Středotlaké a vysokotlaké Mve

Středotlaké a vysokotlaké MVE

Jedná se o malé vodní elektrárny derivačního typu – jsou to elektrárny, které jsou postaveny na přivaděči odvádějícím vodu z řeky, potoka a níže po toku ji vracejí zpět do koryta. Je možné se také setkat s převodem vody do jiného dílčího povodí. V praxi (na rozdíl od normy) jsou za středotlaké MVE uvažovány ty, které disponují spádem v rozmezí 10 – 50 m, vysokotlaké
pak nad 50 m.
Smyslem derivace je minimalizace ztrát a nashromáždění tlaku, který je turbinou využíván. Přivaděč je typicky tlakový trubní rozdělený na nízkotlakou a vysokotlakou část. Toto schéma je výhodné z hlediska investičních nákladů na přivaděč, který běžně představuje i více než polovinu celkových investičních nákladů na výstavbu MVE. Nízkotlaká část mívá co největší podíl z délky trasy, její spád je minimální tak, aby nedocházelo uvnitř přivaděče k výraznému navyšování tlaku a bylo možné použít slabší stěnu potrubí. Vysokotlaká část ze silnějšího materiálu je ideálně co nejkratší, přímá na turbinu. Mezi nízkotlakou a vysokotlakou částí je zvykem umísťovat vyrovnávací komoru. Ta má za úkol chránit nízkotlakou část přivaděče před vodním (hydraulickým) rázem. V našich podmínkách, zvláště u nových derivačních MVE, je přivaděč navrhován bez vyrovnávací komory, nedělený na nízko- a vysokotlakou část; při vyšších spádech bývá přivaděč dělen na několik tlakových pásem a na tyto pásma je dimenzován. Důvodem toho je složitější majetkové vypořádání pro uspořádání v klasickém schéma. Přeci jen historicky podél potoků a řek vedou cesty, které jsou často ve správě státní organizace, se kterou je možné se na umístění přivaděče dohodnout – formou věcného břemene. U velkých průtoků (řádově desítky m3/s) je pak na zvážení výstavba štoly.
Odběr vody z řeky, potoka realizován běžně ze zdrže vytvořené jezem, u malých potoků přehrážkou. Vzhledem k tomu, že středo- a vysokotlaké elektrárny se nacházejí na tocích, které mají velký spád a typicky zde dochází k vysokým výkyvům průtoku, nesou tyto vody hodně splavenin – písku a kamení, které způsobují abrazi lopatek turbiny. Proto se za odběry navrhují usazováky, proplachy apod. Další možností jsou tzv. tyrolské jezy (viz obrázek), kde je odběr realizován na přelivné hraně, proplach zdrže je pak možné provádět pomocí stavidla zabudovaného v tělese jezu.

Tyrolský jez, řeka Sealggajohka (NO)

Na nižší spády je možné použít ještě Kaplanovu turbinu s rozváděcí spirálou, výhodou je větší rozsah zpracovávaných průtoků a větší účinnost za menších průtoků než je schopna poskytnout Francisova turbina. Pro vyšší spády je pak osazována Peltonova turbina. Vhodnost a ekonomickou smysluplnost je však nutno posuzovat individuálně dle lokality. Svou roli zde hrají totiž nejen rozdílné průběhy účinnostní křivky a náklady na pořízení technologie, ale také náklady stavební v souvislosti potřebného založení stavby a umístění savky (Kaplan a Francis) pod hladinu vody ve vodním toku a geologii v daném místě.

Orientační obecné pracovní oblasti jednotlivých typů turbin.
Investiční náklady na stavbu středotlaké, případně vysokotlaké, jsou značně odvislé od délky přivaděče a jeho dimenzi odpovídající požadavku na provádění maximálního průtoku. Přivaděč může tvořit i mnohem více než polovinu celkových investičních nákladů, proto je třeba klást důraz na správné určení návrhového průtoku a hrubý spád versus délka trasy. Každá lokalita je originál morfologií terénu, průtoky (maximum, minimum, rozkolísaností, tvarem odtokové křivky, …), geologií, kvalitou vody (splaveninový režim), přítomnost stávajícího stupně ve vodním toku, povrch terénu trasy přivaděče,… a je třeba k ní přistupovat individuálně již od počátku.
Ekonomickou smysluplnost projektu lze předběžně posoudit podle níže přiloženého grafu, který je uvažován pro nejjednodušší schéma: odběr vody z vodního toku (dnový, jezový)- přivaděč – strojovna
– výtok. Tento graf slouží pouze jako jeden z podkladů pro rozvahu, zdali je vhodné se danou lokalitou zabývat a postoupit do fáze studie proveditelnosti stavby, kde bude nastavena základní koncepce vodního díla, provedeny základní hydroenergetické výpočty, bilance výnosů a investičních nákladů, ze které pak vychází návrh optimální velikosti MVE a propátrány základní požadavky dotčených osob a institucí. V dalších projektových fázích pak může ještě docházet k menším úpravám podle požadavků, které v místě postupně vyvstanou, základní rámec je však dán hned na počátku.

Vynesením průměrného spádu/délky úseku a průtoku Q90 (dle hydrologických podmínek lze uvažovat až Q60) vodního toku lze získat bod zájmové lokality na níže uvedeném grafu. Pokud bude bod zájmové lokality ležet nad zelenou čarou, jedná se pravděpodobně o lokalitu svými technickými parametry velmi vhodnou pro výstavbu MVE a je vhodné v práci na lokalitě pokračovat. Pokud bude bod zájmové lokality ležet v blízkosti červené čáry, bude se pravděpodobně jednat o lokalitu, která je v blízkosti hranice rozumné návratnosti a její skutečnou vhodnost k výstavbě MVE je třeba prověřit studií. Pokud se bod zájmové lokality bude nacházet hluboko pod červenou čarou, nebude se jednat o lokalitu vhodnou k výstavbě MVE.
Dokument s grafem pro prvotní posouzení lokality si můžete stáhnout v sekci „ke stažení“. Budeme se těšit na setkání nejen nad projekty vodních elektráren.
Ing. Tomáš Rudolf