Asociace hydroenergetiků ČR

Energie vody Náhon malé vodní elektrárny. Foto: EkoWATT Potenciál vodní energie je u nás využíván po staletí. Před I. světovou válkou zde bylo několik tisíc malých vodních elektráren, vesměs na místě původních vodních mlýnů, pil a hamrů. Vodní energie se dá velmi dobře a účinně přeměnit na žádanou elektřinu. Z celkové produkce elektřiny v ČR se ve vodních elektrárnách vyrobí asi 3,3 %. Vodní elektrárny (včetně přečerpávacích) představují asi 12 % instalovaného výkonu elektráren v ČR. Většina tohoto výkonu (cca 90 %) připadá na zařízení s výkonem vyšším než 5 MW. V ČR se za malou vodní elektrárnu (MVE) považují zařízení s výkonem pod 10 MW, v EU pod 5 MW. MVE jsou rozptýleny po celé republice, tím se snižují ztráty v rozvodech - elektřinu není třeba daleko přenášet. Případný výpadek některé z nich je z hlediska sítě, na rozdíl od výpadku velkého centrálního zdroje, nevýznamný. Hráze se vyznačují obvykle větší výškou vzdutí, větším objemem zadržené vody a plochou zaplavovaného území. Jejich nová výstavba pouze za účelem provozování malých vodních elektráren je z ekologických a ekonomických hledisek většinou neúnosná, nicméně využití stávajících hrází může být ekonomicky velmi výhodné. Například u základových výpustí nádrží je nutno mařit energii protékající vody, např. instalací rozstřikovacích uzávěrů. Přitom tuto funkci může částečně přebrat vodní turbína. Další možností je instalace vodní turbíny na přivaděčích pitné vody. Jezy mají oproti hrázím nižší výšku vzdutí a podstatně menší objem zadržené vody. Náklady na jejich výstavbu rostou s jejich šířkou. U toku větší šířky nutnost využití speciální mechanizace navyšuje investice. U nížinných toků je zachovalý jez většinou nutnou podmínkou výstavby MVE. Přivaděče koncentrují spád do místa instalace vodní turbíny. Beztlakové přivaděče (náhony, kanály) se budují převážně výkopem v terénu. Náklady závisí na délce, příčné svažitosti terénu, typu zeminy a s tím souvisejícího druhu opevnění stěn koryta. Nejvýhodnější je oprava původního náhonu, případně volba stejné trasy z důvodu snadnějšího získání a zaměření pozemku. Tlakové přivaděče jsou nejčastěji zhotoveny z ocelových trub, případně ze železobetonu. Měrné náklady na jejich výstavbu jsou vyšší než u přivaděčů beztlakových (náhonů), zejména u toků podhorských a horských. Ekonomicky mohou být výhodnější než beztlakové pouze při velkém podélném spádu toku, proto se realizují co nejkratší. Často se oba typy přivaděčů kombinují s cílem dosažení maximálního spádu a minimálních nákladů. Česle zhotovované převážně jako mříž z ocelové pásoviny zabraňují vnikání vodou unášených nečistot do turbíny. Obvykle jsou před turbínou nejméně dvoje: hrubé a jemné, často s automatickým čištěním. Ve strojovně je umístěno strojní a elektrotechnické zařízení elektrárny. Stavební část turbíny (základy, betonová spirála atp.) spolu se strojní částí tvoří elektrárnu jako celek. Při volbě typu turbíny je nutné zohlednit i rozměry a konstrukci stavební části, neboť dražší strojní vybavení může svojí kompaktností celkové investiční náklady snížit. Odpadní kanály vracejí vodu do původního koryta. Často jsou tak krátké, že náročnost jejich výstavby a náklady jsou vůči ostatním částem elektrárny bezvýznamné. Pro delší kanály se řídíme podobnými kritérii jako u beztlakových přivaděčů. Vodní kolo je dnes už historický vodní motor, který může najít uplatnění zejména pro spády do 1 m a průtoky až do několika m3/s. Výroba je vždy individuální. Výstavba velkých vodních elektráren přináší výrazný zásah do životního prostředí (přehradní hráze, zatopené oblasti, změna vodního režimu). Potenciál pro jejich stavbu už je u nás v zásadě vyčerpán. Naproti tomu MVE lze stále stavět, zejména v místech bývalých mlýnů, hamrů a pil. Zbytky bývalého vodního díla (odtokový kanál, jez apod.) mohou výrazně snížit náklady na výstavbu. Díky technologii tzv. mikroturbín lze využít i toky s velmi malým energetickým potenciálem, nebo i vodovodní zařízení. Další cestou je instalace moderních a účinnějších turbín a soustrojí ve stávajících MVE. Leckdy zde totiž fungují stroje staré kolem 100 let. To sice svědčí o fortelnosti práce našich předků, moderní technologie by ovšem umožnily využít vodní potenciál efektivněji (produkce může být až o několik desítek procent vyšší). Rozhodujícími ukazateli k ohodnocení konkrétní lokality jsou dva základní parametry - využitelný spád a průtočné množství vody v daném profilu, který chceme využít. Dále jsou důležité i následující parametry: možnost umístění vhodné technologie, vhodné geologické podmínky a dostupnost lokality pro těžké mechanismy, případně vhodnost pro vybudování potřebné zpevněné komunikace, vzdálenost od přípojky VN nebo VVN s dostatečnou kapacitou, minimalizace možného rušení obyvatel hlukem, jinak je nutno provést odhlučnění, míra zásahu do okolní přírody a vhodné začlenění do reliéfu lokality, zátěž při výstavbě elektrárny a budování přípojky, ohrožení vodních živočichů, dodržování odběru sjednaného množství vody - využitím spolehlivého automatického řízení s hladinovou regulací se vyloučí nevhodný vliv obsluhy MVE, způsob odstraňování naplavenin vytažených z vody - je nutno zajistit odvoz a likvidaci, majetkoprávní vztahy k pozemku - vlastnictví či dlouhodobý pronájem pozemku, postoj místních úřadů. Při respektování všech uvedených aspektů MVE nemůže svým provozem vážně narušit životní prostředí v lokalitě. Přispívá naopak k revitalizaci místního říčního systému a kladně ovlivňuje režim vodního toku (čistí a provzdušňuje tok). Případné nedodržování odběru, které se projevuje tím, že přes jez neprotéká dostatečné (tzv. sanační) množství vody, by mělo být přísně postihováno. Spád Spád je výškový rozdíl vodních hladin. V praxi se většinou rozlišují dva druhy spádů: Hrubý spád Hb (brutto, celkový) je celkový statický spád daný rozdílem hladin při nulovém průtoku vodní elektrárnou. Pro velmi hrubé odhady jej lze stanovit z mapy. Spád lze stanovit výškovou nivelací na úseku od vtokového objektu (nad jezem), po úroveň spodní hladiny na odpadu z turbíny. Pro relativně přesný odhad postačí lať s centimetrovým dělením. Přesné měření, zejména u delších přivaděčů, lze objednat u specialisty. Užitný spád H (čistý, netto) se liší od hrubého spádu odečtením hydraulických ztrát, které vznikají těsně před vodním motorem a za ním (v přivaděči a odpadu) vlivem poklesu hladiny horní vody při provozu, vlivem vzdutí hladiny spodní vody a dále změnami směru toku a objemovými ztrátami (v česlích, v přiváděcím kanálu, v potrubí atp.). Tím získáme spád pro turbínu užitný. Průtok Průtok je průtočné množství vody v daném využitelném profilu. Přesný průtok lze zjistit za úplatu u Českého hydrometeorologického ústavu nebo příslušné správy toku jako tzv. dlouhodobý průměrný průtok Qa, N-leté průtoky a M-denní průtoky. Pro využití energie vody jsou nejdůležitější M-denní průtoky (křivka překročení průtoků v průměrně vodném roce neboli M-denní odtoková závislost). Ty udávají průtok zaručený v daném profilu toku po určitý počet dní. Data se uvádějí číselně v obvyklém členění po 30 dnech v roce. M [dní] 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 355 364 Q [m3/s] 2,7 1,9 1,5 1,2 1,0 0,85 0,75 0,6 0,5 0,4 0,34 0,25 0,18 Příklad M-denní průtokové závislosti