Pokud Českou republiku najdete v některém energetickém ukazateli na předních místech, bude to pravděpodobně množství exhalací oxidu uhličitého: na jednoho obyvatele tu v přepočtu připadá 12 tun CO2 ročně. Tuto nelichotivou statistiku mají do značné míry na svědomí klasické (uhelné) elektrárny.

Proto je víc než logické hledat právě u nás jiné, čistší a pokud možno obnovitelné zdroje energie. Mezi nejžhavější kandidáty na zdroj čisté a levné energie pro budoucnost patří vítr.

Energetické perspektivy

Své stinné stránky má bohužel i jinak čistá energie jádra: atomové reaktory u nás každoročně vyrobí asi 100 tun vysoce radioaktivních odpadů, které je třeba bezpečně izolovat od okolního prostředí na nepředstavitelně dlouhých 100 000 let!

Kontakty na firmy a skrytý text se zobrazí až po registraci a přihlášení.

Energetickou budoucnost fosilních paliv a uranu lze jen stěží odhadnout. Rozhodně však není příjemné vědomí, že při zachování stávající struktury energetiky by celá Evropská unie byla v roce 2030 z více než 70 % závislá na dovozu energie a paliv z nestabilních oblastí. Logickým výsledkem je snaha EU tuto závislost snížit.

Pomineme-li spalování biomasy, pak největší dosud nevyužité možnosti k výrobě elektřiny skýtá právě energie větru. Její potenciál v České republice se odhaduje na 4 000 GWh ročně, což představuje zhruba 4 % naší celkové spotřeby elektřiny (v bilanci celkové energetické spotřeby jde jen o jedno procento).

Limity větrného boomu

Větrných elektráren u nás přibývá. Jestliže v období prvního rozkvětu mezi lety 1990 až 1995 bylo postaveno 24 větrných elektráren s celkovým instalovaným výkonem 7,5 megawattu a poté následovalo 7 let stagnace (instalovaný výkon v roce 2002 klesl na 6,5 MW), dnes můžeme mluvit o „větrném boomu". Do konce roku 2006 se celkový instalovaný výkon vyšvihl již na 44 MW.

Kolem svislé osy se otáčejí větrné stroje, které mají pro nás poměrně exotický vzhled: Darrieův rotor (vlevo) a Savoniův rotor (vpravo). Přesto, že každý pracuje na jiném principu, dají se navzájem kombinovat.Hlavním důvodem jsou příznivé výkupní ceny, které zákon garantuje jako pevné po dobu 20 let od spuštění elektrárny. Navíc můžete na výstavbu získat dotaci. Srovnání z roku 2006 však prozrazuje, že výkon instalovaný v ČR je stále nejméně 20x nižší než v Rakousku (965 MW) a dokonce téměř 470x nižší než v Německu (20 622 MW).

Musíme ovšem přiznat, že přírodní podmínky na českém území jsou horší. Naše kontinentální klima se totiž projevuje významným sezonním kolísáním rychlosti větru. Právě rychlost větru je přitom nejdůležitějším údajem při vy­užívání větrné energie.

Trocha teorie

Teoreticky je získávání energie z větru velmi jednoduché: proudící vzduch se opírá o lopatky větrné turbíny a předává jim část své pohybové energie. Ta se mění na mechanickou energii v podobě otáčivého pohybu rotoru a následně pak v generátoru na energii elektrickou.

Německý fyzik Albert Betz již v roce 1919 odvodil, že na rotoru větrného zařízení nelze z proudícího vzduchu získat veškerou pohybovou energii - dá se přeměnit maximálně 59 % této energie (součinitel výkonnosti 0,59). Reálně součinitel výkonnosti kolísá pod hranicí 0,5: se vzrůstající rychlostí větru se snižuje, protože listy rotoru se natáčejí tak, aby výkon plynule dosáhl nominální hodnoty a pak se již nezvyšoval. Nižší součinitel výkonnosti je bohužel i u nižších rychlostí větru (do 6 m/s).

Více článků z rubriky STAVBA na www.dumabyt.cz nebo www.modernibyt.cz.

Přifázování do sítě

Moderní větrná turbína je sice natolik kvalitní, že pro její spuštění a přifázování do sítě stačí rychlost větru 3-4 m/s, ale její výkon je v tu chvíli velmi malý. Solidního využití instalovaného výkonu se dosahuje až při rychlosti větru okolo 10 m/s (36 km/h), což znamená podle Beaufortovy stupnice hranici silného větru. Většina území ČR má ovšem průměrnou rychlost větru menší než 4 m/s.

Jak vám tu fouká?

Údaj o rychlosti větru souvisí nejen s nadmořskou výškou, ale také s výškou nad povrchem země, v níž provádíme měření: s rostoucí výškou se rychlost větru logaritmicky zvyšuje. Podle větrné mapy ČR, kterou vytvořil Ústav fyziky atmosféry Akademie věd ČR na základě podkladů Českého hydrometeorologického ústavu, je celoroční průměrná rychlost větru ve výšce 10 metrů nad zemí těsně nad 4 m/s, zatímco ve výšce 30 metrů nad zemí již více než 5,3 m/s.

Větrná elektrárna AP 7 kW (AERPLAST) zvládá ohřev vody i vytápění. Tělesa jsou připojována postupně přes automatický regulátor – podle rychlosti větru.Přesto u nás reálné možnosti využití energie větru skýtá jen menší část území - převážně výše položené a hřebenové partie hor či vrchovin v nadmořských výškách nad 650 metrů. Nejvhodnější lokality se nacházejí v pásmu severních pohraničních hor a v oblasti Českomoravské vrchoviny.

Krušnohorská oblast

Ironií osudu se vůbec nejperspektivněji jeví Krušné hory, pod nimiž je krajina zdevastována povrchovou těžbou hnědého uhlí. Podle předběžných odhadů by jen v Krušnohorské oblasti šlo postavit 320-340 větrných elektráren o jednotkovém výkonu 300-500 kW, tj. celkem až 170 MW (čtyřnásobek výkonu instalovaného v celé České republice ke konci roku 2006). Tento výkon by však dokázal nahradit pouze jeden blok starší uhelné elektrárny...

Pro základní odborné posouzení, zda lze uvažovat o umístění větrné elektrárny, se lokalita hodnotí třemi různými počítačovými modely (označenými VAS, WAsP a PIAP), s nimiž pracují Ústav fyziky atmosféry Akademie věd ČR i Český hydrometeorologický ústav. Jsou-li tyto nepřímo získané údaje příznivé, přijde na řadu reálné měření rychlosti větru v dané lokalitě. To by - v zájmu objektivity - mělo trvat alespoň rok a měřicí přístroj by měl být umístěn pokud možno ve výšce osy budoucího rotoru elektrárny (vrtule).

Kdo sklízí vítr

Dříve se energie větru převáděla přímo na mechanickou práci, ale dnes jsou funkční větrné mlýny spíše kuriozitou. Na pastvinách se občas využívají větrná čerpadla na vodu. Typickým využitím dneška jsou ovšem větrné elektrárny, které dodávají elektřinu do sítě. Menší stroje mohou sloužit i pro přímé zásobování elektřinou, což je výhodné zejména u odlehlých objektů bez připojení k síti (horské chaty, lodě apod.).

Autonomní systémy (nezávislé na rozvodné síti) obvykle používají mikroelektrárny s výkonem od 0,1 do 5 kW. Plného (jmenovitého) výkonu dosahují při rychlostech větru 10-15 m/s (podle typu a výrobce), při rychlosti kolem 20 m/s bývá nutné vrtuli zabrzdit, aby nedošlo k havárii.

Energeticky úsporné spotřebiče

Součást autonomního systému tvoří i akumulátory a řídicí elektronika. V objektu pak může být buď rozvod stejnosměrného proudu s nízkým napětím (12 či 24 V), nebo je v systému zapojen ještě střídač pro dodávku střídavého proudu 230 V. Podle toho musíte objekt vybavit energeticky úspornými spotřebiči. Systém lze účelně doplnit ještě fotovoltaickými panely pro letní období (je méně větru, ale více slunečního svitu).

Pro dosažení vyššího výkonu (od 5 do 50 kW) se používají větrné elektrárny se synchronními generátory, jejich nabídka je ovšem malá.

Vytápění rodinného domu

Kolem svislé osy se otáčejí větrné stroje, které mají pro nás poměrně exotický vzhled: Darrieův rotor (vlevo) a Savoniův rotor (vpravo). Přesto, že každý pracuje na jiném principu, dají se navzájem kombinovat.Trochu problematické je využití větrné energie přímo k vytápění rodinného domu nebo chaty: takový objekt by totiž měl stát na místě chráněném před větrem. A čím delší je vedení mezi turbínou a domem, tím vyšší jsou vedlejší náklady. Pokud by měl kabel vést přes cizí pozemky, může jít dokonce o nepřekonatelnou překážku.

Cena energie získané z autonomního systému je obvykle vyšší než cena elektřiny ze sítě. Elektrárna, připojovací kabel a akumulátory pro teplo (eventuálně pro elektřinu) představují investici v řádu stovek tisíc korun, která se vrací jenom pomalu.

Obchodník s větrem

V oblastech s velkým větrným poten­ciálem jsou nejrozšířenější systémy, které dodávají energii do rozvodné sítě. Slouží obvykle téměř výhradně pro komerční výrobu elektřiny.

Pokud se rozhodnete prodávat energii do sítě, musíte zažádat Energetický regulační úřad o udělení licence na výrobu a prodej elektrické energie a pak uzavřít smlouvu o odběru elektřiny s distribuční společností.

Trendem je dnes výstavba stále větších strojů (průměr rotoru 40-100 m, stožár vysoký přes 100 m). U těchto strojů jsou nižší měrné náklady na výrobu energie a jako účelné se jeví i maximální využití vhodných lokalit, kterých je omezený počet.

Garantované výkupní ceny

V evropském vnitrozemí se staví stroje s výkonem 100 až 2 000 kW, u nás jsou však využitelné jen do cca 500 kW. Na moři (poblíž pobřeží) se využívají turbíny s výkonem až 5 MW. Starší vnitrozemské elektrárny (s výkony do 200 kW) se demontují a nahrazují silnějšími, i když jsou ještě provozuschopné. Nabízejí se pak k vývozu i do České republiky, ale pozor: garantované výkupní ceny platí pouze pro zařízení, která nejsou starší než dva roky!

Velké větrné elektrárny mají asynchronní generátor, který dodává střídavý proud většinou o napětí 660 V, a tudíž nemohou pracovat jako autonomní zdroje energie. Existují i elektrárny se speciálním mnohapólovým generátorem, který nevyžaduje převodovou skříň. Většina elektráren má konstantní otáčky - s rostoucí rychlostí větru se zvyšuje zátěž generátoru.

Větrné farmy

Moderní větrné elektrárny mají rozběhovou rychlost větru kolem 4 m/s. Pro zvýšení výroby jsou některé turbíny vybaveny dvěma generátory (nebo jedním generátorem s dvojím vinutím). Při nízké rychlosti větru běží menší generátor, při vyšší rychlosti větru se přepne na větší generátor. Startovací rychlost pro snížený výkon je potom již kolem 2,5 m/s.

Aby investor snížil náklady na projektování a výstavbu, a navíc dosáhl maximální efektivity provozu, sdružují se velké elektrárny do skupin (obvykle 5 až 30 elektráren - tzv. větrné farmy).

text: Vít Straňák, foto: archiv firem