Větrná a vodní energie: Síly přírody vyrábějí čistou elektřinu

Ten nápad měly postupně všechny civilizace – sestavit stroj, který využívá přírodních sil vody či větru k dělání užitečné, leč namáhavé práce – třeba k mletí obilí. Vodní mlýny se objevují zhruba před dvěma tisíci lety jak v Číně, Indii a Egyptě, tak i v Římské říši. Větrné mlýny přišly na svět o něco později − v sedmém století se začaly používat na Blízkém východě, ve středověku se pak rozšířily i do Evropy. První větrný mlýn na našem území, jak je doloženo v archivech, byl postaven v roce 1277 v zahradě Strahovského kláštera v Praze. Když už se zdálo, že se vodní i větrné mlýny stanou jen turistickými atrakcemi, našlo se pro ně jiné uplatnění: výroba elektřiny.

image
Zdroj: ČEZ

I v tomto případě má prvenství využití vody – hydroelektrárny začaly pracovat v poslední čtvrtině 19. století. A dosáhly velikosti, o jakých se mlynářům ani nezdálo. Větrné turbíny se sporadicky objevovaly v první polovině 20. století, ale skutečný rozmach zaznamenávají až od osmdesátých let. Dnes patří vodní i větrné elektrárny do velmi oblíbené kategorie obnovitelných energetických zdrojů. Cenné na nich je, že nespotřebovávají fosilní paliva a nevznikají v nich nežádoucí exhalace.

Vltava vede

Ve vodní elektrárně voda přitékající přívodním kanálem roztáčí turbínu, která je na společné hřídeli s generátorem elektrické energie. Dohromady tvoří takzvaný turbogenerátor. Mechanická energie proudící vody se tak mění na základě elektromagnetické indukce na energii elektrickou; ta se transformuje a odvádí do míst spotřeby. V České republice nejsou přírodní poměry pro budování velkých vodních energetických děl ideální, naše toky nemají potřebný spád ani dostatečné množství vody, a proto je podíl vodních elektráren na celkové výrobě elektrické energie v Česku poměrně nízký. Přesto hrají u nás v rámci obnovitelných zdrojů právě vodní elektrárny prim. Všechny velké vodní elektrárny, s výjimkou Dalešic, Mohelna a Dlouhých Strání, jsou umístěny na Vltavě, kde tvoří celý systém – tzv. vltavskou kaskádu. Jejich provoz je automatický a jsou řízeny z centrálního dispečinku ve Štěchovicích. V každém vodním díle na vltavské kaskádě funguje řídicí systém Siemens a celá vltavská kaskáda je kompletně zajištěna ochranami Siemens.

Největší v Česku

image
Zdroj: ČEZ

Přívlastkem největší je opatřena elektrárna Orlík na Vltavě. Byla postavena v letech 1954 až 1961 a je stěžejním článkem vltavské kaskády. Umístěna je na stejnojmenné vodní nádrži, která zadržuje sedm milionů krychlových metrů vody, což z ní dělá nejobjemnější akumulační nádrž v České republice. Hladina nádrže pokrývá 26 čtverečních kilometrů. Betonová přehrada svou výškou 91,5 metru zaujímá v Česku první místo.

Elektrárna je umístěna na levém břehu Vltavy. Má rozměry 17 krát 127,5 metrů a výšku 20 metrů. Vodu přivádějí na soustrojí čtyři ocelová potrubí o průměru 6,2 metru zabetonovaná v hrázi. Každá ze čtyř turbín může podávat výkon 91 megawattů (MW). Využívají se tehdy, když se zvyšuje poptávka po elektřině. Základ výroby elektřiny v České republice sice tvoří uhelné a jaderné elektrárny, ty ale nedokážou pohotově měnit množství vyráběné energie. Jejich uvedení do provozu trvá minimálně desítky minut až hodiny a případné odstavování je drahé. Proto pracují se stabilním výkonem a kryjí základní spotřebu. V energetických špičkách se pak využívají elektrárny vodní.

Oprava po povodni

image
Zdroj: ČEZ

Ničivé povodně v roce 2002 vyřadily z provozu většinu vodních elektráren vltavské kaskády. Elektrárnu Orlík zcela poničily – svojí nečinností denně ztrácela miliony korun. Potřebovala velkou, ale přitom rychlou rekonstrukci.

Na ní se podílela i společnost Siemens Engineering. Byla pověřena dodávkami a rekonstrukcí silnoproudé i slaboproudé technologie, revizí rotorů u generátorů, a především výměnou vinutí statorů těchto generátorů za nové s moderním izolačním systémem.

Stavba roku 2009

Siemens se rovněž účastnil výstavby dokončené malé vodní elektrárny v pražské Tróji. Najdete ji na levém břehu Vltavy ve špičce pražského Císařského ostrova. Celá stavba vyšla na 350 milionů korun, konsorcium firem pod vedením Siemens Engineering zodpovídalo za dodávku technologie v hodnotě 141 milionů korun. Oficiální označení „malá“ vodní elektrárna se vztahuje k výkonu elektrárny, jenž představuje 2,3 MW. Pohled na stříbrné oběžné kolo turbíny o průměru 2,6 metru však dokazuje, že zařízení není dětskou hračkou. Elektrárna má dvě Kaplanovy turbíny, které při přepravě z výrobního závodu v německém Ravensburgu musela na dálnici doprovázet policejní eskorta, protože zabíraly dva jízdní pruhy. V Praze je pak na Císařský ostrov dopravila loď z přístavu v Holešovicích.

Elektrárna však celkově neobsadila moc místa, je vtěsnána do úzkého prostoru mezi jez s velínem a plavební kanál vedoucí ke komoře a další vodní elektrárně do Podbaby. Šířka vlastní stavby v rovině oběžných kol je pouze 18 metrů, délka včetně vtoku a výtoku je 130 metrů, strojovna je založena dvanáct metrů pod terénem.

Toto vodní dílo ocenil Svaz vodního hospodářství České republiky v dané kategorii jako „Vodohospodářskou stavbu roku 2009".

Energie pro nemocné děti

image

V roce 2012 začala na Labi, jezu Štětí-Račice, stavba vodní elektrárny, z níž nyní každým rokem proudí do sítě 30 GWh elektrické energie. Elektrotechnické vybavení, stejně jako převodovku Flender, dodala společnost Siemens. Výjimečný je ale především charakter projektu elektrárny, který spadá do oblasti sociálního podnikatelství. Z výnosů se financují charitativní a vzdělávací aktivity.

 

Investorem projektu Malé vodní elektrárny Štětí je obecně prospěšná společnost Energeia. Z ročního výnosu každoročně putuje celých 8 milionů korun na konkrétní charitativní projekt dětského hospice, který Energeia, o.p.s., realizuje v partnerství s Nadačním fondem Klíček. Dětský hospic se nachází v posázavských Malejovicích, kde je dnes také zázemí pro práci Nadačního fondu Klíček, jehož historie sahá až do roku 1991. Energeia, o.p.s., spolupráci s Klíčkem navázala v roce 2006. Jak se tento projekt z oblasti sociálního podnikatelství zrodil? „V roce 2001 nás s manželkou napadlo založit neziskovou organizaci, a jejím prostřednictvím pak vybudovat vodní elektrárnu, která by z výnosů prodeje elektrické energie financovala charitu,“ říká Marek Černocký, ředitel společnosti Energeia. „Chtěli jsme vytvořit pevnou a soběstačnou obecně prospěšnou společnost, jež by se postupem času stala nezávislou na dotacích a neustálém shánění darů.“

Budoucnost na moři

image

Větrné elektrárny mají oproti vodním tu nevýhodu, že potřebují vítr, jehož síla se nedá předem určit ani ovlivnit. Přesto jich přibývá a zásadním způsobem mění podobu energetiky. Pomalu přibývají také v Česku, společnost Siemens je podepsaná jak pod větrným parkem Rusová na české straně Krušných hor, tak především pod větrným parkem Červený kopec u Rejchartic na pomezí moravskoslezského a olomouckého kraje.

 

Větrný park Rusová disponuje třemi turbínami o celkovém výkonu 7,5 MW. Siemens dodal tři navzájem propojené trafostanice, do nichž je vyrobená energie svedena z generátoru elektrárny. Odtud elektřina putuje přes předávací stanici do vedení vysokého napětí. Součástí dodávky byla i rekonstrukce 450 metrů vysokonapěťového vedení. Do celkové investice na stavbu parku, 6,5 milionu eur, přispělo dvěma miliony eur německé ministerstvo životního prostředí, protože projekt má přeshraniční pozitivní vliv a omezí produkci oxidu uhličitého.

V případě Červeného kopce se jednalo o komplexní dodávku, montáž a uvedení do provozu 6 větrných elektráren, každé o výkonu 2,3 MW. Jedná se o typ turbíny SWT-2,3-101 (průměr rotoru 101 metrů). Realizace probíhala na podzim a v zimě roku 2012 při složitých povětrnostních podmínkách. Po úspěšném ukončení 500 hodinového testu byl zahájen provoz a patnáctiletý servis větrného parku.

 

Součástí projektu byla i výstavba nové transformovny 110/33kV pro vyvedení výkonu. Tato část zahrnovala projektovou dokumentaci vč. dokumentace dekompenzace systému, dodávku rozvoden 33kV a 110kV, dodávku řídícího systému a ochran, zkoušky, revize a uvedení do provozu.

image

V případě větrných elektráren však převládá tendence stavět ty největší větrné parky dál od obydlených míst: v pouštích, stepích, na opuštěných mořských pobřežích nebo přímo na hladině moří. Vzhledem k tomu, že Česko takovými místy nedisponuje, zdá se, že další rozvoj větrné energetiky zde bude dost limitovaný.

Vodní elektrárny

 

  • 1895: Na americké straně Niagarských vodopádů začala stavba první velké vodní elektrárny s výkonem 8 MW.
  • 1924: Na severním okraji Alp, v Bavorsku, byla postavena hydroelektrárna s celkovým výkonem 72 MW.
  • 1935: Na hranicích Nevady a Arizony v USA byla dokončena mohutná Hooverova přehrada s elektrárnou o výkonu 1 250 MW.
  • 1961: Zahájen provoz elektrárny Orlík na Vltavě.

Větrné elektrárny

  • 1935: U Černého moře uvedli ruští inženýři do provozu větrnou elektrárnu s výkonem 100 kW.
  • 1941: V americkém Vermontu byla spuštěna větrná elektrárna Putnam s plánovaným výkonem 1 MW. Kvůli vadě materiálu v hřídeli lopatek však byla odstavena.
  • 1957: Větrné turbíny se začaly objevovat v Dánsku a Německu, ekonomicky však nedokázaly konkurovat tepelným elektrárnám.
  • 1993: V lokalitě Dlouhá Luka u Duchcova v Krušných horách byla postavena první větrná elektrárna u nás.