ z listu větrné elektrárny jako přístřešek pro parkování jízdních kol je z Nizozemska. Podobné funkční výřez by mohly sloužit jako kryté zastávky, lavičky, prvky dětských hřišť a další objekty městského mobiliáře, např. jako prodejní stánky…
V Česku je pravděpodobně jediný případ druhotného využití části listu větrné elektrárny v Třebíči. V ekotechnickém centru Alternátor v revitalizovaném areálu bývalé Baťovy továrny skončila část listu, poškozeného pádem při montáži nedaleké větrné elektrárny.
Recyklace nebo druhotné využívání dílů demontovaných větrných elektráren je pilířem podnikání společnosti Anmet z Polska, sídlící v nevelkém městečku Szprotawa asi 100 km od Liberce. Realizovali však již i mnohem náročnější projekty. Příkladem je lávka pro pěší, realizovaná přes říčku Szprotawa. Unikátní je na ní použití dvou křídel větrné elektrárny, spojených proti sobě původními přírubami do podoby středového nosníku lávky. Společnost již má evropský patent na technologii výroby mostů z listů rotoru demontovaných větrných elektráren.
Plazmové zplyňování jako inovativní řešení
Společnost Millenium Technologies představila inovativní řešení - plazmové zplyňování. Technologie plazmového zplyňován využívá externí zdroj teplené energie k vytvoření velmi vysokých teplot (až 5 000 stupňů Celsia) používaných ke zplyňování nadrceného materiálu větrných lopatek. Produktem zplyňování sklolaminátu (pryskyřice + skelná tkanina) je syntézní plyn a vitrifikovaná struska.
Vyčištěný syntézní plyn je možné dále energeticky využít, například v kogeneračních jednotkách, nebo pro další materiálové aplikace. Vitrifikovaná struska (převážná část je sklo) je nevyluhovatelná a lze ji využít ve stavebnictví, například jako přísadu do betonu nebo při stavbě vozovek.
Vestas a nová technologie pro plnou recyklaci lopatek
Dánský výrobce větrných elektráren Vestas spolu s koalicí předních průmyslových a akademických partnerů představil novou technologii, která podle jeho slov umožňuje plnou recyklaci lopatek větrných elektráren a zamezí jejich skládkování. Dvoufázový proces nejprve kompozit rozdělí na vlákna a epoxid, v druhé fázi se epoxid dále rozdělí na základní složky podobné primárním materiálům. Tyto materiály lze poté znovu použít v nových lopatkách.
Aby bylo možné tuto novou technologii zavést a podpořit oběhové hospodářství v celém odvětví větrné energie, byla založena nová iniciativa s názvem CETEC (Circular Economy for Thermosets Epoxy Composites).
Vliv větrných elektráren na okolí
Větrné elektrárny ovlivňují mikroklima především tím, že spotřebovávají energii proudícího vzduchu a zvyšují turbulenci v jeho okolí. V bezprostřední blízkosti větrných farem dochází ke snížení rychlosti větru a ke zvýšení míry promíchávání vzduchu. Tento efekt je patrný zejména v nočních hodinách, kdy stabilizace atmosféry způsobuje, že vzduch u země je chladnější než ve vyšších vrstvách. Větrné turbíny však tento stabilní stav narušují a způsobují promíchávání teplejšího vzduchu z výšky s chladnějším vzduchem u povrchu, což může vést k mírnému zvýšení noční teploty.
Pokud jde o vliv větrných elektráren na spodní vody, současný výzkum nenaznačuje, že by měly přímý dopad. Změny mikroklimatu způsobené větrnými turbínami, zejména mírné zvýšení teploty vzduchu a turbulence, mají pouze lokální dopad a neovlivňují atmosférické procesy ve vyšších vrstvách, které by mohly výrazně ovlivnit srážkové režimy a tedy i zásoby podzemní vody.
Moderní větrné elektrárny se vyznačují konstrukcí, která zajišťuje nízkou hladinu hluku bez ohledu na velikost, a to díky optimalizaci rychlosti rotace a konfiguraci elektrárny. Tím umožňují, že i při menších vzdálenostech od nejbližších obydlí, například 500 metrů, již mohou splňovat hygienické limity. Hluková hladina moderní větrné elektrárny na této vzdálenosti může být srovnatelná s hlukem v obývacím pokoji.
Není prokázáno, že by větrné elektrárny snižovaly ceny nemovitostí v jejich blízkosti. Naopak, česká studie uvádí, že přítomnost větrných elektráren v obcích nemá negativní vliv na ceny nemovitostí. V lokalitách s větrnými elektrárnami i bez nich rostly ceny rodinných domů a rekreačních objektů srovnatelným způsobem. Ceny nemovitostí jsou v průměru v obcích s větrnými elektrárnami dokonce o 5 % vyšší, než v těch bez nich.
Výzkumy ze zahraničí i z Česka však ukazují, že rozhodování turistů o návštěvě lokality ovlivňuje především nabídka služeb, příroda, kulturní a historické zajímavosti, turistické trasy či kvalita ubytování a stravování. Zahraniční i tuzemské studie ukázaly, že většina návštěvníků větrné elektrárny akceptuje, nevadí jim nebo je vnímají dokonce pozitivně (jako orientační bod či krajinou zajímavost), a že přítomnost větrníků nemá významný vliv na spokojenost s pobytem a rozhodování o budoucí návštěvě.
Moderní větrné elektrárny jsou vybaveny systémy pro detekci a zvládání námrazy, které sledují počasí, vibrace lopatek i změny výkonu. Při vyhodnocení rizika může elektrárna omezit výkon nebo se řízeně odstavit. V klidovém stavu nehrozí odlet ledu vlivem rotace. Elektrárny jsou navíc obvykle umístěny mimo obydlené oblasti a v zimě bývají označeny výstražnými tabulemi.
Stroboskopický efekt vzniká při odrazech světla, zejména slunečního záření, od listů rotoru, což způsobuje periodické světelné záblesky. Tento efekt byl v praxi omezen díky speciální povrchové úpravě lopatek, která brání nepříjemným odrazům. Shadow flicker efekt, často označovaný jednoduše jako flicker efekt, vzniká tehdy, když rotující listy větrné elektrárny periodicky zakrývají sluneční kotouč a vrhají pohyblivé stíny na zemský povrch.
Energetická návratnost a recyklovatelnost
Podle výpočtů a měření potřebuje moderní větrná elektrárna jen devět měsíců, než vyprodukuje takový objem energie, která se spotřebovala na její výrobu. Při projektování se počítá s tím, že životnost zařízení je 25 let. Díky nulovým nákladům na palivo, nízké náročnosti na údržbu a spolehlivosti technologie je výroba energie z větru spolu s energií ze slunce nejlevnější ze všech nově stavěných zdrojů.
Životnost větrné elektrárny je 25 let a je z 88-90 procent recyklovatelná. Po ukončení provozu a likvidaci větrné elektrárny bude místo zcela v původním stavu, bez jakýchkoliv trvalých změn, které jsou naopak nedílnou součástí například důlní činnosti.
tags: #recyklace #větrných #elektráren
Oblíbené příspěvky:
Kontakt
Zelaná Hrebová, z.s.
[email protected]
IČ: 06244655
Paskovská 664/33
Ostrava-Hrabová
72000
Bc. Jana Veclavaková, DiS.
tel. 774 454 466
[email protected]
Jaena Batelk, MBA
tel. 733 595 725
[email protected]