Efektivita malých větrných elektráren

V souvislosti s koncepcí lokálního zásobování čistou energií a soběstačností budov se opět zvyšuje zájem o malé větrné elektrárny (VtE). Největší přínos má využití VtE na střeše budov, na menších farmách či na odlehlých lokalitách bez možnosti odběru elektřiny. A to ideálně v kombinaci se solárními zdroji. Efektivita výroby elektřiny VtE záleží hlavně na úrovni výkonových parametrů.

Výtah z článku, který vyšel v časopise Energie 21 č. 5/2020.

K malým VtE obecně patří turbíny s nominálním výkonem menším než 60 kW a s průměrem vrtulí do 16 m. Tato skupina zahrnuje podskupinu s výkonem do 2 až 2,5 kW při průměru vrtulí do 3 m (tzv. mikrozdroje), podskupinu v rozsahu výkonu 2,5 až 15 kW a průměru vrtulí od 3 do 10 m a podskupinu 16 až 60 kW s průměrem vrtulí od 10 do 16 m. První podskupina je určena hlavně pro dobíjení baterií, druhá může sloužit k vytápění nebo temperování domů, pro ohřev vody, případně pro pohon motorů. Třetí podskupina je v současné době v naší praxi zastoupena velmi málo.

Základní parametr, který předurčuje smysluplnost investice do malé VtE, je množství energie, které může elektrárna během svého života vyrobit. Základní fyzikální zákonitosti u malých VtE přitom fungují podobně jako u velkých větrných zdrojů.

Pro konkrétní větrnou elektrárnu bývá definován její jmenovitý (nominální) výkon, který přibližně odpovídá maximální výrobě energie za optimálních podmínek (tedy zpravidla při vysokých rychlostech větru).

Výroba elektrické energie udávaná v kWh, MWh či GWh se zpravidla vztahuje k období jednoho roku (potom jsou jednotky MWh/rok apod.). Poměr mezi množstvím skutečně vyrobené energie a teoretickou výrobou elektrické energie v hypotetickém případě, kdy by elektrárna vyráběla nepřetržitě na úrovni jmenovitého výkonu, se nazývá kapacitní faktor (někdy využitelnost).

V praxi závisí efektivní výroba elektřiny kterékoliv větrnou elektrárnou především na výkonové křivce větrné turbíny (rotoru) a na větrných podmínkách v úrovni rotoru, Tyto parametry lze ovlivnit jen výběrem vhodné lokality. Dalšími faktory efektivity jsou technologie, spolehlivost provozu a velikost ztrát v elektrárně, vedení a při transformacích vyrobené elektřiny.

Výkonová křivka definuje závislost okamžité výroby elektrické energie větrnou elektrárnou na okamžité rychlosti větru v ose jejího rotoru. Typická elektrárna začíná vyrábět při rychlostech větru kolem 3 až 4 m/s, pak výkon prudce roste až do dosažení jmenovitého výkonu, zpravidla mezi 10 až 15 m/s. Při extrémně vysokých rychlostech větru by větrná elektrárna měla být odstavena, aby nedošlo k jejímu poškození. Výkonová křivka je proto ukončena nejčastěji mezi 20 až 25 m/s, v případě malých VtE i níže.

Větrné podmínky pro provoz malé VtE je potřeba sledovat na dvou různých úrovních:

  1. Větrné poměry lokality
  2. Lokální ovlivnění větrných podmínek
  3. Další okolnosti

Výrobu elektrické energie větrnou elektrárnou přesně na úrovni vyplývající z rychlostí větru a výkonové křivky VtE označujeme jako teoretickou. Ve srovnání s ní je reálná výroba elektrické energie z řady důvodů nižší. V prvé řadě může být výroba energie negativně ovlivněna již zmíněnými negativními vlastnostmi proudění jako je vysoká turbulence nebo střih větru. Dále je nutno počítat s energetickými ztrátami ve výrobním řetězci, například při vedení a transformaci elektřiny. A v neposlední řadě lze očekávat, že dostupnost větrné elektrárny pro výrobu energie nemusí být stoprocentní. Příčinami mohou být například poruchy zařízení, problémy s vyvedením výkonu či z jiných důvodů specifických pro danou instalaci, například tvorba námrazy při instalaci malé VtE v námrazové oblasti.

Ašr (Zdroj: AV ČR)

Obrázky:

Malá větrná elektrárna by měla mít rotor nad překážkami. Foto archiv/Energie 21

Zajímavá kombinace Savoniovy a Darrieovy turbíny (Austrálie). Foto archiv/Terradigm

Příklad výkonové křivky malé větrné elektrárny. Zdroj: Energie 21

Ukázka grafu četnosti rozdělení rychlosti a větrné růžice. Zdroj: Energie 21

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *