Větrná energie

Vývoj technologií větrné energetiky je patrný z nárůstu výkonu jednotlivých zařízení. V průběhu posledních 25 let se zvýšil jmenovitý výkon jedné elektrárny asi 80 krát a roční výroba 485 krát. S rostoucím výkonem se zásadně snížila původní hlučnost a zdokonalilo se technické vybavení elektráren i jejich bezpečnost.

V současné době jsou již instalovány větrné turbíny o velikosti 5 a 6 MW a dále se pracuje na vyšších výkonech. V rámci 6. rámcového programu CORDIS FP6 se v období 2005 až 2010 podílí rovněž česká vědecká organizace na společném výzkumu 8 - 10 MW větrné turbíny. (1)

Perspektivy větrné energie

V Evropě jsou dobré podmínky pro rozvoj větrné energetiky. Navíc 90% všech světových výrobců větrných elektráren pochází z Evropy, a má roční obrat vyšší než miliardu €. Instalovaná kapacita v Evropě vykazuje meziroční nárůst za posledních 6 let ve výši 40%.

Praktické využití energetického potenciálu větru se stále podceňuje, a to i v odhadech profesních organizací. V roce 1991 předpovídala Evropská asociace pro větrnou energii (EWEA) pro rok 2000 okolo 4000 MW, ale v roce 1997, kdy již bylo instalováno více jak 4600 MW cíl zdvojnásobila tento cíl na 8000 MW. Před koncem roku 1999 bylo ale instalováno více jak 9500 MW a v roce 2000 bylo realitou 12887 MW. V roce 1997 EWEA stanovila pro rok 2010 cíl 40.000 MW, přičemž v roce 2000 jej podle růstu zvedla na 60.000 MW a v roce 2003 na 75.000 (z toho 10.000 offshore) MW. Cílem pro rok 2020 bylo v roce 1997 stanoveno 100.000 MW, v roce 2000 150.000 MW (z toho 50.000 offshore) a v roce 2003 180.000 MW (z toho 70.000 offshore)

Větrná energie v SRN se v jednotlivých spolkových zemích využívá velmi rozdílně. Rozdíly se vysvětlují především politickou orientací zemských vlád spíše než geografickými podmínkami. Předjezdcem ve využívání větrné energie je spolková země Sachsen-Anhalt (pouze „onshore“ potenciál), kde současná produkce kryje spotřebu z 36%. Další spolkové země následují Mecklenburg-Vorpommern 35 % a Schleswig-Holstein 33 %. Na konci seznamu v této branži jsou Hessensko 1,8%, Bavorsko 0,5% a Baden – Württembersko 0,46%. Není náhodou, že posledně uvedené spolkové země stále sázejí na atomovou energii. (3)

Referenční prognóza Spolkové vlády SRN předpokládá v roce 2030 přínos větrné energie ve velikosti 31% obnovitelné energetické spotřeby a 61% celkové výroby obnovitelné elektřiny. (4)

Jak veliký potenciál vítr představuje, lze dokladovat údaji ze studie, kterou vypracoval Czisch z Frauenhoferova institutu. (5) Uvádí místa, kde je FLH (Full Load Hours) vyšší než 1500 h/rok, mezi nimi některé oblasti západní Evropy a Norska, region poloostrova Jamal, Kazachstán, Maroko a Mauretánii. Uvádí, že potenciál větrného poloostrova Jamal činí 1100 TWh při FLH 3100 h a mohl by pokrývat polovinu celkové spotřeby Evropy. Je zřetelné, že takové řešení by bylo velmi sporné jak z energetického, tak i geopolitického hlediska. Dokladuje ale potenciál větrné energie.

předpoklad vývoje ceny elektřiny z větrné energie

S neodvratným růstem cen primární fosilní a jaderné energie porostou ceny tepla a elektřiny vyráběné z těchto primárních energií. Tento proces je čistě teoreticky zvratitelný jen za předpokladu nového levného nebo dotovaného energetického zdroje, který by byl v dohledné době v rozhodujícím objemu připojen k síti. Naopak ceny obnovitelné energie z různých zdrojů se budou stále zlevňovat, především tím, že nebude (kromě biomasy) potřeba nakupovat žádné primární vstupy, i tím, že objemem výroby zařízení se bude snižovat jeho cena.

V roce 2006 prohlásil předseda německého sdružení pro větrnou energii, že nejpozději během deseti let bude větrná energie nejlevnější energií. (6) Již v roce 2005 byla v některých chvílích větrná energie ze starších zařízení levnější než cena proudu z uhlí či atomu, obchodovaná na lipské burze EEX. Cena základního proudu stoupla během roku 2005 o téměř 62%, zatím co cena větrného proudu díky stále se snižujícímu nadlepšení díky zákonu EEG stále klesá.

Odhady větrného potenciálu v České republice

Firma KV Venti má ve výrobě elektřiny z větru v ČR vedoucí postavení na trhu a její vedení předpokládá, že i v budoucnu zůstane podíl této firmy na výrobě elektřiny z větru minimálně 55%. Představitelé firmy (7) očekávají v České republice celkovou instalaci 1300 větrných elektráren o průměrné velikosti 2 MW s podílem cca 3% elektráren o výkonu 3 MW. Celková produkce elektřiny by se měla pohybovat okolo 5 TWh/rok. Podle Budapešťského fóra je instalovatelný potenciál v České republice 2200MW. (8)

Petr Pávek z České větrné společnosti uvádí, že lze počítat s celkem 1000 větrnými elektrárnami o průměrné velikosti asi 1,5 MW, tj. instalovaných 1500 MW, podle zahraničních expertů s instalovaným výkonem 800 - 900 jednotek o 1,5 až 2,0 MW což představuje cca 2,5 TWh/rok. (9) Ministerstvo životní prostředí ČR nicméně uvádí dostupný potenciál jako 3000 MW, s tím, že pro dosažení této úrovně by bylo třeba překonat různé psychologické a sociální bariery (nedůvěra v technologie a odpor obcí).

Postoj české veřejnosti k větrné energetice

Větrná energetika v ČR není ještě veřejností akceptována tak, jako u našich sousedů v Rakousku nebo Německu. U nás existuje několik lokálních i regionálních aktivit, které nesouhlasí s větrnou energií a prezentují zveličené nebo nepravdivé negativní údaje o větrné energetice. Také tyto iniciativy vedly krajské zastupitelstvo plzeňského kraje k rozhodnutí zakázat v plzeňském kraji jakoukoliv výstavbu větrných elektráren (10)

Rovněž v Německu a v Rakousku, u našich nejbližších sousedů s obdobnou středoevropskou mentalitou byly před deseti lety zřetelné protesty veřejnosti. V dokumentovaných případech (11), byly tyto protesty velmi často iniciovány a udržovány dlouhodobým zájmem a strategií energetických monopolistů, kteří nemají žádný zájem na rozvoji decentrální obnovitelné energetiky. Dnes je zásadní podíl (85%) občanů v BRD pro rozvoj větrné energetiky. Ze zkušeností z referend v českých krušnohorských obcích plyne, že důležitým faktorem je věk respondentů – větrné elektrárny nechtějí spíše ti starší.

Nejrůznější bariery v případě nových technologií, postupů i společenských zvyklostí jsou zcela obvyklé a všudypřítomné. Jejich překonání závisí na dobrých zkušenostech a je otázkou času. Na překonání barier se může rovněž podílet integrace obce do širšího projektu obnovitelné energetiky, kofinancováním, tvorbou nových pracovních míst a přínosem do obecních pokladen. Další možností je výstavba větrných elektráren u technických liniových staveb (dálnic, železnic) a mikrozdrojů, kde do značné míry odpadají námitky proti možnému estetickému znešvařování krajiny. Do značné míry mohou estetické námitky vyřešit správně výtvarně navržená řešení. (12)

Diskuze kolem estetiky větrných elektráren je podmíněna především rychlým nástupem této branže. Každý nový prvek v krajině přitahuje pozornost. Nová generace cestující po Německu, Rakousku a dalších evropských zemích bude považovat větrné elektrárny za něco zcela samozřejmého, stejně jako současná střední a starší generace považuje za zcela samozřejmý – ve srovnání s počtem větrných elektráren podstatně vyšší počet obdobně velikých stožárů elektrického vedení vysokého a velmi vysokého napětí. Každému, kdo se narodí do světa s větrnými elektrárnami v krajině, budou připadat jako něco, co zde bylo od nepaměti, a proto to není třeba vehementně kritizovat.

Málokdy se uvádí, že větrná elektrárna může být dočasnou stavbou, kterou je možno demontovat a během několika dní navrátit místo do původního stavu.

Nebezpečí pro avifaunu

Mnoho studií zabývajících se tímto problémem poukazuje na to, že větrné elektrárny jsou marginální příčinou počtu zabitých ptáků ve srovnání s jinými příčinami. V kompilaci (13) je uvedeno, že nejvíce ptáků zabíjejí skleněné fasády mrakodrapů což se ročně odhaduje na 100 až 900 milionů usmrcených jedinců v USA a Kanadě, okolo 100 milionů ptáků usmrcených kočkami, 50 až 100 milionů způsobí automobily a nejméně 174 milionů na drátech a dále jsou uvedeny ještě další zdroje (lov, rybolov...)

Studie (14) v renomovaném časopise Nature uvádí že na jednu větrnou turbínu připadá asi 0,03 zabitého ptáka ročně, což by v ČR na 1300 turbín představovalo 43 zabitých ptáků.

Nepravidelná výroba elektrické proudu z větru

Tomuto problému se přisuzuje například veliký blackout v roce 2006, který postihl velikou část Evropy. Primární příčinou ale bylo vypnutí vedení VVN nad kanálem v Severním Německu díku průjezdu veliké zaoceánské lodi.

Nepravidelná dodávka může způsobovat jisté obtíže, ty jsou ale řešitelné jednak pomocí smluvního odstavení elektrárny, nasměrování vyrobeného elektrického proudu pro jiná využití : teplo, výroba vodíku, atd..., ale zejména uskladněním přebytečné energie.

V severním Německu se v návaznosti na počínající výstavbu velikých off-shore větrných parků, plánuje vytvořit vymytím solných ložisek poblíž moře dutiny pro uskladnění aktuálně nadbytečné větrné energie energie systémem CAES či AA-CAES (Viz: skladování energie). Další možnost představuje změna ekonomických spotřebitelských stimulů, které by vedly ke zvýšení poptávky v obdobích nižší ceny/vyšší produkce či plovoucí cenou elektrické energie.

Vítr v městech a malé turbíny

Relativně nová oblast „urban wind“ řeší větrnou specifiku městských oblastí. Díky vysoké nerovnosti povrchu dochází v městské aglomeraci k turbulencím a rychlým změnám směru větru. Proto je výhodné využívat větrné generátory se svislou osou rotace (VAWT), které byly sice před několika desetiletími prakticky opuštěny, však dnes slaví renesanci.

aplikace v USA a Anglii

V USA již byly experimentálně instalovány nově vyvinuté typy větrných elektráren se svislou osou rotace na střechách budov a pro USA je predikován potenciál až 10⁶ vhodných střech s instalovaným výkonem až 100 - 500 kW. (15)

Ve Velké Británii se počítá s aplikací větrných mikroturbín pro zásobování domácností. Navrhuje se využití generátoru s výkonem jednoho kilowattu, který by bylo možno instalovat bez zvláštního povolení. Pořizovací náklady činí 1500 liber a část nákladů by měla nést vláda. Na výhodných lokalitách se předpokládá, že by bylo možné tímto způsobem pokrýt až 30% ročních nákladů na elektřinu v domácnosti s větrnou mikroturbínou. V budoucích třech letech se čeká obrat více jak 10 milionů €. (16)

Britská firma Quiet Revolution Ltd zahájí počátkem roku 2008 prodej tiché, bez vibrací pracující, elegantní a pro městskou zástavu se hodící elektrárny QR5, která má maximální výkon 5 kW a cenu 25,000 liber. Firma v současné době vyvíjí i další typy a to QR 2,5 (2,5kW) a QR 12 (30kW), které by měly být na trhu koncem roku 2008. Všechny tyto elektrárny jsou koncipovány se svislou osou rotace. (17)

odhad možností mikro a urban v ČR

S těmito odvětvími nejsou u nás žádné zkušenosti, lze tedy pracovat jenom s řádovými odhady na základě analogií. U střešních aplikací bychom mohli počítat ve srovnání s USA se 150 krát nižším potenciálem. Na základě hrubé analogie lze tento potenciál ohodnotit na 7000 střech s instalacemi o průměrném výkonu 100 kW na jednu střechu, což je instalované 0,7 GW, při výtěžnosti 15% představuje roční výrobou asi 1 TWh.

Vedle střešních aplikací se nabízí osazovat malými turbínami do velikosti např. 30 kW liniové stavby v krajině (železniční a silniční) ve větrných lokalitách. Počítejme například s lehce dosažitelnými 500 km. Vzdálenost turbín této velikosti by měla být kvůli zamezení vzájemné interakce asi 50 metrů. Tak získáváme 20,000 turbín s instalovaným výkonem 0,6 GW, což při průměrné výtěžnosti 15% činí 0,8 TWh/rok.

Větrné mikrozdroje mohou být využity s výhodou jako lokální a domácí zdroje pro domácí použití či pro napájení akumulátorů elektromobilů. Jejich akumulační kapacita může být v údobích mimo jízdu využita jako zdroj pro veřejnou energetickou síť, s výhodou na základě telemetrického řízení dodávky podle aktuální spotřeby.

Turbíny Kite Gen

Zcela odlišnou koncepci má nový italský projekt využívající větrnou turbínu s vertikální osou rotace, jejímiž lopatkami jsou upoutané větrné draky. Ty jsou umístěny ve výšce 800 – 1000 metrů, kde je minimálně dvakrát rychlejší proudění než u země, tedy minimálně osmkrát větší energie. Draky jsou udržovány při rotaci v nezbytné pozici senzory a řídícím systémem. Pilotní experimenty již byly provedeny v průběhu roku 2007. Elektrárny využívající tento princip jsou plánovány ve velikosti až 1 GW, tedy až do velikosti současných jaderných elektráren. Proud z nich by měl být velmi levný. Cenový odhad, který provedla firma Sequoia Automation, se v případě elektrárny Kite Gen o výkonu 1 GW pohybuje 1,5 €/ MWh. Idea využití draků pro výrobu elektrické energie získala v roce 2006 World Renewable Energy Award. Konvenční větrný park o stejném výkonu by potřeboval 80 krát větší plochu. (18)

Předpokládá se, že by prostor elektrárny byl uzavřen pro leteckou dopravu, tak jako jsou běžně uzavírána široká okolí jaderných elektráren, vojenských prostorů a některých průmyslových objektů.

Lze si v ČR představit výstavbu například dvou elektráren tohoto typu, které by byly schopny nahradit veliký podíl jaderně vyráběné elektřiny.

Schéma tří hlavních typů větrných elektráren:

• nejběžnější vrtulové s horizontální osou rotace (HAWT – Horizontal Axis Wind Turbine)
• menší se svislou osou rotace (VAWT - Vertical Axis Wind Turbine)
• Kite Gen

Literatura

1. EU Project Reference: 19945
2. FUTURE PROSPECTS FOR WIND POWER MARKETS, 2004 www.ewea.org
3. Ralf Bischof (BWE) Fachtagung: Windenergie in Deutschland, September 2007
4. Hermann Scheer, Solarzeitalter 19, 3, 2007
5. http://www.iset.uni-kassel.de/abt/w3-w/folien/magdeb030901/folie_51.html
6. Bundeverband Windeneregie e.V., Pressemitteilung vom 01.Februar 2006 http://www.wind-energie.de/de/presse-service/einzelanzeige/article/windenergie-senkt-auch-2005-die-kosten/138/browser/1195508954/
7. osobní sdělení Davida Josefyho z KV Venti ze dne 1.10. 2007
8. Public Information Forum „Economies in Transition, the IEA and Renewable Energy, Budapest, October 13, 2003, str. 7
9. Exporthandbuch Tschechischer Republic: Marktchancen für Erneuernare Energien; Deutsche Energie-Agentur, DENA
10. Josef Vít: Plzeňský kraj bez vrtulí, Plzeňský deník, Publicistika, str.29, 28.2.2007
11. Franz Alt, Jürgen Claus, Hermann Scheer: Windiger proteste, Ponte Press Bochum, 1998
12. Jan Oelker: Zeichen setzen – ein Plädoyer für ästhetische Gestaltung von Windparks, Solarzeitalter 19, 2, 2007, str. 16
13. http://www.currykerlinger.com/birds.htm
14. http://www.nature.com/nature/journal/v447/n7141/full/447126a.html
15. Refocus, July/August 2004, str. 42-45
16. http://www.iwr.de/news.php?id=10521, ze dne 02.05.2007
17. http://www.quietrevolution.co.uk
18. www.kitegen.com