Větrné elektrárny mohou podle vědců vyvolávat specifické blesky

Nová studie českých vědců nyní upozorňuje na dosud systematicky nepopsaný fenomén, tedy na specifické zimní blesky, které se opakovaně objevují v bezprostředním okolí větrných elektráren.

Výzkumný tým vedený Martinem Kákonou z Ústavu jaderné fyziky Akademie věd ČR je označil jako SWAL (Seasonal Wind Turbine-Associated Lightning), tedy sezonní blesky spojené s větrnými elektrárnami.

Nejde přitom o tvrzení, že větrné turbíny jednoduše „vyrábějí“ blesky. Podstatou objevu je jejich role v konkrétní konfiguraci atmosférického elektrického pole a za specifických zimních meteorologických podmínek. Právě tato kombinace podle autorů vytváří podmínky, za nichž mohou vznikat elektrické výboje v okolí turbín.

Neobvyklý jev se objevuje v zimě

První upozornění na neobvyklé výboje přišlo už v letech 2018 a 2019 od amatérských pozorovatelů ze sdružení Czech Thunderstorm Research Association, známého jako Lovci bouřek. Jejich pozorování se týkala především zimních situací v okolí větrných parků.

Systematické vyhodnocení však bylo možné až později, mimo jiné díky rozvoji dostupných detekčních systémů. Vědci analyzovali čtyři roky dat z období 2021 až 2024. Využili přitom údaje z dobrovolnické celosvětové sítě Blitzortung, která umožňuje sledovat výskyty blesků v reálném čase.

Související

Martin Pokorný

Levnější energie pro Evropany? Nový balíček EU…

Marek Kuřina

Češi podporují výstavbu větrných elektráren,…

Tato data následně porovnali s nezávislými měřeními z globální sítě ENTLN (Earth Networks Total Lightning Network), radarovými pozorováními Českého hydrometeorologického ústavu a měřením elektrického pole. Kombinace těchto zdrojů umožnila oddělit jednotlivé případy od náhodných pozorování a odhalit opakující se vzorec.

„Vznik blesků je i přes téměř tři století výzkumu stále jednou z nevyřešených otázek atmosférické fyziky. Nově popsaný jev nabízí unikátní přírodní laboratoř, kde můžeme blesky zkoumat,“ vysvětluje hlavní autor studie Martin Kákona z Ústavu jaderné fyziky AV ČR.

Právě opakovanost je pro vědecký význam objevu zásadní. Nešlo pouze o několik jednotlivých výbojů pozorovaných náhodou, ale o jev, který vykazuje charakteristické vlastnosti a souvislost s určitým typem meteorologické situace.

Rotující lopatky zdrojem blesků

SWAL blesky se podle analýzy objevují téměř výhradně v bezprostředním okolí větrných elektráren. Dalším charakteristickým znakem je jejich záporná polarita. Ještě důležitější je jejich vazba na specifické zimní podmínky. Výboje byly pozorovány při teplotách pohybujících se těsně nad bodem mrazu a během přechodu oblaků, které obsahovaly výrazně záporně nabitou oblast.

Atmosférická oblačnost přitom není elektricky homogenní. V bouřkových oblacích dochází k separaci elektrického náboje a vzniku elektrického pole. Na tomto procesu se podílejí mimo jiné ledové částice, sněhové krystaly a další hydrometeory. Rozložení náboje se mění podle teploty, výšky i mikrofyzikálních procesů uvnitř oblaku. Právě charakter těchto podmínek se vědci snažili rekonstruovat.

„Analyzovali jsme charakter oblačnosti, vertikální rozsah a teplotu. Dále jsme určovali typ hydrometeorů v různých částech oblaku,“ popisuje Zbyněk Sokol z Ústavu fyziky atmosféry AV ČR, který se zabývá modelováním elektrického pole v oblačnosti.

Větrná turbína do takového prostředí přináší velmi výraznou kovovou konstrukci, jejíž nejvyšší část může zasahovat stovky metrů nad okolní terén. Rotující lopatky navíc mění lokální rozložení elektrického pole v okolí zařízení.

Za běžných podmínek to samozřejmě neznamená, že každá větrná elektrárna představuje zdroj blesků. Význam má kombinace geometrie turbíny, elektrického pole a meteorologických podmínek. Právě hranice, při nichž se tyto faktory setkávají, mohou být podle autorů studie klíčem k pochopení pozorovaného jevu. A právě zde může být význam SWAL ještě širší než samotný výzkum větrných elektráren.

Pokud se podaří přesně určit mechanismus, který k těmto výbojům vede, může poskytnout informace také o tom, jak za určitých podmínek dochází ke vzniku blesků obecně. Větrná turbína v tomto smyslu představuje jakousi přirozenou experimentální sondu – objekt, na kterém lze sledovat chování elektricky aktivní atmosféry v situacích, které se jinak obtížně měří.

Výzkum pomůže chránit větrné turbíny

Objev má zároveň praktickou stránku. Blesk patří mezi významná rizika pro provoz větrných elektráren. Zvlášť exponované jsou jejich dlouhé lopatky, které se nacházejí vysoko nad okolním terénem a při rotaci představují pohyblivý objekt vystavený atmosférickému elektrickému poli.

Poškození způsobené bleskem může znamenat odstávku turbíny, opravu nebo v závažnějších případech výměnu části konstrukce. Provozovatelé proto využívají systémy ochrany před bleskem a monitorování atmosférických podmínek. Nová zjištění by v budoucnu mohla pomoci zpřesnit odhad rizika zásahu právě v zimních situacích, které se od klasických letních bouřek výrazně liší.

„Původně šlo o základní výzkum, který ale může mít nečekaně rozsáhlé praktické důsledky. Dřívější práce totiž ukazují, že během přibližně dvacetileté životnosti větrné turbíny dochází v průměru ke dvěma až třem poškozením způsobeným zásahem blesku,“ uvádí Ondřej Ploc, spoluautor studie a hlavní řešitel projektu CRREAT (Centrum výzkumu kosmického záření a radiačních jevů v atmosféře), v jehož rámci výzkum vznikl.

Výzkum SWAL tak propojuje několik oblastí, které se na první pohled mohou zdát vzdálené, a to základní výzkum atmosférické elektřiny, meteorologii, detekci blesků i energetiku.

Zajímavý je přitom i samotný způsob, jakým byl nový jev identifikován. Na jeho existenci nejprve upozornili amatérští pozorovatelé, následně bylo možné jejich pozorování konfrontovat s daty profesionálních měřicích systémů a meteorologických radarů. Právě kombinace dlouhodobých pozorování, globálních detekčních sítí a fyzikálního modelování umožnila z původně neobvyklých pozorování vytvořit vědecky analyzovatelný fenomén.

Další výzkum nyní bude muset především objasnit přesný mechanismus vzniku těchto výbojů. Pokud se podaří určit, jakou roli v procesu hraje samotná turbína, elektrické pole a konkrétní struktura zimní oblačnosti, může SWAL nabídnout nejen nový pohled na chování elektricky aktivní atmosféry, ale také praktický nástroj pro řízení rizik spojených s provozem větrných elektráren.

Zdroj: Atmospheric Research, Ústav jaderné fyziky AV ČR