VODNÍ ENERGIE

Vodní energie nebo vodní energie je energie pohybujícího se nebo klesajícího proudu vody, která se využívá mimo jiné k výrobě elektřiny. Lidé tento zdroj energie využívají již tisíce let, například energie vodního toku byla aktivně využívána k otáčení kol vodních mlýnů, zpracování dřeva, hrnčířství. Energie proudění vody se dnes přeměňuje na elektrickou energii díky speciálním instalacím – vodním elektrárnám.

Konstrukce a princip vodní elektrárny

Vodní elektrárna (HPP) je konstrukce používaná k přeměně kinetické energie pohybujícího se vodního toku na elektrickou energii.

Nádrž Závěrka Přehrada
Vodovodní stavby Hydrogenerátor Vodní turbína

Hlavními stavbami vodní elektrárny jsou přehrada, která blokuje řeku a zvyšuje hladinu vody, a budova stanice, ve které jsou umístěny vodní turbíny, elektrické generátory a další zařízení. Vodní turbína spolu s generátorem, který je k ní připojen, tvoří hydroelektrický celek. Elektřina vzniká ve vodní elektrárně působením proudu vody pod tlakem na lopatky vodní turbíny, což má za následek otáčení rotoru hydrogenerátoru, který je k ní připojen. Princip činnosti vodní elektrárny je založen na přeměně kinetické energie vodního toku na energii elektrickou. Přehrada svým složením vytváří výškový rozdíl mezi vodními hladinami nad a pod přehradou. Když je voda vypouštěna přes vodovodní struktury, začíná se pohybovat významnou rychlostí a získává kinetickou energii. Když takový vodní proud projde lopatkami vodní turbíny, začnou se otáčet, v důsledku čehož se kinetická energie vodního proudu přemění na mechanickou energii otáčení vodní turbíny. Následně se rotace přenese z hydroturbiny na rotor hydrogenerátoru, který se začne otáčet a následně vyrábí elektřinu.

Klasifikace vodních elektráren

Vodní elektrárny mohou být různých typů v závislosti na způsobu přeměny energie vodního toku na elektrickou energii a vzájemném umístění hlavních bloků vodní elektrárny:
Zvláštní pozornost stojí za to věnovat přečerpávacím vodním elektrárnám (PSPP). Jsou kombinací akumulační nádrže, spodního přivaděče a objektu přečerpávací elektrárny se strojovnou, ve které jsou umístěny hydrogenerátory a čerpadla, případně reverzní hydroelektrárny. Přečerpávací elektrárna vyrábí elektřinu stejně jako klasická vodní elektrárna – přečerpáváním vody z akumulační nádrže pod tlakem přes pracovní kola vodních turbín, ale přečerpávací elektrárna je schopna energii i ukládat. V hodinách, kdy je v síti přebytek elektřiny nebo je cena elektřiny nízká, přečerpává přečerpávací elektrárna energii ze sítě k čerpání vody z přivaděče do akumulační nádrže pomocí zařízení na ní instalovaného. Podle federálního zákona „O elektrickém energetickém průmyslu“ nejsou přečerpávací elektrárny považovány za obnovitelné zdroje energie, protože takové elektrárny jsou v podstatě zařízeními pro skladování energie. Tato vlastnost umožňuje využití přečerpávacích elektráren v kombinaci s obnovitelnými zdroji energie pro efektivnější využití obnovitelných zdrojů energie.
Vodní elektrárny jsou také na základě instalovaného výkonu charakterizovány jako velké (minimálně 50 MW) a malé (méně než 50 MW). Podporu v rámci programu RES DPM však mohou získat pouze malé vodní elektrárny. Výhodou malých vodních elektráren je, že pro jejich umístění je vhodné velké množství lokalit. To hraje významnou roli při vytváření vlastních regionálních výrobních kapacit a snižování nedostatku energie v regionu, kde se staví malá vodní elektrárna.

1. Průtokové vodní elektrárny

Průtokové vodní elektrárny se řadí mezi přehradní vodní elektrárny. Stěžejní vlastností těchto stanic je, že budova vodní elektrárny se strojovnou je umístěna jako součást přehrady. Budova vodní elektrárny tedy současně plní funkci přehrady, tzn. absorbuje tlak vody. Toto uspořádání poskytuje značné úspory betonu, což vede ke snížení nákladů na výstavbu stanice. Průtokové vodní elektrárny jsou postaveny na plochých řekách, vytvářejí relativně malé spády (obvykle ne více než 30 metrů).

2. Přehradní vodní elektrárny

Přehradní vodní elektrárny jsou obvykle umístěny s budovou elektrárny a strojovnou mimo přehradu. Koryto řeky je zcela přehrazeno hrází a budova vodní elektrárny se obvykle nachází za hrází, v její spodní části. V takových elektrárnách je voda do turbín přiváděna speciálními vodovodními potrubími. Toto uspořádání umožňuje, aby vodní elektrárna pracovala při vyšších tlacích, od 30-40 metrů do 200-300 metrů.

Nádrž Závěrka Hydrogenerátor
Vodní turbína Přehrada Vodovodní stavby

3. Diverzní vodní elektrárny

Směrné vodní elektrárny se vyznačují tím, že odvádějí část vodního toku z hlavního koryta. Odváděná voda je vedena kanálem nebo potrubím, které vede do budovy převáděcí vodní elektrárny se strojovnou. Tam se síla pohybující se vody přeměňuje na elektrickou energii působením proudu vody na lopatky hydroturbíny. Voda je pak přiváděna zpět do řeky po proudu.
Rozdíl mezi diverzními a přehradními vodními elektrárnami je v tom, že dřívější systémy nepřehrazují řeku k vytvoření tlaku, ale využívají přirozeného průtoku řek a geografické polohy vodních cest. Stojí za zmínku, že odbočovací stanice mohou používat malou hráz nebo přeliv, aby bylo zajištěno, že do vodovodního řadu přitéká dostatek vody.

Příjem vody Derivační kanál Tlakový bazén Tlakový kanál
Hydrogenerátor Vodní turbína Výstupní kanál Řeka

4. Přehradní vodní elektrárny

Přehradní přehradní stanice spojují pozitivní vlastnosti přehradních a převáděcích vodních elektráren. Přehradní vodní elektrárny se vyznačují přítomností hráze blokující koryto řeky s následným odváděním vody z koryta potrubím. Tato kombinace umožňuje dodatečné zvýšení tlaku vodního toku a také nejefektivnější využití vysokého sklonu koryta.

Nádrž Povrch řeky v přírodních podmínkách Přehrada
Diverzní potrubí Turbínové potrubí Budova vodní elektrárny
Hydrogenerátor Vodní turbína

5. Vodní elektrárny jezového typu

Přehradní přehradní stanice spojují pozitivní vlastnosti přehradních a převáděcích vodních elektráren. Přehradní vodní elektrárny se vyznačují přítomností hráze blokující koryto řeky s následným odváděním vody z koryta potrubím. Tato kombinace umožňuje dodatečné zvýšení tlaku vodního toku a také nejefektivnější využití vysokého sklonu koryta.

Horní bazén Horizontální filtrační přepážka Ponorná vodní turbína s generátorem Kanál pro průchod ryb