Vítr, obnovitelná energie

Zájem o využívání obnovitelných zdrojů pro výrobu elektrické energie se zvýšil v sedmdesátých letech minulého století. V té době přibývaly poznatky o možné globální klimatické změně v důsledku rostoucí koncentrace skleníkových plynů (především CO₂ vlivem spalování fosilních paliv, hlavně v uhelných elektrárnách). Začaly se objevovat analýzy o vyčerpání neobnovitelných zdrojů energie a studie o překročení kapacity přírodních systémů pojmout objemné tuhé, kapalné a plynné odpady. Přímým impulzem pro rozvoj větrné energetiky pak byla energetická krize r. 1973, vyvolaná embargem zemí OPEC na vývoz ropy do hospodářsky vyspělých států. Pod tlakem prudkého zvýšení světových cen veškeré energie si tehdy tyto státy uvědomily omezenost energetických zdrojů a začaly ověřovat možnosti obnovitelných zdrojů energie pro využití v širším měřítku.

Průkopníkem větrné energetiky v Evropě bylo Dánsko, kde se začaly stavět první větrné elektrárny koncem osmdesátých let minulého století. Do konce r. 1991 Dánové postavili 3200 větrných elektráren o celkovém výkonu 410 MW, což představovalo 2,4 % celkové dánské spotřeby elektrické energie. Evropský primát ve výši instalovaného výkonu větrných elektráren postupně převzalo Německo, kde bylo k 31. 12. 2004 postaveno 16 543 větrných elektráren s celkovým instalovaným výkonem 16 629 MW. Energie z větrných elektráren pokrývala v roce 2004 z celkové německé spotřeby 5,9 %, na území Šlesvicka-Holštýnska však 33,4 %. V Sasku, které má obdobné klimatické poměry jako severní Čechy, bylo 674 větrných elektráren s celkovým výkonem 666,5 MW (krylo 5,8 % místní spotřeby elektrické energie). ³⁾ V České republice větrná energetika rostla v letech 1990–1995. Bylo vybudováno 24 větrných elektráren (s výkonem větším nebo rovným 50 kW) s celkovým okamžitým výkonem 8220 kW. Následoval pokles větrné energetiky (do r. 2002), způsobený demontáží pěti zařízení (celkem 925 kW) a nefunkčností řady dalších. Šlo o větrné elektrárny domácí výroby, které byly sice levné, ale neprošly zkušebním provozem a trpěly velkou poruchovostí. Další příčinou úpadku byly nízké výkupní ceny, které se až do r. 2002 pohybovaly od 0,9 do 1,13 Kč/kWh, tudíž neumožňovaly splácet podnikatelské úvěry. Od prosince 2002 do současnosti bylo uvedeno do provozu 15 větrných elektráren (o celkovém výkonu 9865 kW), ke konci r. 2004 představoval celkový nominální výkon všech větrných elektráren v České republice 17 160 kW. První etapu rozvoje převážně motivovalo nadšení v rodícím se podnikatelském prostředí, druhou pak zvýšení výkupních cen elektrické energie (v letech 2002 a 2003 – 3,00 Kč/kWh, v r. 2004 – 2,70 Kč/kWh, v r. 2005 – 2,60 Kč/kWh).

Trocha teorie o větrné energii

Hustota výkonu větru charakterizuje možnosti využít kinetickou energii větru v dané ploše (udává se v Wm^–2). Výkon je přímo úměrný hustotě vzduchu a třetí mocnině rychlosti větru. Ve standardní atmosféře klesne hustota vzduchu ve výšce 500 m oproti hodnotě u hladiny moře o 4,7 % a ve výšce 1000 m o 9,2%. ⁴⁾ Rychlost větru v přízemní vrstvě atmosféry s výškou narůstá podle logaritmického vztahu. Protože se rychlost větru s časem mění, vyjadřuje se hustota energie za určitý časový interval, nejčastěji za období roku. Údaje pro tyto výpočty se získávají např. z desetiminutových průměrů měřených po hodinách, někdy se však musíme spokojit s průměrnými rychlostmi větru v tzv. klimatických termínech (7, 14, 21 h). Výkon odebíraný proudícímu vzduchu rotorem turbíny určuje plocha rotoru, jeho technologické parametry a výška jeho umístění nad zemí (výkon s výškou stoupá v důsledku růstu rychlosti větru).

Co nás zajímá při „větrném plánování“

Stupeň vhodnosti určitého území pro využití větrnou energetikou může určovat zásoba větrné energie nebo potenciál větrné energie, který bývá členěn do více úrovní, přičemž následující pojetí je nejobvyklejší.

• Klimatologický (teoretický) potenciál větrné energie vychází z hustoty výkonu větru. Je vhodné jej udávat ve výšce 30–40 m nad zemí (tj. na horní hranici přízemní vrstvy, kde jsou již nejvýznamnější účinky drsnosti zemského povrchu potlačeny). Plochu příhodnou pro stavbu větrných elektráren vymezuje dolní mez hustoty výkonu větru, která vychází z ekonomické analýzy. Z toho důvodu se určení plochy musí aktualizovat v závislosti na technologickém vývoji větrných elektráren a na výkupní ceně elektrické energie. Německá studie z roku 1994 udávala mezní hodnotu 210 Wm^–2.

  Většinou se pro vymezení plochy vhodné pro stavbu větrných elektráren používá jednodušší kritérium – průměrná roční rychlost větru. V tomto postupu je zanedbán vliv hustoty vzduchu. Obdobně jako v předcházejícím případě se stanovuje dolní mezní hodnota. V současné době se na území České republiky bere za mezní hodnotu průměrné roční rychlosti větru ve výšce 30 m údaj 5,2 ms^–1.

• Technický potenciál větrné energie lze definovat celkovým nominálním výkonem, celkovou očekávanou roční výrobou větrných elektráren, které odpovídají poslednímu stavu dosažené technické úrovně při využití dostupného klimatologického (teoretického) potenciálu. Respektovat se musí požadavky na výstavbu a provoz (připojovací podmínky, hlukové emise, dopravní infrastruktura, vliv na chráněné krajinné oblasti, aspekty plynoucí z projektu NATURA 2000 ad.).

  Technický potenciál se časem mění a závisí na vývoji technologií větrných elektráren (viz tabulka).

• Realizovatelný potenciál větrné energie je technický potenciál daný do souvislosti s územními plány. Jde o první přiblížení realitě při zpracování studií o možnostech výroby elektrické energie ve větrných elektrárnách na konkrétních místech. Dále ještě rozlišujeme realizovaný potenciál větrné energie.

Větrné možnosti České republiky

Přiložená mapa zobrazuje prostorové rozložení hustoty výkonu větru (ve Wm^–2) nad územím České republiky ve výšce 40 m nad povrchem, které jsme získali kombinací modelů VAS a WAsP. Z hlediska větrných elektráren se nejpříznivější plochy území s hustotou výkonu větru nad 400 Wm^–2 nalézají v Krušných horách, Krkonoších a v Hrubém Jeseníku, lokálně se vyšší rychlosti vyskytují též na vrcholcích a nejvyšších hřebenech Beskyd, ojediněle i dalších pohoří (Javorníků, Doupovských hor, Českého středohoří, Ještědského hřbetu a Jizerských hor, Šumavy, Bílých Karpat). Poměrně vhodné plochy s hustotou výkonu přes 200 Wm^–2 jsou v oblasti Žďárských vrchů a horního Posázaví, na pozvolných jihovýchodních svazích Českomoravské vrchoviny, v oblasti Oderských vrchů a Nízkého Jeseníku. Nejnižší hustotu výkonu větru mají údolí a území s velkou drsností povrchu (Sokolovská, Českobudějovická a Třeboňská pánev, severovýchodní části České tabule a severní části Hornomoravského úvalu). Podíl území ČR, na němž byly vypočteny hodnoty přes 200 Wm^–2, dosahuje 9 %, zatímco pro hranici 400 Wm^–2 činí jen 1,2%.

Pohled do budoucnosti

Rozvoj české větrné energetiky ovlivní zákon o podpoře energií z obnovitelných zdrojů, který nabude platnost 1. srpna 2005. Tento zákon vychází ze směrnice Evropského parlamentu a rady 2001/77/EC a vytvořil podmínky pro naplnění cíle podílu z obnovitelných zdrojů na hrubé spotřebě v České republice ve výši 8 % k roku 2010.

Pokud víme, úroveň technického potenciálu byla určena pouze pro část Krušných hor, ležící na území kraje Ústí nad Labem. ⁷⁾ Bylo určeno 288 pozic vhodných pro výstavbu větrných elektráren s celkovým nominálním výkonem 576 MW a roční produkcí 1 477 828 MWh. Při hrubém odhadu technického potenciálu větrné energie, který nezahrnuje příznivé větrné podmínky na území CHKO a na zalesněných plochách, lze předpokládat stavbu 900–1100 větrných elektráren s průměrným instalovaným výkonem 1400 kW a roční výrobou elektrické energie 2,2–2,6 TWh. Pouze hrubý odhad realizovatelného potenciálu větrné energie v první etapě realizace lze předpokládat v úrovni 445–515 větrných elektráren s celkovým instalovaným výkonem 580–670 MW a roční výrobou 1,0–1,2 TWh. Domníváme se, že budoucnost ukáže, zda rozvoj větrné energetiky jako jedné z nejpřívětivější vůči životnímu prostředí nabude přiměřené tempo. Z ekonomických hodnocení větrné energetiky se vytrácejí pohled na snižování emisí CO₂, vyčerpatelnost přírodních zdrojů a náklady na externality. Dynamický rozvoj větrné energetiky v sousedních zemích může být pro nás inspirací, ale i poučením.