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?
Nové větrné elektrárny bez lopatek mají nižší efektivitu, ale jsou levnější a neohrožují ptactvo. Chceme je?
Výrobce tvrdí, že elektrárna Vortext je schopna pomocí magnetů za běhu optimalizovat frekvenci kmitání, aby se co nejefektivněji využila energii větru. (zdroj vortexbladeless.com)
Výrobce tvrdí, že elektrárna Vortext je schopna pomocí magnetů za běhu optimalizovat frekvenci kmitání, aby se co nejefektivněji využila energii větru. (zdroj vortexbladeless.com)

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

PŘEDMĚT	AUTOR	DATUM
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