Větrné mlýny jako obnovitelný zdroj energie: Princip fungování

Mezi nejvýznamnější obnovitelné zdroje energie patří solární, větrné a vodní elektrárny a také elektrárny na biomasu. Větrná energie patří mezi obnovitelné zdroje a je hojně využívána zejména v západní Evropě. Větrná energetika má zastoupení také v České republice a malou elektrárnu si můžete pořídit i k vám domů.

Větrná energie: Princip fungování

Větrná energie je v podstatě jednou z forem využití solární energie. Sluneční paprsky nerovnoměrně ohřívají atmosféru a zemský povrch, vzduch má proto různý tlak a vzniká vítr. Jeho energie je pak pomocí větrných turbín přeměněna na energii elektrickou.

Větrná turbína má speciálně tvarované listy, na které působí síla proudícího vzduchu. Ta je převedena na mechanickou energii a následně prostřednictvím generátoru na energii elektrickou.

Princip je v podstatě stejný jako u klasických větrných mlýnů. U těch je ale větrná energie proměněna pouze na mechanickou a rovnou využita, například k mletí obilí nebo pumpování vody.

Větrné elektrárny vyprodukují čistou elektřinu bez vzniku odpadů nebo emisí. V minulosti se větrný pohon používal k mletí obilí, čerpání vody, lisování oleje ze semen nebo k pohonu strojů, např. pil na dřevo. Ve 20. století byly v těchto funkcích postupně nahrazeny elektrickými nebo spalovacími motory.

Čtěte také: Vliv větrných elektráren na životní prostředí

Druhy větrných turbín

Turbíny lze rozdělit podle principu fungování na odporové a vztlakové.

• Odporové turbíny (drag turbine) jsou z historického hlediska starší. Jejich princip je jednodušší a dosahují nižší účinnosti než turbíny vztlakové, proto jsou v dnešní době málo používané. Využívá se principu rozdílu sil působících na lopatky, v důsledku jejich různého odporu vůči proudícímu vzduchu.
• Vztlakové turbíny (lift turbine) jsou v dnešní době nejpoužívanějším typem. Využívá se síly vznikající na rotorovém listu při obtékání vzduchem, tzv. aerodynamické vztlakové síly.

Podle osy otáčení rotoru se turbíny dělí na horizontální (anglicky označované jako HAWT - horizontal axis wind turbine) a vertikální (VAWT - vertical axis wind turbine).

• Horizontální turbíny (horizontální větrné elektrárny) musí vždy směřovat proti směru větru, proto se u větrných elektráren menších rozměrů využívá směrové lopatky u větších většinou větrného senzoru a servo motoru. Větrné elektrárny s horizontálními turbínami jsou v dnešní době nejvyužívanější především z důvodu jejich vyšší účinnosti (okolo 48 %) oproti větrným elektrárnám s vertikálními turbínami.
• Vertikální turbíny (vertikální neboli axiální větrné elektrárny) mají tu výhodu, že není nutné měnit jejich směr, což je výhodou zejména tam, kde se směr větru velmi často mění. Hlavní nevýhodou je vyšší cena než u turbín horizontálních se srovnatelným výkonem a nižší účinnost (okolo 38 %).

Komponenty elektrárny

Na následujícím obrázku jsou znázorněny komponenty větrné elektrárny s horizontální osou otáčení a otočným mechanismem turbíny.

1 - rotor, 2 - brzda rotoru, 3 - převodové ústrojí, 4 - spojka a brzda generátorového hřídele, 5 - generátor, 6 - servo motor pro otáčení turbíny, 7 - brzda otočného mechanismu, 8 - ložisko, 9 - hydraulický agregát brzd, 10 - hydraulický agregát pro ovládání natočení lopatek rotoru

Účinnost větrných elektráren

Ve větrné turbíně se kinetická energie větru mění na energii otáčivého pohybu. V praxi není možné, aby veškerá energie větru byla využita. Množství vzduchu, které dosedne na lopatky větrné turbíny, je musí následně opustit. Bentzovo pravidlo udává maximální využití energie větru ve větrné turbíně, které dosahuje 59 % veškeré kinetické energie proudícího vzduchu skrz turbínu. Účinnost současných větrných elektráren se poté pohybuje mezi 75-80 % Bentzova limitu při jmenovitých otáčkách.

Čtěte také: Větrné elektrárny a klima

Teoretický výkon, kterého je možno dosáhnout je popsán následujícím vzorcem , kde:

• Pt - výkon elektrárny [W]
• kB - Betzův koeficient, roven 0,59
• ρ - hustota vzduchu [kg/m3]
• v - rychlost proudění vzduchu [m/s]

Větrné parky

Větrné elektrárny jsou často shlukovány do tzv. větrných parků. V případě větrných parků je nutné počítat se vzájemným ovlivňováním jednotlivých elektráren a s ohledem na to je umístit v dostatečné vzdálenosti od sebe. Ve větrných parcích s horizontálními větrnými turbínami se udává vzdálenost mezi elektrárnami okolo 6-10 násobku průměru rotoru turbíny, ovšem u velkých větrných farem jsou ekonomicky optimální vzdálenosti až 15 násobek průměru rotoru.

Elektrárny využívané ve větrných parcích jsou obvykle horizontálního typu, tří lopatkové s otáčením v závislosti na směru větru pomocí počítačem ovládaných motorů. Větrné elektrárny lze podle umístění dělit na onshore a offshore větrné elektrárny (princip výroby elektřiny zůstává víceméně stejný).

• Termín onshore větrné elektrárny se používá pro elektrárny umístěné na pevnině. Pevninské větrné elektrárny jsou ve srovnání s větrnými elektrárnami na moři méně investičně náročné a mají menší vliv na životní prostředí.
• Termín offshore větrné elektrárny se užívá pro větrné farmy umístěné mimo pevninu, kde vítr dosahuje stabilně vyšších rychlostí než nad pevninou, díky tomu jsou tyto větrné parky schopny produkovat vyšší elektrický výkon.

Větrné elektrárny v České republice

Mezi hlavní obnovitelné zdroje energie v České republice se řadí vodní elektrárny. Slouží především jako doplňkové zdroje k tepelným a jaderným elektrárnám. Díky možnosti rychlého najetí plného výkonu jsou vhodné pro vyrovnávání kolísání poptávky po elektřině. Větrné elektrárny nemají v Česku příliš dobré přírodní ani společenské podmínky. Navíc většina vhodných ploch pro větrné parky v ČR patří mezi chráněné oblasti.

K 31. 12. 2014 bylo podle České společnosti pro větrnou energii (ČSVE) v ČR v provozu celkem 75 větrných elektráren, připojených do elektrizační soustavy (nejsou započítány malé VtE, využívané především pro vlastní spotřebu). Největší elektrárna, Kryštofovy Hamry- Přísečnice, disponuje výkonem 42 MW (21 turbín o výkonu 2 MW), leží v Ústeckém kraji a do provozu byla uvedena v roce 2007. Nejstarší z provozovaných elektráren je elektrárna Hostýn ve Zlínském kraji, byla uvedena do provozu v roce 1993 a disponuje jedinou turbínou o výkonu 225 kW.

Čtěte také: Tipy pro pěstování hrušní ve větrném prostředí

Seznam větrných elektráren v ČR

Seznam větrných elektráren, připojených do elektrizační soustavy ČR k 31. 12. 2014, je uveden v následující tabulce (nejsou uvedeny malé VtE, využívané především pro vlastní spotřebu).

Instalovaný výkon a výroba

V roce 2014 vyrobily větrné elektrárny v ČR 477 GWh elektřiny (brutto) a na celkové výrobě elektřiny v ČR se tak podílely z 0,55 %. V roce 2015 se výroba elektřiny z větrných elektráren poprvé přehoupla přes 0,5 TWh elektrické energie. Přesto patří větrné elektrárny ke zdrojům, které v ČR vyrobí nejméně elektřiny.

Větrná energie: Výhody a nevýhody

Základní výhodou větrných elektráren je samotný vítr v podobě obnovitelného, ekologického, bezplatného a nevyčerpatelného zdroje energie.

• Výhody: Při provozu nevznikají emise. Lze ji získávat lokálně na území státu. Obnovitelný a nevyčerpatelný zdroj energie.
• Nevýhody: Nerovnoměrný výkon závislý na síle a směru větru. Narušení přirozeného rázu krajiny a hlučnost při provozu. Vysoké pořizovací náklady a relativně krátká životnost turbín.

Diskutovaný je také vliv na životní prostředí ptáků a netopýrů. Podle výzkumů z Británie jsou ale větrné elektrárny pro ptactvo menším rizikem než silniční provoz či vedení vysokého napětí.

Větrné elektrárny ve světě

V západní Evropě jsou větrné elektrárny mnohem obvyklejší než u nás. Stačí vyjet do Německa či Rakouska a rozdíl je okamžitě patrný. Často se využívají také tzv. offshore větrné farmy, které jsou postavené na volném moři.

• 100 % vlaků v Holandsku pohání větrná energie
• 40 % elektřiny v Dánsku pochází z větrné energie
• 25 % elektřiny v Německu pokrývají větrné elektrárny
• 20 % elektřiny v USA má do roku 2030 pocházet z větrné energie
• 15 % je v Evropské unii průměr větrné energie na celkové spotřebě
• Méně než 1 % spotřebované energie v Česku pokrývají větrné elektrárny

Malá větrná elektrárna

Domácí větrná elektrárna je v nabídce několika výrobců, liší se cenou, designem i výkonem. Kolik energie vyrobí větrná elektrárna závisí na povětrnostních podmínkách i typu a umístění turbíny. Mikro elektrárny vyrobí do 5 kW a větrná energie slouží například na ohřev vody.

Větší domácí elektrárny využíváme jako doplňkový zdroj energie. Bývají napojené na síť a nadbytek energie zpětně odkupují energetické společnosti. U nich je zpravidla výkon do 60 kW.

Pokud zvažujete pořízení domácí větrné elektrárny, doporučujeme prostudovat větrnou mapu České republiky, zjistit sílu i směr větru na vašem pozemku nebo oslovit specialistu, který vám s výběrem poradí.

Budoucnost větrné energie

Orientace na obnovitelné zdroje je určitým způsobem návrat k tradici. Větrnou, solární i vodní energii naši předci využívali již před stovkami let. Stejně jako ostatní zdroje tzv. zelené energie, je i větrná energie nedílnou součástí naší budoucnosti.

Vzhledem k velkému potenciálu některých oblastí České republiky očekáváme v následujících letech rozvoj větrných elektráren.

tags: #větrné #mlýny #obnovitelný #zdroj #energie #princip

Oblíbené příspěvky:

• Stavební vápno a kompost: Proč a jak?
• Instalace odpadu pračky
• Více o kočce divoké
• Poplatky za odpad Dolní Lhota
• Prevence ohrožení bezpečnosti