Vodní elektrárny patří k nejekologičtějším obnovitelným zdrojům energie. Možnosti jejich využití však snižovaly problémy s omezováním migrace ryb a problematické nasazení na tocích s menšími průtoky a spády. Letošní únorové spuštění první tzv. malé šachtové vodní elektrárny u Grossweilu v bavorském Loisachu korunuje dlouholeté úsilí evropských energetiků o vylepšení biodiverzity těchto zařízení co do ochrany ryb a vlastní očisty toků, která je nejčastější překážkou jejich výstavby. V tomto úsilí dosáhla v posledních letech zajímavých úspěchů i Česká republika, jak to ocenil evropský program Natura 2000. Aktuálně okolo necelých dvou tisícovek na našich řekách dnes vybudovaných malých vodních elektráren MVE (s výkony do 10 MW) se na celkové energetické bilanci ČR sice podílí výkonem 1 000 MW, jde však o „zelenou“ obnovitelnou energii, s výrazným vlivem na čistotu přírody a ochranu klimatu, regulaci oběhu vody a ochranu krajiny proti povodním. Většina z nich na způsob jezů zdvihajících hladinu o 2–4 m je vybavena turbínami všech dodnes vynalezených nízkotlakých typů vodních turbín (Bánkiho, Francisových, Kaplanových vrtulových turbín, tzv. vírových turbín a nejnověji i s Archimedovým šroubem). Vybaveny jsou i několikanásobnými přechody ryb, česlicemi a mřížemi čistícími tok od toho, co řeka cestou strhává. Co do principu jde převážně o průtočné typy, výjimečně pak o akumulační vodní díla. Pilotní projekt šachtové MVE mnichovské univerzity s jednou turbínou o výkonu 35 kW, chráněnou vstupem s česlicemiPár vírových turbín MVE Želina o výkonu 29 kW spuštěných v červnu 2016 na Ohři u KadaněMVE Planá na Vltavě se třemi šroubovými turbínami s celkovým výkonem 600 kW se dostala i do Guinnessovy knihy rekordů 2017 PŘEDNOSTI ŠACHTOVÝCH MVE Koncept turbíny i šachtové MVE, který je patentovaným dílem týmu katedry hydraulického inženýrství a vodního hospodářství na Technické univerzitě v Mnichově, chrání přírodu už tím, že tok řeky nemusí být odkloněn a šachta s turbínou a generátorem může být zřízena jak uprostřed koryta řeky, tak podél břehů. Menší část toku se přelévá přes jez vysoký 2,5 m. Vybetonovaná vodní šachta s přepadovou hranou na horní hladině je kryta kovovou mříží zabraňující vtažení ryb nebo plovoucích předmětů do turbíny. Dvouhřídelová turbína jednotky je bezpřevodově propojena s generátory o výkonu 420 kW a za normálních podmínek průtokem 22 m3/h vyvádí vodu pod jez difuzorem. Celková účinnost dosahuje téměř 86 %, a starší typy turbín tak převyšuje téměř o pětinu. Výkonem pokrývá elektrickou spotřebu Grossweilu. Jedinou „rušivou“ venkovní častí projektu je na břehu stojící transformovna, sloužící i jako bezobslužná řídicí část vodního díla. Do šachty umístěný turbínový agregát má praktické bezúdržbové těsnění a případné opravy lze provádět jeho vyzvednutím z betonového lůžka autojeřábem. Ryby mohou po proudu plavat bez omezení přechodem nad šachtovou mříží, přes hlavu jezu nebo dvěma otvory v jezové desce. Proti proudu vystupují paralelně běžícím postranním rybím schodištěm v betonovém žlabu, jehož tvar vytváří dole tzv. vábící proud, jehož vlastnosti přitahují téměř všechny druhy ryb. Úspěšné zkušenosti vedly k tomu, že u univerzitou založené společnosti Hydroschaft si projekty jejích variant téměř ihned objednalo 12 dalších plánovaných MVE v okolí Neckaru. MVE ŽELINA SPOJILA TECHNOLOGIE DVOU STOLETÍ Když si naše Kadaň roku 1998 vybudovala na želinském meandru Ohře první malou vodní elektrárnu s párem Francisových turbín o výkonu 294 kW, nikdo netušil, že se o ní bude psát po celém světě ještě jednou v následujícím století. Při její rekonstrukci k nim totiž přibyla světová novinka – tzv. násosková vírová turbína, na jejímž vývoji je podepsán profesor František Pochylý z VUT Brno. Tedy z místa, kde se v letech 1910–12 zrodila světově legendární turbína Kaplanova. Vodu na turbíny dodnes přivádí 166 m dlouhý tunel od 2,9 m vysokého betonového jezu, dílo spadá pod skupinu ČEZ ve správě elektrárny Tušimice. Vírová turbína obrací typický princip Kaplanovy turbíny. Voda vstupuje do jejího oběžného kola ve směru osy rotace a vystupuje jako rotující proud. Obejde se proto bez spirály i bez rozváděcího kola, což agregát výrazně zjednodušuje a zlevňuje jeho výrobu. Navíc pracuje s vyššími otáčkami, proto může pohánět alternátor bez nákladné převodovky. Brněnský tým dospěl modelovými pokusy k poznatku, že násoskové nízkonákladové vírové turbíny najdou uplatnění zejména v lokalitách se spádem od 1 do 5 m a vyplatí se i u nízkých průtoků počínaje 0,2 m3/s. Hodí se proto zejména k nasazení u menších jezů, starých náhonů nebo k využití energie odpadní vody z průmyslových objektů. Dvojice nových želinských vírových turbín s výkonem po 29 kW zvýšila roční výkon původní elektrárny ročně o 200 MWh, což pokryje spotřebu stovky dalších domácností. Brněnský vývoj pokračuje dále a mezi první zájemce o jejich vírové turbíny se zařadila i Indie. V dubnu 2020 spuštěná první šachtová MVE v Loisachu v pohledu z dronu (shora dolů: rybí schodiště, šachta s dvojicí turbín o výkonu 420 kW, jez s propustnými okny)Foto z dronu zobrazuje v horní části řešení rybího schodiště vedle strojovny MVE Planá a betonový jez s propustí ARCHIMEDŮV ŠROUB UMOŽŇUJE „NEJZDRAVĚJŠÍ“ PŘECHOD RYB U MVE Projektanti MVE musejí souběžně s vodním dílem řešit možnost, jak zajistit rybám a vodním živočichům přirozený pohyb při migraci, který je podmínkou zachování jejich života a diverzity ve vodním toku. Až v poslední době se projektanti přesvědčili, že nejrozšířenější kategorie ryb při vhodném provedení (velikosti, sklonu, rychlosti průtoku, tvaru šroubových lopatek) najdou i obousměrný přechod přes jezy, na kterých se v roli turbíny použije vhodně tvarovaný Archimedův šroub, který tak víc než po dvou tisíciletích od svého vynalezení nachází nové použití. Výstup do horní hladiny nesmí být blokován česlemi nebo mřížemi, aby ryby nebyly dezorientovány a mohly pokračovat v přirozené cestě proti proudu. Archimedovým šroubem vybavenou malou vodní elektrárnu na říčce Eger v bavorské obci Schlagweidemühle vyrobenou naší Sigmou v Hranicích poprvé vybavili její spolupracovníci prof. Ing. K. Rada a inženýr K. A. Radlík již v roce 1997. Rakouský výrobce Hydroconnect ho jako novinku představil u malé vodní elektrárny na řece Jessnitz u Neubrucku. Ryby až do délky 30 cm propouští v turbinovém i čerpacím provozu při průtoku nad 1 000 l/s ve spádu 3,3 m. Obdiv evropských hydrologů se pak přenesl na rekonstruovanou rakouskou MVE v Kindbergu na řece Mürz, kterou štýrský BNEA-Electric vybavil v roce 2007 v té době nejvýkonnější turbínou se šnekem o průměru 3,6 m, schopným při průtoku 6 m3/s poskytnout výkon 160 kW. 19 m dlouhý šroub o hmotnosti 25 t se otáčí v ocelovém žlabu 20 až 25 ot/min. Jak ukazují zkušenosti, z velínu elektrárny dálkově a automaticky ovládaný agregát ročně zásobuje místní veřejnou síť až 500 MWh, což region zbavuje roční ekologické zátěže nejméně 600 tun CO2. Zmíněný rakouský výrobce dnes uplatňuje svoje šnekové turbíny s plnoautomatickým dálkovým ovládáním na řadě rakouských řek. Nadšeně jej přijímají ochránci přírody, kteří jej označují jako „fish-friendly“. V současné době je v EU nabízí už desítka firem s výkony od 10 do 500 kW, nahrazují mlýnská kola a u vodních nádrží využívají energie z dosud jalových odpadů. Větší spády vyžadují strmější žlaby (sklon kolem 30°) a dvouchodé šneky, pro menší průtok jsou vhodnější šneky trojchodé, výjimečně i čtyřchodé. Velké spády omezuje průhyb delších hřídelů a nutnost dodržení mezery kolem 5–10 mm mezi hřbetem lopatek a žlabem. Mohou však být nasazovány i v nečisté vodě a obejdou se bez jemných česlic. Žlab může být polootevřený nebo se šroub otáčí v šikmé rouře. Otáčkami v rozsahu 20–80 ot/ /min šroub podpíraný patním ložiskem pohání horním hřídelem asynchronní generátor přes převodovku. ČESKÝ TRIUMF SE ŠROUBY V PLANÉ NAD VLTAVOU Roku 2011 se do vývoje, výzkumu a výroby šnekových turbín zařadila i česká akciová společnost Kovosvit MAS v Sezimově Ústí. Prostřednictvím nově zřízené divize MAS-Hydro se pustila do projektu a výroby zatím v EU nejvýkonnější MVE na Vltavě v Plané u Českých Budějovic. Místo původně plánovaných dvou konvenčních Kaplanových turbín navrhl Kovosvit soukromému majiteli nejpokročilejší řešení v použití tří šnekových turbín s výkony po 200 kW. Šnekové rotory s průměrem 4,1 m, dlouhé více než 14 m, mají hmotnost 23 tun. Celé zařízení MVE včetně kompletního systému řízení bylo uvedeno do zkušebního provozu koncem roku 2015. /Ing. Jan Tůma/
