Větrné elektrárny významně zvyšují počet blesků v zimních bouřkách
Větrné elektrárny se stávají stále významnějším obnovitelným zdrojem elektrické energie. Přitom roste nejen počet větrníků, ale zvětšují se i rozměry použitých listů větrných turbín. Vzdálenost mezi okrajem listu v nejvyšší poloze od zemského povrchu tak často přesahuje 220 metrů, což zvyšuje riziko zásahu větrné turbíny bleskem (jako u všech výškových budov nebo stožárů). Kromě toho lze ale u větrných elektráren v některých oblastech pozorovat i zvýšení bleskové aktivity při zimních bouřkách. Větrné elektrárny totiž významně podporují vznik blesků. Slabá zimní bouřka vyprodukuje většinou jen desítky blesků za dobu své existence. Pokud ovšem přechází přes oblast s větrnými elektrárnami, počet blesků se může mnohonásobně zvýšit.
Zvýšení počtu blesků v okolí větrných elektráren v zimním období souvisí se strukturou oblaků typu cumulonimbus, kdy centrum náboje je s ohledem na menší vertikální rozsah oblaku v zimě situován v nižší výšce, tedy blíže zemskému povrchu. Zimní bouřky se přitom samy o sobě vyznačují jen minimálním počtem blesků mezi oblakem a zemí. Nicméně zvýšení napětí mezi okraji listů větrné turbíny a bouřkovým mrakem může vést ke vzniku elektrického výboje, který vychází právě zespodu, tedy z okraje listu. Hovoříme tedy o tzv. vstřícných výbojích (obr. 1).
Schéma vzniku bleskového výboje vycházejícího z okraje listu větrné elektrárny, zdroj: Lightning interaction and damages to wind turbines, J. Montanyà, V. Russian Conference on Lightning Protection
Tento mechanismus byl potvrzen pomocí vysokorychlostních kamer namířených právě na větrníky (obr. 2). Z podrobných studií přitom vyplývá, že právě otáčivý efekt listů výrazně zvyšuje pravděpodobnost vzniku vstřícného výboje ve srovnání s podobně vysokými statickými objekty, jako jsou vysílače nebo věže.
Obr. 2: Sloučený snímek z vysokorychlostních kamer – tři vstřícné výboje vycházejí z okrajů listů, u dalších tří jsou patrné ohraničené krátké vstřícné výboje, zdroj: Lightning discharges produced by wind turbines, J. Montanyà, O. van der Velde a E. R. Williams
Točením listů větrníků se zesiluje elektrické pole v okolí
Hlavním mechanismem vedoucím k nabíjení hran listů větrných elektráren v blízkosti bouřek je jednak elektrostatická indukce podporovaná pohybem listů a jejich materiálovým složením (skleněná vlákna a přepjatá karbonová vlákna), částečně se může uplatnit i tzv. triboelektrické nabíjení. Jde o typ kontaktní elektrifikace, při které určité materiály získávají elektrický náboj poté, co přijdou třením do kontaktu s jiným materiálem (tímto způsobem například letící letadlo vytváří statický náboj třením vzduchu o povrch letadla). Při této elektrifikaci následně zesiluje elektrické pole v okolí větrníku.
Detektory blesků často blesky v okolí větrných elektráren nezachytí
Zajímavým zjištěním je rovněž fakt, že výboje směřující z turbín vzhůru jsou zpravidla obtížně a s malou účinností detekovány standardními systémy detekce blesků – odtud vyplývá i určité podcenění nebezpečí poškození listů větrné elektrárny bleskovými výboji. Z dosavadních poznatků taky vyplývá doporučení pro snížení tohoto rizika – snížit rychlost rotace listů elektrárny, případně ji úplně zastavit.
Z výše uvedeného tak vyplývá, že v oblastech s četnějšími větrnými turbínami je větší pravděpodobnost bleskových výbojů při zimních bouřkách, zejména pak, jsou-li tyto větrné elektrárny situovány od vyšších a horských oblastí (obr. 3).
Obr. 3: Bouřka nad větrnou farmou Kryštofovy Hamry v Krušných horách z 2. ledna 2019 z poledne - mapa ukazuje výskyt blesků a fotografie zachycuje větrnou farmu v červeně vyznačené oblasti, kde se vyskytovaly četné blesky (v okolí naopak hlášeny nebyly), zdroj: lovcibourek.cz
Zvýšení počtu blesků v okolí větrných elektráren v zimním období souvisí se strukturou oblaků typu cumulonimbus, kdy centrum náboje je s ohledem na menší vertikální rozsah oblaku v zimě situován v nižší výšce, tedy blíže zemskému povrchu. Zimní bouřky se přitom samy o sobě vyznačují jen minimálním počtem blesků mezi oblakem a zemí. Nicméně zvýšení napětí mezi okraji listů větrné turbíny a bouřkovým mrakem může vést ke vzniku elektrického výboje, který vychází právě zespodu, tedy z okraje listu. Hovoříme tedy o tzv. vstřícných výbojích (obr. 1).
Schéma vzniku bleskového výboje vycházejícího z okraje listu větrné elektrárny, zdroj: Lightning interaction and damages to wind turbines, J. Montanyà, V. Russian Conference on Lightning Protection
Tento mechanismus byl potvrzen pomocí vysokorychlostních kamer namířených právě na větrníky (obr. 2). Z podrobných studií přitom vyplývá, že právě otáčivý efekt listů výrazně zvyšuje pravděpodobnost vzniku vstřícného výboje ve srovnání s podobně vysokými statickými objekty, jako jsou vysílače nebo věže.
Obr. 2: Sloučený snímek z vysokorychlostních kamer – tři vstřícné výboje vycházejí z okrajů listů, u dalších tří jsou patrné ohraničené krátké vstřícné výboje, zdroj: Lightning discharges produced by wind turbines, J. Montanyà, O. van der Velde a E. R. Williams
Točením listů větrníků se zesiluje elektrické pole v okolí
Hlavním mechanismem vedoucím k nabíjení hran listů větrných elektráren v blízkosti bouřek je jednak elektrostatická indukce podporovaná pohybem listů a jejich materiálovým složením (skleněná vlákna a přepjatá karbonová vlákna), částečně se může uplatnit i tzv. triboelektrické nabíjení. Jde o typ kontaktní elektrifikace, při které určité materiály získávají elektrický náboj poté, co přijdou třením do kontaktu s jiným materiálem (tímto způsobem například letící letadlo vytváří statický náboj třením vzduchu o povrch letadla). Při této elektrifikaci následně zesiluje elektrické pole v okolí větrníku.
Detektory blesků často blesky v okolí větrných elektráren nezachytí
Zajímavým zjištěním je rovněž fakt, že výboje směřující z turbín vzhůru jsou zpravidla obtížně a s malou účinností detekovány standardními systémy detekce blesků – odtud vyplývá i určité podcenění nebezpečí poškození listů větrné elektrárny bleskovými výboji. Z dosavadních poznatků taky vyplývá doporučení pro snížení tohoto rizika – snížit rychlost rotace listů elektrárny, případně ji úplně zastavit.
Z výše uvedeného tak vyplývá, že v oblastech s četnějšími větrnými turbínami je větší pravděpodobnost bleskových výbojů při zimních bouřkách, zejména pak, jsou-li tyto větrné elektrárny situovány od vyšších a horských oblastí (obr. 3).
Obr. 3: Bouřka nad větrnou farmou Kryštofovy Hamry v Krušných horách z 2. ledna 2019 z poledne - mapa ukazuje výskyt blesků a fotografie zachycuje větrnou farmu v červeně vyznačené oblasti, kde se vyskytovaly četné blesky (v okolí naopak hlášeny nebyly), zdroj: lovcibourek.cz
Encyklopedie počasí
Přečtěte si další články z naší rozsáhlé encyklopedie počasí, která shrnuje poznatky o meteorologii a počasí. Pochopíte řadu základních meteorologických prvků a způsob vytváření předpovědí počasí.
