Souborný článek , zdroj [1] na téma větrné elektrárny a změny klima je v článku Větrné elektrárny - klimatické pohroma? Závěr článku je, že změny klimatu vlivem větrných elektráren jsou malé, často nerozlišitelné od náhodných vlivů a podstatně menší, než vliv nárůstu skleníkových plynů. Zároveň poukazují na to, že odborníci z jiných oborů mohou svými osobními názory prezentovanými jako vědecká fakta přinést zmatky až nesprávné informace pro řadu běžných čtenářů. Tím vlastně znehodnocují věrohodnost vědeckých článků obecně. Uvedený odkaz na ekolist.cz dělá skvělý rozbor v obecné shrnující rovině, nepřináší takřka žádné číselné údaje.
Můj článek může obsahovat závažné chyby a zanedbání faktorů. Není zaměřen proti větrným elektrárnám. Pracuje s volně dostupnými údaji a zpracovává je zvláště z hlediska energie. Mohl by snad inspirovat k tomu, aby si čtenář udělal rychleji názor na konkrétní údaje z blogů, které vypadají vědecky a mají charakter takřka poplašné zprávy.
Základní pojem pro přenos energie v atmosféře větrem je mezní vrstva. Cituji zdroj [1] : Zatímco v mezní vrstvě je energie větru spíše spotřebovávána, ve volné atmosféře převažuje její produkce. Horní hranice mezní vrstvy se nachází ve výškách od řádově stovek metrů do cca 2 km nad zemským povrchem, větrné elektrárny se tedy v naprosté většině případů nacházejí celé v jejím prostoru.“
Vzduch nese kinetickou energii W [J]=0,5*m*v^2 jako každé jiné těleso hmotnosti m[kg] a rychlosti v [m/s]. Zdroj [2] uvádí odvození vzorce pro výkon ]Výkon větrné (nejčastěji třílisté) turbíny P [W] = 0,5*p*v3. Kde p [kg/m3] je hustota vzduchu ( při 10°C asi 1,25 kg/m3) a v [m/s] je rychlost větru. Výkon větrné turbíny tedy závisí na třetí mocnině rychlosti větru.
Stačí číst nadpisy [3] : Německo chce do roku 2032 vyčlenit pro větrné elektrárny 2 % země a máme jasno, případně v hlavě zatemněno. Cituji :“ Návrh zákona předpokládá, že do roku 2026 bude pro větrné parky vyčleněno 1,4 % země a do roku 2032 pak 2 %. "Nyní pevninské větrné elektrárny zabírají 0,8 % plochy," řekl Habeck.
Katastrof s dopadem celosvětovým, která jsou původem z Číny a nyní z Ukrajiny, se hned tak nezbavíme. A teď údajně je tu i hrozba ze západu, přímo z Německa. Správnými výpočty vycházejících ze špatných (= účelově vybraných) podkladů lze dospět k čemukoliv. Takže by to bylo skoro na heslo: Vítr si vzít nenecháme. Nebo: Kdo nám krade vítr?
Německo vyrobilo roku 2019 celkem 126 TWh elektrické energie z větrných elektráren. Větrné elektrárny (VE) potřebují vítr a ten je v Německu průměrně asi tak 5-6 m/s. Graf je na [4].
VE se pochopitelně staví tam, kde vítr fouká víc, třeba v mělkých pobřežních mořích a na pobřeží. Graf výkonu větrných turbín v závislosti na rychlosti větru v oblasti asi 3-10 m/s je v podstatě lineární, při vysokých rychlostech klesá, natáčejí se lopatky a nad 23 m/s obvykle se elektrárna odstaví, aby se předcházelo poškození.
Větrné elektrárny přeměňují energii větru zhruba s 50% účinností (maximálně teoreticky 59%) a pracují zhruba na 25% maximálního možného výkonu. Udávaný výkon Německých elektráren je 60 000 MW, což by za rok při tomto výkonu odpovídalo (60E+9) [W] * 31557600 [s] = 1,89 E+18 [J].
Výroba elektřiny v Německu z VE roku 2019 byla
126 [TWh] = 126E+14 [Wh] = 126E+11 [kWh]= 4,54 E+17 [J]. Takováto energie je odebrána větru a zhruba stejná energie je větru procházejícímu rotorem ponechána. To vše za dobu jednoho roku.
Využití VE je dáno především tím, že vhodný vítr nefouká vždy. Výpočet pro Německo 2019:
100*( 4,54E+17 / 1,89 E+18) = 24 % maximálního možného výkonu.
Tady je ale jedno hodně velké ALE. Polovina energie je odebrána větru, který projde turbínami, ne větru, který projde Německem.
Udělám rámcový výpočet. Nechť kolmo ke směru větru je v Německu d=750 km, výška vrstvy větru v = 3 km. Čili průřez S = 750*3 = 2 250 km2.
Jaký je celkový průřez rotorů VE v Německu? Rámcový výpočet ze středních hodnot (zdroj dat: Ústav fyziky atmosféry AVČR).
Při průměru rotoru 135 m (asi 14 000 m2) bude mít výkon asi 4 MW a roční výrobu asi 7,5 GWh. Ročně Německo vyrobilo 126 TWh. Poměr (126E+12) /(7,5E+9) =1,64E+4. Pak (1,64E+4)*14 000 [m2] =2,35E+8 [m2].
Plocha rotorů větrníků Německa je zhruba 235 [km2]. Čili na souvislé délce 750 km by zabraly výšku 235/750 = 0,313 km = asi 300 m. To je hodně a vzpírá se to zdravému rozumu. Zdravý rozum je to, čemu se pak přátelsky říká omyl. Na tomto serveru se netrpí agresivní diskuze, takže snad nehrozí, že moje tvůrčí schopnosti budou označeny jako IQ TyQ. Polovina větru však plochou rotoru proteče, takže jeho energie spotřebována na výrobu elektřiny není. Tedy zhruba 117 km2 je plocha větru, který „zadržují“ větrníky.
Poměr této plochy k celé ploše větru nad Německem je tedy 117/ 2250, to odpovídá asi 5%. Počítáno při vrstvě vzduchu v = 3 km. Pokud někdo myslí, že vrstva je 6 km, tak vyjde trojčlenkou
5*(3/6)= 2,5% zadržení energie větru. Prostě zadržení (energie) větru je několik málo jednotek procent. Možná, snad.
Tepelné důsledky VE v Německu. Energie odebraná větru znamená v principu ochlazení atmosféry, ale vyrobená elektřina se v konečné fázi promění na většinově světlo, teplo nebo kinetickou, potenciální a rotační energie, a nakonec v podstatě na teplo. Energie odebraná atmosféře se ve značné části vrátí zpět jako teplo.
Porovnání tepelných důsledků JETE Temelín a větrné energie (zdroj zde).
Cituji : "Popisu vlivu na počasí (resp. klima) byl v případě JETE podroben několika studiím. Jejich výsledky hovoří o tom, že měřitelné dopady na počasí se vyskytují pouze v bezprostředním okruhu elektrárny, v okruhu cca 5 km. Jedná se o zvýšení průměrné roční teploty o zhruba 0,05 °C. (17. 6. 2014). Pára unikající z chladících věží zvyšuje vlhkost vzduchu asi o 0,006 g/m3 (např. při teplotě 20 °C a relativní vlhkosti 50 % je absolutní vlhkost 8,7 g/m3). Tento nárůst vlhkosti je natolik malý, že neovlivní nejen množství spadlých srážek v okolí elektrárny, ale v podstatě se neprojeví ani zvýšeným vznikem námrazy nebo mlhy. "
Temelín JETE
Vezmu čtverec 10x 10 km = 100 km2 ( to je víc, jak uvedený poloměr 5 km), kde je měřitelný vliv na klima. Temelín vyrobí za rok elektřiny 15,72 TWh =2x tolik tepelných, čili 3,14E+13 Wh.
To je na 100 km2 hodnota 3,14E+11 Wh/km2 a oteplení 0,05°C za rok.
Německo VE vyrobí 126 TWh/rok, plocha Německa 357 000 km2, to je 3,53 E+8 Wh/km2.
Je to 890 krát méně, jak v oblasti těsně kolem JETE, kde se teplota výší asi o 0,05°C ročně. Nehledě na to, že odebráním energie větru z atmosféry se teplota ochladí, a rozumně se musí vyrobená elektřina v konečné fázi rozptýlit většinově jako teplo. Takže přímý dopad na teplotu klima bude skoro nulový.
Pokud se výkon VE Německa zvýší časem 2x, asi na 125 000 GW, reálně při 25 % využití na 31 500 GW a výroba elektřiny více než 250 TWh/rok, zůstane i toto zvýšení jako malý vliv na teplotu klima.
Řekněme 450 krát méně jak v okolí JETE Temelín.
V Německu na rovinách u moře fouká víc, proto tam větrníky jsou. Největší účinnost je na moři. Drtivá většina Německa má průměr rychlosti větru 5-6 m/s (zdroj zde).
Závěr.
Z hlediska životního prostředí tedy patří VE k těm nepostradatelným i lehce rozporuplným. Elektřinu z ekologických zdrojů potřebujeme. Podobně jako fotovoltaiky máme často větrné energie přebytek, když ji nepotřebujeme a nedostatek, když je potřeba. Zálohování zdrojů větrné energie je stále problém a uložení větrné energie na pokrytí energetických špiček další obtíž. Objevila se informace, že větrné elektrárny potřebují na jednotku vyrobené elektrárny víc betonu, než jaderné elektrárny. A ekologická likvidace VE nebude jednoduchá. Větrné elektrárny zabíjejí ptáky a hmyz. Nepotěší oči ani uši člověka. O hlavě, která nad tím přemýšlí, už raději nemluvím.
Na změnu srážek lze odpovědět tím, že i přes nástup VE v Německu a na našich horách, trend srážek v ČR (1961-2022) je rostoucí (graf).
Dříve by se vlivu větrných elektráren na změny teploty a srážek klimatu u nás řeklo : Nech to koňovi, má větší hlavu. Dnes koní máme asi 95 000 kusů. Takže v době internetové bude: Nech to Oslovi, má chytré hlavy.
Zdroje a odkazy
https://cs.wikipedia.org/wiki/Jadern%C3%A1_elektr%C3%A1rna_Temel%C3%ADn
https://www.in-pocasi.cz/archiv/klima.php
https://www.in-pocasi.cz/clanky/klima/temelin-vliv-na-pocasi-17.6.2014/
https://faktaoklimatu.cz/infografiky/potencial-vetrne-energie-cr
https://www.osel.cz/12684-teploty-a-srazky-na-nasem-uzemi-trend-1961-2022-klementinum-jako-tepelny-ostrov.html
https://oze.tzb-info.cz/docu/clanky/0083/008358o2.png
https://oze.tzb-info.cz/vetrna-energie/8358-vetrne-podminky-pro-male-vetrne-elektrarny
[1 ]https://ekolist.cz/cz/publicistika/nazory-a-komentare/vetrne-elektrarny-klimaticka-pohroma
[2] https://dspace.cvut.cz/bitstream/handle/10467/76216/F3-BP-2018-Sterberova-Lenka-Mala%20vetrna%20elektrarna%20feasibility%20study.pdf?sequence=-1&isAllowed=y
[3] https://ekolist.cz/cz/zpravodajstvi/zpravy/nemecko-chce-do-roku-2032-vyclenit-pro-vetrne-elektrarny-dve-procenta-zeme
[4] https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2015/11/wind-germany.png