V niektorých krajinách už veterné turbíny nahradili tradičnejšie zdroje energie. Na čo čakáme
Veterné turbíny v Rusku
Veterné mlyny na celom svete teraz vyrábajú viac elektriny ako celý energetický priemysel v Rusku - a za cenu, ktorej výroba sa už vyrovnala tepelným elektrárňam. A to aj napriek skutočnosti, že pred desiatimi rokmi považovali ruskí energetici a úradníci možnosti ich rozvoja za vyčerpané a samotné veterné elektrárne boli príliš drahé. Teraz sa všetko obrátilo naruby: ruská štátna korporácia investuje desiatky miliárd, aby dobehla Západ v oblasti veterných turbín. Prečo sa minulé predpovede ruských expertov nenaplnili, čo sme nebrali do úvahy? A existujú vyhliadky na pokusy spoločnosti Rosatom míňať peniaze?
Vietor histórie
Keď ľudia prvýkrát premýšľali o použití vetra, otázka je ťažká. Existujú nepriame dôkazy o tom, že Homo erectus alebo neandertálci mohli vyplávať. Moderné pokusy prekonať prieliv medzi Krétou a pevninou - a pred 130 tisíc rokmi sa na tomto ostrove náhle objavili kamenné nástroje - ukázali, že je nereálne to robiť na veslách - prúd v tejto úžine je príliš silný. Skalné rytiny, ktoré presne potvrdzujú použitie plachiet, sú staré niekoľko tisíc rokov.
Propagačné video:
Prvé mechanické stroje poháňané silou vetra vynašiel Heron z Alexandrie v 1. storočí pred naším letopočtom (vytvoril tiež prvú vzorku turbíny, ktorá sa otáča počas spaľovania paliva). Je pravda, že jeho veterný mlyn neriešil praktický, ale zábavný problém. Bol to akýsi hudobný nástroj, pôsobiaci otáčaním kolesa prichádzajúcim vetrom.
Okolo roku 400 nášho letopočtu sa v budhistických chrámoch v Indii objavujú veterné mlyny so zvislou osou rotácie - modlitebné stroje. Je ľahké si všimnúť ich zásadný rozdiel od Herónovej schémy - budhistická verzia veterného mlyna je „položená na boku“.
Praktické použitie veterných strojov sa našlo v 9. storočí v Iráne (opis Abu Ishaq al-Istakhri). Nemali však nič spoločné s tými, na aké sme zvyknutí. Išlo o veže, po obvode ktorých boli sieťové konštrukcie potiahnuté látkou. Točil ich vietor a špeciálny mechanizmus premenil rotáciu vertikálnej osi na pohyb mlynských kameňov alebo na činnosť vodného zdvíhacieho zariadenia.
Z Iránu sa novinka dostala do Indie a Číny, ale nie do Európy, ktorá si potom požičala veľmi málo technických noviniek.
V roku 1185 sa prvý veterný mlyn spomínal v Yorkshire (Anglicko) a tento prvý západný veterný mlyn bol už známeho typu - s horizontálnou osou otáčania, na ktorej sú namontované vertikálne rotujúce čepele. Ako vidíme, od 12. storočia bol západný a východný prístup k veterným elektrárňam opačný.
Výhody východnej schémy oproti západnej sú zrejmé. Veterná turbína so zvislou osou funguje bez ohľadu na smer vetra, takže Číňania a Iránci ju mohli nechať bez dozoru a ísť robiť dôležitejšie veci. Navyše vo východnej verzii s rovnakou silou je vetranie konštrukcie oveľa vyššie, a preto začne pracovať aj pri slabom vetre.
Na druhej strane západná veterná turbína s horizontálnou osou má svoje vlastné silné stránky. Áno, musí sa to „držať po vetre“, ale jeho lopatky ovplyvňuje vietor vždy iba z jednej strany, čo zvyšuje ich energetický výdaj. Východná pri každej revolúcii zažije okamih, keď sa čepele otočia a vietor ich „zasiahne“z druhej strany. Existuje dostatočná zotrvačnosť, aby sa konštrukcia mohla ďalej otáčať, ale stožiar sa prudko trasie a časť rotačnej energie ide na kompenzáciu „nárazu“. Kvôli týmto premenlivým zaťaženiam musí byť stožiar alebo veža vyrobená silnejšia a masívnejšia. Výsledky sú zrejmé: prevádzka západnej veternej turbíny je náročnejšia na prevádzku, ale efektívnejšia a lacnejšia.
Veterné mlyny boli v Európe mimoriadne rozšírené až po parné stroje a elektrinu. Takmer nevyžadovali personál, elektrické vedenie (čo je dôležité vo vidieckych oblastiach) a boli menej hluční. Verzia veterného mlyna, ktorá zvyšuje vodu zo studne, je stále mimoriadne populárna v treťom svete, kde elektrifikácia stále neovplyvnila viac ako miliardu ľudí.
Pokusy o priateľstvo s vetrom a elektrinou sa uskutočnili veľmi skoro. Prvá veterná turbína na výrobu elektriny bola postavená v Dánsku v roku 1890. Na Západe ich rozmery na začiatku 20. storočia dosiahli výšku 25 metrov a rozpätie čepele bolo 23 metrov. Bohužiaľ, všetko pokazil problém premenlivého vetra. Elektrická energia bola potrebná, aj keď nefúkalo, a dieselové generátory a elektrické vedenia boli dosť lacné. Veterné mlyny boli teda zatlačené do vzdialených polí, kde pracovali na zavlažovanie. Ale iba na chvíľu!
Vietor zmien v ZSSR
Keď sa západný svet začal elektrifikáciou zbavovať veterných turbín, naša krajina sa vydala úplne inou cestou - „po vetre“. Pre kompenzáciu nedostatku tepelných elektrární vytvoril Ústredný aerohydrodynamický ústav v 20. rokoch 20. storočia sériu malých veterných turbín s kapacitou až 30 kilowattov, ktoré im dodávali hydraulický akumulátor. Veterná turbína s nadbytkom generovania dvíhala vodu do výšky stožiaru a keď bolo bezvetrie, odvádzala vodu naspäť, vodnú turbínu otáčala a dávala prúd. Používali sa v Burjatsku a na iných miestach bez elektrického vedenia. Schéma, mimochodom, je mimoriadne rozumná - tento rok bola v Nemecku postavená celá elektráreň podľa rovnakého konceptu, iba oveľa výkonnejšia.
V ZSSR sa pred objavením sibírskych ropných a plynových polí zo strategických dôvodov aktívne vyvíjali alternatívne zdroje energie. 90 percent sovietskej ropy sa vyprodukovalo na Kaukaze a bolo zrejmé, že v každej vojne sa tam pokúsi nepriateľ udrieť. To plánovalo francúzske letectvo v roku 1940. Tomu zabránilo iba zničenie tretej republiky Hitlerom. Chcel to urobiť sám Hitler, ale tiež sa mu to nepodarilo. Aby sa ochránila, sovietska vláda podporovala rôzne alternatívy - od jednej a pol generátora plynu spaľujúceho drevo až po … veterné turbíny so skladom zotrvačníkov.
Áno, práve taký zázrak sa v Kursku uskutočnil v roku 1931. S kapacitou iba 35 kilowattov bol vybavený „úložným diskom“(tretina tony) otáčajúcim sa v nádobe, z ktorej sa na zníženie trenia evakuoval vzduch. Veterná elektráreň vynálezcu Ufimtseva osvetlila jeho dom a napájala dielňu, aj keď bol bezvetrie. V roku 1936 však zomrel a odvtedy sa stanica (dodnes stojí) nikdy nespustila.
Aj bez pamäťových zariadení však patrili medzi vodcov sovietske veterné turbíny. V roku 1931 bol neďaleko Balaklavy postavený najsilnejší veterný generátor na svete so 100 kilowattmi (rozpätie lopatiek - 30 metrov). Je zaujímavé, že Nemci, ktorí sú dnes na čele vývoja veternej energie, sa potom k veterným elektrárňam správali dosť hrubo. V roku 1941 ich ostreľovanie vyrazilo najväčšiu veternú turbínu na planéte. Možno to bola otázka závisti - ich vlastné veterné turbíny potom nedali viac ako 70 kilowattov a boli oveľa menej. V rokoch 1950-1955 ZSSR vyrobil 9 000 veterných turbín ročne - s kapacitou až stovky kilowattov. Ako inak by mohli byť panenské krajiny a sever zásobované energiou pred naftovými generátormi?
Vietor nezávislosti
Sovietska veterná energia bola zabitá povojnovým rozmachom lacných kvapalných palív, zatiaľ čo západnú oživila ropná kríza v 70. rokoch. Potom tam dozrela myšlienka energetickej nezávislosti od nervových a náchylných k monopolnému sprisahaniu východných zásobujúcich národov na úkor veternej energie.
Na prvý pohľad čelíme jasnej regresii. Prečo prejsť od stabilných zdrojov energie k zdrojom, ktoré doslova závisia od vánku? Pred niekoľkými rokmi nám navyše ruskí úradníci povedali, že veterné turbíny v Európe vyrábajú drahú energiu. Skúsme na to prísť.
Dnešný veterný mlyn s horizontálnou osou v skutočnosti nie je taký závislý od najmenších výkyvov rýchlosti vetra. Vestas V164 je vysoký 220 metrov (jedna a pol Cheopsovej pyramídy) a lopatky s výkyvom 164 metrov (viac ako 50-podlažná budova). Celková hmotnosť čepelí zo sklenených vlákien je 100 ton. V skutočnosti má takýto dizajn vlastný úložný disk, iba jeho hmotnosť je 300-krát väčšia ako ufimtsevská.
Zároveň sa očakáva ďalšie zvýšenie výšky veterných turbín a rozpätie ich lopatiek, čo znamená, že sú ešte menej ohrozené malými zastávkami. Predpokladá sa, že má zmysel zväčšiť rozmery aspoň na výšky 300 - 400 metrov a rozpätie čepele až 300 metrov.
Počnúc produktom Enercon E-126 od spoločnosti Siemens už existuje metóda na vytváranie takýchto kolosálnych čepelí - sú zložené z dvoch častí, ktoré sú vložené do seba. Počet výrobcov plánuje zvýšiť svoj počet dokonca na tri.
Výkon rovnakého modelu Vestas V164 už prekročil 9 megawattov a zdvojnásobenie rozpätia jeho lopatiek prinesie zvýšenie výkonu veternej turbíny na 40 megawattov. Dôležitejšie je, že s každých sto metrov nadmorskej výšky sa priemerná ročná rýchlosť vetra výrazne zvyšuje. Pri skutočne veľkých stavbách má zmysel budovať veterné farmy aj v zalesnených oblastiach, kde je rýchlosť vetra zvyčajne pri zemi pomerne nízka.
V dôsledku neustáleho zväčšovania veľkosti veterných turbín náklady na ich energiu neustále klesajú. Posúďte sami: ľudia vedia, ako lacno postaviť aj 828 metrov budovy, a s rastom ich výšky rastú náklady lineárne. Ale výkon veterného mlyna s každým zdvojnásobením výšky rastie už na druhú. Úspory z rozsahu sú vo veternej energii veľmi viditeľné.
Dokonca aj pred piatimi rokmi, v roku 2012, vyrábali veterné turbíny na Západe elektrinu viac ako 10 centov za kilowatthodinu. Avšak dnes toto číslo, ako uvádza americké ministerstvo energetiky, kleslo na 4 až 5 centov za kilowatthodinu. Aj nové veterné turbíny na mori, ktoré sú zvyčajne nákladnejšie ako pozemné, poskytujú energiu za 6 - 7 centov za kilowatthodinu a táto cena klesá ešte rýchlejšie ako na pevnine. Dôvod je ten, že po mori môžete nosiť čepele dlhé najmenej 200 metrov, pretože na morských „cestách“je veľa miesta a nie je tam veľa ľudí.
Dobre, hovoríš. Čo však s obdobiami pokoja, keď týždne nefúka silný vietor? No a preto v Európe stavajú veterné turbíny na mori. Nad morom sú „priechody“, kde prakticky nie je pokoj. Našťastie pre Európanov sú blízko nich a často v plytkých vodách. Napríklad celé Severné more je dosť plytké, mimochodom aj väčšina vôd pri východnom pobreží USA. Tento rok bola navyše uvedená do prevádzky prvá plávajúca veterná elektráreň na svete s desiatkami megawattov. Jeho veterné mlyny sú ukotvené a ich pracovná hĺbka je až 800 metrov. Celková plocha morí v takej hĺbke je taká, že môžu dodávať energiu celému svetu a mnohokrát. Straty vo vysokonapäťových jednosmerných prenosových vedeniach teraz klesli pod 3 percentá na tisíc kilometrov - to znamená, že „morská“veterná energia dosiahne aj do vnútrozemia.
Udržateľnosť veterných fariem by sa zároveň nemala idealizovať. Áno, môžu poskytovať energiu po celý rok a v zime budú rovnaké veterné mlyny na pobreží dodávať viac energie ako v lete - pomôžu zimné búrky. Nedokážu sa však vyrovnať s rannými a večernými vrcholmi spotreby - vietor fúka približne rovnako o 19.00 h a o 3.00 h. Preto sa na Západe verí, že niekoľko percent z celkovej ročnej produkcie bude naďalej zabezpečovať „špičkové“plynové tepelné elektrárne. Zároveň spotrebujú oveľa menej paliva ako dnes, keď ešte neboli vybudované polia veterných turbín na mori. Je však potrebné pripomenúť, že to bude musieť ťažko čakať dlho.
Dnes vyrába veterná energia viac ako bilión kilowatthodín ročne - viac ako celý energetický sektor v Rusku. A ak výroba elektriny u nás od roku 1990 (z dôvodu približne rovnakého objemu priemyselnej výroby) nerástla, potom sa to o veterných turbínach povedať nedá. Len pred 10 rokmi nedali ani desatinu súčasného výkonu. Môžeme s istotou povedať, že za desať rokov dajú WEC planéty oveľa viac ako teraz. Navyše väčšinu zo všetkých veterných turbín v súčasnosti vyrába Čína a tam vedia, ako nasadiť skutočne hromadnú výrobu.
Odviate vetrom
Rusko sa môže pochváliť najneočakávanejšou piruetou na ceste ľudstva k veternej energii. Keď boli WPP na Západe nepopulárne, u nás boli na vzostupe. Keď sa vo svete začali aktívne rozvíjať, objavili sa v krajine davy odborníkov z energetického priemyslu, ktorí poukázali na: „Miesto pre veterné turbíny v Európe skončilo.“Je pravda, že odkedy sme to začali hovoriť, kapacita veterných elektrární medzi Európanmi vzrástla desaťkrát a stále rastie. Názor našich odborníkov im zrejme nebol sprostredkovaný.
No v roku 2016 sme zrazu opäť takpovediac zmenili názor, vrátili sme sa do Dorežnevovho ZSSR. Rosatom ako prvý povedal svoje závažné slovo na štátnej úrovni. Jej zástupca generálneho riaditeľa Vyacheslav Pershukov čestne poznamenal: po splnení existujúcich objednávok na výstavbu nových jadrových elektrární v zahraničí môže Rosatom zostať bez zahraničných stavebných projektov, pretože tento trh sa rýchlo zmenšuje. Jadrová výroba mimo Ruska je skutočne na ústupe a žiadne vyhliadky na cestu z nej nie sú v dohľade.
Hlavný dôvod je jednoduchý: západná atómová energia je drahá. Energia ruských jadrových elektrární je lacnejšia, ale stále nie taká veľká ako energia nových západných veterných turbín. Áno, na vyrovnanie ich nejednotnosti potrebujete niekoľko tepelných elektrární na plyn, ale potrebujú ich aj jadrové elektrárne. Koniec koncov, reaktor dáva vždy rovnaký výkon a ľudia ho cez deň spotrebujú oveľa viac ako v noci. S rovnakou cenou a rovnakými problémami si západný kupujúci, ktorý je vždy pod tlakom „zelených“, nikdy nezvolí jadrovú výrobu.
Pershukov tu tiež uvádza: možnosti výstavby nových veľkých jadrových elektrární v zahraničí sú prakticky vyčerpané. "Nemali by sme zarábať peniaze na trhu s jadrovými technológiami." Všetky. Inak to nefunguje, “správne poznamenáva.
Samozrejme, ak najskôr opustíte podnikanie po dobu desiatich rokov a potom sa ho chopíte, keď konkurencia už má technológie, ktoré sú roky prepracované, potom by ste nemali hneď rátať s vedúcimi pozíciami. Preto Rosatom nasledoval cestu, ktorú už porazil Peter I., a začal sa učiť novú (alebo skôr starú, u nás dobre zabudnutú) od Holanďanov. Prostredníctvom dcérskej spoločnosti vytvoril partnerstvo so spoločnosťou Lagerwey. Do roku 2020 plánuje štátna spoločnosť postaviť 26 malých veterných elektrární s výkonom 610 megawattov - od roku 2018 v Ulyanovskej oblasti. Áno, je to menej ako stotina ročného globálneho vstupu, ale Rosatom sa z týchto drobcov poučí. V roku 2020 sa navyše plánuje lokalizovať výrobu veterných turbín v Rusku o 65 percent.
Ťažšie to bude neskôr, keď budete musieť ísť vo veľkom. Je nemožné vyrobiť so ziskom veterné turbíny s celkovou kapacitou iba stovky megawattov ročne. Jedná sa o veľký biznis, bez hromadnej výroby v ňom nebude nízka cena. Preto je potrebné rozšíriť tak konštrukciu veterných turbín u nás, ako aj vstúpiť na svetový trh. Tu však bude veľmi ťažké konkurovať.
Obri ako Vestas strávili celé desaťročia zdokonaľovaním svojich technológií a budovaním úplne jedinečných zariadení. Napríklad závod na výrobu titánových listov s desiatkami ton, ktorý sa nachádza na ostrove špeciálne preto, aby uľahčil vývoz tak zložitého nákladu na pozemné cesty. Kam to Rosatom postaví a či bude schopný držať krok s neustále sa zlepšujúcim trhom s veternými turbínami, je otázka, a nie ľahká.
V komentári pre KP zástupca spoločnosti Rosatom Andrej Ivanov poznamenal, že spoločnosť NovaWind, divízia spoločnosti Rosatom zodpovedná za projekty v oblasti „novej energie“, súhlasila s vytvorením spoločného podniku so spoločnosťou Lagerwey - Red Wind BV. Bude sa zaoberať otázkami lokalizácie výroby veterných turbín v Rusku., a konkrétnejšie - vo Volgodonsku, v blízkosti existujúcich zariadení spoločnosti Rosatom. U nás sa budú vyrábať veterné turbíny s výkonom 2,5 a 4,5 megawattu. Spoločnosť Red Wind dodá do roku 2022 celkovo 388 takýchto veterných turbín, z ktorých sa prvých 60 bude montovať iba v Rusku - z komponentov Lagerwey - a až potom budú existovať „miestne“veterné turbíny tak pôsobivých rozmerov.
S jadrovou elektrárňou to mal oveľa jednoduchšie. Napokon, neboli vytvorené iba v ZSSR, ale neprestali u nás stavať a zdokonaľovať sa. Byť prvý v tom, v čom ste priekopníkom, je oveľa jednoduchšie, ako keď sa musíte učiť od ostatných. Dúfajme, že štátny gigant uspeje, najmä preto, že má dobrý technický personál.
Vietor budúcnosti
Zmierte sa s tým: veterné turbíny sa pravdepodobne v najbližších desaťročiach nestanú hlavným zdrojom energie pre ľudstvo. Áno, v Dánsku už dodávajú väčšinu elektriny a v USA poskytujú viac ako vodné elektrárne. Ale v krajinách, kde je stále veľa jasných dní, sa solárna energia teraz vyvíja oveľa rýchlejšie ako vietor. Ceny elektriny získané s jej pomocou klesajú ešte rýchlejšie ako ceny veterných elektrární. Už na začiatku 20. rokov 20. storočia predbehne vo výrobe veterné turbíny a stane sa hlavným baranom, ktorý ničí energiu z uhlia a uhľovodíkov.
V krajinách so severným územím však môže vietor hrať inú úlohu - hlavný generátor. Je nepravdepodobné, že by sa to stalo v Rusku, a to nielen preto, že na juh od Samary máme veľa slnka. Dôležitejšie je, že nemôžeme opustiť jadrovú ani plynovú energiu kvôli obrovskej infraštruktúre, ktorá bola pre ne vybudovaná. Napriek tomu sa do roku 2030 stanú veterné turbíny častými prvkami ruskej krajiny - ako sú to teraz v Nemecku alebo Veľkej Británii.