Nevídaný rozmach zažívají nyní
větrné elektrárny v České republice.
Cesta k realizaci „větrníků“
je ovšem často značně trnitá –
zřejmě i proto, že jde o záležitost
novou a pro širší veřejnost nesnadno
„stravitelnou“. Informovanost
je stále na poněkud historické
úrovni. „Větrné technologie“ přitom
za posledních pár let zaznamenaly
velký technický pokrok.
Moderní větrné elektrárny mají
s těmi historickými, s nadsázkou
řečeno, jen pramálo společného.
Neškodí proto porovnat parametry
starších strojů (z první poloviny
90. let) s těmi novodobými.
LETA 1990 AŽ 1995
V první polovině 90. let se obvyklý
instalovaný výkon „větrníků“
pohyboval do hodnoty 1 MW. To
představovalo stroje s maximální
výškou osy rotoru do 60 m a průměrem
vrtule do 70 m. Používaly se
dvě technologie omezování výkonu
při vyšších rychlostech, tzv. stall
regulated a pitch regulated. Základním
(klasickým) provedením byly
strojovny se vstupním hřídelem
uloženým na masivních ložiscích.
Tato hřídel byla spojena s nábojem
vrtulových listů a hřídel byla zaústěná
do vícestupňové převodovky.
Na rychloběžné straně převodovky
byl přes pružnou spojku připojen
asynchronní generátor obvykle
s dvouotáčkovým vinutím.
Revolucí v této oblasti byla koncepce
společnosti Enercon, která
vyvinula bezpřevodovkovou větrnou
elektrárnu. Vrtule přímo poháněla
rotor synchronního generátoru
a výstupní napětí z generátoru vstupovalo
do měniče se stejnosměrným
meziobvodem. Na výstupu
měniče byl střídač, který vyráběl
střídavé třífázové napětí, jež se pak
transformovalo na příslušné napětí
vysokonapěťové sítě. Obvyklou
součástí tehdejších větrných elektráren
byla kiosková trafostanice,
která toto napětí transformovala na
úroveň vysokého napětí.
STALL REGULATED
U tzv. technologie stall regulated
se omezování výkonu při vyšších
rychlostech větru dosahovalo speciálním
aerodynamickým návrhem
profilu vrtulového listu. Při vyšších
rychlostech obtékání se vlivem překročení
kritického proudění snižovala
účinnost, čímž se také omezil
výkon. Na koncích listů vrtule byly
otočně uchycené špičky vrtule,
které při natočení o 90° fungovaly
jako tzv. aerobrzdy. Výhodou tohoto
řešení bylo jednoduché uchycení
listů vrtule, které představovalo
i nižší ekonomické náklady. Nevýhodou
byl malý vztlak listů při nízkých
rychlostech obtékání vrtulového
listu. Tento nedostatek se řešil
roztočením vrtule v motorickém
režimu asynchronního generátoru
tak, až bylo obtékání listů vrtule
natolik účinné, že vrtule vytvářela
vztlak a nebylo nutné ji dále motoricky
urychlovat. Uvedený systém
regulace byl doplňován asynchronním
generátorem s dvouotáčkovým
vinutím. Při nižších rychlostech
větru se používaly nižší otáčky, při
vyšších rychlostech větru otáčky
vyšší.
PITCH REGULATED
U této technologie se omezování
výkonu při vyšších rychlostech
větru řešilo natáčením listů vrtule
pomocí hydraulického systému.
Další část technologie – převodovka,
asynchronní generátor – byla
obdobná jako u předchozího provedení
„pitch regulated“. S postupným
nárůstem výkonu nad hodnotu
1000 kW se již používalo dvojité
napájení asynchronního generátoru
pomocí měniče kmitočtu, který
umožňoval regulaci otáček v rozmezí
cca 30 % jmenovitých otáček.
Tento systém regulace otáček se
používá dodnes. Technologie pitch
regulated byla výrobně dražší.
Výhodou však byla skutečnost, že
postupným natáčením listů vrtule
umožňovala rozběh elektrárny pouze
silou větru, což představovalo
úsporu elektrické energie při nižších
rychlostech proudění. Natáčení listů
vrtule je technologie používaná
– v modernější podobě – dodnes.
JAKÁ JE SOUČASNOST
Typickými představiteli nejsoučasnější
technologie jsou větrné
elektrárny o výšce osy rotoru
80 nebo 100 m s pitch regulated
pomocí elektrických vzájemně
nezávislých servopohonů s průměrem
vrtule 70 až 90 m a výkonem
2 až 3 MW. Transformátory napětí
dnes tvoří organickou součást technologie
větrné elektrárny a jsou
umísťované buď přímo ve strojovně
nebo ve spodní části tubusu.
Vzhledem k pokroku ve výpočetní
technice jsou tyto technologie
dokonaleji řízeny a monitorovány,
takže umožňují dosáhnout koeficientu
pohotovosti až 97 % oproti 85
– 90 % z počátku 90. let.
O ENERGETICKÉM PŘÍNOSU
Porovnáme–li větrné elektrárny
z počátku 90. let minulého století
s těmi současnými, dojdeme k několika
zajímavým závěrům. Na ploše
1 km2 by bylo možné (vzhledem
k vzájemnému ovlivňování) umístit
16 větrných elektráren o výkonu 600
kW (typických pro dřívější období).
Ty by v součtu mohly ročně vyrobit
24 000 MWh (1500 MWh každá).
Na stejné ploše by bylo možné
umístit 9 strojů moderních větrných
elektráren o výkonu 2 MW s celkovou
výrobou 46 800 MWh (5200
MWh každá). To představuje zvýšení
energetické výtěžnosti z jednoho
km2 zastavěné plochy na téměř
dvojnásobek při snížení měrných
investičních nákladů. Vzhledem ke
skutečnosti, že vhodných ploch pro
instalaci větrných elektráren ubývá,
je hledisko využitelnosti určitého
území pro stavbu větrných elektráren
velmi významné.
VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY A ČEZ
Nejvýznamnější výrobce elektřiny
v ČR, Skupina ČEZ, má s využíváním
větru značné zkušenosti, které
vytvářejí užitečný podklad pro
budoucí úspěšný rozvoj vlastních
zdrojů větrné energie.
ČEZ provozoval v minulých letech
větrnou farmu v lokalitě Mravenečník
v Hrubém Jeseníku. Na hřebenu
Medvědí hory, která s nadmořskou
výškou 1150 m patří k nejvýše
položeným místům v Evropě, byly
postupně (1993; 1995; 1996) umístěny
tři větrné elektrárny o výkonu
250, resp. 315 kW a 630 kW. Provozovatel
se potýkal se značnými
problémy, jako bylo například
odcizení řídicího systému z dánské
elektrárny, zpřetrhání podzemních
kabelů povodní v roce 1997, dlouhodobé
ladění turbíny EWT 630
kW či odstraňování rezonance
tubusu při určitém rozsahu rychlosti
větru. Zmiňované elektrárny jsou
již odstaveny z provozu.
Další větrné elektrárny Skupiny
ČEZ se nacházejí v lokalitě Nový
Hrádek (okr. Náchod), kde na kopci
s výškou 578 m se v roce 1995
postavily typy EKOV–400 kW. Ani
tato zařízení již nejsou v provozu.
Jednalo se o provozně neodzkoušená
zařízení, když řada problémů
byla odstraňována během montáže
a uvádění do provozu. Mimo jiné
docházelo k významnému „přetáčení“
elektrárny. Postupně se vlastníkem
farmy stala VČE, která provedla
řadu konstrukčních úprav a celkovou
repasi. Začátkem roku 2006
přešla farma pod správu společnosti
ČEZ Obnovitelné zdroje energie,
která připravuje demontáž původních
zařízení a přípravu stavby 2
nových větrných elektráren s nominálním
výkonem každé 2 MW.
Skupina ČEZ začala nyní uvádět
v život své plány dalšího rozvoje
větrné energie – do stavby větrných
elektráren chce v nejbližších
letech investovat 20 mld. korun.
Z technického hlediska by mělo
jít o „větrníky“ o instalovaném
výkonu dvou MW, s odpovídajícími
velikostními parametry (výška
stožáru 100 m, průměr rotoru 90
- 100 m). Další parametry budou
známy teprve po výběru konkrétního
dodavatele zařízení. Snahou je,
aby nová zařízení odpovídala evolučnímu
technologickému vývoji,
kdy se neustále zlepšují jednotlivé
provozní a výkonové parametry
– stroje tak například fungují i při
mírnějším (či naopak silnějším)
větru než dříve.
Přínos větrných elektráren se
bude v dalších letech výrazněji
projevovat s tím, jak poroste cena
paliv pro klasické elektrárny a jak
budou stoupat náklady na každý
vypuštěný kilogram CO2. Ani jeden
z těchto faktorů totiž nebude ovlivňovat
náklady výroby ve větrných
elektrárnách – díky tomu se budou
„větrníky“ stávat ještě více konkurenceschopnými.
VLADIMÍR ČESENEK
ČEZ OBNOVITELNÉ ZDROJE