Větrná elektrárna
Jak zkrotit vítr
Výkon větru, tedy vzdušného proudu, rychle stoupá se třetí mocninou jeho rychlosti. Jestliže se rychlost zvýší dvakrát, podává vítr osminásobný výkon. Tedy například vzroste-li rychlost větru z 5 m/s (rychlý běh) na 10 m/s (špičkový sprinter na trati 100 m), výkon vzroste z 81 W/m2 na 648 W/m2, tedy osmkrát.
Řez modelem větrné elektrárny
Se vzrůstající rychlostí větru rostou vztlakové síly na lopatkách rotoru, a ještě více roste energie vyprodukovaná generátorem. To ale nejde donekonečna, při určité rychlosti větru je potřeba stroj zastavit, aby se nepoškodil. Proto je velmi důležitá účinná a rychle pracující regulace výkonu rotoru, aby se zabránilo mechanickému a elektrickému přetížení. Musí to zařídit automat, lidská obsluha na větrné elektrárně není.
Pro výrobu elektřiny je využitelný vítr o rychlosti 4 až 26 m/s (tj. 15 až 95 km/h), záleží na daném projektu. Při větším větru než 26 m/s se musí elektrárna zastavit, protože konstrukce by se nebezpečně rozkmitala. Rotor se zabrzdí a lopatky se postaví vůči větru nejužším profilem.
U vrtule s rozpětím kolem 100 m také činí problémy rozdíl v rychlosti větru dole a nahoře, který může činit i víc než 2 m/s. Na každý list vrtule pak působí jiné síly a hrozí rozkmitání a destrukce konstrukce. Možnost, jak tuto nevýhodu obejít, představuje jednolistá vrtule s protizávažím – o té už jsme se zmiňovali.
Příznivé větrné podmínky bývají na pobřeží moře, kde vanou pravidelné a poměrně silné větry až 80 % dní v roce, nebo ve vyšších nadmořských výškách – zde je ale v zimě problém s námrazou, která se musí z vrtulí odstraňovat, aby je jednak svou zátěží nepoškodila a jednak neodletovala nebezpečně do stran. Některé větrné elektrárny mají v listech rotoru zabudované elektrické zahřívání na odstraňování námrazy – nevýhodou je spotřeba elektřiny, kterou má elektrárna vyrábět. Jiným problémem je ohrožení bleskem, proto mají gondoly bleskosvody a ochrany.