Nové veterné turbíny, ktoré pribudli v roku 1998, zvýšili celkový inštalovaný výkon veternej energetiky na celom svete na 9600 megawattov, čo je dvojnásobok tohto parametra spred troch rokov. Ich odhadovaná produkcia v roku 1999 je 21 miliárd kilowatthodín elektrickej energie, dostatok pre 3,5 milióna rodinných domov. Veterná energia je momentálne najrýchlejšie rastúcim zdrojom energie.
Veterná energetika sa tak isto stala jedným z najrýchlejšie expandujúcich odvetví priemyslu, s obratom v roku 1998 približne 2 miliardy USD. Vietor tak vytvára tisíce pracovných miest v čase, keď zamestnanosť v priemysle v mnohých krajinách klesá.
Expanzia veternej energie v roku 1998 bola šírená hlavne z Nemecka, ktoré inštalovalo 800 MW, zvyšujúc tak svoju kapacitu nad 2800 MW. Nemecký veterný priemysel, ktorý má len 7 ročnú históriu, už vyrába toľko elektriny, ako dve tamojšie najväčšie uhoľné elektrárne. Spolková krajina Schleswig-Holstein na severe Nemecka, s dobrými veternými podmienkami, získava 15% svojej elektriny práve z vetra.
Aj Španielsko bolo v roku 1998 kľúčovým hráčom. V tejto krajine pribudlo 395 MW veternej kapacity, čo zvýšilo ich celkovú inštalovanú kapacitu o 86%, na 850 MW. V severnom, priemyselnom kraji Navara, ktorý ma zvlášť aktívny veterný priemysel, až 23% elektrickej energie pochádza z veterných turbín, väčšinou vyrobených v miestnych podnikoch, zamestnávajúc tak stovky pracovníkov.
Inštalovaná kapacita veternej energie vzrástla aj v USA, s približne 235 MW v desiatich štátoch. Tento nárast, najväčší od roku 1986, bol zapríčinený snahou o získanie daňových výhod z veternej energie, ktoré vypršali v júni 1999. Najväčšími projektmi sú 107 megawattová veterná farma v Minnesote, 42 MW vo Wyomingu a 25 MW v Oregone. Zvyšok pochádza väčšinou z niekoľkých desiatok menších projektov umiestnených od štátu Maine po Nové Mexiko.
Dánsko je aj naďalej svetovým lídrom vo veternej energetike, v roku 1998 tam pribudlo 235 MW novej kapacity. Tamojších 1350 MW veternej energie produkuje vyše 8% elektrickej energie v krajine. Dánske veterné spoločnosti sa navyše stali hlavnými vývozcami, reprezentujúcimi polovicu inštalovaných turbín v roku 1998 na celom svete. Tieto firmy uzatvorili aj úspešné partnerstvá s výrobnými podnikmi v Indii a Španielsku, čím prispeli k rýchlemu prieniku veternej technológie do týchto krajín. V roku 1998 bola hodnota obratu dánskeho veterného priemyslu tesne pod 1 mld USD, čo je približne hodnota predaja zemného plynu a rybárstva v Dánsku dohromady.
Krajiny, ktoré by z rozvoja veternej energetiky mohli profitovať najviac, sa nachádzajú v tzv. "treťom svete", kde dopyt po energii stúpa a väčšina z nich trpí nedostatkom domácich zdrojov fosílnych palív. India je momentálne ich lídrom, s vyše 900 MW inštalovanej kapacity, hoci rozvoj sa v posledných rokoch spomalil vďaka pozastaveniu daňových úľav z polovice 90. rokov. Pozorovatelia však predpokladajú znovu zavedenie týchto zvýhodnení.
Čína, na rozdiel od Indie, ešte nevyvinula serióznu legislatívnu základňu pre rozvoj veternej energetiky. Niekoľko spoločností však so zahraničnou pomocou vybudovalo v posledných rokoch viacero menších projektov. Čína ma jednoznačný potenciál stať sa svetovou veternou superveľmocou - s rozsiahlym veterným potenciálom vo viacerých regiónoch, vrátane Vnútorného Mongolska, ktoré by sa mohlo stať Saudskou Arábiou veternej energetiky. Veterný potenciál tejto krajiny presahuje jej celkovú súčasnú inštalovanú kapacitu.
Rýchly rozvoj veternej energetiky v 90. rokoch je výsledkom zavedenia vládnych podporných mechanizmov, napríklad v Nemecku a Španielsku. Medzi najdôležitejšie iniciatívy patria zákony garantujúce prístup výrobcom veternej energie k verejnej sieti za stanovenú výkupnú cenu. Takéto zákony vytvorili stabilný trh pre nové priemyselné odvetvie a prekonali odpor uhoľných a jadrových energetických podnikov voči novej konkurencii.
Približne 80% svetového veterného priemyslu je sústredených v štyroch krajinách, čo dokazuje neschopnosť ostatných prijať podporné programy pre obnoviteľné zdroje energie. Budúci rozvoj odvetvia bude výrazne závisieť od schopnosti ďalších krajín otvoriť cestu obnoviteľným zdrojom energie, v súvislosti s reštrukturalizáciou energetického sektora.
Ďalším faktorom ovplyvňujúcim osud veternej energetiky bude rozvoj modernej technológie. Moderné veterné turbíny sú "hi-tech" zariadenia s aerodynamicky tvarovanými rotormi a vyrobené z ľahkých materiálov s elektronickou kontrolou. Väčšie turbíny, efektívnejšia výroba a vhodné umiestnenie znížili cenu veternej energie z 2600 USD/kW v roku 1981 na 800 USD/kW v roku 1998. Veterná energia tak už dosiahla cenovú úroveň uhoľných elektrární. S pokračujúcim rozvojom technológie sa predpokladá ďalší pokles nákladov, čo by mohlo znamenať, že pre mnohé krajiny sa vietor môže stať najlacnejším zdrojom novej energie v priebehu tohto desaťročia.
Vietor má vo všeobecnosti ďaleko väčší potenciál, než si väčšina ľudí uvedomuje. Napríklad v USA majú štáty Južná Dakota, Severná Dakota a Texas dostatočný veterný potenciál, aby zásobovali elektrickou energiou celé USA. Štúdia uskutočnená v roku 1998 dánskymi výskumníkmi vypracovala scenár, podľa ktorého by do dvoch desaťročí mohlo 10% svetovej elektriny pochádzať z vetra. V dlhodobom meradle by vietor mohol ľahko predbehnúť vodnú energetiku, ktorá momentálne dodáva 23 % svetovej elektriny.
Medzi ďalšie krajiny, v ktorých sa predpokladá rozvoj veternej energie, patria Kanada, Taliansko, Japonsko, Nórsko a Veľká Británia. Spomedzi rozvojových krajín sú to Argentína, Brazília, Kostarika, Egypt a Maroko
Energia vetra je formou slnečnej energie, ktorá vzniká pri nerovnomernom ohrievaní zemského povrchu. Slnko vyžaruje smerom k Zemi energiu rovnajúcu sa 100,000,000,000,000 kWh. Z tejto hodnoty sa približne 1 až 2 % mení na energiu vetra. Je to 50 až 100-krát viac ako energia, ktorú premenia všetky rastliny na Zemi na živú biomasu.
Vietor, keďže je prítomný všade, bol človekom využívaný od nepamäti. Navyše táto energia je príťažlivá aj dnes, pretože jej využívanie neprodukuje žiadne odpady, neznečisťuje ovzdušie a nemá negatívny vplyv na zdravie ľudí. Vietor ako primárny zdroj energie je zadarmo a je ho možné využiť decentralizovane takmer v každej časti sveta.
HISTÓRIA
Využívanie sily vetra siaha niekoľko tisíc rokov do minulosti a sú s ním spájané počiatky ľudskej civilizácie, kedy sa človek rozhodol využiť túto energiu na pohon plavidiel. Jednoduché plachetnice, ktoré sa zachovali do dnešnej doby sú staré viac ako 5000 rokov a pochádzajú z Egypta. Najstaršie mlyny poháňané vetrom pochádzajú z dnešného Afganistanu a sú staré viac ako 2700 rokov. Tieto zariadenia sa bežne využívali na mletie obilia aj v iných častiach sveta. Okrem toho sa tiež používali na zavlažovanie polí na viacerých ostrovoch Stredozemného mora. Na Kréte sú takto využívané dodnes. Prvé vetrom poháňané vodné čerpadlo sa objavilo v USA v roku 1854. Bola to jednoduchá veterná ružica s viacerými malými plachtami a dreveným chvostom, ktorý natáčal celé zariadenie v smere prúdenia vetra. V roku 1940 pracovalo v USA viac ako 6 milión takýchto veterných čerpadiel. Okrem čerpania vody sa využívali aj na výrobu elektrickej energie. Udáva sa, že zápas o osídlenie Divokého západu bol zvládnutý aj vďaka vetreným čerpadlám, ktoré napájali vodou obrovské stáda dobytka. 20. storočie však znamenalo nástup nových energetických zdrojov - elektriny, ropy a zemného plynu, ktoré veterné čerpadlá postupne zatlačili do pozadia. Tento stav trval až do ropnej krízy v 70. rokoch, kedy sa záujem o veternú energiu znovu oživil. Štátna podpora vývoja a výskumu dala v mnohých krajinách podnet pre rozvoj nových technológií. Snaha sa sústredila hlavne na výrobu elektriny veternými turbínami, čo súviselo s tým, že vo vyspelých krajinách nemá čerpanie vody veternými agregátmi taký význam ako napr. v rozvojových krajinách.
Na začiatku súčasného rozvoja veternej energetiky vo svete stál vývoj a výroba malých veterných turbín. Tieto malé zariadenia sa využívali pre jednoduché aplikácie avšak po tom, čo ich výkon postupne narastal stratili význam ako zdroj elektrickej energie pre jednotlivé domy. V súčasnosti prakticky všetky väčšie turbíny dodávajú elektrickú energiu do siete. Súvisí to s tým, že výkon jednej turbíny je zvyčajne omnoho väčší ako je spotreba jednej resp. viacerých domácností. Navyše v miestach, kde rýchlosť vetra dosahuje v ročnom priemere viac ako 5 m/s sa začínali už od 80. rokov budovať veterné farmy, ktoré svojou výrobou prevyšovali spotrebu celých obcí. Prvé takéto farmy boli vybudované v Kalifornii. V USA sú tieto farmy vlastnené súkromnými spoločnosťami (nezávislými výrobcami) a nie veľkými elektrárenskými spoločnosťami. Hoci výstavba týchto zdrojov sa nezaobišla bez problémov, rozvoj veternej energetiky sa nedal zastaviť a dnes sa len v Kalifornii nachádza asi 16 tisíc väčších turbín, ktoré vyrábajú viac elektrickej energie ako jej ročne spotrebuje napr. San Francisco.
Veterné agregáty sú budované po celom svete. Sú tiež ideálnou technológiou pre rozvojové krajiny, kde je momentálne veľký dopyt po nových výrobných kapacitách v oblasti energetiky. Výhodou veterných elektrární je, že v porovnaní s klasickými elektrárňami je ich možné jednoducho, lacno a v relatívne veľmi krátkej dobe postaviť a pripojiť do verejnej siete. Rozvinuté krajiny dnes prejavujú o veterné turbíny záujem nielen z hľadiska ochrany životného prostredia, ale tiež aj z ekonomických dôvodov. Cena vyrobenej elektriny stále klesá a v niektorých krajinách je porovnateľná s cenou elektriny vyrobenou v klasických elektrárňach. Dnes aj tí najkonzervatívnejší energetici predpovedajú veľký rozvoj veterných technológií v blízkej budúcnosti.
V údolí Lasihiti na Kréte sa veterné mlyny využívajú na zavlažovanie od nepamäti.
USA
V USA bol z hľadiska rozvoja veternej energie rozhodujúci rok 1973 a prudký rast cien energie ako dôsledok začiatku ropnej krízy. Cena ropy sa v tomto období vyšplhala až na 60 USD za barel. V tom čase vyvinul Westinghouse Electric prvú generáciu 200 kW veterných turbín, ktorých výkon postupne vzrastal. Najväčšia turbína tohto výrobcu bola inštalovaná v Oahu na Hawaii má výkon 3,2 MW. Vďaka daňovým úľavám (25%) pre investorov a zákonu, ktorý umožňoval nezávislým výrobcom vyrábať a predávať elektrickú energiu bolo v období rokov 1981-1984 len v Kalifornii inštalovaných 6870 turbín. Daňové úľavy boli zrušené na konci roka 1985. Keďže žiadny z malých výrobcov veterných turbín nebol vlastnený veľkými spoločnosťami, po zrušení ekonomického stimulu a poklese ceny ropy na 10 dolárov za barel, väčšina týchto firiem zanikla. Výrobcovia, ktorí toto "cenové narovnanie" prežili a vyrábajú turbíny dodnes sú tí, ktorí vyrábali najspoľahlivejšie zariadenia a mali najlepšiu reputáciu. Na konci 90. rokov však výroba veterných turbín v USA znovu vzrástla a spolu s rastom počtu dovážaných turbín z Európy bol v USA opäť oživený trh s veternou energiou.
Veterná farma v Kalifornii.
DÁNSKO
Dánsky priemysel výroby veterných turbín je príkladom obrovského obchodného úspechu. Toto odvetvie sa prakticky z nuly v roku 1980 dopracovalo až k obratu 1 miliardy dolárov v roku 1998. Dánske turbíny dnes dominujú na svetových trhoch a ich výrobcovia zamestnávajú 15 tisíc ľudí. Obchodný obrat je dvakrát väčší ako dánsky obrat z ťažby zemného plynu v Severnom mori. Výroba, hlavne na export dosiahla 1216 MW v roku 1998. V súčasnosti viac ako polovica turbín inštalovaných na celom svete pochádza z Dánska. Tento úspešný vývoj je dôsledkom počiatočnej vládnej podpory pre obnoviteľné energetické zdroje, z ktorej bolo hradených až 30% investičných nákladov na výstavbu týchto technológií. Štátna podpora stála na začiatku úspešného vývoja priemyslu s veternými turbínami. Taktiež znamenala rozvoj technológie spaľovania slamy, výroby bioplynu aj solárnych kolektorov. Vláda vytvorila osobitnú výskumno-vývojovú základňu - National Wind Turbine Test Centre v Riso, ktorá poskytovala výrobcom odbornú pomoc. Štátna podpora krytia investičných nákladov bola po úspešnom začiatku znížená v roku 1986 na 15 % a po tom čo sa toto priemyselné odvetvie definitívne stabilizovalo bola úplne zrušená v roku 1989. Uvedená podpora bola čiastočne nahradená daňovými úľavami pre majiteľov veterných turbín, ktorým sa časť príjmu z predaja elektriny nezdaňuje.
Ročný predaj dánskych firiem vyrábajúcich veterné elektrárne (výkon je v MW).
Rozvoj využívania veternej energie v Dánsku je obrovský. Pozoruhodné na tomto vývoji je, že okrem vládnej podpory a angažovanosti malých výrobcov bol založený na komunálnej aktivite ľudí, ktorí sa združovali do družstiev vlastníkov veterných elektrární. Jeden z typických príkladov aktivity ľudí na miestnej úrovni sa odohral v obci Bryrup (Jutland) vzdialenej 110 km od západného a 50 km od východného pobrežia. Obyvatelia tu založili družstvo so 70-timi členmi vlastniacimi tri veterné turbíny (inštalované v rokoch (1986 až 1989), z ktorých jedna s výkonom 95 kW ročne vyrába 184.000 kWh a ďalšie dve, každá s výkonom 150 kW, produkujú po 275.000 kWh. Celková ročná výroba je asi 734.000 kWh. Cena turbín vrátane inštalácie a pripojenia na sieť dosiahla 2,5 milión DKr (1 DKr = 5,7 Sk), pričom táto suma bola rozdelená na 734 "podielov", každý odpovedajúci ročnej výrobe 1000 kWh, a predaný v cene 3400 DKr. Táto cena odpovedá asi polmesačnému príjmu po zdanení pre nekvalifikovaného robotníka. Každý z podieľnikov si mohol nakúpiť podiely v počte úmernom jeho ročnej spotrebe elektriny plus 30%. Napríklad pri ročnej spotrebe 10.000 kWh si mohol spolu s dodatočnými 3000 kWh kúpiť maximálne 13 "podielov".
Toto obmedzenie bolo uplatnené pretože zisk družstevných spoločníkov nie je v Dánsku zdaňovaný. Podielnici si nakúpili podiely v počte 1 až 28, pričom každý z nich má právo len jedného hlasu. Ekonomika celého projektu je veľmi dobrá aj po tom, čo z utŕžených peňazí za predaj elektriny elektrárenskej spoločnosti je odkladaná istá čiastka na údržbu. Čistý zisk za rok činí asi 15% z vloženej sumy, čo je oveľa viac ako poskytuje akákoľvek banka na úrokoch z vkladov. Hoci v roku 1999 cena takýchto podielov v Dánskych družstvách vzrástla asi na 4000 DKr a čistý zisk klesol na 12,75% ešte stále je táto forma investovania výhodnejšia ako napr. klasické sporenie. Keďže takéto družstvá sú poistené pre prípad nehody a poškodenia veterných agregátov s následným výpadkom výroby elektriny a tým aj príjmu, nenesú prakticky žiadne riziko. Družstevné spoločenstvá a investovanie peňazí do veterných turbín, na rozdiel od ich ukladania do bánk, sa tak stali hybnou silou rozvoja veternej energie v Dánsku, ktorý priniesol zisk nielen "družstevníkom", ale v konečnom dôsledku aj celej spoločnosti. Podpora dánskej vlády takémuto hospodáreniu znamenala, že v súčasnosti je každá desiata dánska rodina členom niektorého z mnohých družstiev vlastniacich veterné turbíny alebo je majiteľom vlastnej veternej turbíny.
NEMECKO
Na rozdiel od situácie v USA a Dánsku, kde bol veľký počet turbín inštalovaný začiatkom 80. rokov, bol vývoj v Nemecku oneskorený. Spolková vláda iniciovala podporné programy až v roku 1989. Počas prvých siedmych rokov bolo v tejto krajine inštalovaných len asi 250 MW výkonu vo veterných elektrárňach. Avšak po prijatí zákona, podľa ktorého sú elektrárenské spoločnosti vykupujúce elektrinu od nezávislých výrobcov im povinné platiť až 0,17 DM/kWh (počas prvých 5 rokov, neskôr 0,12 DM/kWh), nastal výrazný obrat. V súčasnosti je Nemecko na prvom mieste na svete nielen v celkovom inštalovanom výkone veterných elektrární ale aj v ročnom prírastku výkonu. Až polovica výkonu veterných elektrární EÚ sa nachádza v Nemecku. Len v roku 1999 bolo v tejto krajine inštalovaných 1568 MW, čo je dvojnásobok inštalovaného výkonu v predošlom roku. Priemerná veľkosť turbín taktiež vzrástla a dosiahla 937 kW. V roku 1998 bola 785 kW a v roku 1995 len 457 kW. Od roku 1993 predstavuje priemerný ročný prírastok výkonu veterných agregátov v Nemecku 53 % a 7879 turbín ročne vyrobí 8,5 miliárd kWh elektrickej energie, čo sú 2 % spotreby v krajine. V spolkovej krajine Schleswig-Holstein však tento podiel predstavuje až 20 %. Veterný priemysel zamestnával v Nemecku až 25 tisíc ľudí a v roku 1999 dosiahol obrat vrátane exportu 4 miliardy DM.
SVET
Rozvoj veterných elektrární vo svete je skutočne búrlivý a dnes predstavuje najrýchlejšie rastúce odvetvie výroby elektriny. Do konca roka 1998 bol celkový celosvetový výkon inštalovaných turbín viac ako 9500 MW a vyrábal dostatok elektriny pre zásobovanie asi 3,5 milión domácností.
Rozvoj veternej energie vo svete.
V roku 1998 bolo len v Európe inštalovaných viac ako 1600 MW veterných turbín a podľa niektorých analytikov by mal celkový inštalovaný výkon v Európe vzrásť do roku 2010 až na 40000 MW. Priemerný výkon turbín taktiež vzrástol z počiatočných asi 150 kW na 785 kW. Ročný prírastok výkonu predstavoval v Nemecku takmer 1600 MW v roku 1999, v Dánsku 300 MW a v USA 235 MW. Predaj elektriny vyrobenej veternými elektrárňami dosiahol v roku 1998 hodnoty 2 miliardy dolárov. Väčší výkon a ekonomickejšia výroba viedli k poklesu cien turbín z 2600 dolárov za kW na asi 800 USD/kW v roku 1998.
Vzhľadom na narastajúcu produkciu, klesajúcu cenu turbín a tiež lepšie umiestňovanie turbín klesala aj cena vyrobenej elektrickej energie. Kým v roku 1986 bola priemerná cena vetrom vyrobenej elektriny asi 0,14 USD/kWh v roku 1999 to bolo len 0,05 USD/kWh (asi 2,5 Sk/kWh). Veterná energia sa tak stala konkurencie schopnou v porovnaní s klasickými palivami na mnohých miestach sveta, čo je hlavný dôvod jej búrlivého rozvoja. V posledných rokoch každoročný prírastok predstavuje takmer 30% . Na druhej strane rozvoj jadrovej energie bol menší ako 1% ročne a rozvoj uhoľného priemyslu sa v 90. rokoch prakticky zastavil. Európa sa stala centrom veterného priemyslu keď až 90% svetových výrobcov stredných a veľkých turbín má svoje sídlo na tomto kontinente.
Výkon veterných turbín vo svete.
* v decembri 1999 dosiahol inštalovaný výkon 4444 MW.
POTENCIÁL VETERNEJ ENERGIE
Aj napriek pozitívnemu vývoju sú viacerí odborníci presvedčení, že nárast inštalovaného výkonu veterných elektrární by mohol byť ešte väčší. Podľa štúdie "Wind Force 10" by sa veterná energia mohla podieľať asi 10 % na celosvetovej výrobe elektriny v roku 2020 a inštalovaný výkon by mohol dosiahnuť až 1,2 milión MW. Tým by vzniklo asi 1,7 milión nových pracovných miest. Uvedený výkon by znamenal väčšiu výrobu elektriny ako je jej súčasná spotreba v Európe. Celosvetový potenciál veternej energie sa odhaduje na asi 53 trilión kWh, čo je asi 17-rát viac ako cieľ uvedený v štúdii "Wind Force 10". Podľa tejto štúdie by cena vyrobenej elektriny mala klesnúť do roku 2020 na 0,025 USD/kWh. Realizovaním takéhoto 10%-ného cieľa by bolo možné znížiť emisie oxidu uhličitého o 1,8 miliardy ton v roku 2020.
Technológie využívajúce obnoviteľné energetické zdroje sa stali významným zdrojom nových pracovných príležitostí a len v Európskej Únii viedli k vytvoreniu 110 tisíc pracovných miest. Výroba, výstavba a údržba veterných agregátov sa na tomto čísle podieľala v roku 1997 asi 20 %. Väčšina zo 700 spoločností pracujúcich v tomto odvetví sú malé a stredné podniky. Tým, že toto odvetvie zaznamenáva stály rast rastie aj počet novovytvorených miest. Na konci roka 1996 bolo v tomto sektore zamestnaných asi 20 tisíc obyvateľov EÚ na konci roka 2000 to bolo už 40 tisíc.
ENERGIA VETRA
Najlepšie poveternostné podmienky pre výstavbu veterných turbín sú v blízkosti morských pobreží a na kopcoch. Dostatočnú intenzitu využiteľnú veternými agregátmi však vietor dosahuje aj na iných miestach. Nevýhodou je, že vietor je menej predvídateľný ako napr. slnečná energia, avšak jeho dostupnosť počas dňa je zvyčajne dlhšia ako v prípade slnečného žiarenia. Intenzita vetra je do výšky asi 100 metrov ovplyvnená hlavne terénom a prekážkami. Veterná energia je teda viac miestne špecifická ako slnečná energia. V kopcovitom teréne sa dá očakávať, že napr. dve miesta majú rovnakú intenzitu dopadajúceho slnečného žiarenia avšak intenzita vetra sa môže vzhľadom na smer prevládajúcich vetrov veľmi líšiť. Z tohto dôvodu je potrebné venovať oveľa väčšiu pozornosť umiestňovaniu veterných turbín ako slnečných kolektorov alebo článkov. Veterná energia taktiež vykazuje sezónne zmeny intenzity a je najväčšia v zimných mesiacoch a najnižšia v lete. Je to presne opačne ako v prípade slnečnej energie, a preto sa slnečná a veterná technológia vhodne dopĺňajú. Príkladom môžu byť podmienky v Dánsku, kde intenzita slnečného žiarenia dosahuje 100% v lete a len 18 % v januári. Veterné elektrárne tu produkujú 100% energie v januári a asi 55% v júli.
Pre výpočet energie vyrobenej veterným agregátom je potrebné poznať niekoľko vzťahov. Energia je priamo úmerná ploche rotora, tretej mocnine rýchlosti vetra a hustote vzduchu.
DRSNOSŤ TERÉNU
Zemský povrch (terén) so svojou vegetáciou a budovami je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim rýchlosť vetra. Množstvo prekážok v teréne sa často označuje ako jeho drsnosť. So zvyšujúcou sa výškou nad terénom sa drsnosť znižuje a prúdenie vzduchu sa stáva laminárne, čo znamená aj vyššiu rýchlosť vetra. Vysoko nad zemou (vo výške okolo jedného kilometra) rýchlosť vetra prakticky nie je ovplyvňovaná terénom. Naproti tomu v nižších výškach je ovplyvňovaná veľmi silno. Pre využívanie veternej energie je podstatné, že čím je drsnosť terénu vyššia, tým je vietor viac spomaľovaný. Rýchlosť vetra je najviac spomaľovaná lesmi a veľkými mestami, kým na rovinách alebo vodných plochách prakticky nie je ovplyvňovaná. Budovy, lesy a iné prekážky nielen spomaľujú rýchlosť vetra, ale často vytvárajú aj jeho turbulencie, ktoré nepriaznivo vplývajú na chod turbíny. Pri určovaní charakteru terénu je často jeho drsnosť rozdeľovaná do tried. Čím vyššia je trieda drsnosti, tým väčšie sú prekážky a tým väčšie spomalenie rýchlosti vetra. Morská hladina je braná za základ a má triedu drsnosti 0.
TECHNOLÓGIA
Moderné veterné turbíny sa zvyčajne skladajú z nasledujúcich komponentov:
Listy rotora
Rotor
Prevody
Generátor
Elektronika a regulačné zariadenie.
Listy rotora sú časťou turbíny, ktoré zachytávajú energiu vetra. Tvar týchto listov je veľmi prepracovaný a umožňuje mimoriadne efektívne prenášať silu vetra na rotor. Listy sú vyrábané z laminátov, polyesterov alebo iných plastických materiálov. Niektoré z nich majú drevenú os. Všetky tieto materiály sa vyznačujú kombináciou pevnosti a ohybnosti. Navyše plasty ani drevo nerušia televízny signál v ich okolí. Priemer listov rotora sa pre veľké turbíny pohybuje od 25 do viac ako 50 metrov a každý list môže vážiť aj jednu tonu.
Rotor predstavujú listy a centrálna os, ku ktorej sú pripevnené. Os je pripojená na hlavný prevod systému. Prevody a ložiská sú dôležité z hľadiska efektívneho prenosu krútiaceho momentu na generátor elektrického prúdu. Generátor má podobnú konštrukciu ako generátor v tradičnej elektrárni na fosílne palivá. V mnohých turbínach je činnosť jednotlivých komponentov regulovaná elektronicky a tiež môže byť riadená diaľkovo. Použitá elektronika má za úlohu udržať rovnaké napätie pri meniacich sa otáčkach generátora. Hoci rôznorodosť veterných turbín je veľká väčšina moderných turbín sa dodáva v dvoch konfiguráciách � s horizontálnou alebo vertikálnou osou.
Generátor
Prevodovka
Brzdy
Turbíny s horizontálnou osou sú najbežnejším typom turbín. Veľké turbíny majú rotor s dvoma alebo troma listami umiestnenými na vrchu stožiara. Rotor môže mať aj viac listov. Takéto agregáty s viacerými listami najčastejšie využívajú malé agregáty napr. na čerpanie vody. Snaha o zužitkovanie energie vetra čo najúčinnejšie znamená , že listy rotora musia čo najviac zachytávať prúdiaci vzduch. Rotor s veľkým počtom listov pokrýva celú plochu zabranú rotorom pri veľmi malých otáčkach, kým rotor s menším počtom listom sa musí otáčať rýchlejšie aby pokryl celú plochu. Teoreticky čím viac by mal rotor listov tým by mal byť účinnejší. V skutočnosti sa však listy rotora vzájomne ovplyvňujú a veľký počet listov spomaľuje otáčky. Na druhej strane však väčší počet listov dáva vyšší počiatočný moment krútenia, čo využívajú malé agregáty štartujúce už pri nízkych rýchlostiach vetra.
Turbíny s vertikálnou osou majú vertikálne umiestnenú rotujúcu os. Listy rotora sú dlhé, zaoblené a pripevnené k veži na oboch koncoch � hore aj dole. Vo svete neexistuje veľa výrobcov takýchto turbín a ich design vychádza z návrhu francúzskeho konštruktéra G. Darrieusa, po ktorom sa takáto konštrukcia tiež nazýva.
Napriek rozdielnej konštrukcii turbín s horizontálnou a vertikálnou osou je ich mechanika prakticky rovnaká. Rýchlosť otáčania listov je prenášaná na generátor pomocou prevodov. Prevody sú potrebné na to, aby bolo možné účinne využiť meniacu sa rýchlosť vetra. V súčasnosti však prebieha vývoj turbín bez prevodov, čo by znamenalo značné zníženie nárokov na ich konštrukciu i cenu.
Niektoré turbíny sú konštruované tak, že sa natáčajú do smeru vetra. Obidva typy (natáčané i nenatáčané) majú však niekoľko výhod i nevýhod. Lepšie využitie sily vetra pri natáčaných turbínach si vyžaduje komplikovanejšie ložiská i ďalšie zariadenia, čo v konečnom dôsledku vedie k nižšej spoľahlivosti. Turbíny s pevne fixovaným rotorom sú jednoduchšie a nevyžadujú až takú údržbu ako natáčacie systémy. Na druhej strane však výroba energie je o niečo nižšia ako v porovnateľnej natáčanej turbíne.
Turbíny s vertikálnou osou.
VEĽKÉ TURBÍNY
Hoci princíp výroby elektriny veternými agregátmi sa zdá byť jednoduchý, vyrobiť kvalitnú turbínu nie je jednoduché. O tom sa presvedčili viacerí výrobcovia v nedávnej minulosti aj na Slovensku. Na rozdiel napr. od solárnych článkov, ktoré vďaka tomu, že nemajú žiadne pohyblivé časti sú vnútorne spoľahlivé, veterné turbíny silne závisia na kvalite ich konštrukcie. Moderné turbíny sa dodávajú na trh vo viacerých prevedeniach líšiacich sa hlavne svojim výkonom. Najmenšie turbíny s výkonom od 100 W sa používajú napr. na čerpanie vody alebo dodávanie elektriny do batérií. Veľké turbíny s výkonom nad 50 kW dodávajú zvyčajne elektrinu do verejnej elektrickej siete. Veľká väčšina dnešných turbín má horizontálnu os, je vybavená troma listami s priemerom 15-50 metrov a elektrický výkon sa pohybuje od 50 kW do 1,5 MW. Tieto turbíny sú často stavané v skupinách a vytvárajú tzv. veterné farmy. Napätie, ktoré turbína generuje má zvyčajne 690 voltov a pomocou transformátorov je menené na vysoké napätie používané v elektrickej sieti (zvyčajne 10-30 kV).
Počas krátkej histórie vývoja veterných turbín dali elektrárenské spoločnosti jasne najavo, že majú záujem hlavne o veľké tzv. megawattové turbíny. To viedlo výrobcov k viacerým pokusom vyvinúť takéto turbíny už začiatkom 80-tych rokov. Okrem už uvedenej 3,2 MW-ovej turbíne na Hawaii vyvinutej vďaka podpore amerického ministerstva energetiky, boli ďalšie megawatové turbíny postavené aj v Dánsku (2 MW v Tjaereborgu), Švédsku (3 MW v Näsudden) a Nemecku (3 MW Growian). Napriek tomu, že viaceré takéto turbíny zlyhali, ukázali cestu ktorou sa dnes vývoj nezadržateľne uberá. Veľa výrobcov v súčasnosti investuje obrovské finančné čiastky do ich vývoja. Niektoré 1 a 1,5 MW-ové turbíny už spoľahlivo pracujú niekoľko rokov. Dánska firma Nordex úspešne predáva 1,5 MW-ovú turbínu už od roku 1997. Ostatní výrobcovia sa snažia o postupné zvyšovanie výkonu svojich turbín, z ktorých najúspešnejšie v roku 1999 mali výkony 500-800 kW. Väčšina výrobcov vychádza pri vývoji veľkých turbín z poznatkov overených pri výrobe prvých malých turbín. Úspešnými výrobcami megawatových turbín sú dnes nemecký Tacke Windtechnik a dánske firmy Enercon, Nordtank a Vestas. Každá z týchto firiem dnes má vo svojej ponuke väčšiu ako 1 MW-ovú turbínu.
Výstavba 1,5 MW-ovej veternej turbíny.
Projektovanie a umiestňovanie týchto veľkých turbín predstavuje tiež nové problémy. Hlavne umiestňovanie v oblastiach, kde už stoja menšie turbíny (dobré veterné miesta), býva komplikované z hľadiska vizuálnej harmonizácie s okolím. V Dánsku bolo pripravených viacero odborných štúdií, ktoré sa zaoberajú práve problémom umiestňovania veterných turbín do krajiny. Výsledky týchto štúdií ukazujú, že hlavne v prístavoch a priemyselných oblastiach existuje veľký potenciál pre ich výstavbu. Výroba elektrickej energie megawatovými turbínami je obrovská. Bežná turbína s výkonom 1 MW dokáže pri priemernej rýchlosti vetra asi 9 m/s vyrobiť viac ako 5 milión kWh za rok. Turbína s výkonom 1,3 MW vyrobí na takomto mieste až 7 milión kWh za rok.
VÝROBA ENERGIE
Dôležitou charakteristikou veternej turbíny je jej menovitý výkon. Táto hodnota má tiež súvislosť s množstvom energie (napr. v kWh), ktoré turbína vyrobí pri maximálnej účinnosti. Tak napr. 500 kW turbína vyrobí 500 kWh za hodinu činnosti pri maximálnej rýchlosti vetra napr. 15 metrov za sekundu (m/s). Na základe skúseností vyplýva, že typická turbína s menovitým výkonom 600 kW vyrobí do roka asi 500.000 kWh pri priemernej rýchlosti vetra 4,5 m/s. Pri priemernej rýchlosti vetra 9 m/s je to až 2.000.000 kWh.
Potenciálne množstvo vyrobiteľnej energie nie je možné jednoducho vypočítať násobením výkonu a priemernej rýchlosti vetra. Pri výpočte totiž hrá dôležitú úlohu doba počas ktorej má turbína dostatok vetra pre výrobu energie. Táto doba sa môže teoreticky pohybovať od 0 do 100 %, v praxi sa pohybuje od 20 do 70 %, pričom pre väčšinu turbín je táto hodnota (vyťažiteľnosť) na úrovni 25-30%. Vyťažiteľnosť vyjadruje pomer medzi teoretickým maximom výroby (365 dní v roku po 24 hodín) a skutočnou výrobou energie v danej lokalite. Napríklad pre 600 kW turbínu, ktorá do roka vyrobí 2 milióny kWh je táto hodnota = 2.000.000 : (365,25 * 24 * 600) = 2.000.000 : 5 259 600 = 0,38 alebo 38 %.
Z uvedeného príkladu vyplýva, že veľmi dôležitú úlohu popri menovitom výkone turbíny hrá jej umiestnenie. Vo všeobecnosti býva výhodnejšie umiestňovať turbíny na vyššie položené miesta resp. predlžovať výšku veže, nakoľko s narastajúcou výškou sa znižuje vplyv okolitých prekážok na rýchlosť vetra. Turbíny vyššie ako 50 metrov sú však mimoriadne náročné na pevnosť materiálov. Vo veterných farmách sú jednotlivé turbíny umiestňované do vzdialenosti 5-15 násobku priemeru rotora, čím sa obmedzuje ovplyvňovanie turbín v dôsledku turbulencie vetra.
Ročná výroba elektriny 500 kW-ovou turbínou v závislosti na priemernej rýchlosti vetra.
VETERNÉ TURBÍNY NA MORI
Úspešný rozvoj veterných turbín, hlavne na pobrežiach morí, viedol postupne k snahe umiestňovať turbíny na otvorenom mori. Súviselo to s tým, že na mori dosahuje rýchlosť vetra vyššie úrovne ako na súši, kde sa výhodné lokality postupne stali úzkoprofilovými. Na otvorom mori sú vhodné podmienky pre výstavbu hlavne na miestach s plytčinami, ktoré nie sú veľmi vzdialené od pobrežia. Za vhodné miesto je považovaná hĺbka morského dna až do 30 metrov a vzdialenosť od pobrežia do 30 km. Takýchto miest je veľmi veľa predovšetkým v Severnom mori. Rýchlosť vetra je však rozhodujúci parameter, veď jej nárast o 10 % znamená až o 30 % viac vyrobenej energie ako napr. na súši. Predpokladá sa, že v budúcnosti bude možné ísť do ešte väčších hĺbok a umiestňovať turbíny na plávajúce plošiny, čím by bolo možné efektívne využívať aj Stredozemné more a iné miesta mimo Európy. Potenciálna výroba elektrickej energie na takýchto miestach môže byť obrovská. Na základe štúdie vypracovanej v rámci programu Európskej Únie JOULE vyplýva, že výroba len v Európskych prímorských oblastiach by mohla presiahnuť dvojnásobok spotreby elektriny v EÚ.
S umiestňovaním veterných turbín na otvorenom mori sa začalo na začiatku 90. rokov. V tomto období bola aj preukázaná spoľahlivosť použitých technológií a ekonomickosť výroby. Veterné turbíny na mori sa vyznačujú aj menšími negatívnymi vplyvmi na svoje okolie (hluk). Takéto elektrárne majú pred sebou obrovskú perspektívu a to hlavne pre krajiny s vysokou hustotou obyvateľstva a teda nedostatkom vhodných lokalít pre výstavbu veterných turbín na súši. Nevýhodou je, že elektrárne na mori sa vyznačujú vyššími nákladmi na výstavbu, avšak tie sú často vykompenzované vyššou výrobou elektrickej energie.
Dánske elektrárenské spoločnosti oznámili, že majú v záujme do roku 2005 vybudovať až 4000 MW veterného výkonu na mori. Tieto zdroje by boli schopné ročne vyrobiť až 13,5 mld. kWh elektrickej energie, čo je asi 40 % spotreby elektriny v krajine. Pre výstavbu veterných turbín boli vybrané štyri oblasti s rozlohou od 135 do 500 km2 a hĺbkou morského dna 5 - 15 m. Predpokladaná cena vyrobenej elektriny je 0,05 USD/kWh (asi 2,5 Sk/kWh) pri 20�ročnom úvere s 5%-ným úrokom. Do roku 1998 bolo v Dánsku, Švédsku a Holandsku vybudovaných 5 veterných fariem na otvorenom mori. Tieto farmy boli demonštračnými projektmi s turbínami s maximálnym výkonom 600 kW. Sú ukotvené na morskom dne v hĺbke menšej ako 10 m a nachádzajú sa vo vzdialenosti 40 m až 6 km od pobrežia. Cena vyrobenej energie je však vyššia ako pre porovnateľné veterné farmy s veľmi dobrými poveternostnými podmienkami na súši. Je ale porovnateľná s cenou vyrobenej energie na priemerne veternom mieste na súši a je tiež konkurencieschopná s inými zdrojmi energie.
Veterná farma na mori vo Vindeby.
Prvou veternou farmou na mori sa stali turbíny inštalované severne od ostrova Lolland v južnej časti Dánska neďaleko obce Vindeby. Farma vo Vindeby v Baltickom mori bola vybudovaná v roku 1991 elektrárenskou spoločnosťou SEAS a pozostáva z jedenástich 450 kW turbín vzdialených 1,5 až 3 kilometre od pobrežia. Turbíny boli upravené tak, aby v nich bolo možné umiestniť vysokonapäťové transformátory. Veterná farma pracuje bez problémov a ročne vyrobí približne o 20 % energie viac ako porovnateľná farma na súši. Druhá veterná farma na mori bola vybudovaná medzi polostrovom Jutland a malým ostrovom Tuno v Dánsku. Tuno Knob, ako sa farma nazýva, pracuje od roku 1995 a jej majiteľom je elektrárenská spoločnosť Midtkraft. Je umiestnená na mori s hĺbkou 3-5 m a je dôležitá hlavne z pohľadu sledovania vplyvu turbín na životné prostredie. Tuno Knob je totiž miestom, kde sídlia veľké množstvá vtákov. Farma pozostáva z desiatich 500 kW-ových turbín, pričom každá má priemer rotora 39 metrov. Turbíny sú ukotvené na morskom dne a pripojené na elektrickú sieť na pevnine 6 km dlhým podmorským káblom. Každá turbína je kontrolovaná diaľkovo a zodpovedný pracovník môže kontinuálne sledovať jej prevádzku z operačného centra v obci Hasle. Údržba turbín sa vykonáva dvakrát do roka. Hluk pochádzajúci z veternej farmy meraný na pobreží najbližšieho ostrova je na nižšej úrovni ako je hladina šepotu (15 dB). Na pevnine je hluk nemerateľný. Celá veterná farma funguje veľmi spoľahlivo a každá turbína ročne vyrobí viac ako 1,3 milión kWh, čo je o 40% viac ako sa pôvodne predpokladalo. Cena vyrobenej elektriny je na úrovni 0,49 DKr/kWh (2,8 Sk/kWh). Náklady na výstavbu dosiahli 78 milión DKr.
Veterné farmy umiestnené na otvorenom mori v roku 1999.
MALÉ TURBÍNY
Malé veterné turbíny sa vo svete využívajú väčšinou ako samostatné energetické zdroje. V niektorých prípadoch sú však aj tieto malé systémy pripájané na verejnú elektrickú sieť, čo umožňuje majiteľovi takéhoto systému znížiť náklady na nákup elektriny a súčasne v prípade prebytku dodávať ním vyrobenú elektrinu do siete. Odber a dodávanie do siete sa vykonáva pomocou automatických prepínačov. Meradlo spotreby elektriny je zvyčajne zapojené tak, že pri dodávaní elektriny do siete sa točí naopak.
Malá veterná turbína s výkonom 900 W.
Samostatne pracujúce veterné systémy sa uplatňujú v osamotených domoch (vzdialených od siete), v člnoch, na farmách alebo tiež v malých obciach. Každý takýto systém môže byť nielen praktický ale aj ekonomický pre užívateľa. Tieto systémy majú veľký význam aj pre rozvojové krajiny s nízkou úrovňou infraštruktúry a riedkou sieťou elektrických vedení, ktoré vzhľadom na nedostatok financií budú len veľmi ťažko dobudované. Pre milióny ľudí v rozvojových krajinách, ktorí sú v súčasnosti odkázaní na kerozínové lampy alebo osvetlenie napájané z batérií, sú jednoduché a lacné malé veterné turbíny ideálnym riešením. Takéto turbíny sú v súčasnosti vyrábané viacerými firmami v širokom rozsahu výkonov od niekoľkých wattov do niekoľko tisíc W. Malá veterná turbína s výkonom od 100 do 500 W je na dobrom veternom mieste (s priemernou rýchlosťou vetra viac ako 5 m/s) schopná veľmi lacno dodávať energiu do batérie a následne zabezpečovať energiu napr. na osvetlenie, napájanie elektrospotrebičov ako sú rádio alebo televízor. Cena niekoľko sto dolárov je však problémom pre ľudí z rozvojových krajín. V minulosti (začiatkom 70. tých rokov) bola spoľahlivosť týchto turbín problematická. V súčasnosti sú však na trhu turbíny, ktoré vydržia aj tie najdrsnejšie podmienky a vyžadujú si minimálnu údržbu (raz za 5 rokov). Spoľahlivosť týchto systémov sa vyrovná spoľahlivosti napr. systémov so slnečnými článkami.
Používanie malých veterných turbín sa pre izolovaných užívateľov ukázalo výhodnejšie ako používanie napr. naftových generátorov alebo predlžovanie elektrického vedenia. Výhodou je, že veterné systémy sú nielen relatívne malé, ale je ich možné rýchlejšie vybudovať. V mnohých krajinách je predĺženie elektrického vedenia k odberateľovi o jeden kilometer drahšie ako náklady na vybudovanie malého veterného systému. Hoci veterné turbíny sa vyznačujú vyššími investičnými nákladmi ako napr. naftové generátory, ich prevádzka je prakticky bezplatná a majiteľovi odpadajú problémy so zháňaním a dopravou paliva. Zo skúseností vyplýva, že pre dennú spotrebu na úrovni jednej kWh je energia vyrobená veternou turbínou lacnejšia ako energia z naftového generátora, predĺženie elektrického vedenia alebo energia zo slnečných článkov. Platí to pre miesta, kde rýchlosť vetra v ročnom priemere presahuje 4 m/s. Takáto rýchlosť vetra je úplne bežná na mnohých miestach sveta. Pre pokrytie vyššej dennej spotreby energie sa ekonomika veterných turbín ďalej zlepšuje. Pre turbínu s výkonom 10 kW je už rýchlosť vetra 3-3,2 m/s dostatočná na to, aby veterná energia bola lacnejšia ako iné alternatívy. Na svete je len málo miest, kde je priemerná rýchlosť vetra nižšia ako 3 m/s. Náklady na kúpu malých veterných turbín, vztiahnuté na jeden watt s narastajúcim výkonom klesajú. Napríklad ceny turbín s výkonom okolo 100 W vychádzali v roku 1999 na 8 USD/W, pre turbíny s výkonmi okolo 300 W približne 2,5 USD/W a pre 10 kW-ovú turbínu cena vychádzala na 1,50 USD/W.
Malá turbína v Antarktíde.
O tom, že malé veterné systémy sú obľúbené aj v menej rozvinutých krajinách svedčí aj príklad z Mongolska, kde je inštalovaných až 50 tisíc takýchto zariadení. Tento úspešný rozvoj bol výsledkom nielen priaznivých klimatických podmienok, ale aj domácej podpory. Minimálna rýchlosť vetra 5 m/s je dosahovaná počas celého roka na mnohých miestach obrovských pasienkov a poskytuje tak nevyčerpateľný zdroj energie pre miestnych obyvateľov - nomádov. Energia vetra je využívaná hlavne na výrobu elektriny (osvetlenie, rozhlas, televízia). V Mongolsku sa vytvoril konkurenčný trh výrobcov, ktorí ponúkajú malé turbíny v prijateľnej cene, navyše tu existuje aj značná finančná podpora pri ich kúpe až 50 % nákladov je hradených zo štátnych resp. obecných zdrojov.
ČERPANIE VODY
Veterná energia sa veľmi efektívne využíva na čerpanie vody. Vyplýva to z toho, že skladovať vodu je jednoduchšie ako skladovať energiu napr. v batérii. Do roku 2000 pracovalo vo svete asi 100 tisíc malých veterných turbín zapojených len na čerpanie vody. Väčšina z nich pracovala v odľahlých a neelektrifikovaných farmách, kde dodávajú tak pitnú vodu ako aj vodu úžitkovú pre dobytok alebo na zavlažovanie. Niekedy sa veterné turbíny kombinujú s inými zariadeniam, ktoré pri obmedzenej kapacite skladovacích nádrží sú schopné čerpať vodu v prípade nedostatku vetra. Takýmito zariadeniami môžu byť aj ručné pumpy alebo naftové generátory.
Vo svete existuje viacero výrobcov dodávajúcich celé veterné systémy na čerpanie vody. Turbíny sú skonštruované tak, aby sa ich prevádzka spustila už pri rýchlosti vetra od 2 m/s do 4 m/s. Čerpanie spodnej vody je možné až do hĺbky 1000 metrov. Typické veterné čerpadlo s rotorom s priemerom 3 m dokáže vyčerpať až 2000 litrov vody za hodinu z hĺbky 10 metrov a pri rýchlosti vetra 3 m/s. Turbína s priemerom rotora 7 metrov dokáže vyčerpať až 8000 litrov za hodinu pri tých istých podmienkach. Veterné čerpadlá sa využívajú vo svete aj na zavlažovanie. Vzhľadom na premenlivosť vetra je to však spojené s istými problémami a na rozdiel od čerpania vody do zásobníka nemusí turbína vždy dodávať toľko vody koľko je jej potrebné. V mieste aplikácie je nevyhnutné mať nielen dostatok vetra, ale mať aj málo tzv. bezveterných dní. Vo všeobecnosti sa tieto zariadenia uplatňujú v miestach s priemernou rýchlosťou vetra viac ako 4 m/s. Na rozdiel od tradičných čerpadiel sa veterné turbíny vyznačujú síce vyššími vstupnými nákladmi avšak nižšími (prakticky nulovými) prevádzkovými nákladmi, čo robí z nich robí veľmi príťažlivé a ekonomicky výhodné riešenie na mnohých miestach sveta.
TELEKOMUNIKÁCIE
Vietor je ideálnym zdrojom pre napájanie telekomunikačných zariadení, ktoré sú veľmi často inštalované vo vyšších a hlavne odľahlých miestach. Dobré poveternostné podmienky však znamenajú, že na týchto miestach sa vyskytujú často aj veľmi vysoké rýchlosti vetra, ktoré by mohli turbínu poškodiť, a preto sa používajú len veľmi odolné zariadenia.
DOBÍJANIE BATÉRIÍ
Napájanie malých elektrospotrebičov ako sú žiarovky, rádio alebo televízor je relatívne veľmi jednoduché pomocou batérie dobíjanej veternou turbínou (alebo iným zdrojom). Súvisí to s tým, že veternú energiu je možné veľmi ľahko skladovať v batérii, z ktorej je možné energiu čerpať v čase potreby. Mnoho malých turbín vyrába napätie 14 alebo 28 V (niektoré väčšie turbíny produkujú vyššie napätia). Výstupné napätie z batérie (12 V resp. 24 V) je možné využiť priamo a dodávať energiu elektrospotrebičom na jednosmerný prúd alebo meniť pomocou meniča na striedavý prúd s napätím 220 V, ktorý využíva väčšina domácich elektrospotrebičov. Takáto transformácia má však za následok stratu časti vyrobenej energie.
Schéma samostatného elektrického systému s malou veternou turbínou.
VÝROBA TEPLA
Malé veterné turbíny je tiež možné využiť na prípravu teplej vody. Tieto zariadenia dodávajú jednosmerný prúd, ktorý využíva elektrická špirála umiestnená v zásobníku vody. Špirála vodu ohrieva, pričom zásobník tu funguje ako batéria skladujúca energiu. Je evidentné, že skladovanie teplej vody je lacnejšie ako skladovanie energie v batériách. Najjednoduchšie veterné systémy sú vybavené termostatom vypínajúcim zariadenie, aby nedošlo k zovretiu vody. Elektrická špirála sa vždy dimenzuje na špecifický výkon turbíny t.j. pre turbínu s výkonom 1 kW má špirála výkon 1 kW.
HYBRIDNÉ SYSTÉMY
Hybridným systémom je napr. kombinácia solárneho a veterného zariadenia, ktoré sa vhodne dopĺňajú v priebehu roka. V zime je totiž vyššia intenzita vetra ako v lete, kedy je možné využívať slnečnú energiu napríklad na ohrev vody solárnymi kolektormi. Pri výrobe elektriny solárnymi článkami v kombinácii s veternou turbínou je možné výrazne odstrániť časové variácie oboch zdrojov. Kombinácia týchto dvoch systémov je vhodným riešením pre izolované samostatne pracujúce zariadenia. Nevýhodou slnečných článkov je, že produkujú oveľa viac energie v lete ako býva potrebné, čo pri dimenzovaní ich výroby vedie k zbytočným nákladom na systém. Skladovanie energie býva tiež veľmi nákladné. Preto je vhodné ich kombinovať s veternými turbínami, ktoré majú svoje minimum výroby práve v lete. Dôležitou úlohou pri navrhovaní hybridného systému je dimenzovanie výkonu, analýza spotreby energie v priebehu roka a zhodnotenie miestnych podmienok.
ENVIRONMENTÁLNE DÔSLEDKY VYUŽÍVANIA VETERNEJ ENERGIE
Na mnohých miestach sveta sú veterné turbíny prijímané ako ekologické riešenie problému výroby elektrickej energie. Podobne ako v iných oblastiach aj v tomto prípade nie je výroba úplne bez dôsledkov na okolité životné prostredie. Aj tu je však potrebné rozlišovať medzi malými a veľkými turbínami. Malé turbíny nijako neovplyvňujú okolité prostredie. V prípade väčších turbín sa ako problémové parametre uvádzajú hluk, vizuálny efekt resp. rušenie elektromagnetického poľa.
HLUK
Hluk, ktorý vytvárajú veterné turbíny, vzniká ako dôsledok turbulencie vzduchu pri prechode vrcholu listu rotora okolo stožiara turbíny a tiež ako dôsledok chodu prevodovky. Pretože tento nízko frekvenčný hluk je znakom neefektívnosti a tiež s ohľadom na sťažnosti obyvateľov, výrobcovia sa týmto problémom intenzívne zaoberajú. Výsledkom bolo značné zníženie hlučnosti moderných turbín. Za kritickú hladinu hluku je považovaných 40 dBA (decibel), čo je úroveň pri ktorej je možné spať. Táto úroveň sa zvyčajne dosahuje vo vzdialenosti menšej ako 250 metrov od veľkej veternej turbíny. Úroveň akceptovateľnej hladiny hluku je však veľmi individuálna. Je evidentné, že majiteľ turbíny vníma hluk ako znak výroby a teda zvýšeného príjmu, kým nezainteresovaní obyvatelia môžu mať iný názor. Vo viacerých krajinách existujú legislatívne normy pre umiestňovanie väčších turbín v blízkosti ľudských obydlí.
Charakteristika hlučnosti 500 kW-ovej veternej turbíny v závislosti na vzdialenosti.
VIZUÁLNY EFEKT
Veterné turbíny sú viditeľné z veľkej vzdialenosti a niektorými skupinami obyvateľstva sú považované za rušivé momenty v reliéfe krajiny. Pravdou však je, že krajina býva veľmi často zastavaná inými vysokými objektmi napr. stožiarmi elektrického vedenia, voči ktorým sa kritika neozýva. Okrem negatívneho ovplyvňovania vizuálneho dojmu z okolitej krajiny sa niekedy uvádza aj problém súvisiaci s rizikom pre pilotov malých lietadiel lietajúcich nízko nad zemou. Pre nich vysoké stožiare turbín môžu byť niekedy nebezpečné.
VTÁKY
Niekedy sa ako problém spojený s veternými turbínami udávajú aj kolízie vtákov s týmito zariadeniami. Skutočnosťou je, že vtáky narážajú do budov, stožiarov elektrického vedenia a iných vysokých objektov. Tiež sú zabíjané autami a inými dopravnými prostriedkami. Ako ukazujú štúdie z Dánska vtáky zriedkavo vrážajú do veterných turbín. Jedna z týchto štúdií bola zameraná na vplyv 2 MW-ovej turbíny s priemerom rotora 60 metrov v Tjaereborgu. Radarové výsledky ukázali, že vtáky mali vo dne v noci tendenciu vyhnúť sa turbíne a to už vo vzdialenosti 100-200 metrov pred ňou a preletieť okolo nej v bezpečnej vzdialenosti. V Dánsku dokonca existujú turbíny na stožiaroch ktorých si niektoré druhy vtákov vytvorili hniezda (sokol). Jediným známym miestom, kde došlo ku kolíziám vtákov s turbínami je Altamont Pass v Kalifornii. V tejto oblasti niekoľko stoviek turbín prakticky vytvorilo "veternú stenu" a doslova uzatvorilo priesmyk, čím významne ovplyvnili podmienky pre bezpečný pohyb vtákov.
Podľa dánskeho ministerstva životného prostredia je vysokonapäťové elektrické vedenie väčším rizikom pre vtáky ako samotné turbíny. Hoci niektoré vtáky si na turbíny zvyknú skôr a iné neskôr býva zvykom, že pred výstavbou veterných parkov sa posudzuje ich vplyv na migráciu vtákov v danom mieste. Výsledkom trojročnej štúdie vykonanej v dánskej veternej farme Tuno Knob je, že turbíny stavané na otvorenom mori nemajú žiadny negatívny vplyv na vtákov.
RUŠENIE ELEKTROMAGNETICKÉHO ŽIARENIA
Televízne, rádiové i radarové vlny (elektromagnetické žiarenie) sú často rušené elektrickými vodičmi. Preto všetky kovové časti rotujúcich turbín môžu predstavovať isté riziko. V súčasnosti sa však listy rotorov vyrábajú len z plastov a dreva, ktoré neovplyvňujú elektromagnetické žiarenie. Ani turbíny umiestnené v blízkosti letísk nemajú preukázateľný vplyv na radarové stanice.
