Větrná elektrárna s horizontální osou
Nejpoužívanější typ větrné turbíny je dnes instalován po celém světě, od malých domácích elektráren až po obrovské větrné parky. Tato turbína pro svou práci využívá vztlakového principu, stejného fyzikálního jevu, který udržuje ve vzduchu moderní letadla.
Ve větrné elektrárně s horizontální osou se mění kinetická energie proudící vzdušné masy na mechanickou energii rotujících listů rotoru. Ten je, v případě pomaloběžných rotorů, přes převodovku spojen s elektrickým generátorem, ve kterém se mechanická energie na základě magnetické indukce mění na energii elektrickou. U nových typů větrných turbín s horizontální osou může být převodovka s obyčejným generátorem nahrazena pomaloběžným více pólovým generátorem osazeným přímo na hřídeli rotoru. Hmotnost převodovky pro větrnou elektrárnu s výkonem 2 MW je přibližně 15 000 kg.
Hlavní část větrné turbíny tvoří listy vrtule. Jsou na ně kladeny značné požadavky, protože musí odolávat nejen síle větru, ale i odstředivé síle rotující vrtule. Správný profil a natočení listu proti větru je hlavním předpokladem pro maximální efektivitu využití větrné energie. Listy rotorů větších elektráren se vyrábějí z kompozitních materiálů metodou laminování.
Minimální rychlost větru, při které začínají větrné turbíny pracovat, se pohybuje kolem 3–4 m/s. Optimální výkon dosahují při rychlosti 15 m/s a při rychlosti větru nad 25 m/s se větrné elektrárny zastavují, aby se předešlo jejich poškození.
Konstrukce turbín s horizontální osou
Větrné turbíny s horizontální osou tvoří většinu komerčně vyráběných zařízení. Průměr rotoru největších z nich dosahuje až 160 metrů, účinnost přibližně 45 %.
Skládají se z dvoulisté, ale nejčastěji z trojlisté vrtule, hřídele, převodovky a elektrického generátoru. Celé toto soustrojí je umístěno v otočné gondole na vrcholu ocelové nebo železobetonové věže. U malých turbín je natáčení proti větru řešeno malou korouhvičkou, větší a výkonnější turbíny se natáčí proti větru pomocí servomotorů, řízených ovládací elektronikou podle čidel směru větru. Většina turbín s horizontální osou je směrována proti větru ve vztahu k věži, protože samotná věž způsobuje při obtékání vzduchu nežádoucí turbulence. Navzdory tomuto nedostatku byly stavěny i turbíny s listy rotoru za nosnou věží, protože nepotřebovaly systém natáčení celé gondoly do pracovní polohy rovnoběžné se směrem větru a uměly si lépe poradit se silným větrem. Vzhledem k náchylnosti k porušení součástí turbíny vlivem cyklického působení turbulentních proudů, jsou dnes většinou vyráběny turbíny s horizontální osou s listy rotoru umístěnými proti větru.
Výkony moderních větrných turbín s horizontální osou se pohybují v řádu jednotek MW, pro zvýšení celkového výkonu elektrárny se sdružují do větrných parků, nebo větrných farem. Předpokládaná životnost větrné turbíny je 20 až 25 let a provozní doba kolem 120 000 hodin.
Parametry a výkony
V polovině roku 2017 byla u pobřeží Velké Británie spuštěna největší větrná turbína na světě s výkonem 8 MW. Celkem 32 těchto turbín od dánské společnosti Dong Energy tvoří část větrné farmy Burbo Bank. Turbíny jsou vysoké 195 metrů a délka jednoho listu vrtule dosahuje 80 metrů, takže již překračuje rozpětí křídel největších dopravních letadel. Výkon těchto větrných strojů rozhodně nedosahuje svých limitů a vedoucí firmy v oblasti obnovitelných zdrojů připravují projekty dosahující jednotkového výkonu 10 až 15 MW. Většinou se jedná, stejně jako v případě farmy Burbo Bank, o offshorové provedení turbín (mimo pobřeží).
Rozvoj větrných elektráren a výstavba větrných parků neustále pokračuje. Jen v roce 2019 bylo nainstalováno přes 59 GW nových zdrojů a celková světová instalovaná kapacita větrných elektráren tím dosáhla 650 GW. Vedoucí pozici ve větrných instalacích si drží Čína – na jejím území se nachází přibližně třetina instalovaného výkonu. Dalšími státy s významným zastoupením větrných farem jsou USA, Německo, Velká Británie, Indie a Španělsko. Česká republika měla ke konci roku 2018 celkovou instalovanou kapacitu větrných elektráren 323 MW, přičemž jen v roce 2018 reálně přibylo šest větrných elektráren s celkovým instalovaným výkonem 12,3 MW.
