Větrné elektrárny směřují na moře

Ve větrných elektrárnách (VtE) na šelfech a mělčinách moří, která omývají především západní a severozápadní břehy pevninské Evropy, ostrovy Velké Británie a Baltu, je již instalováno téměř 3500 MW elektrického výkonu. Bouřlivý rozvoj tohoto nového sektoru větrné energetiky zdokumentovaly i závěry nedávné konference OFFSHORE 2011, kterou pořádala EWEA (Evropská asociace pro větrnou energii) v Amsterdamu.

První větrné elektrárny zakotvené na mořských mělčinách (tzv. offshore instalace) vyrostly u pobřeží Dánska, země, která je historicky i technologicky světovým lídrem celého oboru větrné energetiky. Prvních 11 elektráren Bonus větrné farmy Vindeby, každá s výkonem 450 kW, bylo roku 1995 postaveno ve vzdálenosti 1,5 až 3 km severně od ostrova Lolland, asi 120 km jihovýchodně od Kodaně. Celkový výkon této instalace (4,95 MW) lze porovnat s výkonem jediné současné nejvýkonnější větrné elektrárny, určené o pouhých 10 let později pro mořské instalace.

Vývoj technologií i výkonů

Větrnému parku Vindeby předcházela roku 1985 instalace „polomořské“ skupiny větrných elektráren na umělém kamenném molu, vybíhajícím do vod Baltu u Ebeltoftu na východním pobřeží Jutského poloostrova. Na něm bylo umístěno 16 VtE Nordtank s výkonem po 55 kW. Šlo o příslovečný „malý, ale významný krůček“ pro další vývoj oboru. Historickou a nejviditelnější instalací jsou offshore větrné elektrárny umístěné jen několik kilometrů od Kodaně v průlivu Oresund, na lokalitě Middelgrunden. Roku 2000 zde bylo připojeno do sítě 20 větrných elektráren s výkonem po 2 MW. Provoz těchto elektráren je možné online sledovat na www.middelgrund.com.

Proč směrovali investoři lokality vhodné pro větrné elektrárny právě do moře? Důvodem jsou především lepší větrné poměry, protože nad vodními plochami nebrzdí vítr drsnost ani terénní nerovnosti pevniny. Pro mořské lokality je možné lépe využít větrného potenciálu i proto, že není nutné výkony elektráren omezovat z hlediska hlučnosti rotorů, blízkosti sídel, chráněných území nebo vlivu na krajinný ráz. Investici neovlivňuje ani (mnohdy spekulativní) cena či pronájem pozemků.

Nový obor však musel překonávat i nové problémy či výzvy. Konstrukce větrných elektráren musely při provozu na pevnině „vyzrát“ z hlediska spolehlivosti, minimalizace poruch a potřeby údržby, protože obsluha větrných elektráren na mořských lokalitách je pochopitelně náročnější i dražší. Bylo třeba ověřit různé možnosti kotvení základů na mořském dně, odolnost celé konstrukce vůči vyšším větrným extrémům i vůči slanému aerosolu nad mořskou hladinou. Bylo nutné vyřešit i nové stavební postupy, postavit specializovaná plavidla a vyřešit servis během provozu.

Práce pro tisíce lidí

Výrobou větrných elektráren, především jejich největších dílů, tedy tubusů (včetně jejich „podhladinových“ částí), gondol a listů rotorů, se zabývají zejména v Německu a v Dánsku desítky firem s tisíci pracovních míst. Se zvyšováním výkonů jednotlivých strojů roste i velikost a hmotnost dílů. Výroba zmíněných částí větrných elektráren se proto přesunula do objektů situovaných na pobřeží. Většinou tak našly uplatnění haly loděnic, které měly (a mají) nouzi o zakázky. Účelně je tak využito rozměrů i vybavení jejich hal i přístavů, odkud je možné na specializovaných plavidlech nebo prámech dopravovat díly přímo na místo jejich instalací.

To vše nabízí práci ocelářům, svářečům, specialistům na výrobu laminátových listů pro rotory, posádkám speciálních plavidel a montérům při stavbě na vybraných lokalitách. Provoz elektráren vyžaduje i specialisty na jejich servis, kontroly, údržbu a případné opravy. Elektrárny jsou přístupné jak z paluby servisních plavidel, tak i „shora“ – výsadkem z vrtulníku. To je důležité zejména na lokalitách ve větší vzdálenosti od pobřeží, kde je nutné počítat s většími vlnami, které často neumožní výsadek z hladinových plavidel. Pro „servis shora“ jsou proto elektrárny na těchto lokalitách vybaveny plošinami se zábradlím, které sice jejich celkovému vzhledu na kráse příliš nepřidají, ale jsou pro vysazení montérů nezbytné. Obsluhy elektráren pak trénují výsadky z vrtulníků na cvičných plošinách na reálných elektrárnách na pevnině, v Dánsku například na testovacím polygonu větrných elektráren u Tjaereborgu na západním pobřeží Jutského poloostrova.

Pro země, kde průmysl i energetici vsadili nejen na využívání větrné energie, ale i na výrobu větrných elektráren a na jejich masivní vývoz do celého světa (např. v již několikrát jmenovaném Dánsku), je právě tento segment významným zaměstnavatelem i v obdobích krizí.

Základy: piloty, beton i „dole bez“

Samostatnou kapitolou technologie mořských instalací větrných elektráren je jejich kotvení na mořském dně. Elektrárny jsou umísťovány na mělčiny s hloubkou do 20 metrů, a používá se několik možných způsobů pro ukotvení, od klasického pomocí pylonu ukotveného do dna, který je současně prvním dílem celého tubusu elektrárny, až po „trojnožky“ nebo plošiny, podobné svým větším příbuzným, používaným pro ropné vrtné plošiny. Zajímavé je tzv. gravitační uložení, kdy je náležitě hmotný základní díl, v tomto případě většinou betonový, v podobě obří báně či cibule s plochou základnou uložen na urovnané dno a dodatečně ještě zatížen vhodným materiálem. Tímto způsobem jsou na mořském dně v hloubce do 16 metrů uloženy základy 20 větrných elektráren v průlivu Middelgrunden u Kodaně.

V Norsku byla zprovozněna unikátní „plovoucí“ větrná elektrárna bez pevných základů. Tubus elektrárny funguje jako obří rybářský splávek. Na lokalitě je pružně stabilizován uchycením třemi lany ke kotvicím blokům na dně v hloubce až 200 m. Pružnost celého systému zajišťují zátěže uprostřed délky každého lana, která je „prověsí“ a tubus elektrárny tak s jistým útlumem kopíruje vlnobití i změny výšky hladiny při přílivu a odlivu.

Bilance instalací

Větrné elektrárny na mořských lokalitách postavilo už 12 zemí, celkem je už instalováno přes 3 tis. MW výkonu. Větrů nad hladinou moří nejvíce využívá Velká Británie s 1341 MW větrných instalací. Kolem jejích břehů, převážně na severozápadě, přibylo roku 2010 celkem 653 MW výkonu. U dánských břehů otáčí svými rotory větrné elektrárny s výkonem 854 MW, třetí příčka patří Nizozemsku s 249 MW. Rozpracované projekty v Baltu a v Severním moři v tisících MW budou bilanci zemí v této oblasti v nejbližších letech výrazně zvyšovat. V tabulce jsou dvě mimoevropské země – Čína (zatím na 6. místě) a Japonsko (16 MW).

V současnosti největší dánskou i světovou offshore větrnou farmou je Horns Rev – instalace 80 větrných elektráren Vestas 2 MW ve vlnách Severního moře, asi 35 km západně od Esbjergu, nebo 20 km od nejzápadnějšího cípu dánské pevniny, mysu s majákem Blavands Huk, v němž je i expozice o této mořské větrné farmě. Zkušenosti z tříletého provozu potvrzují předpoklady neporovnatelně vyššího potenciálu větrné energie nad mořskou hladinou, využití instalované kapacity (tzv. kapacitní faktor) této větrné farmy se pohybuje kolem 46 %.

Přehled offshore instalací větrných elektráren podle zemí
Země	Instalovaná kapacita (MW)			Přírůstek 2010  (MW)	Instalovaná kapacita 31. 12. 2010 (MW)
	2004	2008	2009
Velká Británie	214	574	688	+ 653	1 341
Dánsko	409	426,6	664	+ 190	854
Nizozemsko	19	247	247	+ 2	249
Belgie	0	30	30	+ 165	195
Švédsko	23	134	164	0	164
Čína	0	2	23	+ 100	123
Německo	5	12	72	+ 36	108
Finsko	0	30	30	0	30
Irsko	25	25	25	0	25
Japonsko	0	1	1	+ 15	16
Španělsko	0	10	10	0	10
Norsko	0	0	2,3	0	2,3
Celkem	695	1491,6	1955,3	1162	3 118,3