Větrné elektrárny

 Možnosti využití větrné energie jsou dvě:

• Přímá přeměna energie větru na mechanickou práci (čerpání vody, dříve mletí obilí, pohánění lodí).
• Přímá přeměna energie větru na elektřinu (využívaná posledních sto let)

Množství vyrobené elektřiny velmi ovlivňuje typ větrné elektrárny, a především navržení rotoru (počet listů, tvar, délka, výška od země), generátoru a regulace. Čím více listů vrtule má, tím menší má otáčky (uvažujeme stejný průměr rotoru). Moderní elektrárny mají nejčastěji rotor se třemi listy.

Regulace větrné elektrárny

V současné době převládají dva typy:[4]

• Pitch (aktivní) : využívá natáčení celého listu rotoru podle okamžité rychlosti větru

+ vyšší výroba el. Energie při nižších rychlostech větru

- vyšší pořizovací náklady

• Stall (pasivní) : rotor elektrárny má pevné listy, regulace se provádí odtržením proudu na listech vrtule

 +Jednoduchá konstrukce, nenáročná údržba s ohledem na menší počet pohyblivých částí, vysoká spolehlivost regulace výkonu.

• výkon vrtule při vysokých rychlostech větru klesá, a tím klesá i její účinnost; nutnost jemného nastavení listů, často až po zkušebním provozu v konkrétní lokalitě; neschopnost vrtule samostatně startovat, což se realizuje elektrickým motorem.

Efektivitu využití turbíny omezuje Betzovo pravidlo, které odvozuje, jaké maximální množství energie lze získat pomocí rotoru z větru, pohybujícího se zadanou rychlostí. V rámci uplatnění tohoto pravidla bylo zjištěno, že větrná turbína může v ideálním případě využít 59,3 % z energie větru.

Rotor turbíny se většinou začne otáčet při rychlosti větru přesahující 2 až 5 m/s (7 až 18 km/h). Poté s nabývající rychlostí větru postupně roste i výkon elektrárny. Při rychlosti větru zhruba mezi 10 až 14 m/s (36 až 50 km/h) dosáhne výkon maxima a jeho stoupání nepokračuje. Většinou se turbína u rychlosti 20 až 25 m/s (75 až 90 km/h) vypíná, protože hrozí riziko poškození, kvůli velkému mechanickému namáhání.[4]

Obr. 1. Závislost výkonu na rychlosti větru pro turbínu WWD-3 o výkonu 3 MW:[2]

  Výběr vhodných lokalit

Ve vnitrozemních oblastech [3](ČR) jsou nejlepší podmínky pro výstavbu převážně ve vyšších nadmořských výškách, obvykle nad 500 m. n. m., a to kvůli vysoké roční průměrné rychlosti větru. V České republice je nevýhodou, že spousty oblastí s dobrými podmínkami pro výstavbu jsou součástí CHKO, a tudíž se zde elektrárny nemohou stavět.  Důležitá je také vzdálenost elektrárny od obydlí, která by svým hlukem neměla v noci přesahovat 40 dB v místě obydlí, k čemuž většinou nedochází při vzdálenosti delší než 200m.

V současné době jsou největší pevninské farmy (oblast s velkou koncentrací větrných elektráren) v Číně, Indii a USA.

Stále více větrných elektráren se staví mimo pevninu. Mořské farmy v pobřežních mělčinách těží z lepších větrných podmínek. Výstavby tam také nejsou limitovány omezením vlivu na okolní osídlení. Výhodou je také, že velmi rozměrné komponenty velkých turbín lze dopravovat po vodě. Jejich transport na pevnině je často velmi problematický. Nevýhodou je nutnost efektivní ochrany samotných turbín a mechanismů využívaných pro transport elektřiny na pevninu před agresivní slanou vodou.

 

Dělení větrných elektáren 

Podle velikosti výkonu dělíme elektrárny na:[2]

• Mikroelektrárny o výkonu do 2 kW a průměru rotoru do 2 m. Ty se využívají typicky pro napájení (dobíjení baterií) u odlehlých zařízení či jako doplňkový zdroj energie u menších budov a lze je umístit například na budovy či stožáry sloužící primárně k jiným účelům,
• malé větrné elektrárny o výkonu do 50 kW a průměru rotoru do 15 m. Mají význam jako lokální zdroj energie například pro odlehlá místa bez připojení k síti (typicky v kombinaci s dalšími zdroji a/nebo baterií). Vzhledem ke svým rozměrům se umisťují již na samostatně stojící stožár, výjimečně i na budovy,
• střední větrné elektrárny o výkonu do 300 kW a průměru rotoru cca do 35 m. Tyto mají relativně omezené využití, například jako doplňkový zdroj pro zásobování odlehlých lokalit, jako jsou například menší ostrovy.
• velké větrné elektrárny o výkonu nad 300 kW. Ty tvoří v současnosti zcela dominantní segment větrné energetiky a slouží jako zdroje energie v rámci velkých elektrických sítí.

Vývoj moderní větrné energetiky ve světě je sledován především podle instalovaného výkonu VE v jednotlivých zemích. Instalovaného výkon je součet jmenovitých činných výkonů všech stejných zařízení, nacházejících se v jednom objektu.[5] Ten v posledních 10 letech nepřetržitě stoupá. [6]

 

Využití větrné energie v EU

Země	Instalovaný výkon (MW)			Podíl na spotřebě (%)
	2016	Přírůstek 2017 (+ offshore)	2017
Německo	50 019	6 581 + 1 247	56 132	20,8
Španělsko	23 075	96	23 170	18,6
Velká Británie	14 602	4 270 + 1 680	18 872	13,5
Francie	12 065	1 694 + 2	13 759	4,8
Itálie	9 227	252	9 479	5,2
Turecko	6 091	766	6 857
Švédsko	6 494	197	6 691	12,5
Polsko	5 807	41	5 848	8,5
Dánsko	5 230	342	5 476	44,4
Portugalsko	5 316	0	5 316	24,2
Česká republika	281	26	308	0,9