Věda a technika v pozadí
Postav přehradu

Teorie

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. 

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. 

Přehradní hráz elektrárny Vír.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.

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. Hráze bývají budovány jako sypané (gravitační), kde hráz vzdoruje tlaku vody svou hmotností a objemností. Budují se i hráze klenbové, kde se proti tlaku vody vzpírá poměrně tenká železobetonová protiproudně vyklenutá skořepina. 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. 

Zajímavost z techniky:
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. Do té doby 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 %.

Tři soutěsky.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons. 

Zajímavost z biologie:
Nejznámějším budovatel hrází v přírodě je bobr a to především v létě, kdy rychle klesá hladina vody v řece. Bobři vydrží až patnáct minut pod hladinou, na zadních nohách mají plovací blány, ocas používají jako kormidlo, průhledná víčka jim slouží jako potápěčské brýle, mají chlupaté pysky, které nepropouštějí vodu, a uzavíratelné uši a nosní dírky, aby mohli pod vodou hryzat. Všechny tyto vlastnosti skvěle využívají ke kácení stromů a stavění hrází. Za necelou hodinu dokáže bobr pokácet strom s kmenem o průměru 15 cm. Čtyři řezáky bobrů jsou svítivě oranžové, protože obsahují železo, jsou tedy extra pevné. Základ bobří hráze tvoří hrubá polena propletená menšími větvemi a jako malta slouží bahno smíchané s listím a rostlinami. Výška hráze může dosáhnout několika metrů. O hráz se bobři pečlivě starají.

Bobr kanadský.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Cheryl Reynolds. Under Creative Commons.