Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Stav větrné energetiky v Evropě a České republice

doc. Ing. Olga Tůmová, CSc., Ing. Eva Vejvodová
Fakulta elektrotechniky, Západočeská univerzita, Plzeň
 
Využití větrné energie zaznamenává v posledních letech rychlý rozvoj a v současné době se EU zasazuje o výrazně vyšší podíl výroby elektrické energie z větrných elektráren. Tento plán znamená významné rozšíření budování nových větrných elektráren (a nahrazení starých elektráren elektrárnami s vyšším výkonem) v členských zemích EU. Tento článek analyzuje rozvoj větrné energetiky v EU a v ČR s cílem poukázat na neustále se zvyšující množství větrných elektráren a na problémy, které výstavba větrných elektráren (VE) doprovází.
 

1. Úvod

S postupným vyčerpáváním klasických zdrojů elektrické energie a nutným hledáním a rozvojem obnovitelných zdrojů se začíná stále více uplatňovat větrná energetika. Předpokládaný výrazný nárůst nově postavených VE v členských zemích EU s sebou kromě pozitivních přínosů přináší i určitá negativa, na která reaguje jak odborná, tak především laická veřejnost.
 
Lidé žijící v blízkosti VE si často stěžují na jejich hlučnost, necitlivé umístění větrné elektrárny do krajiny, stroboskopický efekt vznikající problikáváním slunečního svitu mezi lopatkami rotoru, stíny vrhané otáčejícími se lopatkami rotoru nebo na pouhou přítomnost větrné elektrárny v sousedství. Právě veřejností negativní vnímání větrných elektráren má za následek formování různých občanských iniciativ a sdružení, které se snaží zastavit rozvoj větrné energetiky na lokální úrovni.
 
Tento článek má za cíl ukázat, že podíl větrné energetiky v Evropě již v současné době není zanedbatelný. Článek analyzuje podíl a stav větrné energetiky v Evropě a ČR a dokládá, že jestliže se má větrná energetika dále rozvíjet a udržet si pozici jednoho z nejvýznamnějších obnovitelných zdrojů energie, je zapotřebí se dívat na problematiku v širších souvislotech – především na ni nahlížet jako na dlouhodobý proces, ve kterém je zapotřebí spolupráce s veřejností [1].
 

2. Stručná historie větrné energetiky

Člověk využívá větrnou energii již celá staletí. Například už 200 let př. n. l. staré civilizace v Číně využívaly sílu větru k čerpání vody (větrná čerpadla), v Persii byl vítr využíván v mlýnech pro mletí obilí. Ve středověku se větrné mlýny rozšířily i do Evropy a v 16. a 17. století patřila energie větru společně s vodní energií k ”průmyslově” nejvyužívanějším formám energie.
 
První počátky přeměny větrné energie na energii elektrickou se datují do roku 1888*). Vzhledem k průmyslovému rozvoji poté dochází k útlumu a zájem o energii větru byl obnoven až v 70. letech 20. století v průběhu dvou enegretických krizí, kdy si Evropa začala uvědomovat možnost vyčerpání klasických energetických zdrojů. Od té doby zaznamenává větrná energetika rychlý rozvoj.
 
*) Pozn. red.:
Podle známých skutečností první větrnou elektrárnu na světě postavil Američan Charles F. Brush, který na přelomu let 1887 a 1888 sestrojil první automatickou větrnou turbínu napojenou na generátor elektrického proudu. Rotor elektrárny měl průměr 17 m (tzn. 50 stop) a skládal se ze 144 paprskovitě uspořádaných lopatek z cedrového dřeva. Výkon generátoru při otáčkách 500 min–1byl 12 kW. Tento stroj byl postaven v Clevelandu (USA, Ohio) a pojednával o něm i článek v odborném časopise Scientific American ve svém vydání z 20. prosince 1890 (podle komentáře provázejícího citaci tohoto článku na webových stránkách www.windpover.dk/tour byla regulace chodu této elektrárny dostižena až moderními konstrukcemi z 80. let dvacátého století). Elektrárna byla technologicky i výkonem dokonalejší než elektrárna v dánském Askově, postavená o tři roky později (na jihu Jutského poloostrova, asi 70 km od současných hranic s Německem).
 
Větrná elektrárna v dánském Askově drží evropský primát v konstrukci větrných elektráren. Zásluha na tom patří profesorovi tamní lidové univerzity v dánské obci Askov Poulu la Courovi (1846–1908). Ten zde od roku 1878 vyučoval matematiku, fyziku a chemii. Roku 1891 sestrojil první větrnou elektrárnu se čtyřmi až šesti „křídly”, tvořenými plachtami napnutými na rámové konstrukci, která se podobala klasickému větrnému mlýnu.
 
V České republice je historicky doloženo postavení prvního větrného mlýna na jejím území v roce 1277 na zahradě Strahovského kláštera v Praze, k největšímu rozvoji mlýnů s tímto pohonem došlo v 19. století. Ve 20. letech 20. století se větrné elektrárny začaly na území ČR využívat v konstrukčním spojení s vodními čerpadly*).
 
*)Pozn. red.:
Větrná čerpadla jsou poměrně typická pro Severní Ameriku, nicméně v ČR je až do 20. let dvacátého století vyráběla i firma Kunz (obr. 3) v Hranicích na Moravě. Některá čerpadla se dochovala dodnes i u nás, jako technické památky. I tyto stroje znamenaly jistý stupeň vývoje směřujícího ke konstrukci větrných elektráren.
 
Výroba velkých VE v České republice začala v 80. až 90. letech 20. století, především ve Frýdku-Místku. Vývoj VE ustal v roce 1996 a zároveň poklesl i zájem o větrnou energetiku. V posledních několika letech zažívá větrná energetika v ČR opět velký boom, a to zejména zásluhou politiky EU [2].
 

3. Využití větrné energie

V roce 1995 byl celkový instalovaný výkon zdrojů elektrické energie v EU 532 GW, který do konce roku 2007 vzrostl na hodnotu 775 GW. V porovnání s rokem 1995 se rozložení zdrojů podílejících se na celkovém instalovaném výkonu změnilo. Využívání energie pocházející ze spalování uhlí (tepelné elektrárny) zůstalo přibližně na stejné úrovni, naopak využívání energie zemního plynu se zdvojnásobilo (na 21 %). Ostatní zdroje – jaderné a vodní elektrárny - zaznamenaly mírný pokles, naopak využití větrné energie vzrostlo o 7 % (obr. 5).
 
Největší přírůstek celkového instalovaného výkonu (o 200 GW) je evidován od roku 2000. Nejvíce k této změně přispěl dvojnásobný přírůstek zdrojů využívajících plyn (164 GW), instalovaný výkon VE se zvýšil z 13 GW na 57 GW. Největšími producenty větrné energie v EU jsou Dánsko, Španělsko, Portugalsko, Irsko a Německo – více než 5 % z celkové poptávky po elektrické energii je pokryto právě výrobou elektrické energie z větrných elektráren*) (viz obr. 4) [3].
 
*) Pozn. red.:
Koncem dvacátého století překonaly komerčně vyráběné a provozované větrné elektrárny hranici výkonu 1 MW na jednom stožáru a v současnosti největší zařízení tohoto druhu jsou postavena v Německu – větrná elektrárna Enercon u Magdeburku o výkonu 4,5 MW a Repower u Bremenshavenu o výkonu 5 MW. V posledních letech jsou nejvýkonnější elektrárny stavěny i na mořských mělčinách ve skupinách (farmách) po desítkách strojů (obr. 6).
 
V současné době je EU navrhováno, aby v příštích 25 letech byl podíl výroby elektrické energie z VE výrazně vyšší. V březnu 2008 vydala Evropská asociace pro větrnou energii EWEA (European Wind Energy Association) dokument, ve kterém je nastíněn předpokládaný vývoj využití větrné energie až do roku 2030. V letech 2005 až 2030 se počítá s celkovým instalovaným výkonem ze všech zdrojů 862 GW, přičemž 300 GW připadá právě na větrné elektrárny (120 GW je plánováno pro VE umístěné v moři – tzv. „offshore“ VE, viz tab. 1). Tento plán předznamenává významné rozšíření budování nových VE v členských zemích EU.
 

4. Situace v ČR

Celková kapacita instalovaného výkonu v ČR je přibližně 17 610 MW (stav k 31. 5. 2008) [9]. Podpora využití obnovitelných zdrojů energie (dále OZE) je implementována zejména v zákoně č. 180/2005 Sb., o podpoře využívání obnovitelných zdrojů, a je míněna především stanovením příznivých výkupních cen elektrické energie z OZE Energetickým regulačním úřadem.
 
V České republice patří mezi OZE vodní elektrárny, biomasa, bioplyn, větrné elektrárny, biologicky rozložitelná část spalovaného komunálního odpadu, fotovoltaické systémy a kapalná biopaliva (viz tab. 2). Výroba elektřiny z OZE je vztahována k hrubé domácí spotřebě elektřiny a podle předběžných dat Energetického regulačního úřadu a Ministerstva průmyslu a obchodu ČR, hrubá výroba elektřiny z OZE se v roce 2007 podílela na celkové hrubé tuzemské výrobě elektřiny asi 3,9 %. V porovnání s rokem 2006 (4,2 %) se jedná o mírný pokles, zapříčiněný především nižší výrobou elektřiny vodními elektrárnami z důvodu horších hydrologických podmínek. Ostatní OZE zaznamenaly meziroční nárůst výroby elektrické energie. Větrné elektrárny vyrobily přibližně 125 GW·h, což je meziroční nárůst o 153 %, nicméně finální statistika OZE bude publikována v srpnu 2008 [4]. Je zřejmé, že podíl OZE bude postupně růst, neboť Česká republika se zavázala do roku 2010 zvýšit podíl OZE na 8 % výroby elektrické a 6 % výroby veškeré energie z OZE v poměru k hrubé domácí spotřebě. V roce 2030 by poměr výroby elektřiny z OZE měl vzrůst dokonce až na 20 %.
 
Využitelný energetický potenciál větru v ČR je odhadován přibližně na 1 200 MW [5]. K 31. 5. 2008 měla Česká republika 133,7 MW instalovaného výkonu ve VE, přičemž 63 MW bylo instalováno v roce 2007, a do roku 2010 se počítá s růstem instalovaného výkonu VE na 250 MW (tento údaj se liší v závislosti na různých studiích, autorkám článku přijde nejvíce realistický) [2, 9].
 
Větrné elektrárny s doposud největším instalovaným jednotkovým výkonem v ČR (technologie WinWinD, výška stožáru 88 m, průměr osy rotoru 100 m, výkon 2 x 3 MW) byly postaveny u obce Pchery na přelomu roků 2007 a 2008 (obr. 7 a 8) Celková průměrná roční výroba VE Pchery je plánována na zhruba 11 GW·h [6].
 

5. Postoje veřejnosti k VE

S ohledem na životní prostředí člověka nese s sebou růst počtu VE i četné problémy. Předchozí údaje ukázaly, že výroba elektřiny z VE zabírá významné místo na energetickém trhu a že v následujících letech její podíl výrazně poroste. Plán EU ohledně rozšiřování OZE, mezi které patří i VE, souvisí se snahou o snižování emisí CO2 a především s potřebou hledání energetické nezávislosti Evropy na dodávkách ropy a zemního plynu. Politika EU je přejímána politikou členských států, jejíž důsledky se často projeví právě na lokální úrovni při výstavbě nových VE. V roce 2006 čtyři roky trvající výzkum EU Eurobarometr (EB64), sledující postoje obyvatel Unie ukázal, že lidé většinou podporují OZE (v případě VE je schvalovala téměř polovina obyvatel 25 členských států EU) a vítají jejich další rozšiřování.
 
Právě při plánované výstavbě nových VE se často kříží zájmy provozovatelů VE a obyvatel obcí, v jejichž blízkosti je nebo má být VE postavena. Na jedné straně jsou lidé přesvědčováni o neškodlivosti VE ze strany provozovatelů a výrobců VE, již jsou vedeni hlavně ekonomickými zájmy, a ekologickými organizacemi, jejichž prvotním hlediskem je čistá výroba elektrické energie bez relativně negativních dopadů na životní prostředí. V tomto bodě podpora OZE obyvatelstvem většinou končí a v místě plánovaného větrného parku či výstavby solitérní VE dochází často ke vzniku občanských iniciativ protestujících proti VE. V USA byl tento jev pojmenován jako syndrom NIMB („Not In My Back Yard“ – přeneseně: Ne na mém dvorku!, pozn. red.).
 
Jak již výše uvedeno, lidé žijící v blízkosti větrných elektráren si často stěžují na jejich necitlivé umístění do krajiny, stroboskopický efekt vzniklý problikáváním slunečního svitu mezi lopatkami rotoru, stíny vrhané otáčejícími se lopatkami rotoru, na pouhou přítomnost VE v sousedství a na hluk produkovaný VE. Kromě posledního faktoru jsou všechny ostatní jmenované viditelné a dobře kvantifikovatelné, avšak kolem hluku existuje celá řada nepřesností [7, 8].
 
Je tedy zřejmé, že při plánování instalace nových VE je třeba respektovat postoje veřejnosti vůči větrným elektrárnám, jelikož výstavba VE je v současné době hodně diskutovaným tématem, vyvolávajícím emoce na stranách obyvatel a provozovatelů VE. Protože při stávající hustotě osídlení v ČR není možné postavit VE mimo oblast, kde obyvatelstvo bydlí, není ani problematika výstavby nových VE jen problémem technickým.
 

6. Závěr

V tomto článku byl přiblížen stav větrné energetiky v EU a v ČR z pohledu analýzy instalovaného výkonu VE a v souvislosti se vztahem obyvatelstva k větrným elektrárnám. Lze předpokládat, že větrná energetika bude mít v budoucnosti trvalé zastoupení i v ČR jako jeden z důležitých OZE. Každopádně se jedná o celospolečenskou problematiku, protože při stávající hustotě osídlení v ČR není možné postavit VE mimo oblast, kde obyvatelstvo bydlí, a proto není ani problematika výstavby nových VE jen problémem technickým.
 
Poděkování
Práce vznikla v rámci řešení výzkumného záměru MSM 4977751310 - Diagnostika interaktivních dějů v elektrotechnice - řešeného na pracovišti autorek. e-mail: tumova@ket.zcu.cz, evejvodo@ket.zcu.cz
 
Literatura:
[1] WAGNER, S. - RAINER, B. - GUIDATI, G.: Wind Turbine Noise. Stuttgart, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 1996, ISBN 3-540-60592-4.
[2] Kolektiv autorů: Obnovitelné zdroje energie a možnosti jejich uplatnění v České republice. ČEZ, Praha, 2003, 144 s.
[3] ZERVOS, A. - KJAER, Ch.: Pure Power - Wind Energy Scenarios up to 2030. The European Wind Energy Association, Brussels, 2008.
[4] ROSECKÝ, D.: Hrubá výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů energie v roce 2007 - předběžná data. Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR, Praha, 2008.
[5] GEBAUER, P.: Role větrné energetiky v ČR – Plnění cílů vs přínos pro energetickou bilanci. Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR, Praha, 2007.
[6] Větrná elektrárna Pchery. ČKD Blansko, Holding, Blansko, 2007.
[7] VEJVODOVÁ, E.: Analysis of Wind Turbine Noise Propagation. ZČU v Plzni, Plzeň, 2008, 73 s.
[8] Kolektiv autorů: Attitudes towards Energy - Special Eurobarometer 247/Wave 64.2. TNS Opinion & Social. European Comission, Brussels, 2006.
[9] Měsíční zpráva o provozu. Energetický regulační úřad, Praha, 2008.
 
Obr. 1. Využití větrné energie zaznamenává v posledních letech rychlý rozvoj a v současné době se EU zasazuje o výrazně vyšší podíl výroby elektrické energie z větrných elektráren
Obr. 2. V případě větrných elektráren nejde pouze o technickou problematiku. Větrné elektrárny mají své odpůrce i zastánce.
Obr. 3. Větrné čerpadlo firmy Kunz z 20. let minulého století
Obr. 4. Znázornění instalovaných výkonů z větrných elektráren (MW); rok 2007
Obr. 5. Znázornění “ostatních” instalovaných výkonů (MW); rok 2007
Obr. 6. Větrné farmy jsou instalovány u mořského pobřeží (Dánsko, Německo, Norsko)
Obr. 7. Výstavba VE Pchery (ČR) – transport gondoly
Obr. 8. Výstavba VE Pchery (ČR) – před instalací propeleru
Obr. 9. Malá větrná elektrárna v obci Mukařov, ČR
Obr. 10. Míháním lopatek přes svit slunce údajně může způsobovat zdánlivý stroboskopický efekt
 
Tab. 1. V letech 2005 až 2030 se počítá s celkovým instalovaným výkonem ze všech zdrojů 862 GW, přičemž 300 GW připadá právě na větrné elektrárny (120 GW je plánováno pro VE umístěné v moři)
Tab. 2. V České republice patří mezi OZE vodní elektrárny, biomasa, bioplyn, větrné elektrárny, biologicky rozložitelná část spalovaného komunálního odpadu, fotovoltaické systémy a kapalná biopaliva