Studenti

Článků v rubrice: 265

Malá vodní elektrárna tématem studentů na ENERSOL 2011

Všechny energetické zdroje mají své místo a úlohu v zajištění dostatku elektřiny. V hodinách fyziky ve škole ale není vždy dost času, abychom se o nich dozvěděli vše potřebné. Proto existují projekty pomáhající lépe se v oblasti energetických zdrojů orientovat. Jedním z nich je projekt ENERSOL (letos již 8. ročník), v jehož rámci vznikají a soutěží studentské práce věnující se obnovitelným zdrojům a úsporám energie. Aby si čtenáři Třípólu udělali představu o úrovni těchto prací, přinášíme doslovné znění studentské práce Petra Šmejkala a Daniela Slaby z Integrované střední školy technické Benešov, která reprezentovala Středočeský kraj na národní přehlídce ENERSOL 2011 v Jihlavě.

Fotogalerie (3)
Petr Šmejkal a Daniel Slaba při prezentaci své práce

Úvod

Vodní elektrárny využívají stále se obnovující energii vody. Při výrobě nepotřebují žádné suroviny a nevyrábějí žádný odpad. Vodní elektrárny zmenšují potřebu výroby v tepelných elektrárnách a tím přispívají k zmenšení produkce popelovin a oxidů uhlíku, dusíku, a síry. Vodní elektrárny s nádrží mohou sloužit jako zdroj pro odběr vody průmyslové, závlahové i pitné.

Vodní elektrárny mají řadu specifických vlastností. Např. přečerpávací vodní elektrárny mohou operativně řešit zvýšenou potřebu elektrické energie v období energetických špiček. Zatímco jaderná energetika je relativně mladým oborem, energie vodních toků patří k nejstarším energetickým zdrojům, které se lidstvo ve své historii naučilo využívat. Vodní kola, zprvu horizontální a později vertikální, se pro nejrůznější účely používala již před tisíciletími.

Ve vodních elektrárnách voda pohání turbínu. Turbína je spojena s elektrickým generátorem (dohromady tvoří tzv. turbogenerátor). Obdobný princip využívá i uhelná i jaderná elektrárna.

Historie

Vodní energie se využívá již od starověku. Nejprve to bylo k dopravě (splavování lodí a vorů, či dřeva po proudu řek), později k pohonu mechanismů (mlýnů, hamrů, čerpadel – například vodního trkače – a pil). Její využívání v Evropě se rozšířilo ve středověku především zásluhou mnišských řádů (především benediktinů a cisterciáků), jejichž kláštery vodní energii nejen hojně využívaly, ale též si mezi sebou celkem rychle předávaly vylepšení, která zvyšovala efektivitu využití. První vodní elektrárna byla postavena v Appletonu ve státě Wisconsin v USA v roce 1882. Výroba elektřiny je dnes nejčastějším způsobem využití vodní energie.

Velký podíl na celkové produkci elektřiny vykazují vodní elektrárny např. v Norsku (99,5 %), Švýcarsku (60 %) nebo v Kanadě. Důležité jsou přečerpávací vodní elektrárny, které akumulují energii a vyrovnávají rozdílnou spotřebu elektrické energie v různých obdobích. Tím vhodně doplňují jaderné a tepelné elektrárny, které mění svůj výkon velmi obtížně. Mezi obnovitelnými zdroji energie v České republice dominují vodní elektrárny.

Rozdělení vodních elektráren

  • velké vodní elektrárny (nad 10 MW)

  • malé vodní elektrárny (MVE) (do 10 MW včetně)

  • přečerpávací vodní elektrárny

  • přílivové elektrárny

Malá vodní elektrárna

Je to označení pro vodní elektrárny s instalovaným výkonem maximálně do 10 MW včetně. Evropská unie však považuje za MVE vodní elektrárny do výkonu 5 MW. Většina výkonu vodních elektráren (cca 90 %) je z elektráren o výkonu větším než 5 MW a zbylých cca 10 % je z MVE podle evropského řazení.

Malé vodní elektrárny se většinou budují v místě bývalých mlýnů a jezů. Pro konstrukci malých vodních elektráren se často používá Bánkiho turbína, která je konstrukčně velmi jednoduchá a tím i ekonomicky výhodná na pořízení.

Dělení vodních elektráren podle vybraných parametrů


Podle výkonu
  • průmyslové (nad 1 MW)

  • minielektrárny (do 1 MW)

  • mikrozdroje (do 0,1 MW)

  • domácí (do 35 kW)

Podle spádu
  • nízkotlaké (pod 20 m)

  • středotlaké (20 – 100 m)

  • vysokotlaké (nad 100 m)

Podle nakládání s vodou
  • průtokové

  • akumulační

  • přečerpávací

Přečerpávací vodní elektrárna

Jde o speciální typ vodní elektrárny sloužící ke skladování (akumulaci) elektrické energie prostřednictvím potenciální energie vody. Umožňuje řešit problém rozdílné spotřeby elektrické energie během pracovního dne: ráno a v podvečer bývají v odběru elektrické energie ze sítě výkonové spotřební špičky, kdežto v noci je odběr elektrické energie malý. Podobné rozdíly existují i mezi pracovními dny a dny pracovního klidu a volna. Jedná se o doposud jediný technicky proveditelný způsob, pomocí něhož lze vyrobenou elektrickou energii ve velkém měřítku po delší dobu skladovat s minimálními ztrátami.

Přečerpávací vodní elektrárna má dvě vodní nádrže. Jedna z nich je umístěna na níže položeném místě (dolní nádrž), druhá pak na vyšším místě (horní nádrž). Obě dvě nádrže jsou spojeny spádovým potrubím o velkém průměru. V noci se využívá přebytečná energie z elektrorozvodné sítě k přečerpávání z dolní nádrže do horní (elektrárna se v tomto režimu chová jako velký spotřebič elektrické energie, vyrobené z jiných zdrojů energie). V horní nádrži se tak vytvoří velká zásoba vody. Ve chvíli, kdy vznikne v napájecí elektrorozvodné síti potřeba většího množství špičkové energie, je voda řízeně vypouštěna z horní nádrže do dolní přes turbínu vodní elektrárny a elektrická energie spotřebovaná na její noční přečerpání se tak během dne vrací zpět do elektrorozvodné sítě.

Přílivová elektrárna

Jedná se o vodní elektrárnu, která pro roztočení turbín využívá periodického opakování přílivu a odlivu moře a tím nepřímo kinetickou energii rotující Země. Turbíny mohou navíc po vyrovnání hladin přečerpávat další vodu a zvednout účinnou výšku zadržené vody až o další dva metry, či při odlivu odčerpat další vodu z přehrady. Tím se významně prodlouží doba, po níž jsou rozdíly výšek hladin dostatečné pro provoz turbín.

První přílivová elektrárna byla postavena v roce 1913 v Anglii v hrabství Cheshire a nesla jméno Dee Hydro Station. Stavba přílivových elektráren je možná pouze v některých vhodných oblastech, kde je vysoký rozdíl mezi přílivem a odlivem. Příkladem je funkční přehrada při ústí řeky Rance ve Francii. V současnosti se u jejich stavby poukazuje i na značné ekologické dopady na okolí, jelikož zabraňují přirozenému vodnímu proudění a transportu horninových částí, dále znemožňují migraci biosféry a mají i negativní estetické dopady na krajinu. V minulosti existoval ambiciózní projekt v Sovětském svazu na přehrazení úžiny mezi poloostrovem Kola a kontinentální Asií, kde měly být postaveny dvě přílivové elektrárny. Tento projekt však nebyl realizován.

Výhody a nevýhody vodních elektráren

  • Mezi výhody patří zejména to, že energie vodních toků patří mezi obnovitelné zdroje – nelze ji vyčerpat. Zároveň její provoz minimálně znečišťuje okolí.
  • Vodní elektrárny vyžadují minimální obsluhu i údržbu a lze je ovládat na dálku.
  • Mohou startovat během několika sekund a dispečink je tak může používat jako špičkový zdroj k pokrytí okamžitých nároků na výrobu elektrické energie.
  • Přehradní jezera mohou také sloužit i pro další účely, zejména rekreační nebo jako zdroje pitné či užitkové vody. Často bývají vhodné i pro říční rybolov.
  • Nevýhodou je vysoká cena, doba výstavby a u některých nutnost zatopení velkého území vodou.
  • Neopomenutelná je závislost na stabilním průtoku vody.
  • Přehradní hráz dokáže zabránit i menším povodním, velké katastrofální povodně však ovlivňuje velmi málo.
  • Přehradní hráze a jezy brání běžnému lodnímu provozu na řece, takže je nutno vybudovat systém plavebních komor, resp. zdymadel.

Téma pro ENERSOL – MVE Ledeč na d Sázavou

Pří výběru nejvhodnějšího tématu pro projekt ENERSOL jsme se rozhodli pro malou vodní elektrárnu v Ledči nad Sázavou, kde jsme se dověděli mnoho užitečných informací o obnovitelných zdrojích elektrické energie. Největší výhodou obnovitelných zdrojů je, že při jejich provozu nevznikají žádné vedlejší odpady, ale je zde použita síla přírody, v tomto případě vody.

Malá vodní elektrárna Ledeč nad Sázavou


Hlavní údaje o vodním díle
Horní provozní hladina348,72 m n. m.
Minimální dolní provozní hladina346,12 m n. m.
Typ turbínyKB1050K3
Max. hltnost turbíny 5,50 m3s‑1
Min. hltnost turbíny0,86 m3s‑1
Otáčky generátoru762 ot/min
Instalovaný výkon generátoru132 kW
Jmenovitý výkon generátoru116 kW

Náklady na výstavbu areálu a koupě turbín a příslušenství
Turbíny12 mil. Kč
Přestavba areálu + její komponentycca 5 mil. Kč

Závěrem poděkování

Poděkování za ochotu zejména společnosti MAVEL Benešov.
Poděkování za ochotu majiteli elektrárny v Ledči nad Sázavou panu Josefu Bobkovi.

Projekt ENERSOL vznikl v roce 2000 jako mezinárodní projekt Německa, Nizozemí, Itálie, Spojeného Království, Slovenska a České republiky, nejprve s úmyslem sjednotit odborné texty a způsoby výuky o obnovitelných zdrojích na středních školách. Od roku 2004 funguje stejnojmenný český projekt, který nejen vytváří systém vzdělávacích programů o obnovitelných zdrojích a mapuje využívání obnovitelných zdrojů v praxi, ale zahrnuje i odborné semináře a přehlídky a soutěže studentských prací. Podporují ho všechny kraje ČR, ministerstva životního prostředí a školství a další odborné subjekty, sponzorem je i Skupina ČEZ. Mezinárodní seminář ENERSOL 2012 bude 26. a 27. dubna v Hradci Králové a účastníci navštíví Informační centrum Obnovitelné zdroje na Malé vodní elektrárně Hučák.

Petr Šmejkal, Daniel Slaba, ISŠT Benešov
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Vývoj ruského tolerantního paliva

Ruská korporace pro atomovou energii Rosatom dokončila druhou etapu vývoje ruského tolerantního paliva, díky kterému jaderné elektrárny dosáhnou nové úrovně bezpečnosti.

Centrální solenoid: schopen bez vady

Poté, co prošel řadou přísných testů, získal první ze sedmi modulů supravodivých magnetů, které budou tvořit „pulsující srdce“ mezinárodního fúzního ...

Jak se svět připravuje na příval vysloužilých Li-Ion baterií

Lithium-iontové akumulátory patří k nejvyužívanějším typům baterií na světě. S očekávaným boomem elektromobility však jejich produkce výrazně poroste, čímž bude ...

Akumulační teplárna Skupiny ÚJV

Světová spotřeba energie a tepla roste a díky plánům na snižování emisí CO2 se do výroby zapojuje stále více obnovitelných zdrojů energie (OZE).

Přehřívání měst řeší zeleň

Vydlážděná či vybetonovaná prostranství a minimum zeleně. To je problém, který trápí řadu měst. Taková místa totiž akumulují obrovské množství tepla, jež následně vyzařují.

Nejnovější video

Jak funguje PCR test na coronavirus

Krásně a jednoduše vysvětleno se srozumitelnými animacemi. V angličtině.

close
detail