Zelená výstava - Energie - Větrná energie

Energie - Větrná energie

Větrná energie je obnovitelná energie používaná k vytváření elektrické energie pomocí větrných elektráren s využitím proudění větru jako zdroje energie.

Nejobvyklejším využitím jsou dnes větrné elektrárny, které využívají síly větru k roztočení vrtule. K ní je pak připojen elektrický generátor. Teoreticky získatelný výkon je přímo úměrný třetí mocnině rychlosti proudící vzdušné masy. Protože rychlost větru značně kolísá, nedosahují větrné elektrárny po většinu doby nominálních hodnot generovaného výkonu.

V historii se místo převodu na elektřinu přímo konala nějaká mechanická práce. Větrný mlýn například mlel obilí, větrnými stroji se čerpala voda, lisoval olej, stloukala plsť nebo poháněly katry. Vítr se také používá k pohonu dopravních prostředků, nejvíc u lodí (plachetnice).

Základní typy větrných turbín

Mnohalopatkový rotor, Halladayova turbína
Počet listů rotoru: až 150
Účinnost: 20-43 %
Náběhová rychlost (m/s): 0,16
Poznámka: uvádí se, že výkon stoupá s 3. mocninou rychlosti větru

Vrtule
Typické využití: výroba elektrické energie (střídavý a třífázový proud)
Počet listů rotoru: 1 - 4
Účinnost: ~45 % (max. se uvádí 48 %)
Náběhová rychlost (m/s): 3 - 6
Poznámka: nejpoužívanější typ

Savoniův rotor
Typické využití: čerpání vody, výroba stejnosměrné elektrické energie
Počet listů rotoru: 2
Účinnost: ~20 (max. se uvádí 23 %)
Náběhová rychlost (m/s): 2 - 3
Poznámka: obvodová rychlost rotoru je vyšší než rychlost větru, často používán pro náběh Darrierova rotoru

Darrierův rotor
Typické využití: výroba elektrické energie (střídavý a třífázový proud)
Počet listů rotoru: 2 - 3<
Účinnost: 38 % (max. se uvádí 48 %)
Náběhová rychlost (m/s): 5 - 8
Poznámka: vyžaduje pomoc při náběhu

Teoreticky dosažitelný výkon
Proudící vzduch předává lopatkám větrné turbíny část své kinetické energie. Albert Betz v roce 1919 odvodil teoreticky maximální dosažitelnou účinnost větrného stroje na 59% (Betzovo pravidlo). Kinetická energie větru se v turbíně mění na energii otáčivého pohybu a následně v generátoru na energii elektrickou.

Účinnost
Součinitel výkonnosti je sám o sobě funkcí rychlosti větru a je dán konstrukčním řešením turbíny, konkrétně převodní křivkou úhlu natočení lopatek turbíny v závislosti na rychlosti větru. To, v kombinaci s kubickou závislostí na rychlosti větru způsobuje pronikavou závislost skutečného výkonu na rychlosti větru (při poloviční rychlosti je výkon osminový atd.).

Další podstatnou hodnotou, definující účinnost větrného zdroje je koeficient ročního využití k, definovaný jako poměr skutečně odvedeného výkonu k teoreticky možnému výkonu zdroje za rok. V českých podmínkách se k k pohybuje v mezích 0,1-0,2, pro velmi větrné lokality dosahuje teoreticky až 0,28.. Hodnota ovšem značně závisí na zvolené lokalitě - větrná farma Sternwald na rakousko-českých hranicích ve východní části Šumavy dosáhla se 7 větrnými generátory o instalovaném výkonu 14 MW koeficientu ročního využití za rok 2006 21,9 %, za první 4 měsíce roku 2007 se dokonce podařilo dosáhnout hodnoty průměrného využití 32,3 % (přičemž po zbytek téhož roku to bylo necelých 20%).

Větrná turbína nebo větrná elektrárna je stroj, který přeměňuje kinetickou energii větru na elektrickou energii. Turbína je roztáčena větrem proudícím přes lopatky turbíny a pohání elektrický generátor, který výtvořenou elektřinu přenáší do elektrické sítě.

Z větru vytvořená elektřina je obnovitelná energie přispívající k udržitelnému rozvoji.

Větrné elektrárny v Česku
Celkový instalovaný výkon větrných elektráren v České republice k 31. 12. 2015 přesáhl 280 MW. V roce 2015 větrné elektrárny vyrobily 572,6 GWh brutto, což je 0,7 % hrubé konečné spotřeby v ČR (dopočteno podle). Odpovídá to také průměrnému výkonu 65,3 MW (koeficient ročního využití přibližně 23 %).

A máme zde malé zopakování.

Jaký je nejčastější způsob výroby elektrické energie pomocí větru?
Je považována elektřina vytvořená pomocí větrných elektráren za obnovitelnou?
Jaký je největší výkon současných turbín větrných elektráren (údaj z roku 2014)?