Dokáže větrná turbína zvládnout vítr o rychlosti hurikánu? Experti na tom pracují

Největší světové bouře, které zpravidla bičují otevřené moře – anebo srovnávají budovy na pevnině se zemí –, dlouho strašily vývojáře větrných elektráren. To se nyní mění. Stále častěji se ke slovu dostávají turbíny navržené tak, aby vydržely tropické cyklóny. Jedním z nejnovějších příkladů je plovoucí větrná turbína odolná proti tajfunu, která brzy pomůže pohánět pobřežní ropnou plošinu v Číně.

Čínský experiment

Tropické cyklóny – často nazývané tajfuny nebo hurikány v závislosti na poloze – jsou známou hrozbou v určitých částech světa, včetně Mexického zálivu nebo kolem velké části jihovýchodní Asie. Takové bouře mohou způsobit rychlost větru přesahující 100 mph. Nejsilnější zaznamenaný minutový trvalý vítr o rychlosti 215 mph vytvořil hurikán Patricia ve východním Pacifiku v roce 2015. Navzdory meteorologickým problémům v těchto regionech se v nadcházejících letech a desetiletích očekává expanze větrné energie.

Dnešní, na trhu dostupné turbíny se již snášejí s některými silnými vichřicemi. Ty, které se nacházejí u severovýchodního pobřeží Spojeného království v Severním moři, pracují při rychlosti větru až 50 mil za hodinu, následně dochází k jejich vypnutí a to i přesto, že jsou technicky navrženy tak, aby přežily i vyšší rychlosti větru.

Přestože jsou však součásti, jako například lopatky, odolné turbíny pozoruhodně pevné, nejsou nezničitelné. A přírodní síly, zejména na moři, jsou notoricky nepředvídatelné, což znamená, že je odbornou veřejností vyvíjen tlak, aby se prokázalo, že větrné turbíny jsou skutečně připravené na hurikán. Pokusný model byl prozatím instalován v zařízení 136 km od pobřeží ostrovní provincie Hainan.

Podle výrobce, MingYang Smart Energy, může tato 7,25 megawattová (MW) turbína přežít rychlost větru až 134 mph po dobu 10 minut. Nejedná se přitom o první turbínu tohoto typu – v roce 2021 získala americká firma GE certifikaci pro tajfun pro svou mamutí turbínu Haliade-X.

Testování lopatek

Současné lopatky větrných turbín jsou obecně vcelku spolehlivé. V dnešní době se vyrábí ze silných, lehkých kompozitů a automatizované výrobní procesy pomáhají zajistit jednotné umístění vláken v materiálu, což je důležité pro robustnost čepelí.

Výrobci větrných turbín také provádějí řadu zátěžových testů lopatek, aby se ujistili, že jsou poškrábané – to může zahrnovat připevnění velkých „budičů“ k lopatkám, které se odrážejí nahoru a dolů, čímž simulují opakované namáhání větrem na konstrukci. Obří čepele jsou také někdy ohnuté až k prasknutí, což pomáhá ověřit maximální zatížení, které mohou unést.

Ale chybovost turbín, zvláště těch největších, je s postupem času stále patrnější. Navíc stroje s kapacitou větší než 8 MW mohou trpět selháním komponent během pouhých dvou let od instalace, cože je více než dvakrát rychleji než zařízení s kapacitou 4-8 MW. Mezi největší problémy, se kterými se lopatky turbín setkávají, pak patří torzní nebo kroucená zatížení, protože opakované kroucení čepelí může způsobit zvenčí těžko rozpoznatelné zlomeniny. Čím delší je čepel lopatky, tím je navíc riziko větší.

Současná testování a průmyslové standardy navíc údajně nejsou dostatečné k tomu, aby prokázaly, že největší lopatky turbíny mohou odolat tomuto namáhání.

Řešení pro budoucnost

Problematiku by mohl vyřešit nový design. V Japonsku se již pracuje na turbíně s vysokými vertikálními lopatkami, které se točí kolem centrální věže – zatímco v současnosti jsou tyto modely mnohem menší a méně výkonné než největší tradiční třílisté turbíny, které jsou dnes v provozu, zařízení Challenergy je určeno k tomu, aby si poradilo s velmi silným větrem.

Například když loni v srpnu zasáhl Filipíny a Japonsko silný tajfun zvaný Hin Nam No, prošel přes dvě tyto turbíny. Jedno ze zařízení v Ishigaki City na Okinawě zaznamenalo rychlost větru kolem 64 mph. Turbína fungovala dál bez problémů.

V USA se oproti tomu výzkumný tým při návrhu alternativní turbíny odolné vůči hurikánům řídil přírodou, konkrétně palmami. Při silném větru se tak turbíny ohýbají se s větrem. Tyto turbíny jsou dvoulisté s flexibilními lopatkami. Rotor navíc směřuje spíše po větru než do větru, jak je běžné u tradičních konfigurací, což mu pomáhá absorbovat nárazy silných vichřic. Během testů na pevnině v Coloradu bylo pozorováno vychýlení špiček lopatek až o 600 mm – a žádný z listů nepraskl.

Ztroskotají nápady na ekonomice?

Problémem umisťování turbín v místech s velkými výchylkami počasí je zejména ekonomická stránka věci. Pokud je totiž turbína navržena dostatečně silná a odolná vůči extrémním větrným událostem, je třeba tyto dodatečné náklady rozpočítat i na období, kdy její extra hodnocené vlastnosti nejsou potřeba. Přesto je však téměř jisté, že turbíny se budou i v oblastech postižených cyklony objevovat čím dál častěji – a je jen na investorech, pro jaké řešení se rozhodnou.