Inventura větrné energetiky v Evropě a ve světě v roce 2017

Svět

GWEC (Global Wind Energy Council) ve svém přehledu potvrdil obrovský nárůst nového výkonu větrných elektráren v Číně. Na globální statistice se Čína podílí 34 % s meziročním přírůstkem + 37 % během roku 2017. Čína byla ve statistikách GWEC poprvé uvedena roku 2004 s instalovaným výkonem 764 MW. Do roku 2012 Čína tento výkon zvýšila 10x a za dalších 5 let 2,5x. Za rok 2017 zaznamenaly nejvyšší přírůstky za Čínou USA a Německo (+ 13 %).

Pro porovnání: Čína již překonala celkový výkon větrných elektráren v Evropě. Z dovozce větrných elektráren se Čína stala jejich výrobcem i exportérem. Přesto na čínském trhu nacházejí uplatnění nejvyspělejší evropské technologie mj. i výrobou svých špičkových produktů přímo v Číně.

Tabulka 1 - Instalovaný výkon větrných elektráren k 31. 12. 2016 a přírůstek r. 2017;
stav k 31. 12. 2017 zohledňuje demontáž starších typů elektráren během r. 2017 *) Uvedeno je 11 mimoevropských zemí s instalovaným výkonem nad 1 000 MW.
Součet je za celý svět.

Hranici 1 tis. MW instalovaného výkonu překonalo celosvětově 29 zemí, z toho 18 evropských. Africkým lídrem je Jižní Afrika, hranici 1 tis. MW se na opačném konci kontinentu přiblížily Egypt (810 MW) a Maroko (787 MW), během roku 2017 však žádné nové instalace v těchto zemích nepřibyly. Nejvýše postavenou evropskou zemí je v globálním měřítku Německo na třetím místě za Čínou a USA.

Primát ve stavbě mořských (offshore) větrných elektráren drží ve světovém měřítku Velká Británie (6 836 MW) před Německem (5 355 MW) a Čínou (2 788 MW). Hranici 1 tis. MW instalovaného výkonu na mořských mělčinách překonaly ještě Dánsko (1 771 MW) a Nizozemsko (1 118 MW).

Evropa

Asociace Wind Europe (dříve EWEA, European Wind Energy Assotiation) vydala rozsáhlejší a více analyticky zaměřenou zprávu a studii, která mj. porovnává pozici větrné energetiky v celém energetickém mixu obnovitelných zdrojů, dalších „čistých“ zdrojů (na bázi zemního plynu či jaderných elektráren) a zdrojů využívajících fosilních paliv. Velmi vypovídající jsou i údaje o podílu větrné energie na celkové spotřebě elektrické energie v jednotlivých zemích EU-28. Wind Europe také publikovala samostatnou situační zprávu o stavu a rozvoji oboru mořských (offshore) větrných elektráren ke konci roku 2017.

Tabulka 2 – Instalovaný výkon větrných elektráren v Evropě k 31. 12. 2016 a přírůstek r. 2017;
stav k 31. 12. 2017 zohledňuje demontáž starších typů elektráren během r. 2017

Větrná energie v Evropě dobývá od roku 2007 stále silnější pozici v celkovém energetickém mixu. V uvedeném roce 2007 překonal instalovaný výkon větrných elektráren pozici zdrojů energie na bázi topných olejů, r. 2013 výkon jaderných elektráren, r. 2015 velkých hydroelektráren a r. 2016 i výkon uhelných zdrojů. Větrná energetika má nejvýraznější křivku nárůstu instalací a blíží se doposud vedoucí pozici instalací na zemní plyn.

Objektivně je třeba uvést, že v uvedeném porovnání jde o instalované výkony a také přiznat ostatním zdrojům výhodu dodávky energie „just in time“, nezávislé na predikovatelném, leč více či méně nepravidelném a nahodilém zdroji v podobě větru.

Přírůstek výkonu evropských větrných elektráren byl během r. 2017 rekordní, o 25 % vyšší, než r. 2016. Přibylo 15 638 „větrných“ MW, z toho 3 154 MW na moři. Přírůstek je vyšší, než u všech ostatních zdrojů. Největší podíl na něm mají Německo (42 %, + 6 581 MW), Velká Británie (27,2 %, + 4 270 MW), Francie (10,8 %, + 1 694 MW). Po dvou letech stagnace přibylo 26,1 MW (0,2 %) také v Česku díky větrné farmě 13 větrných elektráren Senvion (dříve RePower) MM92 a MM100 s výkony 2,0 a 2,05 MW na lokalitě Václavice u Hrádku nad Nisou na Liberecku.

Přírůstek instalovaných kapacit se projevil i v reálně dodané elektrické energii do evropských sítí 336 TWh, což je 11,6 % evropské spotřeby. Nejvyšší podíl elektrické energie z větru má ve své spotřebě Dánsko, 44 %.

Offshore: rekordní přírůstek

Rok 2017 přinesl rekordní přírůstek offshore instalací v Baltu, Severním moři i Atlantiku. Přibylo 560 nových elektráren na 17 lokalitách mořských větrných farem a celkovým přírůstkem 3 148 MW nového výkonu. Potvrdilo se, že stagnace přírůstku r. 2016 (+ 1 500 tis. MW) byla způsobena přípravou velkých projektů. Nyní je kolem severní a západní Evropy instalováno na moři 4 189 turbin, patřících investorům z 11 zemí s celkovým výkonem 15 780 MW. Průměrný výkon nově instalovaných elektráren je 5,9 MW, průměrná větrná farma se blíží celkovému výkonu 500 MW a roste i průměrná vzdálenost instalací id pobřeží (41 km) a hloubka dna, na němž jsou vztyčeny (27,5 m).

Nejvíce instalací přibylo v britských vodách (1 679 MW na 8 lokalitách), mj. i 30 MW v podobě volně kotvených elektráren Hywind u Skotska. Na německých lokalitách přibylo 1 247 MW výkonu. Polovinu výkonu přidaly elektrárny Siemens Gamesa, čtvrtinu Vestas.

Mořské větrné elektrárny prokazují vysoký kapacitní faktor (využití instalované kapacity) především v období nejvyšší potřeby elektrické energie od října do února, 50 - 60 %. Do roku 2030 bude podle středně optimistického odhadu WindEurope instalováno 70 200 MW výkonu.

Česko

Událostí roku se stala stavba a zprovoznění druhé největší větrné farmy v Česku u Václavic na Liberecku. Byla tím překonána hranice 300 MW instalovaného výkonu větrných elektráren v ČR, i když byly během posledních dvou let odstaveny některé starší elektrárny (Boží Dar, Gruna-Žipotín a jedna ze tří VtE na lokalitě Mravenečník v Jeseníkách). Současný instalovaný výkon větrných elektráren v provozu je 303 MW. Podle údajů České společnosti pro větrnou energii (ČSVE) dodaly větrné elektrárny r. 2017 celkem 591 GWh elektrické energie.

Největší větrná elektrárna v Česku u obce Vítězná u Dvora Králové n. L., celkový záběr a detail postavy technika při kontrole povrchu listů rotoru.
Záběr umožňuje porovnání postavy s rozměry listu. Foto Břetislav Koč

Největší větrné elektrárny v ČR dosahují výkonu 3 MW. Nejvyšší stožár (119 m) má 3 MW větrná elektrárna Vestas (V112, 3 MW) s průměrem rotoru 112 metrů u obce Vítězná u Dvora Králové n. L. Největší větrná farma je na katastru obcí Kryštofovy Hamry, Přísečnice a Měděnec v Krušných horách. Od roku 2007 tu je v provozu 21 větrných elektráren Enercon E-82 s jednotkovým výkonem 2 MW, celkový výkon větrné farmy je tedy 42 MW.

Realizovatelný potenciál větrné energetiky v ČR je podle studie Ústavu fyziky atmosféry AV ČR až 2 300 MW instalovaného výkonu s předpokládanou roční výrobou 5,9 TWh elektrické energie. Studie vychází z větrných podmínek na území ČR, přičemž jsou vyloučeny plochy chráněných území, okolí sídel, oblasti ptačích rezervací a další citlivé lokality a oblasti. Bylo však třeba (v některých případech i soudně) překonat některé neopodstatněné iniciativy některých krajů jako například obecný plošný zákaz větrných elektráren na celém území kraje Vysočina, omezení „minimálně 5 km od jakékoliv církevní stavby“, včetně božích muk a křížků, v polích na severní Moravě.

Realizace projektů však dále naráží na nestabilní legislativní prostředí, negativní postoje orgánů v řetězci povolovacího řízení a jeho délku, ovlivnění veřejnosti nepodloženými hrozbami plynoucími z provozu i samotné existence větrných elektráren i negativními a subjektivními vyjádřeními politiků a paradoxně i postoji některých občanských sdružení ekologického zaměření.

Trendy

Zpráva Wind Europe uvádí i data o počtu a průměrné velikosti nově stavěných větrných elektráren, a to i podle zemí a druhu instalací. V Německu tak přibylo během roku 2017 na pevnině 1792 větrných elektráren s průměrným výkonem 3 MW, na německých offshore lokalitách pak bylo postaveno 222 elektráren s průměrným výkonem nad 5 MW.

Velká Británie vykazuje na souši 1067 elektráren s průměrným výkonem 2,4 MW, na moři pak 281 instalací s průměrným výkonem nad 6 MW. Průměrný výkon nových pevninských elektráren v Dánsku a Finsku je 3,4 MW. Výkon nových mořských instalací již dosáhl 5,6 až 6 MW. Testováním však už procházejí nové typy, jejichž výkon je až 9 MW, a je otázkou, kdy bude překonána hranice 10 MW a kde jsou reálné technické hranice výkonu větrné elektrárny. Tuto hranici mohou přiblížit i rekordní 88,4 m dlouhé listy rotoru dánského specializovaného výrobce LM Wind Power. Každý list váží 34 tun a je konstruován pro obvodovou rychlost 300 km/h.

Pozice větrné energetiky v mixu všech zdrojů je úzce spojena s možnostmi a vývojem systémů chytrých sítí, a to i v mezinárodním měřítku, a v technických možnostech a ekonomických limitech akumulace energie. Už v současnosti existují příklady reálných řešení, byť ve více či méně dílčích projektech.

Možnému přetížení sítě způsobené nadvýrobou zejména německých větrných farem a přetížením sítí, je pasivně řešeno tzv. frekvenčními transformátory (mezi SRN a Polskem, příp. SRN a Českem), nebo perspektivně akumulací elektrické energie. Vzhledem k výkonům, které je třeba akumulovat, nejsou v současnosti ekonomickým řešením bateriová úložiště. Zatím reálně existují jiné možnosti: propojením sítí SRN – Dánska – Norska a Švédska pozemními a podmořskými vedeními je „nadvýroba“ větrných elektráren ze severních teritorií a mořských instalací Německa přenášena přes Dánsko do Norska, kde je elektrická energie „ukládána“ do potenciálu přečerpávacích hydroelektráren v norských fjordech. Tyto přetoky dosahují i více než 1000 MW, přičemž je možné i několikrát denně jejich směr otočit podle momentálních hodnot výroby a potřeby energie. Je to možné si online ověřit na www.energinet.dk i s podrobnějšími vazbami na další dánské zdroje (velké tepelné elektrárny, lokální kogenerační instalace na biomasu, fotovoltaické elektrárny). Hned na titulní stránce tohoto portálu běží v její dolní části živý přenos chodu dánské sítě s návaznostmi na přeshraniční přenosy. V tabulce 4 je současně zobrazena aktuální výroba podle zdroje elektrické energie (velké tepelné elektrárny, decentralizované kogenerační zdroje, větrné elektrárny a fotovoltaika) a také momentální CO₂ stopa za 1 kWh z celkového mixu zdrojů.

Jako další stávající možnost můžeme vedle tradičních přečerpávacích elektráren zmínit také ukládání elektřiny do tepla prostřednictvím ohřívání vody v elektrokotlech a tepelnými čerpadly, ať už na úrovni tepláren (blíže zde) nebo na úrovni jednotlivých spotřebitelů (nyní řešeno přes HDO).

Situace přetoků elektrické energie mezi SRN, Dánskem a Norskem 28.3.2018 – reprodukce z úvodní stránky www.energinet.dk

Tabulky 3 a 4 – Částečný pohled na podíl dánských větrných elektráren na domácí spotřebě elektrické energie a přetoky výkonu mezi SRN, Dánskem, Norskem a Švédskem.
Ve dnech 18.-19.3. (situace 1 a 2) se během 15 hodin směr toků zcela otočil.
Extrémní situace 3 (viz reprodukce nad tabulkou) je zachycena v čase, kdy větrné elektrárny v Dánsku pokryly 91,86 % domácí spotřeby při aktuálním využití instalované kapacity (kapacitní faktor) 80,97 %.
Síť zvládla i náročné přenosy 2619 MW do Norska a Švédska.

Kde se testují větrné elektrárny?

Budoucnost každého oboru lidské činnosti závisí na znalostech, výzkumu, vývoji a inovacích. V oboru větrné energetiky probíhá technická část výzkumu a inovací převážně ve firmách produkujících ve vysoce konkurenčním prostředí větrné elektrárny, pochopitelně z větší či menší části pod pokličkou firemního know-how.

Nejvýraznějším veřejným pracovištěm a  akademickým i teoretickým lídrem oboru je v současnosti Dánská technická univerzita (DTU). V jejím kampusu u města Risø severozápadně od Kodaně je největší koncentrace odborníků tohoto oboru: více než 250 zaměstnanců, z toho 150 akademických pracovníků a 40 doktorandů. DTU provozuje nebo má výrazný podíl na třech testovacích plochách pro velké větrné elektrárny a ve spolupráci s výrobci se podílí na konstrukci i testování nových konstrukcí. Na svém prvním testovacím poli přímo v kampusu Risø v současnosti testuje mj. unikátní čtyřrotorovou elektrárnu s výkonem 4x225 kW, vhodnou pro lokality bez infrastruktury pro dopravu dílů velkých instalací s jednotkovým výkonem v řádu několika MW.

Replika aerodynamického tunelu Poul la Coura v jeho badatelně v Askově (snímek vlevo) a dva záběry ze stavby aerodynamického tunelu pojmenovaném po Poul la Courovi v kampusu DTU v Riso Foto (1) Břetislav Koč

V areálu u města Risø byl 10. dubna slavnostně otevřen velký aerodynamický tunel. Pásku stříhal dánský princ Joachim. Tunel má v areálu privilegium v tom, že nese jméno po konstruktérovi první evropské větrné elektrárny Poul la Courovi, zatímco ostatní objekty DTU jsou označeny pouze čísly. Jeho ventilátor s průměrem 4,7 m může urychlit proud vzduchu až na 378 km/hod a je vybaven tak, aby ve všech režimech zkoušek dílů nebo maket větrných elektráren mohl měřit i hlukové hodnoty.

Větrné elektrárny na testovacím poli u Østerildu. V popředí větrná elektrárna Siemens Wind Power 8 MW s výškou stožáru 120 m a průměrem rotoru 154 m. Na druhém záběru vizualizace se siluetami postav, umožňující porovnání rozměrů tubusu a gondoly. Ohrádka na střeše gondoly se používá u offshore elektráren pro zabezpečení výsadku montérů a servisních techniků z vrtulníku. Foto Břetislav Koč

Další testovací plochu u Østerildu na západním pobřeží Dánska se sedmi plošinami a základy pro testování prototypů větrných elektráren rovněž obhospodařuje DTU. V současnosti je na ní instalováno 6 větrných elektráren; sedmá plošina je volná, neboť v gondole jednoho z testovaných prototypů 4. 8. 2017 vznikl požár. Podle informací výrobce byla příčinou závada na transformátoru, jímž byla strojovna vybavena v souvislostí se zvýšením výkonu prototypu na 9,5 MW. Stovky větrných elektráren Vestas s výkonem 8 MW přitom spolehlivě fungují na mořských lokalitách. I proto má i negativní až havarijní výsledek v testovací fázi vývoje na speciálních pracovištích a v extrémních větrných podmínkách svůj význam.

V Østerildu bylo dokončeno informační centrum o větrné energetice a aktuálních instalacích na lokalitě a počítá se s rozšířením o další testovací plochy pro ještě větší elektrárny.