Větrné elektrárny a jejich dopad na změnu klimatu

Větrná energie se v posledních letech stává stále důležitější součástí energetického mixu při produkci elektřiny na naší planetě. Důvodem je samozřejmě její obnovitelnost a nulové emise skleníkových plynů při vlastním provozu větrných elektráren. S dramaticky rostoucím počtem „větrníků“ i zvětšující se velikostí větrných parků vystává logická otázka dopadu těchto zařízení na blízké i vzdálenější okolí. A jedním z nich je i možné ovlivnění počasí, případně klimatu.

Není v možnostech tohoto článku provést kompletní rešerši relevantní literatury, pokusíme se však alespoň shrnout základní principy a poznatky v této oblasti.

Jak větrné elektrárny ovlivňují atmosférické děje

Větrné elektrárny ovlivňují atmosférické děje především dvěma způsoby:

• Za prvé spotřebovávají energii proudění vzduchu, v úplavu větrných elektráren se tak v průměru snižuje rychlost větru.
• Za druhé dochází ke zvýšení turbulence za větrnými elektrárnami.

S rostoucí vzdáleností od větrné elektrárny se oba efekty postupně vytrácejí. Turbulentní víry se rozpadají, až dojde k jejich přeměně na tepelnou energii. Deficit energie (rychlosti větru) taktéž postupně mizí, neboť při nižší rychlosti větru jsou nižší i energetické ztráty třením o zemský povrch a turbulencí, což kompenzuje předchozí ztrátu energie na větrných elektrárnách. Obnovuje se původní rovnováha mezi energií přicházející z volné atmosféry (případně vznikající přímo v mezní vrstvě) a jejím přirozeným zánikem.

Praktické dopady větrných elektráren

Z hlediska vlivů na běžné lidské aktivity či přírodu je samotné snížení rychlosti větru a lokální zvýšení turbulence za větrnými elektrárnami dopadem poměrně nevinným. "Oběťmi" jsou v tomto ohledu především větrné elektrárny samotné, jejichž produkce je na jakékoli změny proudění značně citlivá.

Čtěte také: Vliv větrných elektráren na životní prostředí

Podstatnější okolností je v tomto ohledu zvýšení noční teploty v prostoru a okolí větrných farem. V nočních hodinách obvykle dochází ke stabilizaci atmosféry, kdy se v blízkosti zemského povrchu nachází relativně chladnější vzduch ve srovnání se vzduchem ve větší výšce. Turbulence způsobená větrnými elektrárnami způsobuje zvýšené promíchávání vzduchu, díky kterému může docházet ke zvýšení přenosu tepla k zemskému povrchu. Zvýšení průměrné teploty vzduchu se u velkých větrných farem pohybuje v řádu desetin stupňů Celsia, v konkrétních dnech (nocích) až jednotek stupňů Celsia.

Další dopady větrných elektráren, zejména pak dopady velkého rozměru, již nejsou tak přímočaré. I původně malá změna může vést po určité době k zásadní změně počasí na velkém území - jde o tzv. efekt motýlích křídel. Proto mohou větrné elektrárny například ovlivnit vývoj a trajektorii tlakových níží.

Pro zjištění, jak větrné elektrárny ovlivňují (ve velkém rozměru) klimatické poměry, je nutno provést simulaci po dostatečně dlouhé období, ideálně aspoň několik desítek let. Porovnávají se přitom simulace, které s větrnými elektrárnami nepočítají, se simulacemi, kde je jejich vliv nějakým způsobem parametrizován. Konkrétně se vliv větrných elektráren obvykle v modelu reprezentuje prostřednictvím pohlcení energie větru a zvýšení turbulence v odpovídajících výškách nad povrchem; primitivnější variantou je považovat větrné elektrárny za faktor zvyšující drsnost povrchu. To je potřeba brát v úvahu při interpretaci jejich výsledků.

Jednou skupinou jsou studie, které simulují v rámci určitého regionu zhruba současný stav rozvoje větrné energetiky. Zjištěné dopady na klima (nad rámec lokálního snížení rychlosti větru a zvýšení noční teploty) podle těchto studií nejsou zcela nulové, ale vesměs dosti nepodstatné či statisticky nevýznamné. Toto snížení zimních srážek je však sotva odlišitelné od nahodilých odchylek, týká se pouze západní části Čech, a to velmi orientačně na úrovni okolo 1 % ročního úhrnu srážek.

Jiná situace nastává, pokud je cílem studie simulovat scénář maximálního využití větrné energie. To je limitováno zejména množstvím dostupné energie, dostupným územím a efektivitou konverze energie. Na základě této i jiných prací se jeví, že obecné klimatické dopady využití větrné energie na takto masivní úrovni již nemusejí být zanedbatelné. Jejich rozměr se sice nachází obecně pod úrovní klimatických dopadů zvyšování koncentrace skleníkových plynů, řádově však mohou být až srovnatelné. Konkrétně jde o změny průměrné teploty vzduchu v řádu desetin (výjimečně až nižších jednotek) stupňů Celsia, a to v různé míře a v různém směru v závislosti na regionu.

Čtěte také: Větrné elektrárny a klima

Realistickým odhadem může být využití větrné energie zhruba o jeden řád vyšší ve srovnání se současným stavem. Na této úrovni lze na základě studovaných prací odhadovat, že klimatické dopady budou v globálním pohledu ještě poměrně nepodstatné.

Dostupné výsledky výzkumu tedy naznačují, že relevantní dopad větrné energetiky na klima se v současné situaci omezuje na problematiku vzájemného ovlivnění větrných elektráren či farem a v některých případech též na mírné zvýšení noční teploty vzduchu v prostoru a okolí velkých větrných farem. Vliv větrných farem na klimatické podmínky vzdálenějších regionů je podle dostupných výzkumů v současné době zanedbatelný. Při dalším rozmachu využití větrné energie nelze rozpoznatelný vliv na klima vyloučit, ten však bude zřejmě vždy hluboko pod úrovní dopadů zvyšování koncentrace skleníkových plynů. I přesto je na místě těmto otázkám věnovat pozornost, zejména v případě skutečně rozsáhlé výstavby větrných elektráren v určitém regionu.

Větrné elektrárny a sucho?

Pokud jde o obavu zmíněnou autory obou úvodníků, nalezené relevantní práce na toto téma vůbec nenaznačují, že by mělo v Evropě docházet k zásadnějšímu zvyšování srážek v okolí větrných farem na úkor vzdálenějších regionů. Významnější efekt v tomto smyslu nenaznačují ani výsledky modelových simulací.

Pro signifikantní dopad by zvýšení srážek muselo být skutečně masivní a těžko přehlédnutelné. Navíc platí, že dominantním směrem, odkud k nám vlhkost přichází, je západ. Na severozápadní sektor, kde se nachází většina evropských větrných elektráren, připadá výrazně menšinová část přicházející vlhkosti.

I bez ohledu na modelové výpočty se tedy jeví jako nepravděpodobné, že by výstavba větrných elektráren v severním Německu a okolí Severního moře v současnosti nějakým významným způsobem srážkové poměry v České republice ovlivňovala.

Čtěte také: Tipy pro pěstování hrušní ve větrném prostředí

Sucho posledních let, zejména teplé části let 2015 a 2018, lze vysvětlit mnohem přirozeněji, totiž běžnou variabilitou počasí, nejspíše s určitým příspěvkem probíhající klimatické změny. Suché roky či delší suchá období se vyskytovaly i v minulosti a není důvod, proč by tomu mělo být nyní jinak.

Vliv na teplotu

Velké větrné farmy v USA mají dopad na lokální teplotu ovzduší v nízkých vrstvách atmosféry, napsal magazín Nature. Je to zhruba tak stejný vliv na změnu klimatu, jako má otevření dveří ledničky na teplotu v kuchyni, reaguje na zprávu Michal Janeček, šéf České společnosti pro větrnou energii. Podle studie je vliv větrných farem lokálního významu. V médiích se však objevily články s bombastickými titulky, které zvěstovaly konec mýtu o větrných elektrárnách.

Michal Janeček tvrdí, že promíchávání vzduchu pomocí lopatek větrných elektráren, které stojí za oním lokálním oteplením, je v některých případech dokonce prospěšné. Odvolává se přitom na Stevena Sherwooda z Výzkumného centra pro změnu klimatu na Univerzitě v Novém Jižním Walesu. Ten uvádí, že promíchávání vzduchu běžně používají ovocnáři, když chtějí zabránit ranním přízemním mrazíkům. Jen místo větrných elektráren používají rotory helikoptér.

„Za lopatkami větrné elektrárny se vytvoří prostor s turbulencemi, kde se vzduch mísí. Po několika stech metrech se vítr opět ustálí, větrná masa se spojí a vypadá, jakoby žádnými lopatkami neprošla,“ komentuje princip míchání vzduchu Michal Janeček. „To, že větrné elektrárny mají vliv na vzdušné proudy jen v malé míře, dokazuje i doporučení výrobců elektráren. Podle nich mají být rozestupy mezi jednotlivými stroji 500 metrů. Za touto hranicí se vzduch již nevíří a může roztočit další elektrárnu,“ říká Janeček. Podle něho za touto vzdáleností už nemá vír vliv na nic, natož na změnu klimatu.

Alternativa k fosilním palivům

Obnovitelné zdroje energie, zejména větrné a solární elektrárny, jsou často zmiňovány jako prostředek k dekarbonizaci výroby elektrické energie. Každý velký energetický zdroj má své výhody i nevýhody, včetně dopadů na životní prostředí ať už na globální, či lokální úrovni.

„Vítr poráží uhlí ve všech environmentálních aspektech, ale to neznamená, že jeho dopady jsou zanedbatelné. Musíme se rychle odklonit od fosilních paliv, abychom zastavili uhlíkové emise.

Autoři studie Lee Miller a David Keith pro posouzení potenciálního dopadu masivního využívání větrných a solárních elektráren stanovili jako výchozí bod klimatický model pro Spojené státy v letech 2012 až 2014. Následně model upravili o vliv větrných elektráren na atmosféru.

„Větrné turbíny vyrábějí elektřinu, ale také mění pohyb atmosféry. Tyto účinky mění distribuci tepla a vlhkosti v atmosféře, což má dopady na klima. Závěry vědců tak ukazují nejen fakt, že pro dosažení stanovených cílů výroby elektrické energie v těchto zdrojích bude zřejmě potřeba výrazně větší plocha pro jejich výstavbu, ale také skutečnost, že takto masivní využívání by pravděpodobně mělo dopady na mikroklima v podobě růstu průměrné teploty.

„Přímé dopady větrné energetiky na změny klimatu jsou okamžité, zatímco přínosy se kumulují pomalu. Pokud je vaší perspektivou následující desetiletí, pak má větrná energetika, v některých ohledech, větší dopad na klima než uhlí nebo plyn. Sami autoři studie nicméně zdůrazňují, že jejich závěry by neměly být vnímány jako zásadní kritika větrné energetiky.

„Z pohledu změny teploty na jednotku vyrobené energie mají solární elektrárny zhruba 10x menší dopad než větrné. Jsou zde ale i jiná kritéria.

Proměnlivost výroby energie z OZE

Rozvoj bezemisní energetiky v Česku bude pravděpodobně zahrnovat široké nasazení proměnlivých solárních a větrných zdrojů, jejichž výroba se liší v různých částech roku i v rámci dne a závisí na aktuálním počasí. Spotřebitelé však potřebují spolehlivé, nepřerušované dodávky elektřiny.

Při vhodné kombinaci instalovaných výkonů se slunce a vítr v ročním a sezónním horizontu dobře doplňují - v období, kdy málo svítí slunce, typicky více fouká vítr a naopak. Den ode dne je výroba ze slunce a větru poměrně dobře předvídatelná, ale i tak se přirozenými vlivy každý den do různé míry mění.

Graf výroby po měsících má vcelku předvídatelný tvar - v Česku slunce nejvíc svítí v létě a vítr nejvíc fouká naopak v zimě. Slunce dominuje v létě, ale v zimě je jen doplňkovým zdrojem. V půlroce od dubna do září se v Česku vyrobí téměř 70 % z celé roční výroby fotovoltaiky. Vítr je naopak převažujícím zdrojem v zimě.

Výroba v nejméně příznivých zimních měsících u slunce klesá až k pouhé čtvrtině oproti těm nejpříznivějším letním, zatímco u větru výroba v letních měsících klesá v průměru jen zhruba k polovině nejpříznivější zimní výroby.

Jak integrovat proměnlivé zdroje do elektrizační soustavy

Jak do elektrizační soustavy co nejlépe integrovat proměnlivé zdroje, jejichž výroba závisí na počasí a měsíc od měsíce se mění? Jak přenést energii z přebytkových měsíců a jak se připravit na období nízké výroby?

• Propojení elektrizačních soustav států napříč Evropou pomocí interkonektorů. Tato propojení dokážou přenášet elektřinu z oblastí přebytků tam, kde je elektřiny momentálně nedostatek.
• Sezónní akumulace elektřiny. Baterie a přečerpávací elektrárny momentálně nejvíce pomáhají s vyrovnáváním v řádu hodin až dnů.
• Akumulace tepla a chladu v systémech zásobování teplem, v domácnostech i průmyslu.
• Flexibilita spotřeby v domácnostech nebo při nabíjení elektroaut.
• Záložní zdroje elektřiny. Jedná se o elektrárny, teplárny nebo třeba spalovací motory, které lze rychle nastartovat a regulovat jejich výkon podle aktuální potřeby.

Téměř všechny státy Evropské unie mají vyšší podíl slunce a větru na výrobě elektřiny než Česko. Průměr zemí EU je 29 % (data za rok 2024), zatímco v Česku se ze slunce a větru vyrobí pouze 6,4 % elektřiny. Největší podíl mají Dánsko (69 %), Portugalsko (46 %), Nizozemsko (45 %), Řecko (43 %), Španělsko (43 %) a Německo (43 %).

Jak ukazují data v tomto explaineru, výroba elektřiny ze slunce a větru je výrazně proměnlivá během dnů i v rámci sezóny. Tato proměnlivost má ale svoje pravidelnosti a lze s ní pracovat řadou různých opatření a technologií.

tags: #větrné #elektrárny #dopad #na #změnu #klimatu

Oblíbené příspěvky:

• Péče o životní prostředí a úklid
• Udržitelné vodní hospodářství v Izraeli
• 100 let Valašského muzea
• Jak funguje recirkulace vzduchu Climatronic?
• Znečištění ovzduší v ČR