Větrná elektrárna je typ elektrárny, která přeměňuje energii větru na elektřinu. Jedná se o “neinvazivní” metodu získávání elektrické energie z přírody. Nejsou třeba přírodní zdroje, které bychom postupně vyčerpávali. Vzduch a vítr zde je a bude zřejmě napořád. Najdeme jak vertikální, tak i horizontální typy elektráren.

Jak větrná elektrárna funguje?

Větrná elektrárna funguje na principu, kdy vzduch (vítr) působí na listy rotoru, což způsobuje, že se listy začnou otáček (něco jako když voda působí na kolo mlýnu), to vytváří mechanickou energii a ta je prostřednictvím generátoru umístěném uvnitř elektrárny převedena na elektrickou energii. Pokud jste takovou elektrárnu někdy viděli, její listy jsou tvarované tak, aby vytvářely vztlak nebo aby kladly odpor větru.

Odporové turbíny

Jsou služebně starší a jedná se o starší technologii. Mají také nižší účinnost oproti vztlakovým turbínám. Princip je takový, že listy mají tvar misek, do kterých se vítr opírá a tím roztáčí turbínu. Jedná se o logický design, jelikož pro roztočení turbíny potřebujeme, aby se do lopatky opřel, co možná největší vítr a tím rotor elektrárny roztočil.

Vztlakové turbíny

Pracují na principu podobném křídlům letadel, kdy jejich tvar způsobuje vztlak turbíny a tím vzniká rotace listů, které vytváří elektrickou energii. Tvar turbíny je specifický, nemá tvar misek, ale tvar křídel letadla a díky tomu je o něco efektivnější oproti odporovým turbínám.

Horizontální turbíny

Musí vždy směřovat proti větru, proto se využívají směrové lopatky a u větších elektráren je dokonce větrný senzor. Tyto elektrárny většinou obsahují převodové ústrojí, které zvyšuje rotační rychlost pomaloběžného motoru a tím je schopen zvyšovat účinnost této elektrárny. Horizontálních turbín je daleko více než těch vertikálních, jelikož mají vyšší účinnost (okolo 48 %).

Vertikální turbíny

Výhodou je, že není nutnost měnit jejich směr, logicky to těmto druhům elektráren dává výhodu na místech, kde se proudění vzduchu často mění, převodové ústrojí a generátor může být umístěn na zemi, což značně snižuje náklady na stavbu a na údržbu. Ale i přes to jsou dražší a méně účinnější (cca 38% účinnost). Celkově jich na světě najdeme daleko méně.

Účinnost

Jak jsme si už řekli, elektrická elektrárna funguje na principu přeměny energie větru na energii otáčivého pohybu. Není reálné, aby byla využita veškerá energie větru – zde nám pomůže zákon zachování hmoty. Množství vzduchu, které dosedne na lopatky turbín je vzápětí musí opustit. Tzn. není možné, aby větrná elektrárna využila plnou energii větru, jelikož by potom žádný vítr nebyl, ztratil by veškerou energii. Poté ještě existuje Betzovo pravidlo, které udává maximální množství energie větru ve větrné turbíně, které dosahuje 59 % veškeré kinetické energie vzduchu proudícího skrze turbínu. Poté je třeba počítat se ztrátami energie (tření listů rotoru, převodové ztráty, atp.). Po těchto odpočtech se dostaneme na účinnost nějakých 75-80 % Betzova limitu při určitých otáčkách.

Větrné elektrárny v ČR

V poslednímu dni v roce 2014 bylo podle České společnosti pro větrnou energii v ČR v provozu všeho všudy 75 větrných elektráren. K poslednímu dni v roce 2018 jich už je 206 s celkovým výkonem 332 MW. Největší větrnou elektrárnou je elektrárna Kryštofovy Hamry – Přísečnice, která disponuje výkonem 42 MW (má 21 turbín o výkonu 2 MW)

Instalovaný výkon a výroba

Taktéž k poslednímu dni v roce 2014 vyrobily elektrárny v ČR 477 GWh elektřiny, což tvoří podíl 0,55 % ze všech zdrojů tvořící elektrickou energii v ČR. V ČR bohužel není tolik větrných elektráren, na druhou stranu si budoucnost slibuje jejich větší využití v místech, kde to dává z pohledu vzduchu a větru smysl.

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. 

Elektrárny využívané ve větrných parcích jsou obvykle horizontálního typu, tří lopatkové s otáčením v závislosti na směru větru pomocí počítačem ovládaných motorů. Obvodová rychlost obvykle dosahuje více než 320 km/h a listy rotoru dosahují délky mezi 20 a 40 metry nebo více, trubkové ocelové věže jsou vysoké mezi 60 a 90 metry. Všechny elektrárny jsou opatřeny ochrannými funkcemi proti poškození při vysokých rychlostech větru, využívá se sklopných lopatek doplněných brzdami.

Termín Offshore 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. Nevýhodou jsou vyšší investiční náklady a náklady na údržbu.

Jak funguje další elektrárna s čistou energií, vodní elektrárna? Dozvíte se zde.

Zdroje:

oenergetice.cz

Wikipedia 1

Wikipedia 2