Větrníky mají smysl na pětině území

Mgr. David Hanslian, Ph.D. pracuje v Ústavu fyziky atmosféry od roku 2002, mezi lety 2005 až 2014 absolvoval doktorské studium. Foto: David Hanslian.

Opravdu velké množství „větrníků“ by mohlo ovlivňovat počasí. V rámci rozumného rozvoje větrné energetiky – což je zhruba o řád méně než extrémní scénáře – by to však z hlediska běžných lidských činností nemělo mít podle Davida Hansliana z Ústavu fyziky atmosféry závažnější důsledky.

David Hanslian pracuje v Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd. Protože větrnou mapu Česka, kterou jsem s ním chtěl probírat s ohledem na potenciál větrných elektráren, momentálně aktualizuje, nezbylo, než změnit téma. Pustili jsme se tedy do toho, zda vysoké počty „větrníků“ mají, nebo nemají významné vedlejší dopady na své okolí.

Čím se vlastně zabývá Ústav fyziky atmosféry Akademie věd? Záběr bude nejspíš širší, než si běžný laik myslí…

Ano, to máte pravdu. Ústav fyziky atmosféry se totiž zabývá atmosféru skutečně v celém jejím rozsahu, tedy od její nejnižší části, troposféry, kde se odehrává počasí tak jak jej známe my, až po nejvyšší hladiny. Tím troposférickým počasím se zabýváme v oddělení meteorologie a kolegové z oddělení klimatologie. Podstatná část vědců se ale zabývá vyššími sférami, ionosférou, magnetickým polem země, dokonce atmosférou jiných planet či Slunce. Jedno z našich oddělení se zabývá vysloveně kosmickou fyzikou.

Čtěte také:
Média dávají aktivistům nesmyslně velký prostor
Aktivisté kážou vodu, ale pijí víno

Větrné elektrárny doprovází nejedna kontroverze – kromě jejich samotného vzhledu prý zabíjejí ptáky, jejichž množství se skutečně snížilo, údajně v moři matou a zahánějí ryby a také zpomalují proudění vzduchu, nebo dokonce zamezují průniku oceánské vlhkosti nad pevninu. Jak se staví váš Ústav k vlivu větrných elektráren na vzduch, atmosféru, počasí?

Snižování množství ptáků prosím větrným elektrárnám prosím nepřipisujte. Samozřejmě že ke střetu s létajícími živočichy, tedy nejen ptáky, ale i netopýry někdy dochází, ale rozhodně nejde o likvidaci ptačích populací. U větrných elektráren se dnes potenciální dopad u každého projektu podrobně zjišťuje a v problematických místech se větrná elektrárna buď nepovolí nebo musí respektovat určitá omezení provozu. Skleněné či lesklé plochy budov a jiných konstrukcí, automobilový provoz, domácí kočky či elektrická vedení, případně též způsob využití krajiny, jedy v prostředí či klimatické změny, to jsou řádově větší ohrožení pro ptačí populace než větrné elektrárny. Co se týče mořských živočichů, tam je problémem hluk ze zatloukání základů mořských elektráren do dna, což vadí zvláště mořským savcům. O tom, že by následně během provozu větrníky odháněly ryby, jsem neslyšel. To je spíš nemají rádi rybáři… (smích)

Nemám rád formulaci, že se k něčemu staví Ústav fyziky atmosféry. Nejsem jeho tiskový mluvčí ani nejde o tak stěžejní otázku, aby se k ní musel náš Ústav nějak vyjadřovat. Nicméně jsme s kolegy z oddělení meteorologie byli nemile překvapeni, když jsme zjistili, jaké informace v tomto ohledu kolují v mediálním prostoru. Konkrétně jsme byli upozorněni na jistý článek, kde autoři (z jiného vědního oboru) zdánlivě odborným, populárně-naučným způsobem popisovali, jak větrné elektrárny separují vodu z atmosféry… aniž by se namáhali zjistit, jestli to má něco společného s realitou. Laik nemusí na první ohled poznat, že jde o nesmysl, zvlášť když to vysvětlení vypadá tak vědecky. Ale samotná otázka vlivu větrných elektráren na klima je zcela relevantní a jsem docela rád, že mě naštvání motivovalo podívat se na toto téma hlouběji.

Co se vám podařilo zjistit?

V prvé řadě větrné elektrárny pochopitelně snižují rychlost větru ve svém závětří. Týká se to nejnižší vrstvy atmosféry a po určité vzdálenosti se tento dopad vytratí, neboť nižší rychlost větru znamená nižší ztráty třením o zemský povrch. Nicméně pro samotné větrné elektrárny je to nepříjemné, takže se vždy musí počítat s tím, že větrné elektrárny v závětří jiných vyrobí méně energie. Jiné závažnější dopady jsem nezjistil, asi protože nejde o tak markantní snížení větrnosti, aby to bylo dobře patrné v běžném životě.

Další často zkoumanou věcí je, že u větších větrných farem dochází ke zvyšování přízemních nočních teplot. Je to docela logické, protože větrné elektrárny promíchávají vzduch, a v noci, kdy je stabilní zvrstvení nebo přízemní inverze, se díky tomu relativně teplejší vzduch dostává k zemi. Jde o oteplení až o jednotky stupně Celsia v konkrétních nocích, s dopadem na průměrnou teplotu řádově o desetiny stupně Celsia. Tento jev je sledován zejména v centrálních Spojených Státech a týká se prostoru samotných větrných farem a jejich okolí, nejde o něco globálního. Asi by se to dalo rozsahem srovnat s tepelnými ostrovy měst, ale ty se týkají i denní doby a mohou být i o dost silnější. Není mi jasné, zda či v jaké míře se to týká i jiných regionů, například klimatické a geografické podmínky v Evropě jsou trochu odlišné. V našich podmínkách tento efekt bude nejspíš menší.

Nejsložitější je otázka, zda větrné elektrárny, pokud by jich bylo skutečně mnoho, nemohou nějakým způsobem ovlivnit klima ve velkém rozměru – v řádu velkých regionů, kontinentů či celé planety. To nelze dobře zjistit jinak než pomocí modelů. Větrné elektrárny jsou v modelu reprezentovány jako místo, kde dochází k pohlcení energie proudění a navýšení turbulence a pak je zkoumáno, jak se liší modelový výsledek s větrnými elektrárnami a bez nich. Článků na toto téma je poměrně hodně, ale je potřeba vždy rozklíčovat, jaký scénář a s jakými předpoklady se analyzuje. Často se počítá s dosti extrémními scénáři.

Můžou tedy větrné elektrárny udělat něco s počasím?

Obecně to vypadá tak, že při úplně maximalistickém využití potenciálu větrné energie může být dopad poměrně nezanedbatelný. Nelze to popsat tak jednoduše, že se déšť nad větrnými elektrárnami „vyprší“ a za nimi je sucho, jde spíše o komplexnější cirkulační změny s dopady rozdílnými region od regionu. Celkově to ale ani v extrémních scénářích nevypadá tak děsivě jako dopady neomezovaných emisí skleníkových plynů. Naopak studie, které vycházely ze stavu blízkému současnosti, dávají dopady na hraně pozorovatelnosti a statistické chyby.

Já to interpretuji tak, že určité ovlivnění klimatu velkým množstvím větrných elektráren být může, ale v rámci rozumně myslitelného rozvoje větrné energetiky – což je zhruba o jeden řád méně než ony extrémní scénáře – by to z hlediska běžných lidských činností nemělo mít závažnější důsledky. Ale nechtěl bych to zase úplně bagatelizovat, pokud by se mělo celé Severní moře zastavět větrníky, tak to asi nějakou klimatickou odezvu mít bude, i když asi nikoli v zásadněji dramatické formě.

Takže pokud nebude větrná elektrárna na „každém rohu“, není potřeba se jejich působení na evropské počasí nijak obávat?

Nemám rád příliš kategorické soudy, ale v jednoduchosti to takto asi říci lze. Rozhodně jde o mnohem menší hrozbu než skleníkové plyny. Ohledně elektráren v méně exponovaných oblastech, včetně České republiky, si troufám říci, že opravdu žádný důvod k obavám není, jednak protože je množství elektráren limitován množstvím vhodného místa, a jednak v terénu s lesy a orografickými nerovnostmi by měl být impakt větrných elektráren na atmosférické podmínky menší než nad otevřenými rovinatými plochami. U Severního moře a přilehlých nížin si myslím, že je na místě pokračovat ve výzkumu na toto téma, ať máme jistotu, kam až lze rozumně zajít. Ne proto, že bych očekával nějakou katastrofu, spíš z předběžné opatrnosti. Ono je to na místě už jen proto, že si tamní větrné farmy budou čím dál víc vadit navzájem.

Němečtí odboráři očekávají, že vláda zvýší požadavky na budování dalších turbín, aby pomohla tomuto oboru, který se v zemi již téměř zastavil. Dá se podle vás nějak určit, při jakém množství by se mělo stavění turbín v Severním moři, nebo na mořském pobřeží zastavit?

To neumím odhadnout, to by opravdu mělo vycházet z klimatických studií. Je dost možné, že se nic moc nestane ani při opravdu velkém množství. Zatím nejvíce relevantní publikovaná studie z roku 2014 simuluje zhruba realistický stav v roce 2020 a naznačuje dopad dosti malý. A nečekal bych nějaké skokové změny při další výstavbě. Každopádně to není zdaleka jen o Německu, to má pouze malou část Severního moře a navíc jsou dost limitovaní možnostmi elektrických sítí. Mnohem větší je sektor britský a nemálo jsou zastoupeny i další země – Dánsko, Nizozemí a v malé míře Belgie.

Jaké jsou nezbytné atmosférické podmínky pro jakýsi „základní provoz“ větrníku?

Ale větrné elektrárny přece žádný „základní provoz“ nemají! Jejích výroba závisí na počasí, tedy především na větru, a pohybuje se od nuly po maximální výkon. S tím se musí počítat. Optika „základního zatížení“ vychází z minulosti, kdy velkou většinu objemu energie dodávaly málo flexibilní zdroje se stabilní výrobou. Pak mělo smysl hovořit o zdrojích pro základní zatížení a o zdrojích špičkových. Cílem ale není stabilní výroba, tím je rovnováha výroby a spotřeby. A té lze dosáhnout i s vyšším podílem zdrojů závislých na počasí (či jiných okolnostech) ve spojení s vyšší flexibilitou na straně výroby, spotřeby či skladování energie. „Základní zatížení“ může poskytovat i virtuální elektrárna, která kombinuje (v rámci možností elektrické sítě) různé typy zdrojů, případně též akumulaci a řízenou spotřebu. Větrníky mají vždy roli zdroje poskytujícího objem elektřiny, flexibilitu dodávají jiné prvky systému.

Pardon, špatně jsem se zeptal…

Pokud máte svojí otázkou na mysli spíše to, jaké větrné podmínky jsou potřeba k tomu, aby výstavba větrných elektráren dávala smysl, tak to nelze v jednoduchosti říci. Záleží totiž také na tom, jaké jsou náklady na větrnou elektrárnu a za kolik lze vyrobenou elektřinu prodat. Takže roli hrají například i věci jako náklady na vyvedení výkonu nebo různé legislativní okolnosti. Někde již do rozhodování vstupuje trh, kdy v regionu s celkovým nedostatkem zdrojů a malým podílem větrné energie bude mít elektřina z větru na trhu vyšší hodnotu než například na severu Německa. Obecně se v České republice jeví jako hraniční větrné podmínky s průměrnou rychlostí větru okolo či mírně pod šest metrů za sekundu ve výšce 100 metrů nad povrchem. Zhruba na tuto úroveň je dlouhodobě nastavována podporovaná výkupní cena, ale v konkrétních místech se to může z mnoha důvodů lišit.

Ptám se na to s ohledem na Českou republiku. Ta myslím podle větrných map nevypadá jako země větrné energii zaslíbená?

Tohle je skutečně vždy nutno posuzovat v ekonomickém kontextu. Při dostatečně nízkých nákladech v poměru k prodejní ceně elektřiny může mít smysl využívat vítr i v opravdu málo větrných lokalitách. A samozřejmě naopak. Můj tip do budoucna je, že i do budoucna by hranice rentability mohla zůstat podobná a ekonomicky by větrné elektrárny mohly vycházet zhruba na necelé pětině území Česka. To je podstatně méně než třeba v severním Německu, v Dánsku či Velké Británii, kde jsou takové větrné podmínky téměř všude, ale ve srovnání s jižní polovinou Německa či obecně s jižní polovinou Evropy mimo pobřeží Atlantiku na tom nejsme nijak špatně.

Které období je pro tento typ elektráren v Česku výhodný, a které je naopak pro jejich provoz nepříznivé?

Výhodné je, pokud fouká vítr. (smích) V průměru platí, že lepší větrné podmínky jsou v chladné části roku, což v sezónním ohledu umožňuje dobrou kombinaci s energií solární, která je logicky spíše v té teplé části.  Nicméně vítr je proměnlivý, a to ve všech ročních obdobích, takže i létě může být po nějakou dobu výroba vysoká a v zimě nízká. V zimě může být také v některých místech problém námraza. To platí obecně pro větrné elektrárny napříč mírnými a chladnými zeměpisnými šířkami, mořské větrné elektrárny nejsou výjimkou. Pouze v tropech je někde vítr stabilnější a tam může být i opravdu dobře vyjádřené více a méně větrné období.

Máte podobnou informaci i v ostatních zemích EU? Jestli by se třeba mohly jednotlivé země vzájemně vykrývat? (Nechme teď stranou, zda je to technicky možné)

Zjednodušeně platí, že čím jsou od sebe větrné elektrárny vzdálenější, tím méně je jejich výroba navzájem korelovaná a tím lépe je lze kombinovat. V některých případech to může být až mírně záporná korelace (tedy ono vzájemné vykrývání), ale to většinou až na opravdu velkou vzdálenost. Limitujícím faktorem jsou pak zejména elektrické sítě. Také platí, že v rámci členitějšího území je průběh větrnosti rozmanitější i na menší vzdálenosti, v tomto jsou na tom Česko nebo třeba jihoevropské země lépe než rovinaté regiony dále na sever. A samozřejmě se vítr částečně vykrývá s elektřinou solární – nejen na roční bázi, ale i v kratších měřítcích. Alespoň v našich podmínkách platí, že když je jasno, tak v průměru fouká méně než při situacích s velkou oblačností.

Domnívám se, že pro Českou republiku a země od nás na jih zřejmě nikdy nebude velký problém vyrobenou energii z větru účinně integrovat a využít. Naopak na sever od nás to problém je a do budoucna to může být i hlavním limitujícím faktorem. Současně lze ale čekat, že tam obrovsky poroste i flexibilita spotřeby – například na vytápění, dobíjení baterek nebo později na výrobu vodíku či metanu. Na tom se dost pracuje. A hodně pomohou samozřejmě i nové elektrické sítě, pokud se je podaří realizovat. Tak bude zajímavé sledovat, co bude rychlejší, zda výstavba větrníků nebo růst flexibility systému.

 

Mgr. David Hanslian, Ph.D.

Pracuje v Ústavu fyziky atmosféry od roku 2002. Mezi lety 2005 až 2014 absolvoval doktorské studium, jeho disertační práce byla na téma Analýza výsledků měření větru. Od roku 2016 pracuje také pro firmu ČEZ. Zabývá se hodnocením podmínek pro větrné elektrárny, analýzou větroměrných dat, větrnou energetikou a synoptickými podmínkami vzniku extrémních srážek.

Seznam jeho publikací najdete zde.

Mohlo by vás zajímat:
VIDEO: Jak se rodí kolosy na čtyřech kolech
VIDEO: Jak složit bagr za 90 vteřin
VIDEO: Největší hydrostatický buldozer na světě