Vodní energie (I) - zdroje vodní energie

Otův slovník naučný říká, že "vodní energie je technicky využitelná potenciální, kinetická, nebo tepelná energie veškerého vodstva na Zemi". Wikipedie dodává, že "na elektřinu se přeměňuje ve vodních elektrárnách."

Vodní energii, vodním elektrárnám, ale především tzv. malé vodě bychom se chtěli pravidelněji věnovat i na stránkách tohoto portálu. Vodní energie neoddiskutovatelně patří k vývoji civilizace. Pomineme li topení biomasou či chcete-li klasicky, dřevem, pak byla technologicky nejdříve ovládanou obnovitelnou energií a dodnes patří stále k nejvíce využívaným zdrojům čisté energie k výrobě elektřiny vůbec.

Energie moře a oceánů

Největší potenciál vodní energie se však zatím nedobytně skrývá v mořích a oceánech v podobě energie tepelné. Oceán je jako obrovský akumulátor, jeho objem představuje 1,3 miliardy krychlových kilometrů (!), což představuje 97% veškerého vodstva planety Země. [1] Využití teplotního spádu mezi povrchovými vodami již je s jistými úspěchy realizováno. Jedním z projektů je systém označovaný jako Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC), jež byl experimentálně odzkoušen a jsou budovány projekty o výkonech desítek megawatt. [2] V plném proudu jsou např. přípravy na výstavbu 3 MW provozu v Republice Palau. Palau je rovníkový tichomořský ostrůvek, který nemá žádné vlastní zdroje fosilních paliv a jejich dovoz je pak ekonomicky srovnatelný se získáváním energie z oceánů. Pro obdobné státy, např. Cookovy nebo Marshallovy ostrovy, Kiribati, Guam, Tonga, Tuvalu atd., může být OTEC jediným a spolehlivým zdrojem elektrické energie. Dále např. Indie, kromě svého jaderného programu, plánuje do budoucna výstavbu až tisíce podobných systémů o výkonech dosahujících 50 MW.

Možnosti využití tepelné energie skrývají i různé proudy vznikající mezi částmi oceánů s rozdílnými teplotami. Největší význam z energetického hlediska má Golfský proud. Jeho teoretický výkon dosahuje až 25 000 MW. [1] Existuje řada projektů o využití velkých turbín, ovšem všechny projekty tohoto využívání mořských proudů s sebou však nesou velké riziko. Hrozba je spjata se zpomalením Golfského proudu a možné katastrofické důsledky na klima modré planety se dají stěží odhadnout.

Taktéž prozatím nevalných výsledků dosáhli ruští vědci při zkoumání využití tepelného spádu mezi vodou nezamrzajících arktických řek a ovzduším, který těží z rozdílu teplot (0°C až 4°C a -25°C až -40°C).

Využití tepelné energie oceánů je však teoreticky možné, různé technologické postupy jsou spíše na začátku svého vývoje a předpokládá se spíše snižování jejich ceny. Naopak současná výroba energie založená na fosilních palivech bude svou cenu neustále zvyšovat.

Fialové a modré uhlí

Fialové uhlí, tak je někdy označována energie mořských vln. Tato energie vznikající působením větru případně podmořskou činností je však velmi nestálá a nerovnoměrná. Její potenciál a síla mořských vln dokáže být obrovská, známé jsou např. katastrofické důsledky vln tsunami (z japonštiny vodní stěna) v posledních letech.. Její praktické využití je problematické, výzkumy s plovoucími pontony a turbínami nevedly k uspokojivým výsledkům.

Jiné mechanické energii vyskytující se ve formě přílivu a odlivu na pobřežích pevniny se říká slapová energie, někdy též modré uhlí. Její původ se nalézá v přitažlivosti Měsíce a Slunce. Využití cyklického kolísání hladiny v přílivových elektrárnách při přílivu a odlivu je velmi nadějné. Funkce takovéto elektrárny je pak jednoduchá. Hrází s otvory stoupá (období přílivu) případně vytéká (období odlivu) voda a ta zaplavuje pobřeží za hrází. V otvorech hráze jsou umístěny reverzibilní turbíny, které se jak při přílivu, tak při odlivu roztáčí. Kolísání hladiny dosahuje průměrně 4 m, výjimečně na různých místech planety např. u Nového Skotska (Severní Amerika) však 18 až 20 metrů.

Energie vodních toků a uhlí bílé

V současné době je technicky nejvíce využívána mechanická energie vodních toků tzv. bílé uhlí, která zajišťuje zhruba jednu pětinu celkových světových dodávek elektrické energie. Což v celosvětovém měřítku není zdaleka málo. Bylo by jistě žádoucí tuto hodnotu i v budoucnu udržet, ovšem obávám se, že přes veškeré zvyšující se úsilí o využívání tohoto potenciálu nemůže kopírovat růst vzrůstající spotřeby energie.

Informace získané od členů výborů organizace WEC, doplněné daty publikovanými ve studii The International Journal on Hydropower & Dams, indikuje, že světový celkový technicky využitelný potenciál vodní energie je zhruba 14 400 TWh/rok, ze kterých pouze něco přes 8 000 TWh/rok je v současné době považováno za ekonomicky využitelné pro další rozvoj. Instalovaná kapacita generující vodní elektrickou energii je zhruba 692 GW, s dalšími zhruba 110 GW ve výstavbě.

Graf: Vodní energie - technicky využitelná kapacita a produkce roku 1999, podle regionů

Přehrada Tři soutěsky

Na tomto místě nelze nezmínit megalomanský a rozporuplný projekt Čínské republiky. Přehrada Tři soutěsky (čínsky San-sia) budovaná na třetím nejdelším veletoku světa Jang-c'-ťiang (Dlouhá řeka) bude ukrývat nejvýkonnější hydroelektrárnu na světě. Základním prvkem jí bude gravitační betonová hráz, která již například spotřebovala 30 milionů kubických metrů cementu (!) Instalovaný výkon turbin dosáhne 18,2 GW a elektrárna by mohla být dokončena v roce 2010. Projektů obdobného charakteru má čínská vláda připraveno hned několik. Je zde ale předpoklad, že pod tlakem zbytku světa dojde k realizaci již pouze některých menších, životnímu prostředí snad příznivějších děl.

Situace v ČR - její zdroje a potenciál

V České republice je z logických důvodů možné využít pouze mechanické energie řek a potoků. Dle aktuálních statistik ERÚ a MPO je v provozu cca 1400 vodních elektráren. Celkový instalovaný výkon těchto zdrojů představuje 1,02 GW. [4] Proti jediné budované čínské elektrárně se zdá tato hodnota neuvěřitelně nízká. Vše je samozřejmě dáno polohou naší republiky - přírodními podmínkami, jejím hydroenergetickým potenciálem. Výstavba vodních elektráren má však v České republice bohatou tradici. Zdá se to neuvěřitelné, ale literatura udává, že ve 30. letech minulého století bylo na území bývalého Československa v provozu více než 11 000 vodních elektráren! [4] Všechny tyto elektrárny by se řadily do skupiny tzv. MVE (malá vodní elektrárna). Toto označení se u nás užívá pro elektrárny s instalovaným výkonem pod 10 MW. Pouze 8 elektráren na území našeho státu tuto hodnotu přesahuje. Byly vybudovány ve 40 - 70 letech 20. století vesměs v rámci Vltavské kaskády. Největší elektrárna Orlík má instalovaný výkon 360 MW. Následují Slapy, Lipno I, Kamýk, Štěchovice I všechny ve vlastnictví skupiny ČEZ a.s. [7]

Technicky využitelný potenciál naší republiky se zahrnutím všech aspektů zohledňujících životní prostředí, osídlení, infrastrukturu a rozmístění průmyslu se odhaduje v průměrně vodném roce na maximálně 3 000 GWh/rok. Loňský rok byl považován za relativně vodný a dle statistik ERÚ celková výroba dosáhla 2 400 GWh/rok z toho 1 300 GWh bylo vyrobeno právě v našich 8 největších elektrárnách.

Z uvedených čísel můžeme číst následující. Co do počtu je potenciál nové výstavby či rekonstrukce starých vodních minielektráren (instal. výkon od 100 kW - 1000 kW), mikroelektráren (od 35 kW - 100 kW) a především domácích vodních elektráren s výkonem do 35 kW značný. V energetické bilanci státu však tento možný zdroj energie nebude hrát žádnou roli.

Rozvoj a rozšiřování MVE se u nás v uplynulých 15 letech obnovil. Jejich oživování přeje současná legislativa výrazně podporující OZE i dotační politika státu a EU. Především díky zákonu o OZE se zlepšila úvěrová podpora těchto realizací bankami a jejich obnovování bude nadále pokračovat s rostoucí cenou energie. MVE k naší republice a její historii patří, mají nezastupitelnou úlohu i proto, že jsou rozptýleny po celém území. Tyto malé bodové zdroje pak významně nezatěžují přenosovou soustavu.

K výčtu zdrojů vodní energie by tedy snad ještě náležela její chemická forma. Ta se v přírodě projevuje vznikem solných roztoků. Jejich koncentrace je však příliš malá na to, aby byla vhodná k praktickému využití.

Odkazy a použitá literatura:

[1] Jiříček, I., Rábl V. AZE 04/2005
[2] Kolektiv autorů, Oceánografický institut Imari, Japonsko
[3] MPO - statistiky OZE
[4] Gabriel, P., Čihák, F., Kalandra, P.: Malé vodní elektrárny. ČVU, Praha, 1998
[5] Kolektiv autorů: Co chcete vědět o malých vodních elektrárnách, ČEZ, a.s., Praha
[6] World Energy
[7] ČEZ a.s.