Vodní elektrárna

Rozbalit box

Obsah boxu

Šablona:Infobox elektrárna Vodní elektrárna je technologický celek, který přeměňuje potenciální a kinetickou energii vody na elektrickou energii. Jedná se o nejvýznamnější a nejvyužívanější obnovitelný zdroj energie na světě. Princip spočívá ve využití proudu nebo výškového rozdílu (spádu) vody, která roztáčí turbínu spojenou s generátorem.

Vodní elektrárny hrají klíčovou roli v energetických soustavách mnoha zemí díky své schopnosti rychlého startu a regulace výkonu, což je činí ideálními pro pokrývání špičkové poptávky po elektřině a stabilizaci sítě. Historicky se síla vody využívala po staletí k pohonu mlýnů a pil, avšak s vynálezem turbíny v 19. století se otevřela cesta k výrobě elektřiny ve velkém měřítku.

⚙️ Princip fungování

Základní princip vodní elektrárny je přeměna energií. Množství využitelné energie závisí na dvou hlavních faktorech:

• Spád (H): Výškový rozdíl mezi horní a dolní hladinou vody. Čím větší spád, tím větší potenciální energie vody.
• Průtok (Q): Množství vody, které proteče turbínou za jednotku času.

Voda je přiváděna přivaděčem k vodní turbíně. Zde proudící voda předává svou energii lopatkám turbíny a roztáčí ji. Na společné hřídeli s turbínou je umístěn generátor, který přeměňuje mechanickou rotační energii na energii elektrickou na principu elektromagnetické indukce. Vyrobená elektřina je následně transformována na vysoké napětí a odváděna do přenosové soustavy.

Výkon turbíny lze zjednodušeně vypočítat vzorcem: P = η ⋅ ρ ⋅ Q ⋅ g ⋅ H kde:

• P = výkon (W)
• η = účinnost soustrojí
• ρ = hustota vody (~1000 kg/m³)
• Q = průtok (m³/s)
• g = tíhové zrychlení (~9,81 m/s²)
• H = spád (m)

🌊 Typy vodních elektráren

Vodní elektrárny se dělí podle několika kritérií, především podle způsobu využití vodního toku a podle instalovaného výkonu.

Podle využití vodního toku

• Průtočné elektrárny: Využívají přirozený proud řeky bez možnosti větší akumulace vody. Jsou typicky budovány na jezech a jejich výkon je přímo závislý na aktuálním průtoku v řece. Slouží k pokrytí základního zatížení sítě.
• Akumulační elektrárny: Jsou spojeny s velkou přehradní nádrží, která umožňuje zadržovat (akumulovat) velké množství vody. To dovoluje řídit výrobu elektřiny podle aktuální potřeby a pokrývat špičkovou spotřebu. Přehradní nádrže často plní i další funkce, jako je ochrana před povodněmi, zásobování pitnou vodou, rekreace nebo zavlažování.
• Přečerpávací elektrárny (PVE): Jedná se o specifický typ akumulačních elektráren, které fungují jako obří "baterie" pro energetickou soustavu. Mají dvě nádrže – horní a dolní. V době přebytku elektřiny v síti (typicky v noci) čerpají vodu z dolní nádrže do horní. V době energetické špičky pak vodu vypouštějí přes turbíny zpět do dolní nádrže a vyrábějí tak potřebnou elektřinu. Jsou klíčové pro stabilitu sítě s rostoucím podílem nestabilních obnovitelných zdrojů.
• Derivační elektrárny: Vodu z koryta řeky odvádějí umělým kanálem nebo potrubím (derivací) k turbíně, čímž se dosáhne většího spádu. Za elektrárnou se voda opět vrací do původního toku.
• Přílivové elektrárny: Využívají energii pravidelného střídání přílivu a odlivu mořské vody. Jsou stavěny v ústích řek nebo mořských zátokách s velkým rozdílem výšky hladiny.

Podle instalovaného výkonu

• Velké vodní elektrárny: Výkon nad 100 MW.
• Střední vodní elektrárny: Výkon do 100 MW.
• Malé vodní elektrárny (MVE): Výkon do 10 MW. V Česku jich je v provozu přes 1500 a podílejí se na výrobě elektřiny z vody přibližně 15 %.

⚙️ Typy vodních turbín

Volba typu turbíny závisí především na spádu a průtoku vody v dané lokalitě. Turbíny se dělí na přetlakové (reakční) a rovnotlaké (akční).

• Kaplanova turbína: Přetlaková turbína vhodná pro velké průtoky a malé spády (typicky do 70 m). Má natáčivé lopatky oběžného i rozváděcího kola, což umožňuje dosahovat vysoké účinnosti v širokém rozsahu průtoků. Její vynálezce byl Viktor Kaplan.
• Francisova turbína: Nejpoužívanější typ přetlakové turbíny, vhodná pro střední spády (10–700 m) a střední až velké průtoky. Používá se například v přečerpávací elektrárně Dlouhé Stráně. Vynalezl ji James B. Francis.
• Peltonova turbína: Rovnotlaká turbína ideální pro velmi vysoké spády (nad 250 m) a relativně malé průtoky. Voda je tryskami vstřikována na lopatky ve tvaru misek (korečků). Vynalezl ji Lester Allan Pelton.

🌍 Vodní energetika ve světě a v ČR

Vodní energie je největším zdrojem obnovitelné elektřiny na světě, tvoří přibližně 16 % světové produkce.

Svět

Největší instalovaný výkon ve vodních elektrárnách má Čína, kde se nachází i nejvýkonnější elektrárna světa – Přehrada Tři soutěsky na řece Jang-c’-ťiang s výkonem 22 500 MW. V roce 2025 Čína zahájila v Tibetu na řece Jarlung Cangpo stavbu nové, ještě větší elektrárny, která by měla výkon Tří soutěsek až ztrojnásobit. Mezi další významné producenty patří Brazílie, USA, Kanada a Rusko. Norsko pokrývá téměř celou svou spotřebu elektřiny z vodních zdrojů.

Česká republika

V České republice nejsou pro stavbu velkých vodních děl ideální podmínky kvůli menším spádům a průtokům řek. Přesto hrají vodní elektrárny důležitou roli, zejména v regulaci sítě. V roce 2024 se podílely na celkové výrobě elektřiny přibližně 3,5 %. Nejvýznamnější soustavou je Vltavská kaskáda (např. Lipno, Orlík, Slapy). Největší výkon má přečerpávací elektrárna Dlouhé Stráně (650 MW), následovaná PVE Dalešice (480 MW).

👍 Výhody a nevýhody 👎

Srovnání výhod a nevýhod vodních elektráren

👍 Výhody	👎 Nevýhody
Obnovitelný a čistý zdroj: Během provozu neprodukují emise skleníkových plynů.	Vysoké počáteční investice: Výstavba přehrad a elektráren je finančně a časově velmi náročná.
Nízké provozní náklady: Palivem je voda, která je zdarma. Provoz je vysoce automatizovaný.	Zásah do životního prostředí: Výstavba mění krajinný ráz, zaplavuje rozsáhlá území a narušuje vodní ekosystémy.
Vysoká účinnost a dlouhá životnost: Účinnost přeměny energie dosahuje až 90 % a životnost elektráren je přes 50 let.	Závislost na hydrologických podmínkách: Výroba je ovlivněna množstvím srážek a průtokem v řekách, což může být problém v obdobích sucha.
Flexibilita a regulace: Schopnost rychlého najetí na plný výkon (v řádu desítek sekund až minut) je klíčová pro stabilitu sítě.	Bariéra pro migraci ryb: Přehrady brání rybám v přirozeném pohybu. Tento problém se řeší výstavbou rybích přechodů.
Multifunkčnost: Přehradní nádrže slouží i jako ochrana před povodněmi, zdroj pitné a užitkové vody, k rekreaci a regulaci vodních toků.	Sociální dopady: Výstavba velkých přehrad může vyžadovat přesídlení obyvatel ze zatopených oblastí.
Skladování energie: Přečerpávací elektrárny jsou nejefektivnějším způsobem skladování velkého množství elektrické energie.	Emise metanu: V tropických oblastech může rozklad biomasy na dně nádrží produkovat metan, silný skleníkový plyn.

🧑‍🏫 Pro laiky: Jak funguje vodní elektrárna

Představte si vodní mlýn. Voda dopadá na mlýnské kolo a svou vahou a proudem ho roztáčí. Vodní elektrárna funguje na velmi podobném principu, jen je mnohem větší a místo mletí obilí vyrábí elektřinu.

1. Vytvoříme kopec z vody: Postavíme přehradu, která na řece zadrží vodu a vytvoří velké jezero. Tím vznikne výškový rozdíl – voda v nádrži je mnohem výše než řeka pod přehradou. V této "nahromaděné" vodě je skrytá obrovská energie, podobně jako když držíte míč vysoko ve vzduchu. 2. Spustíme tobogán: Z tohoto vysoko položeného jezera vedeme obrovské potrubí dolů k turbíně. Když otevřeme "kohoutek", voda se obrovskou rychlostí a silou řítí tímto "tobogánem" dolů. 3. Roztočíme větrník: Na konci potrubí je turbína, která vypadá jako obří lodní šroub nebo velmi složitý větrník. Proudící voda do ní narazí a roztočí ji do obrovských otáček. 4. Vyrobíme elektřinu: Turbína je hřídelí spojená s generátorem. Generátor je v podstatě obrovské dynamo – jak se točí, přeměňuje pohybovou energii na elektrickou. Je to stejný princip, jako když dynamo na kole vyrábí světlo tím, že se točí kolo.

Výsledkem je čistá elektřina vyrobená jen silou vody, bez spalování uhlí nebo jiných paliv. A přečerpávací elektrárna je ještě chytřejší – když je v noci elektřiny moc a je levná, použije ji k tomu, aby vodu načerpala zpátky nahoru do jezera. Přes den, když je elektřina drahá a potřebná, ji zase pustí dolů a vydělá na tom. Funguje tedy jako obrovská nabíjecí baterka.

🔮 Budoucnost vodní energetiky

Budoucnost vodní energetiky spočívá především v modernizaci stávajících elektráren za účelem zvýšení jejich účinnosti a snížení dopadů na životní prostředí. S rostoucím podílem větrných a solárních elektráren v energetickém mixu poroste význam přečerpávacích vodních elektráren pro ukládání energie a stabilizaci sítě. V České republice se zvažuje výstavba nových přečerpávacích elektráren.

Výzvou pro budoucnost je dopad klimatických změn, který může vést k častějším a delším obdobím sucha, a tím snižovat spolehlivost výroby. Důraz bude kladen také na inovativní technologie, jako jsou turbíny šetrnější k rybám nebo malé, decentralizované zdroje, které by mohly být instalovány na menších tocích s minimálním dopadem na krajinu.

Zdroje

O vodní energetice | Skupina ČEZ Vodní elektrárny - Svět Energie Vodní elektrárny – princip, rozdělení, elektrárny v ČR - oEnergetice.cz Vodní energie: Klady a zápory - FVE.info Vodní elektrárna - Wikipedie Vodní elektrárny v ČR: Jak fungují a proč jsou pro nás důležité - SPP Výhody a nevýhody využití energie z vodní elektrárny - Společně udržitelně Čína začala v Tibetu stavět největší vodní elektrárnu na světě - Seznam Zprávy