Vodní elektrárny

Vodní elektrárny patří k obnovitelným zdrojům energie. Vodní kola se používala už od starověku.

Voda původně poháněla mlýny s kolem s vertikální osou přímo spojeným s mlýnským kamenem. Takové mlýny byly velice jednoduché zato však málo účinné. Později přišla kola s horizontální osou spojená přes převody s mlýnským kolem. V našich zemích se první zmínky o vodním kole datují do roku 718. První hodnověrně doložené prameny ale o vodním kole mluví až v roce 1125 v Úněticích. Koncem 14. Století měla většina měst své vodní mlýny. Účinnost vodních kol se pohybuje v rozmezí 20-65%, nižší je u kol se spodním náhonem, vyšší pak u kol s náhonem horním.

Dnes využívané turbíny byly vyvinuty postupným stále větším zdokonalováním vodních kol. Dnes mají účinnost kolem 90%. Konstrukčních typů turbín je známa celá řada. Dnes se však nejčastěji používají tři základní typy. Peltonova turbína je vhodná tam, kde je velký rozdíl hladin a malý průtok. Voda zde pod tlakem stříká tryskou na lopatky turbíny a tím jí roztáčí. Francisova turbína je vhodná do míst, kde lze zajistit konstantní rozdíl hladin i průtok na který je turbína konstruována. Kaplanova turbína má zásadní výhodo v tom, že lze nastavovat polohu lopatek turbíny a proto je hojně využívána tam, kde nelze zajistit konstantní průtok a rozdíl hladin. V České Republice jsou tyto turbíny nejrozšířenější.

První elektrárna na Niagaře z konce 19. století, s tehdy nevětšími turbínami dodávala výkon 15000 koňských sil, jež se ve tvaru elektrické energie do kraje dodávají. Vodními koly pohánějí se dynamoelektrické motory soustavy Ferraintiovy a elektrický proud, jimi vyrobený, odvádí se hlavně do města Buffala, položeného 30km nad vodopádem, kdežto se ho užije na osvětlení města, na pohánění továren a za sílu pro dílny a domácnosti.(KUNZ, 1889, str.89 )

Typy vodních elektráren

Vodní elektrárny jako celek můžeme také rozdělit na tři základní typy. Elektrárny klasické přehradní dále přečerpávací a slapové neboli přílivové.

Klasické přehradní vodní elektrárny můžeme dále rozdělit na malé a velké. Malou vodní elektrárnou se u nás rozumí zařízení s výkonem do 10 MW. Takováto zařízení byla v minulosti hojně budována. Můžeme říci, že na každém druhém jezu nebo mlýně. Během doby ale mnoho z těchto zařízení zaniklo. Na mnoha místech se opět, vzhledem k výhodným podmínkám pro výkup elektřiny z těchto ekologicky šetrných zařízení, začínají obnovovat. Velké vodní elektrárny jsou u nás především na přehradních nádržích. Největší průtočnou elektrárnou u nás je hydroelektrárna na přehradní nádrži Orlík s maximálním výkonem 364 MW.

Přečerpávací vodní elektrárny: tento typ vodní elektrárny slouží nejčastěji jako zásobárna elektrické energie, které se děje prostřednictvím gravitační potenciální energie vody. Takovéto skladování umožňuje řešit problém rozdílné spotřeby elektrické energie během dne. Ráno a v podvečer bývají v odběru elektrické energie z elektrorozvodné sítě výkonové spotřební špičky, kdežto v noci je odběr elektrické energie malý. Jaderné nebo uhelné elektrárny mají více méně pořád stejný výkon a tento nelze snadno zvyšovat a snižovat. Například pokud je během noci malý odběr elektrické energie jaderná elektrárna vyrábí stále stejně, protože snížení výkonu a po té následné zvýšení při ranní špičce by se nedalo provést, protože jde o časově i technologicky náročný proces. Právě k vykrývání těchto stavů, kdy je energie nedostatek nebo naopak přebytek, se výborně hodí přečerpávací vodní elektrárny.

Přečerpávací vodní elektrárna je tvořena systémem dvou nádrží položených nad sebou. V době špičky elektrárna elektrickou energii vyrábí tím, že se voda z horní nádrže pouští přes turbínu pohánějící generátor do spodní nádrže. Naopak v době přebytku energie například během noci se voda ze spodní nádrže čerpá zpět do horní nádrže a tak se vytvoří zásoba vody pro výrobu ve špičce. Jedná se o doposud jediný technicky proveditelný způsob, pomocí něhož lze vyrobenou elektrickou energii ve velkém měřítku po delší dobu skladovat.

V české republice jsou jako přečerpávací elektrárny využívány tato vodní díla: Černé jezero s výkonem 1,5 MW uvedené do provozu v roce 1930, dále Štěchovice II s výkonem 45 MW spuštěné v roce 1948, následují Dalešice s výkonem 480 MW zprovozněné v roce 1978 a poslední je vodní dílo Dlouhé Stráně s výkonem 650 MW, které dodává elektrickou energii od roku 1996. Zajímavostí přečerpávací vodní elektrárna Dalešice je, že její sypaná hráz je největší stavbou svého druhu v Evropě. Toto vodní dílo slouží jako zásobárna vody, k rekreaci, výrobě elektrické energii a hlavně jako zásobárna vody pro nedalekou jadernou elektrárnu Dukovany, které slouží právě jako zařízení k vykrývání špiček ve spotřebě elektrické energie.

Slapové (přílivové elektrárny): slapové vodní elektrárny využívají změn výšky hladiny oceánu při střídání přílivu a odlivu. Obvykle jde o přehrazený záliv s turbínami v hrázy, které jsou roztáčeny přitékající vodou při přílivu a dotékající vodou při odlivu. Tento druh elektráren se zatím příliš nerozšířil. Například ve Francii bylo vybudováno několik pokusných zařízení. Největší se nachází u Saint Malo. Zde dochází k jednomu z největších rozdílů hladiny moře na světě, který dosahuje až 14 metrů. Ve Francii se nachází také slapové elektrárna v ústí řeky Rance, která má 24 turbín o průměru 5,8 metru a její maximální výkon je 240 MW. Další zařízení se nacházejí také v USA a Kanadě. Slapové elektrárny se zatím ukazují jako nepříliš efektivní a navíc často ničí unikátní části pobřeží s mnoha vzácnými druhy živočichů.

Typy vodních turbín

Podle typu se vodní turbíny dělí do dvou skupin na přetlakové a rovnotlaké. Přetlakovým patří například turbína Francisova nebo Kaplanova. Do druhé kategorie rovnotlakých řadíme turbíny Peltonovi.

Zdroj: http://nadrevo.blogspot.com/