Větrná energie Energie větru

Úvod Problematika neobnovitelných zdrojů energie (uhlí, ropa, zemní plyn a uran): * zásoby se ztenčují * těžba je stále náročnější a dražší (větší hloubky, …)  cena těchto zdrojů neustále roste a do budoucna je třeba najít nové zdroje energie Obnovitelné zdroje energie * energie slunce * přímá výroba elektrické energie * nepřímá výroba elektrické energie * výroba tepelné energie * energie větru * energie vody – proudění vody, příliv a odliv * geotermální energie * energie biomasy * jaderná energie – množivé reaktory

Obnovitelné zdroje

Energie větru Využití větrné energie má dlouhou minulost – plachetnice, větrné mlýny, větrná čerpadla. Plachetnice (Egypt, stáří asi 5000 let) První větrné mlýny (okolo roku 1100)

Energie větru Větrná čerpadla - symbol Divokého západu (19. století) Holandské mlýny (17. století )

Energie větru Jak vzniká vítr ? Čím jsou dány větrné proudy ? Nerovnoměrným ohříváním zemské kůry a následným vyzařování tepelného záření vznikají různé atmosférické tlaky  proudění teplého a studeného vzduchu. Čím jsou dány větrné proudy ? zemskou rotací morfologie krajiny vodními plochami vegetací Pro optimální využití větrné energie jsou zpracovány větrné mapy, které vznikly na základě pravidelného proudění a dlouhodobého měření. Všeobecně nejpříznivější podmínky mají severské přímořské státy.

Úvodní čísla … K 31. 12. 2013: svět EU ČR Instalovaný výkon 318,0 GW 106,0 GW 0,268 GW Evropa: 1. Německo 31 308 MW 2. Španělsko 22 796 MW 3. Itálie 8 144 MW Svět: Čína 80 824 MW Brazílie 2 788 MW USA 60 009 MW Výroba z větrných zdrojů v České republice 2009 289,9 GWh 2010 335,6 GWh 2011 334,8 GWh 2013 415 GWh

Úvodní čísla …

Větrná mapa západní Evropy

ČR – větrná mapa

Česká republika – rok 2013 Celkový instalovaný výkon 20 520,0 MW z toho větrné elektrárny 268,0 MW procentuální podíl 1,31 % Celková vyrobená energie (bez VS) 81 086,0 GWh z toho větrné elektrárny 415,0 GWh procentuální podíl 0,5 % Největší větrné elektrárny v České republice (1.1.2011) 1. Kryštofovy Hamry–Loděnice 21 x 2MW 42 MW 2. Horní Loděnice – Lipina 9 x 2MW 18 MW 4. Andělka (od 1.8.2013) 6 x 2,05 12,3 MW Vitkov (Heřmanice) 5 x 0,5 + 0,6 MW 3,1 MW Jindřichovice pod Smrkem 2 x 0,6 MW 1,2 MW

Česká republika – rok 2009 Lysý vrch Strážní Vrch u Nové Vsi

Energie větru Na čem závisí výkon větrné elektrárny ? Hustota výkonu („výkon na jednotku plochy“) při stoprocentní využití kinetické energie větru kolmo na směr proudění: kde  - hustota vzduchu (zhruba 1,3 kg/m3) v - rychlost větru Tento výkon nelze (ani teoreticky) využít – proč ? vítr za rotorem větrné elektrárny by musel být nulový !

Energie větru Reálný výkonu odebraný proudícímu vzduchu kolmo na směr proudění (bez účinnosti): kde cp - součinitel výkonu – závisí na míře snížení rychlosti větru za rotorem Cpmax = 0,593 S - plocha, kterou prochází rotor (m2) D - průměr rotoru (m) D/2 - délka lopatky rotoru (m)

Energie větru P = k * D2 * v3 (W;m, m/s) Pro orientační výpočet lze použít vztah: P = k * D2 * v3 (W;m, m/s) kde k - konstanta zahrnuje krajinné vlivy, „stínění“, … - pohybuje se v rozmezí (0,2 – 0,5) Zhodnocení: * pro výkon elektrárny je prioritní průměrná rychlost větru a délka lopatky oběžného kola * výkon závisí na třetí mocnině rychlosti větru * s rostoucí výškou stožáru se snižuje vliv krajinných nerovností, které výrazně snižují rychlost větru. * u velkých výkonů by měla předcházet větrná studie a dlouhodobé měření rychlosti větru v dané lokalitě.

Účinnost Jednotlivé faktory pro výpočet celkové účinnosti: 1. Účinnost rotoru – max. Cp v praxi r ~ 0,5 2. Účinnost převodovky pr ~ 0,97 3. Účinnost generátoru g ~ 0,95 4. Ostatní zařízení i ~ 0,95 Celková účinnost c ~ 0,43 Celkový orientační výkon včetně účinnosti: r - délka lopatky (m)  - hustota vzduchu – (1,0 – 1,3) kg/m3 k - konstanta k = (0,6 – 0,7)

Účinnost

Závislost jmenovitého výkonu na průměru rotoru Současný trend větrných elektráren – průměry rotorů

Nárůst výkonu větrných zařízení

Montáž

Materiály Gymnasium Műnchen - učební texty Encyklopedie - Wikipedie Česká společnost pro větrnou energii – web Německá společnost pro větrnou energii - web