V některých zemích již větrné turbíny nahradily tradičnější zdroje energie. Na co čekáme?
Větrné turbíny v Rusku
Větrné mlýny po celém světě nyní vyrábějí více elektřiny než celý energetický průmysl v Rusku - a za cenu, že se jejich výroba již vyrovnala tepelným elektrárnám. A to navzdory skutečnosti, že před deseti lety považovali ruští energetici a úředníci možnosti jejich rozvoje za vyčerpané a samotné větrné farmy byly příliš drahé. Nyní se vše obrátilo vzhůru nohama: ruská státní korporace investuje desítky miliard, aby dohnala Západ v oblasti větrných turbín. Proč se nenaplnily předchozí předpovědi ruských odborníků, což jsme nezohlednili? A jsou nějaké vyhlídky na pokusy společnosti Rosatom plýtvat penězi?
Vítr historie
Když lidé poprvé přemýšleli o použití větru, otázka je obtížná. Existují nepřímé důkazy o tom, že se Homo erectus nebo neandertálci mohli plavit. Moderní pokusy o překonání úžiny mezi Krétou a pevninou - a před 130 tisíci lety se na tomto ostrově náhle objevily kamenné nástroje - ukázaly, že je nereálné to dělat na veslech - proud v této úžině je příliš silný. Skalní rytiny, které přesně potvrzují použití plachet, jsou staré několik tisíc let.
Propagační video:
První mechanické stroje poháněné silou větru vynalezl Heron z Alexandrie v 1. století před naším letopočtem (vytvořil také první vzorek turbíny, která se otáčí během spalování paliva). Je pravda, že jeho větrný mlýn nevyřešil praktický problém, ale zábavný. Byl to druh hudebního nástroje, působícího s rotací kola protijedoucím větrem.
Kolem roku 400 nl se v indických buddhistických chrámech objevují větrné mlýny se svislou osou otáčení - modlitební stroje. Je snadné si všimnout jejich zásadního rozdílu od Heronova schématu - buddhistická verze větrného mlýna je „položena na bok“.
Praktické použití větrných strojů bylo nalezeno v 9. století v Íránu (popis Abu Ishaq al-Istakhri). Neměli však nic společného s těmi, na které jsme zvyklí. Byly to věže, po jejichž obvodu byly síťované struktury potažené látkou. Vítr je otáčel a speciální mechanismus přeměnil otáčení svislé osy na pohyb mlýnských kamenů nebo na provoz zařízení na zvedání vody.
Z Íránu se novinka dostala do Indie a Číny, ale ne do Evropy, která si v té době vypůjčila jen velmi málo technických inovací.
V roce 1185 byl první větrný mlýn zmíněn v Yorkshire (Anglie) a tento první západní větrný mlýn byl již známého typu - s vodorovnou osou otáčení, na kterou byly namontovány vertikálně rotující lopatky. Jak vidíme, od 12. století byl západní a východní přístup k větrným turbínám opačný.
Výhody východního schématu nad západním jsou zřejmé. Větrná turbína se svislou osou funguje bez ohledu na směr větru, takže ji mohli Číňané a Íránci nechat bez dozoru a jít dělat důležitější věci. Kromě toho ve východní verzi, se stejným výkonem, je větrání konstrukce mnohem vyšší, a proto začíná pracovat i při slabém větru.
Na druhou stranu má západní větrná turbína s vodorovnou osou své silné stránky. Ano, musí být „udržován po větru“, ale jeho lopatky jsou vždy ovlivňovány větrem pouze z jedné strany, což zvyšuje jejich energetický výdej. Východní s každou revolucí zažívá okamžik, kdy se lopatky otočí a vítr je „zasáhne“z druhé strany. Je zde dost setrvačnosti, aby se konstrukce mohla dále otáčet, ale stožár se prudce třese a část energie rotace jde kompenzovat „náraz“. Kvůli těmto proměnným zatížením musí být stožár nebo věž zesíleny a masivnější. Výsledky jsou zřejmé: západní větrná turbína je obtížnější provozovat, ale efektivnější a levnější.
Větrné mlýny byly v Evropě extrémně rozšířené, a to až po parní stroje a elektřinu. Téměř nevyžadovali personál, elektrické vedení (což je důležité ve venkovských oblastech) a byli méně hluční. Verze větrného mlýna, který zvyšuje vodu ze studny, je stále extrémně populární ve třetím světě, kde elektrifikace stále neovlivnila více než miliardu lidí.
Pokusy o přátelství s větrem a elektřinou byly učiněny velmi brzy. První větrná turbína na výrobu elektřiny byla postavena v Dánsku v roce 1890. Na západě dosáhly jejich rozměry na počátku 20. století výšky 25 metrů a rozpětí lopatek bylo 23 metrů. Bohužel, všechno zničil problém proměnlivého větru. Elektřina byla zapotřebí, i když nefoukalo, a dieselové generátory a elektrické vedení byly docela levné. Větrné mlýny byly tedy zatlačeny do vzdálených polí, kde pracovaly na zavlažování. Ale jen na chvíli!
Vítr změn v SSSR
Když se západní svět kvůli elektrifikaci začal zbavovat větrných turbín, naše země se vydala úplně jinou cestou - „po větru“. Kompenzoval nedostatek tepelných elektráren, vytvořil ve dvacátých letech 20. století Ústřední aerohydrodynamický institut řadu malých větrných turbín s kapacitou až 30 kilowattů, které jim dodávaly hydraulický akumulátor. S nadbytkem generace větrná turbína zvedla vodu do výšky stožáru, a když nebyl vítr, vypustila vodu zpět, otočila vodní turbínu, která dodávala proud. Byly používány v Burjatsku a na dalších místech bez elektrického vedení. Tento režim je mimochodem nesmírně rozumný - letos byla v Německu podle stejného konceptu postavena celá elektrárna, jen mnohem výkonnější.
V SSSR byly před objevením sibiřských ropných a plynových polí ze strategických důvodů aktivně vyvíjeny alternativní zdroje energie. 90 procent sovětské ropy bylo vyrobeno na Kavkaze a bylo zřejmé, že v každé válce se tam pokusí nepřítel zaútočit. To plánovalo francouzské letectví v roce 1940. Tomu zabránilo pouze zničení Třetí republiky Hitlerem. Sám Hitler to chtěl udělat, ale také neuspěl. Aby se ochránila, sovětská vláda podporovala celou řadu alternativ - od jedné a půl na generátory plynu na dřevo po … větrné turbíny se zásobníkem setrvačníků.
Ano, právě takový zázrak byl zahájen v Kursku v roce 1931. S kapacitou pouze 35 kilowattů byla vybavena „skladovacím diskem“(třetina tuny) otáčejícím se v kontejneru, ze kterého byl za účelem snížení tření evakuován vzduch. Větrná elektrárna vynálezce Ufimtseva osvětlila jeho dům a zásobovala dílnu, i když byl bezvětří. V roce 1936 však zemřel a od té doby nebyla stanice (stále stojí) nikdy spuštěna.
Avšak i bez paměťových zařízení patřily sovětské větrné turbíny k vůdcům. V roce 1931 byl poblíž Balaklavy postaven nejvýkonnější větrný generátor na světě s výkonem 100 kilowattů (rozpětí lopatek - 30 metrů). Je zajímavé, že Němci, kteří jsou dnes v čele vývoje větrné energie, zacházeli s větrnými farmami celkem hrubě. V roce 1941 jejich ostřelování vyřadilo z činnosti největší větrný mlýn na planetě. Možná to byla otázka závisti - jejich vlastní větrné turbíny pak nedávaly více než 70 kilowattů a byly mnohem méně. V letech 1950-1955 SSSR vyrobil 9 000 větrných turbín ročně - s kapacitou až stovek kilowattů. Jak jinak by mohly být panenské země a sever zásobovány energií před naftovými generátory?
Vítr nezávislosti
Sovětská větrná energie byla zabita poválečným rozmachem levných kapalných paliv, zatímco západní byla oživena ropnou krizí v 70. letech. Pak tam dospěla myšlenka energetické nezávislosti na nervových a náchylných k monopolnímu spiknutí východních zásobujících národů na úkor větrné energie.
Na první pohled čelíme jasné regresi. Proč přecházet ze stabilních zdrojů energie na ty, které doslova závisí na větru? Před několika lety nám navíc ruští úředníci řekli, že větrné turbíny v Evropě vyrábějí drahou energii. Zkusme na to přijít.
Dnešní větrný mlýn s horizontální osou ve skutečnosti tolik nezávisí na nejmenších výkyvech rychlosti větru. Vestas V164 je vysoký 220 metrů (jedna a půl Cheopsovy pyramidy) a lopatky s houpačkou 164 metrů (více než 50podlažní budova). Celková hmotnost čepelí ze skleněných vláken je 100 tun. Ve skutečnosti má takový design svůj vlastní úložný disk, pouze jeho hmotnost je 300krát větší než u Ufimtseva.
Současně se očekává další zvýšení výšky větrných turbín a rozpětí jejich lopatek, což znamená, že jsou ještě méně ohroženi malými zastávkami. Předpokládá se, že má smysl zvětšit rozměry alespoň do výšek 300-400 metrů a rozpětí lopatek až 300 metrů.
Počínaje společností Enercon E-126 od společnosti Siemens již existuje způsob vytváření takových kolosálních čepelí - jsou složeny ze dvou částí, které jsou vloženy do sebe. Řada výrobců plánuje zvýšit jejich počet dokonce na tři.
Síla stejného modelu Vestas V164 již překročila 9 megawattů a zdvojnásobení rozpětí lopatek přinese zvýšení výkonu větrné turbíny na 40 megawattů. Ještě důležitější je, že každých sto metrů nadmořské výšky se průměrná roční rychlost větru výrazně zvyšuje. Se skutečně velkými strukturami má smysl stavět větrné farmy i v zalesněných oblastech, kde je rychlost větru obvykle poměrně nízká u země.
Vzhledem k neustálému růstu velikosti větrných turbín náklady na jejich energii neustále klesají. Posuďte sami: lidé vědí, jak levně postavit i 828 metrů vysoké budovy, a s růstem jejich výšky rostou náklady lineárně. Ale výkon větrného mlýna s každým zdvojnásobením výšky roste již na druhou. Úspory z rozsahu jsou u větrné energie velmi patrné.
Dokonce i před pěti lety, v roce 2012, vyráběly větrné turbíny na Západě elektřinu více než 10 centů za kilowatthodinu. Dnes však toto číslo, jak uvádí americké ministerstvo energetiky, kleslo na 4–5 centů za kilowatthodinu. Dokonce i nové větrné turbíny na moři, které jsou obvykle dražší než pozemní, poskytují energii za 6-7 centů za kilowatthodinu a tato cena klesá ještě rychleji než na pevnině. Důvodem je to, že na moři můžete nosit čepele dlouhé alespoň 200 metrů, protože na mořských „silnicích“je spousta místa a není zde plno lidí.
Dobře, říkáš. Ale co období klidu, kdy po několik týdnů nefouká silný vítr? Proto staví pobřežní větrné turbíny v Evropě. Nad mořem jsou „průchody“, kde není prakticky žádný klid. Naštěstí pro Evropany jsou jim blízcí a často v mělké vodě. Například celé Severní moře je docela mělké, mimochodem, stejně jako většina vod u východního pobřeží Spojených států. Letos byla uvedena do provozu také první plovoucí větrná elektrárna na světě s desítkami megawattů. Jeho větrné mlýny jsou ukotveny a jejich pracovní hloubka je až 800 metrů. Celková plocha moří takové hloubky je taková, že z nich je možné mnohonásobně poskytnout energii celému světu. Ztráty vysokonapěťových stejnosměrných přenosových vedení nyní klesly pod 3 procenta na tisíc kilometrů - to znamená, že „mořská“větrná energie dosáhne i do vnitrozemí.
Současně by neměla být idealizována udržitelnost větrných farem. Ano, mohou dodávat energii po celý rok a v zimě stejné větrné mlýny na moři poskytnou více energie než v létě - zimní bouře pomohou. Nedokáží se však vyrovnat s ranními a večerními vrcholy spotřeby - vítr fouká přibližně stejně v 19:00 a ve 03:00. Proto se na Západě věří, že několik procent z celkové roční produkce bude i nadále zajišťovat „špičkové“plynové tepelné elektrárny. Současně spotřebují mnohem méně paliva než dnes, kdy ještě nebyla vybudována pole pobřežních větrných turbín. Je ale třeba připomenout, že na to bude těžké čekat dlouho.
Dnes větrná energie produkuje více než bilion kilowatthodin ročně - více než celý energetický sektor v Rusku. A pokud výroba elektřiny u nás od roku 1990 (kvůli přibližně stejnému objemu průmyslové výroby) nerostla, pak o větrných turbínách to nelze říci. Jen před 10 lety nedali ani desetinu současného výkonu. Můžeme s jistotou říci, že za deset let WEC planety dají mnohem víc než nyní. Většinu větrných turbín navíc v současné době vyrábí Čína a tam vědí, jak nasadit skutečně hromadnou výrobu.
pryč s větrem
Rusko se může pochlubit nejneočekávanější piruetou na cestě lidstva k větrné energii. Když byly WPP na Západě nepopulární, v naší zemi rostly. Když se ve světě začaly aktivně rozvíjet, objevily se v zemi davy odborníků z energetického průmyslu, kteří zdůraznili: „Místo pro větrné turbíny v Evropě skončilo.“Je pravda, že když jsme to začali říkat, kapacita větrných elektráren mezi Evropany vzrostla desetkrát a stále roste. Názor našich odborníků jim očividně nebyl sdělen.
V roce 2016 jsme náhle znovu změnili názor, abych se tak řekl, vrátili jsme se k Dorežněvovu SSSR. Rosatom jako první vyslovil své závažné slovo na státní úrovni. Jeho zástupce generálního ředitele Vyacheslav Pershukov upřímně poznamenal: po splnění stávajících objednávek na výstavbu nových jaderných elektráren v zahraničí může Rosatom zůstat bez zahraničních stavebních projektů, protože tento trh se rychle zmenšuje. Jaderná výroba mimo Rusko je skutečně na ústupu a žádné vyhlídky na východisko z ní nejsou v dohledu.
Hlavní důvod je prostý: Západní jaderná energie je drahá. Energie ruských jaderných elektráren je levnější, ale stále ne tolik jako energie nových západních větrných turbín. Ano, k vyrovnání jejich nekonzistence potřebujete několik tepelných elektráren na plyn, ale také je potřebují jaderné elektrárny. Koneckonců, reaktor poskytuje vždy stejný výkon a lidé spotřebovávají mnohem více během dne než v noci. Se stejnou cenou a stejnými problémy si západní kupující, který je vždy pod tlakem „zelených“, nikdy nezvolí jadernou výrobu.
Pershukov zde rovněž uvádí: možnosti výstavby nových velkých jaderných elektráren v zahraničí jsou prakticky vyčerpány. "Neměli bychom vydělávat peníze na trhu s jadernými technologiemi." Všechno. Jinak to nefunguje, “poznamenává správně.
Samozřejmě, pokud nejprve opustíte nějaké podnikání po desetiletí a pak se toho chopíte, když konkurence již má technologie, které byly vypracovány roky, pak byste neměli hned počítat s vedoucími pozicemi. Rosatom proto následoval cestu, kterou již porazil Peter I., a začal se učit nový (nebo spíše starý, u nás dobře zapomenutý) od Holanďanů. Prostřednictvím dceřiné společnosti navázal partnerství se společností Lagerwey. Do roku 2020 plánuje státní korporace postavit 26 malých větrných farem o výkonu 610 megawattů - počínaje Ulyanovskou oblastí v roce 2018. Ano, je to méně než stotina ročního globálního přínosu, ale Rosatom se z těchto drobků poučí. V roce 2020 se navíc plánuje lokalizovat výrobu větrných turbín v Rusku o 65 procent.
Složitější to bude později, když budete muset jít ve velkém měřítku. Je nemožné vyrábět větrné turbíny s celkovou kapacitou pouze stovky megawattů ročně se ziskem. Jedná se o velký byznys, bez hromadné výroby v něm nebude nízká cena. Proto je nutné rozšířit jak konstrukci větrných turbín u nás, tak vstoupit na světový trh. Bude však velmi obtížné zde soutěžit.
Giganti jako Vestas strávili desítky let zdokonalováním svých technologií a budováním zcela jedinečných zařízení. Například závod na výrobu titanových čepelí v desítkách tun, který se nachází na ostrově speciálně proto, aby usnadnil vývoz tak obtížného nákladu na pozemní komunikace. Kam to Rosatom postaví a zda bude schopen držet krok s neustále se zlepšujícím trhem s větrnými turbínami, je otázka, a není snadná.
V komentáři pro KP zástupce Rosatomu Andrei Ivanov poznamenal, že NovaWind, divize Rosatom zodpovědná za projekty v oblasti „nové energie“, souhlasila s vytvořením společného podniku s Lagerwey - Red Wind BV. Bude se zabývat otázkami lokalizace výroby větrných turbín v Rusku a konkrétněji - ve Volgodonsku, poblíž stávajících zařízení Rosatomu. V naší zemi budou vyráběny větrné turbíny s výkonem 2,5 a 4,5 megawattů. Do roku 2022 dodá Red Wind celkem 388 takových větrných turbín, z nichž prvních 60 bude smontováno pouze v Rusku - z komponent Lagerwey - a teprve poté budou „místní“větrné turbíny tak působivých rozměrů.
S jadernou elektrárnou to pro něj bylo mnohem snazší. Koneckonců, nebyli vytvořeni pouze v SSSR, ale nepřestali stavět a zdokonalovat se v naší zemi. Být prvním v tom, v čem jste průkopníkem, je mnohem jednodušší, než kde se musíte učit od ostatních. Doufejme, že státní gigant uspěje, zejména proto, že má dobrý technický personál.
Vítr budoucnosti
Přiznejme si to: je nepravděpodobné, že by se větrné turbíny v příštích desetiletích staly hlavním zdrojem energie pro lidstvo. Ano, v Dánsku již dodávají většinu elektřiny a v USA poskytují více než vodní elektrárny. Ale v zemích, kde je stále mnoho jasných dnů, se sluneční energie nyní vyvíjí mnohem rychleji než vítr. Ceny elektřiny získané s jeho pomocí klesají ještě rychleji než ceny větrných farem. Již na počátku 20. let 20. století předběhne větrné turbíny ve výrobě a stane se hlavním beranem, který ničí energii uhlí a uhlovodíků.
Ale v zemích se severním územím může vítr hrát jinou roli - hlavní generátor. To se v Rusku pravděpodobně nestane, a to nejen proto, že jižně od Samary máme hodně slunce. Ještě důležitější je, že nemůžeme opustit jadernou ani plynovou energii kvůli obrovské infrastruktuře, která byla pro ně vybudována. A přesto se do roku 2030 stanou větrné turbíny častými prvky ruské krajiny - stejně jako nyní v Německu nebo Velké Británii.