Prototyp S2000 představuje nový typ technologie známý jako vzdušná větrná energie. Zařízení létá ve výšce kolem 100 metrů a posílá vyrobenou elektřinu kabelem na zem.
Větrná energie byla po desetiletí jedním z velkých příslibů obnovitelné energie: čistá, hojná a zdarma. Větrné turbíny jsou tradičně ukotveny k zemi nebo k mořskému dnu a mají obří lopatky, které přeměňují energii větru na elektřinu. Čínští vědci a inženýři však nyní tuto technologii posunuli o krok dál: otestovali první „létající“ větrnou turbínu na světě o výkonu megawattů, která je schopna vyrábět energii přímo ze vzduchu, aniž by byla připevněna k zemi.
V podstatě se jedná o obřího draka nebo dron, který nikdy nepřistává a vznáší se stovky metrů na obloze, kde je vítr nejsilnější a nejstálejší. To je základní myšlenka: umístit turbínu do vzduchu, kde jsou větrné proudy silnější a méně turbulentní než u země, a propojit ji kabelem s generátorem. Turbína se otáčí ve větru a přenáší tuto energii na zem, kde se přeměňuje na užitečnou elektřinu.
Tato koncepce se vymyká klasické konstrukci obřích větrných turbín s pevnými lopatkami na betonových věžích: tím, že létají výše, lze zachytit stabilnější a energičtější vítr, což zvyšuje výrobu elektřiny, aniž by bylo nutné stavět obrovské konstrukce na zemi. Otevírá také dveře do nové oblasti technologie, která již má své vlastní jméno: vzdušná větrná energie (AWE), oblast, na které pracují také společnosti a výzkumná střediska v Evropě a Spojených státech.
Nedávno testovaná čínská létající turbína S2000 patří do kategorie „megawattů“, což znamená, že její maximální výkon může přesáhnout 1 000 kilowattů (1 MW). Pro představu, evropská domácnost spotřebuje denně přibližně 20-30 kilowatthodin (kWh). To odpovídá 600-900 kWh za měsíc. Podle prvních výsledků vyrobil S2000 za příznivých podmínek dostatek energie pro napájení domácnosti na celé dva týdny při jediném dni nepřetržitého provozu.
Tyto výpočty nejsou konečné, protože výkon závisí na větrných podmínkách a specifické účinnosti zařízení, ale dávají intuitivní představu o rozsahu energie, kterou lze získat při využití větru ve vyšších nadmořských výškách. Při testu byl systém zvednut do výšky přibližně 100 metrů, což je pro tento typ technologie relativně malá výška. Teoretické modely a meteorologická měření však ukazují, že při provozu ve výšce několika set nebo dokonce tisíců metrů by se dostupná energie mohla několikanásobně zvýšit.
Jak funguje „létající“ větrná turbína
Abychom pochopili, v čem se liší, je třeba se blíže podívat na to, jak funguje. S2000 je systém vzdušné větrné energie, který se obecně řečeno skládá ze tří prvků:
- létajícího tělesa (podobného dronu nebo pevnému křídlu) s rotory, které fungují jako vrtule.
- Kabelu nebo „lana“, které jej spojuje se zemí.
- Pozemní stanice, kde je umístěn generátor, řídicí systémy a místo připojení k elektrické síti.
Ve vzletové fázi může systém spotřebovat určitou energii (podobně jako běžný dron), aby vystoupal do provozní výšky. Jakmile se tam dostane, vítr roztočí vrtule a místo toho, aby spotřebovával energii na udržení se ve výšce, se vrtule přepnou na výrobu elektřiny. Tato elektřina je posílána kabelem do pozemní stanice, kde je transformována a dodávána do sítě.
Ve stejné skupině technologií existují i další přístupy. Některé společnosti, například italská KiteGen, vyvinuly systémy, v nichž „drak“ nemá žádný palubní generátor: místo toho pohyb křídla táhne za kabel a otáčí bubnem připojeným ke generátoru na zemi. V případě S2000 je generátor umístěn na samotném létajícím zařízení, což zjednodušuje některé mechanické aspekty, ale vyžaduje lehkou a velmi účinnou elektroniku.
Čína a závod o větrnou energii ve velkých výškách
Čína je již světovým lídrem v instalovaném výkonu větrných elektráren na pevnině i na moři a nyní se chce prosadit i v této nové technologické oblasti. Systém S2000 je součástí širšího výzkumného programu v oblasti větrné energie ve velkých výškách, který řídí čínské akademické instituce a společnosti s podporou vlády.
Podle zpráv čínských médií je cílem nejen prokázat, že technologie funguje, ale také posoudit její komerční životaschopnost: výrobní náklady, údržbu, životnost, integraci do sítě a kompatibilitu s jinými obnovitelnými zdroji. Pokud budou výsledky pozitivní, mohlo by se uvažovat o vybudování farem létajících turbín v oblastech s obzvláště příznivými větry, a to jak na pevnině, tak nad mořem.
Tento krok je součástí celosvětového trendu. Evropská komunita AWE organizuje konference a výzkumné projekty financované EU již více než deset let, zatímco v USA financuje ARPA-E (Advanced Energy Projects Agency) několik experimentálních projektů. Vstup velkých hráčů, jako je Čína, může urychlit vyspělost technologie, zlevnit komponenty a vynutit si vytvoření mezinárodních norem.
Kdy by se mohla dostat do rozvodné sítě?
Velkou otázkou je, kdy se dočkáme běžného připojení těchto létajících turbín k síti. Odborníci jsou opatrní: stále se nacházíme v demonstrační fázi. Ještě je třeba nashromáždit tisíce hodin nepřetržitého provozu v různých povětrnostních podmínkách, aby se ověřila spolehlivost a reálné náklady na údržbu.
Některé analýzy, například analýzy IEA Wind Task 32, naznačují, že pokud budou současné prototypy úspěšné, mohli bychom se v příštím desetiletí dočkat prvních předkomerčních instalací (malých větrných farem). Poté bude zavádění záviset na faktorech, jako jsou ceny energie, politiky na podporu obnovitelných zdrojů a společenské přijetí.
V každém případě S2000 a další podobné iniciativy ukazují, že větrná energie má stále prostor pro nové objevy. Po využití větru ve výšce 100 metrů je dalším logickým krokem pohled vzhůru. Pokud se nám to podaří bezpečně, ekonomicky a ekologicky, mohla by se obloha stát jednou z velkých obnovitelných „baterií“ budoucnosti.