Vodní elektrárna

Nejvíce elektrické energie u nás vyprodukují tepelné a jaderné elektrárny. Existují však i další elektrárny. Žádoucí je získávat energii z obnovitelných zdrojů. To umožňují mimo jiné vodní elektrárny. Své uplatnění mají i v České republice.

Vodní elektrárna přeměňuje potenciální energie vody na elektrickou energii. Vodní energie může být z řek, ale také z moře – energie vln, odliv a příliv. Nejrozšířenější jsou říční vodní elektrárny. Pro jejich fungování je nutné postavit přehradní hráz či jez (pro zadržení vody) a strojovnu s vodními turbínami a alternátorem. Vodní elektrárny jsou různě velké.

Odlišujeme vodní elektrárny, malé vodní elektrárny (výkon max. do 10MW), přečerpávající vodní elektrárny (dokáží si energii samy uložit) a přílivové elektrárny. Vodní elektrárny se také dělí podle výše spádu. Podle něj rozlišujeme vodní elektrárny na nízkotlaké (do 25 metrů), středotlaké (25 – 100 metrů) a vysokotlaké (do 100 metrů).

U nás většina vodní elektřiny pochází z Vltavské kaskády. Spadá do ní Lipno, Kořensko, Hněvkovice, Orlík, Slapy, Štěchovice a Vrané. Kromě Vltavské kaskády se ještě nachází vodní elektrárny v Dalešicích, Mohelnu a Dlouhých Strání. Celkově vyrobí vodní elektrárny u nás 17 % elektrické energie.

Výhody a nevýhody vodních elektráren

Hlavní výhoda vodní elektrárny je zřejmá – ekologická šetrnost. Důležitou výhodou je i to, že pro svůj provoz potřebují vodu, což je obnovitelný zdroj. Lze ho využívat i v případě, že by v budoucnu došly obnovitelné zdroje. Vodní elektrárny mají i další výhody, např. minimální nároky na údržbu, využití přehradních jezer a hrází na další účely atd.

Výhody vodní energie:

• Nespaluje se palivo, takže dochází k minimálnímu znečišťování životního prostředí
• Vodu pro provoz elektrárny poskytuje příroda zdarma
• Vodní energie hraje významnou roli při snižování emisí skleníkových plynů
• Relativně nízké náklady na provoz a údržbu
• Technologie je spolehlivá a časem prověřená
• Je obnovitelná – dešťové srážky obnovují vodu v nádrži, takže palivo je tam téměř vždy

Vodní elektrárny mají i své nevýhody. Spočívají v závislosti na stabilním průtoku vody, nákladech na výstavbu a nutnost zatopení velkého území. Při výstavbě je nutné se zaměřit na vybudování systému plavebních komor, ale také systému cest pro ryby. Hrozí tu i riziko havárie. Jaké jsou hlavní nevýhody?

• Vysoké investiční náklady
• Závislost na hydrologii (srážky)
• V některých případech zaplavení půdy a biotopů volně žijících živočichů
• V některých případech ztráta nebo změna biotopu ryb.
• zachycení nebo omezení průchodu ryb
• V některých případech změny kvality vody v nádrži a v toku
• V některých případech přemístění místních populací

Vodní elektrárny mají své výhody i nevýhody. Jsou však významným zdrojem elektrické energie, jehož význam ještě více vzroste s postupným vyčerpáváním neobnovitelných zdrojů.

Jak se vyrábí elektřina ve vodních elektrárnách

Protože vodní elektrárny využívají k výrobě elektřiny vodu, jsou obvykle umístěny u vodního zdroje nebo v jeho blízkosti. Energie dostupná z pohybující se vody závisí jak na objemu vodního toku, tak na změně nadmořské výšky – známé také jako převýšení – z jednoho bodu do druhého. Čím větší je průtok a čím větší je převýšení, tím více elektřiny lze vyrobit.

Na úrovni elektrárny voda protéká potrubím – známým také jako penstock – a poté roztáčí lopatky turbíny, která následně roztáčí generátor, jenž nakonec vyrábí elektřinu. Tímto způsobem funguje většina konvenčních vodních elektráren, včetně systémů pro běh po řece a přečerpávacích systémů.

Využití vodní energie

Aby bylo možné využít energii z tekoucí vody, je třeba vodu regulovat. Vytvoří se velká nádrž, obvykle přehrazením řeky a vytvořením umělého jezera nebo nádrže. Voda je vedena tunely v přehradě. Energie vody protékající tunely přehrady způsobuje otáčení turbín. Turbíny uvádějí do pohybu generátory.

Inženýři řídí množství vody, které se pouští přes přehradu. Proces používaný k řízení tohoto průtoku vody se nazývá odběrný systém. Když je potřeba hodně energie, je většina tunelů k turbínám otevřená a protékají jimi miliony litrů vody. Když je potřeba méně energie, inženýři zpomalí přívodní systém uzavřením některých tunelů.

Při povodních pomáhá sacímu systému přeliv. Přeliv je konstrukce, která umožňuje, aby voda tekla přímo do řeky nebo jiného vodního útvaru pod přehradou a obcházela všechny tunely, turbíny a generátory. Výpustné zařízení zabraňuje poškození přehrady a obce. Výpustě, které vypadají jako dlouhé rampy, jsou po většinu času prázdné a suché.

V čem je vodní energie tak skvělá?

Vodní energie stojí méně než většina ostatních zdrojů energie, což z ní činí cenově dostupný zdroj obnovitelné energie. S výjimkou období extrémního sucha se můžeme spolehnout, že voda poteče ve dne v noci a po celý rok. A tato stálost je velmi důležitá, pokud se chceme spoléhat výhradně na čisté zdroje energie, jako je solární a větrná energie, které mohou přicházet a odcházet.

Nové technologie vodní energie se také stále zdokonalují. Usnadňují výstavbu nových zařízení bez přílišného narušení místního životního prostředí. A pomáhají snižovat náklady na výstavbu, což by mohlo vodní energii učinit ještě dostupnější, což by mohlo snížit účty za energii v celé zemi.

Vodní elektrárny mohou také řídit, kolik vody protéká jejich turbínami, a tedy i to, kolik vyrobí elektrické energie a kdy. Tímto způsobem mohou vodní elektrárny vyplnit energetické mezery a zajistit, aby obce vždy dostaly potřebnou energii – nebo ji obnovily. Když ledové bouře, lesní požáry nebo dokonce hackeři zastaví elektrickou síť, aby nám osvětlila život, vodní energie může pomoci.

Téměř v polovině případů výpadku proudu je to voda, která znovu rozsvítí světla. Výpadek proudu během vlny veder nebo v nemocnici není jen nepříjemný, ale může být i nebezpečný. Vodní energie může zachránit životy. Kdo tedy má vhodné podmínky, může klidně uvažovat i o domácí vodní elektrárně.

Vodní energie a životní prostředí

Vodní energie neznečišťuje životní prostředí, ale má dopady na životní prostředí.

Vodní energie neznečišťuje vodu ani ovzduší. Vodní elektrárny však mohou mít velké dopady na životní prostředí, protože mění životní prostředí a ovlivňují využití půdy, obydlí a přírodní stanoviště v oblasti přehrady.

Většina vodních elektráren má přehradu a nádrž. Tyto stavby mohou bránit migraci ryb a ovlivňovat jejich populace. Provoz vodní elektrárny může také měnit teplotu vody a průtok řeky. Tyto změny mohou poškodit původní rostliny a živočichy v řece i na souši. Nádrže mohou zakrývat obydlí lidí, významné přírodní oblasti, zemědělskou půdu a archeologická naleziště.

Výstavba přehrad tak může vyžadovat přesídlení lidí. V některých nádržích se také může tvořit metan, silný skleníkový plyn, který se uvolňuje do atmosféry.

Vodní energie závisí na koloběhu vody

Pochopení koloběhu vody je důležité pro pochopení vodní energie. Koloběh vody má tři fáze:

• Sluneční energie ohřívá vodu na povrchu řek, jezer a oceánů, což způsobuje její vypařování.
• Vodní pára kondenzuje do mraků a padá jako srážky – déšť a sníh.
• Srážky se shromažďují v potocích a řekách, které se vlévají do oceánů a jezer, kde se vypařují a cyklus začíná znovu.

Množství srážek, které v dané zeměpisné oblasti odteče do řek a potoků, určuje množství vody dostupné pro výrobu vodní energie. Sezónní výkyvy srážek a dlouhodobé změny srážkového režimu, jako jsou sucha, mohou mít velký vliv na dostupnost výroby vodní energie.

Největší vodní elektrárny

Čína, Brazílie, Kanada, Spojené státy a Rusko jsou pěti největšími výrobci vodní energie. Největší vodní elektrárnou na světě z hlediska instalovaného výkonu je Tři soutěsky (Sanxia) na čínské řece Jang-c‘-ťiang, která je široká 2,3 km a vysoká 185 m. Zařízením, které skutečně ročně vyrobí nejvíce elektřiny, je elektrárna Itaipu na řece Paraná mezi Brazílií a Paraguayí.

Největší vodní elektrárna ve Spojených státech se nachází na přehradě Grand Coulee na řece Columbia ve státě Washington, který získává přibližně dvě třetiny elektřiny z vodní energie.

Vodní elektrárny ČEZ

Vodní elektrárny jsou nejvýznamnějším z obnovitelných zdrojů provozovaných Skupinou ČEZ. V České republice, Turecku, Rumunsku a Polsku má ČEZ 46 vodních elektráren s celkovým instalovaným výkonem 2 274 MW.

Všechny velké vodní elektrárny, s výjimkou vodních elektráren Dalešice, Mohelno a Dlouhé Stráně, se nacházejí na řece Vltavě, kde tvoří kaskádový systém zvaný Vltavská kaskáda. Výkon těchto elektráren představuje více než 17 % celkového instalovaného výkonu ČEZ, a. s.

Mají důležitý energetický, vodohospodářský i ekologický význam. Přestože jsou velmi úsporné, nezatěžují životní prostředí žádným odpadem a představují levný zdroj elektrické energie, který se využívá právě v období špičkového zatížení. Přečerpávací vodní elektrárny navíc umožňují účelné využití elektřiny vyráběné méně flexibilními energetickými zdroji v obdobích nízké spotřeby.