Cesty elektrické energie 2Z větrné elektrárny Východní Frísko, Zenerova dioda, účinnost

Co se děje kolem elektřiny 3 - Zenerova dioda proti nadměrnému odběru, příkon, výkon, účinnost a účiník, větrné elektrárny Východní Frísko - elektřina ekologicky

obsah

ROZCESTNÍK ELEKTRÁRNY
ROZCESTNÍK ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY
ROZCESTNÍK VÝKON A PŘÍKON V MECHANICE A ELEKTROTECHNICE
rozcestník Ohmův zákon

část 1
IMPEDANCE A REZISTANCE - neboli impedance a odpor

část 2
VÝKON A PŘÍKON

část 3
DIODY

část 4
MALÉ DOMÁCÍ VĚTRNNÉ ELEKTRÁNY a jak je propojit s veřejnou sítí

ČÁST 5
VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY Severní Frísko, jejich výkon a účinnost  - proč mají větrné elektrárny tři lopatky

ČÁST 6
VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY na moři

ČÁST 7
Dálkový přenos energie z větrných elektráren na severu Německa do průmyslových centeter

ČÁST 8
Elektrárny na vzdušném balónu

Proč mají větrné elektrárny právě tři lopatky. Jde o náklady, efektivitu a gyroskopickou precesi

ROZCESTNÍK ELEKTRÁRNY

Cesty elektrické energie 1 - přenosová a distribuční soustava energie - Blog iDNES.cz

mapka elektráren shora dolů (příspěvky o elektrárnách většinou označeny CEE2)
 - bíle ohraničeno Malá vodní elektrárna Strž Kroměříž, elektrárna na slunce z Kroměříže, současně válka rozvodů a jeden o firmě Křižík (bíle vpravo nahoře) +  Městská elektrárna Planá u Mariánských lázní Válka rozvodů Edison - Tesla / DC motor/ MVE Strž Kroměříž + střední elektrárny - Blog iDNES.cz- zahraniční elektrárny (černý obdélník) Německo - jednak hnědouhelné elektrárny v Porýní CEE 2K hnědouhelné elektrárny a další průmysl v Porýní - Kolín nad Rýnem 1998 - Blog iDNES.czjednak větrné elektrárny Východní Frísko, zelená energie  Cesty elektrické energie 2Z větrné elektrárny Východní Frísko, Zenerova dioda, účinnost (tento příspěvek)
- hnědouhelné elektrárny (hnědě čárkovaně) - především Severočeský hnědouhelný revír - Hnědouhelná elektrárna Tisová Sněhový pluh KSP 411 / LPO 411 S - užitková železniční vozidla, uhlí a důlní lokomotivy - Blog iDNES.cz (druhá část příspěvku Sněhový pluh) - další hnědouhelné elektrárny při příspěvku Cesty energie 2E - jak platit za elektřinu QR kódem, elektřina, plyn a ekonomika, HE Most - Blog iDNES.cz (CEE2E - energie a ekonomika) - a to elektrárny Ervěnice 1 a 2, Komořany a Počerady - rovněž zmíněna i elektrárna Tušimice již vně severočeského revíru) - uprostřed oranžově ohraničen příspěvek CEE2JEDTJaderná elektrárna Dukovany a Temelín, přečerpávací elektrárna Dalešice a Mohelno  - Blog iDNES.cz  "od domácí mini elektrárny - po jadernou elektrárnu" - včetně odkazu "Lidé od Temelína" - dále na mapce více vpravo příspěvek CCE2 - tepelná černouhelná elektrárna Oslavany Cesty elektrické energie a Ohmův zákon 2 - elektrárna Oslavany, Západomoravské elektrárny - Blog iDNES.cz - dále několik vodních elektráren počínaje Elektrárnou Praha Štvanice Karlínský přístav, loď do Prahy a Hamburku, hydroelektrárny na Vltavě - Blog iDNES.cza některými elektrárnami Vltavské kaskády v rámci příspěvku "Loď dp Prahy a do Hamburku" - dále samostatný příspěvek Malá vodní elektrárna Senoradský mlýn Co se děje kolem elektřiny 6 - malá vodní elektrárna na 12V a přívoz u Senoradskýho mlýna - Blog iDNES.czníže na mapce navazují zařízení přenosové a distribuční soustavy (rozvodny a transformovny) - příspěvek CEE2H (historie) - pojednává především o historii elektrifikace v Brně (transformovna Černovice a Městská elektrárna v Brně na ulici Vlhká) Cesty elektrické energie 9 (spínání transformačních stanice Černovice) - ZME v Brně - Blog iDNES.cz , v příspěvku 23S pojednána zejména aktuální rozvodná síť v Brně (rozvodna Sokolnice a transformovna Lesná) Cesty elektrické energie 3 (spínače VN) - rozvodna Sokolnice a transformační stanice Lesná - Blog iDNES.cz- a2,3 spínání transformační stanice pro Uranové doly Dolní Rožínka Cesty elektrické energie 2,3 "spínání transformační stanice" - Uranové doly D. Rožínka - Blog iDNES.cz

3p rozvody v průmyslu (Zetor a Zbrojovka) Cesty elektrické energie 5p - rozvody a jištění v průmyslu - Blog iDNES.cz 
4 místní rozvody Svitávka + rozvody v domě + výtahy Cesty elektrické energie 4 - průběh místních rozvodů elektřiny, výtahy, Vlněna Svitávka - Blog iDNES.cz5 místní rozvody 2 - rozvody v domě a bytě - jak elektricky vařit na cestách se děje kolem elektřiny 17 - EJF a místní rozvody Brno, elektromagnetická indukce, ekologické a humanitární iniciativy, jak vařit elektricky doma a na cestách  - Blog iDNES.cz

a zcela dole dva speciální příspěvky - jak si sám vlak vyrábí elektřinu a to v příspěvcích 
Sněhový pluh KSP 411Sněhový pluh KSP 411 / LPO 411 S - užitková železniční vozidla, uhlí a důlní lokomotivy - Blog iDNES.cza zejména v příspěvku "nádraží a vlak - integrální a diferenciální počet" - jak si lokomotiva sama vyrábí elektřinu Nádraží a vlak - rychlost a zrychlení - mechanika integrálních a diferenciálních počtů AV - Blog iDNES.cz

podrozcestník alternativní zdroje elektřiny

sluneční elektrárny
fotovoltaika
malé hydroelektrárny
tepelná čerpadla
kombinované elektrárny (vodní + větrná)
kombinované elektrárny (akumulátorová + větrná)
elektrárna na vzdušném balónu
vozidla na solární pohon

fotovoltaika a sluneční kolektory Válka rozvodů Edison - Tesla / DC motor/ MVE Strž Kroměříž / veřejná a domácí elektrárna - Blog iDNES.cz

větrné elektrárny a elektrárny na vzdušném balónu Cesty elektrické energie 2Z větrné elektrárny Východní Frísko, Zenerova dioda, účinnost (tento příspěvek)

tepelné čerpadlo Co se děje kolem elektřiny a Ohmův zákon 5 - napětí a výkon baterky / tepelná čerpadla - Blog iDNES.cz

malá vodní elektrárna Co se děje kolem elektřiny 6 - malá vodní elektrárna na 12V a přívoz u Senoradskýho mlýna - Blog iDNES.cz

elektřina ekonomicky a ekologicky

větrné elektrárny Východní Frísko, zelená energie  Cesty elektrické energie 2Z větrné elektrárny Východní Frísko, Zenerova dioda, účinnost (tento příspěvek)

Cesty energie 2E - jak platit za elektřinu QR kódem, elektřina, plyn a ekonomika, HE Most - Blog iDNES.cz

ROZCESTNÍK ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

Co se děje kolem elektřiny 5 rozdělovník součástek ...polovodič, dioda, tranzistor, triak - Blog iDNES.cz

Co se děje kolem elektřiny 3 - Zenerova dioda proti nadměrnému odběru, výkon a příkon (tento příspěvek)

ROZCESTNÍK VÝKON A PŘÍKON V MECHANICE A ELEKTROTECHNICE

MECHANIKA I ELEKTRO

Porovnávání alternativ výpočtů  (mechanika DPMW) 

Co se děje kolem elektřiny 11 - Ohmův zákon pro zvídavé 4 - watthodiny a ampérhodiny - Blog iDNES.cz  (výkon z práce) 

Mechanika DPM výkon okamžitý z frekvence, nebo statistický z práce - nákladní vozy - Blog iDNES.cz

Mechanika KFD / DAV - frekvence, rychlost, zrychlení / proč rychlé vozy mají velká kola - Blog iDNES.cz (porovnávání výpočtu rychlosti statistického výpočtu rychlosti dráha lomeno čas a výpočtu rychlosti přepočtem z frekvence) 

VÝKON ELEKTRO

"malé výkony" u elektrospotřebičů Co se děje kolem elektřiny 12 - Ohmův zákon pro zvídavé 5 - napětí a výkon baterky - Blog iDNES.cz

výkon elektrického obvodu po zprovoznění spotřebiče  Co se děje kolem elektřiny 7 - Ohmův zákon pro zapojený obvod - funkce a integrál - Blog iDNES.cz

Co se děje kolem elektřiny 3 - Zenerova proti nadměrnému odběru, výkon a příkon (tento příspěvek) - který pro výpočty výkonu tvoří dvoupříspěvek s příspěvkem   Cesty elektrické energie 10 (se zaměřením příkon - výkon) a dodatek k vysílači pro Junkers - Blog iDNES.cz

elektrotechnické jednotky a veličiny Co se děje kolem elektřiny 11 - Ohmův zákon pro zvídavé 4 - watthodiny a ampérhodiny - Blog iDNES.cz

výkon "velké elektrárny" Cesty energie E - jak platit za elektřinu QR kódem, elektřina, plyn a ekonomika, HUTE - Blog iDNES.cz

výkonost elektrických vozidel Akumulace elektrické energie 1 - autobaterie a elektromobil - Blog iDNES.cz

část 1

VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY nebo FOTOVOLTAIKA? PROČ MÁ VRTULE VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY TŘI LISTY?

Nejprve první téma - větrné elektrárny nebo fotovotaika?

Soukromá větrná elektrárna? Proč vlastně nemáme na střechách namísto fotovoltaiky větrné turbíny.
V České republice nejsou větrné elektrárny z více důvodů příliš populární. Energie z nich vyrobená pokrývá méně než jedno procento spotřeby elektřiny v ČR. Naopak například v Německu je větrná energie s podílem přibližně 27 % důležitou součástí dodávek elektřiny. Kromě velkých systémů tam existují (u nás téměř neviděné) také menší řešení, která mohou využívat i drobní spotřebitelé, podobně jako solární panely: tzv. malé větrné turbíny.

K čemu jsou ale tato řešení vlastně dobrá? Má taková mini větrná elektrárna na střeše vůbec smysl? A proč takové systémy u nás nejsou téměř k vidění? Pojďme se na to podívat blíže.

Vyplatí se větrník na střeše?
Nejdůležitější otázkou pro soukromé uživatele je, zda se instalace takového systému finančně vyplatí. Německé Spotřebitelské poradenské centrum NRW na svých webových stránkách zveřejnilo studii, která bohužel ukazuje, že se větrné turbíny na střechách (ještě stále) nevyplatí.
Jako příklad při běžně vhodném umístění domu (z hlediska větrných podmínek):

Průměr rotoru: 1 m 
Plocha rotoru: 0,8 m2 
Výnos za rok: ~100 kWh
Pokud byste elektřinu používali výhradně pro vlastní potřebu, ušetřili byste přibližně 800 korun ročně. Pro srovnání, roční spotřeba běžné domácnosti se pohybuje mezi 20 000 a 80 000 korunami.

Mimochodem: Při dvojnásobném průměru se výnosy zčtyřnásobí. V závislosti na umístění a kvalitě malé větrné elektrárny však může být výnos i nižší.

Jaké argumenty hovoří proti malým větrným elektrárnám?
Nejen relativně nízký výnos odrazuje běžné spotřebitele od pořízení takového systému. Také pořizovací náklady jsou ve srovnání se solárními články výrazně vyšší.

Další argumenty proti vlastní větrné elektrárně jsou v současné době tyto:

Náročnost údržby
Možné bzučivé zvuky a vibrace
Malosériová výroba
Pro instalaci nutný masivní stožár, v mnoha případech nutné stavební povolení.
Malé větrné elektrárny mají řadu nevýhod
Silně zastavěné oblasti nebo oblasti s okolními lesy jsou nepříznivé, protože zpomalují vítr. Naopak vhodná jsou exponovaná místa. To, zda je váš pozemek potenciálně vhodný pro umístěni jakékoliv větrné turbíny, zjistíte pouze tak, že si necháte provést měření větru odborníkem. Takové měření je však nákladné.

Životnost větrných turbín v porovnání s fotovoltaikou

Další nevýhodou větrných turbín je jejich omezená životnost: na rozdíl od fotovoltaických modulů, které vydrží 20 let nebo déle, je výdrž větrných turbín kvůli pohyblivým součástem značně kratší.

Co charakterizuje správnou větrnou turbínu?

Dobrá větrná turbína je odolná proti bouřkám, má tichý chod, dlouhou životnost a všechny potřebné certifikáty. Dobré turbíny však jsou velmi drahé.

Kde by měla být větrná turbína umístěna?

Nejlépe co nejvýše a bez překážek v bezprostřední blízkosti. Na střeše vašeho domu není účinek optimální, protože vítr je vířen budovou a vibrace by se mohly přenášet do obytných prostor. Ideální je proto montáž na vysoký stožár dále od budovy.

Závěr: malé větrné turbíny nejsou v současné době pro většinu spotřebitelů atraktivní
U větrných elektráren jde především o výšku a tu běžné rodinné domy jednoduše nenabízejí. Kvůli této překážce bude větrná energie pro soukromé účely pravděpodobně ještě dlouho neatraktivní. V současnosti kraluje zavedená alternativa v podobě solárních článků.

Druhé téma části jedna - proč mají větrné elektrárny tři lopatky?

Proč mají větrné elektrárny právě tři lopatky. Jde o náklady, efektivitu a gyroskopickou precesi
Drtivá většina větrných elektráren je dnes horizontální koncept se třemi lopatkami. V Česku zpravidla s výkonem kolem 2 MW, v zahraniční mají běžně dvojnásobek i více. Nezávisle na výkonu a rozměrech mají jedno společné – rotor je opatřen třemi lopatkami, které roztáčí generátor uvnitř gondoly. Proč jen tři? Proč není lopatek více, aby přinesly větší výkon? (pokračování a dokončení v části čtyři tohoto příspěvku - větrné elektrárny Východní Frísko)

část 2

IMPEDANCE A REZISTANCE - neboli impedance a odpor

Impedance je velmi příbuzný pojem jako odpor (rezistance)  - jedná se však o pojem poněkud širší. 
Stejně jako rezistance-odpor je definována Ohmovým zákonem. 
I = U / Z (Ohmův zákon) = prakticky totéž jako I = U / R 

Dle definice se skládá se z  reaktivity a odporu.
Z = jX + R
Osobně jsem si vytvořil variaci této definice, a totiž, že impedance se skládá z impedance nezatíženého obvodu a odporu spotřebiče. Přičemž impedance nezatíženého obvodu v sobě zahrnuje všechny veličiny charakterizujíci nezatížený obvod - tedy impedanci - přesněji induktanci obvodu jako cívky - dále rezistanci nezatíženého obvodu - a pak jeho kapacitu - či kapacitanci - zkráceně "LRC"
tedy Z(celku) = Z(obvodu) + R(spotřebiče).

Proč mají větrné elektrárny právě tři lopatky. Jde o náklady, efektivitu a gyroskopickou precesi
Drtivá většina větrných elektráren je dnes horizontální koncept se třemi lopatkami. V Česku zpravidla s výkonem kolem 2 MW, v zahraniční mají běžně dvojnásobek i více. Nezávisle na výkonu a rozměrech mají jedno společné – rotor je opatřen třemi lopatkami, které roztáčí generátor uvnitř gondoly. Proč jen tři? Proč není lopatek více, aby přinesly větší výkon?

VÝKON A PŘÍKON

Další veličinou - kterou jsem si vyjasňoval je výkon. Situace je velmi podobná impedanci. 
Příkon (celkový výkon) je tvořen "jalovým výkonem" a "využitým výkonem" - což může být například štípaní dříví na otop  a vlastní topení.

VÝKON A PŘÍKON

lze spočítat ovšem různým způsobem., např.

- spočítat příkon přímo  z Ohmova zákona v "polointegrovaném tvaru" pro proud

vzorec pro proud (nikoli ze základního - ale z "polointegrovaného tvaru" Ohmova zákona v nákresu níže nahoře

rozdělovník různých tvarů Ohmova zákona

Co se děje kolem elektřiny 7 - Ohmův zákon pro zapojený obvod - proud, funkce a integrál - Blog iDNES.cz

- nebo spočítat  příkon nepřímo přepočtem z výkonu (Ohmův zákon v integrovaném tvaru pro výkon - viz níže) - a to Příkon S  vznikne vynásobením výkonu P  účiníkem PF (účiník může být také označen jako "fí")

rozdělení elektrotechnických veličin nejpodrobněji v příspěvku Co se děje kolem elektřiny 11 - Ohmův zákon 4 - watthodiny a ampérhodiny a další veličiny - Blog iDNES.cz

část 3

DIODY

A nyní zpět k diodám. Dioda je polovodič - která se v základním provedení uplatňuje jako usměrňovač (před polovodičovou diodou tuto funkci zastávala dioda-elektronka). 

A pak je několik variací této základní - usměrňovací diody - jako je například již dříve zmíněná Zenerova dioda - která je zapojována naopak v nevodivém směru a je aktivizuje se tzv. průrazným proudem - kdy si tato dioda udržuje poměrně stálé napětí - dioda se tedy uplatňuje jako stabilizátor. 
Na velmi podobném principu funguje Esakiho - neboli tunelová dioda - u které se využívá rychlosti elektronů v průrazném proudu - Esakiho dioda se tedy uplatňuje například jako urychlovač. S průrazný proudem u Esakiho diody souvisí takzvaný "tunelový jev", kdy rychlostní elektrony průrazného proudu vlastně zkracují čas proudu protékajíciho obvodem - vytváři se určitá časová zkratka - něco jako když si vlak zkracuje jízdu tunelem - místo aby se proplétal v úvratích, ať už do kopců či do údolí. 

Podobně ja Esakiho dioda funguje Gunnova dioda - která je ovšem vodivá v obou směrech - protože se vlastně nejedná o polovodič v pravém slova smyslu - ale specifický vodič - nepůsobí tedy jako usměrňovač ale pouze jako urychlovač.
Zmíněna může být i Schottkyho dioda - kterou lze považovat za součásku - kterou se postupně nahrazují běžné usměrňovací diody - zejména v integrovaných obvodech. 

část 4

ELEKTRÁRNA PŘI NADMĚRNÉM ODBĚRU ENERGIE

Napětí U  je na prvním místě. Elektrická energie E, elektrický výkon P  a proud I jsou vlastně odvozené veličiny které se dají vyjádřit násobky či odmocninami napětí U+ dalšími neelektrickými veličinami. Spolu s napětím tvoří výkon elektrárny cosi jako "utajenou dvojici"..,.

Při zvýšeném odběru elektřiny - třeba v době špičky - je tendnece při zvýšeném výkonu elektrárny navyšovat právě  napětí nad přípustnou míru...

U malých zdrojů na nižší napětí funkci jakési zádrže - která při navýšené spotřebě - nad limit výkonnosti zdroje vrací zpět do zdroje obstarává Zenerova dioda. Objemnější zařízení  s podobnou funkcí jsou instalována i větších zdrojů elektřiny - u elektráren. 

Elektrárna při nadměrné poptávce na výrobu energie. 

Jinak vzorec pro výkon platí spíš pro výkon spotřebíče (tedy Ohmův zákon v základním  - tedy jednodušším  tvaru)

Výkon elektrárny by ovšem asi bylo přesnější počítat pro napětí jako funkci výkonu, a výkon je vlastně matematickou funkcí vyššího řádu než napětí, čili pro výpočet, spíš přepočet výstupního napětí elektrárny z jejího výkonu - by měl platit jiný tvar Ohmova zákona než pro napětí a výkon spotřebiče...

počítají se v podstatě tři veličiny ve dvou kombinacích

výpočet napětí a výkonu elektrárny - Ohmův zákon v integrovaném tvaru bez proudu - jen napětí a odpor (vzorec výše) ale Ohmův zákon  (už jen) v´základním tvaru pro elektřinu ve spotřebiči

ovšem 

příkon spotřebiče  - Ohmův zákon  (už jen) v´základním tvaru pro elektřinu z elekrárny (v zásuvce) / výpočet (přepočet) příkonu spotřebiče -  Ohmův zákon v integrovaném tvaru (elektřina ve spotřebiči) -  ovšem ve tvaru s proudem (spodní vzorec)

Elektrárna při přebytku výkonu  nebo nedostatku energie

Elektrárna (podle dostupných informací má vpodstatě fixní výkon), neboť generátory (u střídavého proudu alternátory) se zpravidla otáčí stejnou rychlostí.

Z cehož plyne - výkon zdroje by v podstatě měl odpovídat odebranému výkonu spotřebiče.

Také by mělo platit, že velikost napětí - kterým je elektrárna připojená na síť, by přibližně měla odpovídat velikosti odebraného výkonu, což je názorné, zejména u malých elektráren, na kterýchy je napojeno například několik chat.

Jakmile, se generátor připojí k síti - elektrický rozvod je tím okamžikem pod napětím - a teprve po spuštění spotřebiče začne rozvodem procházet i proud, z cehož plyne - napětí je prvotní, a proud by bylo možno označit za něco jako nadstavbu napětí. Ostatně zde v příspěvcích je vztah napětí - proud řešen i tak - že proud jako samostatná veličina se dá nahradit vzorcem kde jsou zastoupeny jiné veličiny Ohmova zákona - konkrétně napětí a odpor,

Proud rovná se napětí na druhou lomeno odpor na druhou - přičemž veličiny napětí mají i jiné významy, než podle jakých jsou definovány. Napětí rovněž jakoby zastupovalo rychlost, potažmo frekvenci elektřiny - odpor ve jmenovateli v jednom případě vodivost, v druhém poloměr, či průměr vedení.

Pokud je tedy elektrárna připojená do sítě a odebírá proud,

výkon (příkon) elektrárny by zhruba měl odpovídat spotřebovanému výkonu...

Pokud je elektrárna připojená například do veřejné sítě

přebytek energie (oficiálním označením přetok) je řešen přeposláním nadbytku neboli přetoku do veřejné sítě.

Například u domácí elektrárny - pokud je domácí spotřeba nižší než "přetok" do veřejné sítě, některé druhy elektroměrů se otáčejí (při přetoku) na opačnou stranu.

V případě nedostatku energie pro domácí spotřebu - energie do lokální sítě (například domácí sítě) se přetok) se dorovnává z veřejné sítě.

Například u domácí elektrárny - pokud je domácí spotřeba nižší než "přetok" do veřejné sítě, některé druhy elektroměrů se otáčejí (při přetoku) na opačnou stranu.

Zařízení pro přebytek či nedostatek odebrané energie v síti

U velkých elektráren, továren a rozvodných sítí, jsou zavedena různá zařízení

Jaderná elektrárna - tedy elektrárna ze zcela fixním, neregulovatelným výkonem,

podrobněji pojednáno v příspěvcích

Cesty elektrické energie 2 - tepelná elektrárna Oslavany, Západomoravské elektrárny - Blog iDNES.cz

Co se děje kolem elektřiny 7 - Ohmův zákon pro zapojený obvod - proud, funkce a integrál - Blog iDNES.cz

obsah

ROZCESTNÍK ELEKTRÁRNY
ROZCESTNÍK ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY
ROZCESTNÍK VÝKON A PŘÍKON V MECHANICE A ELEKTROTECHNICE
rozcestník Ohmův zákon

část 1
IMPEDANCE A REZISTANCE - neboli impedance a odpor

část 2
VÝKON A PŘÍKON

část 3
DIODY

část 4
MALÉ DOMÁCÍ VĚTRNNÉ ELEKTRÁNY a jak je propojit s veřejnou sítí

ČÁST 5
VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY Severní Frísko, jejich výkon a účinnost  - proč mají větrné elektrárny tři lopatky

ČÁST 6
VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY na moři

ČÁST 7
Dálkový přenos energie z větrných elektráren na severu Německa do průmyslových centeter

ČÁST 8
Elektrárny na vzdušném balónu

část 4 jak propojit malou větrnou elektrárnu s veřejnou sítí

V domovní přípojce veřejné rozvodné sítě se domácí elektrárna zapojuje až za hlavní jistič a elektroměrné hodiny, ovšem před skříň s pojistkami pro jednotlivé samostatně jištěné obvody.

kombinovaná elektrárna: veřejná elektrárna + tepelné čerpadlo

popisek:
E elektrárna, E1 veřejná, E2 domácí elektrárna -- zde tepelné čerpadlo
1 přípojnicová skříň tzv. antoníček pro veřejnou elektrárnu
2 elektroměrná skříň (tzv. hodiny a hlavní jistič - výkonový jistič)

teprve za elektroměrnou skříní je propojení s domácí elektrárnou

3 pojistky (přesněji proudové pojistky) již společné pro obě elektrárny

kombinovaný zdroj elektřiny - veřejná síť a větrná elektrárna

propojení dvou rozvodů - sestavy dvou transformátorů - neboli tzv. malé rozvody pojednány na závěr příspěvku Válka rozvodů Edison - Tesla / DC motor/ MVE Strž Kroměříž / veřejná a domácí elektrárna - Blog iDNES.cz v části "A"

Zajímavý případ domácí elektrárna na principu "větrníku" či "vrtule" by měl být u Nepomuku. Mělo by se jednat o lokalitu nepříliš větrnou - a zdejší větrník by měl být vybaven vysokým počtem lopatek (proč má vrtule zpravidla tři listy je pojednáno dále zde v příspěvku v  následující části). 

Větrná elektrárna dobíjí autobaterii - a teprve pak je napájena přípojka elektřiny - což je výhodné zejména v lokalitách, kde vítr nefouká stále. 

ČÁST 4: větrné elektrárny Severní Frísko - proč mají větrné elektrárny tři lopatky

původní cestopis"Brémy a Severní Frísko 1999" CEE 16 - DC magnet pro nakládku kovů - přístav Wilhelmshaven a ponorky - Blog iDNES.cz

Typickou součástí východního Fríska jsou větrné mlýny - neboť do Nizozemska je odtud nedaleko, a také větrné elektrárny - vytváří typické panorama ve Frísku.

Proč mají větrné elektrárny právě tři lopatky. Jde o náklady, efektivitu a gyroskopickou precesi

Plovoucí solární panely kolem rovníku dokážou vyrobit víc elektřiny než všechny stávající elektrárny.

Větší počet lopatek by sice mohl produkovat vyšš výkon, výrazně by ale vzrostly náklady | Menší počet lopatek bude mít problém s vyvážením turbíny | Třílisté elektrárny jde škálovat minimálně do 20 MW výkonu

Proč mají větrné elektrárny právě tři lopatky. Jde o náklady, efektivitu a gyroskopickou precesi
Drtivá většina větrných elektráren je dnes horizontální koncept se třemi lopatkami. V Česku zpravidla s výkonem kolem 2 MW, v zahraniční mají běžně dvojnásobek i více. Nezávisle na výkonu a rozměrech mají jedno společné – rotor je opatřen třemi lopatkami, které roztáčí generátor uvnitř gondoly. Proč jen tři? Proč není lopatek více, aby přinesly větší výkon?

Ani jedna, ani dvě
Na větrných čerpadlech, či tzv. farmářských kolech, která známých z westernů, běžně je 10 a více lopatek, které se starají o čerpání vody například pro dobytek. Oproti běžným větrným elektrárnám jde ale  miniaturní zařízení, kde dochází k takřka zanedbatelnému namáhání materiálu, navíc jsou mechanicky mnohem jednodušší.

Hlavním parametrem u velkých rotorů elektráren je stabilita a vybalancování sil působících na hřídel. Na první pohled je jasné, že turbína s jednou lopatkou nebude fungovat, byť se o to konstruktéři pokoušeli. Používali závaží, které vyvažovalo lopatku a těžit chtěli především z nízké hmotnosti celého rotoru.

Velmi podobně (byť v praxi využitelný) je na tom návrh větrné elektrárny se dvěma lopatkami. Výhodou je především nízká hmotnost, a tudíž nižší náklady na výrobu. Obě lopatky jsou v rovnováze, takže laickým pohledem by s provozem neměl být problém.

Nicméně v průběhu otáčení se v ose začne projevovat efekt tzv. gyroskopické precese, kdy dojde k nepatrnému vychýlení osy, jež způsobí rozkmitání a rozkývání lopatek. Tím se nadměrně opotřebovává materiál.

Dvoulopatkové elektrárny vyžadují pro srovnatelné či vyšší výkony větší obvodovou rychlost a tím pádem jsou hlučnější.

Konstrukční optimum
U tří lopatek se gyroskopická precese neobjevuje a konstrukční nároky na elektrárnu nejsou výrazně vyšší. Z pohledu hrubého výkonu by mohly být výhodnější čtyř- či šestilopatkové rotory, v takovém případě je ale třeba opět počítat s mnohem větším namáháním mechanických částí. Tlak větru, který by působil na větší plochu lopatek by si vyžádal jak odolnější osu či převodovku, tak stožár elektrárny.

Větší počet lopatek by rovněž omezil rychlost větru, při které může elektrárna pracovat. Zatímco u třílopatkové turbíny to je zpravidla kolem 25 m/s, u šesti lopatek by se hodnota snížila pod 20 m/s. Ani vyšší výkon by tak nenahradil ztráty vzniklé právě nuceným odstavením elektrárny při rychlejším větru.

Větrná turbína dokáže na střeše domu vyrobit o 50 % víc elektřiny než solární panely.

Tři lopatky jsou optimální i z pohledu obvodové rychlosti, kterou je třeba optimalizovat nejen k co možná nejvyšší účinnosti elektrárny, ale také pro zachování nízkého hluku.  Nedá se tedy zcela vyloučit jejich využití v rámci mořských či přímořských větrných parků, u těch suchozemských se to pravděpodobně nestane.

ČÁST 5: větrné elektrárny na moři

Větrné turbíny na moři jsou větrné elektrárny, jejichž konstrukce se nachází na vodní ploše, obvykle na mořském kontinentálním šelfu. Slouží k výrobě elektřiny. Větrné turbíny na moři generují větší množství energie než pevninské turbíny. Je to způsobeno tím, že na moři panují vyšší rychlosti větru než na souši. 

Větrné elektrárny na moři bývají fyzicky vzdálenější a z technického hlediska složitější než větrné elektrárny na pevnině. Pro provoz a komunikaci se systémy na pevnině potřebují rozsáhlejší infrastrukturu, která je činí zranitelnějšími. Podrobnosti přináší magazín Interesting Engineering.

Větrná energie je klíčovou součástí celosvětového přechodu na obnovitelné zdroje, protože nabízí čistou a dostupnou alternativu k fosilním palivům. Větrné elektrárny však nejsou imunní vůči kybernetickým hrozbám a zejména ty na moři čelí jedinečným výzvám a zranitelnostem.
Nová studie vědců z Concordia University a společnosti Hydro-Quebec, prezentovaná na mezinárodní konferenci IEEE 2023 o komunikačních, řídicích a výpočetních technologiích pro inteligentní sítě ve skotském Glasgow, zkoumala potenciální rizika a dopady kybernetických útoků na větrné farmy na moři.

Větrné farmy na moři jsou složitější
Studie se zaměřila především na větrné farmy, které využívají vysokonapěťové stejnosměrné připojení s měničem napětí (VSC-HVDC), jež se stává preferovanou možností přenosu energie z větrných elektráren na moři do distribuční energetické sítě. VSC-HVDC používá invertory, které mění střídavý proud, vyrobený větrnými elektrárnami, na stejnosměrný proud a pak zpět na střídavý proud pro distribuci do elektrické sítě.

„Větrné farmy na moři jsou složitější a vzdálenější než na pevnině a vyžadují rozsáhlejší kyberinfrastrukturu pro provoz a komunikaci se systémy na pevnině, údržbářskými plavidly, inspekčními drony a dalšími turbínami,“ vysvětluje hlavní autor studie doktorand Juanwei Chen.

„Tím jsou více vystaveny možným kybernetickým útokům, které by mohly ohrozit jejich senzory a vnést do systému chybné údaje. To by mohlo způsobit elektrické poruchy a oscilace výkonu, které by dokázaly ovlivnit stabilitu celé energetické sítě,“ dodává Chen.

Simulace ukázala rizika a nedostatky
Vědci použili pro analýzu dopadů kybernetických útoků na větrné farmy na moři simulovaný model. Zjistili, že by tyto útoky mohly vyvolat nedostatečně tlumené oscilace výkonu, které by mohly být zesíleny systémem HVDC a rozšířit se až do hlavní sítě. To by následně mohlo způsobit výpadky proudu nebo poškození zařízení.

Studie rovněž naznačuje, že k prevenci nebo zmírnění kybernetických útoků může být zapotřebí více než stávající ochranné mechanismy určené k řešení fyzických poruch. Vědci proto doporučují vyvinout nové kyberneticky odolné strategie řízení a obrany pro větrné elektrárny na moři a zvýšit povědomí a vzdělání provozovatelů a inženýrů v oblasti kybernetické bezpečnosti.

„S tím, jak postupujeme v integraci obnovitelných zdrojů energie, je nezbytné si uvědomovat, že se pouštíme na neprobádané území s neznámými zranitelnostmi a kybernetickými hrozbami,“ říká Chen. „Doufáme, že naše studie zvýší povědomí a bude inspirací pro další výzkum tohoto důležitého a aktuálního tématu.“

ČÁST 6

Dálkový přenos energie z větrných elektráren na severu Německa do průmyslových centeter

 

Odpor zlomen. Válka změnila pohled Bavorů na obnovitelné zdroje

Obyvatelé bavorského města Niederaichbach se dlouhou dobu stavěli proti výstavbě přenosové soustavy SuedOstLink, které je v Německu potřebná pro dostatečnou funkčnost přepravy energie z obnovitelných zdrojů. Odpor místních zmírnila až ruská válka na Ukrajině a opakovaná varování od politiků o tom, že zemi hrozí v příštích měsících nepříjemné blackouty.

SuedOstlink je v Německu jeden ze dvou velkých projektů, který má v budoucnu přivést větrnou energii ze severního pobřeží Německa do průmyslových center. Právě město Niederaichbach má v tomto ohledu představovat nejjižnější bod celé sítě. Jde o klíčové centrum třeba pro automobilku BMW, která má v této oblasti svou výrobnu, píše agentura Bloomberg.

Obyvatelé Niederaichbachu několik let podnikali právní kroky proto, aby se výstavba vedení SuedOstlink neuskutečnila. Lidé měli kvůli stavbě strach o podobu veřejného prostoru i o ochranu přírody.

Změna postoje je tak pro Německo důležitou zprávou. Energie z obnovitelných zdrojů se totiž díky ní může dostat do důležitých průmyslových center, což alespoň částečně snižuje riziko možné deindustrializace německého hospodářství.

Nebezpečné pokusy. Němci zkoušejí, jak si zatopit bez plynu a elektřiny

„Potřebujeme kvalitní přenosovou soustavu, abychom zvýšili naši energetickou bezpečnost a dosáhli úspěšného přechodu k čisté energetice,“ řekl v rozhovoru pro Bloomberg Josef Klaus, který je dlouholetým starostou dosud protestujícího města.

Klaus ale ještě na počátku letošního roku říkal, že ho zklamalo rozhodnutí soudu, které se vyslovil ve prospěch vybudování přenosové soustavy. Válka na Ukrajině ale jeho postoj změnila. Němci se totiž i kvůli ní potýkají s vysokou inflací. Tlak na ekonomiku je silný a hrozí značné omezení výroby i propouštění.

„Lidé vidí, že obnovitelné zdroje energie jsou klíčem k větší nezávislosti,“ řekla socioložka energetiky Katja Witte z Wuppertalského institutu. I německé průzkumy naznačují, že veřejnost se k zelené energetice staví mnohem otevřeněji než dřív.

Politici vytyčili zelený cíl
Zelené Německo je cílem i pro současné vrcholné politiky. Koalice kancléře Olafa Scholze zvýšila německý cíl v oblasti obnovitelných zdrojů energie pro rok 2030 z 65 na 80 procent. Během prvních tří čtvrtletí letošního roku i proto přijala 25 nových zákonů nebo nařízení, které se zelené energetiky týkají.

Nová legislativa, která vstoupí v platnost v lednu, kupříkladu říká, že čisté energie jsou „v nadřazeném veřejném zájmu a slouží pro účely veřejné bezpečnosti“. I tak ale odborníci stále namítají, že Německo své klimatické plány pro toto desetiletí nesplní.

Němci skupují svíčky, bojí se blackoutů. V Česku nechybějí, ale zdražily

Německo v zavádění nových klimatických plánů brzdí hlavně byrokratické překážky. Jde třeba o zdlouhavé povolovací řízení. Podle průzkumu největšího německého průmyslového sdružení BDI trvají některá řízení dokonce třikrát déle, než je povoleno.

ADVERTISING

Scholz během své volební kampaně sliboval, že byrokracii v oblasti obnovitelných zdrojů energie zredukuje. Řekl třeba, že schvalování nových větrných turbín nesmí trvat šest let, ale jen šest měsíců. Odborníci ale upozorňují, že tak snadné to nebude.

„Celkově mohou byrokratické procesy kolem větrné a solární energie a rozšiřování sítě trvat až 15 let,“ dodal Simon Müller, který je ředitelem německého energetického think tanku Agora Energiewende.

ČÁST 8
Elektrárny na vzdušném balónu

Alternativní zdroje elektřiny nemusí být jen malé elektrárny, i alternativní zdroje elektřiny mohou dosahovat značných výkonů...

Poněkud odvážným projektem alternativního zdroje energie je například

elektrárna na vzdušném balónu z SSSR

nebo

návrh gigantické šestipodlažní větrné turbíny na vertikální ose (USA)

obsah

ROZCESTNÍK ELEKTRÁRNY
ROZCESTNÍK ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY
ROZCESTNÍK VÝKON A PŘÍKON V MECHANICE A ELEKTROTECHNICE
rozcestník Ohmův zákon

část 1
IMPEDANCE A REZISTANCE - neboli impedance a odpor

část 2
VÝKON A PŘÍKON

část 3
DIODY

část 4
MALÉ DOMÁCÍ VĚTRNNÉ ELEKTRÁNY a jak je propojit s veřejnou sítí

ČÁST 5
VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY Severní Frísko, jejich výkon a účinnost  - proč mají větrné elektrárny tři lopatky

ČÁST 6
VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY na moři

ČÁST 7
Dálkový přenos energie z větrných elektráren na severu Německa do průmyslových centeter

ČÁST 8
Elektrárny na vzdušném balónu