Tlak na větší zapojení obnovitelných zdrojů do výroby elektrické energie je patrný napříč všemi světadíly. V oblasti výroby energie z vodních zdrojů dominují v posledních letech k přírodě šetrnější řešení. Zejména v evropských zemích se jedná o budování takzvaných průtočných vodních elektráren, které nevyžadují zásadní zásahy do krajiny. V Asii, především pak v Číně, ale stále převládají projekty s obřími rezervoáry vody.

Výroba elektřiny z vodních zdrojů je, na rozdíl od řešení využívajících sluneční energii a vítr, méně závislá na rozmarech počasí či přírodních podmínkách. Velká vodní díla jako Tři soutěsky v Číně či ekvádorská přehrada Coca Codo Sinclair, které využívají velké vodní rezervoáry, pak v podstatě vůbec nejsou závislá na aktuálním průtoku řeky. Tato řešení jsou však často kritizována z hlediska dopadů na životní prostředí a hlavně evropské země se od nich odklánějí.

V našich – evropských podmínkách – tak začínají převládat řešení v podobě průtočných vodních elektráren, takzvaných run-of-river. V oblastech, které nemají vysoké hory, se pak nejčastěji jedná o řeky se stabilním průtokem a řešení využívající jezů, pomocí kterých se vzedme hladina a soustředí spád vody. „Tyto elektrárny nevyžadují stavbu přehrady a zaplavení území nad elektrárnou, což znamená i menší odpor z hlediska přijatelnosti veřejností. To je zároveň nevýhodou v případě, kdy není stabilní průtok, protože toto řešení neumožňuje kvůli absenci nádrže akumulaci vody,“ vysvětluje Pavel Rudolf, vedoucí Odboru fluidního inženýrství Viktora Kaplana z Energetického ústavu Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně.

V Evropě je podle něj asi 15 procent celkového výkonu ve vodních elektrárnách dodáváno právě průtočnými elektrárnami. Typickou evropskou zemí využívající průtočné vodní elektrárny osazené Kaplanovými nebo přímoproudými Kaplanovými turbínami je Rakousko na dolním toku Dunaje (Ybbs-Persenbeug, Melk, Aschach, Greifenstein, Freudenau, celkový výkon asi 5,7 GW). „Dále je to Německo na dolní části Rýna nebo Švédsko na svých delších řekách. V Česku mezi novější elektrárny tohoto typu, postavené po roce 2010, patří například Obříství, Litoměřice či Štětí na Labi,“ dodává Pavel Rudolf s tím, že evropský potenciál u velkých řek je prakticky vyčerpán a zbývají tak lokality zejména pro malé vodní elektrárny.

Podle Cechu malých vodních elektráren mají průtočné vodní elektrárny v našich podmínkách svůj smysl. Více vody v řekách teče na konci podzimu a v zimě, kdy je elektřiny obecně málo. Pozdně podzimní a zimní nedostatek elektřiny se v Česku bude ještě prohlubovat s předpokládaným dalším masivním rozvojem fotovoltaických zdrojů, respektive s odstávkou uhelných zdrojů. „Vodní elektrárny tedy vyrábějí a budou vyrábět maximum elektřiny v době jejího nedostatku, jde tudíž o cennou elektřinu. Výroba z malých vodních elektráren v České republice navíc kolísá spolu s průtoky velmi pozvolna. I proto například dispečink České přenosové soustavy v přípravě provozu na delší období odhaduje výkon malých vodních elektráren trvale na 300 megawattů v zimním období a na 200 megawattů v letním období,“ říká Vladimír Zachoval, předseda Cechu malých vodních elektráren.

Podle Karla Kramla, ředitele společnosti Stream HYDROPOWER, která se na řešení malých vodních elektráren specializuje, dosahuje průtočná vodní elektrárna například při porovnání se solární elektrárnou minimálně čtyřnásobně vyšší roční dodávky energie do sítě. „A přestože dodávaný výkon klesá s průtoky v řece v období suchých měsíců, je možné vodu akumulovat v jezové zdrži a elektrárnu provozovat ve špičkovém režimu, tedy v době největší denní spotřeby energie. V praxi to v případě malých vodních elektráren znamená větší nádrž nad jezem, v podstatě vznik malého horského jezera,“ vysvětluje Karel Kraml.

Horské lokality mají potenciál pro budování derivačních vodních elektráren

Významný potenciál pro výrobu elektrické energie pak mají podle odborníků právě horské oblasti bohaté na vodní zdroje. V těchto oblastech se setkáváme především s derivačními průtočnými vodními elektrárnami, které vodu z řeky odvádějí a následně ji zase do vodního toku po několika kilometrech vracejí. Na rozdíl od přehrad nevyužívá toto řešení Kaplanovy turbíny, ale spíše turbíny určené pro velké spády, jako je Peltonova či Francisova.

„Toto řešení umožňuje využití hydro-energetického potenciálu větší části řeky v řádech několika kilometrů, v některých případech až desítek kilometrů. Samotné stavební objekty jsou malých rozměrů a většinou nevyčnívají z krajiny. Odběrný objekt z řeky představuje obyčejně jen několik metrů vysoký jez s podzemní sedimentační nádrží na odstranění písku z říční vody, trubní přivaděč se pak vede buď pod zemí, anebo po povrchu a strojovna má charakter malé průmyslové stavby, u které se v posledních letech objevují designová provedení dle moderní architektury,“ popisuje Karel Kraml, ředitel společnosti Stream HYDROPOWER.

Pro realizaci derivačních vodních elektráren jsou podle něj ideální místa s vysokými horami a velkým srážkovým úhrnem. „Jako příklad mohu vzít horskou řeku, která na třech kilometrech klesá o 300 výškových metrů. Využiji průtok 2,5 metru krychlového za sekundu a mám šestimegawattovou vodní elektrárnu, přičemž oběžná kola turbín budou mít průměr jeden metr. V českých podmínkách byla naposledy šestimegawattová elektrárna dokončena v Litoměřicích s obrácenými parametry – průtok 300 metrů krychlových za sekundu a spád 2,6 metru, takže průměr oběžných kol turbín je přes pět metrů. Náklady na realizaci jsou pak samozřejmě násobně vyšší,“ uvádí rozdíly Karel Kraml.

Česká republika má tak pro toto řešení příliš nízké a hustě osídlené hory. Vzít v takové lokalitě vodu z řeky, vést ji do derivační vodní elektrárny a vrátit po několika kilometrech zpět do toku by znamenalo, že voda bude chybět obcím, průmyslovým podnikům či vodákům. Ze zemí ne příliš vzdálených je pro instalaci těchto run-of-river řešení podle Karla Kramla ideální například Gruzie, kde má tým společnosti za sebou realizaci elektrárny s výkonem 2 MW. Země nabízí více než 300 řek vhodných pro výrobu elektrické energie, vrcholky gruzínského Kavkazu navíc na mnoha místech pokrývají ledovce, jejichž odtávající voda zásobuje řeky vodou i v létě, kdy horské toky bývají sušší.

Velmi intenzivní výstavba probíhá podle Karla Kramla v posledních 30 letech v Malajsii, v Indonésii či na Filipínách. „Jsou to hornaté země se srážkovými úhrny dva až čtyři tisíce milimetrů ročně. Naše firma dodává projektovou dokumentaci na několik projektů v těchto zemích a další české firmy poté technologii, která patří mezi světově uznávanou. Další boom probíhá v Andách v Jižní Americe, projektovali jsme patnáctimegawattovou elektrárnu v Bolívii v době vlády Eva Moralese, následně jsme řídili i výstavbu, při níž byla opět využita technologie od českých firem,“ říká Karel Kraml s tím, že zájem o derivační průtočné vodní elektrárny projevila také třeba Nigerie, kde by technologie jakožto rozptýlený zdroj energie významně stabilizovala a posílila místní síť.