Obnovitelné zdroje energie: Vodní elektrárny a jejich princip fungování

Již v dávné minulosti lidé zjistili, že jim síla vody může ulehčit práci. Do řek a potoků stavěli vodní kola a hned bylo slyšet u zurčící vody klapání mlýna, jinde zase burácení pily a bouchání velkého kladiva, které pohánělo kolo.

Dnes využíváme vodu na výrobu elektřiny. Na rozdíl od dalších častých zdrojů udržitelné energie, slunci a větru, je voda neustále k dispozici. Ve vodních elektrárnách lze vyrábět elektřinu nepřetržitě, a to bez emisí CO2.

Typy elektráren se rozlišují podle jejich konstrukce. Nejběžnější jsou ty průtočné, neboli říční elektrárny. Stojí na řekách, kde využívají energii proudící vody. Akumulační vodní elektrárny jsou zase typické pro velké přehradní nádrže. Mezi další vodní elektrárny patří přečerpávací, které jsou vhodné zvláště pro uchovávání energie, a také přílivové, které využívají sílu mořského přílivu a odlivu.

Fungování průtočné vodní elektrárny

Vodní elektrárny fungují podobně jako mlýn na potoce. V minulosti se tímto způsoben vyráběla pouze mechanická energie. Moderní elektrárna využívá mechanickou energii k výrobě elektřiny.

Síla proudící vody se v dnešní době zvyšuje pomocí jezů. Tvoří se takzvané výškové spády. Řeka se přehradí tak, aby mezi horní a dolní hladinou vznikl výškový rozdíl. Samozřejmě platí, že čím je spád vyšší, tím je větší síla dopadající vody, která se poté využívá k výrobě energie.

Čtěte také: Význam obnovitelné energie

Voda z řeky proudí velkými trubkami nebo štolami přímo do vodní elektrárny, kde dopadá na turbíny. V těchto turbínách se nachází lopatková kola, podobná lodnímu šroubu. Po dopadu vody se rozpohybuje a turbína začne měnit mechanickou energii na elektrickou, podobně jako dynamo na jízdním kole. Vyrobená elektřina se následně transformuje a dodává do rozvodné sítě. Turbíny, které pohání generátor, mohou mít velikost vysokého domu, a proto dodávají elektřinu až stovkám tisíc domácností.

Jak pracuje akumulační vodní elektrárna

Akumulační elektrárny fungují na podobné bázi, voda také pohání turbíny. Kinetická energie vody se mění na mechanickou, která se v generátoru přemění na elektřinu. Tyto elektrárny jsou budovány přehrazením řeky a vytvořením nádrže. Z nádrže je poté podle potřeby voda vpouštěna do elektrárny, kde opět zprovozní turbíny, které vyrábí elektřinu. Rozdílem tedy je, že voda neprotéká nepřetržitě, ale je vpouštěna jen tehdy, když je potřeba produkovat elektřinu. Lze říct, že akumulační vodní elektrárna může začít vyrábět pouhým stisknutím tlačítka.

Fungování přečerpávací vodní elektrárny

Ani přečerpávací vodní elektrárny se ve způsobu výroby elektřiny neliší od předchozích dvou typů. Jejich nejdůležitější funkcí je však uchovávání elektřiny. Jako akumulační médium se v přečerpávacích vodních elektrárnách používá právě voda. Tato elektrárna pracuje s obrovským objemem říční vody v přehradě nebo nádrži. Zatímco v akumulačních nebo průtočných elektrárnách se voda po využití v turbínách vrací zpět do řeky, v přečerpávacích se zadržuje v nádrži.

Pokud dojde v elektrické síti k přebytkům energie, proudí tato elektřina do přečerpávací elektrárny. Použije se na pohon čerpadla, které přečerpá vodu z dolní nádrže do horní. Ve vyšší úrovni zůstává, dokud naopak nebude elektřina potřeba. V tu chvíli se voda začne vpouštět do přečerpávací elektrárny, kde pohání turbíny a ty následně generátor, který vyrobí elektřinu. Voda přeteče do spodní nádrže a čeká na opětovné přečerpání nahoru.

Princip přílivové vodní elektrárny

Tyto elektrárny využívají pro výrobu elektřiny příliv a odliv. Nachází se tedy tam, kde tento jev probíhá, tedy u moře nebo ústí velkých řek. Vodní proudy pohání velké turbíny, v generátoru pak vzniká elektřina. Turbíny bývají poháněny v obou směrech, vyrábí tedy jak při přílivu, tak při odlivu. Při budování přílivové elektrárny nedochází k tak zásadnímu zásahu do okolí jako u jiných typů vodních elektráren, je proto šetrnější k přírodě.

Čtěte také: České startupy a energie

Vodní elektrárny a vliv na životní prostředí

Obecně je známo, že vodní elektrárny jsou šetrné k životnímu prostředí nebo se svůj negativní vliv snaží minimalizovat. Při výrobě elektřiny pomocí vody se neprodukuje CO2 a nespotřebovávají suroviny. Použitá voda se vrací zpět do řek, a to dokonce v lepší kvalitě, protože turbíny elektráren obohacují vodu kyslíkem.

Zásahy do přírody, jako jsou změny říčních toků, se kompenzují například rybími přechody. Ty vodním živočichům umožňují migrovat proti proudu na svá místa tření. Anebo se pro elektrárnu využívá pouze část řeky. Česká republika má dlouhou tradici ve využívání vodní energie, a sice od přímého mechanického pohonu po výrobu elektřiny. Mezi obnovitelnými zdroji má v Česku tato elektřina velké zastoupení. Například v prvním čtvrtletí roku 2020 se u nás pomocí vodních elektráren vyrobilo více než 338 GWh elektřiny.

Vodní elektrárny je možné konstruovat od těch nejmenších, průtočných elektráren o výkonech v řádu desítek kW, až po megalomanské přehradní elektrárny s výkony v řádu tisíců MW. Navíc se pyšní schopností rychlého najetí na plný výkon, a to v řádu několika sekund. Mohou sloužit jako zdroje pro tzv. start ze tmy, neboli „nastartování“ celé soustavy po blackoutu.

Rozdělení vodních elektráren

Vodní elektrárny se dělí dle několika kritérií:

• Podle instalovaného výkonu: malé (MVE) - do 10 MW, střední - do 100 MW, velké - nad 100 MW
• Podle využívaného spádu: nízkotlaké - spád do 20 m, středotlaké - spád od 20 do 100 m, vysokotlaké - spád nad 100 m
• Podle využití vodního toku: průtočné, akumulační, přečerpávací a slapové (přílivové)

Průtočné vodní elektrárny

Tyto elektrárny využívají přirozený, neřízený průtok řeky, který nelze ovlivňovat. Při překročení průtoku, na který je elektrárna dimenzována, odteče přebytečné množství vody bez využití. Z důvodu nemožnosti regulace průtoku vody, resp. její nehospodárnosti jsou využívány pro pokrytí základního zatížení.

Čtěte také: Více o sluneční energii

Akumulační vodní elektrárny

Tyto elektrárny využívají řízeného odběru vody z akumulační nádrže podle potřeb elektrizační soustavy. Pokrývají pološpičkové, či špičkové zatížení. Slouží jako akumulátor elektrické energie a patří mezi nejlepší způsoby, jak vůbec energii uchovat. Způsob akumulace může být různý.

Mimo akumulaci elektrické energie stabilizují vodní toky a chrání tak před povodněmi.

Přečerpávací vodní elektrárny

Využívají dvou různě výškově položených vodních nádrží a akumulují energii v podobě potenciální energie vody. Ta je čerpána do výše položené nádrže za využití přebytečné elektrické energie (když lidé spotřebovávají méně elektřiny, než se v danou chvíli vyrábí) především při vysoké výrobě obnovitelných zdrojů, jejichž výrobu nemůžeme ovlivnit (vítr/slunce). Voda se čerpá do horní nádrže také většinou v nočních hodinách, kdy je obecně nejnižší spotřeba elektřiny a její cena je tak nejlevnější.

Nevýhodou přečerpávací elektrárny totiž je, že se na přečerpání vody z dolní do horní nádrže spotřebovává více elektrické energie, než kolik elektřiny dokáže vyrobit.

Slapové (přílivové) vodní elektrárny

Slapové neboli přílivové elektrárny využívají slapové energie způsobující příliv a odliv. Jinak řečeno je využíváno kinetické energie vody při jejím pohybu při přílivu a odlivu.

Tento druh elektráren není v současné době využíván ve větším měřítku, důvodem je především technologická náročnost.

Vodní elektrárny v ČR

V České republice se vodní elektrárny podílí na výrobě elektřiny dvěmi procenty. Další výstavba větších vodních elektráren už není z kapacitních důvodů na našem území reálná. Nicméně potenciál malých vodních elektráren je stále značný.

V následující tabulce jsou uvedeny všechny české velké vodní elektrárny a přečerpávací vodní elektrárny.

tags: #obnovitelné #zdroje #energie #vodní #elektrárna #princip

Oblíbené příspěvky:

• Výhody a Nevýhody Obnovitelných Zdrojů
• Hříčky přírody - DVD recenze
• Řešení problémů s kontrolkou emisí u vozů Škoda
• Kniha Člověk a příroda z edice ALBI Kouzelné čtení
• Louny a kvalita ovzduší