6 VETERNÉ ELEKTRÁRNE
1
6.1 Vietor  ako energetickż zdroj
Základnż princíp vzniku vetra
- vietor vzniká vplyvom nerovnomerného ohrevu zemského povrchu slne%0Å„nżm ~
iarením. Vzniká
vyrovnaním tlakovżch rozdielov, vanie v~
dy od tlakovej vża
e k tlakovej ní~
i
- nad rovníkom sa vzduch ohrieva a stÅ›pa nahor, ke
~
e je >
aha
í,
- od obidvoch pólov sa k rovníku na "uvo>
nené miesto" tla%0Å„í vzduch studenż,
- teplż vzduch prśdi vo vża
ke späe
k pólom a postupne sa ochladzuje, kde opäe
klesá. Tento
cyklus sa stále opakuje.
Tento popísanż základnż princíp va
ak ovplyvH
uje nieko>
ko aspektov:
- otá%0Å„anie Zeme, ktoré smer vetru vychy>
uje doprava na severnej pologuli a do>
ava na ju~
nej pologuli,
- %0Å„lenitose
terénu, do ktorého vietor nará~
a a mení smer,
- rozdielny %0Å„as ohrievania vody a pevniny a teda aj vzduchu, ktorż prÅ›di rôznou rżchlose
ou v rôznych oblastiach
Asi 1-2 % slne%0Å„nej energie sa premieH
a na kinetickÅ› energiu vzduchu a je mo~
né ju vyu~
ívae
vo
veternżch turbínach.
2
http://zmeny-klimatu.blog.cz/0906/zakladni-informace-o-vzniku-vetru
Mastnż, P. a kol.: Obnovitelné zdroje elektrické energie, 
VUT Praha http://windeis.anl.gov/guide/basics/index.cfm
Morskż vánok (bríza) je typ vetra %0Å„astż pri moriach, oceánoch alebo vä%0Å„a
ích vodnżch hladinách.
- celá cirkulácia vetra medzi pobre~
ím a morom je spôsobená vyrovnávaním tlaku, ktorż spôsobuje
pohyby vzdua
nżch más.
- morskż vánok je be~
nż hlavne cez deH
. Slne%0Å„né svetlo svieti na vodnÅ› hladinu a na pevninu. Z
fyzikálnych vlastností vody vychádza, ~
e má vä%0Å„a
iu tepelnÅ› kapacitu a dlha
ie sa zohrieva. Preto sa
pevnina zohreje skôr a sála teplo, ktoré zohrieva vzduch nachádzajÅ›ci sa nad H
ou. Tento zohriaty
vzduch stÅ›pa do vä%0Å„a
ích vża
ok odkia>
sa pohybuje smerom nad vodnÅ› hladinu. Nad pevninou vzniká
tlaková ní~
. Vietor nad morom postupne stráca svoju teplotu a preto klesá opäe
dole k vodnej
hladine. Nad vodnou hladinou tak vzniká tlaková vża
. Z dôvodu vyrovnávaniu tlakov tento u~

ochladenż vietor smeruje opäe
k pevnine (do tlakovej ní~
e), kde sa zohrieva a cirkulácia sa opakuje.
- tento vietor pocie
ujeme ako chladneja
í vánok, ktorż fÅ›ka od mora, oceánu alebo inej vä%0Å„a
ej vodnej
plochy.
- v noci sa voda ochladzuje pomala
ie ako pevnina (vietor smeruje od pevniny smerom k moru)
http://pl.wikipedia.org/wiki/Bryza
http://www.youtube.com/watch?v=3gmbnbldl-w
http://www.youtube.com/watch?v=XuI-M25Ss04
3
http://sk.wikipedia.org/wiki/Morsk%C3%BD_v%C3%A1nok
http://www.youtube.com/watch?v=ZQV72Yzmjyc
6.2 Vżkon a energia vetra
Energiu pohybujścej sa hmoty vzduchu je mo~
né vyjadrie
rovnicou:
m - hmotnose
vzduchu
v - rżchlose
vzduchu
Á - density of air
A  plocha, ktorou danż objem vzduchu preteká
s  dráha, ktorÅ› prekoná pohybujÅ›ci sa vzduch
V  objem vzduchu
Vżkon vetra pretekajśceho jednotkovou plochou:
Vżkon vetra pretekajśceho jednotkovou
plochou je priamo-śmernż hustote vzduchu
a tretej mocnine rżchlosti vetra.
Zvża
enie rżchlosti vetra o 20 % zvża
i
generovanż vżkov o 73 %.
4
Á - hustota vzduchu [kg/m3]
Rżchlose
vetra a vżkon vetra sÅ› %0Å„asovo premenné veli%0Å„iny.
Energia vetra pretekajÅ›ceho jednotkovou plochou za dané obdobie je daná vze
ahom:
5
http://www.tzb-info.cz/tabulky-a-vypocty/70-hustota-sucheho-vzduchu
6.3 Veterné elektrárne
- zariadenia, v ktorżch sa kinetická energia vetra premieH
a na mechanickÅ› energiu
(turbína), ktorá je následne transformovaná na elektrickÅ› energiu (generátor).
Vżkon veternej turbíny
- kinetická energia vetra sa po prechode cez vrtu>
u veternej elektrárne zni~
uje, preto~
e jej
%0Å„ase
sa mení na mechanickÅ› energiu
- Albert Betz v roku 1920 dokázal, ~
e ideálna veterná elektráreH
mô~
e premenie
na
mechanickÅ› energiu maximálne 59,3 % kinetickej energie vetra, pri spomalení jeho
rżchlosti na jednu tretinu
cp - vżkonovż %0ńinite>
- udáva, aká %0Å„ase
kinetickej energie vetra je premenená na mechanickÅ›
v2/v1 - pomer rżchlosti vetra za turbínou ku rżchlosti vetra pred turbínou
6
http://www.mechanicalengineeringblog.com/tag/introduction-to-wind-turbine/
http://turbinegenerator.org/wind/how-wind-turbine-works
Za predpokladu, ~
e plocha (Swept Area of Blades in m2)
D
Maximálny vżkon veternej elektrárne sa ur%0Å„í:
[W; kg.m-3, m, m.s-1]
VTE firmy ENERCON  vplyv ve>
kosti
na vżkon
7
http://www.mechanicalengineeringblog.com/tag/introduction-to-wind-turbine/
http://turbinegenerator.org/wind/how-wind-turbine-works
6.4 Rozdelenie veternżch turbín
Pod>
a vżkonu
a) malé (asi do 20 kW pre rodinné domy, farmy, osvetlenie, ...)
Off-grid wind turbine system
b) stredné (od 20 do 50 kW)
c) ve>
ké (nad 50 kW).
- nad 20 kW sa takmer vżhradne pou~
ívajÅ› pre dodávky energie do verejnej siete.
8
http://news.bbc.co.uk/2/hi/uk/6969865.stm
On-grid wind turbine system
http://www.energor.com/Wind%20Power%20System.html
Pod>
a umiestnenia rotora
a) veterné turbíny s horizontálnou osou
- sÅ› v sÅ›%0Å„asnej dobe najroza
íreneja
ie
- najvya
a
ie vyu~
itie vżkonu je mo~
né dosiahnue
2 a 3-listovżmi vrtu>
ami,
- aby mohla vrtu>
a %0Å„o najlepa
ie zachytie
energiu vetra, je hlava veternej elektrárne, tzv.
gondola, umiestnená na sto~
iari otá%0Å„avo (pomocou elektromotora)
1. Wind causes blades to rotate
2. Shaft turns generator to produce electrical energy
3. A transformer turns this into high-voltage electricity
4. Electricity is transmitted via the power grid
9
Zlo~
enie veternej turbíny
Aktívna regulácia (pitch)  vyu~
íva natá%0Å„anie celého
listu rotora pod>
a okam~
itej rżchlosti vetra.
Brzda sa vyu~
íva najmä pri zastavovaní turbíny a jej
odstávke.
Pevodovka slÅ›~
i na zvża
enie pomerne nízkych otá%0Å„ok
rotora (20-30 ot./min) na vysoké nominálne otá%0Å„ky
generátora (napr. 1500 ot./min). Obsahuje systém pre
dynamickÅ› zmenu prevodového pomeru, ktorż umo~
H
uje
udr~
iavae
kona
tantné otá%0Å„ky rotora generátora v celom
rozsahu pracovnżch otá%0Å„ok veternej elektrárne. Táto
regulácia umo~
H
uje prevádzkovae
elektráreH
pri
premenlivżch otá%0Å„kach rotora, ktoré sÅ› závislé od
rżchlosti vetra a zároveH
udr~
iavae
kona
tantné vżstupné
otá%0Å„ky pre pohon generátora.
V roku 1992 firma Enercon pria
la s bezprevodovkovou
technológiou. Pou~
itím mnohopólového generátora nie je
potrebné prevádzae
otá%0Å„ky hlavného hriade>
a do rżchla.
Generovanż prśd s premenlivżmi parametrami je
pomocou vżkonovej elektroniky transformovanż a
frekven%0Å„ne prispôsobenż parametrom siete, do ktorej je
elektráreH
pripojená.
http://www.mechanicalengineeringblog.com/tag/introduction-to-wind-turbine/
Janí%0Å„ek, F.: Obnovite>
né zdroje energie 1. Bratislava, 2007
10
http://referaty.atlas.sk/ostatne/nezaradene/19064/?print=1
11
12
http://www.i15.p.lodz.pl/strony/EIC/res/Description_of_technology_wind_power.html
Vżkonovż diagram veternej turbíny
- dolná hranica energetického vyu~
itia vetra je cca 4 m.s-1,
- optimálna rżchlose
vetra je cca 14 m.s-1.
- pri prekro%0Å„ení tejto rżchlosti musí bye
vetrom poskytovanż vżkon obmedzovanż a %0ńase

energie zostáva nevyu~
itá.
- horná hranica je 25 m.s-1.
- vya
a
ie rżchlosti sś u~
nebezpe%0Å„né, preto~
e mô~
u spôsobie
a
kody na zariadeniach veternej
elektrárne.
- z tohto dôvodu sa veterné elektrárne pri takżchto rżchlostiach odstavujÅ› alebo sa nato%0Å„ia
do bezpe%0Å„nej polohy.
- ekonomicky najlepa
ie vyu~
ite>
né lokality sÅ› s priemernou ro%0Å„nou rżchlose
ou vetra aspoH

13
8 m.s-1.
Vplyv vża
ky sto~
iara na vżkon veternej turbíny
1 foot = 0,3048 meters
1 miles per hour = 0,44704 meters / second
14
http://www.solarwindtek.com/site/windFAQs.shtml
Vżvoj vżkonov veternżch turbín
http://nextbigfuture.com/2012/06/800-
foot-tall-wind-turbines-are.html
Note: Currently, the world s largest wind turbine is
manufactured by Enercon and produces 7,5 MW
15
b) veterné turbíny s vertikálnou osou
- princíp fungovania veterného zariadenia je rovnakż ako u veternżch elektrární s
horizontálnou osou otá%0Å„ania (t.j. prostredníctvom prevodov sa prenáa
a rżchlose
otá%0Å„ania
turbíny na generátor)
- strojovH
u s generátorom majÅ› umiestnenÅ› na zemi, %0Å„o sa pokladá za ve>
kś vżhodu v
porovnaní s veternżmi elektrárH
ami s horizontálnou osou otá%0Å„ania. Vżhoda spo%0Å„íva v tom,
~
e montá~
a statika predstavuje ove>
a mena
í problém
- ve>
kou vżhodou u tżchto rotorov je, ~
e nie je potrebné ich natá%0Å„ae
do smeru vetra
- nevżhoda: ni~
a
ia Å›%0Å„innose
oproti turbínam s horizontálnou osou
- pou~
itie pri mena
ích vżkonoch
Rotory, ktoré sÅ› najviac pou~
ívané vo veternżch elektrárH
ach s vertikálnou osou
otá%0Å„ania sÅ›:
- Savoniusov rotor
- Darrieusov rotor
- H rotor
16
Tip speed ratio: ratio of the speed of the windmill rotor tip,
at radius R when rotating at É radians/second, to the speed
of the wind V, and is numerically: 17
6.5 Veterné farmy
- ke
~
e veterná energia má pomerne nízku Å›roveH
koncentrácie, vo vhodnżch lokalitách sa
sśstre
ujÅ› veterné elektrárne do tzv. veternżch fariem
- pri vżstavbe veternej farmy sa jednotlivé elektrárne rozmiestH
ujÅ› tak, aby si navzájom
nezni~
ovali vżkon
- minimálny rozostup v smere kolmom na smer vetra má bye
min. 4xD, v smere vetra 6xD.
Example turbine spacing in a wind farm
Pripájanie veternżch elektrární do siete
- ina
talovanż vżkon veternżch elektrární je
rozhodujścim faktorom na ur%0ńenie
napäe
ovej hladiny siete, do ktorej bude
veterná elektráreH
pripojená.
18
http://www.planningni.gov.uk/index/policy/policy_publications/planning_statements/pps18/pps18_annex1/pps18_
annex1_wind/pps18_annex1_technology/pps18_annex1_spacing.htm
Spôsoby prepájania jednotlivżch generátorovżch agregátov veternżch elektrární:
a) radiálne zapojenie pre vyvedenie vżkonu
b) kruhové zapojenie pre vyvedenie vżkonu
Kruhové zapojenie sa vyzna%0Å„uje vya
a
ími investi%0Å„nżmi nákladmi, ale vya
a
ou
19
spo>
ahlivose
ou a ni~
a
ími stratami energie vo vnÅ›tornej sieti.
Umiestnenie veternżch fariem
a) on-shore
Betonovż základ VTE
b) off-shore
Four main types of wind turbine foundations 
20
monopile, jacket, tripile and gravity base
21
22
AC/DC offshore converter station Borwin Beta
23
6.6 Installed capacity of wind power plants
24
http://www.ewea.org/fileadmin/files/library/publications/statistics/Wind_in_power_annual_statistics_2012.pdf
25
http://www.ewea.org/fileadmin/files/library/publications/statistics/Wind_in_power_annual_statistics_2012.pdf
26
27
http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_farm
28
http://www.tpa-horwath.pl/sites/default/files/publications/downloads/wind_energy_2012.pdf 29