Hydroelektrárna
Obsah boxu
Šablona:Infobox Elektrárna Hydroelektrárna neboli vodní elektrárna je výrobna elektrické energie, která využívá energii vodního toku. Jedná se o technologický celek přeměňující potenciální energii vody na kinetickou energii, tu následně na mechanickou energii a pomocí generátoru konečně na energii elektrickou. Patří mezi obnovitelné zdroje energie a v celosvětovém měřítku představuje nejvýznamnější z nich.
Princip vodních elektráren je znám již po staletí v podobě vodních mlýnů, avšak k jejich masivnímu využití pro výrobu elektřiny došlo až na přelomu 19. a 20. století. Moderní hydroelektrárny jsou často součástí větších vodních děl, jako jsou přehradní nádrže, které mohou plnit i další funkce, například ochranu před povodněmi, zajištění pitné či užitkové vody, rekreaci nebo regulaci vodních toků.
⚙️ Princip fungování
Základním principem každé hydroelektrárny je využití výškového rozdílu hladin vody, tzv. spádu. Voda s vyšší potenciální energií je vedena přivaděčem na lopatky turbíny. Proudící voda roztáčí turbínu, čímž se její kinetická energie mění na mechanickou energii otáčivého pohybu. Hřídel turbíny je pevně spojena s rotorem elektrického generátoru, který přeměňuje mechanickou energii na elektrickou energii na principu elektromagnetické indukce.
Vyrobené elektrické napětí je obvykle nízké, a proto se před přenosem do přenosové soustavy transformuje pomocí transformátorů na velmi vysoké napětí, aby se minimalizovaly ztráty při dálkovém přenosu. Voda, která prošla turbínou, odtéká odpadním kanálem zpět do řeky nebo do spodní nádrže.
Účinnost přeměny energie ve vodních elektrárnách je velmi vysoká, často dosahuje více než 90 %, což je výrazně více než u tepelných nebo jaderných elektráren.
🏗️ Typy hydroelektráren
Hydroelektrárny lze dělit podle několika kritérií, nejčastěji podle způsobu, jakým využívají vodní tok a spád.
🌊 Akumulační elektrárny (přehradní)
Akumulační elektrárny jsou nejběžnějším typem. Jsou postaveny na velkých vodních tocích, které jsou přehrazeny vysokou hrází, čímž vzniká rozsáhlá přehradní nádrž. Nahromaděná voda představuje obrovskou zásobu potenciální energie. Výroba elektřiny může být regulována podle aktuální potřeby v síti – v době špičkové spotřeby se voda z nádrže vypouští přes turbíny, v době nízké spotřeby se odtok omezuje a voda se v nádrži hromadí. Příkladem jsou velké přehrady jako Tři soutěsky v Číně nebo Vodní elektrárna Itaipú na hranicích 
a 
. V Česku do této kategorie patří například elektrárny na Vltavské kaskádě (Orlík, Slapy, Lipno).
🏞️ Průtočné elektrárny
Průtočné elektrárny nemají velkou akumulační nádrž a využívají přirozený průtok řeky. Jsou obvykle postaveny na řekách s menším spádem, ale stabilním průtokem. Jejich výkon je přímo závislý na aktuálním množství vody v řece a nelze jej výrazně regulovat. Často se staví jako součást jezů. Jejich výhodou je menší dopad na životní prostředí a krajinu, protože nezatápí rozsáhlá území. Jsou typické pro menší vodní toky.
🔄 Přečerpávací elektrárny
Přečerpávací vodní elektrárny (PVE) fungují jako obrovské "baterie" v energetické soustavě. Skládají se ze dvou vodních nádrží umístěných v různých výškových úrovních.
- V době přebytku elektřiny v síti (typicky v noci, kdy je nízká spotřeba) elektrárna spotřebovává energii k čerpání vody z dolní nádrže do horní.
- V době energetické špičky (typicky přes den) se voda z horní nádrže vypouští přes turbíny do dolní nádrže a vyrábí tak potřebnou elektrickou energii.
Jejich hlavní funkcí není primární výroba energie, ale její skladování a poskytování rychlé regulace výkonu v síti. Celková energetická bilance je sice záporná (na přečerpání se spotřebuje více energie, než se následně vyrobí), ale jejich schopnost rychlého najetí a stabilizace sítě je nenahraditelná. V Česku jsou nejznámějšími PVE Dlouhé stráně a Dalešice.
🌊 Přílivové elektrárny
Jedná se o speciální typ hydroelektrárny, která nevyužívá spád řeky, ale periodické střídání přílivu a odlivu mořské vody. V ústí řeky nebo v zálivu se postaví hráz, která zadržuje vodu při přílivu. Při odlivu vzniká rozdíl hladin a voda je vypouštěna přes turbíny. Nejznámější přílivovou elektrárnou je Přílivová elektrárna La Rance ve Francii. Jejich potenciál je omezen na oblasti s dostatečně vysokým přílivovým zdvihem.
📜 Historie
Využívání vodní síly sahá až do starověku, kdy se používala vodní kola k pohonu mlýnů, pil a hamrů. První skutečná hydroelektrárna, která dodávala elektřinu pro veřejné osvětlení, byla spuštěna v roce 1882 na řece Fox ve městě Appleton, Wisconsin, USA.
Zásadním milníkem byl rozvoj technologie přenosu střídavého proudu, který umožnil stavět elektrárny daleko od místa spotřeby. To vedlo k výstavbě velkých projektů, jako byla elektrárna na Niagarských vodopádech (1895), která zásobovala elektřinou město Buffalo.
20. století bylo "zlatým věkem" výstavby hydroelektráren. Vznikaly obrovské projekty jako Hooverova přehrada v USA (1936), které nejen vyráběly elektřinu, ale také umožnily zavlažování rozsáhlých suchých oblastí a ochranu před povodněmi. Po druhé světové válce pokračovala masivní výstavba po celém světě, včetně Sovětského svazu, Kanady a rozvojových zemí. Na přelomu 20. a 21. století byl v Číně realizován dosud největší projekt, přehrada Tři soutěsky na řece Jang-c’-ťiang.
🌍 Výhody a nevýhody
Hydroelektrárny mají řadu významných přínosů, ale i závažných negativních dopadů.
👍 Výhody
- Obnovitelný zdroj: Voda je v hydrologickém cyklu neustále obnovována, což činí hydroenergii udržitelným zdrojem.
- Nízké provozní náklady: Po dokončení výstavby jsou náklady na provoz a údržbu relativně nízké, protože není potřeba nakupovat palivo.
- Dlouhá životnost: Mnoho hydroelektráren je v provozu více než 50 let, některé dokonce 100 let.
- Vysoká účinnost a flexibilita: Elektrárny mohou velmi rychle najet na plný výkon a reagovat na změny ve spotřebě, což je klíčové pro stabilitu elektrické sítě.
- Nízké emise skleníkových plynů: Během provozu neprodukují oxid uhličitý ani jiné znečišťující látky.
- Víceúčelové využití: Přehradní nádrže slouží také jako ochrana před povodněmi, zásobárny pitné a užitkové vody, k zavlažování a pro rekreační účely.
👎 Nevýhody
- Vysoké počáteční investice: Stavba hrází a elektráren je finančně a časově velmi náročná.
- Závažné dopady na životní prostředí: Stavba přehrad dramaticky mění říční ekosystém. Zabraňuje migraci ryb, mění teplotu a chemické složení vody a způsobuje zanášení koryta sedimenty.
- Zátopa území: Vytvoření přehradní nádrže vyžaduje zatopení rozsáhlých oblastí, což může vést ke zničení cenných ekosystémů, zemědělské půdy a kulturních památek.
- Sociální dopady: Lidé žijící v zátopových oblastech musí být přesídleni, což často vede k sociálním konfliktům.
- Emise metanu: Rozkládající se organický materiál v zaplavených oblastech může produkovat methan, což je silný skleníkový plyn.
- Závislost na hydrologických podmínkách: Výroba elektřiny může být ovlivněna dlouhodobým suchem nebo naopak extrémními povodněmi.
📊 Význam a statistiky
Podle údajů k roku 2025 se vodní elektrárny podílejí na celosvětové výrobě elektřiny přibližně 16–17 %, což z nich činí největší zdroj energie z obnovitelných zdrojů. Celkový instalovaný výkon celosvětově přesahuje 1 300 GW.
Největší hydroelektrárny světa podle instalovaného výkonu:
Tři soutěsky (22 500 MW)
/
Itaipú (14 000 MW)- Si-luo-tu (13 860 MW)
- Belo Monte (11 233 MW)
Guri (10 235 MW)
V České republice jsou nejvýznamnějšími hydroelektrárnami přečerpávací elektrárna Dlouhé stráně (650 MW), Dalešice (480 MW) a akumulační elektrárna Orlík (364 MW).
💡 Pro laiky
Představte si vodní elektrárnu jako moderní a mnohem větší verzi starého vodního mlýna. Místo mletí obilí ale vyrábí elektřinu.
1. **Hráz jako kopec:** Postaví se obrovská hráz, která zadrží řeku a vytvoří za ní velké jezero (přehradní nádrž). Voda v jezeře je vysoko, a má tak "uloženou" energii, podobně jako když držíte kámen na kopci. 2. **Potrubí jako skluzavka:** Z tohoto jezera vede dolů tlusté potrubí. Když se otevře ventil, voda se tímto potrubím řítí dolů, jako by jela po skluzavce, a nabírá obrovskou rychlost. 3. **Turbína jako větrník:** Na konci potrubí je turbína, která vypadá jako obří lodní šroub nebo větrník. Proud vody do ní narazí a roztočí ji obrovskou silou. 4. **Generátor jako dynamo:** Turbína je napojena na generátor, což si můžete představit jako velké dynamo na kole. Jak se turbína točí, točí i generátorem, a ten vyrábí elektrický proud. 5. **Dráty do zásuvky:** Vyrobená elektřina se pak po drátech vysokého napětí posílá do měst a vesnic, kde si s ní můžeme rozsvítit, nabít telefon nebo uvařit večeři.
U přečerpávací elektrárny je to ještě chytřejší. Když je v noci elektřiny moc a je levná, elektrárna ji použije k tomu, aby vodu načerpala zpátky nahoru do horního jezera. A když je přes den elektřina potřeba a je drahá, vodu zase pustí dolů a vydělá na tom. Funguje tedy jako obrovská dobíjecí baterka.