Před vynálezem parního stroje bylo získávání energie z proudící vody nebo větru jednou z mála možností, jak ušetřit lidskou nebo zvířecí práci. I v současné době hojně využíváme energie proudící tekutiny. V roce 1891 byla postavena první vodní elektrárna v okolí Frankfurtu nad Mohanem a na Niagarských vodopádech. Nebyla to však první přehrada. Ta vznikla v době starých Egypťanů už před 500 lety za vlády faraona Menese, který nechal postavit hliněnou přehradu na řece Nil.
Hydroelektrárna, neboli vodní elektrárna je zařízení využívající kinetickou a potenciální energii vodních toků pro výrobu elektrické energie. Při stavbě vodní elektrány je třeba znát výkon části proudu. Označíme-li Q průtok a h rozdíl výšek hladin uvažované části toku, pak výkon části vodního toku je
Průtok řeky se mění během dne i během roku, proto se graficky charakterizuje závislost průtoku na čase.
Průtoky řek v průběhu roku.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Spád hladiny se zvětšuje vybudováním jezu nebo přehrady. Podle parametrů řeky a geografických podmínek se volí typ vodní elektrárny: průtoční (na rychlých řekách, slouží k celodenní výrobě elektrické energie) nebo akumulační (na řekách s kolísavým průtokem, slouží k výrobě elektrické energie pouze v době špičky). Kinetická energie vody představuje prudké řeky a dostatek srážek po celý rok. Příkladem země ve světě jejíž spotřebu elektrické energie pokrývají převážně hydroelektrárny, je Nový Zéland. V Evropě jsou to například Norsko a Švédsko. V České republice je v provozu zhruba 550 malých vodních elektráren, jejichž výkon nepřesahuje 100 kW. Ty pokrývají spotřebu elektrické energie například pro jednu menší vesnici, nebo jen pro několik domů.
U nás jsou v provozu tři druhy vodních elektráren – průtočné, akumulační a přečerpávací. Z energetického hlediska jsou nejvýznamnější elektrárny akumulační, využívající potenciální energii vody, zadržené přehradními hrázemi. Odtok vody z přehrady a tím i výroba elektrické energie se reguluje podle časového zatížení energetického systému. Tyto elektrárny vyrábí energii převážně jen v době energetických špiček, kdy dochází k největší spotřebě elektrické energie. I u nás nalezneme hydroelektrárny s větším výkonem, příkladem jsou vodní díla Lipno I a II, Kamýk, Orlík, Slapy, Štěchovice a Vrané, které tvoří takzvanou Vltavskou kaskádu.
Přehrada.
Zdroj: Techmania Science Center. Under Creative Commons.
Hydroelektrárna se skládá z několika částí. Bezprostředně na vodní tok navazuje vtokový objekt, například přehrada, která hromadí energii vodního toku a zvyšuje jeho spád. Voda je poté přivedena přes hrubá a jemná česla, která zadrží mechanické nečistoty, do strojovny. Tam se kinetická energie vody přemění pomocí turbíny, generátoru, jehož hřídel je napojena na turbínu na energii elektrickou. Takto vyrobená energie putuje do transformátorovny a dále pak do rozvodné sítě.
Největší objem má v České republice nádrž vodní elekrárny Orlík. Hráz je betonová gravitační, výška hráze je 90 m, délka hráze 500 m a objem nádrže 703,8 mil. m3. Elektrárna byla uvedena do provozu v letech 1961 až 1962. Plochou vodní hladiny (48,7 km²) jej však překonává nádrž přehrady Lipno I.
Ve světě je největší vodní elektrárnou čínská stavba Tři soutěsky. Hráz je betonová, výška 185 m, délka hráze 1725 m a objem nádrže 39 300 mil. m3. Do plného výkonu byla spuštěna v roce 2011. V roce 2014 elektrárna vyprodukovala 98,8 TWh elektrické energie (pro porovnání Temelín ve stejném roce 14,95 TWh). Množství vyrobené elektrické energie se mění podle množství vody v povodí řeky Jang-cʻ-ťiang.
Tři soutěsky.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.Do roku 2011 byla největší vodní elektrárnou na světě Itaipu, která se nachází na hranici mezi Brazílií a Paraguají. Výška přehrady je 196 m, její délka 7760 m, objem nádrže 29 000 mil. m3. Do provozu byla uvedena v roce 1991. Z celkové vyrobené elektřiny spotřebovává cca 96 % Brazílie a 4 % Paraguay, což pro Brazílii znamená pokrytí zhruba 27 % potřebné elektřiny v celé zemi a pro Paraguay dokonce 88 %.
