Větrná energetika

Celosvětový kumulativní instalovaný výkon větrných elektrárenv gigawattech. (Zdroj dat: GWEC, Global Cumulative Installed Capacity).

Větrná energetika je obor energetiky, který se zabývá návrhem, výrobou, konstrukcí a provozem větrných turbín. Moderní větrná energetika začala v roce 1979 sériovou výrobou větrných turbín dánskými výrobci. Toto odvětví v současné době prochází obdobím rychlé globalizace a rozvoje.

Přehled

Větrná energetika je odvětví zabývající se projektováním, výrobou, konstrukcí a údržbou větrných turbín a dalších zařízení pro výrobu energie. Ačkoli je odvětví větrné energetiky ve srovnání s odvětvím konvenčních technologií výroby energie (vodní, uhelné, plynové a jaderné) malé, roste mnohem rychleji (v letech 2002 až 2007 o 25 % ročně).

Moderní větrná energetika začala v roce 1979 sériovou výrobou větrných turbín dánskými výrobci Kuriant, Vestas, Nordtank a Bonus. Zpočátku byla většina těchto prvních turbín instalována v západním Dánsku. Kalifornie v USA zažila boom větrné energetiky v letech 1982 až 1986, kdy byly instalovány tisíce dánských a amerických větrných turbín v masivních soustavách. V polovině 80. let se do větrné energetiky zapojila také Indie, zatímco Německo a Španělsko od počátku 90. let postupně rozvíjely domácí odvětví větrné energetiky.

V současné době prochází odvětví větrné energetiky obdobím rychlé globalizace a konsolidace, přičemž většina nedávného rozvoje větrných elektráren probíhá mimo starší zavedené trhy. Několik velkých společností s tržní kapitalizací větší než celé odvětví větrné energetiky jako takové (General Electric, Siemens, BP) nyní realizuje rozsáhlé investice do větrné energetiky. Aby bylo možné čelit celosvětovému nedostatku dodávek větrných turbín, objevují se stále noví výrobci větrných turbín a co nejrychleji zvyšují výrobu svých nových modelů větrných turbín.

Větrná energetika v číslech

Instalovaný výkon

Údaje o celkovém instalovaném výkonu v jednotlivých státech světa

Instalovaný výkon (MW)

Stát	2005	2006	2007	2008	2014	2018	2019	2020
Spojené státy americké	9 149	11 603	16 818	25 170	65 879	94 417	103 571	117 744
Německo	18 415	20 622	22 247	23 903	39 165	59 311	61 357	62 184
Španělsko	10 028	11 615	15 145	16 740	22 987	23 494	25 808	27 089
Čína	1 260	2 604	6 050	12 210	114 763	211 392	236 320	281 993
Indie	4 430	6 270	8 000	9 587	22 465	35 129	37 506	38 559
Itálie	1 718	2 123	2 726	3 736	8 663	9 958	10 512	10 839
Francie	757	1 567	2 454	3 404	10 358	15 309	16 643	17 382
Spojené království	1 332	1 963	2 389	3 288	13 603	20 970	23 515	24 665
Dánsko & Faerské ostrovy	3 136	3 140	3 129	3 160	5 063	5 758	6 128	6 235
Portugalsko	1 022	1 716	2 150	2 862	5 079	5 380	5 437	5 239
Kanada	683	1 459	1 856	2 369	11 205	12 816	13 413	13 577
Nizozemsko	1 219	1 560	1 747	2 225	3 431	4 471	4 600	6 600
Japonsko	1 061	1 394	1 538	1 880	3 038	3 661	3 923	4 206
Austrálie	708	817	824	1 494	4 187	5 362	6 199	9 457
Švédsko	510	572	788	1 067	5 088	7 300	8 681	9 688
Irsko	496	745	805	1 245		2 877	3 589	4 113
Rakousko	819	965	982	995		3 133	3 224	3 224
Řecko	573	746	871	990		2 877	3 589	4 113
Polsko	83	153	276	472		5 766	5 837	6 267
Turecko	20	51	146	333		7 005	7 591	8 832
Norsko	267	314	333	428		1 710	2 914	3 977
Belgie	167	193	287	384		3 268	3 863	4 692
Egypt	145	230	310	390		750	1 125	1 375
Tchaj-wan	104	188	282	358		692	713	845
Brazílie	29	237	247	338		12 304	14 843	15 438
Nový Zéland	169	171	322	325		689	689	689
Jižní Korea	98	173	191	278		1 215	1 420	1 512
Bulharsko	6	20	35	158		698	699	703
Česko	28	50	116	150		308	316	339
Finsko	82	86	110	140		2 044	2 041	2 284
Maroko	64	124	114	125		1 023	1 225	1 225
Maďarsko	18	61	65	127		329	329	323
Ukrajina	77	86	89	90		553	621	1 258
Mexiko	3	88	87	85		4 199	4 875	6 591
Írán	23	48	66	82		259	282	302
Kostarika	71	74	74	74		378	408	411
zbytek Evropy	129	163
zbytek Ameriky	109	109
zbytek Asie	38	38
zbytek Afriky + Blízký východ	31	31
zbytek Oceánie	12	12
Svět celkem (MW)	59 091	74 223	93 849	121 188	349 300	563 830	622 249	733 276

Největší větrná elektrárna na světě

Zatím největší větrnou farmu na světě mají v Texasu (USA). Byla spuštěna 1. října 2009. Větrná farma Roscoe má výkon 781,5 MW a je tvořena 627 větrnými turbínami. Z elektrárny Roscoe může čerpat elektřinu až 230 000 domácností [1].

Nejvyšší pokrytí výroby elektřiny pomocí větru

Španělská energetika zaznamenala ráno 30. prosince 2009 rekord, energie z větrných elektráren tam pokryla přes 54 procent celkové poptávky po elektřině. To odpovídalo výkonu přes 10.000 megawattů. [2]^{[nedostupný zdroj]}

Debata o využití větrné energie

Vítr je obnovitelný zdroj energie.

Argumenty zastánců větrné energie

• Při využití energie větru se do atmosféry neuvolňuje oxid uhličitý ani jiné nečistoty.

• Větrná elektrárna k výrobě elektřiny nepotřebuje palivo. Vítr je na rozdíl od fosilních paliv zdarma. Jeho přeměna na energii elektrickou je sice momentálně dražší, nicméně to je způsobeno uměle tím, že u energie z fosilních paliv cena nezahrnuje všechny vznikající negativní externality (není zohledněno zejména poškození životního prostředí a vyčerpávání klíčového průmyslového zdroje).

• Provoz větrných elektráren je bezpečný v tom smyslu, že nehrozí riziko zamoření jako v případě havárie jaderné elektrárny, nebo znečištění životního prostředí a úniky jedovatých látek jako u tepelných elektráren na fosilní paliva.

• Výstavba větrných elektráren představuje dekoncentraci velkých zdrojů elektřiny na více malých.

• Dle studie Royal Society for the Protection of Bird dojde ročně k jedné až dvěma kolizím ptáka s větrnou turbínou (přepočteno na jeden stroj).

• Moderní větrné elektrárny nové koncepce jsou schopny fungovat bez mechanické převodovky, která byla ve starších strojích zdrojem hluku. Obejdou se také bez dalšího zdroje hluku, kterým bylo nucené chlazení přídavnými ventilátory. Vystačí totiž s pasivním systémem vzduchového chlazení.. Základním zdrojem hluku tak zůstávají neodstranitelné aerodynamické hluky, způsobené obtékáním dříku konstrukce a gondoly v kombinaci se svistem rotorových listů.

• Výkon moderních větrných elektráren je regulovatelný na základě vnějšího signálu a umožňuje tak spolupráci i se slabými sítěmi (na úkor toho, že se část disponibilní větrné energie nepřemění na elektrickou).

• Větrné elektrárny nahrazují (v poměru svých středních výkonů tedy pouze asi 0,03%) část kapacity tepelných elektráren.

• Větrné elektrárny v krajině zviditelňují místa, kde si lidé uvědomují důležitost využívání obnovitelných zdrojů energie.^[zdroj?] Toto může mít svůj objektivně vyčíslitelný dopad ve formě zvýšení příjmů z turistiky. Jen do Jindřichovic pod Smrkem se na dvě 600 kW větrné elektrárny během prvního roku provozu přijelo podívat přes 12 tisíc lidí.

• Vyvíjejí se nové technologie umožňující dostatečně efektivní ukládání elektrické energie z větrných elektráren, což by mělo snížit jejich nejzásadnější nevýhodu - nepravidelnost chodu (např. viz pokusná větrná farma na King Islandu).

• Účinnost větrných elektráren (40-45%) je podobná jako u moderních parních elektráren, kde není využito odpadní teplo (43%).
• Výhodnost větrných elektráren roste s klesající cenou technologií obnovitelných zdrojů.

• Podle Břetislava Koče se průměrné využití instalované kapacity větrných elektráren v ČR pohybuje kolem 26 %, moderní stroje na výjimečně větrných lokalitách pak vykazují až 36% využití instalované kapacity.

Argumenty odpůrců větrné energie

Starší větrná farma v Tehachapi (Kalifornie)

• Nízký koeficient ročního využití větrných elektráren. V ČR je celkový roční koeficient využití větrných pouze 12,71 % (data za rok 2007 podle ČSÚ).

• Větrné elektrárny lze stavět pouze v místech, kde má větrné proudění potřebné parametry. Tato místa se obvykle nacházejí daleko od místa spotřeby a proto je třeba postavit nové vedení k těmto elektrárnám.

• VE sice neprodukují skleníkové plyny, produkce CO₂ za celý životní cyklus VE (počítaje v to jejich výrobu/instalaci/demontáž) je ale v přepočtu na jednotku vyrobené energie téměř stejná, jako např.: u elektráren jaderných. (Dle názoru příznivců VE při zanedbání externalit a produkce skleníkových plynů při dobývání a přepravě paliva a likvidaci produktů tepelných elektráren). Oproti tomu vodní a jaderné elektrárny jsou, co se týče externalit, s větrnými nejméně srovnatelné, čímž se zabývá kupříkladu tato švédská studie:

• Větrné elektrárny mají poměrně malý výkon (oproti jaderným, tepelným, či vodním) a proto by jich bylo třeba postavit velký počet, aby dodávaly potřebné množství energie pro pokrytí celé spotřeby ČR, jež činí cca 57,7 TWh/rok. Nejen z důvodu nedostatku vhodných lokalit nikdy nemohou být a nebudou jediným, ani hlavním zdrojem elektrické energie pro celou ČR.

• Vítr fouká dle Weibullova rozdělení,^[zdroj?] nominální parametry elektrárny je tedy nutno přizpůsobit průměrné rychlosti větru pro danou instalaci, aby bylo dosaženo maximálního zisku energie. Současné náklady na výrobu 1 kWh klesly z 30 centů na 7-9 centů (23 - 30 %), některé údaje uvádějí cenu 4,7 až 7,2 centu, což je méně než u konvenčních tepelných elektráren. V této ceně však nejsou zohledněny náklady na zálohy.

• Měrné investiční náklady, vztažené na odvedenou práci, jsou pro VE přiměřeně vysoké. Takže cena, za níž dnes vyrábíme elektřinu z větru, už je na úrovni některých uhelných elektráren.

Odvedená práce pro farmu VE Jindřichovice, data roku 2005. Graf je v měřítku nominální práce, odpovídající instalovanému výkonu

Elektrárna	Investiční náklady [Kč/kW]	Koeficient ročního využití [%]	Měrné investiční náklady, vztažené k plánované životnosti zdroje [Kč/kWh]
VE Jindřichovice, Enercon E40	51 000	19	1,50
VE Nová Ves, REpower MD70	33 000[zdroj?]	33[zdroj?]	0,58[zdroj?]
JE Temelín	50 000	69,5	0,29[zdroj?]
VE v USA	1 000 USD	33, nové zdroje z roku 2006 v průměru až 36	4,7-7,2 centu

• Výstavba větrných elektráren vede ke zvýšení nákladů na rozvod elektrické energie a zálohování jejích výpadků. Dochází ke zvýšení energetických ztrát.^[zdroj?] V důsledku většího zatížení sítí a současně nastává nutnost jejich posilování. To vše má za následek dodatečné náklady, které opět zaplatí zákazník. V důsledku stavby VE dochází k decentralizaci zdrojů a vyrobenou energii tak (v době, kdy VE dodává dostatečný výkon) není nutno přepravovat na velké vzdálenosti. V lokalitách, kde byly vybudovány větrné elektrárny odvádějí provozovatelé VE finanční kompenzace místním samosprávám, z čehož opět profitují místní obyvatelé, ovšem jen díky zaručené výkupní ceně na úkor ostatních spotřebitelů nebo daňových poplatníků.

• Při masivním rozšíření větrných elektráren^[zdroj?] vede každá změna rychlosti proudění v místě jedné konkrétní VE k změnám dodávaného výkonu, zhoršujícím stabilitu energosoustavy. Vzhledem k tomu, že změny rychlosti proudění nenastávají u všech VE současně, nejedná se o prudké změny. Jako příklad lze uvést soustavu Německa, která je prostředky německých zdrojů neregulovatelná a na jejíž stabilizaci se významným způsobem podílí také české zdroje. Dochází také ke zvýšení rizika havárií v elektrizační soustavě. (V Česku však není tolik vhodných lokalit, takže nemohou hrát tak významnou roli jako v Německu). Co se JETE či JEDU týká, nevypadávají a nenabíhají několikrát za hodinu z nuly do maxima, výpadek bloku se vykrývá HDO a aktivací náhradního zdroje z horké rezervy.

• VE nevypadnou sice prakticky nikdy všechny najednou, ale výkon větší než 20% nominálního výkonu dodávají v podmínkách ČR jen přibližně po 20% doby jejich připojení do energetické soustavy. Jejich výpadek nemá takový dopad jako výpadek jediného bloku JETE, ale zálohovací kapacity jsou jejich výpadky blokovány po 80% doby jejich provozu (oproti cca 20% doby provozu JE).^[zdroj?]

• Větrné elektrárny narušují životní prostředí ve svém okolí. Rotující vrtule zabíjejí ptáky a netopýry, ale počty těchto úmrtí je nutné vnímat v kontextu ostatních zdrojů nebo dalších oblastí lidské činnosti (např. doprava), které mají na svědomí mnohem více úmrtí živočichů než větrné elektrárny. Hluk (a v případě ptáků i samotná existence) větrných elektráren pravděpodobně ruší živočichy, a tak zmenšuje jejich životní prostor a schopnost reprodukce. Narušují i jejich pastvu. Otřesy z provozu se dříkem a základovou deskou roznášejí do okolí.

• Větrné elektrárny jsou srovnatelně hlučné jako ostatní typy elektráren,^[zdroj?] ale při stejném výkonu zabírají mnohonásobně větší plochu. Infrazvuk se šíří na větší vzdálenosti. Toto porovnání je však sporné, neboť větrné elektrárny ke svému provozu nepotřebují těžbu (jen pro svou výrobu a těžbu surovin) a dopravu paliva, která je mnohonásobně hlučnější než libovolná větrná elektrárna a je rovněž prostorově náročnější, než samotný zdroj.^[zdroj?]

• Větrné elektrárny, spatřováno ze subjektivního úhlu pohledu, hyzdí krajinu. Jsou však také vyhledávaným turistickým cílem.

• V procházejícím slunečním světle produkují otáčející se lopatky v krajině rušivé přebíhající stíny. V odraženém světle vzniká rušivý „diskotékový“ efekt, potlačovaný u moderních strojů matovými nátěry. Odstranění tohoto jevu je sice možné realizovat vhodným tvarem rotoru, ale za cenu výrazného nárůstu ceny za instalovaný výkon (například přes 100 000 Kč na instalovaný kW u rotorů Taawin).

• Námraza odletující z větrných elektráren může ohrožovat život či majetek. Proto se větrné elektrárny staví v bezpečné vzdálenosti od lidských sídel a v okolí jsou rozmístěny cedule upozorňující na toto nebezpečí.

• Při velkém větru může dojít k celkové destrukci rotoru a následně celé větrné elektrárny.

• Může dojít i k dlouhodobějším změnám povětrnostních podmínek.

(Uvedené argumenty platí všeobecně, jejich váha se však v různých podmínkách liší. Nezpochybňují tedy, že stavba větrných elektráren může být v některých případech - zejména v přímořských oblastech a horských průsmycích - ekonomicky efektivní.)

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Wind power industry na anglické Wikipedii.

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Větrná energetika na Wikimedia Commons