Napadlo vás někdy při pohledu na les větrných elektráren, proč mají všechny přesně tři lopatky? Nikoliv dvě, nikoliv čtyři, nebo ještě více, ale vždy jen a pouze tři. Nejde samozřejmě o náhodu, ale o výsledek dlouhodobého inženýrského procesu, který musel brát v potaz celou řadu různých a často protichůdných parametrů.
Čím více lopatek, tím lépe?
Mohlo by se na první pohled zdát, že turbína s více lopatkami bude vždy výkonnější než turbíny s menším počtem lopatek. Vítr se bude přece opírat do větší plochy a dodá tak turbíně více energie. Toto samozřejmě platí, koneckonců stará, větrem poháněná čerpadla na vodu, která tvoří nezaměnitelnou kulisu mnoha filmů odehrávajících se na divokém západě, právě tuto logiku využívala a disponovala dvaceti nebo třiceti lopatkami. Malé čerpadlo a obří větrná elektrárna jsou však dvě odlišné věci.
U tak velkého zařízení jako je větrná elektrárna s výkonem několika megawattů je třeba brát v potaz vlivy, které lze u malých zařízení zanedbat. Jedná se především o celkovou hmotnost a materiálové namáhání, především pohyblivých částí. Svoji roli hraje také hladina hluku, který turbína generuje. Když inženýři vzali v potaz všechny tyto parametry, počet tři zkrátka přinesl ten nejlepší možný kompromis.
Cesta ke třem lopatkám
Proces návrhu ideální podoby turbíny větrné elektrárny postupně ukázal, že čtyř a více lopatkové turbíny jsou již příliš těžké a jejich jednotlivé části budou extrémně namáhány. Kromě toho znamená každá lopatka navíc vyšší výrobní náklady. V opačném případě, tedy u dvoulopatkových turbín se začne projevovat efekt nazývaný jako gyroskopická precese. Jde v zásadě o to, že lopatky, které se při otáčení lehce vychýlí z osy, se nebezpečně rozkmitají a opět způsobí zvýšené mechanické namáhání jednotlivých částí turbíny.
Byly prováděny i testy s turbínou opatřenou jedinou lopatkou. Ani v případě, že bude vyvážena umělým závažím, není možné dosáhnout požadované stability. Výhoda nízké hmotnosti, kterou by jednolopatková turbína měla nám tak zůstane nedostupná. Problémy popsané u dvoulopatkových turbín znemožňují jejich použití ve velkém měřítku, lze je ale používat u menších elektráren s výkonem v řádu několika stovek kW. Lze počítat s rozvojem větrné energetiky, nelze však očekávat, že by se v blízké době měl měnit počet lopatek na turbínách. Číslo tři nám zkrátka diktuje fyzika.
Zdroje informací: https://vtm.zive.cz/clanky/proc-maji-vetrne-elektrarny-prave-tri-lopatky-jde-o-naklady-efektivitu-a-gyroskopickou-precesi/sc-870-a-223626/default.aspx
https://interestingengineering.com/science/the-scientific-reason-why-wind-turbines-have-3-blades
