Větrné elektrárny

Větrné elektrárny

Při odhadu realizovatelného větrného potenciálu je nutno vyloučit zákonem o ochraně přírody a krajiny chráněné oblasti vysočin a v horách, kde však jsou příznivé větrné podmínky (národní parky, chráněné krajinné oblasti, národní přírodní rezervace, okolí národních přírodních památek atd.). Tím se ztrácí cca 60% ploch vhodných pro větrnou energetiku. Další redukce pak vyplývá z nařízení vlády o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací. Větrné elektrárny musí být ve stanovených vzdálenostech od bytové zástavby, vojenských zón, letišť, vysokonapěťových vedení, dálnic, vysílačů, hrází, hranic chráněných krajinných oblastí atd. Zbývá tedy cca 15 až 20% ploch, kde by bylo možno realizovat výstavbu větrných elektráren.

Nevyužitý potenciál je odhadován ve výši cca 1 000 GWh/rok, což při průměrném využití instalovaného výkonu odpovídá možnostem výstavby nových větrných elektráren o celkovém výkonu až cca 500 MW. Lze ovšem očekávat řadu výhrad k umístění větrných elektráren v dotčených lokalitách.

ZdrojInternetový portál Česká společnost pro větrnou energii. (Poslední změna 9.7. 2017).


Výkon VtE lze vypočítat dle vzorce:

Pokud bychom dále pracovali s tímto vzorcem, tak dojdeme k závěru, že výkon VtE je závislý na druhé mocnině průměru rotoru. Pokud bychom dále pracovali s tímto vzorcem, tak dojdeme k závěru, že výkon VtE je závislý na druhé mocnině průměru rotoru.

Větší hodnotu než výpočtový vzorec má obr. 1, kde je jmenovitému výkonu VtE přiřazena průměrná velikost rotoru. Píši průměrná, protože různé typy VtE (dle výrobce) mají různou účinnost a z daného průměru rotoru jsou schopny vytěžit různě vysoké výkony.

Závěr je tedy jasný: Potenciál lokality vhodné pro výstavbu lze efektivně využít pouze použitím moderních strojů s velkými rotory a vyššími stožáry. Jejich efektivitu nelze nahradit ani použitím několikanásobně vyššího počtu malých elektráren a nové typy strojů od renomovaných firem tento trend jen potvrzují.

Typy větrných motorů

Podle aerodynamického principu dělíme větrné motory na vztlakové a odporové.

Nejrozšířenějším typem jsou elektrárny s vodorovnou osou otáčení, pracující na vztlakovém principu, kde vítr obtéká lopatky s profilem podobným letecké vrtuli. Na podobném principu pracovaly již historické v větrné mlýny, nebo tak pracují větrná kola vodních čerpadel (tzv.americký větrný motor). Při stejném průměru rotoru, zásadě platí nepřímá závislost počtu středisko pro obnovitelné zdroje a úspory energie-lopatek a frekvence otáčení. Moderní elektrárny mají obvykle tři lopatky, byly však vyvinuty i typy s jediným nebo se dvěma listy.

Existují také elektrárny se svislou osou otáčení, některé pracující na odporovém principu (typ Savonius) nebo na vztlakovém principu (typ Darrieus). Výhodou elektráren pracujících na vztlakovém principu je, že mohou dosahovat vyšší rychlosti otáčení a tím i vyšší účinnosti. Výhodou je, že je není třeba natáčet do směru převládajícího větru. Elektrárny se svislou osou otáčení se v praxi příliš neuplatnily, neboť u nich dochází k mnohem vyššímu dynamickému namáhání, které značně snižuje jejich životnost.

Měření v synoptických klimatologických termínech

Měření a pozorování v klimatologických termínech se provádějí  v 7, 14, 21 h místního středního slunečního času, který se na 15° východní zeměpisné délky shoduje se SEČ a směrem na východ od 15° východní země pisné délky předchází SEČo 4 min. na každý stupeň zeměpisné délky. Směrem na západ od 15° východní zeměpisné délky je oproti SEČ pozadu o 4 min. na každý stupeň zeměpisné délky. Což znamená, že měření na různých stanicích nejsou současná, pokud se nejedná o stanice ležící na témž poledníku. Jedná se o tzv. mannheimské hodiny, které poprvé mezinárodně zavedla Falcká -meteorologická společnost koncem 18. stol. v Manheimu.

Měření v klimatologických termínech je časově méně náročné a běžné na většině meteorologických stanic, zejména obsluhovaných dobrovolnými pozorovateli - amatéry. Většina stanic je vybavena přístroji pro měření rychlosti.větru, na některých stanicích se však donedávna odhadovala i pomocí Beaufortovy stupnice účinků větru. Směr větru se určuje větrnou směrovkou.Rychlost a směr větru podle pozorování v klimatologických termínech jsou střední hodnoty za období 4 minuty. Ty se skládají ze dvou minutového pozorování před začátkem jiných pozorování a dvou minutového pozorování po ukončení jiných pozorování. Vychází se z předpokladu, že údaje o větru takto prováděnou metodikou jsou shodné nebo velmi blízké údajům za deseti minutovou nepřerušenou dobu, která se používá při synoptických měřeních.Rychlost větru se udává v m/s, směr větru se však na rozdíl od synoptických měření udává v šestnácti dílné číselné stupnici.

Měření anemografem se vyhodnocuje většinou v hodinových intervalech. Vyčíslují se střední
hodnoty rychlosti a směru větru za dobu 60 minut, celkem 24 x denně. S ohledem na tradiční dělení stupnic na anemografech se rychlost udává v km/h a směr větru v šestnácti dílné stupnici jako při měření v klimatologických termín.

Rychlostní profil větru a vliv drsnosti povrchu

V důsledku tření se spodní vrstvy vzduchu pohybují pomaleji. Tento průběh bývá v praxi a proximován mocninnou nebo logaritmickou funkcí. Pro svou zřejmou jednoduchost bývá v inženýrské praxi používán spíše mocninný vztah, který znám i z většiny dostupné literatury a dostatečně dobře vystihuje vertikální profil rychlosti větru ve vrstvě
vysoké až několik set metrů v širokém oboru hodnot vertikálního teplotního gradientu. Pro rovný terén, kde je závislost mezi-rychlostí a výškou ovlivňována pouze drsností povrchu.

Topografie a ortografie

Při výběru lokality má velký vliv tvar terénu. Při proudění vzduchu přes vertikálně členitý terén se v některých místech rychlost proudění zvyšuje a v jiných snižuje. V praxi je obtížné brát v úvahu celou soustavu překážek, ale pro ozřejmě ní je možno brát v úvahu samostatně stojící„ideální“ horu.

Pro výpočty v komplexním terénu byl v ÚFA vyvinut matematický model PIAPBLM, který lze použít pro simulaci složitých modelů. Vhodnou pomůckou je i větrný atlas ČR, který je k dispozici ve formě počítačového programu VAS. Matematicky získané výsledky je doporučeno ověřit dlouhodobým měření v různých výškách nad terénem.

Turbulence a výškový gradient rychlosti

Pro praktické využití energie větru jsou zajímavé výšky 40 - 100 metrů nad zemským povrchem. V tomto rozmezí závisí rychlost větru zejména na tvaru okolního terénu.Čím hladší je jeho povrch, tím vyšší je rychlost větru. Zalesně ná krajina klade větru v přízemní vrstvě odpor, který se projevuje tvorbou turbulencí.Intenzita turbulence i výškový gradient rychlosti jsou velmi závislé na drsnosti a charakteru povrchu v uvažované konkrétní lokalitě a mohou se měnit v průběhu roku.

Jejich přesné určení je výpočtově velmi složité a nepříliš spolehlivé. Lepších výsledků je možno dosáhnout pomocí měření v daném místě v několika výškách nad terénem. Místní turbulenci lze posuzovat zřady hledisek. Mezi běžné způsoby její kvantifikace patří intenzita turbulence, vyjádřená jako střední kvadratická odchylka od průměrné rychlosti větru.

Maximální poryvová rychlost je zaznamenávána Pitot-statickou trubicí s malou setrvačností. Pro konkrétní lokalitu je potřeba odhadnout maximální poryvovou rychlost s jistou vzorkovací periodou. Potřebné vstupní údaje je potřeba získat z hydrometeorologických měření.

Vzhledem k značnému rozmezí výšky, do které zasahují listy rotoru větrné elektrárny, musíme uvažovat i rozdíl rychlostí proudění vzduchu případně turbulence v celém tomto rozmezí.Základním ovlivňujícím faktorem je drsnost povrchu určená sumou účinků jednotlivých překážek. Nad překážkami vznikají turbulence, které mizí postupně v závislosti na vzdálenosti od překážky. Parametr drsnosti povrchu je možno interpretovat jako efektivní výšku elementů drsnosti na zemském povrchu.

Námrazky

Nezanedbatelným rizikovým faktorem specifickým zejména pro pohoří na severu naší republiky je výskyt námrazy.

Zdroj: Internetový portál Česká společnost pro větrnou energii. (Poslední změna 9.7. 2017).