Jít na vyhledávání

Větrná elektrárna

Jak funguje

Schéma nejpoužívanější větrné elektrárny s popisem jejich základních částí

Schéma nejpoužívanější větrné elektrárny s popisem jejich základních částí

Vítr se opře do tvarovaných lopatek, roztočí je, ty roztočí elektrický generátor a v něm vznikne elektrický proud. Jak prosté. Fyzikálně správně bychom řekli: ve větrné elektrárně se převádí pohybová energie vzdušného proudu na energii rotace a tato mechanická energie otáčí rotorem elektrického generátoru.

Lopatky větrné turbíny, také se jim říká listy rotoru, mají aerodynamický tvar velmi podobný profilu křídla letadel. Vzduch po horní straně profilu křídla obtéká rychleji, čili působí na křídlo s nižším tlakem, než po spodní straně křídla, což vyvolá vztlak a letadlo vzlétne. Vodorovná lopatka větrné turbíny by se taky vznesla, ale protože je jedním koncem pevně přichycena k náboji na hlavní hřídeli, začne se kolem ní otáčet. Nejlépe to vysvětlí obrázek.

Přeměny energie ve větrné elektrárně

Přeměny energie ve větrné elektrárně


Vztlakový princip otáčení lopatek větrného stroje

Vztlakový princip otáčení lopatek větrného stroje

Když vzdušnému proudu postavíte do cesty překážku v podobě větrné vrtule, proud se zpomalí. Podle sil, jaké na listy rotoru působí při různých rychlostech větru, se dá vypočítat, že nejvyššího výkonu větrného kola se dosáhne při zpomalení větrného proudu na jednu třetinu. A z toho se dá podle příslušných vzorečků spočítat, že maximální teoreticky dosažitelná účinnost větrné turbíny je 59 %. Je to ale spíše nedosažitelný ideál – nejlepší v praxi dosahovaná účinnost je 45 %.

Otáčky kola také zpomaluje tření mechanických součástí a vzdušné víry za lopatkami. Když se díváme na velkou větrnou elektrárnu, zdá se nám, že se vlastně točí pomalu – ale ve skutečnosti konce lopatek létají po kružnici poměrně vysokou rychlostí!

Výsledná účinnost větrné elektrárny závisí na rychlosti otáčení rotoru, čili součiniteli rychloběžnosti, což je poměr rychlosti, jakou se otáčejí konce lopatek a rychlosti větru. Součinitel rychloběžnosti se zvyšuje snížením počtu lopatek, takže nejúčinnějším by měl být rotor jen s jedinou lopatkou. Současné větrné turbíny mívají nejčastěji 3 lopatky, ale mohu se použít i dvě, nebo jedna lopatka s protizávažím.

Testování jednolistého rotoru experimentálního prototypu větrné elektrárny NASA v Ohiu, USA (Zdroj: Wikipedia.org)

Testování jednolistého rotoru experimentálního prototypu větrné elektrárny NASA v Ohiu, USA

Noha, na které rotor stojí, se nazývá tubus. Tubus elektrárny musí být dostatečně silný, aby unesl tíhu větrné turbíny a dostatečně vysoký, aby lopatky rotoru zabíraly nad přízemním pásmem, kde se vyskytují větrné turbulence (možná jste zažili turbulence v letadle, není to nic příjemného), které by mohly soustrojí rozkmitat.

Nad tubusem je skříň veliká jako autobus, která se nazývá gondola. Gondola obsahuje převodovou skříň. Převodovku znáte možná z auta. Rychlost otáček vrtule 5–50 ot/min. není dostatečná pro výrobu elektrického proudu, musí se proto pro pohon elektrického generátoru zpřevodovat na více než 1 500 ot/min. Gondola také obsahuje generátor, ložiska, systém natáčení gondoly a systém natáčení lopatek apod. Mezi gondolou a tubusem je tlumení, které zabraňuje přenosu vibrací. Elektrický výkon z generátoru se vyvede kabelem skrz tubus k jeho patě, pak pokračuje pod zemí do rozvodny.

V patě tubusu i v gondole je umístěn řídicí systém elektrárny. Pokud se elektrárna porouchá, stejné systémy na dvou místech dávají servisnímu středisku možnost zasáhnout z obou pozic.

Ojediněle jsou k vidění dvoulopatkové větrné rotory (Zdroj: © spiritofamerica / stock.adobe.com)
Tubus větrné elektrárny se montuje z jednotlivých dílů (Zdroj: © Perytskyy / stock.adobe.com)
Do většiny tubusů větrných elektráren se dá vstoupit a vnitřkem vylézt nebo se vyvézt výtahem nahoru do gondoly (Zdroj: © Himmelssturm / stock.adobe.com)
Vrátit se nahoru
detail