Říše vodních sil - giganti i trpaslíci

Na sklonku 19. století se začalo velmi rychle šířit využívání vodní energie k výrobě elektřiny. První vodní elektrárna byla postavena v roce 1882 v americkém městě Appleton. V současné době tvoří vodní elektrárny významnou součást energetické koncepce řady států. Dominantní podíl na celkové produkci elektřiny mají vodní elektrárny například v Norsku (99,5 %), důležitou roli ale hrají také ve Švýcarsku nebo v Kanadě.

Největší (nejen vodní) elektrárnu na světě má v současnosti Čína, která před několika lety uvedla do provozu gigantické vodní dílo Tři soutěsky. Výkon této elektrárny činí 22 400 MW a zhruba 13x tak převyšuje výkon jaderné elektrárny Dukovany. Přehradní hráz je dlouhá 2 335 m a vysoká 181 m. Na její stavbu bylo potřeba 27,2 milionu m³ betonu a 463 000 t oceli (to by stačilo na výstavbu 63 Eiffelových věží).

Odvrácenou stranou tohoto obřího projektu je, že při výstavbě byla zaplavena řada archeologických i jinak významných památek a ze svých domovů bylo vysídleno zhruba 1,3 milionu lidí. Stavba rovněž způsobila – a ještě způsobí – řadu významných negativních ekologických změn.

V tomto kurzu Čína pokračuje i nadále: v loňském roce uvedla do provozu elektrárnu Jinping-I na řece Ja-lung-ťiang, jejíž hráz se tyčí do výše 305 m a je tak nejvyšší na světě. Jejích 6 turbín, umístěných v rekordní hloubce 230 m, skýtá celkový výkon 3 600 MW. Vyvést takovéto množství energie z hlubin hráze není ovšem nic snadného, a to zejména kvůli vysokým nárokům na přenosovou kapacitu vedení a prostorovým omezením. V elektrárně proto bylo instalováno speciální plynem izolované vedení (Gas-insulated Line – GIL) od společnosti Siemens, které by mělo tyto problémy eliminovat.

Dlouhá tradice

V České republice v současné době existuje 21 vodních děl, která vyrábějí zhruba 83 % energie získávané z obnovitelných zdrojů skupinou ČEZ (830 MWh elektrického výkonu). Všeobecně je však podíl vodních elektráren na celkové výrobě elektrické energie v ČR poměrně nízký. Vodní toky zde totiž nemají potřebný spád ani dostatek vody. Hlavním úkolem českých vodních elektráren je však sloužit spíše jako doplňkový zdroj a využívat své schopnosti rychlého najetí na velký výkon.

V českých zemích má však využívání vodní energie dlouhou tradici. První vodní elektrárnou v Čechách bylo zařízení vybudované již v roce 1888, a to v Písku. Elektrárna vznikla v návaznosti na úspěch, který sklidila instalace „propagačního osvětlení“ centra města provedená Františkem Křižíkem o rok dříve (Písek se tak stal prvním městem v Čechách se stálým veřejným elektrickým osvětlením.) Na počátku 20. století již existovaly dvě vodní elektrárny i v Praze, a to na Těšnově a na Štvanici. Těšnovská elektrárna byla sice roku 1929 zrušena, ta štvanická je ale po rekonstrukci dodnes v provozuschopném stavu.

Své místo v energetickém systému řady vyspělých zemí mají i malé vodní elektrárny (MVE), tzn. elektrárny s instalovaným výkonem do 10 MW (Evropská unie však považuje za MVE vodní elektrárny do výkonu 5 MW). Tyto elektrárny se většinou stavějí na vodních tocích v místech bývalých mlýnů a jezů, a nejsou tudíž téměř žádným viditelným zásahem do rázu krajiny.

K rodině těchto zemí patří i ČR, kde řada MVE již léta úspěšně funguje. Letos na jaře k nim v profilu stávajícího jezu Štětí-Račice na dolním toku Labe přibyla další a značný podíl na její vysoké technické úrovni má i společnost Siemens. Nový zdroj je osazen dvěma přímoproudými Kaplanovými turbínami a maximální výkon každé z nich je 3,23 MW. Roční výroba elektřiny by měla dosahovat kolem 31,5 GWh.

Skutečnost, že i v České republice se objevují energetické projekty, které mají mezinárodní parametry, dokládá v červenci zahájený provoz unikátní důlní vodní elektrárny v Ostravě. Tato elektrárna využívá výškového potenciálu v 600metrové šachtě hlubinného dolu s ukončenou těžbou k výrobě energie. Úspěšnost tohoto pilotního projektu by významným způsobem mohla ovlivnit rozhodování o budoucím využívání důlních děl k výrobě elektrické energie.

Soběstačné podmořské továrny

Nezapomínejme však, že vodní živel není jen „poskytovatelem“ energie, ale že je i tím, který v jejím získávání brání. Jak známo, mořské dno v sobě skrývá značné množství ropy a zemního plynu. Dostat se k těmto zdrojům je však kvůli obrovskému tlaku vody velmi obtížné. Většina současných těžebních zařízení jsou proto plovoucí plošiny. Tímto způsobem však lze dostupné zásoby ropy a plynu využívat pouze asi ze 40 %. Pokud by se však těžební zařízení nacházelo přímo na mořském dně, bylo by díky většímu množství pump možné využívat zdroje až z 60 %.

Představa ropné stanice pracující bez obsluhy v hloubce několika kilometrů pod mořskou hladinou se může jevit poněkud nereálně, avšak norská společnost Statoil plánuje uvést první stanici tohoto typu do provozu již v roce 2020. Než se tak stane, bude ale třeba provést ještě řadu testů.

Vědci v norském Trondheimu v současné době například zkoumají, jak se chovají součásti energetické sítě, musejí-li čelit extrémním tlakům vody v hloubce několika kilometrů. Na základě výsledků tohoto výzkumu by měl do roku 2020 vzniknout speciální napájecí systém, který bude dodávat elektrickou energii podmořským těžebním zařízením.

„Transformátory, frekvenční měniče a rozvaděče v tomto prostředí musejí fungovat bezchybně, a to minimálně po dobu 30 let, protože opravovat je tam dole by bylo velmi obtížné,“ vysvětlil Jan Erik Lystad, norský inženýr společnosti Siemens, která na projektu pracuje.

Automatizovaná podmořská zařízení by mohla být mnohem výkonnější než stávající těžební technologie, protože díky vlastnímu napájení by mohlo být v trvalém provozu mnohem více čerpadel. Další výhodou by mělo být to, že podmínky na dně oceánu – i když jsou v porovnání s těmi na zemském povrchu extrémní – jsou poměrně stabilní. Teploty se tam stále pohybují kolem 4 °C a neodehrávají se tam žádné bouřky ani jiné mimořádné události. Díky tomu by hlubinná zařízení měla být mnohem méně náchylná k poruchám a jejich provoz by tudíž byl ekonomicky efektivnější, než je tomu u současných těžebních systémů.