Vertikální vzduchové generátory 02: Větrná energie a její potenciál

7.2.3.1

Vertikální vzduchové generátory 02: Větrná energie a její potenciál

Ing. Bohumil Číhal

Větrná energie je kinetická energie pohybu vzduchových hmot způsobená rozdíly slunečního záření na Zemi. Energie z větru, která je k dispozici pro přepočet do rotační energie, se zvyšuje s kvadrantem síly větru. Úroveň výkonu suchého proudícího vzduchu (atmosférické hustoty 1 225 kg/m³) za normálního tlaku při hladině moře a teplotě 15 °C je:

W = 0,5 × 1,255 × v³  [W/m²],

kde v je rychlost větru v m/s.

To znamená, že pokud se rychlost větru zdvojnásobí, větrná energie se zvýší osmkrát.

Potenciál větru je větší než u slunečního svitu, protože fouká i v noci a především po celou roční dobu. Před návrhem konkrétního větrného zařízení je třeba zajistit analýzu větrného potenciálu, k čemuž slouží v první fázi větrné mapy a tabulky v jednotlivých oblastech. V Česku tyto mapy a údaje z nich uvádí Ústav fyziky atmosféry Akademie věd ČR.

Na následujícím obrázku je mapa všeobecných větrných podmínek či výroby energie malou větrnou elektrárnou ve výšce 10 m nad povrchem. Po kliknutí do mapy či zadání souřadnic se zobrazí podrobná informace o podmínkách ve vybraném bodě (na obrázku vpravo).

Obr. č. 1: Mapa průměrné rychlosti větru UFA AV ČR

Následně je nutno uváděné hodnoty porovnat s místními podmínkami resp. se skutečným měřením na daném místě. Potom teprve přijde na řadu výběr optimální větrné turbíny.

 NahoruMěření větru

Údaje o větrném potenciálu uvedené v úředních databázích jsou zpravidla pro větší výšky, pozorovací stanoviště nepokrývají všechna místa v konfiguraci krajiny a proto nemusí být dostatečnými informacemi pro naše předpokládané využití.

Pro exaktní zjištění intenzity větru se doporučuje po dobu ne méně než dva nebo tři měsíce využít speciálního měřicího zařízení, které bude měřit a zaznamenávat všechna data v šestisekundových intervalech, vždy po dobu 10 minut. Větrné údaje jsou klasifikovány a nahrávány s přesným datem a časem. Pro průběžné informativní měření stačí malý ruční měřicí přístroj.

Obr. č. 2: Ruční přístroj k měření síly větru

 NahoruRoční využití větru

Podstatnou hodnotou, definující účinnost větrného zdroje je koeficient ročního využití, definovaný jako poměr skutečně odvedeného výkonu k teoreticky možnému výkonu zdroje za rok. Jeho hodnota značně závisí na zvolené lokalitě.

Koeficient ročního využití se obvykle vyjadřuje v procentech. V českých podmínkách se pohybuje v mezích 10 až 20 %, pro velmi větrné lokality dosahuje teoreticky až 28 %. Průměrný koeficient ročního využití VTE v ČR je 23 % (v průměru za roky 2015–2020; pro srovnání, u solárních panelů je to kolem 12 %).

 NahoruVolba vhodného místa pro vertikální turbínu

Přestože je turbína s vertikální osou rotoru vhodná i pro nižší rychlosti větru, než vyžadují klasické větrné elektrárny, řídí se výběr vhodného místa pro jejich instalaci v podstatě stejnými pravidly. Nevhodné místo je v závětří stromů nebo budov. Pro dosažení nejlepších výkonů musí být rotor nad zónami vírů vznikajících u stromů a budov.

Obr. č. 3: Příklady umístění turbín

 NahoruVyužití potenciálu větru vertikálními turbínami

Vertikální turbíny patří mezi rychloběžné motory – obvodová rychlost listů rotoru je několikanásobně vyšší než rychlost větru. To klade vysoké nároky na…