O.S.E.L. - Větrné elektrárny včera, dnes a zítra
 Větrné elektrárny včera, dnes a zítra
Větrné turbíny se staly zdrojem elektřiny s nejrychlejším růstem instalovaného výkonu i produkce elektřiny. Podívejme se, jaká je současnost i budoucnost využití větrné energie a její potenciál ve světě i v Česku.

Turbína Jamese Blytha z roku 1895 (zdroj wikipedie).
Turbína Jamese Blytha z roku 1895 (zdroj wikipedie).

Větrnou energii využívá lidská civilizace už od nepaměti. V posledních desetiletích se staly větrné turbíny druhým nejužívanějším obnovitelným zdrojem hned po těch vodních. První větrnou turbínu pro výrobu elektřiny postavil v roce 1887 profesor James Blyth ve Skotsku. Jeho deset metrů vysoké zařízení dobíjelo akumulátory, které se využívaly pro osvětlení jeho chaty. Zhruba ve stejné době postavil větrnou turbínu i Charles F. Brush v Clevelandu v Ohiu. Jednalo se o klasické „americké“ větrné kolo s mnoha listy. Během zimy na rozhraní let 1887 a 1888 instaloval turbínu s průměrem rotoru 17 m, namontovaném na věži o výšce 18 m. Skládal se ze 144 paprskovitě uspořádaných listů z cedrového dřeva. Výkon zdroje 12 kW při 500 otáčkách za minutu byl využíván buď k dobíjení systému akumulátorů nebo pro osvětlení a pohon různých zařízení v Brushově laboratoři. O tři roky později v roce 1891 instaloval svou větrnou turbínu Poul la Cour, který byl vynálezcem a učitelem v dánském městečku Askov. Ta se podobala více klasickému mlýnu s nižším počtem listů. Měřil a studoval účinnost a vlastnosti systému při různém počtu listů a v různých podmínkách. Dokonce řešil i akumulaci energie pomocí elektrolyzéru a výroby vodíku, který využíval v lampách vlastní konstrukce.

 

V průběhu následujícího období se s rozvojem elektrifikace a elektrické sítě vyvíjely postupně různé typy větrných turbín, které uspokojovaly rozdílné typy potřeb. V čele vývoje bylo právě Dánsko, kde měl Poul la Cour řadu následovníků. Zlom v rozvoji a širší využití lze datovat do čtyřicátých let dvacátého století. V té době soupeřily elektrárny se dvěma a třemi listy. Výkony turbín se pohybovaly většinou mezi 50 až 70 kW. Ale již v roce 1941 byla ve Vermontu v USA sestrojena unikátní turbína s výkonem 1000 kW.

Turbíny v dánském městečku Askov, které vybudoval Poul la Cour (zdroj stránky muzea Poula la Coura).
Turbíny v dánském městečku Askov, které vybudoval Poul la Cour (zdroj stránky muzea Poula la Coura).

Na jedné straně se jednalo spíše o menší modely, které mohly s využitím akumulátoru nebo v součinnosti s jiným zdrojem elektřiny zásobovat v ostrovním režimu osamělá místa mimo síť. Na druhé pak o stále větší modely, které dodávaly elektřinu do zvětšující se elektrické sítě. Dnes se využívají turbíny od výkonů velmi malých až po výkony několika megawatt.

 

Hlavní zlom v intenzitě jejich využívání nastal v důsledku ropné krize v sedmdesátých letech a postupného přechodu k využití moderních lehkých, avšak velmi pevných materiálů. Pokrok v této oblasti výrazně zlepšil efektivitu i ekonomičnost těchto zařízení. Opravdu bouřlivý rozvoj pak nastal v osmdesátých a zvláště devadesátých letech minulého století. Začínají se stavět i velmi rozsáhlé větrné farmy. Budují se nejen na pevnině, ale i v pobřežních vodách, a to ve stále větších hloubkách. Na jedné straně to vede k zvýšeným nákladům na instalaci a vlivem koroze způsobené mořskou vodou i na údržbu, na druhé se však získává mnohem lepší koeficient využití výkonu.

Ještě na začátku devadesátých let byl sumární výkon větrných turbín velmi malý, teprve v roce 1996 dosáhl hodnoty 6,1 GW, na konci roku 2015 už 432,4 GW. V roce 2016 se instalovalo celkově 54,8 GW a na začátku roku 2017 tak byl celosvětově instalovaný výkon 486,7 GW. Na počátku 21. století se větrné zdroje stávají těmi, u kterých roste instalovaný výkon nejrychleji. Obrovskou jejich výhodou je, že mají široké rozpětí možných výkonů. Je možné je využívat jako decentralizované místní zdroje, zároveň však i jako velké centrální zdroje, které se ovšem dají budovat postupně po jednotlivých turbínách a tím se snižuje investiční riziko.

 

Vlastnosti větrných turbín.

Instalace turbíny mořské farmy Sand Bank (zdroj Vattenfall).
Instalace turbíny mořské farmy Sand Bank (zdroj Vattenfall).

Současné větrné turbíny patří kromě těch velmi malých většinou k zařízením s horizontální osou a mívají obvykle tři listy vrtule. Elektrárna se tak skládá z ocelového tubusu, který může obsahovat spodní železobetonovou část. Na jeho vrcholu je otočně uložená gondola, v ní je osa a ložisko rotoru a systém natáčení gondoly a listů. V současné době vyráběné velké větrné elektrárny mají „pitch“ regulaci, která umožňuje kontinuální nastavování listů změnou úhlu náběhu. To dovoluje reagovat na změnu větrných podmínek a požadovaných parametrů provozu turbíny.

 

Počet otáček bývá mezi 10 a 22 za minutu a obvodová rychlost může dosahovat až 320 km/hod. Třílistová konstrukce je pro větší turbíny konstrukčním optimem. Při větším počtu listů by hmotnost strojovny, nesoucí vícelisté kolo, byla příliš velká. Také tlak větru působící na listy vícelistého rotoru by byl velmi velký a trubkový stožár by musel být velmi silně dimenzován. Kromě většího namáhání by se projevila i větší hlučnost zařízení. Vícelisté rotory se tak využívají jen u velmi malých strojů.

 

Instalace turbíny mořské farmy Sand Bank (zdroj Vattenfall).
Instalace turbíny mořské farmy Sand Bank (zdroj Vattenfall).

Pro konstrukci vrtulí se využívají lehké a odolné materiály, sklolamináty, epoxidové pryskyřice a různé kompozitní materiály. Velikosti turbín jsou dány jejich předpokládaným využitím. Může jít o

 

- mikroelektrárny o výkonu do 2 kW a průměru rotoru do 2 m. Ty se využívají typicky pro napájení (dobíjení baterií) u odlehlých zařízení či jako doplňkový zdroj energie u menších budov a lze je umístit například na budovy či stožáry sloužící primárně k jiným účelům,

- malé větrné elektrárny o výkonu do 50 kW a průměru rotoru do 15 m. Mají význam jako lokální zdroj energie například pro odlehlá místa bez připojení k síti (typicky v kombinaci s dalšími zdroji a/nebo baterií). Vzhledem ke svým rozměrům se umisťují již spíše na samostatně stojící stožár, výjimečně i na budovy,

- střední větrné elektrárny o výkonu do 300 kW a průměru rotoru cca do 35 m. Tyto mají relativně omezené využití, například jako doplňkový zdroj pro zásobování odlehlých lokalit, jako jsou menší ostrovy a podobně,

- velké větrné elektrárny výkonu nad 300 kW. Ty tvoří v současnosti zcela dominantní segment větrné energetiky a slouží jako zdroje energie v rámci velkých elektrických sítí.

Efektivitu využití turbíny omezuje Betzovo pravidlo, které na základě fundamentálních fyzikálních principů určuje, že větrná turbína může v ideálním případě využít 59,3 % energie větru. U reálných i nejmodernějších turbín existují různé další ztráty a současná zařízení dokáží dosáhnout hodnot mezi 70 až 80 % limitu z Betzova pravidla.

Závislost výkonu na rychlosti větru pro turbínu WWD-3 o výkonu 3 MW, která je nejvýkonnější u nás využívanou, a to v elektrárně Pchery (zdroj manuál turbíny WWD-3)
Závislost výkonu na rychlosti větru pro turbínu WWD-3 o výkonu 3 MW, která je nejvýkonnější u nás využívanou, a to v elektrárně Pchery (zdroj manuál turbíny WWD-3)

Rotor turbíny se většinou začne otáčet při rychlosti větru přesahující 2 až 5 m/s (7 až 18 km/h). Pak s rychlostí větru roste postupně i výkon elektrárny, nejdříve velmi rychle. Při rychlosti větru zhruba mezi 10 až 14 m/s (36 až 50 km/h) dosáhne výkon maxima a jeho zvyšování nepokračuje. Většinou u rychlosti 20 až 25 m/s (75 až 90 km/h) se turbína vypíná a nastaví se do polohy, v níž je riziko poškození co nejmenší. I tak silnému větru odolají jen do jisté limitní rychlosti, která se pro jednotlivé typy pohybuje v rozmezí od 40 do 72 m/s (144 až 259 km/hod).

 

Postupně dochází k optimalizaci geometrie listů k docílení maximální účinnosti a snížení hluku. Součástí moderních turbín je softwarová optimalizace regulace a nastavení jejich provozu. Začínají se využívat lasery, které měří parametr větru několik stovek metrů před gondolou a podle jejich měření se optimalizuje nastavení gondoly a listů.

Koeficient využití výkonu (kapacitní faktor), který ukazuje nakolik je v průběhu roku využíván instalovaný výkon, se pohybuje mezi 15 až 50 %, ale velmi silně závisí na geografických podmínkách. Velmi dobré bývají na otevřených pláních, případně mořském pobřeží, či na oblých holých hřebenech hor. Ještě lépe jsou na tom většinou turbíny instalované v mořích.

Optimální geografické podmínky tak jsou ve specifických místech. Pokud chceme větrnou energii využívat v co největší míře, musíme budovat co nejvíce větrných turbín právě v těchto oblastech. Ty se pak doplňují turbínami v méně vhodných větrných podmínkách, ale v blízkosti míst spotřeby. V současné době se tak staví velké větrné farmy, které obsahují desítky, stovky a v budoucnu možná i tisíce turbín. Jejich vzdálenost ve větrných parcích, které pokrývají plně nějaké území, by měly být mezi šesti až desetinásobkem průměru jejich rotoru. U opravdu velkých farem se udává ekonomicky optimální vzdálenost až 15 průměrů rotoru. Naopak u menších větrných farem, zvláště pokud je dostupné území limitované, jsou vzdálenosti mezi turbínami menší, typicky pětinásobek průměru rotoru. V případě umístění do řady kolmo k převládajícímu větru jsou často optimální odstupy pouze okolo trojnásobku průměru rotoru.

Hlavně u mořských větrných farem je třeba řešit optimální vyvedení výkonu ze všech turbín. V tomto případě jsou většinou jednotlivé turbíny připojeny kabely k transformátorové stanici, která se jako součást farmy také nachází v moři. V ní se nižší napětí, například 34,5 kV, produkované větrnými turbínami mění na vyšší hodnoty, většinou mezi 132 kV až 400 kV, vhodné pro transport na větší vzdálenosti (u farem vzdálených od pobřeží se k tomuto účelu často využívá stejnosměrného proudu). Elektřina se pak podmořskými kabely přivádí na pevninu. Pro tyto účely se budují speciální plošiny či dokonce umělé ostrovy. Ty mohou být připojeny více vedeními do různých míst a dodávat elektřinu podle potřeby střídavě do různých oblastí.

 

Turbína Vestas V164-8.0 MW s výkonem 8 MW (zdroj MHI Vestas Offshore Wind).
Turbína Vestas V164-8.0 MW s výkonem 8 MW (zdroj MHI Vestas Offshore Wind).

Stále větší turbíny

Pro velké farmy na pevnině i v pobřežních vodách se v současné době začínají uvádět do provozu stále větší turbíny. V letech 2014 až 2017 instalovala společnost Innogy ve své větrné farmě Zuidwester v Nizozemsku dvanáct nových větrných turbín firmy Enercon, které jsou největšími na pevnině. Nahradily staré turbíny, které zde vyráběly elektřinu od začátku osmdesátých let. Každá z nich má výkon 7,5 MW a výšku 200 m. Gondola je ve výšce 135 m, na ní je umístěn generátor o hmotnosti 220 tun a listy rotoru o průměru 127 m. U zařízení na pevnině je velikost elektráren často limitována uděleným povolením či problémy s dopravou extrémně velkých komponent. Zvláště, když se jedná o hůře dostupná místa bez možnosti využití lodní dopravy, ať mořské nebo říční.

Přesto je i na pevnině stále patrný trend k růstu velikosti větrných elektráren. Zejména v méně větrných či lesnatých oblastech je možno díky zvětšení výšky elektrárny dosáhnout podstatného zvýšení její efektivity. Například v Německu se proto typická výška nyní plánovaných elektráren pro nejbližší roky pohybuje mezi 200 a 250 m při průměrech rotoru mezi 120 a 160 m. Samotný výkon těchto elektráren přitom neroste tak výrazně, typické hodnoty jsou okolo 3 až 4 MW. Díky tomu je možné i v relativně málo větrných oblastech dosahovat využití výkonu okolo 30 %.

Ještě větší výkony mají turbíny v mořských větrných farmách. Doposud měly typické projekty turbíny o výkonu 3,6 MW a výšce 145 m. V současnosti největší je turbína Vestas V164-8.0 MW s výkonem 8 MW, která má na výšku celkově 195 m. Řada firem pracuje na ještě větších zařízeních hlavně pro mořské farmy. Předpokládají, že pro off-shore projekty budou mít již v blízké době turbíny o výkonu 13 až 15 MW. Podle výsledků pět let trvajícího evropského výzkumného projektu UpWind, který se zabýval aspekty spojenými s vývojem extrémně velkých větrných turbín, technicky lze dosáhnout výkon až 20 MW při průměru rotoru asi 250 m.

K dalšímu zlepšení efektivity velkých větrných turbín by mohl přispět model se dvěma rotory na společné hřídeli. Jeden rotor je umístěn klasicky na čelní straně gondoly, zatímco druhý je na její zadní straně. Rotory se otáčejí v souhlasném směru a jsou vůči sobě posunuty o 30˚, což je úhel umožňující nejvyšší možné využití větru i na zadní straně. Prototyp takové elektrárny vyvíjí společnost Airgenesis. Do roku 2020 chce mít prototyp turbíny s výkonem 11 MW.

 

Větrná farma Power County v Idaho (USA), severní část má 7 turbín a jižní 11 turbín o výkonu 2,5 MW. (Zdroj U.S. Department of Energy).
Větrná farma Power County v Idaho (USA), severní část má 7 turbín a jižní 11 turbín o výkonu 2,5 MW. (Zdroj U.S. Department of Energy).

Větrné farmy na pevnině

První větrnou farmou byla Crotched Mountain na jihu amerického státu New Hampshire. Fungovala od roku 1980 až do roku 2008. Její celkový výkon byl 0,6 MW a tvořilo ji 20 turbín o výšce 18 m a výkonu 30 kW.

V průběhu necelých čtyřiceti let pak byl postaven na vhodných místech velký počet větrných farem se stoupajícím počtem turbín o stále větším výkonu. Zaujímají sice rozsáhlé plochy až stovky čtverečných kilometrů, ale půda mezi nimi může být zemědělsky využívána. Výběr místa je velmi důležitý, v případě pevninských farem ovlivňuje profil terénu a jeho pokrytí vegetací množství dostupné větrné energie.

V současné době jsou největší pevninské farmy v Číně, Indii a USA. Vůbec největší je čínská farma Gansu se současným výkonem 6800 MW, celkově by měl mít výkon 20000 MW v roce 2020. Další v pořadí jsou také čínské. Větrná farma Zhang Jiakou má výkon 3000 MW, Urat Zhongqi (Bayannur City) má 2100 MW, Hami výkon 2000 MW a Damao Qi (Baotou City) pak 1600 MW. Výkon 1000 MW a více má ještě dalších pět větrných farem. Z nich jedna je v USA, další v Indii a zbývající tři v Číně. I z tohoto přehledu je vidět, že Čína v současné době velkým větrným instalacím dominuje. Je však třeba poznamenat, že zde narážíme na problém definice jedné farmy. Zvláště v případě Číny jde často spíše o celý regionální systém s více navazujícími farmami.

Problémem je, a právě u Číny se to projevuje hodně dramaticky, že vhodné větrné podmínky jsou často ve velkých vzdálenostech od obydlených a průmyslových oblastí. Důležitá je tak výstavba vedení mezi farmami a obydlenými a průmyslovými celky. Velká část vyrobené elektřiny vyrobené větrem se tak nyní maří, kvůli tomu, že kapacita existujících vedení nestačí.

 

Mořská větrná farma Baltik 2 firmy EnBW má 80 turbín s výkonem 3,6 MW, celkový výkon tak je 288 MW. (Zdroj EnBW).
Mořská větrná farma Baltik 2 firmy EnBW má 80 turbín s výkonem 3,6 MW, celkový výkon tak je 288 MW. (Zdroj EnBW).

Větrné farmy v pobřežních vodách

Možnosti realizace větrných farem na pobřeží (on-shore) mohou být omezené a stále více se jich tak staví ve vodě (off-shore). Mořské farmy v pobřežních mělčinách těží z výhody lepších větrných podmínek. Koeficient ročního využití výkonu tak u nich bývá vyšší než u systémů na pevnině. Obvyklé hodnoty se pohybují mezi 30 až 45 %. Výstavba navíc není limitována nutností omezení vlivu na okolní osídlení. V blízkosti nejsou obyvatelé, kteří by proti turbínám protestovali. Výstavbě tak nebrání princip NIMBY (Not In My Back Yard – ne na mém dvorku). Jistým omezením však může být, že mohou narušovat navigaci a provoz lodní dopravy. Výhodou je také, že velmi rozměrné komponenty velkých turbín lze dopravovat po vodě. Jejich transport na pevnině je často velmi problematický. Nevýhodou je nutnost efektivní ochrany samotných turbín i komponent využívaných pro transport elektřiny na pevninu před agresivní slanou vodou. Odhady životnosti mořské větrné farmy se liší v rozmezí dvacet až čtyřicet let. Podle dosavadních zkušeností z provozu těch nejstarších zařízení postavených v devadesátých letech lze předpokládat tu vyšší hranici - třicet let a více.

 

Budování mořské větrné farmy Dan Tysk s 80 turbínami o výkonu 3,6 MW (zdroj Vattenfall, foto Paul Langrock).
Budování mořské větrné farmy Dan Tysk s 80 turbínami o výkonu 3,6 MW (zdroj Vattenfall, foto Paul Langrock).

Dánsko bylo v čele budování větrných turbín na pevnině a brzy začalo pociťovat nedostatek vhodných volných míst. První off-shore farma Vindeby tak byla vybudována v blízkosti dánského pobřeží u ostrova Loland a elektřinu do sítě začala dodávat v roce 1991. Jedenáct turbín s výkonem 450 kW bylo na základy instalováno už v zkompletované podobě. Jeho celkový výkon byl 5 MW. Ověřilo se na nich, že off-shore turbíny mají zhruba o 20 % vyšší výrobu než stejné stroje na pevné zemi. Začátkem roku 2017 ukončila po více než čtvrt století provozu tato větrná farma provoz, když se její další provozování ukázalo být neekonomické. Celkově vyrobila 243 GWh elektrické energie, což znamená koeficient využití zhruba 22 %.

 

První vyřazení off-shore farmy bylo zahájeno již začátkem roku 2016. Tehdy zahájila firma Vattenfall likvidaci elektrárny Yttre Stengrund v Baltském moři u jihovýchodního pobřeží Švédska. Pět větrných turbín NEG Micon NM 72/2000 o výkonu 2 MW mělo celkově výkon 10 MW. Začaly dodávat elektřinu v roce 2001 a po patnácti letech bylo rozhodnuto o jejím uzavření. Jeho důvody byly ekonomické i technické. Typ větrných turbín byl jeden z nejstarších a celkem jich bylo vyrobeno pouze 50 kusů. Shánění náhradních dílů a vysoké náklady případného vylepšení vedly k jejímu zavření. Firma Vattenfall si v tomto případě ověřila metody rozebrání off-shore turbín. Šlo o úplnou likvidaci včetně betonových základů a kabelů, které je připojovaly.

 

Budování mořské větrné farmy Dan Tysk (zdroj Vattenfall).
Budování mořské větrné farmy Dan Tysk (zdroj Vattenfall).

Větrné farmy v pobřežních vodách se intenzivně budují právě u evropského pobřeží Baltského moře a Severního moře. Největší instalované kapacity mořských off-shore větrných turbín má Velká Británie a Německo. Největší větrnou farmou je London Array ve Velké Británii, která má 175 turbín Siemens SWT-3.6-120 a tedy celkový výkon 630 MW. Elektřinu dodává od roku 2012. Druhou je Gemini Wind Farm v Holandsku s celkovým výkonem 600 MW, která má 150 turbín Siemens SWT-4.0 a do provozu byla uvedena v roce 2017. Na třetím místě je Gode Wind v Německu, která má celkový výkon 582 MW a je tvořena 97 turbínami Siemens SWT-6.0-154. Do provozu se dostala také v roce 2017. Celkový výkon přes 500 MW mají ještě farma Gwynt y Môr ve Velké Británii se 160 turbínami SWT-3.6-107 a celkovým výkonem 576 MW, která byla uvedena do provozu v roce 2015. Ve Velké Británii je také farma Greater Gabbard s výkonem 504 MW, která má 140 turbín stejného typu a do provozu byla uvedena v roce 2012. V budoucnu by je všechny měla překonat off-shore farma DONG Energy Hornsea Project ONE, která se buduje na yorkshirském pobřeží v hloubkách mezi 20 až 40 m. Ta by měla mít 174 turbín s výkonem 7 MW a její celkový nominální výkon by měl dosáhnout až hodnoty 1,2 GW. Intenzivní rozvoj větrných turbín v pobřežních vodách však nastal i v Číně.

 

Budování mořské větrné farmy Dan Tysk (zdroj Vattenfall, foto Paul Langrock).
Budování mořské větrné farmy Dan Tysk (zdroj Vattenfall, foto Paul Langrock).

Řada podniků se začala na instalace v pobřežních vodách zaměřovat. Jde například o firmy, které mají zkušenosti s podmořskou těžbou a mají tak vybavení i pracovníky určené pro práci v moři. V oblasti turbín pro tyto účely dominují firmy Siemens, Vestas, Senvion a Adwen (společný podnik firem AREVA a Gamesa pro mořské instalace).

 

Úplně nové koncepty

Mořská větrná farma Dan Tysk (zdroj Vattenfall, foto Paul Langrock).
Mořská větrná farma Dan Tysk (zdroj Vattenfall, foto Paul Langrock).

Dalším rozšířením možností výstavby větrných turbín na moři jsou plovoucí turbíny. První takovou instalací byla elektrárna Siemens s výkonem 2,3 MW, průměrem rotoru 82 m a výšce gondoly nad hladinou 65 m. Postavena byla v Severním moři v oblasti mezi norským Stavangerem a skotským Aberdeenem v roce 2009 a během prvního celého roku provozu měla koeficient ročního využití 36 %. V daném místě je hloubka moře 220 m.

 

V současné době (2017) zahajuje v této oblasti u pobřeží Peterhead ve skotském Aberdeenshire budování první plovoucí větrné farmy Hywind norská ropná společností Statoil. Zatímco u pevně zakotvených větrných turbín je optimální hloubka mezi 20 až 50 metry, je u plovoucích turbín možná instalace i ve vodách s hloubkou mezi 100 až 700 metry. A uvažuje se i o hloubkách větších.

Jde o pět turbín s výkonem 6 MW, které zaujímají plochu 4 km2 a jsou vzdáleny 25 km od pobřeží Peterhead. Průměrný vítr v těchto místech Severního moře je okolo 10 m/s. Pilotní projekt umožní ověřit možnosti takových zařízení, které významně rozšiřují plochy, kde se větrné turbíny mohou budovat. Jsou předpoklady, že vlivem postupného zaplňování vhodných lokalit na pevnině i v plytkých pobřežních vodách poroste zájem o tyto technologie.

 

Provozování větrné farmy Dan Tysk (zdroj Vattenfall).
Provozování větrné farmy Dan Tysk (zdroj Vattenfall).

Nestandardní a zatím exotická zařízení se plánují i pro pevninu. Velice zajímavé by v budoucnu mohlo být využití létajících větrných turbín, které by byly vynášeny do velkých výšek nad 600 m, kde vanou stabilnější a silnější větry. Plošná hustota výkonu větru by zde mohla být až několikanásobkem hodnot i u nejvyšších pozemských turbín.

 

O reálných projektech se začalo uvažovat v osmdesátých letech a doposud se testovalo několik prototypových strojů. Většinou to však bylo pouze na zemi a ve vzduchu pouze ve formě technologických zkoušek. Možným zařízením je systém, který rotor využívá nejdříve jako vrtuli k dosažení velký výšek a poté se vypíná a začíná fungovat jako větrná turbína. Pro vynášení mohou být využitý i balóny nebo systém podobný draku nebo padáku. Vyrobená elektřina je na zem transportována kotvícím kabelem. Značným problémem může být možné ohrožení leteckého provozu a následky pádu. Proto se spíše uplatní nad mořem.

Zatím nejdále se snad dostala společnost Altaeros Energies v Bostonu zaměřená na vývoj ve vzduchu se vznášejících plošin pro telekomunikace, dálkový průzkum, výzkum vývoje atmosféry i výrobu elektřiny pomocí větru. Ta využila v roce 2012 balón naplněný héliem pro vynesení standardní turbíny Skystream s rotorem 3,7 m a výkonem 2,5 kW.

Do vývoje v této oblasti se intenzivně zapojuje řada společností a mezi nimi například i známé firmy Google a E.ON. Je součástí jejich aktivit v oblasti obnovitelných zdrojů. Jejich cílem je zatím dokončit a otestovat plně funkční prototyp.

 

Jaké jsou podmínky pro využití větrné energie?

První plovoucí větrná farma Hywind (zdroj Statoil).
První plovoucí větrná farma Hywind (zdroj Statoil).

Využití větrných turbín vyžaduje vhodné geografické podmínky. Velmi důležité je tak znát co nejpodrobněji větrné podmínky území. Právě na jejich základě je pak možné plánovat umístění větrných elektráren. Pro Českou republiku mapy větrných podmínek vytváří Ústav fyziky atmosféry AV ČR.

 

Výchozím parametrem pro posuzování potenciálu větrné energie v nějakém místě je hustota výkonu větru, tedy výkon, který bychom získali využitím veškeré kinetické energie větru proudící jednotkovou plochou kolmou na směr proudění. Zásadní význam má rychlost větru díky tomu, že se při výpočtu výkonu vyskytuje ve třetí mocnině. Relevantní je rychlost větru v ose rotoru. Při posuzování kvality jednotlivých míst z hlediska využití pro produkci větrné elektřiny se zavádí několik pojmů. Prvním je klimatologický (teoretický) potenciál větrné energie. Ten je určen pouze hustotou výkonu větru ve výšce typické pro osu turbíny. Vhodné pro využití se pak označují většinou taková území, kde je hustota výkonu větší než mezní. Jednodušším vhodným kritériem je překročení mezní hodnoty průměrné roční rychlosti větru v dané výšce, velice často se využívá 100 m, což je výška osy rotoru současných velkých turbín. Pro efektivní využití pro produkci je vhodné mít průměrnou rychlost větru vyšší než 6 m/s. To neznamená, že se nedají využívat lokality s nižší rychlostí, ale ty mají daleko horší podmínky v síti pro konkurenci s větrnými zdroji v místech s větší rychlostí větru a také jinými zdroji.

 

Průměrné rychlosti větru v České republice. Podle autorů mapy je v ní však ze současné perspektivy mírná tendence k nadhodnocování hlavně v oblasti Českomoravské vrchoviny [2] (Zdroj Ústav fyziky atmosféry AV ČR).
Průměrné rychlosti větru v České republice. Podle autorů mapy je v ní však ze současné perspektivy mírná tendence k nadhodnocování hlavně v oblasti Českomoravské vrchoviny [2] (Zdroj Ústav fyziky atmosféry AV ČR).

Ještě důležitější je technický potenciál větrné energie, který je určován celkovým nominálním výkonem a celkovou roční výrobou elektřiny z větrných turbín, které odpovídají současnému stavu technologií s využitím klimatologického potenciálu. A to s respektem k zákonným a dalším podmínkám pro jejich výstavbu a provoz. Jde například o dodržení vzdálenosti od obytných budov, infrastrukturních staveb a respektování ekologických, ochranářských a památkových omezení. Zde se promítá technologický vývoj, který například může umožnit využívání i míst s menší rychlostí větru. Technický potenciál se tak v čase mění. Pro realističtější odhad se zavádí realizovatelný větrný potenciál, ten se získá redukcí technického potenciálu korekčním faktorem, který však nelze stanovit exaktním postupem. Korekce se snaží zahrnout vliv kapacity distribučních sítí, postoje veřejnosti a zastupitelstev obcí, výsledků řízení EIA, průběhu územních řízení a stavebních povolení a mnoha dalších okolností.

 

Průměrná rychlost větru v Německu. Je vidět zásadní rozdíl mezi severem a jihem.

Pokud se podíváme na větrnou mapu Česka, vidíme poměrně velice malou rozlohu území s průměrnou rychlostí větru vyšší než 6 m/s a jejich rozdrobenost. Místa s průměrnou rychlostí větru vyšší než 7 m/s jsou pak ojedinělá a umístěná na horských hřebenech.

 

Pokud se podíváme na větrnou mapu Německa, je vidět, že je naše situace odlišná od stavu na severu Německa, kde území s průměrnou rychlostí větru vyšší než 6 m/s a dokonce přesahující 7 m/s pokrývají spojitě rozsáhlé plochy. Naše situace je naopak podobná situaci v Bavorsku, a právě ono je velmi dobou referencí, jak by se mohla situace s využíváním větru u nás vyvíjet v podmínkách intenzivní podpory tohoto zdroje.

 

Území s dostatečným větrným potenciálem dle [1,2], zhruba odpovídající průměrné rychlosti větru ve výšce 100 m nad 6 m/s, a chráněná území. (Zdroj Ústav fyziky atmosféry AV ČR).
Území s dostatečným větrným potenciálem dle [1,2], zhruba odpovídající průměrné rychlosti větru ve výšce 100 m nad 6 m/s, a chráněná území. (Zdroj Ústav fyziky atmosféry AV ČR).

Podmínky podobné těm na severu Německa panují na celém pobřeží Severního a Baltického moře i v některých dalších evropských přímořských oblastech. Podstatně lepší podmínky jsou pak například na větrných pláních nebo horských hřbetech v USA a Číně. To je jedním z důvodů, proč jsou právě Čína, USA, Německo, Velká Británie nebo Čína v čele využívání větru.

 

Současný stav větrné energetiky

Po desetiletích kralování Dánska mají v současné době největší instalovaný výkon v Číně, USA, Německu a Velké Británii. V Evropě dosáhl na začátku roku 2017 instalovaný výkon 153,7 GW a během roku 2016 se instalovalo 12,5 GW nových turbín. Z toho 10,9 GW bylo instalováno na pevnině a 1,6 GW na moři. Podívejme se na některé příklady států s velmi rozvinutou produkcí větrné elektřiny.

Čína se stává největším producentem větrné elektřiny a také nejrychleji roste její instalovaný výkon větrných turbín. V roce 2016 instalovala 19,3 GW výkonu a dosáhla na začátku roku 2017 celkového výkonu 149 GW. V roce 2016 vyrobila celkově 241 TWh elektřiny. Čína má ve větru obrovský potenciál, rozsáhlé větrné a málo osídlené oblasti jsou ideální pro budování velkých větrných farem. Velký výkon ve vodních zdrojích umožňuje reagovat na fluktuace větrných zdrojů. Problémem je v propojení a elektrická síť, které by umožnily přepravu elektřiny do vzdálených průmyslových oblastí. Problémy s transportem značně snižují koeficient ročního využití výkonu, který je nyní jen lehce přes 20 %. Čína potřebuje nutně snížit emise škodlivin ve městech hlavně na průmyslovém východním pobřeží. Proto intenzivně podporuje budování nízkoemisních zdrojů. Po vodních zdrojích je právě vítr spolu s jádrem hlavní komponentou ekologizace čínské elektroenergetiky.

Spojené státy stavěly už v osmdesátých a devadesátých letech obří větrné farmy v průsmycích mezi pobřežím Pacifiku a vnitrozemím. Koncem roku 2016 byl instalovaný výkon okolo 82,2 GW a v roce 2016 vyrobily větrné turbíny 226,5 TWh, což bylo 5,55 % z vyrobené elektřiny v USA. Největší instalovaný výkon má větrný Texas, který je druhým největším a nejlidnatějším státem USA. V roce 2016 překročilo 18 států instalovanou kapacitu ve větru 1 GW. Ve 14 státech produkuje vítr více než 10 % elektrické energie. V Iowě to bylo 36,6 %. Průměrný roční koeficient využití výkonu je v USA okolo 32 %. Největší větrnou farmou je Alta Wind Energy Center v Kalifornii, která má výkon 1548 MW. Díky přírodním podmínkám mají Spojené státy velmi vysoký potenciál zejména na pevnině, ale i v pobřežních vodách, podobně jako v případě Číny u hustě zalidněného východního pobřeží. Rozvoj mořských větrných farem může být v USA zpomalován rozsáhlými možnostmi stavět levnější systémy na pevnině.

 

Větrná farma Alta Wind Energy Center (AWEC) v Kalifornii (zdroj power-technology.com).
Větrná farma Alta Wind Energy Center (AWEC) v Kalifornii (zdroj power-technology.com).

Dánsko je příkladem země, ve které se vyrobí největší podíl elektřiny z větru. Ve velmi větrném roce 2015 to bylo 42 % její spotřeby (49 % dánské produkce elektřiny), když Dánsko z větru vyrobilo 14,1 TWh. Celkový instalovaný výkon v té době byl 5,1 GW. Což reprezentuje průměrný roční koeficient využití výkonu 32 %. Byla to jedna z prvních zemí, které začaly větrnou energetiku rozvíjet. Výhodou Dánska je, že jde o zemi, která celá leží na pobřeží moře a velká její část je poloostrovem. Vanou zde tak velmi stabilní a silné větry. Mají velice dobré podmínky na pevnině, ovšem ještě lepší v pobřežních vodách. Zaplnění vhodných míst na pevnině přispělo k tomu, že se Dánsko stalo i průkopníkem intenzivního rozvoje větrných turbín v pobřežních vodách. Dánsko si v roce 1985 zakázalo zákonem rozvoj jaderné energetiky. Podmínky pro rozvoj fotovoltaiky jsou vzhledem ke geografické poloze omezené, stejně jako možnosti produkce elektřiny z domácí biomasy. Z nízkoemisních zdrojů tak zde má významný potenciál právě jenom vítr. Dánsko tak chce i v budoucnu větrnou energetiku rozvíjet. Schváleny byly dvě velké větrné farmy v pobřežních vodách. Horns Rev 3 s výkonem 400 MW v severním moři a Kriegers Flak s výkonem 600 MW v Baltickém moři blízko hranic s Německem. Poslední bude mít navíc propojení s kapacitou 400 MW s Německem přes německou větrnou farmu Baltik 2, čímž se posílí propojení s Německem.

 

Jedna z nejmodernějších mořských větrných farem (zdroj Vattenfall).
Jedna z nejmodernějších mořských větrných farem (zdroj Vattenfall).

Dánsko může těžit z výměny elektřiny se sousedy. Dánský instalovaný výkon ve větrných zdrojích tak značně překračuje jeho potřeby. V době větrného počasí Dánsko vyváží kvanta větrné elektřiny, v dobách s nízkým prouděním vzduchu naopak velké množství elektřiny dováží. Výhodou je dobré propojení Dánska se Skandinávií, která díky své velké kapacitě vodních elektráren částečně funguje jako velká baterie pro vyrovnávání výchylek v produkci větrné elektřiny, a řadou dalších sousedů. Je však třeba zmínit, že i tak má Dánsko dosti značný podíl produkce ze spalování fosilních zdrojů a dovezené dřevní hmoty, překračuje v současné době 40 % produkce. Dále má silně fluktuující, ale relativně velmi vysokou hodnotu čistého importu elektřiny. Problémem může být, že v dobách s velmi dobrými větrnými podmínkami je v regionu obecně přebytek elektřiny a nízké její ceny. Střední jednotková cena vyvezené větrné elektřiny je tak nižší než cena dovezené elektřiny. Tato situace se postupně zhoršuje, jak i sousedé Dánska zvyšují výkony svých větrných zdrojů. V budoucnu by to tak mohl být velký problém, který by vymazal vliv snižujících se cen větrných instalací.

 

Dánsko je jeden z největších producentů větrných turbín, tento obor je jednou z významných částí jeho exportu. Největší podíl výroby zde mají firmy Vestas a Siemens, přičemž právě Vestas je dlouhodobě největším výrobcem větrných elektráren na světě. Investice z minulých dob, kdy bylo Dánsko průkopníkem větrné energie, se tak nyní jeho ekonomice bohatě vracejí.

Jedním z hlavních nástrojů německé Energiewende byla podpora připojení obnovitelných zdrojů k síti a stanovení zaručené ceny výkupu elektřiny (tzv. „feed-in“ tarify) a povinnosti výkupu elektřiny z nich. To způsobilo velmi rychlý rozvoj produkce elektřiny z větrných zdrojů hlavně v rovinatém přímořském severu Německa. Na konci roku 2016 tak už byl instalovaný výkon 50,0 GW, produkce byla v tomto roce trochu nižší než ve velmi větrném roce 2015, i tak dosáhla téměř 78 TWh, což představovalo 17,8 % celkové produkce německé elektřiny. Reprezentuje to tak průměrnou hodnotu koeficientu ročního využití zhruba 18,2 %. U mořských instalací se průměrný koeficient ročního využití blíží 30 %. Vítr je hlavním nízkoemisním zdrojem, na kterém je postavena německá Energiewende. Výstavba větrných turbín tak má velmi intenzivní podporu, která postupně přechází k podpoře určované pomocí aukcí. Ta pomáhá snížit velikost dotovaných cen elektřiny z větru. Jde o jediný z obnovitelných zdrojů, jehož instalovaný výkon i produkce v Německu stále rychle rostou. V první polovině roku 2017 to bylo o 3,2 GW. Instalovaný výkon ve větru se tak blíží úrovni průměrného potřebného momentálního výkonu zdrojů elektřiny.

 

Čínská větrná farma v oblasti Xinjiang (foto Chris Lim).
Čínská větrná farma v oblasti Xinjiang (foto Chris Lim).

V nejbližší budoucnosti lze v důsledku tohoto vývoje narazit na dva velké problémy. Prvním je velký nedostatek vedení, které by transportovalo elektřinu z větrného severu na průmyslový jih. Na severu je nejen v Německu velký přebytek větrného výkonu a stále roste. Na jihu naopak elektřina chybí a nelze ji tam přepravit. Dochází tak k velké nestabilitě. Druhý problém, který s předchozím souvisí, nastane pro turbíny, které ztratí podporu. Ta je nastavena na dvacet let. Začala v roce 2000 a to i pro turbíny postavené před tímto datem. V roce 2020 tak přijdou o podporu turbíny o celkovém výkonu zhruba 4,5 GW. K roku 2002 mělo Německo již téměř 12 GW instalovaného výkonu ve větrných elektrárnách. Stejné množství výkonu proto přijde nejpozději v roce 2022 o podporu výroby elektřiny. Pokud se podmínky nezmění, budou se muset tyto zdroje uplatňovat na trhu s elektřinou a tam jsou ceny nízké. Zvláště v době, kdy je ideální větrné počasí. Je tak možné, že se tyto zdroje odstaví a nově postavené tak budou muset z části nahrazovat výkon odstavovaných.

 

Pro Česko je nejzajímavější situace v Bavorsku, které je svou polohou, geografií, vysokou hustotou obyvatel a průmyslovým charakterem nám nejbližší. V této německé spolkové zemi byl na konci roku 2016 instalován ve větru výkon 2,2 GW s celkově více než tisíci turbín. V roce 2016 bylo instalováno 124 turbín s výkonem okolo 340 MW. V Bavorsku jsou horší podmínky pro využití větru než na severu Německa. Navíc je zde vysoká hustota obyvatel a jejich poměrně silný tlak proti výstavbě. To vedlo k přijetí tzv. zákona 10H, který nedovoluje bez souhlasu obyvatel stavět turbíny do vzdálenosti desetinásobku její výšky od obydlených budov. Takové pravidlo poměrně radikálně omezilo místa možné výstavby, pokud se nevyjedná souhlas obyvatel.

 

Jak v České republice?

V současné době je nejdéle fungující větrná turbína na Hostýně (foto Daniel Baránek).
V současné době je nejdéle fungující větrná turbína na Hostýně (foto Daniel Baránek).

Nejstarší větrná elektrárna, o které se našly zmínky, byla z roku 1910. V třicátých a čtyřicátých letech dvacátého století se u nás objevovaly malé elektrárničky sloužících v objektech bez přístupu k elektrické síti. S rozvojem elektrifikace a sítě postupně zanikly. Také později šlo o velmi výjimečné a malé projekty. První elektrárna se jmenovitým výkonem přes 10 kW se objevila u Bánova na pomezí Moravy a Slovenska v roce 1988. Zařízení Windane 12/35 s dvoulistým rotorem mohlo dosáhnout výkonu 35 kW, ale v daném místě jej kvůli větrným podmínkám nedosahovalo.

 

Nejstarší v současné době fungující větrná elektrárna v Česku je turbína VESTAS V27 s jmenovitým výkonem 225 kW, která byla instalována v roce 1994 na vedlejším vrcholu hory Hostýn vedle rozhledny v nadmořské výšce 735 m. Průměrná rychlost větru v dané lokalitě je pro danou výšku turbíny 5,9 m/s. Zmíněného jmenovitého výkonu dosáhne elektrárna při síle větru 14,4 m/s. Minimální rychlost větru potřebná pro zapnutí elektrárny je 3,5 m/s. Výška stožáru je 30 m a průměr rotoru 27 m. Roční produkce elektřiny se pohybuje mezi 300 až 400 MWh (koeficient využití mezi 15 až 20 %). Zásobuje elektřinou církevní areál na Sv. Hostýně, který tak je tímto mediem i vytápěno.

Jde o jedinou větrnou elektrárnu ve Zlínském kraji. Ten je relativně malý a značně kopcovitý s poměrně ostrými zalesněnými vrchy. Což není moc vhodná krajina pro větrné systémy. Vhodné jsou rozsáhlé větrné pláně nebo oblé holé vrchy. Dalším problémem je, že nejvhodnější podmínky jsou v chráněných územích a také postoj veřejnosti při stavbě v relativní blízkosti obydlí je negativní.

Největším českým větrným parkem je v současné době Farma větrných elektráren Kryštofovy Hamry na hřebeni Krušných hor, která využívá právě oblý holý hřeben hor. Komplex patřící německé společnosti Ecoenerg Windkraft GmbH, do provozu byl uveden v roce 2007 a v té době měl 21 turbín s celkovým výkonem 42 MW, později se k nim přidaly ještě čtyři stroje v lokalitách Dolina a Rusová. Farma je v nadmořské výšce 800 až 850 m, kde je ve výšce použitých turbín průměrná rychlost větru 7,2 až 7,5 m/s. Instalované turbíny mají výšku gondoly 78 m průměr rotoru 82, celková výška elektrárny je 119 m. Vypínací rychlost větru je 28 až 34 m/s. Jmenovitý výkon je 2 MW.

 

Větrná elektrárna Pchery (zdroj EP ENERGY).
Větrná elektrárna Pchery (zdroj EP ENERGY).

Většina velkých větrných elektráren u nás využívá jednotky se jmenovitým výkonem právě okolo 2 MW. Největší turbíny využívá větrná elektrárna Pchery, která byla uvedena do provozu v roce 2008. Zde jsou dvě jednotky WinWinD – WWD3 s výkonem 3 MW, výškou osy rotoru 88 m a průměrem rotoru 100 m.

 

Celkový instalovaný výkon větrných elektráren v Česku se blíží 300 MW (2014 – 283 MW) a roční produkce pak dosáhla 0,5 TWh, což je zhruba 0,6 % produkce elektřiny a 0,7 % její spotřeby u nás. V roce 2015 tuto hodnotu díky velmi větrnému průběhu roku v této části Evropy výroba elektřiny z větru u nás poprvé překročila. Koeficient využití větrných zdrojů je tak u nás zhruba okolo 20 %. Je vidět, že relativní příspěvek větrné výroby elektřiny je v Česku velmi malý. Studie Ústavu fyziky atmosféry AV ČR, ke které se podrobněji ještě dostaneme, ukazuje další potenciál pro stavbu větrných zdrojů. Je však dost omezený. Značná jeho část je také na hřebenech pohraničních hor v chráněných územích.

Na omezené možnosti ukazuje i příklad Bavorska. To má velmi podobné geografické i další podmínky pro tento typ zdroje a je součástí německé Energiewende, která vytváří velmi silný tlak na budování obnovitelných zdrojů. Přesto zde dosahuje produkce větrných turbín okolo 4 % procenta celkové potřeby elektřiny. Je sice skutečností, že se zde narazilo na silný odpor obyvatel vůči výstavbě velkých turbín v blízkosti lidských sídel. Nelze však předpokládat, že by u našich obyvatel byl postoj k výstavbě větrných zařízení příznivější.

Turbínu WinWinD – WWD3 používá i větrná elektrárna Pchery (zdroj WinWinD).
Turbínu WinWinD – WWD3 používá i větrná elektrárna Pchery (zdroj WinWinD).

Dalším omezujícím faktorem pro využívání větrné energie u nás se stává vysoký instalovaný výkon těchto zdrojů v sousedním Německu. Zpravidla je v době dobrých větrných podmínek u nás velmi podobná situace i v Německu. Tam se pak produkují velké přebytky větrné elektřiny, které se uplatňují i u nás a cena na trhu s elektřinou v té době je tak velmi nízká. Naše instalace mohou těžko konkurovat farmám vybudovaným na větrném mořském pobřeží na severu Německa. Tento problém bude třeba řešit pro libovolné větrné instalace u nás, které budou dodávat elektřinu do sítě. Výhodné tak zůstanou pouze decentralizované instalace v blízkosti spotřeby pokrývající právě místní požadavky a například se zdrojem využívajícím místní odpadní biomasu mohou vzájemným doplňování vytvářet téměř ostrovní režim.

 

 

Zmíněné důvody, hlavně odpor obyvatel a místních samospráv, a také zrušení dotací do cen elektřiny z větrných elektráren způsobil prakticky zastavení výstavby nových instalací a stabilizaci celkového výkonu v posledních letech na úrovni zmíněných zhruba 280 MW. Jistou vlaštovkou, která by mohla znamenat změnu, je dokončovaná farma Václavovice u Hrádku nad Nisou, který by měl být hotový v říjnu 2017. Bude mít 13 turbín s celkovým výkonem 26 MW a instalovaný výkon by v České republice měl překročit 300 MW.

Jelikož jde o nejnovější instalovaný systém turbín u nás, je zajímavé se podívat na jeho parametry. Předpokládaná průměrná roční výroba je 52 GWh, což při výkonu 26 MW předpokládá průměrný roční koeficient využití výkonu 22,8 %. Jde o hodnotu, která velice dobře odpovídá reálným možnostem u nás. Investiční náklady se uvádějí v sumě 1,1 miliardy korun. Předpokládaná životnost 20 let. Čistě v investičních nákladech je tak cena pro jednu MWh na hodnotě 1058 Kč.

I když i v budoucnu nejspíše bude počet instalovaných zařízení v Česku omezený, je velmi důležité, aby se v tomto oboru pohybovaly a uplatňovaly české firmy. Naštěstí několik z nich dokáže své výrobky dostat na trhy v Německu a severských zemích. Jde například o firmu Wikov, která vyrábí převodovky pro větrné elektrárny. Významným subdodavatelem je i firma CEBES a.s.. Tubusy a rámy velkých větrných elektráren vyrábí firma SIAG CZ s.r.o. v Chrudimi, což je česká dcera německé firmy SIAG. Malé větrné elektrárny vyrábí i firma AERPLAST s.r.o., která se zaměřuji na hybridní a ostrovní systémy. To jsou jen příklady některých úspěšných podniků.

 

Technický a realizovatelný potenciál větru v Česku

Malá větrná elektrárna AP300 o výkonu 300 W (zdroj stránky Aeroplast s.r.o)
Malá větrná elektrárna AP300 o výkonu 300 W (zdroj stránky Aeroplast s.r.o)

Velice podrobnou studii potenciálu větru vypracovali odborníci z Ústavu fyziky atmosféry AV ČR. Ve své studii z roku 2007 oceňují technický potenciál větru u nás na 29 GW a 71 TWh. Vychází z větrné mapy, která je na obrázku. Je třeba zmínit, že podle jejich sdělení v aktualizaci studie v roce 2012 tato mapa mírně rychlost větru nadhodnocuje zvláště v oblasti Českomoravské vrchoviny. Oblastmi s největším větrným potenciálem jsou právě oblast Českomoravské vrchoviny, Nízkého Jeseníku a Krušných hor. I po započtení korekcí způsobených technologickým rozvojem turbín a uvedené korekci mapy zůstal odhad technického potenciálu v aktualizaci z roku 2012 zhruba stejný, mírně sice poklesl celkový výkon, ale předpokládaná roční výroba zůstala stejná.

 

Je třeba připomenout, že technický potenciál ukazuje maximální možný rozvoj větrné energetiky při úplném využití současných technických možností a respektování platných legislativních omezení. Plné využití ovšem je z velké části nereálné a je tak třeba určit realizovatelný potenciál. Toto určení však není exaktní, výsledek se může pohybovat v dosti velkém intervalu a je velmi silně ovlivněn odhadem budoucích společenských i ekonomických podmínek v tomto odvětví.

Velice fundované odhady realistického potenciálu větru u nás provedli stejní autoři v analýze z roku 2008 a v roce 2012 jej v již zmíněné studii aktualizovali. Posuzovali tři scénáře. Nízký scénář, který se předpokládá v případě, že podmínky v daném odvětví nebudou příznivé. V tomto případě byl realistický potenciál větru v hodnotách instalovaného výkonu 991 MW a ročního objemu vyrobené elektřiny 2,4 TWh. Roční využití výkonu se v tomto případě odhaduje na 27,6 %. Ve středním scénáři se předpokládá podpora veřejnosti i státu větrné energii, instalování větrných zdrojů nebudou kladeny zásadní překážky. V tomto případě se v realistickém scénáři dospělo k výkonu 2,5 GW a hodnotě roční výroby 5,6 TWh. Vysoký scénář předpokládá velmi vysokou podporu a potřebu těchto zdrojů. V tomto případě obdrželi autoři výkon 6,0 GW a roční výrobu 14,7 TWh. Při aktualizaci se autoři soustředili na střední scénář, který považovali za nejpravděpodobnější. Aktualizované hodnoty jim vyšly 2,3 GW výkonu a roční produkce 5,9 TWh. To reprezentuje koeficient ročního využití větrných turbín 29,3 %. Je třeba připomenout, že střední koeficient ročního využití současných větrných zdrojů v Česku je okolo 20 %. Je jasné, že větší modely turbín a další technologický pokrok je posune výše, v opačném směru bude působit potřeba využívat i méně příznivé lokality. Je tak otázkou, jestli v odhadu není hodnota koeficientu ročního využití výkonu příliš optimistická.

Svou interpretaci popsaných studií vypracovala za účasti jejich hlavního autora v roce 2015 Komora obnovitelných zdrojů. Ta z nich odvozuje dva scénáře. První označovaný jako konzervativní odpovídá střednímu scénáři ve studii ovšem se snížením některých redukčních faktorů. Dostává se tak hodnota instalovaného výkonu 3,1 GW a roční výroby elektřiny pak 9,8 TWh. Druhý optimistický scénář odpovídá vysokému scénáři ve studii pracovníků Ústavu fyziky atmosféry AV ČR se zvýšenou roční produkcí elektřiny. Instalovaný výkon je v ní 5,8 GW a roční produkce 18,29 TWh.

Pokud vezmeme scénáře, které jsou v současné aktualizaci Státní energetické koncepce, předpokládá zelený scénář v roce 2050 s roční výrobou 4,5 TWh a ve vybraném scénáři se předpokládá výroba 2,3 TWh. Zelený scénář se tak blíží střednímu scénáři popisovaných studií a vybraný tomu nízkému.

Srovnání některých scénářů, tak jak je ukázáno ve studii Komory obnovitelných zdrojů.
Srovnání některých scénářů, tak jak je ukázáno ve studii Komory obnovitelných zdrojů.

Ve studiích z roku 2007 a 2012 byly také odhady vývoje větrné energetiky v následujících letech. Pokud je srovnáme s reálným průběhem, který jsme popsali v předchozí části, je třeba konstatovat, že i ty, které autoři považovali za pesimistické, se nakonec ukázaly být příliš optimistickými. V roce 2017 jsme na hodnotě instalovaného výkonu 0,3 GW a roční výrobě zhruba okolo 0,5 TWh.

 

 

Je možné, aby se podmínky pro vítr změnily v pozitivním směru tak, aby se dosáhlo alespoň středního scénáře ve studii? Základní problém tkví ve faktu zdůrazněném ve studii: „Základním důvodem pro výstavbu VtE je výnos vyplývající z prodeje vyrobené elektřiny do elektrické sítě. Tento výnos závisí jednak na větrných podmínkách lokality a použité technologii, jednak na prodejní (výkupní) ceně za jednotku vyrobené elektřiny.“ Současné nedotované ceny elektřiny dodávané do sítě jsou mnohem nižší, než nutné pro zaplacení investice do větrné turbíny. Je sice možné, že ceny turbín klesnou a jejich efektivita stoupne, ale u systémů ve vnitrozemí to pravděpodobně nebude příliš radikální. Zvláště s uvážením faktu, že náklady na produkci klesají se zvětšováním velikosti turbín. Čím větší však zařízení je, tím je větší pravděpodobnost, že bude obyvatelům v krajině vadit.

Zároveň se ekonomické podmínky pro větrné zdroje u nás budou s růstem instalovaného výkonu v Německu ještě více zhoršovat. Stále více budou právě v době velmi vhodné pro využití větru ceny silové elektřiny velmi nízké nebo dokonce záporné. Bez zaručené ceny přesahující cenu elektřiny na trhu a jejího uhrazení i v době, kdy nebude elektřina z tohoto zdroje potřeba, nemohou naše větrné elektrárny těm německým na mořském pobřeží konkurovat. A žádné snížení nákladů a vylepšení turbín toto nezmění, protože tato zlepšení budou probíhat i u turbín využívaných na severu Německa. S největší pravděpodobností je tak střední scénář z prezentovaných analýz nyní tím nejoptimističtějším realizovatelným. Místa, kde jsou vhodné podmínky v blízkosti spotřebitelů elektřiny a dá se využít výhoda decentralizace a blízkosti zdroje a spotřebitele, jsou v případě větru u nás hodně omezené a nejspíše nestačí k naplnění ani nízkého scénáře.

K integraci velkých mořských farem na severu Evropy do elektrických sítí se plánují vybudovat umělé ostrovy (zdroj Energinet.dk).
K integraci velkých mořských farem na severu Evropy do elektrických sítí se plánují vybudovat umělé ostrovy (zdroj Energinet.dk).

Zatímco ekonomické podmínky pro větrné zdroje u nás vytvářené naším ekonomicky silným sousedem nemůžeme ovlivnit, je možné snížit byrokratické překážky, které budování větrných zdrojů brání. Je třeba také vytvořit rozumný systém, který by umožnil podpořit efektivní projekty v této oblasti v podmínkách deformovaného trhu s elektřinou. Je také nutné informovat širší veřejnost o výhodách i problémech s využíváním větru, aby se vytvářel racionální pohled na tuto problematiku. Určitě by bylo škoda nevyužít potenciál, který v této oblasti je. Současná státní energetická koncepce s tím počítá a bylo by dobře, aby se v této oblasti začalo konečně něco i reálně dělat.

 

 

Poděkování: Děkuji za velmi podnětnou diskuzi a komentáře k článku kolegovi Davidu Hanslianovi.

 

Poznámka: Článek je první z cyklu, který bude rozebírat možnosti jednotlivých energetických zdrojů u nás, a jehož cílem je iniciovat diskuzi o budoucím rozvoji české elektroenergetiky a jeho úskalích i možnostech. Hlavně v souvislosti s tím, že od poslední aktualizace energetické koncepce uplynulo již pár let a v oblasti energetiky se u nás reálně nic moc neudělalo. Zároveň se objevuje řada rizik a tak je velmi důležité udělat si přehled o vývoji a stavu energetiky ve světě i u nás.

 


 

Práce rozebírající potenciál větru u nás:

[1] Hanslian D., Hošek J., Chládová Z., Pop L., Svoboda J., Štekl J. (2007): Určení technického potenciálu větrné energie na území České republiky. Výzkumná zpráva. Ústav fyziky atmosféry AV ČR, Praha, 78s + přílohy.

[2] Hanslian, D., Hošek, J., & Štekl, J. (2008). Odhad realizovatelného potenciálu větrné energie na území České republiky. Ústav fyziky atmosféry AV ČR, Praha, 32s.

[3] Hanslian, D., & Hošek, J. (2012): Aktualizovaný odhad realizovatelného potenciálu větrné energie z perspektivy roku 2012. Ústav fyziky atmosféry AV ČR, Praha, 23s.

[4] Štěpán CHALUPA a David HANSLIAN. Analýza větrné energetiky v ČR. Komora obnovitelných zdrojů energie, březen 2015.

 

Doporučená literatura:

Velice pěkný cyklus článků o větrné energii od Břetislava Koče na serveru TZB.

David Obořil: Větrné elektrárny – princip, rozdělení, elektrárny v ČR

Stránky České společnosti pro větrnou energii


Autor: Vladimír Wagner
Datum:01.09.2017