Vítr se řadí do stejné skupiny energetických zdrojů jako fotovoltaika, tedy zdrojů „obnovitelných“, a dokonce mají oba ve své podstatě stejný původ (obojí má na svědomí slunce), přesto má praktické využití těchto zdrojů jiné zákonitosti, a proto se i jejich instalace a technologie ubírají zcela jinými směry.
Zatímco fotovoltaice se daří relativně dobře v malých i velkých rozměrech a solární panely tak můžete dát na balkon, nebo s nimi pokrýt kilometry čtvereční půdy, větrné elektrárny spíše jen stále nabývají. Výhody velkých rozměrů i výšek, umožňujících využívat silnější proudění, jsou prostě neodolatelné.
V poslední době tak například čínská státní společnost China State Shipbuilding na začátku letošního roku představila komponenty zatím největší a nejvýkonnější větrné turbíny na světě, která je určena pro stavbu v mělkých mořích. Zařízení by mělo dosáhnout výkonu 18 MW a o 2 MW překonat dosud největší větrnou turbínu rovněž pocházející z Číny. Nová elektrárna bude mít 128m lopatky s regulací sklonu, celkový průměr záběru 260 m a plochu záběru 53 000 m2.
Řídicí technologie zajistí flexibilní nastavení nejen lopatek, ale i točivého momentu, celého modulárního převodového ústrojí i generátoru s permanentními magnety. S pomocí lepšího rozložení tlaku konstruktéři očekávají snížení chvění lopatek o asi 10 % a až o 50% pokles úrovně vibrací ve věži a v jejích základech.
Elektrárna, která může za ideálních podmínek dosáhnout roční výroby 74 GWh, by ale především měla významně snížit náklady na výrobu elektřiny z pobřežních větrných farem.
Prototyp vertikální turbíny SeaTwirl © SeaTwirl
Levné, byť ne dost
Cena u tohoto typu jinak štědrého, přesto však do velké míry stále nedostatečně využitého zdroje pochopitelně představuje hlavní problém. Vývojáři, kteří obří větrné elektrárny na moři stavějí, se už však zavazují k cenám pod hranicí 56 eur/MWh. Během letošního roku začne 100 mil od pobřeží severovýchodní Anglie dodávat za tuto cenu elektřinu do sítě větrná farma Dogger Bank, kterou tvoří obří turbíny Haliade X společnosti General Electric s jednotkovým výkonem 13 MW. Farma jich bude mít 300 a každá se bude tyčit 260 m nad hladinu moře.
Předpoklad, že větší větrné turbíny budou vyrábět levnější energii, má dobré teoretické základy. Podle všech modelů je výhodné zvětšovat „větrníky“ i nadále: čím větší jsou, tím efektivnější. Ovšem existuje řada negativ a omezení.
Problémem například je, že se větší turbíny s delšími lopatkami musí otáčet pomaleji. Dlouhé čepele jsou také pružnější a je tak čím dál těžší zajistit, aby lopatky za extrémních větrných podmínek nenarazily do věže turbíny. Limitující jsou také síly působící na turbínu. To je možné řešit zvýšením robustnosti zařízení, což ovšem vede ke zvýšení hmotnosti, potažmo nákladů. Na světě je navíc v současnosti jen velmi málo míst s obrovskými přístavy, plavidly a jeřáby, které mohou bezpečně a spolehlivě operovat daleko od pobřeží.
V určitém bodě se tak zvětšování stává nerentabilním. A jak dokazuje vývoj, dnes je zhruba na hranici 250m průměru. Jaký bude vývoj do budoucna, těžko odhadovat. Hranice se může pomalu posouvat — nebo může přijít nové řešení, které stávající do značné míry nahradí.
Princip řešení revoluční šikmé turbíny společnosti WWW © World Wide Wind
Z horizontály na vertikálu nebo na šikmo
Někteří vývojáři věří, že onou úspěšnou novinkou by mohly být vertikální rotory. Zatím se dají identifikovat dvě hlavní potenciální výhody.
První je jednoduchá konstrukce a nízko umístěné těžiště celého zařízení. Všechny pohyblivé části a elektrické systémy jsou tedy snadno dostupné. To by mohlo výrazně snížit náklady na údržbu především právě u elektráren umístěných moři.
Druhou jsou výpočty, podle kterých budou mít parky složené z vertikálních turbín podstatně vyšší účinnost. Velkým problémem konvenčních větrných farem s desítkami stožárů v mnoha řadách za sebou je účinnost v zadních řadách, která kvůli turbulencím z prvních řad formace výrazně klesá. Turbíny s vertikální osou generují méně turbulencí a za určitých okolností by měly mírně zvyšovat účinnost okolních turbín.
Povolení ke zkoušce takových turbín získal v letošním roce například švédský výrobce SeaTwirl. Stát budou na moři asi 700 m od bývalé rybí farmy Boknafjorden na jihovýchodním cípu Norska. Prototyp plovoucí větrné elektrárny s vertikální osou Sea- Twirl S2X o výkonu 1 MW má v průměru 50 m, výška rotorového listu činí 40 m a optimální provozní hloubka 100 m. [Více viz TT2022/18 — pozn. red.]
Podobný projekt, ovšem založený na odlišné technologii, oznámil také globální energetický a metalurgický gigant Hydro ve spojení s norskou společností World Wide Wind (WWW). Jejich turbína má dvě soustředné lopatkové hřídele, které se otáčejí proti sobě. Lopatky v horní části roztáčejí ve směru hodinových ručiček vnitřní hřídel napojenou na rotor, lopatky umístěné zhruba uprostřed konstrukce roztáčejí vnější hřídel napojenou na „stator“ ve směru opačném. Díky tomu dochází v podstatě ke zdvojnásobení výkonu. Konstrukce podobná řešením protiběžných vrtulových listů některých vrtulníků a letadel navíc do značné míry eliminuje víření vzduchu a tím i vibrace listů a zlepšuje tak také celkovou účinnost. Nezvykle nakloněná, na pontonu plovoucí konstrukce, vyvažovaná umístěním rotoru a statoru pod hladinou, se navíc otáčí ve směru aktuálního proudění větru bez potřeby řízeného, motorizovaného natáčení, čímž ještě posiluje účinnost. Podle WWW v součtu až na trojnásobek výkonu klasické větrné elektrárny obdobné velikosti. Ačkoliv v pilotním projektu, který má být realizován do roku 2026, by měla první taková turbína poskytovat výkon „jen“ 3 MW, o tři roky později už WWW plánuje vystavět plnohodnotnou verzi o výkonu 40 MW. Dlužno dodat, že současné největší klasické větrné turbíny poskytují výkon maximálně 16 MW.