I.

Mocným článkem národohospodářským moderní doby je všeobecná elektrisace zemí a států. Tj. systematické, stejnoměrné neb poměrům přiměřené rozvedení elektřiny po jednotlivých, navzájem se dotýkajících, tzv. svazových územích a tím poskytnutí možnosti, aby na výhodách upotřebení proudu elektrického se každý mohl zúčastnit. Výhody ty pro zvelebení průmyslu, zemědělství, živnosti, dopravnictví, veřejné i soukromé osvětlování, ba i prostý život občanský jistě netřeba dále zdůrazňovati.

Zdroje takto rozváděné energie elektrické můžeme zařaditi do dvou hlavních skupin: zdroje o pohonu tepelném či kalorické, a zdroje o pohonu vodním či hydraulické. Každý takový pramen energie po jedné stránce přináší možnost a podporu podnikání soukromého i veřejného a přispívá tím jistě i k zvýšení blahobytu obecného; na straně druhé pak může se státi a bývá zdrojem značných příjmů podnikatele. Okolnosti ty byly arci známy a důsledky z nich prováděny jednotlivci, společnostmi, družstvy nebo komunami již před uplatňováním snah po všeobecné elektrizaci. Zejména důvod druhý – možnost zisku – byl příčinou a je dosud vlastním popudem koncese k výrobě, rozvodu a zcizování energie elektrické, projektů, jež se za války i po ní zhusta vynořily, a v prvé řadě arci většinou čelí k získání koncese na výrobu proudu elektrického z energie vodní. I řadu případů nemístného obchodování koncesemi na využití vodní energie lze zaznamenati.

Výdělečný zřetel vedl však a vede k mnohým, se stanoviska celku a z důvodů potřeby racionelného vodního hospodářství naprosto nepřípustným závadám, jež by realisováním mnohého z těchto podniků vznikly, a jichž varovným příkladem jest – bohužel – mnohý ze závodů s pohonem vodním dříve povolených a zbudovaných. Věci, jako každé věci dobré – hleděla se zmocniti, a namnoze se i zmocnila spekulace – a u nás, jak to bývá, hlavně spekulace cizácká. A to pro oba druhy centrál. V oblastech, v nichž se dal očekávati silný konzum energie hleděly se usaditi a většinou se usadily velké podniky, často zahraniční, nebo alespoň nikoli české a hleděly dosíci jakéhosi monopolu, výhradného práva k výrobě i prodeji proudu – ba i k instalacím; o oblastě s očekávaným slabším odbytem energie se nikdo nestaral. Důsledkem této sháňky podnikatelů a samostatného zřizování elektrických centrál obého druhu, namnoze úporně si konkurujících, byla naprostá nejednotnost, bezplánovitost, roztříštěnost a desorganisace celého podnikání elektrářského. To se arci mstilo a mstí na konsumentu i výrobci: tak drahotou výroby a arci i prodeje energie; nespolehlivostí výkonu; nedostatkem nutné reservy pro případ poruchy v centrále; nedostatkem energie v případě dočasné, nadprůměrně velké spotřeby (čili ke krytí tzv. špiček konsumu), atd.

Nelze upříti, že takové soukromé, a namnoze i komunální podnikání urychlilo sice místy vniknutí energie elektrické v širší okruh konsumentů se všemi toho dobrými důsledky a výhodami, jak v prvním odstavci jsou dotčeny; namnoze mělo však za další, nedobrý důsledek nedostatečné využití všech zdrojů energie, jež se má díti vždy způsobem co nejhospodárnějším. Spekulace, vedená téměř výhradně hledisky výdělečnými, vybrala si nejen nejlepší konsum, jak již zmíněno, ale také se zmocnila vždy toliko nejlepších a nejvýhodnějších zdrojů energie; ostatní pomíjela. Tím vzniklo nehospodárné, místy těžko napravitelné plýtvání jimi, zejména při zdrojích vodní energie velmi neblaze pociťované. Proti všem zásadám racionelného vodního hospodářství, jež vyžaduje soustavného využití tratí celých, byly vybírány a zužitkovány toliko partie nejvýhodnější; méně vhodné, jež samy o sobě nyní neposkytují záruk, ba namnoze ani praktické možnosti využití, avšak zcela racionelně mohly býti přiřaděny k trati využité, zůstávají tak ležeti ladem. Výše zmíněnými, spekulační činností podnikatelskou výhradně vyhledávanými středisky velkého konsumu energie byla arci toliko města, větší obce a místa průmyslová; celá velké oblasti zůstávaly elektřinou vůbec nezásobeny. Úkazy ty jevily se netoliko u nás, ale i v cizině, a možno říci vždy tím intensivněji, čím je stát či zem pokročilejší.

Závadám zde toliko letmo a principielně zmíněným má se odpomoci a odpomáhá systematickou, všude nyní prováděnou elektrisací zemí a států. O ni u nás bezesporně náleží zásluha býv. zemskému výboru království Českého, resp. jeho odborům: strojně-elektrotechnickému po stránce organizační, a mladému odboru pro využití vodní energie po stránce projekční a stavebné. Odbory tyto přes veškery obtíže rázu finančního, politického, ba i osobního postupovaly již za Rakouska v záležitosti té s výsledky nejlepšími, a ve vlasti osvobozené pokračují v nich jakožto orgány čes. zemského správního výboru spolu s nově utvořenými nebo věci se rovněž uchopivšími úřady státními se zdarem nemenším.

I v ostatních částech státu našeho otázka využití vodní energie a soustavné elektrisace od doby převratu značně pokročila.

Soustavnost elektrisace vyžaduje jednak doplnění, jinak napravení, místy i zrušení toho, co se před ní stalo. Žádala a žádá tedy, aby byly především zjištěny všechny možné prameny energie jak vodní, tak tepelné, a z nich pak vytčeny ony, které mají nebo mohou míti význam a prospěšnost všeobecnou, nikoli jen místní. Musí býti vyšetřena jejich výkonnost a rentabilita, tedy prospěšnost celku; nejvhodnější z nich vybudujeme neb využijeme nejdříve. Tyto centrály obého druhu tvoří pak základní napájecí body všeobecné, hlavní či primérní sítě rozvodné, dodávající elektřinu o vysokém napětí hlavními linkami po celém území zásobovaném. Z ní pak odbočují a proud po transformaci na nižší napětí k jednotlivým střediskům konsumu, tedy: městům, okresům, průmyslovým centrům atd., rozvádějí sítě druhotné či sekunderní; k těm připojují se rozvodné sítě místní, zásobující po opětné transformaci proudu na napětí užitkové (nyní normalizováno na 220/380 Volt) jednotlivé konsumenty.

Nebylo by vhodným a ani zde není místa k vytčení všech požadavků a možností řešení úloh sem spadajících po stránce technické, právní, komerciální i správní, po stránce organisace výroby, převodu, rozvodu a dodávky energie konsumentům; jen letmo a povšechně uveďme některá hlediska principielní. Tak především o území zásobovaném jako samostatném celku: Bylo by ideálním, aby takové území spotřební či zásobované tvořily veliké jednotky správní – tedy např. celá země (u nás celé Čechy), jak bylo namnoze žádáno. Proti tomu však svědčí různé okolnosti; tak především starší, před uskutečňováním všeobecné elektrisace existující a koncesované svazy neb společnosti místní, s rozlehlou často sítí rozvodnou, sotva by se chtěly svého podniku zříci ve prospěch tak širokého celku. K tomu ještě nejvyšší měrou přispívá okolnost, že do společné sítě rozvodné lze dodávati z více zdrojů proud elektrický toliko zcela stejných základních vlastností – kdežto ve výrobě proudu co do jeho jakosti (zda proud stejnosměrný či střídavý, o kolika fásích a periodách, o jakém napětí, atd.) panovala před vydáním nyní platného unifikačního normálu naprostá nejednotnost, ba přímo rozháranost. Normal ten jest: Generátory či stroje dynamoelektrické vyvozují proud třífázový o 6000 Voltech napětí, a 50 periodách. Vysoké napětí sítí primérních, na něž se proud transformuje, je 22 000 V. Toliko spojení jednotlivých vzdálených oblastí vedením dálkovým stane se linkami o 100 000 V napětí. Napětí užitkové či spotřebové je 220, příp. 380 V. Od normalu toho bylo z důvodu zmíněného nutno prozatím učiniti řadu výminek pro elektrárny a zařízení již existující, která arci nelze rázem zničiti neb přeměniti.

Dalším nejvýš důležitým činitelem, jenž jakési dělení zájmového území v menší celky přímo kategoricky vyžaduje, jsou v různých místech často zcela odlišné poměry hospodářské i výrobní, a tím arci i konsumní. Dle hledisek těch nutno tedy ve skutečnosti postupovati; děje se tak u nás i jinde. Celá zem je rozdělena ve více samostatných území či oblastí zásobovaných a zásobovacích, jež arci nemohou býti omezeny nějak nahodile. K tomu je nutno předem podrobně vyšetřiti očekavatelnou spotřebu energie v různých místech co do množství i způsobu a denní doby jejího využití. Území zásobované hledíme pak vyšetřiti a zaokrouhliti tak, aby obsahovalo různé, pokud možno střídající se druhy konsumu; tedy aby centrály byly jim pokud možno stejnoměrně po celý den zatíženy, čili co nejlépe využity. Tak např. osvětlování večer, pohon průmyslový i rolnický ve dne, průmysl chemický pracující v dobách nejmenšího zatížení centrál – tedy i v noci, průmysl metalurgický aj. Značným konsumentem a do jisté míry i regulátorem spotřeby proudu elektrického mohly by býti zelektrizované dráhy železné. Jeť pravdou, že spotřeba proudu jimi velmi kolísá – čili: špičková zatížení jimi způsobená mohou býti velmi značná; výhodu pro celkové vyrovnání spotřeby proudu a zatížení central mohly by však přinést vystřídáním maxima své spotřeby se špičkami konsumu jiných zájemníků. V té příčině mohlo by značně k vyrovnávání přispěti uspořádání velkého provozu – především ovšem nákladního – v době noční. Také čerpání vody do reservoirů vodovodných, a podobné výkony periodické mohly by se díti v dobách nejmenšího zatížení centrál.

Právním podkladem jednání o podnicích soustavné elektrisace u nás je zákon ze dne 22. července 1919, č. 438 sb. z. a n., a prováděcí nařízení vládní z 25. října 1920, č. 612 sb. z. a n. Zákonem tím povolují se prostředky finanční účasti státu na podnicích všeobecně elektrisačních, jež budou prováděti společnosti či svazy; v nich jsou kromě státu zastoupeny i země, pak korporace místní samosprávy, i soukromý kapitál. Podniky takto budované mohou býti ministerstvem veř. prací prohlášeny za všeužitečné. Tím nabývají společnosti je provádějící, a jako akciové, aneb jako společnosti s ručením omezením konstituované, ihned určitých důležitých práv, tak zejména není jim třeba zvláštní koncese k živnostenské výrobě a rozvodu energie elektrické dle dosud platného nařízení vládního z 25. března 1883, č. 40 ř. z., dále jsou oprávněny k vydávání dílčích dlužních úpisů, mají právo užívací pro elektrická zařízení rozvodná po pozemcích veřejných i soukromých (tedy právo zatížení pozemků těch služebnostmi), a nárok na vyvlastnění nemovitostí i práv, příp. zřízení dalších služebností k provozování podniku nezbytných. Existující již soukromé podniky pro výrobu elektřiny, jichž je k soustavné elektrizaci nezbytně potřebí, mohou býti nařízením zúčastněných ministerstev přeměněny na všeužitečné, a k tomu cíli i zcela vyvlastněny, atd.

Dle zákona ze dne 12. srpna 1921, č. 338, a prováděcího nařízení k němu ze dne 12. května 1922, č. 142 sb. z. a n. je zužitkovaná vodní energie od 1. června 1922 – analogicky se zdaněním uhlí pro pohon tepelný – následovně zdaněna: Z každé effektivné 1 KS hod. (koňské síly hodinové), k pohonu skutečně využité, se platí základní daň 4 h, a přirážka 4 h. Od placení této daně jsou osvobozeny:

  1. zcela: závody malé, až do 2 KS (tzv. koň. sil) výkonnosti,
  2. nevýdělečné, pouze nutné potřebě obyvatelstva sloužící závody obecní, čerpající vodu přímo do zařízení vodovodných; podobně pak nevýdělečné podniky meliorační,
  3. od placení přirážky: závody malé mezi 2 až 5 KS výkonnosti.

II.

Bylo již z počátku řečeno, že hlavními zásobními či opěrnými body všeobecné elektrisace jsou jednak centraly o pohonu tepelném, a to téměř výhradně parní, a jinak hydroelektrárny. Otázky, kde a který z obou druhů těchto central zříditi, rozhodují arci především okolnosti místní – tedy např. vyskytování se vhodného a za přijatelnou cenu získatelného paliva, nebo dosti mocného a s přiměřeným nákladem vybudovatelného zdroje a energie vodní; možnost odbytu neb nepříliš nákladného převodu energie získatelné, atd. Jak patrno, svědčí okolnosti tyto zde ve prospěch jednoho, jinde ve prospěch druhého z obou zařízení; nakonec vždy rozhodují kalkulace hospodářské, úvahy rentabilitní, čili zodpovědění otázky: kterým z obou způsobů při započtení veškerých vydání, jež ještě budou zmíněna, získáme jednotku energie – zde 1 KW hodinu (jednu kilowattovou hodinu) levněji?

Je lidsky přirozeno, že se pro jeden či druhý způsob rozhodneme dle tohoto hlediska prospěchu v přítomnosti; avšak jedné okolnosti nemělo by býti zapomínáno: Zatím co příroda vodní zdroje energie udržuje stále na stejné výkonnosti, působíc tepelnou energií slunce vytrvalý oběh vody mezi mořem a horami, vyčerpávají se zvolna, ale jistě, zdroje energie tepelné především arci ložiska uhelná a zdroje nafty. Nutno připomenouti, že přes veškerou dokonalost moderní mechaniky se vlastně při upotřebování uhlí k vývinu energie hybné tímto materiálem přímo hýří; neboť nejlepší a největší stroje parní využijí asi 15-17 %, drobné a nedokonalé však i toliko 2 % energie tepelné v topivu utajené. Přichází tedy takto nazmar v nejpříznivějším případě 83 %, ale až i 98 % tohoto vzácného materiálu, jehož upotřebení je mnohostranným, a v určitých oborech průmyslu i dopravnictví vůbec nenahraditelným. Uveďme jen výkony metalurgické, řadu průmyslových odvětví chemických, výrobu svítiplynu, výrobky dehtové, barvářství, mnohé materialie lékařské; potřebu domácí; dopravu námořní atd. Máme-li právo vyžadovati energie hybné nebo elektrické dle potřeby, máme arci také povinnost šetřiti s jejími zdroji vyčerpatelnými. Hospodářství uhelné a v té příčině bude jistě vyžadovati jisté regulace a dohledu činitelů k tomu povolaných. Zejména naše zásoby uhelné vyžadují postupu obezřetného. Dle nejnovějších statistik lze odhadnouti zásoby uhlí v Československu: kamenného asi na 4000, hnědého asi na 12.500 milionů tun, čili dohromady asi na 12.300 milionů tun tzv. „uhlí normálného“ (tj. po převedení hodnoty uhlí hnědého na hodnotu uhlí kamenného). Trvání zásob těch lze odhadnouti asi na dobu 150 roků. Oproti tomu udávají se zásoby nynějšího Polska asi na 170.000, Německa asi na 271.000, Anglie s Irskem asi na 190.000 mil. tun uhlí „normálného“, atd. Čísla jistě výmluvná, a pro naše poměry národohospodářské i – výstražná. Jsouť – pravda – země i státy se zásobami ještě mnohem menšími než naše; tak země Skandinávské, Švýcarsko, Itálie, země balkánské, atd. Ty však již příroda sama odškodnila předem druhými, vodními zdroji energie namnoze v takové míře, o jaké my ani sníti nemůžeme. Leč i tak připadá u nás využití vodní energie úkol nemalý.

Podejme hlavní data o množství využitelné i využité energie vodní ve světě i u nás. Data tato, ač se opírají o nejnovější statistiky, jsou arci toliko pouhými dohady, a to zejména v údajích o energii využitelné.

Celkový možný výkon vodní energie ve světě se udává okr. na 520 mil. KS (dle jejího odhadu až na 745 mil KS); z toho připadají na jednotlivé díly světa, v okrouhlých číslech podáno, asi hodnoty vedlejší tabulkou udané.

Srovnáním údajů kolony prvé a čtvrté vidíme, že je ve světě dosud využito toliko asi 5 % využitelné vodní energie. Lze právem očekávati, že užitím umělých prostředků vodohospodářských, zejména nádrží vhodně dimenzovaných, bude možno využitelná množství energie značně, snad i na dvojnásobnou míru zvětšiti. Vodní energie získatelná v Čechách se odhaduje asi na 700 000 KS – arci za užití umělých zařízení odtok vyrovnávajících, jak budou ještě zmíněna. Z toho je dosud využito asi 13 % a ve stavbě asi 4 %. Bude tedy v dohledné době využito asi 17 % vodní energie v Čechách využitelné o instalovaných okr. 120 000 KS. Další je z části projektováno.

Hlavní toky české: Labe a Vltava, zůstanou arci jakýmisi osami celého hydroelektrického hospodářství v Čechách. K tomu účelu má se řada hotových zdymadel na Labi a Vltavě pod Prahou zrekonstruovati; na středním Labi se již při stavbách k možnosti získání energie přihlíží. Dle povšechných vyšetření lze na Labi celkem získati asi 36-40 000 KS, na Vltavě (i s rekonstrukcemi kanalizačních jezů již hotových) asi 210 000 KS. Z toho připadá na část Vltavy nad Prahou asi 190 000 KS. S využitím vodní energie, jež zůstane v této partii úkolem hlavním, má se docíliti zároveň splavnosti zhruba 190 km dlouhé trati Vltavy mezi Prahou a Budějovicemi. Obého má býti dosaženo zhrazením Vltavy v této trati mohutnými stupni, hrázemi pevnými, jichž počet i umístění není dosud přesně určeno. Úvahy dějí se pro počet stupňů mezi 6ti až 17ti; výsledek bude pravděpodobně asi 9 neb 10 pro trať Budějovice-Vrané. V popředí zájmů poslední doby byla otázka zahrazení Vltavy mezi Štěchovicemi a Kamýkem, tedy v trati okr. 50 km dlouhé, jež dle jednoho projektu by se mělo státi jedinou hrází, balvanitou (tj. ze skalních balvanů naházenou, a v návodní polovině nepropustnou vrstvou opatřenou), 80 m vysokou, působící vzdutí 70 m. Projekt ten ani nebylo lze doporučiti po stránce konstruktivně-bezpečnostní, ani nevyhovuje poměrům vodohospodářským na Vltavě, a je nevýhodným i po stránce rentability či výnosnosti podniku. Zhrazení Vltavy v této trati stane se pravděpodobně více stupni nižšími, zřizovanými postupně, jak bude odpovídati vzrůstu spotřeby energie s postupem času.

Z ostatních větších podniků hydroelektrických v Čechách uvedu jenom ony, jež se staví, dokončují, fungují neb v nejbližší době se počnou stavěti.

Spálov, na stoku Kamenice s Jizerou nad Železným Brodem, o ročním výkonu 14,5 mil. KW hodin; staví se.

Navarov, na kamenici; 9,2 mil. KW hodin; projekt.

Litice n. O., na Div. Orlici, 7,2 mil. KW hodin; projekt.

Dvůr Králové (u přehrady v lese království) na Labi, 6,5 mil. KW hodin, dokončuje se.

Střekov na Labi (u Ústí n. L.), 62 mil. KW hodin; se stavbou se počalo.

Z podniků na Střed. Labi prováděných neb projektovaných jmenujme:

Přelouč se 6,5 mil. KW, Poděbrady s 5 mil., Nymburk s 3 mil., Miřovice se 17,5 mil. KW hodin ročně.

Na Ohři: Kadaň, 35 mil. KW hod., podnik městský, dokončuje se.

V jižní polovině Čech:

Vydra s Křemelnou, okr. 50 mil. KW hod.; projekt.

Kaplice na přítoku Malše, 6 mil. KW hodin; staví se.

Letoštice na Vltavě (provisorium), 6 mil. KW hodin; dokončuje se.

Sedlice na Želivce, 6 mil. KW hod.; staví se.

Smrčná na Sázavě, 6,5 mil. KW hod.; projekt.

Přívlaky na Sázavě, 3,2 mil. KW hod.; projekt.

Kamenný Újezd na Sázavě, 8 mil. KW hodin; projekt, studuje se altern, řešení na zvětšení výkonu.

Medník, s nádrží na Sázavě, 17. mil. KW hodin; projekt ve spojení s přehradou Štěchovickou.

Z hotových starších hydroelektráren v Čechách je největší spirova u Vyššího Brodu (Čertova stěna), o výkonnosti 11,500 KS.

III.

Využití vodní energie je moderním a jedním z nejdůležitějších článků celkového racionelního vodního hospodářství. Z ostatních úkolů jeho jen stručně uveďme: zamezení zátop; doplňování vody v toku v dobách sucha; tím podporování plavby vorů, příp. lodí, napájení průplavů; zvýšení výkonnosti závodů s pohonem vodním na toku; odstranění závad hygienických proplachováním toku v dobách sucha; umožnění hospodářského povodňování a stabilizování výše vod podzemních; zásobování osad vodou, aj. Zájmy ty jsou navzájem, i se snahou po využití energie vodní často zcela protichůdnými; nalézti v takovém případě řešení nevhodnější, všestranně vyhovující bývá těžkou úlohou umění inženýrského. Činiteli energie vodní jsou: 1. množství vody, naměřené např. v m3 nebo litrech; označme jej písmenou Q; 2. spád či rozdíl výšek hladin vody horní a spodní, měřený např. v metrech; označme jej H. Pro označení a míry udané podává součin:

E = Qm3 Hm

hrubou vodní energii, udanou v tonometrech. Tu arci všechnu nezužitkujeme; neboť se část energie spotřebuje na přemožení odporů třením, vířením, změnou směru atd. Po odečtení na odpory ty připadajících ztrát energie, tzv. ztrát hydraulických, jež zhruba a přibližně možno udati asi na 25 % energie hrubé, lze vyjádřiti energii effektivnou či skutečně získatelnou v tzv. koňských silách (KS) asi hodnotou:

E eff = 10 Qm3 Hm

To značí: každým m3 vody a každým metrem spádů získáme energie effektivně asi 10 KS.

Oba činitele vodní energie Q i H, hledíme arci samozřejmě ovládnouti, a dle možnosti i zvětšiti. Množství průtočné přirozeného toku, stále v něm kolísající, snažíme se pokud možno vyrovnati, tj.; zachytiti nadbytky jeho (ať zcela neb z části) v nádržích přirozených (Jezera), neb umělých, zřízených přehražením údolí, a využíti je v dobách nedostatku vody, tedy v dobách sucha. Spád využité tratě toku pak zkoncentrujeme do jediného místa, tj. k strojovně.

Dle velikosti spádu řídí se i způsob přívodu vody k motorům vodním – téměř výhradně turbinám; dle toho lze i zařízení ta rozeznávati:

Obr. 85

a) Pro tlak nízký, či nízkotlaká – tj. se spády asi mezi 0,5 – 3, příp. až 5 m, s přívodem vody otevřený. Zařízení takové bývá v principu asi dle náčrtku obr. 85; voda jezem na výši hrubého spádu H vzdutá přichází buď přímo, neb kratším či delším náhonem, jenž ještě více koncentruje spád, ku vlastnímu závodu. Minouc ochranné brlení A, vstupuje do turbinové kašny K, již lze však stavidlem B zčásti či zcela uzavříti a tím též množství přítoku k turb. T zhruba regulovati. Jemnější regulování ruční, a z pravidla i samočinné je pak umožněno zařízeními na turbině samé. S hřídelem N turbiny, jenž bývá buď svislý, nebo i horizontální, jest pak přímo, nebo převodem řemenovým, či ozubeným soukolím spojen vlastní stroj pracovní, jako: elektrický generátor, mlýn aj. – neb případně pomocí převodu na transmissi řada strojů drobnějších, jako: tkacích, obráběcích atd.

b) Pro tlak střední – tj. pro spády asi mezi 3 (5) až 15 (i 20) m, rovněž nejčastěji s přívodem vody otevřeným asi dle náčrtku obr. 85, toliko kašna K, v níž je osazena turbina, je po způsobu šachty provedena využitému spádu přiměřeně hlubší. V novější době zřizuje se však častěji přívod vody k turbině i při těchto spádech uzavřeným vedením, asi jako v následujícím případě c).

c) Pro tlak vysoký (závody vysokotlaké); zřizují se asi podle náčrtku obr. 86 pro spády větší. Spád se koncentruje nebo získává zde různým způsobem: Při tocích o značném podélném sklonu dna (relativném spádu) se toho dociluje pomocí jezů a horních náhonů neb štol. Spádu i množství vody se získává využitím a svedením vody vysoko položených nádrží přirozených – jezer – k strojovnám zřízeným v místech značně nižších. Obdobný asi je účinek nádrží uměle zřízených.

Při závodech vysokotlakových prvého druhu, zřizovaných na tocích o větším relativním spádu, se vzedme voda poblíž horního konce využité trati toku jezem pevným neb pohyblivým; nad ním z nádrže takto vzniklé odbočuje a po svahu břehovém jako otevřená stoka, nebo ve stráni jako štola je zřízen kratší či delší přiváděcí náhon, o značně menším sklonu dna, než má tok. Tím se spád celé tratě využité zkoncentruje k místu strojovny. Nad strojovnou se náhon zpravidla rozšíří v tzv. komoru zásobní či vyrovnávací K, jež bývá často kryta; z ní pak minouc opět ochranné brlení A a uzavírací či vpustná stavidla B, přichází voda jedním či několikerým potrubím P – tedy přívodem vody uzavřeným – k motorům vodním T ve strojovně S.

Motory při vysokých spádech téměř výhradně užívanými jsou nyní v plechovém plášti uzavřené přetlakové turbiny Francisovy, ať tzv. kotlové či spirálové, nebo tzv. kola Peltonova či turbiny korečkové. Turbiny prvého druhu, přetlakové, zužitkují – arci po odečtení tzv. hydraulických ztrát na tlačné výšce – celý hrubý spád H mezi vodou v komoře K, a vodou spodní, i když motor sám je osazen v dovolené (až max. asi 6 m, výnimečně i 7 m) výši h nad spodní vodou, jak asi v náčrtku je vyznačeno. Vliv vyššího osazení motoru je zde paralyzován ssacím účinkem odpadného či ssacího potrubí O, jež arci musí býti neprodyšné a nořiti dosti hluboko do vody spodní. Kola Peltonova, jež musí vždy býti osazena výše, nezužitkují zbytku spádu h; ztráta ta je však při nich nahražena vyšším stupněm účinnosti těchto motorů.

Obdobné je asi zařízení přívodu vody k motorům z nádrží přirozených i umělých; jen komoru vyrovnávací nahražuje tu zpravidla nádrž sama. Instruktivní názor o tom podává náčrtek obr. č. 87, zobrazující hydroelektrické zařízení závodu Queille na říčce Sioule ve Francii. Podstatné součásti celku jsou v obraze stejně označeny jako dříve; v strojovně S jsou k turbinám T o dvojích ssacích troubách O nakuplovány elektrické generátory G. Hloubka vtočných otvorů potrubí odváděcího se řídí především výškou či mocností h´využitelné vrstvy vody v nádrži, jež nesahá vždy až ke dnu; často se zachovává určité, minimální nadržení stálé, pod něž se hladině klesnouti nedá. Někdy však i v takovém případě děje se odvádění vody z nádrže až poblíž dna; při větších hloubkách vody v ní jsou však při tom uzavírací ústrojí značně zatížena, musí býti mohutněji diemensována, a obsluha jich je nesnadnější. Je samozřejmo, že k docílení většího spádu lze za vhodných poměrů strojovnu zříditi i mnohem dále od hráze, jak častěji bylo provedeno.

Zařízení pro tlak nízký a střední, mají-li míti značnější výkon, musí pracovati s větším neb velkým množstvím vody; vyžadují tudíž turbiny veliké, a proto nákladné. Jako příklady k dosud pověděnému uveďme: Závodem pracujícím s největším množstvím vteřinového průtoku turbinami je t. č. Sault S. Marie ve státě Michiganu; ten při spádu 6 m zpracuje v 1 vteřině 900 m3 vody – tedy asi 22kráte tolik, mnoho-li za normálních dob protéká v 1 vteřině Vltavou v Praze (zhruba asi 40 m3). Připadá tedy při udaném spádu na 1 KS asi 16,5 litrů vteřin. průtoku. Oproti tomu závody vysokotlaké využívají častěji tak velkých spádů, že k vývinu značného množství energie stačí průtok několika málo litrů vody v 1 vteřině. Motory jsou tedy rozměrů poměrně značně malých. Případ ten bývá nejčastěji při využití energie vodní jezer vysoko položených.

Nejvyšší spády využité t. č. mají švýcarské závody: Vouvry, využívající vody jezera Tanayského (asi 6 km nad vtokem Rhona do jezera Ženevského) o spádu 950 m a výkonnosti 27 000 KS, a závod Fully, poháněný vodou jezera téhož jména (rovněž při Rhonu, v kantonu Wallis, asi 40 km nad ústím Rhôna do jezera Ženevského), o spádu (dosud největším) 1650 m, výkonnost 12 000 KS. Při tomto spádu vyvozuje každý 1 litr vody 16,5 KW, čili k získání energie 1 koňské síly je třeba toliko okr. 1/16 litru v 1 vteřině. Jen jmény uveďme některá další taková zařízení: francouzský hydroelektrický závod d´Orlu v Pyrenejích (Ariège) o spádu 940 m; španělský Capdella, zásobujíc Barcelonu, o spádu 800 m; švýcarské Viège, o spádu 700 m, Brusio, spád 420 m, aj. Pro nabytí názoru o těchto výškách uveďme, že vrchol rozhledny na Petříně je zhruba 200 m nad hladinou Vltavy.

Seznáváme, že k získání velkých množství energie napomáhá častěji příroda sama: tak přirozenými vodopády, nebo nahromaděním v jezerech značných zásob vodních, jež pak za využití vhodné konfigurace terénu lze svésti ku mnohem níže zřízeným centrálám. V takovém případě jsou tedy i množství, i spády využité, a tím i množství získané energie značnými. Imposantním příkladem toho je v Bavorsku právě budované využití energie vody jezera Walchenského, situovaného poblíže hranic tyrolských. Z něho vytéká říčka Jachen, přítok Isary. Vhodná situace umožňuje, aby do jezera byla sváděna i část vody Isary, čímž upotřebitelný výtok normální z jezera lze zvýšiti na 12,3 m3 v 1 vteřině. Toto pracovní množství vody svede se štolou 1170 m dlouhou na břehové úbočí druhého jezera, Kochelského, jímž protéká jiný přítok Isary, řeka Loisach; jezero to má hladinu o 200 m níže než Walchenské. Maximální výkon závodu (s reservami) bude 168 000 KS, a roční výroba energie 160 milionů kilowattových hodin, jež velký podnik, zvaný „Bayernwerke“, rozvede 100 000 Voltovým vedením hlavním po Bavorsku, i dalších částech Německa.

VI.

Seznavše takto význam vodní energie i hlavní principy jejího využití po stránce konstruktivné, přihlédněme ještě ke stránce ekonomické. Zodpovězme tu především otázku: Proč při všech patrných výhodách těchto zařízení ani u nás, ani namnoze v cizině není vodní energie ještě tak využitkována, jak si dle pověděného zasluhuje?

Bylo uvedeno, že množství průtoků a spád jsou směrodatnými činiteli vodní energie; na vhodnosti a správném stanovení jich je, jak ihned seznáme, závislou i správnost a rentabilita celého podniku. Zejména zjištění a správné určení vhodného množství průtoku, jež béřeme pak za směrodatné pro rozměry zásobních, přívodných, odpadných, regulačních atd. zařízení, jakož i pro motory hydraulické, je úlohou nesnadnou a zodpovědnou. Víme totiž, že množství průtočné v toku přirozeném je podrobeno stálému kolísání mezi jakýmsi minimem (při vodočetných stavech nízkých za sucha) a určitým maximem (za rozvodnění toku). Kdybychom závod zařídili na množství minimálné, pak jsme sice jisti, že budeme míti po celý rok dostatek vody hnací, ale výkon závodu bude nepatrný. Zaříditi závod na množství maximálná také nelze, neboť ta se vyskytují zpravidla jen nějaký den v roce; zařízení by po největší část roku bylo nevyužito, kapitál investovaný nenesl by prospěchu. Je tedy racionelným zaříditi závod na jakési množství jiné, po určitou delší část roku v řečišti se vyskytující, resp. za užití umělých prostředků vyrovnacích na takové množství, jež můžeme jimi po delší část roku zabezpečit. Jeť věcí zkušeností odborných a rentabilitních výpočtů, stanoviti vždy případ nejvýhodnější. Jen zhruba lze opět říci, že za dřívějších poměrů bývalo vhodným, voliti za základ dimenzování veškerých staveb vodních i strojů závodu   tzv. devítiměsíční množství průtokové, tj. ono, které se v roce nejméně po 9 měsíců v toku vyskytuje; změněné poměry nákladů investičních i prodejních vedou v novější době k racionálnosti výstavby i pro množství až i jen tříměsíční. To značí: veškero drahé zařízení závodu je plně využito a nese plně užitek toliko v oné části roku, pro niž je závod zřízen – tedy např. v posledním případě toliko po 3 měsíce v roce; v ostatních měsících se jeho výnosem zúrokuje kapitál investovaný toliko částečně. A právě tento kapitál pořizovací je při závodech s pohonem vodním nejnákladnější součástí celku; zúrokování a umořování jeho vyžaduje často 60 % až 80 % veškerých nákladů výrobních, jež budou ještě v dalším podrobněji zmíněny, kdežto u centrál s pohonem tepelným připadá na zúročení a umoření nákladů investičních toliko 20 až 40 % celkových nákladů výrobních. Připomeňme ovšem opětně, že za to při centrálách tepelných nutno vlastní zdroj energie – palivo – stále draze zakupovati, kdežto při pohonu vodním je voda poháněcí zdarma přírodou stále doplňována. Jsou tedy vlastní výlohy provozovací závodů s pohonem vodním proti závodům tepelným zpravidla velmi malé.

Zmíněná okolnost: percentuelní výše části výrobních nákladů, jež připadá na kapitál investovaný, nikoli po celý rok stejnosměrně neb dostatečně zúrokovaný, jakož i vysoká nyní míra úroková, spojená s jeho opatřením úvěrem, podávají zodpovědění otázky dříve položené, proč se zařízení k využití vodní energie neprovádějí dosud v té míře, jak by zasluhovala. K tomu však přistupují ještě okolnosti další.

Je patrno, že každý závod na pohon vodní pro určitý počet měsíců zařízený nemá po zbývající část roku dostatek vody poháněcí, čili že nemůže vlastními prostředky po tu dobu vyráběti a dodávati takové množství energie, pro něž byl založen. Jindy opět není spotřeba energie tak velkou, jako možnost výroby, nebo kolísá tak, že je jí jednou nadbytek, po druhé nedostatek. Má-li býti výkonnost závodu ve všech případech udržena na stejné výši, musí se tak státi umělými prostředky doplňovacími a regulačními; tak reservami tepelnými nebo hydraulickými, případně akumulací elektrickou atd. K hydraulické akumulaci energie vodní ve velkém náleží zadržování vody v mohutných nádržích tehdy, kdy voda za přívalů se vyskytuje v nadbytku a bez užitku, ba často působíc značné škody, odtéká. V menším měřítku a řidčeji provádí se hydraulická akumulace energie vodní čerpáním vody nadbytečné v době menší spotřeby vyvozenou energií do umělých, vysoko položených reservoirů. Příklady takových zařízení: Olten-Aarburg ve Švýcarsku, neb z nové doby Schaffhausen (vodopád Rýnský) s akumulační nádrží 135 m vysoko položenou, aj. Že zařízení ta zvyšují náklady investiční, a tím i výrobní cenu jednotky energie, je arci samozřejmo.

Avšak nejen poměry přírodou dané jsou příčinou nestejnoměrnosti výkonu centrál; je zde druhý, neméně důležitý činitel tohoto úkazu, v hořejších odstavcích již rovněž zmíněný; nestejnoměrnost spotřeby energie, čili zatížení centrály. To se mění za různých okolností, tak s obdobím ročním, s dobou denní, dle způsobu využití energie, atd. V tom právě jeví se blahodárný, regulující účinek všeobecné elektrisace, byla-li vhodně vyřešena a směrodatné podklady pro ni správně vyšetřeny, že umožňuje krytí vyššího neb kolísavého odběru energie na místě jednom i z centrál vzdálených, do společné sítě pracujících, zatím co konsum v jejich vlastním okruhu je menší, a naopak. Tedy vzájemná podpora a výpomoc je hlavním ziskem takového zařízení. Tím je také umožněno ovládnouti širá území toliko několika centrálami velikými na místě řady drobných závodů místních. Závody velké pracují však mnohem úsporněji než závody malé; je tedy hospodářskou výhodou zpravidla zřízení jedné centrály rozsáhlé na místě několika menších, byť se i na plnou výkonnost vybudovala toliko postupně, přiměřeně vzrůstu konsumu. Tím, jakož i spojením a vzájemnou podporou řady centrál v území zásobovaném docílí se značných úspor, často až 40%, ba i větších, proti nákladům spojeným s výrobou energie v závodech drobných.

Bylo by ještě zodpověděti otázku, jak asi navzájem zaříditi výkony elektráren obého druhu, je-li jejich maximálná výkonnost větší než normální spotřeba, čili mohou-li závody s pohonem jednoho druhu tvořiti druhým reservu. Vlastní výkon hydroelektráren, tj. výkon energie, je přirozeně značně levnější, než centrál s pohonem tepelným; proto za dob dostatečného množství průtočného pracujeme především v centrálách s pohonem vodním. Nastane-li však dočasný nedostatek vody poháněcí a závody jsou zařízeny alespoň pro krátkodobou akumulaci hydraulickou, jak nejčastěji bývá, je zpravidla výhodnějším, krytí pro tu dobu běžnou denní potřebu energie kontinuálně z centrál tepelných, což nevyžaduje zpravidla nadměrných zařízení toho druhu; vodu pak zatím akumulujeme, a využijeme po té náhle, ke krátkou poměrně dobu trvajícímu krytí denních špiček konsumu. Často bývá však s výhodou, ponechati centrálám vodním nejen krytí určité části spotřeby běžné, ale přiděliti jim zcela, neb alespoň z převážné části krytí denních špiček konsumu vůbec. K tomu je činí obzvláště způsobilou jejich stálá pohotovost, arci, je-li dostatek vody poháněcí; vyšší prodejní cena energie špičkové zvyšuje pak rentabilitu podniku hydroelektrického. Asi dle těchto principů vyřešený, správně a bezpečně vyřešenému konsumu energie co do množství i časového rozložení odpovídající plán provozu elektráren do společné sítě pracujících poskytuje možnost snížení nákladů jak investičních, tak i provozovacích na minimum.

Ke konci zmiňme se alespoň principielně, jak se vyšetří cena zdroje vodní energie, čili, jak v běžné mluvě bývá řečeno, jak lze odhadnouti cenu síly vodní předem. Tento výkon vyžaduje opět značných zkušeností odborných a pracných výpočtů kalkulativních. Povšechně lze říci, že cena ta je dána poměrem hodnot: dosažitelné prodejní ceny jednotky energie získané – tedy např. jedné kilowattové hodiny proudu elektrického – k nákladům výrobním pro tutéž jednotku. Do výrobní ceny nutno zde započísti: zúročení a úmor kapitálu investovaného do veškerých staveb hlavních i reservních strojů i sítě rozvodné; veškery výlohy provozovací, udržovací, správní, nájemní, daňové; peněžní hodnotou vyjádřené ztráty energie ve vedení, a všecky ostatní výlohy závodu. Výpočty zde vyznačenými můžeme dojíti a často také dojdeme k výsledkům, jež ukazují, že podnik, na pohled mnohdy velmi slibný, byl by pro vysokou výrobní cenu jednotky energie naprosto konkurence neschopen; je tedy nerentabilní, a od provedení jeho buď zcela, neb alespoň dočasně, do změny poměrů – upustíme.

Letmo je tímto pojednáním vyznačenou mnohostrannost úkolů, různost řešení a národohospodářský význam využití vodní energie doplňme připomínkou, že zhruba lze jednou roční koňskou silou energie vody nahraditi asi výkon získatelný jedním vagonem kamenného uhlí. Přihlédneme-li k dříve zmíněným zásobám vodní energie ve světě získatelné, dosud však jen spoře využité, seznáváme, jaký poklad nevyčerpatelný dala v ní příroda lidstvu, poklad, jejž užitím vhodných prostředků lze obrátiti ve prospěch obecný. Toť asi je jedním z nejbližších úkolů budoucnosti.

Prof. Dr. Ing. Antonín Jílek, Triumf techniky 1924