přeskočit na hlavní obsah

Větrná energie - teorie

/up/images/featured/images/teorie_vetru_067.png

Úvod

Přibližně polovina energie slunečního záření se na Zemi přemění v teplo. Ohřátý, teplý vzduch stoupá vzhůru a na jeho místo proudí vzduch chladný, tím vznikají větry. Pouhá pětina procenta dopadajícího slunečního záření se transformuje na kinetickou energii látek na zemském povrchu. Mořské vlny, proudy a kinetická energie větrů jsou toho důkazem. Energeticky využitelné množství větrné energie je přibližně sedmkrát menší a přesto by tato energie bohatě pokryla světovou spotřebu.

Teorie energie větru

Jaký má větrná elektrárna výkon? Výkon větrného rotoru závisí zcela jistě na rychlosti větru, jedná se přeci o kinetickou energii, dále bude pochopitelně záviset na intenzitě větru, respektive na množství vzduchu, které se touto rychlostí pohybuje a v neposlední řadě na velikosti větrného rotoru. Nelze ovšem počítat s naměřenou rychlostí v dané lokalitě. Pokud bychom totiž využili 100 % této energie a za rotorem by byla rychlost větru rovna nule, vítr by ustal. Přesněji řečeno, změnil by směr. Bylo by to jako bychom větru postavili pevnou překážku. V první moment bychom zachytili veškerou energii rázové vlny a po té by tok energie plynul cestou nejmenšího odporu, tedy okolo rotoru větrné elektrárny. Pro ideální proudění poklesne rychlost větru při průchodu rovinou vrtule o 1/3 původní rychlosti větru. Využijeme tedy 2/3 rychlosti větru. Snažíme se zjistit teoretický, ideální výkon větrné elektrárny PVE, jako funkci rychlosti větru v dané lokalitě a průměru rotoru větrné elektrárny.

m [kg/s] - hmotnostní průtok
v,v1 [m/s] - rychlost větru
v2 [m/s] - rychlost větru na rotoru
v3 [m/s] - rychlost větru za rotorem
A1 [m2] - průtočná plocha před rotorem
A2 [m2] - průtočná plocha rotoru
A3[m2] - průtočná plocha za rotorem
p [kg/m3] - měrná hmota vzduchu (1,294 kg/m3)
D [m] - průměr rotoru
PVE [W] - výkon větrné elektrárny
PVEMAX [W] - maximální teoretický výkon rotoru

Vztahy: Vid. obr.1

Součinitel 16/27 = 0,593 je tzv. Betzův součinitel pro ideální rotor. Albert Betz jej definoval již v roce 1926. Součinitel, v praxi označovaný jako součinitel výkonu CP je podle zákonů aerodynamiky teoreticky nejvyšší stupeň využití větrné energie a hodnota Betzova čísla je jeho limitní hranicí.

Výkon rotoru větrné elektrárny roste s druhou mocninou průměru rotoru a třetí mocninou rychlosti větru.

Z přiložených obrázků je možné vyčíst, jaký je větrný potenciál v Evropě, při pobřeží (offshore) a v naší republice. Je potřeba si uvědomit, že chyba v odhadu větrného potenciálu v té které lokalitě se nám trojnásobně projeví na generovaném výkonu. Navíc musíme při návrhu a zvažování dané lokality zahrnout konkrétní podmínky, typ a zvlnění krajiny, přírodní a urbanistické překážky, apod. Musíme transformovat meteorologická data na naše konkrétní podmínky, což je velice obtížné a nepřesné. Před každou větší investicí do větrné elektrárny či dokonce farmy by proto mělo předcházet dlouhodobé monitorování větrných podmínek v dané lokalitě a výšce. Zvlněný terén, lesní porosty a budovy ovlivňují nepříznivě větrné podmínky, a proto se dnes mimo jiné začíná prosazovat výstavba větrných farem mimo pevninu, na moři kde je vítr mnohem lepším zdrojem energie.

Ing. Dalibor Skácel

Obr.:
- Vztahy
- Průběh proudu vzduchu a jeho rychlosti při průchodu rotorem větrné elektrárny
- Větrný atlas nad evropskou pevninou - Rychlost větru měřená v 50 m nad zemským povrchem pro pět odlišných topografických podmínek. Pramen: European Wind Atlas
- Větrný atlas na otevřeném moři - Rychlost větru na otevřeném moři (více než 10 km od pobřeží) v pěti různých výškách. Pramen: European Wind Atlas
- Větrná mapa České republiky

Seriál: Větrná energie, článek z roku 2001

zdroj: Alternativní energie

Líbil se vám článek?

ano: 138     ne: 229

Doporuč


 

Poslat známému


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všechna práva vyhrazena. Ochrana údajů –  Podmínky při poskytování služeb