Veterná energia (Výroba elektrickej energie pomocou vetra)

Veterné turbíny

Moderná veterná turbína vyrába elektrickú enegiu, na rozdiel od jej predkov - veterných mlynov - požívaných najčastejšie na mletie obilia, čerpanie vody, atď.

V roku 1939 bola v štáte Vermont, USA, postavená veterná turbína s výkonom 1.25 MW. Technológie prešli odvtedy vývojom až ku dnešným turbínam, ktoré majú rôzne tvary a výkony od niekoľko wattov (na nabíjanie batérií) až po prototyp s výkonom 5 MW (pre použitie v príbrežnej šelfovej zóne, tzv. "offshore").

Konštrukčne sú najbežnejšie trojlistové typy s vertikálnou osou. Väčšina turbín je schopná meniť orientáciu listovej časti v závislosti od smeru vetra. Veľké veterné turbíny (s výkonom 100 kW a viac) zvyčajne generujú trojfázový striedavý prúd, ktorý prechádza transformátorom, umiestneným pri alebo priamo vo veži turbíny, a zvyšuje napätie na hodnoty okolo 10 000 - 30 000V (v závislosti od potrieb siete). Odtiaľ je elektrina prenášaná v sieti rovnakým spôsobom ako elektrina z iných zdrojov.

Predpokladaná životnosť turbín je 20 až 25 rokov. Počas tohto obdobia má byť schopná pracovať približne 120 tisíc hodín.

Výroba elektrickej energie

Veterná energia má bohatý potenciál v globálnom meradle, pričom ponúka možnosti centralizovanej ako aj decentralizovanej výroby. V EÚ majú najväčší potenciál oblasti v blízkosti Atlantického pobrežia, na Slovensku v horských oblastiach ale aj na Podunajskej nížine (potenciál v nových štátoch EÚ nie je dostatočne zmapovaný). Nové prototypy turbín siahajú na hranicu 5 MW (rotor s priemerom 124 m, uložený na veži vysokej viac ako 100 metrov). Vývoj turbín s vyšším výkonom súvisí so záujmom o budovanie veterných elektrární na morskom šelfe. Motívom budovania príbrežných elektrární na Atlantickom pobreží Európy je tiež snaha vyhnúť sa prieťahom pri lokalizácii zariadení na pevnine.

Európske spoločnosti vyrábajú viac ako 80% celosvetovej produkcie veterných turbín. To sa prejavuje aj vo vysokej miere inštalácií (približne 85% všetkých inštalácií sa nachádza v Európe). Z energie vetra sa každoročne vyrobí 2% európskej elektriny. V Nemecku sa toto číslo blíži ku 5% a v Dánsku až ku 20%.

Inštalovaná kapacita veternej energie v krajinách Európy.

V mnohých európskych krajinách sú prijaté podporné opatrenia na rozvoj veternej energetiky (ako aj iných obnoviteľných zdrojov). Jedným z najúspešnejších je tzv. fixný tarifný systém, založený na stanovení pevnej ceny nákupu vyrobenej veternej energie. Je zakotvený v právnom systéme troch najúspešnejších krajín - Nemecka, Španielska a Dánska. Výkupné ceny v týchto krajinách sa pohybovali v roku 2002 v rozmedzí od 4.8 - 9.0 Eurocentu/kWh v závislosti od krajiny, konkrétnej lokality, doby funkčnosti a ďalších parametrov.

Veterná energetika má veľmi dobrú energetickú a environmentálnu bilanciiu. Emisie CO2, súvisiace s výrobou, inštaláciou a údržbou technológie sa "zaplatia" po troch až šiestich mesiacoch prevádzky. Rovnako externé náklady (teda tie, ktoré nie sú bezprostrednou súčasťou výroby, ale sú spojené s vedľajšími negatívnymi dopadmi) sú výrazne nižšie v porovnaní s energiou z fosílnych palív a jadra.

Úspech pri zavádzaní veternej energie do ekonomického systému tkvie okrem politického rozhodnutia na úrovni vlády a jej podpory, taktiež na aktivite regiónov a podnikateľov, o čom svedčí príklad Španielska. Všetky turbíny inštalované v tejto krajine sú v nej aj vyrobené (častokrát priamo v provincii budúcej inštalácie), čo prináša pracovné príležitosti a rozvoj regiónov.

Náklady a cena energie

Najväčšou jednorazovou investíciou projektu využitia veternej energie je samotná veterná turbína. Môže sa pohybovať v rozmedzí okolo 65-82% celkových nákladov (podľa údajov nemeckého a dánskeho priemyslu). Ekonomicky úspornejšie ako stavba izolovaných turbín je budovanie veterných fariem, ktoré sú vzájomne prepojené a do siete ich pripája spoločné elektrické vedenie.

Investičné náklady na projekt veternej elektrárne.  

V priebehu nasledujúcich 20 rokov sa predpokladá zníženie investičných nákladov o viac ako 40% oproti súčasnosti. Cena vyrobenej energie sa líši v závislosti od mnohých parametrov, z ktorých najdôležitejším je pravdepodobne rýchlosť vetra. Ako príklad možno uviesť, že cena vyrobenej elektriny z vetra na vhodnej lokalite s priemernou rýchlosťou vetra 7 m/s. pri použití 95 kW turbíny v roku 1985 bola 7.7 Eurocentov/kWh, pričom v súčasnosti pri použití 1000 kW turbíny je to menej ako 3.4 Eurocentov/kWh.

Toto zníženie nákladov o viac ako 50% má svoje príčiny. Okrem zníženia výrobných a montážnych nákladov je to aj rozvoj metód na vyhľadávanie vhodných lokalít a pomerne nízke náklady na údržbu a chod turbín (v priebehu životnosti turbín sa tieto náklady zvyšujú z približne 0.5 Eurocentu v prvom roku na 1.1 - 2.25 Eurocentu po desiatich rokoch. Optimistické predpoklady v rámci EÚ hovoria o cene elektrickej energie z vetra v roku 2020 na úrovni 2.3 Eurocentov/kWh.

Rýchlosť vetra

Rýchlosť vetra je najdôležitejším parametrom ovplyvňujúcim množstvo energie, ktoré je turbína schopná vyrobiť. Narastajúca intenzita vetra znamená vyššiu rýchlosť rotora a teda väčšiu produkciu energie. Množstvo vyrobenej energie závisí na tretej mocnine rýchlosti vetra. Z uvedeného vyplýva, že ak sa rýchlosť vetra zvýši dvojnásobne, tak sa výroba energie zvýši osemnásobne.

Príroda nám poskytuje rozdielne poveternostné podmienky, pričom rýchlosť vetra sa neustále mení. Veterné turbíny sú špeciálne stavané tak, aby boli schopné využiť rýchlosti vetra od 3 do 30 m/s. Vyššia rýchlosť by mohla turbínu poškodiť, a preto sú väčšie turbíny vybavené brzdami, ktoré v prípade potreby zastavia otáčanie rotora. Menšie turbíny sú často stavané tak, aby boli schopné využiť aj rýchlosti vetra nižšie ako 3 m/s, pričom niektoré z nich sú riešené tak, že v prípade veľmi silného vetra sa natočia do bezpečnej polohy.