Vydal: nám. Přemysla Otakara II. 87/25, 370 01 České Budějovice Autor textů: Ing. Josef Šťastný Fotografie poskytli: Ing. Otakar Chlouba, Ing. Martin Halama a Ing. Edvard Sequens ze Sdružení Calla, OÖ Energiesparverband Grafy a obrázky byly převzaty z časopisu Alternativní energie č. 6, ročník IV., 2001 Grafika: agentura ef Vydáno v květnu 2004. I. vydání Náklad 1000 kusů. Neprodejné.
Energie vody v přírodě Vodní energie, která je nejdéle využívanou formou energie v historii lidstva, je jedním z nevyčerpatelných zdrojů energie v přírodě. Vyskytuje se v mechanické, tepelné a chemické formě. Z hlediska technického využití má největší význam mechanická energie vodních toků, která je odvozena od energie sluneční. Vodní zákon Voda je jedna ze základních podmínek života. Je proto třeba považovat nároky na vodu a způsob jejího využívání jako jedno z kritérií ukazující vývoj lidské kultury a stupeň dosažené kulturní úrovně. Právní vztahy k vodám upravuje vodní právo, jehož obsah je určován přírodními, ekonomickými a společenskými podmínkami. Zákon mimo jiné ukládá všem, kteří jakkoli nakládají s povrchovými nebo podzemními vodami, dbát na jejich ochranu. Vodní hospodářství, které má za úkol racionální využití vodních zdrojů pro národohospodářské účely, je tak spojeno i s energetikou, a dodává vodu k využití hydroenergetického potenciálu. Vzdouvání vody pomocí vodohospodářského díla a využívání vodní síly k pohonu strojů nebo k výrobě elektrické energie patří k nakládání s vodami vyžadující povolení vodohospodářského orgánu. Podle vodního zákona č. 254/2001 Sb. vykonávají státní správu na úseku vodního hospodářství příslušné vodohospodářské orgány. Přírodní podmínky a možnosti využití Vodní elektrárny se na celkovém instalovaném výkonu v České republice podílejí zhruba 17 % a na výrobě elektřiny necelými 4 %. Česká republika se nachází na rozvodí tří moří a pramení zde řada řek. Svou geografickou polohou a existencí vodních toků je přímo předurčena k využití energie vody v malých vodních elektrárnách (MVE). Technicky využitelný potenciál v MVE je v ČR 1 600 GWh/rok. Potenciál současně využívaný v MVE činí cca 700 GWh/rok. Většina výhodných lokalit je zabrána v původních mlýnech a pilách, ale jistě se najdou i další vhodné lokality, ovšem je možné, že pro výstavbu budou mít horší hydrologické podmínky. Převážná část ještě nevyužitého hydroenergetického potenciálu leží v oblasti malých spádů do 2 m nebo ve spádech 2-4 m. Z hlediska územního rozložení je využívání vodních toků velmi rozptýlené, což je výhodné z hlediska připojování i spotřeby. 3
Rozčlenění MVE Podle vyhlášky č. 214/2001 Sb. se za MVE považuje každá elektrárna do výkonu 10 MWe (směrnice EU do 5 MWe). A. Podle instalovaného výkonu MVE členíme na: průmyslové (od 1-10 MW) závodní nebo veřejné (100 kw - 1 MW) drobné nebo minielektrárny (35 kw - 100 kw) mikrozdroje (pod 35 kw). B. Podle provozovatele: veřejné závodní domácí. C. Podle hospodaření s vodou: průtočné (průběžné) - bez akumulace vody, využívající přirozený průtok až do maximální hltnosti turbíny akumulační - s přirozenou nebo umělou akumulací, se schopností odběru vody podle potřeby energie po určitý čas. D. Podle velikosti spádu: nízkotlaké (se spádem do 20 m) středotlaké (se spádem do 100 m) vysokotlaké (se spádem nad 100 m). E. Podle uspořádání na: vertikální horizontální šikmé jezové derivační. Posouzení vhodné lokality Vhodné lokality pro realizaci MVE jsou v České republice zmapovány správci povodí. Tyto zdroje jsou většinou předmětem obchodní dohody mezi správcem povodí a zájemcem o výstavbu MVE. Pro vyhledání lokalit je možné využít Výzkumnou zprávu č. 12021120, která byla zpracována VÚ energetickým v roce 1982 v rámci státní úlohy Komplexní rozvoj hydroenergetiky ČSSR. Rozhodujícími ukazateli v hodnocení lokality jsou dva základní parametry - využitelný spád a průtočné množství vody. Dalšími podstatnými údaji pro výběr lokality jsou: a) majetkové vztahy k pozemku pro výstavbu nebo obnovu MVE b) míra zásahu do okolní přírody (vyjádření stavebního úřadu, případně vyjádření CHKO) 4
c) dodržování odběru sjednaného množství vody se správcem povodí d) vzdálenost od přípojek energetiky a možnost dodávky do veřejné sítě na základě dohody s energetikou. Hodnocení lokality z hlediska využitelnosti Spád je výškový rozdíl vodních hladin. Rozlišují se dva druhy spádů: a) Hrubý spád Hb - je celkový statický spád daný rozdílem hladin při nulovém průtoku vodní elektrárnou. Pro nízkotlaké MVE je vhodné stanovit spád výškovou nivelací. b) Užitý spád (čistý) H - liší se od hrubého spádu odečtením hydraulických ztrát těsně před vodním motorem a za ním (v přivaděči a odpadu). Průtok je průtočné množství vody v daném profilu, který chceme využít. Přesný průtok lze zjistit u Českého hydrometerologického ústavu nebo od Správy toku - povodí. Získáme tzv. roční odtokovou závislost, nebo také M - denní závislost (křivku). Data se udávají číselně v obvyklém členění po 30 dnech v roce. Jde o statickou hodnotu tzv. dlouhodobý průměrný průtok Qa. Pro využití energie vody je nejdůležitější M - denní průtok (křivka překročení průtoku v průměrně vodném roce). Odtoková křivka (závislost) Udává průtok zaručený v daném profilu toku po určitý počet dní. Vodní elektrárny se obvykle dimenzují na množství 90 - ti až 180 - ti denní, což opět ovlivňuje technická úroveň technologie - hlavně schopnost turbíny přizpůsobit se regulací průtočným změnám. Zde je také potřeba brát zřetel na tzv. asanační množství vody, které je nutno ponechat v řečišti. Asanační množství bývá předepsáno při vodoprávním řízení. O využití průtoku a dosaženém výkonu dává přehled následující obrázek. Roční výroba je úměrná ploše ohraničené křivkou výkonu. Výkon vodní turbíny Výkon vodní turbíny se stanoví zjednodušeným vzorcem: P = Q. H. k obr. 1 P = výkon v kw Q = průtočné množství vody v m 3 /s H = spád využitelný turbínou v m k = bezrozměrná konstanta uváděná v rozsahu od 6,5-8,5 (ovlivňuje účinnost soustrojí - technická úroveň použité technologie). 5
obr. 2 Příklad: Spád H = 4 m, po dobu 90 dnů je průtok Q = 0,5 m 3 /s v průměrně vodném roce. P = Q. H. k (kw, m 3 /s, m) P = 0,5 x 4 x 7,5 = 15 kw. Turbína bude mít pro k = 7,5 výkon P = 15 kw, jehož bude dosahovat po dobu 90 dnů. Ve zbývajících měsících v roce bude výkon současně s účinností klesat až do zastavení. Roční výrobu elektrické energie lze v tomto případě odhadnout na 50 MWh. Volba základní koncepce Ve vybrané lokalitě pro zřízení MVE se nejprve rozhodne, zda a jaká se pro využití potenciálu zdroje použije turbína (viz obrázek č.3). Vzhledem k rozdílnému konstrukčnímu uspořádání turbín bude většinou rozhodnutí jednoznačné. Po výběru vhodného technologického zařízení navrhneme na základě posouzení vodnosti toku a ekonomických rozvah rozsah velikosti instalace. Určí se, zda se použije pro využití hydroenergetického potenciálu jeden nebo více strojů. V rozsahu výkonu od 5 kw do 35 kw bude většinou dosažena horní hranice výkonu při použití maximálně tří strojů. Osazení většího počtu strojů v jedné lokalitě není běžné. Bývá ekonomicky výhodnější a technicky méně náročné použít větší jednotku, než větší počet menších jednotek, ale vše závisí na využitelném průtoku během roku. Při výběru základní koncepce řešení MVE je nutno zohlednit i další hlediska ovlivňující lokalizaci a uspořádání energetického zdroje. Bude se jednat především o ochranu zařízení (před velkými vodami) a přístupnost lokality pro mechanizaci při provádění stavebního objektu a při dopravě a montáži technologického zařízení. Základní řešení bude rovněž ovlivněno situováním připojovacího bodu veřejné rozvodné sítě pro vyvedení energie ze zdroje, protože technicky jednodušší je napojení na energetickou síť. Většina soustrojí je bez regulace otáček a je vybavena asynchronním generátorem. obr. 3 Charakteristika turbín podle průtoků a spádu Při výběru dodavatele volíme vždy z více nabídek (minimálně 3-4), pokud možno věnujeme této volbě potřebné množství času (navštívíme realizovaná zařízení). Z uvedených charakteristik vyplývá, že v našich podmínkách s malými spády padne volba na turbínu KAPLAN, BANKI nebo METAZ. Konečným výsledkem pro zájemce je návratnost investice a ekonomická stránka celého záměru. Posouzení koncepce by mělo mít přijatelnou formu pro každého a mělo by ukázat celou problematiku stavby a napomoci při rozhodování k realizaci. Posouzení také často poslouží i jako orientační podklad pro územní a vodoprávní řízení. 6
Vhodnost nejpoužívanějších turbín KAPLANOVA TURBÍNA - je klasická přetlaková turbína v základním provedení výborně regulovatelná, ale výrobně náročná. Je použitelná pro spády od 1 do 20 m, průtoky od 0,1 do několika m 3 /s. Je vhodná zejména pro jezové a říční MVE. FRANCISOVA TURBÍNA - byla v minulosti nejpoužívanější přetlakovou turbínou pro téměř celou oblast průtoků a spádů MVE. Při rekonstrukci se můžeme setkat s FRANCISOVOU turbínou od spádu 0,8 m, její oprava se vyplácí do spádu 3 m. Instalace nových FRANCISOVÝCH turbín v MVE se dnes omezuje na spády od 10 m a pro poměrně velké průtoky a tudíž i vysoké výkony. BANKIHO TURBÍNA - je rovnotlaká turbína s dvojnásobným průtokem oběžného kola, výrobně nenáročná. Běžný rozsah použitelnosti je od 1 do 50 m spádu, ekonomicky výhodná zejména od 4 m spádu. Rozsah průtoku je od 50 l/s do několika m 3 /s. TURBÍNA SETUR - vystačí s průtokem 4-15 l vody /s, vhodný spád je pro ni 3,5-20 m. Jedná se o mikroturbínu pro chalupářské aplikace s výkonem řádově stovek W. Požadavky na stavební řešení Tyto požadavky vycházejí ze zákona č. 50/76 Sb. a vyhlášky 85/76 Sb.: a) podklady potřebné pro vypracování studie jako přílohy k žádosti o stanovisko odboru výstavby a územního plánování příslušného povolovacího orgánu v územním řízení: Po zvolení vhodné lokality se zajistí u provozovatele - správce toku (Správa povodí, obecní úřad, Lesy České republiky, s. p., Oblastní meliorační správa, Svaz rybářů) souhlasná vyjádření o možnosti výstavby nebo rekonstrukce energetického vodního díla. Dále se vyžádá předběžné stanovisko místně příslušného energetického podniku o připojení elektrárny na veřejnou síť. Ve stanovisku by mělo být specifikováno zejména připojovací místo a stanoven eventuální podíl zájemce na úhradě nákladů spojených s připojením MVE na veřejnou síť. U lokality, ve které řešení MVE bude vyžadovat zábor pozemků, bude nutno pro územní řízení zajistit snímek pozemkové mapy a výpis z evidence nemovitostí. Do těchto podkladů potom zakreslíme a podložíme výměrami dočasný a trvalý zábor pozemků. Neopomenutelným účastníkem řízení je orgán hygienické služby. b) vypracování projektové dokumentace (PD) navazuje především na vydané územní rozhodnutí a respektuje veškeré podmínky vyplývající z územního řízení. 7
Pro vypracování zjednodušené PD bude nutno zajistit nebo upřesnit další podkladový materiál. Především bude nutno upřesnit hydrologický podkladový materiál, výškopisné a situační zařízení lokality. Pro návrh dispozičního uspořádání a konstrukčního řešení se zajistí spotřebitelská dokumentace od dodavatelů soustrojí a vyžádá se nabídka s přesným udáním parametrů. Postup pro realizaci objednejte technologické zařízení MVE na základě výběrového řízení (dodavatelská firma), zadejte stavební práce po dohodě s dodavatelem technologie, získejte licenci výrobce elektrické energie (Energetický regulační úřad). Energetický regulační úřad (ERÚ) Energetický regulační úřad (ERÚ) byl zřízen v roce 2001 jako správní úřad pro výkon regulace v energetice (podle tzv. Energetického zákona č. 458/ 2000 Sb.). ERÚ vydává mimo jiné cenová rozhodnutí o cenách tepla, elektřiny, plynu a souvisejících služeb, která reagují na aktuální změny cen paliv a energií. Jedním z důležitých cenových rozhodnutí, které ERÚ vydal na podporu využití obnovitelných zdrojů energie pro výrobu elektřiny je cenové rozhodnutí č. 26/2003 ze dne 26. listopadu 2003, kterým se stanovují minimální výkupní ceny elektřiny z obnovitelných zdrojů: Druh obnovitelného zdroje Minimální výkupní cena elektřiny dodané do sítě v Kč za 1 MWh Malé vodní elektrárny 1.550 Větrné elektrárny uvedené do provozu po 1. 1. 2004 2.700 Větrné elektrárny uvedené do provozu před 1. 1. 2004 3.000 Výroba elektrické energie spalováním biomasy 2.500 Výroba elektrické energie společným spalováním palivových směsí biomasy a fosilních paliv 2.000 Výroba elektrické energie spalováním bioplynu ve výrobnách uvedených do provozu po 1. 1. 2004 2.400 Výroba elektrické energie spalováním bioplynu ve výrobnách uvedených do provozu před 1. 1. 2004 2.500 Výroba elektrické energie využitím geotermální energie 3.000 Výroba elektrické energie využitím slunečního záření 6.000 Zdroj: Cenové rozhodnutí ERÚ č. 26/2003 ze dne 26. listopadu 2003 8
Požadavky na provoz a údržbu Provozování a údržba MVE bude zajišťována provozovatelem podle příslušných norem a předpisů v přiměřeném rozsahu a znění těchto norem. Zejména musí být respektovány následující podmínky: MVE bude provozována na základě kolaudačního rozhodnutí, zařízení MVE lze provozovat pouze podle návodu k obsluze, provozních a pracovních pokynů pro obsluhu a údržbu, včetně pokynů na bezpečnost práce a podmínek uvedených ve spotřebitelské dokumentaci, musí být dodrženy podmínky dohodnuté s příslušnou krajskou elektrárenskou distrubuční společností (pro připojení elektrárny na veřejnou síť, pokud je provozována do sítě), musí být respektovány dohody se správcem toku o provozu vodní elektrárny, zejména s ohledem na minimální průtok nebo jiné dohodnuté omezení odběru vody, soustrojí musí být před uvedením do provozu revidováno ve smyslu ČSN 343800 a pravidelně kontrolováno, musí být dodržen způsob provozu elektrárny při převádění velkých vod (odpojení od sítě), zabezpečení protipovodňových opatření, musí být respektovány podmínky pro likvidaci nečistot zachycených na česlích provoz MVE nesmí negativně ovlivnit kvalitu vody, technologie zařízení musí garantovat zamezení úniku ropných látek, zařízení musí být zajištěno proti možným ropným či jiným haváriím, které by mohly negativně ovlivnit kvalitu vody, musí být dodrženo bezpečností opatření pro případ zvýšení otáček turbíny při havarijním odlehčení agregátu, provozovatel je povinen provozovat a udržovat zařízení ve smyslu spotřebitelské dokumentace v bezpečném a provozu schopném stavu. Vliv MVE na životní prostředí Často se setkáváme s problematikou vlivu MVE na životní prostředí, hlavně v souvislosti s ekologií říčního toku a možnou kontaminací ropnými produkty. Toto nebezpečí je u nových technologií značně omezeno. Každý energetický zdroj vytváří vazby se životním prostředím. Tyto vazby bývají různé při výstavbě zdroje, při jeho provozování po celou dobu životnosti i při likvidaci zdroje po jeho technickém a morálním dožití. Základní pozitivní vazbou každého energetického stroje - bez ohledu na typ 9
a charakter - je vytvářet užitek v podobě vyráběné elektrické energie. Tato základní pozitivní ekologická vazba však bývá u většiny energetických zdrojů vykoupena i některými vazbami z ekologického hlediska negativními. Při výstavbě a provozu je nutné dbát, aby dopady na okolní prostředí byly co nejméně negativní. V žádném případě MVE neškodí životnímu prostředí, ale škodit může majitel MVE nevhodným provozem, ke kterému patří např. akustický projev, kontaminace vody, neodstraňování naplavenin, nedodržení sjednaného odběru vody, nevhodné začlenění MVE do reliéfu krajiny. Při dodržení všech uvedených opatření nemůže MVE svým provozem narušit životní prostředí a naopak často přispěje v lokalitě a jejím okolí k revitalizaci místního říčního systému (čistí a provzdušňuje tok). V další perspektivě lze očekávat, že výstavba MVE se bude dále rozvíjet a že se jí bude dostávat - obdobně jako ve všech vyspělých zemích - stále větší podpory pro řadu nepopíratelných výhod. Malé vodní elektrárny totiž: představují čistý, bezodpadový, trvalý a téměř nevyčerpatelný zdroj energie, ze všech obnovitelných zdrojů vykazují nejvyšší účinnost, vyžadují nízké investiční náklady na instalovaný výkon, vzhledem k vysokému stupni automatizace a bezobslužného provozu vyžadují velmi nízké provozní náklady, vyznačují se malou poruchovostí, dlouhou životností a vysokým počtem provozních hodin během ročního období, při technicky správném a citlivém řešení mají nejnižší dopad na okolní prostředí a krajinný ráz. 10
E NERGY C ENTRE Č ESKÉ B UDĚJOVICE Občanské sdružení Energy Centre České Budějovice (ECČB) působí v jižních Čechách jako energetické poradenské středisko. Svými činnostmi a poskytovanými službami napomáhá hospodárnému využití všech druhů energií a využívání obnovitelných zdrojů energií. ECČB vzniklo v roce 1998 v rámci přeshraniční spolupráce mezi jižními Čechami a Horním Rakouskem a za dobu své existence úspěšně realizovalo řadu projektů na národní i mezinárodní úrovni. MEZI HLAVNÍ ČINNOSTI A POSKYTOVANÉ SLUŽBY ECČB PATŘÍ: nezávislé a bezplatné energetické poradenství pro domácnosti a veřejnou správu nezávislé energetické poradenství pro podnikatelský sektor i průmysl vystavování Energetických průkazů ECČB pro rodinné domy vypracování energetických analýz a energetických koncepcí energetické audity měření infrakamerou projekty z oblasti úspor energií a ochrany životního prostředí na regionální i přeshraniční úrovni a na úrovni EU sestavování a vedení databází firem činných v oboru energetika, stavebnictví a úspor energií tvorba odborných publikací a informačních materiálů o správném hospodaření s energiemi pořádání seminářů, konferencí, workshopů a vzdělávacích akcí z oblasti úspor energií a ochrany životního prostředí zprostředkování kontaktů mezi jižními Čechami a Horním Rakouskem půjčování wattmetrů informace o dotacích na obnovitelné zdroje energie a pro energeticky úsporná opatření. VYUŽIJTE NAŠICH SLUŽEB Budeme potěšeni, pokud využijete námi nabízených služeb a navštívíte nás osobně nebo nám napíšete či zatelefonujete. Naši vysoce kvalifikovaní energetičtí poradci Vám bezplatně rádi poradí, jak ušetřit peníze za energie, kde získat dotaci na obnovitelné zdroje energie, jakým způsobem snížit spotřebu energií v domě, jakým palivem či energií dům vytápět, nebo jak správně a nejlevněji lze Váš dům rekonstruovat či postavit dům nový. Nám. Přemysla Otakara II. 87/25 CZ - 370 01 České Budějovice Tel.: 38 731 25 80, Fax: 38 731 25 81 www. eccb.cz, eccb@eccb.cz 11