Počátkem 20. století byl zdroj vodní energie přezdíván jako „bílé uhlí.“[2] Vodní elektrárny nejsou klimaticky neutrální.[3][4]
Popis funkce
Množství využitelné energievodního toku závisí na výškovém rozdílu dvou různých vodních hladin (čili na spádu resp. vzájemném převýšení) a na množství protékající vody (průtoku vody). Pro energetické využití jakéhokoliv vodního toku bývá většinou nutné uměle vytvořit výškový rozdíl hladin. Toho se dosáhne tzv. vzdutím vody, což bývá zajištěno zřízením nižších jezů či vyšších přehrad. U přečerpávacích vodních elektráren bývá obvyklé vzdutí navíc doplněno o zvláštní výše položenou nádrž, tzv. horní nádrž, která může být umístěna někde stranou od původního vodního toku. V České republice je dnes většina vodních elektráren postavena právě při přehradách, v minulosti však bývaly malé vodní elektrárny v provozu téměř na každém jezu.
Hráz přehrady bývá většinou tvořena litým betonem, v praxi se vyskytují i menší hráze sypané. Uvnitř hráze se nachází revizní, větrací a drenážní chodby (pro odvod prosakující vody). Ocelovým potrubím je voda vedena k vodním turbínám. Vstup vody do potrubí je opatřen čisticím zařízením zvaným česle a rychlouzávěrem, který při poruše uzavře přívod vody.
Elektrárna se obvykle nachází pod přehradní hrází; někdy je do ní rovnou vestavěna.
Struktura soustrojí turbogenerátoru
Turbíny s alternátory tvoří vždy soustrojí (tzv. turbogenerátor), jejichž hřídele jsou spojeny pomocí pevné spojky, nebo jsou spolu spojeny nějakým typem převodu. Hlavními částmi jsou:
turbína, jejíž hřídel je spojena pevnou spojkou s rotorem generátoru. V českých podmínkách se obvykle používají Kaplanovy turbíny s polohovatelnými lopatkami.
oběžné kolo, ve kterém je často umístěn mechanismus pro natáčení lopatek
rozvaděč – lopatkový kruh se stavitelnými (natáčecími) lopatkami
víko turbíny, které odděluje vodní prostor od prostorů elektrárny a ve kterém jsou instalována různá pomocná zařízení
servopohon oběžného kola, který slouží k regulaci výkonu natáčením lopatek oběžného kola.
servopohon rozvaděčového kruhu, který reguluje průtočný průřez a tím i průtok vody oběžným kolem
závěs, který slouží k uchycení celého soustrojí
pomocný generátor, který slouží k výrobě elektrické energie určené pro pomocné pohony turbogenerátoru
rozváděcí hlava, která rozvádí olej pro servopohon oběžného kola
Celé soustrojí bývá osazeno čidly pro snímání teplot, průtoků a tlaku. Jejich výstupy pak mohou být monitorovány na dozorně elektrárny.
Výhody a nevýhody vodních elektráren
Výhody:
Energie vodních toků se počítá k obnovitelným zdrojům – nelze ji vyčerpat. Zároveň její provoz minimálně znečišťuje okolí.
Vodní elektrárny vyžadují minimální obsluhu i údržbu a lze je ovládat na dálku.
Malé vodní elektrárny prakticky nevytvářejí zaplavenou plochu a jsou velice levné na provoz.
Mohou startovat během několika sekund a dispečink je tak může používat jako špičkový zdroj k pokrytí okamžitých nároků na výrobu elektrické energie.
Přehradní hráz dokáže zabránit i menším povodním, velké katastrofální povodně však ovlivňuje velmi málo.
Přehradní jezera mohou sloužit i pro jiné další účely, zejména pro rekreační účely nebo jako zdroje pitné či užitkové vody čili pro vodohospodářské účely, často bývají vhodné i pro říční rybolov.
Nevýhody:
U přehradních nádrží značná cena a čas výstavby a nutnost zatopení velkého území.
Závislost na stabilním průtoku vody.
Přehradní hráze a jezy brání běžnému lodnímu provozu na řece, je nutno vybudovat systém plavebních komor resp. zdymadel.
Přehradní hráze a vyšší jezy brání tahu ryb, je nutno vybudovat systém cest pro ryby.
Riziko havárie (protržení hráze při přeplnění, podemletí apod.)
Změna teploty vody v řece. Například v Praze již Vltava nezamrzá. Jinde je teplota vody snížena.[10]
Zatopení může způsobit, že se z půdy do okolí uvolňuje rtuť.[11]
Vodní elektrárny v současnosti v Severní Americe a Evropě více zanikají než vznikají.[12] Přestože mohou být důležité pro stabilitu elektrické sítě.[13]
Pokud je spotřeba elektrické energie minimální (tj. je jí v napájecí soustavě přebytek), pracují soustrojí v opačné roli, turbíny v roli čerpadel a alternátory v roli synchronních elektromotorů. Soustrojí plní horní nádrž přečerpávací elektrárny vodou z dolní nádrže, systém spotřebovává elektrickou energii z elektrorozvodné sítě, chová se tedy jako velký spotřebič elektrické energie. Spotřebovává tak obvykle elektrickou energii vyrobenou z jiných zdrojů, zpravidla se jedná o energii získanou z provozu tepelných či jaderných elektráren.
Pokud je naopak tzv. energetická špička nebo nastává-li požadavek na maximální odběr (tj. elektrické energie je v napájecí soustavě nedostatek), pracují naopak turbíny a alternátory v normálním režimu. Voda z horní nádrže je v tomto případě řízeně vypouštěna do dolní nádrže přes turbíny elektrárny. Akumulovaná potenciální energie vody je tím vlastně přeměňována zpět na energii elektrickou, která se tak opožděně vrací zpět do elektrorozvodné sítě.
Jako malé vodní elektrárny se označují vodní elektrárny s instalovaným výkonem maximálně do 10 MW. MVE se většinou budují v místě bývalých mlýnů a jezů. Jsou ale samozřejmě stavěny a provozovány zcela nové MVE.
Největší vodní elektrárny
Největší instalovaný výkon má elektrárna na přehradě Tři soutěsky v Číně – 22 500 MW po dokončení v roce 2009. Z hlediska energetiky je česká „nej“ na přečerpávací vodní elektrárně Dlouhé stráně: největší instalovaný výkon 2×325 MW, největší spád 510,7 m a největší reverzní Francisovy turbíny v Evropě (325 MW).
Odkazy
Reference
↑SVOBODA, Ondřej. Vodní elektrárny vedou. Jsou největším obnovitelným zdrojem energie. iDNES.cz [online]. 2020-01-19 [cit. 2022-12-22]. Dostupné online.
↑GRUBER. Národohospodářská theorie. Díl I, Úvodní základní činitelé vývoje národohospodářského. ndk.cz [online]. [cit. 2023-12-10]. Dostupné online.
↑Washington State University. Reservoirs play substantial role in global warming. phys.org [online]. 2016-09-30 [cit. 2022-12-22]. Dostupné online. (anglicky)
↑SLOOTEN, Philip Van. Amazon hydropower plant contributes significant greenhouse emissions: study. phys.org [online]. 2011-06-26 [cit. 2022-12-22]. Dostupné online. (anglicky)
↑MCQUATE, Sarah. Hydropower dams cool rivers in the Mekong River basin, satellites show. phys.org [online]. 2020-02-14 [cit. 2022-12-22]. Dostupné online. (anglicky)
↑Quantifying the hidden environmental cost of hydroelectric dams [online]. acs.org, 2016-11-09 [cit. 2022-12-22]. Dostupné online. (anglicky)
↑FAPESP. Social and environmental costs of hydropower are underestimated, study shows. phys.org [online]. 2019-01-11 [cit. 2022-12-22]. Dostupné online. (anglicky)
↑ADKISSON, Kelsey. Why we need hydropower for a resilient grid. techxplore.com [online]. 2022-02-01 [cit. 2022-12-22]. Dostupné online. (anglicky)