Gravitační vírová elektrárna – inovace ve vodní energetice?

David Dostál je autorem práce Gravitační vírová elektrárna, s níž se úspěšně zúčastnil studentské soutěže ENERSOL. Pro 3pól na toto téma napsal: „Myslíte, že velké přehradní nádrže, přečerpávací nebo malé vodní elektrárny jsou jediným způsobem využití energie vody? Jeden rakouský vynálezce, Franz Zotlöterer, řekl „ne!“ a přišel s novým druhem vodní elektrárny; ta nejenže vyrábí elektřinu, ale také pozitivně působí na čistotu vody!“ A shrnuje: „Díky obrovskému potenciálu se dá instalovat i na velmi nízkých průtocích. Franz Zotlöterer tvrdí, že by se v Evropě dalo vystavět na 5 miliónů takových vodních elektráren. Perspektivní je i příznivá pořizovací cena elektrárny a stálost výroby elektřiny.“

Stávající podmínky

Velké přehradní nádrže jako zdroj „zelené energie“ slouží spolehlivě už po mnoho let. O jejich pozitivním účinku na řeku však můžeme pochybovat. Přijít na možnost získání energie z vody, při kterém by se nepoškozovalo životní prostředí, se snažilo již mnoho lidí. Franz Zotlöterer hledal efektivní cestu, jak pomocí vodní elektrárny nejen vyrobit elektřinu, ale i v malém potoce poblíž jeho města Ober-Grafendorfu okysličit vodu. Jeho zařízení využívá kinetickou energii toku a současně vodu okysličuje a umožňuje tak bakteriím významným způsobem pomáhat čistit říční vodu.

Princip

Někdo by samozřejmě mohl namítnout, že elektrárna Franze Zotlöterera pracuje na stejném principu jako velké elektrárny. To je však omyl. Turbína v jeho elektrárně nevyužívá rozdílů tlaků hladin jako konvenční turbíny, ale pouze pohybové síly vody. Voda prochází rovným, dlouhým přívodním kanálem a pak se dostane s tangenciálním (pozn. autora: vychýlení do boku – v praxi se provádí usměrněním pomocí zúžení přívodního kanálu) vychýlením do kruhového základu, kde vytváří stále se zrychlující vodní vír, který je ve středu nádrže nejrychlejší. Přitom pohání jednoduchou turbínu. Okysličená voda nakonec propadne otvorem pod turbínou a odvodní kanál ji odvede zpět do vodního toku.

Spása pro řeku?

Tím ale všechny výhody této elektrárny nekončí. Elektrárna navíc „nerozsekává“ vodu, ale otáčí jí synchronně při malých otáčkách (přibližně 300 otáček za minutu). Provoz turbíny tak nepředstavuje mechanické nebezpečí pro ryby. S tím souvisí i další výhoda – konvenční elektrárny přehrazují celý vodní tok a je tedy třeba budovat tzv. „rybí přechody“. To samozřejmě zvyšuje pořizovací náklady elektrárny, což u vírové elektrárny neplatí. Ryby navíc v letním období strádají nedostatkem kyslíku. I tento problém řeší nový typ elektrárny – vodu okysličuje otáčející se turbína a zvíření vody.

Nízkootáčková turbína

První prototyp turbíny se skládal pouze ze dvou stejně dlouhých plastových trubek rozříznutých podélně. Z nadhledu vypadala jako dvě velká písmena S, která jsou kolmo spojena a jejich středy se protínají (v bodu protnutí je umístěna hřídel).

Tento typ turbíny je nízkootáčkový a vynikajícího výkonu dosahuje již při spádu 0,7 m/s a průtoku 1 m³/s. To umožňuje elektrárnu zbudovat v podstatě na jakémkoliv větším potoku. Díky využívání kinetické energie vody nepůsobí na turbínu žádná kavitace, tj. poškození turbíny v důsledku vzniku dutin naplněných vakuem, které posléze implodují. I přes svou jednoduchost turbína dosahuje velmi dobré účinnosti 84 %.

Pilotní projekt

Místem pilotního projektu se stalo město Ober-Grafendorf, které leží přibližně 60 km od Vídně. Elektrárna byla spuštěna na začátku roku 2005. Spád říčky představoval 1,5 m, průtok 0,9 m³/s. Elektrárna fungovala ihned od počátku zkušebního provozu bez problémů při výkonu 7,4 kW a účinnosti 74 % (instalovaný výkon je 10 kW). Za rok vyrobí elektrárna cca 51 MWh elektrické energie. Za osm let provozu elektrárna do konce roku 2013 vyprodukovala 408 MWh elektrické energie. Při průměrné spotřebě jedné domácnosti 2,5 MWh za rok tak stačí zásobovat elektrickou energií dvacet domácností. Závažnější problém se neprojevil nejen během zkušebního provozu, ale ani celou dobu provozu.

O vírové elektrárně jsme již psali:

http://www.3pol.cz/cz/rubriky/obnovitelne-zdroje/964-vut-brno-vyvinulo-novou-virovou-turbinu
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/obnovitelne-zdroje/986-virova-turbina