Novinářská kachna nebo revoluce ve využití větrné energie?

Světový i domácí tisk od letošního května zaplavují zprávy o revoluční americké větrné elektrárně Invelox, která údajně dokáže produkovat až šestsetkrát více energie než dosavadní větrné turbíny, přičemž získaná větrná kilowatthodina má přijít asi na třetinu dnešní ceny. Už tato ohromující čísla, spolu s tvrzením, že bez obřích vrtulí hyzdících krajinu a „zabíjejících ptáky“ umí nový systém využít i slabý vánek, budí zejména u techniků podezření. Nejde o barnumskou reklamu, nebo novinářský „april“? Fyzikální zákony, zejména ty o zachování energie, se obejít nedají. Vynálezce Dr. Daryoush Allaei, generální ředitel americké společnosti SheerWind, která v místě svého sídla v Missouri zmenšený model právě ověřuje, údajně s ohledem na prozrazení „firemního tajemství“ zveřejnil jen několik snímků zmenšeného modelu větrné elektrárny Invelox. Žádný z údajů o testu zatím nikdo z expertů neověřil.

Princip

Větrná elektrárna Invelox obrací princip větrných turbín naruby. Ulitám podobnými trychtýři na ocelové věži sbírá vítr z libovolného směru a jako vzdušný vír ho usměrňuje dolů zahnutou plechovou troubou do tzv. Venturiho trysky. Zužující se tryska zvyšuje tlak vzduchu a rychleji (s větší silou) působí na vložené turbínové kolo s elektrickým generátorem na hřídeli. Vzduch po průchodu lopatkami expanduje rozšiřujícím se výfukem do okolí.

Nečekaná účinnost

Při vstupní rychlosti větru 4,5 m/s (16 km/h) na vrcholku věže dokázala Venturiho tryska zvýšit průtokovou rychlost lopatkami turbíny na 30 m/s, po expanzi vzduch vyráží z „výfuku“ rychlostí okolo 6 m/s. Turbína s generátorem prý začíná vyrábět elektřinu již při slabém vánku 3 m/s na rozdíl od stávajících větrných elektráren s velkými rotory, které „startují“ až při rychlostech větru 4,5 m/s. K testování se použil pouze model s turbínou o průměru 1,3 m, který se porovnával s tradiční stejně velkou vrtulí umístěnou na stožáru. Měření ukázala, že některé dny byl výkon Inveloxu o málo menší než u téhož rotoru na stožáru, během týdně však byl také až šestinásobně vyšší. To vysvětluje do světa vypuštěnou interpretaci, že účinnost Inveloxu bude až 6 krát větší než u tradičních větrných turbín.

SherWood láká investory představou, že v krátké době dokáže vyrábět Invelox s výkonem 1,8 MW (což odpovídá standardním větrným turbínám s rotory o průměru 85 m na 100 m vysokých věžích), ale vystačí jen s třicetimetrovými věžemi s větrnou rourou a turbínou o průměru 8 m. Využití mnohem pomalejších větrů (údajně již od 1,6 m/s) má přinést snížení ceny za megawatthodiny pod magických 10 dolarů, čímž by větrná energie mohla konkurovat jak paroplynovým, tak vodním elektrárnám.

Odborníci diskutují na internetu

Na internetu se k senzační novince rozpoutávají diskuse laiků i odborníků. Z obrázku Inveloxu je zřejmé, že pokud se rozměrem obrovský výfuk i s turbínou nebude otáčet po směru větru, protitlakem přízemního větru se užitelný přetlak v trubce u turbíny výrazně sníží, a tím klesne i její výkon a účinnost systému. Jako celek se Invelox navíc jeví mnohem nevzhlednější než současné věže s rotory.

Nejpádnější argument však staví sama fyzika. Teoreticky dosažitelný výkon větrných turbín je dán množstvím vstupujícího vzduchu a jeho rychlostí (určujících kinetickou energií), podle tzv. Betzova vzorce (pravidlo o maximální dosažitelné účinnost větrných motorů odvodil Albert Betz v roce1919), který ve zjednodušené podobě zní:

P_w =k_B x ½ x p x A x v³,

kde P_w je výkon, p je hustota vzduchu v kg/m³, A je účinná plocha rotoru v m, v je rychlost vzduchu v m/s, k_B < 1 je Betzův koeficient vystihující působící odpory (obvykle 0,59).

Obrovskému objemu vzduchu, který protéká plochou opisovanou i více než stometrovými rotory současných „větrníků“, nemůže sběrná plocha trychtýře Inveloxu v žádném případě konkurovat. A to i přesto, že se působící dynamický tlak zužováním vstupního kanálu a účinkem Venturiho trysky o něco zvětšuje. Přednost ve spuštění elektrárny již při slabším vánku energetický zisk Inveloxu nevylepší, protože – jak prozrazuje Betzův vzorec – výkon větrných motorů stoupá s třetí mocninou rychlosti větru.

A jak to s využitím větrné energie nyní ve světě vypadá? Koncem roku 2012 dosáhly ve stovce zemí vrtulové elektrárny výkonu 282 GW a ročně dodaly světu 580 TWh, kryjících 3 % celosvětové spotřeby elektřiny.

Zdroje:

http://www.novinky.cz/veda-skoly/301994-elektrinu-maji-vyrabet-vetrne-trychtyre-levneji-nez-vetrniky-a-bez-dotaci.html