CZ / ENG

Téma týdne

Nové větrné elektrárny bez lopatek mají nižší efektivitu, ale jsou levnější a neohrožují ptactvo. Chceme je?

Před padesáti lety jsme větrné elektrárny považovali za čistý zdroj energie, ale dnes už víme o řadě problémů, které přinášejí. Jsou hlučné, mají negativní dopad na faunu a rotující lopatky způsobují stroboskopické jevy. V Nizozemí každý rok vyřadí desítky tisíc lopatek větrných turbín vyrobených z nerecyklovatelných kompozitních materiálů. Inženýři vyvíjející alternativní typy elektráren se snaží stávajícím problémům vyhnout nebo je alespoň zmírnit. Stále totiž platí, že vítr může být jedním z nejlevnějších zdrojů elektřiny. 

Nové větrné elektrárny bez lopatek mají nižší efektivitu, ale jsou levnější a neohrožují ptactvo. Chceme je?

Jednu z novinek v této oblasti představila španělská firma Vortex Bladeless, která vyvíjí větrnou elektrárnu bez ikonických rotujících lopatek. Technologické řešení Vortex Bladeless odbourává problémy s hlukem, záblesky a riziko střetu s ptactvem. Nový typ elektrárny Vortex má nižší prostorové nároky než klasické větrné elektrárny, což mimo jiné umožňuje větší kumulaci zařízení na jednom místě. Vzhledem k malým prostorovým nárokům by tato elektrárna v budoucnu mohla najít uplatnění i v oblasti individuálního bydlení, na což firma zřejmě poukazuje i právě spuštěnou crowdfundingovou kampaní.

Elegantní tvar elektrárny připomíná obří baseballovou pálku. Energie z kmitů, které vznikají při odtrhávání vírů vzniklých obtékáním větru kolem horní kyvné části. „V lopatkové větrné elektrárně se celková skutečná využitelná energie větru pohybuje mezi 20 % a 38 %. To je podstatně méně než u vodních elektráren, kde celková účinnost přeměny může dosáhnout i více než 90 %,“ říká Stanislav Bouček, který se elektrárnami dlouhodobě zabývá na Českém vysokém učení technickém. Vortex Bladeless má oproti konvenčním větrným elektrárnám účinnost přibližně o třicet procent horší. Zároveň je nutno dodat, že její pořizovací cena je zhruba o polovinu nižší, a to zejména díky použití menšího množství materiálu.

Výrobce neuvádí, kterou z několika možných metod se elektřina generuje, ale můžeme předpokládat, že zařízení využívá jevu elektromagnetické indukce, při kterém se elektrické napětí vytváří v cívkách změnou magnetického toku, který prochází cívkami. Změn magnetického pole potřebných k tvorbě elektrické energie je možné docílit i kmitáním, jehož iniciátorem je v případě Vortex Bladeless právě vítr.

Horní kyvnou část je nutné vytvořit z lehkých materiálů, s dobrou pružností a zpracovatelností, proto je Vortex Bladeless převážně ze skleněných a karbonových vláken. (zdroj: vortexbladeless.com)

„V dnešní době, kdy je na trhu řada poměrně levných, silných a teplotně odolných permanentních magnetů, není problém generovat elektrické napětí pomocí jejich pohybu kolem vodičů, výstupní proud usměrnit a ve střídači vytvářet požadované napětí a frekvenci pro elektrizační soustavu,“ doává Bouček ohledně využití běžně využívaného principu jevu elektromagnetické indukce. „Problém nastává až při sladění vlastních mechanických kmitů s rychlostí větru tak, aby zařízení pracovalo v rezonanci, a tím s co největší účinností,“ doplňuje k technologickému řešení elektrárny Vortex.

Na světě již vzniklo více alternativních typů větrných elektráren, jedním z nich je stéblová elektrárna od newyorského studia DNA pro město Masdar ve Spojených arabských emirátech. V jednotlivých dutých „stéblech“ z uhlíkových vláken, vysokých zhruba padesát pět metrů, se nacházejí piezoelektrické destičky, které se vlivem ohýbání „stébla“ na vnitřní straně ohybu stlačují a vytvářejí elektrické napětí potřebné pro rozsvícení diod (LED) umístěných v horní části „stébel“. Diody mění barvy, intenzita světla roste  se silou větru. Elektrárna tak vytváří úchvatnou světelnou show. Aby elektrárna byla nejen efektní, ale i efektivní, je ve spodní části stébla pomocí elektromagnetické indukce generována elektřina dodávaná do sítě. 

1203  pružných tyčí vytváří světelnou show. Když prší, mohou tyče jímat vodu do zásobníků. Projekt řeší i problémy spojené s nedostatkem vody v pouštních oblastech. (zdroj: atelierdna.com)

Další alternativu představuje komínová elektrárna, která se pohybuje na pomezí solární a větrné elektrárny. Využívá rozdílné hustoty vzduchu, která je závislá na rozdílu teplot ve spodní a vrchní části komínu. V polouzavřených rozlehlých prostorech umístěných kolem paty komína ohřívají sluneční paprsky pomocí skleníkového efektu vzduch, který po ohřátí stoupá vzhůru obřím komínem, a roztáčí tak turbíny v patě elektrárny. Komínová elektrárna má velmi vysoké prostorové nároky, proto se hodí převážně pro pouštní oblasti. Její výhodou je kontinuálnější provoz, který zajišťují zařízení akumulující tepelnou energii ohřívající vzduch i v případě nedostatku slunečního svitu.

Kde se nehodí komínová ani stéblová, může přijít vhod elektrárna létající. Její větrná turbína je uchycená na lanech, a tudíž nemá pevnou konstrukci. Může být značně efektivní, ale je limitovaná silou větru. Při slabém větru má podobně jako papírový drak problém s udržením potřebné výšky, navíc se její použití nedoporučuje v letových zónách.

Létající větrná turbína či obří komín jsou dalšími alternativními zařízeními na výrobu elektrické energie. (zdroj : altaerosenergies.com, sbp.de)

Jak nasvědčují zmíněné příklady, jde vývoj alternativních zařízení kupředu. V naší zemi však nejnovější ani tradiční větrné elektrárny zrovna na růžích ustláno nemají. „Potenciál větru je v České republice podceňován. Podle nejnovější studie Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd ČR by větrné elektrárny, které jsou u nás nejlevnějším zdrojem elektřiny vůbec, mohly zajišťovat až třetinu domácí spotřeby elektřiny, a to při respektování zásad ochrany přírody a krajiny. Tato studie přitom počítá pouze s klasickými větrnými elektrárnami, takzvanými vrtulemi. Možnosti větrné energetiky se tak s těmito novými typy větrných elektráren ještě zvyšují. Smutným obrázkem ovšem je, že nedávno schválená Státní energetická koncepce ČR tato fakta zcela ignoruje a namísto toho činí z ČR fosilně-jaderný skanzen, který ani nestojí za návštěvu. Česká republika se ve své politice zasekla v minulém století,“ popisuje aktuální tuzemskou situaci František Marčík z analytického centra Glopolis, které se mimo jiné zabývá i otázkami energetiky a klimatu.

Pro využívání větrné energie hovoří skutečnost, že menší či větší proudění se nachází téměř všude kolem nás. Stačí si vybavit jízdu po eskalátorech z metra. Pokud by se umístila zařízení na výrobu elektrické energie z větru do těchto míst, bylo by možné získávat energii například na jejich osvětlení. Vždy je ale třeba uvážit, zda se investice spojené s výstavbou a údržbou vyplatí a zda nenaruší ráz prostoru či ostatní technologická zařízení.

Ve světě vzniká řada projektů využívajících větrnou energii. Patří mezi ně projekty francouzského ateliéru CMJN a mladého polského studia mode:lina. (zdroj: maxidesign.cz, worldchanging.com)

„Větrnou energii nelze z fyzikálních důvodů přeměnit na elektrickou s takovou účinností jako například u energie vody, je však „zadarmo“. Zároveň je prakticky neovladatelná a místy nepředvídatelná, to s sebou nese jisté problémy, jako jsou například mediálně známé přetoky energie z elektráren z baltského pobřeží přes Českou republiku, které ohrožují stabilitu naší přenosové soustavy. Tyto problémy v menším měřítku generují i naše větrné elektrárny, které v lokálních distribučních soustavách zvyšují požadavky zejména na regulaci napětí,“ podotýká Stanislav Bouček.

Částečným řešením tohoto problému může být ukládání elektrické energie například do mechanické energie v setrvačnících nebo do tlakové energie v tlakových nádobách. Obě varianty si však nesou značná omezení. Jak podotýká František Marčík, vypadá budoucnost ukládání elektrické energie o něco slibněji: „V oblasti akumulace se v poslední době, zejména v souvislosti s německou energetickou transformací, dávají věci do pohybu, jak ukazuje například společnost Tesla či výrazný rozvoj firem vyrábějících akumulátory malého a středního rozsahu.“ A Stanislav Bouček z ČVUT dodává: „Novější způsoby akumulace skýtají například takzvané indukční supravodivé akumulátory, které umožňují uchovat v obvodu přímo elektrický proud o vysokých hodnotách. Jejich nevýhodou je energie potřebná na udržování aktivní části akumulátoru v prostředí s teplotou blížící se absolutní nule Kelvinů. Tyto akumulátory jsou vzhledem k rychlosti reakce vhodné především pro datové sklady, jejich použití bylo vyzkoušeno i v energetice.“

Touha využívat energii z obnovitelných zdrojů provází lidstvo odpradávna. Energie větru se využívala pro pohánění mlýnského kola, později i k získávání elektřiny, vždy ale šlo o zásah do životního prostředí. Zatímco větrné či vodní mlýny považujeme za romantický odkaz doby, větrné elektrárny či vodní díla veřejnost často vnímá negativně, například kvůli změně panoramatu či poměrů v krajině. Naše společnost se už ale bez elektrické energie neobejde. A i když se větrné elektrárny mohou zdát málo efektivní, představují současná technická díla, která jsou ve svébytném a do jisté míry i kontrastním kontaktu s přírodou.

31. 5. 2015 Text: Jan Petrš, architekt a konzultant Knihovny materiálů matériO, koláž: Barbora Tögel, zdroj fotky: Vortex Bladeless

Komentáře

PŘEDMĚTAUTORDATUM
K situaci a výhledu v ČR red 1.6.2015 16:09
Re: K situaci a výhledu v ČR Ondřej 2.6.2015 15:43
Re: Re: K situaci a výhledu v ČR Tereza Lišková 3.6.2015 13:43

Zobrazit vše Zobrazit vybrané Vložit příspěvek




© Copyright 2013 Happy Materials, s.r.o.
Obsah časopisu je chráněn autorským zákonem.
Kopírování a šíření článků včetně fotografií bez souhlasu vydavatelství je zakázáno.
Design © Helena Jiskrová
Tvorba webu: NETservis s.r.o.