Vodní elektrárna

Vodní elektrárny jako takové se pyšní i tím, že dokáží během krátké doby rychle najet na plný výkon a místo, kde jsou zřízeny se najednou ocitne ve světle - samozřejmě, že se jedná o obrazné přirovnání. Obce anebo samoty tyto zdroje většinou využívají jako doplňky do zaběhnutých elektráren - noční svícení, pouliční lampy, vytápění domů, výhřev hospodářských stavení apod. Samoty anebo odlehlé obce, které jsou de facto odříznuté od velkých měst tyto zdroje řeší, jakousi pomocnou sílu v případě mimořádné situace.

Potenciální a kinetická energie

U vodních elektráren se nejvíce využívá energie v potencionální či kinetické podobě. Potencionální anebo také polohová/tlaková energie vzniká důsledkem působení gravitace a je vždy závislá na spádu či výškovému rozdílu hladin. Kinetická energie závisí na rychlosti proudění toku.

Vodní turbíny

To, co nejvíce vykonává práci ve vodní turbíně, je oběžné kolo, které pomocí kinetické energie (u přetlakové turbíny - tlakem vody) toto kolo roztáčí a vyrábí tak elektrickou energii. Turbíny jsou závislé na spádu a průtoku vody.

Turbíny rozdělujeme dle průtoku na rovnotlaké (tlak vody se při průchody vody nemění a využívá se pouze kinetické energie) a přetlakové (tlak vody je před oběžným kolem větší než za ním). Poté se rozdělují turbíny dle polohy hřídele: horizontální, vertikální a na šikmé. Mezi nejčastější typy patří: Francisova , Kaplanova (nebo také Šťastného), Peltonova a Bánkiho. 

Francisova turbína: byla navržena v roce 1848 J. B. Francisem a jedná se o nejdéle používaný typ moderní turbíny, která se využívá pro velké průtoky a spády - regulace je zajištěna pomocí natáčivých rozváděcích lopatek.

Kaplanova anebo také Šťastného turbína: byla původně vynalezena v roce 1900 Ignácem Šťastným, který se narodil ve Vídni a zemřel v Československu. Jeho patent si však přivlastnil brněnský profesor techniky Viktor Kaplan. Tato turbína je konstrukčně složitější než Francisova a ve své podstatě se jedná o přetlakovou axiální turbínu. 

Peltonova turbína: jedná se o rovnotlakou turbínu, která byla sestavena L. A. Peltonem v roce 1880. Tato turbína využívá tzv. "dýzy", ve které se tlaková energie vody mění na kinetickou energii paprsku vstřikovaného na lopatky turbíny. Regulace je zajištěna změnou výtokového otvoru dýzy. Díky svému tvaru je vhodná pro velké spády. 

Bánkiho turbína: konstruktérem je Donát Bánki a svou turbínu si registroval na patentovém úřadě v roce 1917. Jedná se o rovnotlakou turbínu, která se využívá pro malé a střední spády. Voda u této turbíny přes lopatky prochází až 2x - při vstupu do oběžného kola a následně při jeho opuštění.  

Lipno

Vodní elektrárny se řadí mezi obnovitelné zdroje energie, což je dáno neustále protékající vodou skrze turbíny, jejichž energie se poté dále zpracovává. Odborně se tomuto cyklu říká "hydrologický pohyb".

Vodní elektrárny jsou výhodné i díky tomu, že neprodukují při výrobě elektřiny žádné emise a jsou vhodným zdrojem.

Výhodou je i to, že je můžete zrekonstuovat z nejmenších částí a vytvořit tak jen průtokové elektrárny a nižší, ale stálé kapacitě kW. Ve své podstatě vodní elektrárnu (startovací) si mohou vytvořit i samoty či malé obce, které nemají dostatečné finance, ale kolem jejich usedlostí je aktivní tekoucí vodní zdroj.

Princip vodní elektrárny

Přitékající voda předává svou kinetickou (potencionální) energii turbíně, která roztáčí generátor připojený ke společné hřídeli.

Následně se rotační energie v generátoru mění na základě elektromagnetické indukce na energii elektrickou. Soustrojí turbíny a generátoru dohromady tvoří tzv. "turbogenerátor".

Výkon turbíny závisí na velikosti spádu, průtoku vody turbínou a její učinnosti. Výkon turbíny vypočítáme dle vzorečku:

P = ρ ∙ Q ∙ g ∙ H ∙ μ [W]

Kde "ρ" je hustota vody [1000 kg/m], "Q" průtok [l/s], "g" tíhové zrychlení [m∙s-2], "H" spád [m] a "μ" je účinnost turbíny.

Průtočná vodní elektrárna

Tento typ elektrárny vyžívá přirozeného průtoku řeky, kterou nemusíme ovlivňovat. Elektrárna u řeky je dimenzována na určitý objem a pokud je tento objem dovršen anebo překročen průtok vody, je zbytek vody odvedeno bez jiného využití a zpracování. Tyto elektrárny se dále rozdělují na jezové a na derivační. 

Jezové vodní elektrárny

Tento typ elektráren využívá jezu pro vzedmutí hladiny a soustředění spádu, který se pohybuje cca mezi 10 až 20 metry. 

Derivační elektrárny

Tyto elektrárny využívají derivační přivaděče, jako jsou potrubí, kanály či štoly. Tyto přivaděče odvádí vodu z koryta řeky k turbíně vodní elektrárny a následně na to je voda vrácena zpět do řečiště. Derivačních elektráren se využívá hlavně z důvodu, aby se zkrátila cesta řeky, a voda se využila pro výrobu elektrické energie. 

Akumulační vodní elektrárny

Akumulační elektrárny využívají nahromadění vody a volného spádu při přehrazení řeky - u přehradních hrází. Většinou jsou umístěny ihned pod přehradou. Tyto elektrárny využívají řízeného odběru vody z akumulační nádrže. 

Tyto elektrárny stabilizují vodní toky a chrání obyvatele před povodněmi. Nádrže jsou v mnoha případech zdrojem pitné vody pro vodárny či pomáhají zemědělcům či technikům v práci. 

Přečerpávající vodní elektrárny

Slouží světu jako akumulátory elektrické energie a dokážou pokrýt i velké zatížení. Pracují tak, že jsou dvě různě výškově položené vodní nádrže, které akumulují energii. Voda je čerpána do výše položené věže a skrze turbínu, která vyrábí el.energii padá dolu do níže umístěné věže. 

Slapové (přelivové) vodní elektrárny

Tento typ elektráren využívá kinetické energie - díky přílivu a odlivu, jenž vyrábí elektrickou energii. Nejvíce se těchto elektráren využívá v USA, kde rozdíl hladiny se pohybuje kolem 20 metrů, což dokáže zabezpečit maximální produkci elektrické energie. 

Vodní elektrárny v ČR

V České republice bylo v roce v provozu na 9 velkých vodních elektráren. V současné době se hledají možnosti, jak nezatěžovat životní prostředí a využívat nové a nové možnosti, které by byli pro přírodu nejlepší. Mezi největší přečerpávací elektrárny patří:

Dlouhé stráně

Jedná se o nejvýše položenou vodní elektrárnu v České republice, která leží ve výšce 1353 metrů nad mořem. Nachází se nedaleko města Olomouc v pohoří Hrubý Jeseník. Vrchol se nachází 4 kilometry jihovýchodně od Koutů na Desnou.

Dalešice

Jedná se přečerpávací vodní nádrž, která leží na řece Jihlavě nedaleko města Třebíč. Vystavěna byla mezi lety 1970 až 1978 a maximální objem nádrže je 127,3 milionů metrů krychlových a tudíž je to jedna z největších vodních elektráren na Moravě. Maximální hloubka je 85,5 metrů. V okolí elektrárny funguje velice dobře lodní doprava, která převáží turisty i zboží pro prodej. Na vodní hladině se pohybovala dokonce i rekreační loď jménem "Vysočina", která byla dlouhá 26 metrů a těžká 30 tun.  

Jak funguje vodní elektrárna

Celý princip je velice jednoduchý. Voda přitékající přívodním kanálem roztáčí turbínu, která je umístěna s generátorem elektrické energie na společné hřídeli. 

Celý princip je vlastně dosti jednoduchý. Voda přitékající přívodním kanálem roztáčí turbínu, která je umístěna s generátorem elektrické energie na společné hřídeli. Zařízení tvoří dohromady takzvaný turbogenerátor. Mechanická energie proudící vody se v něm mění působením elektromagnetické indukce (v otáčející se smyčce elektrického vodiče v magnetickém poli se indukuje střídavé elektrické napětí) na energii elektrickou. Ta je posléze transformována a odvedena sítí ke spotřebitelům.

Ve vodních elektrárnách se běžně využívá energie vody v podobě potenciální i kinetické energie. Potenciální energie znamená, že je využívána polohová, tlaková energie. Ta vzniká v důsledku působení gravitace a závisí na spádu, čili výškovém rozdílu hladin. Kinetická energie je pohybová a jednoduše závisí na rychlosti proudění vody.

Jak se vodní elektrárny dělí?

Dělit elektrárny můžeme podle různých kritérií.

• Podle instalovaného výkonu:
  • malé (MVE) - do 10 MW,
  • střední - do 100 MW,
  • velké - nad 100 MW.
• Podle využívaného spádu:
  • nízkotlaké - spád do 20 m,
  • středotlaké - spád od 20 do 100 m,
  • vysokotlaké - spád nad 100 m.
• Podle využití vodního toku:
  • Průtočné vodní elektrárny (elektrárna využívá přirozený průtok řeky, který nelze ovlivňovat).
  • Akumulační vodní elektrárny (akumulace vody a spád je zajištěn přehrazením řeky přehradní hrází. Bývají umístěny ihned pod přehradou).
  • Přečerpávací vodní elektrárny (slouží jako akumulátor elektrické energie z jiných zdrojů a pokrývají špičkové zatížení).
  • Slapové (přílivové) vodní elektrárny (využívají slapové energie způsobující příliv a odliv).

Vodní elektrárny v Česku

Česká republika sice není úplně ideální zemí pro využití vodní energie, i tak u nás ale v současnosti existuje 9 velkých vodních elektráren (instalovaný výkon nad 10 MW) s celkovým instalovaným výkonem 753 MW a 1 614 malých vodních elektráren. Kromě klasických vodních elektráren jsou v ČR provozovány 3 přečerpávací vodní elektrárny s celkovým instalovaným výkonem 1 175 MW.Doufáme, že vám náš článek pomohl zorientovat se alespoň na základní úrovni v zajímavém světě vodních elektráren. Pokud máte jakýkoliv dotaz v oblasti energetiky a dodávek energie, neostýchejte se na nás obrátit prostřednictvím naší poradny.