Snahy o spoutání síly větru provázejí lidstvo od nepaměti. Vítr nám pomáhal čerpat vodu, mlel obilí, poháněl naše lodě, vysoušel nizozemské poldry. Dnes ho využíváme stále častěji ke generování elektřiny. Přes několik tisíc let trvající známost však zapojování větrné energie do energetiky evropských zemí provázejí nejasnosti a dohady. Pojďme se vydat po stopě využívání energie větru a zjistit, jak je to s větrnou energií doopravdy. Jak moc je zelená a udržitelná?
Lidstvo využívá energii větru po více než pět a půl tisíce let. Vítr od nepaměti poháněl lodě, zajišťoval ventilaci ve starověkých stavbách nebo roztáčel modlitební mlýnky. Mezi sedmým a devátým stoletím našeho letopočtu se objevují na území dnešního Iránu první horizontální větrné mlýny. Šest až dvanáct obdélníkových plachet upevněných kolem dlouhé vertikální osy pomáhalo mlít obilí, zpracovávat třtinu nebo čerpat vodu.
Větrné mlýny se následně dostaly do Číny, Indie i Evropy. Kolem roku tisíc našeho letopočtu se již na Sicílii využívá větru k čerpání mořské vody při výrobě soli. Ve dvanáctém století se v severozápadní Evropě začínají objevovat sloupové vertikální mlýny. Tyto dřevěné stavby byly budovány okolo dřevěného sloupu, díky čemuž se mohly celé otáčet podle měnícího se směru větru.
Hnací síla změn
Nejstarší věrohodně datovaný sloupový mlýn stál od roku 1185 ve Weedley v anglickém hrabství Yorkshire. Koncem 12. století ale byly stejné stavby běžné v prakticky celé severozápadní Evropě a šířily se dále. Později je nahradily dokonalejší zděné mlýny holandského typu, u kterých se proti větru natáčí jen dřevěná střecha s větrným kolem.
Vítr se stal dostupným zdrojem energie všude tam, kde nebyl dostatek řek a říček o vhodné vydatnosti a spádu. Vítr byl navíc zdrojem obecně přístupným. Využívání vodních toků a jejich energie bylo ve středověké Evropě často privilegiem šlechty nebo církví. Přístup k větru omezen nebyl a ten tak mohl přispět k vzestupu nové střední vrstvy. Vítr vál do plachet společenským změnám.
Na území Čech, Moravy a Slezska je první větrný mlýn doložen roku 1277. Stál v zahradě Strahovského kláštera v Praze. K největšímu rozšíření této technologie však u nás došlo až o téměř šest set let později, v polovině 19. století. Větrné mlýny tehdy byly stavěny prakticky ve všech koutech vlasti. Historicky doloženo je jich 879. Přestože se jich zachoval jen zlomek, tak na jejich pozůstatky dodnes narazíte v šestadvaceti okresech – od Břeclavi po Liberec.
Elektřina z větru
Využít sílu větru k produkci elektřiny prvně napadlo profesora Jamese Blytha. V roce 1887 vystavěl u své chaty ve skotském Marykirku deset metrů vysokou větrnou elektrárnu. Ta nabíjela akumulátory sloužící k osvětlení. Ve stejném roce zprovoznil svou turbínu také Charles F. Brush v americkém Clevelandu. O čtyři roky později začal dánský vědec Poul la Cour používat větrnou turbínu k výrobě vodíku. V roce 1895 ji adaptoval a použil k napájení veřejného osvětlení ve vesničce Askov. Osvědčila se. O pouhých sedm let později tak již v Dánsku pracovalo dvaasedmdesát větrných elektráren. Přestože měly z dnešního pohledu směšný výkon od pěti do pětadvaceti kilowatů, svůj účel plnily.
Nejen v Dánsku, ale i v řadě dalších zemí světa sehrály větrné elektrárny důležitou úlohu v prvních etapách elektrifikace venkova. Ve dvacátých letech minulého století přišla americká firma Jacobs Wind s malými turbínami pro farmáře. Během následujících třech desetiletí jich dodala přes třicet tisíc kusů. Poskytovaly již výkon od několika set wattů po několik kilowatů, což potřebám tehdejších farem postačovalo. Osvědčily se nejen v Americe, ale také v Africe, Austrálii i během polárních expedic na Antarktidě.
Přesto v následujících desetiletích dochází spíše k úpadku větrného průmyslu. Ačkoliv technologie pokračuje dále a výkon i spolehlivost elektráren rostou, komerční úspěchy se nedostavují a řada firem z odvětví odchází. Venkov ve vyspělých zemích prošel elektrifikací a svět si po většinu dvacátého století užíval období levných surovin, levných energií a bezstarostného pálení fosilních paliv.
Větrné parky dnes
Větrná energie se do povědomí širší veřejnosti vrací až kolem přelomu tisíciletí. Klimatologové bijí na poplach, ekonomové vědí, že na levné suroviny se nelze spoléhat do nekonečna, řada zemí pociťuje závislost na dovozu fosilních paliv jako svou strategickou slabinu. Výstavba velkých centralizovaných zdrojů a rozvodných sítí je v prakticky v celé Evropě čím dál složitější. Jaderná energetika již v řadě zemí není oblíbencem veřejnosti, a vlastně už ani soukromých investorů. V této době si lidstvo vzpomíná na starého známého – na vítr.
Ambiciózní plány na využití větrné energie v národním energetickém mixu oznámila řada zemí. Kromě těch tradičně s větrem spojených, kterými jsou třeba Dánsko nebo Nizozemí, zažilo svůj větrný boom například Německo. U nás jsme se o něm dozvěděli zejména v souvislosti s tématem nebezpečných přetoků elektřiny z větrných elektráren na pobřeží Baltu dolů na jih ke spotřebitelům v průmyslovém Porýní nebo v Rakousku. Na vítr ovšem spoléhá i pragmatická Velká Británie (viz Větrná budoucnost, Visions – podzim 2013, strana 20-21). Do roku 2020 chce země získávat 30 – 40 % energie z obnovitelných zdrojů a zejména větrné farmy na otevřeném moři v tom mají hrát zásadní roli. Farmy budují ale i další země. Ve Spojených státech amerických se rodí obří farmy na souši. Iowě například vzniká na pěti lokacích komplex čítající 448 turbín o výkonu 1.050 MW. Nespí ani Asie. V první pětici zemí podle instalovaného výkonu naleznete Čínu i Indii. Čína je již dnes největší světovou větrnou velmocí s téměř dvojnásobným instalovaným výkonem oproti druhým Spojeným státům. A buduje dále.
Je to bezpečné? Média před několika lety varovala před katastrofickým vlivem nestabilních obnovitelných zdrojů na rozvodné sítě. Dnes již víme, že předpoklady matematických modelů nelhaly a v praxi se projevil „zákon velkých čísel“. Ten ze stovek nestabilních větrných či solárních elektráren udělal v souhrnu poměrně stabilní zdroj. Efekt se samozřejmě uplatňuje pouze v případě dostatečného množství nezávisle se chovajících zdrojů, tedy například v současných evropských podmínkách. Kromě toho jsme se naučili poměrně dobře předvídat na několik hodin dopředu produkci jednotlivých elektráren. A to již je pro řízení sítě přijatelné. V rukávu přitom máme další technologická esa. Inteligentní chytré sítě (viz Visions – podzim 2011, téma čísla, strana 10-19), virtuální elektrárny kombinující různé zdroje do snadno řiditelných celků (viz Virtuální elektrárny, Visions – jaro 2013, strana 34-35) nebo efektivnější metody uchovávání elektrické energie. S malou revolucí v této oblasti aktuálně přichází například americká Tesla. Energetika budoucnosti bude zcela jistě vypadat výrazně jinak, než jak jsme ji znali před dvaceti lety. Bude využívat pestřejší paletu energetických zdrojů, bude náročnější na řízení a znalosti, aktivnější bude úloha spotřebitelů. Totální energetický kolaps nám však snad nehrozí.
Je větrná energie vůbec „zelená“?
Je větrná energie skutečně zelená? Není celý humbuk okolo výstavby větrných elektráren živen jen dotacemi a vyšší výkupní cenou? Vyplatí se to skutečně? Jednoznačnou odpověď na tuto otázku přinesl tým odborníků zabývajících se využíváním větrné energie ve společnosti Siemens. Vytvořili dva modelové projekty a snažili se věrně zachytit veškeré energetické výdaje, které s sebou provoz větrníků nese. V úvahu brali energii nutnou k výrobě vstupujícího materiálu a veškeré energetické výdaje související s výrobou, výstavbou, provozem, údržbou a následným rozebráním a recyklací elektrárny. Následně vyhodnotili přínos a uhlíkovou stopu.
Prvním projektem byla větrná farma s osmdesáti větrníky umístěnými na moři. Při plánované životnosti 25 let farma vygeneruje 53 milionů MWh elektrické energie. Po započtení veškerých „nákladů“ vychází uhlíková stopa farmy na 7g CO2 na vyprodukovanou kilowatthodinu. Energie generovaná z fosilních paliv si sebou nese břímě v průměrné výši 865g CO2 na kilowatthodinu. Popisovaná větrná farma na moři tak za dobu své existence ušetří 45 milionů tun oxidu uhličitého. Pro jeho pojmutí by bylo třeba například 1.286 kilometrů čtverečních středoevropského lesa. Energie, která musí být do výstavby a provozu farmy vložena, se vrátí již po 9,5 až 10,5 měsících.
Druhým vzorovým projektem byla menší farma s dvaceti větrníky stojícími na pevnině. Její výstavba i údržba je méně náročná než na moři, na druhou stranu vyrobí méně energie. Přesto se při zvažované průměrné rychlosti větru 8,5 metru za vteřinu energie do ní vložená vrátí za pouhých 4,5 až 5,5 měsíce. Dalších devatenáct a půl roku poté pracuje do plusu. Výsledek je tedy jednoznačný. Ano, energie získávaná z větru je skutečně šetrná k životnímu prostředí.
Víte, že…
- Celosvětový instalovaný výkon větrných elektráren v roce 2014 činil 369.597 MW. 31 % z toho připadá na Čínu, 17,8 % na USA, Německo je třetí s 10,6 %. Čína též nejrychleji buduje nové větrné zdroje.
- Siemens po celém světě instaloval již 14.300 větrných turbín o celkovém výkonu 25.400 MW. Z toho 1.450 turbín bylo postaveno na moři.
- Siemens vyvinul první plovoucí větrnou turbínu. Jmenuje se Hywind a je určena pro použití na moři o hloubce od 120 do 700 metrů.
- V roce 2012 Siemens představil svou doposud nejvýkonnější větrnou turbínu. Její výkon činí 6 MW a její průměr je 154 metrů. Rotor pokrývá plochu 18.600 metrů čtverečních, což je dvou a půl násobek velikosti fotbalového hřiště. Konce listů rotoru se pohybují rychlostí až 80 metrů za sekundu. Turbína je určena pro nasazení ve větrných farmách na moři.
Článek vznikl pro časopis Visions (Visions Léto 2015, http://www.siemens.cz/visions/). V případě zájmu o použití textu prosím kontaktujte pražské Tiskové centrum koncernu Siemens.
