Větrné elektrárny a mrazivé počasí

[karelkilian]

Dobrý den,

je tu pátek, a to už asi dobře víte, co vás čeká?! Ano, je tu článek ke čtení, zamyšlení a případné diskuzi. Dnes se podíváme na odolnost větrníků vůči mrazům.

Přeji hezký den.
Karel Kilián


Větrné elektrárny a mrazivé počasí

Na hlavní americké výzkumné stanici v Antarktidě je průměrná roční teplota 0 °C, ale často klesá mnohem níže. Přesto několik větrných turbín poblíž stanice McMurdo dokáže zajistit dostatek elektřiny pro napájení stovky amerických domácností a zabránit spálení více než 450 000 litrů nafty ročně.

Není to překvapením - důmyslně zkonstruované větrné turbíny poskytují spolehlivou a stále levnější energii. Nevypouštějí do ovzduší žádné znečišťující látky ani skleníkové plyny, jež ohřívají naši planetu. Magazín Mashable ale klade otázku, proč větrníky nezamezily energetickému kolapsu v Texasu, který následoval po předpovídaném přílivu arktického vzduchu do regionu.

Větrníky a chladný vzduch

Hned v úvodu je nutné podotknout, že za výpadkem dodávek elektrické energie stálo především selhání plynových elektráren a infrastruktury spolu se špatně vybavenou a zranitelnou sítí. Hrubě nekorektní zpravodajství však z historického kolapsu nesprávně obviňovalo „masivní selhání zelené energie“, konkrétně více než 13 000 větrných turbín v Texasu.

Skutečnost je taková, že větrné turbíny běžně pracují v mrazivých podmínkách a lze je přizpůsobit povětrnostním vlivům tak, aby fungovaly i v extrémních situacích. Proto dobře fungují v místech, jako je Švédsko, Antarktida nebo stát Iowa, kde více než 40 % elektřiny z větru.

Občas je nutné některé turbíny (zejména ty, které nejsou přizpůsobeny povětrnostním vlivům, jako mnohé v Texasu) během nadměrně mrazivých podmínek dočasně odstavit. Zátěž mají v tu chvíli převzít ostatní zdroje energie, ať už jaderné, solární, plynové nebo vodní.

Stejně jako solární, jaderná a vodní, je i větrná energie jedním z důležitých příspěvků do komplexního energetického mixu - systému, který se postupně stává účinnějším, spolehlivějším a čistším. Samozřejmě některé turbíny nejsou chráněny proti povětrnostním vlivům, s čímž je prostě nutné počítat.

„To je normální. O solárních a větrných elektrárnách jsme uvažovali jako o součástech, podílejících se na celkové dodávce elektřiny,“ říká Grant Goodrich, výkonný ředitel Institutu Great Lakes Energy při Case Western Reserve University, který provozuje a zkoumá větrné turbíny.

Práce v chladných podmínkách

Větrná energie se bude i nadále rozšiřovat, neboť ceny větrných turbín neustále klesají. Tento způsob získávání elektřiny navíc neobnáší náklady a rizika spojená s přepravou fosilních paliv stovkami kilometrů potrubí s reálnou možností masivních úniků a nebezpečných explozí.

„Ekonomické předpoklady tu skutečně jsou,“ zdůraznil ředitel pro energetiku v texaském výzkumném centru Houston Advanced Research Center Gavin Dillingham. Solární a větrná energie jsou dle jeho slov často levnější než zemní plyn.

S ohledem na extrémní povětrnostní podmínky je technika na dostatečné úrovni, a navíc se neustále zlepšuje. Pro provoz v chladných místech, jako je například Kanada, lze u některých základních součástí turbín, jako je motor a převody, použít vyhřívání.

Řešení není složité

„Větrné turbíny pro chladné klima nejsou žádná raketová věda,“ vysvětluje Vijay Modi, profesor strojního inženýrství na Fakultě inženýrství a aplikovaných věd Kolumbijské univerzity. Podle jeho slov zvyšuje úprava proti povětrnostním vlivům cenu nové turbíny o méně než 10 %. Během mrazů je pak nutní část získané energie investovat do ohřívání turbín.

„Elektrický výkon turbíny se mírně sníží, když se spustí vyhřívací prvky, které zabraňují zamrzání,“ řekl Modi. „Ale je to velmi malé snížení výkonu turbíny, uvážíme-li, že bez toho hrozí, že nebudete mít žádný výkon.“

Problém: led na lopatkách

Současným trendem v inovaci turbín však není jen to, jak se vypořádat s chladem, ale především co dělat s ledem, který je způsoben vlhkým a mrazivým počasím. „Teplota skutečně není důležitým faktorem pro provoz turbíny,“ říká Goodrich. „Problémem je tvorba ledu na lopatkách.“ Velké množství nahromaděného ledu může způsobit, že jsou příliš těžké na to, aby se mohly produktivně a bezpečně otáčet.

Dle ředitele Laboratoře fyziky a technologií proti námraze letadel na Státní univerzitě v Iowě Hui Hu je důležitou oblastí výzkumu vývoj nátěrů odolných proti námraze. Povlaky, vyrobené z chemických látek, které mají odpuzovat kapky vody, jsou ideální, protože nevyžadují energii na zahřívání lopatek.

Přesto by zahřívání lopatek mohlo být také vhodnou možností. Ve Švédsku již začala energetická společnost Skellefteå Kraft experimentovat s ohříváním vrstvy uhlíkových vláken na lopatkách a cirkulací teplého vzduchu uvnitř lopatek.

Za masivní výpadek může nečinnost

Větrné turbíny samozřejmě nejsou jedinou energetickou infrastrukturou, která by měla být přizpůsobena povětrnostním podmínkám pro případ extrémních teplot. Poté, co extrémní zimní podmínky vedly v roce 2011 k velkým výpadkům v Texasu a Novém Mexiku, doporučila Federální energetická regulační komise připravit elektrickou infrastrukturu - včetně plynových elektráren, plynovodů, větrných turbín a přenosových vedení - na zimu.

To se ani deset let poté bohužel nestalo. Výsledkem bylo, že mrazivé počasí (o kterém bylo s předstihem známo, že přijde) způsobilo zhroucení velké části energetické sítě. „Celá infrastruktura se rozpadla, protože stát nepodnikl patřičné kroky k tomu, aby ji přizpůsobil povětrnostním podmínkám,“ uvedl Dillingham s tím, že největší podíl na selhání texaské sítě mělo odstavení plynových elektráren.

Budoucnost je v bateriích

V nadcházejícím desetiletí a v příštích letech bude větrná energie podporována možností ukládat přebytečnou energii do baterií. To zajistí spolehlivější obnovitelnou energii například v době, kdy některé turbíny budou poskytovat nižší výkon

„Musíme stavět [větrné farmy] s ohledem na ukládání energie,“ konstatuje Goodrich. Pozitivní roli v tomto směru hraje i fakt, že podle amerického Úřadu pro energetické informace klesly náklady na bateriová úložiště mezi lety 2015 a 2018 o téměř 70 %.

Vzhledem k tomu, že se větrná energie bude na celém světě rozšiřovat, Modi zdůrazňuje, že je moudré zvážit, zda by nebylo vhodné vybavit více větrných turbín prostředky, díky kterým lépe odolají náročným povětrnostním podmínkám.

Jak vidíte budoucnost větrných elektráren?

Zdroj: mashable.com.