Vodní a tepelné elektrárny - Vodní elektrárny v ČR
k navigaciZatímco jaderná energetika je relativně mladým oborem, energie vodních toků patří k nejstarším energetickým zdrojům, které se lidstvo ve své historii naučilo využívat. Vodní kola - zprvu horizontální a později vertikální - se pro nejrůznější účely používala již před tisíciletími.
Jednu z prvních vodních elektráren postavil T. A. Edison roku 1882 v Appletonu a krátce nato pod Niagarskými vodopády. Ještě před koncem 19. století provozovali "hydroelektrárnu" v podskalském mlýně u Písku, kde vodní kolo pohánělo tři dynama. Také v Praze existovaly na počátku 20. století dvě vodní elektrárny - na Těšnově a na Štvanici. Těšnovská byla roku 1929 zrušena, štvanická existuje dodnes.
Energie získávaná prostřednictvím vodního kola byla využívána pro velmi pestrou paletu nejrůznějších lidských činností, moderní vodní turbíny nacházejí uplatnění takřka výhradně při výrobě elektrického proudu. Vodní síla dokáže vyrobit elektrický proud prakticky téměř zadarmo (za podmínky, že náklady na výstavbu elektrárny a především souvisejícího vodního díla zaručujícího dostatečný a soustavný přívod vody nejsou příliš vysoké). Proto se energie vodních toků pro výrobu elektřiny využívá především v oblastech prudkých toků s velkými spády.
Podíl výroby ve vodních elektrárnách ČR je poměrně nízký
V ČR nejsou přírodní poměry pro budování vodních energetických děl ideální. Naše toky nemají potřebný spád ani dostatečné množství vody. Proto je podíl výroby elektrické energie ve vodních elektrárnách na celkové výrobě v ČR - tj. na produkci uhelných elektráren, JE Dukovany a JE Temelín - poměrně nízký. V posledních letech k jeho dalšímu snížení přispělo i poškození vodních elektráren vltavské kaskády povodněmi v roce 2002.
Vodní elektrárny jsou šetrné vůči životnímu prostředí
Vodní elektrárny neznečišťují ovzduší, nedevastují krajinu a povrchové či podzemní vody těžbou a dopravou paliv a surovin, jsou bezodpadové, nezávislé na dovozu surovin a vysoce bezpečné. Pružným pokrýváním spotřeby a schopností akumulace energie zvyšují efektivnost elektrizační soustavy. Vysokým stupněm automatizace přispívají k vyrovnávání změn na tocích a vytvářejí nové možnosti pro revitalizaci prostředí (prokysličování vodního toku).
Jak funguje vodní elektrárna
Ve vodních elektrárnách voda roztáčí turbínu; ta je na společné hřídeli s elektrickým generátorem (dohromady tvoří tzv. turbogenerátor). Mechanická energie proudící vody se tak mění na energii elektrickou, která se transformuje a odvádí do míst spotřeby. Obdobný princip využívá i uhelná nebo jaderná elektrárna.
Výběr turbíny závisí na účelu a podmínkách celého vodního díla. Nejčastěji se osazují turbíny reakčního typu (Francisova nebo Kaplanova turbína), a to v řadě modifikací. Pro vysoké spády (někdy až 500 m) se používá akční Peltonova turbína. V přečerpávacích vodních elektrárnách se používá turbín s reverzním chodem a s přestavitelnými lopatkami. V malých vodních elektrárnách se převážně zabydlela malá horizontální turbína Bánkiho spolu s upravenou jednoduchou turbínou Francisovou. Vůbec nejvyšší účinnost pro velké spády vykazuje Dériazova turbína z roku 1951. Jde o diagonální verzi Kaplanovy turbíny.
Podle způsobu práce se moderní turbíny dělí na rovnotlaké a přetlakové. V rovnotlakých turbínách zůstává tlak vody stále stejný, to znamená, že voda vychází z turbíny pod stejným tlakem, pod jakým do ní vstupuje. U přetlakových turbín vstupuje voda do oběžného kola s určitým přetlakem, který při průtoku klesá. Při výstupu z turbíny má tedy voda nižší tlak než při vstupu do ní. Tak pracují např. Francisovy turbíny, vhodné pro střední spády. Pro malé výkony na malých spádech jsou vhodné horizontální turbíny, pro malé spády a velké výkony se stavějí turbíny vertikální. Vývoj Francisových turbín ještě není ukončen. Dosahují výkonů až 250 MW, jsou však schopny i 1000MW výkonu a výkonů vyšších.
Vodní turbíny jsou technicky nejdokonalejší mechanické motory vůbec - dosahují 95% účinnosti. Umístění vlastní elektrárny může být různé podle tvaru terénu, výškových a spádových možností a na množství vody. Existují elektrárny zabudované přímo do tělesa hráze, jinde je elektrárna vystavěna hluboko v podzemí. Voda se k ní přivádí tlakovým potrubím a odvádí se podzemním kanálem.
Malé vodní elektrárny
K využití potenciálu vodních toků v ČR slouží i kategorie tzv. malých vodních elektráren (zdroje elektrické energie s instalovaným výkonem do 10 MW). Většina malých vodních elektráren slouží jako sezónní zdroje. Průtoky toků, na kterých jsou zřizovány, jsou kolísavé a silně závislé na počasí a na ročním období.
Přečerpávací vodní elektrárny
Jde v principu o soustavu dvou nádrží. Voda vypouštěná spádem z horní vyrábí elektřinu v době její největší potřeby, mimo špičku se při využití tzv. levné elektřiny voda přečerpává z dolní nádrže zpět do horní.
Rozvoj přečerpávacích elektráren vedl k vývoji reverzibilních turbín, které jsou schopny pracovat jako turbíny nebo po změně směru otáčení oběžného kola jako čerpadla. Některé technické problémy s těmito turbínami s dvojím smyslem otáčení odstranily jednosměrné reverzibilní turbíny.
Velkou předností přečerpávacích vodních elektráren je schopnost přifázování do elektrifikační sítě s plným výkonem v několika minutách. Tato schopnost je ostatně vlastní všem vodním elektrárnám.
Vodní elektrárny v ČR
Vstup ČR do EU vede ke zvýšení řady aktivit navazujících kromě jiného i na směrnici Evropského parlamentu a Rady 2001/77/ES o podpoře výroby elektrické energie v obnovitelných zdrojích. K nejvýznamnějšímu zdroji patří v rámci obnovitelných energetických zdrojů v ČR bezesporu využití energie vodních toků.
Většina velkých vodních elektráren Skupiny ČEZ je situována na toku Vltavy, kde tvoří kaskádový systém - Vltavskou kaskádu. V rámci Skupiny ČEZ se vodní elektrárny soustřeďují převážně i na tocích Labe, Dyje a Moravy.
Podle názoru odborníků by využití veškerého potenciálu ve spádu řek mohlo zvýšit zanedbatelný podíl na výrobě elektrické energie nejvýše o 2 %, ovšem s vysokými investičními nároky a s vysokými nároky na plošný zábor půdy. Malé vodní elektrárny lze z celostátního hlediska považovat pouze za doplňkový zdroj elektrické energie. V každém případě výstavba a rekonstrukce všech větších i malých vodních elektráren nemůže být alternativou velkého zdroje elektrické energie, ale jen malým příspěvkem k řešení.
Přehled vodních elektráren provozovaných Skupinou ČEZ
| Akumulační a průtočné vodní elektrárny | Instalovaný výkon [MW] |
Rok uvedení do provozu |
|---|---|---|
| Lipno I | 2 x 60 MW | 1959 |
| Orlík | 4 x 91MW | 1961 - 1962 |
| Kamýk | 4 x 10 MW | 1961, rekonstrukce 2008 |
| Slapy | 3 x 48 MW | 1954 - 1955 |
| Štěchovice I | 2 x 11,25 MW | 1943 - 1944 |
| Vrané | 2 x 6,94 MW | 1936, rekostrukce 2007 |
| Celkem | 704,38 MW |
| Malé vodní elektrárny | Instalovaný výkon [MW] |
Rok uvedení do provozu |
|---|---|---|
| Lipno II | 1 x 1,5 MW | 1957 |
| Hněvkovice | 2 x 4,8 MW | 1992 |
| Kořensko I | 2 x 1,9 MW | 1992 |
| Kořensko II | 1 x 0,94 MW | 2000 |
| Želina | 2 x 0,325 MW | 1994 |
| Mohelno | 1 x 1,2 MW; 1 x 0,56 MW | 1997; 1999 |
| Dlouhé Stráně II | 1 x 0,16 | 1996 |
| Celkem MVE | 18,4 MW | |
| Celkem | 722,78 MW |
Pozn.: bez zdrojů bývalých společností VČE Elektrárny a HYDROČEZ.
V roce 2011 je ve Skupině ČEZ mimo potenciál vodních elektráren mateřské organizace k dispozici navíc přibližně 67,4 MW.
| Elektrárna (vlastník) | Instalovaný výkon | Rok uvedení do provozu |
|---|---|---|
| Přelouč (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 2 x 0,68; 2 x 0,49 MW | 1927, rekonstrukce 2005 |
| Spálov (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 2 x 1,2 MW | 1926, rekonstrukce 1999 |
| Hradec Králové (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 3 x 0,25 MW | 1926 |
| Práčov (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 1 x 9,75 MW | 1953, rekonstrukce 2001 |
| Pastviny (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 1 x 3 MW | 1938, rekonstrukce 2003 |
| Obříství (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 2 x 1,679 MW | 1995 |
| Les Království (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 2 x 1,105 MW | 1923, rekonstrukce 2005 |
| Předměřice nad Labem (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 1 x 2,6 MW | 1953, rekonstrukce 2009 |
| Pardubice (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 1 x 1,96 MW | 1978 |
| Spytihněv (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 2 x 2 MW | 1951, rekonstrukce 2009 |
| Brno Kníničky (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 1 x 3,1 MW | 1941 |
| Brno Komín (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 1 x 0,106; 1 x 0,140 MW | 1923, rekonstrukce 2008 |
| Bukovec (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 2 x 0,315 MW | 2007 |
| Mělník (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 1 x 0,590 MW | 2010 |
| Vydra (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 2 x 3,2 MW | 1939 |
| Hracholusky (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 1 x 2,55 MW | 1964 |
| Čeňkova Pila (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 1 x 0,096 MW | 1912 |
| Černé jezero I (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 1 x 1,5 MW | 1930 |
| Černé jezero II (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 1 x 0,04 MW | 2004 |
| Černé jezero III (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 1 x 0,37 MW | 2005 |
| Celkem MVE | 47,89 MW | |
| Střekov (ČEZ Obnovitelné zdroje, s.r.o.) | 19,5 MW | 1936 |
| Celkem | 62,91 MW |
| Přečerpávací vodní elektrárny | Instalovaný výkon [MW] |
Rok uvedení do provozu |
|---|---|---|
| Štěchovice II | 45 | 1948, rekonstrukce 1996 |
| Dalešice | 450 | 1978, rekonstrukce 2008 |
| Dlouhé Stráně I | 650 | 1996 |
| Celkem | 1 145 MW |