Voda jako jeden z obnovitelných zdrojů a její význam

Voda je považována za obnovitelný zdroj. Jako takový může přispívat k plnění indikativního unijního cíle dosažení dvacetiprocentního podílu OZE na hrubé domácí spotřebě v roce 2020.

Energie vody, resp. vodních toků, byla středem zájmu lidí odnepaměti. 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.

Řeky pro prapředky představovaly jednak dopravní trasy, jednak se jejich energie (potenciální a kinetická) využívala pro pohon vodních kol, která pak šetřila namáhavou lidskou nebo zvířecí práci. 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. Pokud vás zajímají i další obnovitelné zdroje energie, nenechte si ujít články z našeho průvodce zde.

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.

Čtěte také: Ekologické aspekty vody v podniku

Jak fungují vodní elektrárny?

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

Průtočná vodní elektrárna

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.

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.

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.

Přečerpávací vodní elektrárna

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.

Čtěte také: Úklid s Denkmit a horkou vodou

Přílivová vodní elektrárna

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.

Vliv vodních elektráren 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.

Malé vodní elektrárny v České republice

Využití vodní energie má u nás dlouhou tradici. 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.

Zatímco Evropská unie považuje za malé vodní elektrárny zařízení do výkonu 5 MW, v ČR se za malou vodní elektrárnu (MVE) považují zařízení s výkonem do 10 MW včetně.

V současné době je v ČR evidováno 1572 malých vodních elektráren s výkonem od 1 kW do 10 MW. Celkový instalovaný výkon dosahuje hodnoty 348 MW (zdroj: ERÚ), ročně MVE vyrobí okolo jedné terawatthodiny elektrické energie. V loňském roce vyrobily naše malé vodní elektrárny 1 089 942 MWh (1090 MWh) a na celkové výrobě všech obnovitelných zdrojů (9 645 973 Wh) se podílely asi 11 %, na celkové výrobě elektřiny pak více než jedním procentem.

Čtěte také: Tip na koupání v ČR

Podle informací MPO ČR je Česká republika ve využívání malé vody na 11. místě, měřeno velikostí instalovaného výkonu (348 MW). Nejvíce instalovaného výkonu v MVE je v Itálii - 2905 MW, dále ve Francii (2025 MW) a Španělsku (1942 MW), naopak nejméně ho je v Estonsku - pouhých osm megawattů.

"Mezi výhody malých vodních elektráren patří určitě jejich plošné rozložení na většině území ČR, což přináší jednoznačná pozitiva i pro elektrizační soustavu. Dalšími podstatnými výhodami jsou nulové emise a odpady, nezávislost na zásobování palivy a nepříliš náročná údržba. Ve srovnání s fotovoltaickými nebo větrnými elektrárnami nejsou změny výroby v závislosti na výkyvech klimatu okamžité a energetická soustava má větší prostor na přípravu nezbytných opatření," uvádí Martin Schreier, mluvčí pro obnovitelné zdroje z útvaru mediální komunikace Skupiny ČEZ.

Nenáročnost údržby potvrzuje i Eduard Stach z firmy HydroCon, když říká, že elektrárny funguji téměř bezobslužně (Hlubocký zpravodaj č. Dá se říci, že výroba MVE patří k nejlevněji získávané elektrické energii, která je nejen ekologicky čistá, ale v mnoha směrech i kladně ovlivňuje režim vodního toku.

Většina malých vodních elektráren je provozována v průtočném režimu. Několik jich je provozováno ve špičkovém režimu, kdy po určitou dobu akumulují vodu pro tzv. špičkový provoz s vyšší cenou. Provoz všech vodních elektráren se řídí příslušným Manipulačním řádem. Z něho vyplývá, že nadřazeným subjektem je za všech okolností příslušné povodí. Při provozu je také třeba dbát na meteorologické predikce a příslušné legislativy a normy. Provoz musí reagovat na aktuální situaci na vodním toku (např. povodně) a pravidelně se vypořádávat s tzv.

Obecně jsou rozhodujícími ukazateli k ohodnocení vhodnosti dané lokality pro využití vodního potenciálu dva základní parametry - využitelný spád a průtočné množství vody v daném profilu, který chceme využít. Ne každý vodní tok je vhodný pro výstavbu malé vodní elektrárny.

"Z vody jsme již vytahovali i přepravní palety, odpadkové koše, boty, plastový nábytek a mnoho jiných věcí, které do vodního toku nepatří. Takové nečistoty jednak ucpávají česle elektrárny, a tím snižují její výkon, jednak vyžadují po vytažení z vody následnou ekologickou likvidaci, což zvyšuje náklady provozovatele MVE," uvádí Karel Kraus, předseda představenstva společnosti HydroCon.

"Za posledních 25 let se změnily především řídicí systémy pro MVE, a to z hlediska jejich plné automatizace. "V této oblasti je stále velký potenciál pro aplikaci technologií dnes zcela běžných v průmyslové automatizaci, ale u MVE nepoužívaných, které umožňují nejen dálkový dohled a řízení elektrárny, ale i monitorování stavu MVE v reálném čase, optimalizaci výkonu a diagnostiku závad," říká K.

Co se týče používaných turbín, základní konstrukce se podle něj sice příliš nemění, ale rozvoj výpočetní techniky se pozitivně podepsal na optimalizaci tvarů dílů těchto turbín. Změnily se také materiály užívané při výrobě MVE, např. Využitím nejmodernějších technologií lze zvyšovat efektivitu zpracování hydropotenciálu. Modernizované malé vodní elektrárny dokáží ze stejného množství vody vyrobit o pět až deset procent elektřiny více.

Rozhodnete-li se postavit na toku malou vodní elektrárnu, čeká vás dlouhé martýrium. Kromě stavebních povolení musíte mít u větších elektráren i státní autorizaci, bez jejího udělení není výstavba výrobny elektřiny možná. Podle energetického zákona č. 458/2000 Sb. "MVE je stavba jako každá jiná, je třeba projít standardním územním a stavebním řízením, včetně získání všech potřebných vyjádření dotčených stran. Oproti obvyklým stavbám je navíc třeba získat Povolení k nakládání s povrchovými vodami dle vodního zákona, u MVE s instalovaným výkonem nad 100 kW pak Státní autorizaci na výstavbu výrobny elektřiny. Pochopitelně je třeba mít smlouvu o připojení MVE s provozovatelem distribuční soustavy.

Současný vodní zákon a další předpisy vyžadují, aby provozovatel MVE zachovával tzv. minimální zůstatkový průtok v toku. To znamená, že se nikdy nesmí veškerá voda použít pro turbínu, ale část je nutno nechat protékat původním tokem, např. přes jez.

"Stávající legislativní úpravy zohledňují poměrně dobře přínos a specifika malých vodních elektráren. Na rozdíl od klesající podpory některým jiným druhům obnovitelných zdrojů pokračuje vývoj v oblasti podpory malých vodních elektráren kontinuálně," konstatuje M. Schreier. Provozní podpora elektřiny vyrobené z MVE totiž nebyla schválenou novelou zákona č. 165/2012 Sb.

Karel Kraus však upozorňuje na to, že tato výše podpory se vztahuje jen na nové lokality, které jsou podle aktuálně platného cenového rozhodnutí ERÚ klasifikovány jako lokality, v nichž výrobna elektřiny nebyla připojena k distribuční síti po 1. 1. 1995. Další výhrady má k legislativě.

Ta podle něj obsahuje jednoznačně diskriminační požadavky, například Zákon o podporovaných zdrojích energie a jeho ustanovení, které ukládá výrobcům energie - tuzemským akciovým společnostem, povinnost mít zaknihované akcie, neboť jinak nebudou mít po 1. 7.

Zatímco výstavba velkých vodních elektráren představuje značný zásah do životního prostředí a potenciál pro jejich stavbu už téměř není, určitý prostor pro budování malých vodních elektráren zde je. Podle M. Nemalý potenciál skrývají rekonstrukce odstavených starých malých vodních elektráren. Kromě toho je možné zvyšovat účinnost stávajících MVE instalací moderních a účinnějších turbín a soustrojí.

"V ČR je potenciál pro výstavbu MVE v nových lokalitách již takřka vyčerpán. Další zvyšování výkonu v MVE bude proto realizováno především v rámci rekonstrukcí již provozovaných MVE," uvedla pro tento list H. Zásadním problémem je však ekonomika, a v praxi často i byrokracie. Vodní díla jsou dnes často zcela zničená a jejich vybudování je velmi nákladné a často administrativně složité.

Ve prospěch většího využívání vodních toků, ať už výstavbou nových, či spíše rekonstrukcí stávajících a nevyužívaných MVE, mluví i to, že na výstavbu lze získat investiční dotaci. Obce a neziskové subjekty mohly využít Operační program Životní prostředí.

"Rozhodnutí upustit od podpory této aktivity bylo výsledkem dvou faktorů. Jednak došlo ke snížení rozpočtu programu EFEKT a následné orientaci podpory spíše do neinvestičních projektů, jednak nastal překryv výzvy z tohoto programu a výzvy z programu EKO-ENERGIE v Operačním programu podnikání a inovace (OPPI), který má větší finanční možnosti. V podkladech na další programovací období tohoto operačního programu už malé vodní elektrárny opět figurují. Pokud předložené dokumenty budou Evropskou komisí schváleny, dá se na začátku roku 2015 očekávat nová výzva," uvedla Helena Petříková.

"Vezmeme-li v úvahu náklady spojené se získáním dotace, které mohou jít do stovek tisíc, je otázkou, jestli se provozovateli MVE dlouhodobě vůbec vyplatí o dotaci na výstavbu elektrárny usilovat - stát mu totiž dotační peníze sebere jinde, a to jednou pro vždy, zatímco dotace na výstavbu je jednorázová," myslí si K. Kraus s odkazem na změnu, která byla poprvé zapracována do Cenového rozhodnutí ERÚ č. 4/2012 ze dne 26. 11.

"Paradoxní je, že podpora ekologicky čistých udržitelných zdrojů typu MVE je krácena podstatně více než např. podpora výroby elektřiny v kogeneračních jednotkách spalujících zemní plyn, tedy fosilní palivo," dodává K.

Ekologická udržitelnost a další výhody obnovitelných zdrojů

Jedním z hlavních důvodů pro hledání obnovitelných zdrojů energie, je jejich ekologická udržitelnost. Na rozdíl od fosilních paliv, která při spalování uvolňují do ovzduší velké množství skleníkových plynů, jsou obnovitelné zdroje čisté a mají minimální dopad na životní prostředí. Využívání energie ze slunce, větru či vody výrazně snižuje emise oxidu uhličitého, což pomáhá bojovat proti globálnímu oteplování a znečištění ovzduší.

Obnovitelné zdroje energie snižují závislost na dovozu fosilních paliv, jako jsou ropa, uhlí a zemní plyn. Mnoho zemí je závislých na těchto dovozních komoditách, což je činí zranitelnými vůči geopolitickým rizikům a kolísání cen na globálních trzích. Přechod na domácí obnovitelné zdroje energie může zvýšit energetickou bezpečnost a nezávislost jednotlivých států.

Rozvoj technologií obnovitelných zdrojů energie přináší také ekonomické výhody. Výstavba, údržba a provoz zařízení na výrobu obnovitelné energie vytváří nová pracovní místa. Tento trend je patrný zejména v oblastech, kde se nacházejí solární farmy, větrné elektrárny nebo zařízení na zpracování biomasy.

I když počáteční náklady na instalaci obnovitelných zdrojů energie mohou být vysoké, provozní náklady jsou často nižší než u tradičních fosilních paliv. V dlouhodobém horizontu mohou obnovitelné zdroje energie vést k výrazným finančním úsporám, zejména pokud vezmeme v úvahu rostoucí ceny fosilních paliv a možnost zdanění emisí uhlíku.

Obnovitelné zdroje energie umožňují decentralizaci výroby energie, což znamená, že elektřina může být vyrobena na místě její spotřeby. Decentralizace umožňuje větší zapojení místních komunit do energetického systému.

Muzeum obnovitelných zdrojů energie ve Velkých Hamrech

Energie vody patří mezi nejstarší obnovitelné zdroje energie. Vodní kola kdysi nahradily vodní elektrárny a jedna se nachází i na říčce Kamenici ve Velkých Hamrech na Jablonecku. Pochází z roku 1907 a zájemci ji mohou prozkoumat v rámci prohlídky Muzea obnovitelných zdrojů energie. To se od roku 2011 nachází v původní budově elektrárny, která patřila k bývalé Liebigově textilce. A protože zakladatel a správce muzea Tomáš Gärtner má v oblibě zejména vodní energii, převažují zde vodní elektrárny.

Většina součástí malé vodní elektrárny o výkonu 350 kW je původní. Soustrojí má za sebou samozřejmě řadu generálních oprav i běžné údržby, ale stále je spolehlivé. Stejně jako jiné vodní elektrárny neběží ani ta ve Velkých Hamrech nepřetržitě po celý rok, ale jen když je dostatek vody. Což bývá na jaře a na podzim. Vodní elektrárna bývala srdcem bohdalovické textilky, dostatek energie byl před více než 100 lety základním předpokladem pro stavbu fabriky. Dnes už továrna, která směřuje k demolici, energii nepotřebuje, ale elektrárna stále vyrábí a dodává „čistý“ proud do sítě.

Kromě vodní elektrárny je v muzeu i řada dalších zajímavostí. Návštěvníci si mohou prohlédnout průřez všemi čtyřmi typy vodních turbín a snáze tak pochopit princip jejich fungování. Zdrojem obnovitelné energie ovšem není jenom voda, ale i slunce a vítr. Budova je proto zvenčí osazena několika solárními panely a k vidění a ozkoušení jsou i uvnitř. Expozice nabízí i praktický příklad rozsvícení žárovky pomocí modelu větrných turbín či vlastní silou na šlapacím kole. Nechybí ani model využití biomasy.

Muzeum obnovitelných zdrojů energie se snaží na modelech i v praxi ukázat, že energie není ze zásuvky. Za zhlédnutí stojí i doplňkové expozice. Historie domácího i veřejného osvětlení či průřez 145 letou výrobou významného výrobce domovní elektroinstalace z Jablonce nad Nisou.

Využití energie ve vodárenství

Energetických zdrojů, zvláště těch obnovitelných, není ve světě dostatek. Nabízí se proto otázka, jak využít k energetickým účelům vodu i ve vodárenství. „Voda všeobecně, ale především odpadní voda, představuje zajímavý zdroj energie,“ říká Dr. Ing. Pavel Chudoba, technický ředitel Veolia Water pro Evropu. Podle jeho slov se na úpravnách pitné vody, ale i na odtoku z čistíren odpadních vod mohou budovat vodní mikroelektrárny, které využívají pohybu a spádu vody k výrobě elektřiny.

Energetickou surovinou se mohou stát také čistírenské kaly - jde o víceméně pevné zbytky, které zůstávají v čistírně po průchodu odpadních vod. Z těchto kalů lze například vyrábět bioplyn, který se pak využívá pro výrobu elektrické energie. Jedním z příkladů je například Ústřední čistírna odpadních vod v Praze, na které se ročně vyrobí z bioplynu více než 31 000 MWh elektrické energie. Představuje to asi 75 % její celkové roční spotřeby. Čistírna odpadních vod se tak může stát zcela soběstačná.

Například ČOV v Plzni, kterou provozuje Vodárna Plzeň, dceřiná firma společnosti Veolia Voda a.s., je již z 85 % soběstačná ve spotřebě elektřiny. Vyrábí si ji totiž sama, a to v kogeneračním zařízení, které spotřebovává bioplyn z čistírenského kalu. Uskutečnili tu nový program Water2Energy, který zpracovala společnost Veolia Voda a nabízí ho jak soukromým, tak veřejným provozovatelům a vlastníkům vodohospodářské infrastruktury. Potřebné znalosti a zkušenosti přitom čerpala z celosvětových aktivit skupiny Veolia Water.

Pro zákazníky, kteří chtějí uspořit energii, například vyhodnotí energetickou účinnost jejich zařízení, zpracuje akční plán na snížení spotřeby včetně úpravy technologií a návrh obměny zařízení v rámci investičního programu. Služba je doprovázena analýzou přínosů a nákladů. Někdy postačí vyměnit určité zařízení za jiné, které má nižší energetické nároky. Úspory energie lze dosáhnout také změnou technologie procesu čištění odpadních vod.

Konečným cílem je zajistit v provozu těchto čistíren výrobu takového množství energie z obnovitelných zdrojů, v tomto případě bioplynu, které je třeba. Čistírna pak není závislá na kolísání cen elektřiny a tepla a šetří své náklady. Energeticky náročné sušení kalu je možné zefektivnit pomocí solární techniky. Pro vytápění a chlazení budov mohou dobře sloužit tepelná čerpadla. Zdrojem energie, kterou lze pomocí těchto čerpadel využít, je právě voda nebo odpadní vody. Tepelná čerpadla využívají tepla vody jak ve vodovodní síti nebo na úpravně pitné vody, ale také z odpadních vod, jejichž teplota je relativně vysoká. Tato zařízení jsou instalována zejména v Německu, kde nahrazují vytápění plynem nebo elektřinou. Například berlínská prodejna nábytku IKEA se vytápí a klimatizuje využitím energie z odpadních vod městské společnosti.

Veolia Voda přináší řešení v podobě zvýšení energetické efektivity a využívání obnovitelných zdrojů energie prostřednictvím třech hlavních směrů: „Snížení spotřeby energie“, „Využití energie z bioplynu“ a „Investice do obnovitelných zdrojů“.

Závěr

Vodní energie (váha vody umocněná působením gravitace) je jedním z nejefektivnějších zdrojů nízkouhlíkové energie. Čím větší spád a objem vody, tím více využitelné energie. Přestože má např. sousední Německo daleko méně výhodný geografický profil než ČR, uteklo nám ve využití vody a její energie o několik koňských délek.

Česká republika je jako střecha. Ať pohlédnete na jakýkoliv její okraj, veškerá voda z našeho území díky geografickému profilu odtéká. Byly doby, kdy využití těchto dispozic bylo hybnou silou ekonomiky a základem prosperity. Zdálo by se moudré a samozřejmé, že v čase, kdy o využití obnovitelných zdrojů energie slyšíte několikrát denně, bude voda na jednom z prvních míst. Opak je pravdou. Regulace odvětví a stavební překážky, a to i v případě rekonstrukcí a obnovy míst, kde vodní motory již stály, nemají v oblasti obnovitelných zdrojů obdoby. Nový zákon o vodách obsahuje po zásahu resortního ministra Hladíka (KDU) dokonce explicitní zákaz výstavby vodních elektráren!

tags: #voda #je #jedním #z #obnovitelných #zdrojů

Oblíbené příspěvky:

• Třídění odpadu s košem Toro
• Dopad plastů na velryby
• Objemný odpad Kladno a Brandýs
• Poplatky za komunální odpad
• Třídění odpadu s ALIYA