MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2012 ROMANA ZAČALOVÁ

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav aplikované a krajinné ekologie Název bakalářské práce Hodnocení vlivu MVE na životní prostředí Vedoucí práce: Ing. Petra Oppeltová, Ph.D. Vypracovala: Romana Začalová Brno 2012

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Hodnocení vlivu MVE na životní prostředí vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne. podpis autora.

PODĚKOVÁNÍ Touto cestou bych ráda poděkovala všem, kteří mi pomáhali s přípravou práce nebo mě jakkoli podporovali během jejího vytváření. Zejména bych chtěla poděkovat vedoucí mé bakalářské práce Ing. Petře Oppeltové, Ph.D. za podnětné rady, čas strávený konzultacemi a její trpělivost. V neposlední řadě bych také ráda poděkovala svým rodičům Karlovi a Marii Začalovým, za podklady využité v této práci a podporu, bez kterých by se má bakalářská práce neobešla.

ABSTRAKT Cílem této bakalářské práce bylo seznámit se s problematikou malých vodních elektráren, zejména na konkrétním případu realizované MVE ležící v zájmovém území Hanušovice. První část této práce je psána jako literární rešerše, kde jsou charakterizovány malé vodní elektrárny obecně, dále potom principy a typy vodních elektráren. Dále s problematikou MVE je spojen hydroenergetický potenciál vodního toku. Závěr literární rešerše tvoří popis základních částí hydroenergetického díla, který zahrnuje průtok turbínou, spád, dále také popis strojní části MVE jako jsou vodní kola a turbíny. Dalším cílem této práce bylo zhodnotit MVE Hanušovice a jeho následný vliv na životní prostředí. V úvodní části práce je charakterizováno zájmové území se zaměřením na hydrologické a geologické poměry. Dále popis technických parametrů jednotlivých částí elektrárny. Závěr této kapitoly a celé práce tvoří vliv MVE Hanušovice na životní prostředí (ŽP). Klíčová slova: MVE, hydroenergetický potenciál, turbína, průtok turbínou, spád, ŽP ABSTRACT The aim of this bachelor thesis was to introduce the issue of hydroelectric power stations, especially a concrete case realized by a small hydroelectric power station in the region of Hanušovice. The first part of the thesis is written as a research, where hydroelectric power stations, its principals and types are characterised in general. Hydroenegetic potential is also connected with the issue of hydroelectric power stations. The end of the research forms a description of elementary parts of a hydroenegetic work, which includes a flow turbine, bed slope, mechanical parts of a hydroelectric power station such as water wheels and turbines. Another aim of the thesis was to evaluate the hydroelectric power station Hanušovice and its subsequent influence on the environment. In the introduction, the area of interest with the focus on hydrological and geological conditions is mentioned. The description of technical parameters of single parts of the power station follows. The conclusion of the chapter and the whole thesis forms the influence of hydroelectric power stations Hanušovice on the environment. Key words: small hydroelectric power station, hydropower potential, turbine, flow turbine, bed slope, environment

OBSAH 1 ÚVOD... 9 2 CÍL PRÁCE... 10 3 LITERÁRNÍ REŠERŠE... 11 3.1 Voda forma energie... 11 3.1.2 Využití vodní energie... 12 3.2 Vodní díla... 12 3.2.1 Malé vodní elektrárny (MVE)... 12 3.2.1.1 Principy vodních elektráren... 14 3.2.1.2 Typy vodních elektráren a jejich klasifikace... 14 3.3 Hydroenergetický potenciál vodního toku... 16 3.3.1 Ekologické aspekty výstavby MVE... 18 3.4 Základní parametry hydroenergetického díla... 18 3.4.1 Průtok turbínou... 18 3.4.2 Spád... 20 3.5 Strojní zařízení MVE... 20 3.5.1 Turbíny... 20 3.5.2.1 Rovnotlaké turbíny... 21 3.5.2.2 Přetlakové turbíny... 21 4 MATERIÁLY A METODIKA... 22 5 ZÁJMOVÉ ÚZEMÍ... 23 5.1 Geologické poměry... 23 5.2 Hydrologické údaje... 24 5.3 Účel a popis MVE Hanušovice... 24 5.4 Stavební řešení MVE... 25 5.4.1 Vzdouvací zařízení řkm 0,700... 25 5.4.1.1 Jez... 25 5.4.2 Úpravy nadjezí a podjezí... 26 5.4.3 Štěrková propust... 28 5.4.4 Rybochod... 28 5.4.5 Vtokový objekt... 28 5.4.5.1 Česle... 29 5.4.6 Přívod vody... 30

5.4.7 Strojovna MVE... 30 5.4.7.1 Turbosoustrojí... 31 5.4.8 Odpadní kanál... 31 5.5 Nakládání s vodami... 32 5.6 Bezpečnostní opatření a manipulace za mimořádných okolností... 32 5.6.1 Katastrofální povodně a živelné pohromy... 32 5.6.2 Havárie objektů a zařízení vodního díla... 32 5.6.3 Ohrožení životů a bezpečnost díla... 33 5.6.4 Havarijní ohrožení jakosti vody... 33 5.6.5 Mimořádné nepředvídané okolnosti... 33 6 VÝSLEDKY A DISKUSE... 34 6.1 Vliv stavby na životní prostředí... 34 7 ZÁVĚR... 36 8 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY... 37 9 SEZNAM OBRÁZKŮ... 39 10 SEZNAM TABULEK... 39 PŘÍLOHY... 41

1 ÚVOD Využití vodní energie patří k tradičním způsobům užívání vod již od nepaměti. Hydroenergetický potenciál patří mezi velmi cenné přírodní bohatství každé země. Jeho využití na výrobu elektrické energie ve vodních elektrárnách je v různých zemích a na různých kontinentech světa rozdílné. Využití ovlivňují zejména přírodní podmínky a stupeň hospodářského, technického a společenského rozvoje příslušné země. Díky vynikajícím provozním vlastnostem jsou vodní elektrárny velmi žádanými prvky elektrizační soustavy. (Dušička a kol., 2003; Broža a kol., 1998) V posledních letech se otázka získávání energie dostává stále více do popředí zájmu. Zájem o ekologicky šetrné zdroje při získávání elektrické energie přichází ze stran nejen odborníků, ale i široké veřejnosti. Energie zejména její kvalita, zabezpečení dodávky a cena, se stává jedním z limitujících faktorů rozvoje dnešní společnosti. Při hledání řešení je důležitý zejména také fakt, že Česká republika trpí velkým nedostatkem přírodních zdrojů energie. Zásoby fosilních paliv jsou omezené, ropu a plyn je třeba dovážet z okolních států za stále rostoucí ceny. Poptávka po energii neustále narůstá a většina zemí se zaměřuje na pokrývání spotřeby energie z vlastních zdrojů. Velmi významné jsou přitom obnovitelné zdroje, které životní prostředí zatěžují, co nejméně. Mezi ně patří především vodní elektrárny. Ty jsou při současném stavu techniky a reálných možnostech krytí naší energetické spotřeby velmi efektivním, obnovitelným a ekologicky značně výhodným producentem elektrické energie. (Dušička a kol., 2003) Vodní elektrárna je velmi složitým inženýrským dílem. Na její přípravě, projekci, výstavbě a následném provozu se podílejí odborníci různých profesí. Vodní díla s energetickým využitím se v současné době řeší většinou jako díla víceúčelová. Pod pojmem víceúčelová se rozumí, že nejsou navrhovány jen z hlediska výroby elektrické energie, ale i převážnou částí v rámci ochrany proti povodním, neenergetickým odběrům vody, k vodní dopravě, sportovní a rekreační plavbě, rybolovu, rekreaci apod. Využití hydroenergetického potenciálu našich toků ve vodních elektrárnách má ve srovnání s využíváním jiných energetických zdrojů (uhlí, jaderná energie) celou řadu výhod. Jedná se totiž o zdroj nevyčerpatelný, trvalý, stále se obnovující, nezávislý na okolních zemích, neznečišťující ovzduší, neprodukující odpad atd. (Dušička a kol., 2003; Pažout, 1987) Realizace vodních elektráren na našem území s sebou přináší optimální využití našich vodních zdrojů a šetrné získávání elektrické energie. 9

2 CÍL PRÁCE Cílem této bakalářské práce na téma Hodnocení vlivu MVE na životní prostředí je nastínit problematiku malých vodních elektráren, které jsou realizovány na území České republiky, konkrétně ve městě Hanušovice na toku Branná. Cílem je popis zájmového území, což zahrnuje i jeho výchozího stavu před realizací malé vodní elektrárny. Dále práce popisuje zejména stanoviště a jeho stávající stav, hydrologické a geologické poměry. Také zahrnuje účel, funkce, technické parametry a využití vodohospodářského díla. Dále vyhodnocuje výsledky spojené s nakládáním s vodami a bezpečnostní opatření za mimořádných okolností. Závěr této bakalářské práce se věnuje vlivu realizované stavby na životní prostředí. Práce obsahuje v neposlední řadě i graf konzumční křivky a přiloženou fotodokumentaci již zmíněného díla. 10

3 LITERÁRNÍ REŠERŠE 3.1 Voda forma energie Česká republika nemá zvláště příznivé přírodní podmínky pro využití vodní energie s porovnání s jinými evropskými státy, neboť na našem území nemáme ani velké toky, ani ledovce, ani velká přirozená jezera a ani velké spády. Svou geografickou polohou (ČR leží na rozvodí do tří moří řeky zde pramení) je předurčena k využití vodní energie z malých vodních elektráren. (Hrdý, 1958; www 1) Energii, tak jak se vyskytuje v přírodě, nazýváme energií surovou. Energii, kterou můžeme přímo upotřebit, nazýváme energii zušlechtěnou. Voda v přírodě může být nositelem tří forem energie, a to: mechanické tepelné chemické Mechanická energie z vod v přírodě zahrnuje: mechanickou energii atmosférických srážek, mechanickou energii ledovců, mechanickou energii toků, mechanickou energii moří. (Hrdý, 1958) Z historického hlediska je z těchto zdrojů mechanické energie využívána nejdéle energie z toků, a proto má v dnešní době největší světový podíl na výrobě elektrické energie z vodních zdrojů. Mechanická energie vodních toků je využívána od dob vynalezení vodního kola, která sloužila jako mechanický pohon mlýnům, hamrům a pilám. (Hrdý, 1958) Voda jako nositel mechanické energie může být: nositelem potenciální energie, (Vzniká získáním hladiny vody o větší výšce, kde voda proudí přivaděčem do míst s nižší hladinou. Rozdíl těchto výškových potenciálů vytváří tlak, který se využívá v přetlakových strojích, jako jsou turbíny typu Kaplan, Francis atd.) nositelem kinetické energie, (Ve vodních tocích je dána rychlostí proudění, která je závislá na spádu toku. Je využívána zejména rovnotlakými stroji, které jsou založeny na rotačním principu, jako jsou např. vodní kola, turbíny typu Pelton a Bánki). 11

nositelem potenciální a kinetické energie (např. v tlakových přivaděčích, kdy se spád mění podle místa pozorování). (Hrdý, 1958; www 1) 3.1.2 Využití vodní energie Využití vodní energie je obor, který se opírá o dlouholetou historii, neboť již ve starověku byl soustředěný spád vody využíván k ulehčování práce. Nejprve se využívala energie vody k zavlažování polí, později už i jako pohon nejjednodušších strojů a zařízení. (Broža a kol., 1998) V našich zemích mají vodní elektrárny a vodní turbíny velkou tradici díky Viktoru Kaplanovi. Viktor Kaplan, je totiž vynálezcem turbíny s natáčivými oběžnými i rozváděcími lopatkami a pocházel z Brna. Jeho turbíny jsou vodním motorem ve spoustě vodních elektráren, a to v různých modifikacích. (Broža a kol., 1998) 3.2 Vodní díla Pro objekty, které jsou bezprostředně spojené s vodním tokem, se často používá označení vodní dílo. Pod pojmem vodní dílo, dle zákona č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon) 55 se jedná o stavby, které slouží ke vzdouvání a zadržování vod, umělému usměrňování odtokového režimu povrchových vod, k ochraně a užívání vod, k nakládání s vodami, ochraně před škodlivými účinky vod, k úpravě vodních poměrů nebo k jiným účelům sledovaným vodním zákonem. Mezi vodní díla patří zejména hráze, jezy, zdrže, přehrady, studny, stavby odkališť, stavby vodárenských objektů, stavby k hrazení bystřin atd. Většinou jde o soustavu konstrukcí s různým využitím, jejíž součástí je vzdouvací stavba vytvářející nádrž resp. zdrž, objekty převádějící průtoky, zajišťující odběry vody a další funkce, vyplývající z plánovaného využití díla a jeho interakce s prostředím. Vodní díla jsou v převážné většině využívána dlouhodobě, což je možno měřit i na staletí. (Nietscheová, 2009; Broža a kol., 1998) 3.2.1 Malé vodní elektrárny (MVE) Využití vodní energie má u nás dlouholetou tradici. V roce 1930, ještě v tehdejším Československu, bylo u nás evidováno 17 000 elektráren, hamrů, mlýnů, pil a dalších zařízení, které využívali vodní energii. V padesátých letech však byla převážná část zlikvidována díky tomu, že představovaly konkurenci pro tehdejší socialistické hospodářství. (www 2) Malé vodní elektrárny představují nevyčerpatelný, ekologicky i ekonomicky výhodný zdroj energie. Za jeden z hlavních ekologických přínosů MVE lze označit skutečnost, že každá 12

kilowatthodina v nich vyrobená ušetří přibližně 1,4 až 1,5 kg hnědého energetického uhlí v tepelné elektrárně. Vodní elektrárny, v tom smyslu, dnes ročně nahrazují asi 3 mil. tun hnědého uhlí, přičemž toto množství by mohlo být při plném využití hydroenergetického potenciálu více než trojnásobné. (www 3) Malé vodní elektrárny slouží k ekologicky šetrné výrobě elektrické energie. Mohou využívat potenciálu i těch vodních toků, které mají kolísavý průtok. Kolísající průtok je v našich řekách do značné míry silně ovlivněn střídajícím se ročnímu obdobím, ale také počasím. Využívání malých vodních elektráren bude mít v budoucnosti perspektivu, protože umožňují optimálně využít hydroenergetický potenciál vybrané lokality. (www 4) Jde o trvalý zdroj hnací síly, která patří mezi tzv. čisté (obnovitelné) zdroje energie. Při výstavbě se neužívají technologie, které by představovaly výrazné nebezpečí pro životní prostředí. Vlastní provoz spotřebovává jen minimum energie, a to převážně takovou, která je nutná k údržbě vlastního zařízení. (www 4) Pokud bereme v úvahu rizika, tak mezi malými vodními elektrárnami a klasickými velkými hydroelektrárnami existují značné rozdíly. V prvé řadě u malých vodních elektráren nehrozí riziko ekologické katastrofy, ke které by mohlo dojít při protržení hráze a následnému zaplavení přilehlých pozemků a komunikací. Navíc k provozu malé vodní elektrárny nejsou zapotřebí velké přehradní nádrže, které by mohly způsobit změnu místního klimatu. Výstavba též nezpůsobí migrační bariéru a nerozdělí tok na dva samostatné úseky. Samozřejmě je také nutno brát zřetel na to, že rozdíly mezi množstvím produkované energie jsou nepoměrné, protože počty velkých hydroelektráren, které se dají na jednom toku postavit, jsou omezené. V podmínkách naší republiky nedosáhne vodní energie, stejně tak i větrná, nikdy většinového procentuálního zastoupení, protože tu nemáme dostatek potenciálu pro tyto alternativní zdroje energie. Energie vody bude vždy sloužit hlavně jako doplňková alternativa při získávání energie, ale i v tomto ohledu můžeme vidět využití potenciálu malých vodních elektráren jako výhodný. Představuje jakési přilepšení v získávání elektrické energie. V porovnání od energie větru je energie vody přece jen o něco spolehlivější a v současné době také relativně méně nákladná. (www 4) Je nutno také podotknout a zmínit, jaký vliv může mít malá vodní elektrárna na vodní režim a život fauny a flory. Při stavbách malých vodních elektráren na jezech musí nejprve dojít k prohrábce řeky pod jezem, která je zásahem do vodního režimu řeky, aby nedošlo k zbytečným obavám, musí se provádět šetrně. Hlavním předpokladem pro výstavbu MVE by měl být vždy v prvé řadě fakt, že tyto stavby by se neměly realizovat v místech výskytu vzác- 13

ných či ohrožených druhů a v místech, která spadají do některé z kategorií chráněných území. Každý z návrhů by měl být posuzován samostatně a měla by být zvážena všechna pro a proti, a pak na základě důkladné analýzy rozhodnuto o realizaci vodního díla. (www 4) 3.2.1.1 Principy vodních elektráren Voda přitékající přívodním kanálem roztáčí turbínu, která je na společné hřídeli s generátorem elektrické energie. Dohromady tvoří tzv. turbogenerátor. Na vodní tok navazuje vtokový objekt (obvykle jez), který soustřeďuje průtok a zvyšuje spád vodního toku. Voda je přivedena přivaděčem přes hrubé a jemné česle, které zadržují mechanické nečistoty, do strojovny. Tam se hydraulická energie vody v turbíně mění na energii mechanickou. Elektrická energie se získá přeměnou mechanické energie z turbíny přes hřídel, která je přenesena do generátoru. (www 5) 3.2.1.2 Typy vodních elektráren a jejich klasifikace Základní rozdělení vodních elektráren je uvedeno v ČSN 750128 Vodní hospodářství Názvosloví využití vodní energie. Dle této normy se vodní elektrárny dělí z různých hledisek: Podle velkosti instalovaného výkonu: malé vodní elektrárny s instalovaným výkonem do 10 MW střední vodní elektrárny s instalovaným výkonem od 10 MW do 200 MW velké vodní elektrárny s instalovaným výkonem nad 200 MW. (Broža a kol., 1998) Podle normy se malé vodní elektrárny dělí na: domácí vodní elektrárny s instalovaným výkonem do 35 kw vodní mikroelektrárny s instalovaným výkonem od 35 kw do 100 kw vodní minielektrárny s instalovaným výkonem od 100 kw do 1 000 kw průmyslové vodní elektrárny s instalovaným výkonem od 1 MW do 10 MW. (Dušička a kol., 2003) Malé vodní elektrárny rozdělujeme podle dosažitelného výkonu do čtyř kategorií: (tabulka 1) 14

Tabulka 1: Rozdělení VE (vodních elektráren) dle dosažitelného výkonu Kategorie MVE Dosažitelný výkon MVE (W) I a od 1 000 do 10 000 I b od 500 do 1 000 II od 100 do 500 III od 35 do 100 IV do 35 (Dušička a kol., 2003) Podle velikosti spádu se vodní elektrárny dělí na: nízkotlaké využívající spád do 20 m středotlaké využívající spád od 20 m do 100 m vysokotlaké využívající spád nad 100 m (Broža a kol., 1998) Podle charakteru pracovního režimu rozeznáváme: průtočné vodní elektrárny, které pracují s přirozeným průtokem a zpravidla využívají spád vzdutý jezem nebo energii vodního proudu nehrazeného toku akumulační vodní elektrárny, které pracují s řízeným odběrem vody akumulované v nádrži přečerpávací vodní elektrárny, které využívají akumulovanou vodu, přečerpávanou z dolní nádrže do nádrže horní. Spád elektrárny je vytvářen rozdílem hladin těchto nádrží. (Dlouhé Stráně) (Dušička a kol., 2003) Podle umístění strojovny lze dělit vodní elektrárny na tyto typy: hrázové vodní elektrárny, jejichž strojovna je umístěna u vzdušního líce hráze, v jejím tělese nebo v přelivných blocích, jezové vodní elektrárny, jejichž strojovna je umístěna u jezu, nejčastěji v jeho břehové části v jeho těsné blízkosti nebo přímo v jeho spodní stavbě, členěné vodní elektrárny, které mají strojovnu rozdělenou na dvě nebo více samostatných částí, např. na obou březích vodního toku, pilířové vodní elektrárny, jejichž soustrojí jsou umístěna v pilířích přelévané hráze nebo jezu, věžové vodní elektrárny, jejichž strojovna je umístěna ve zvláštním objektu situovaném v nádrži nebo zdrži, popř. v jejich břehové části, 15

podzemní vodní elektrárny, které mají strojovnu vybudovanou pod zemí, mohou být tzv. švédského typu s krátkou přívodní tlakovou šachtou a dlouhou odpadní štolou, nebo tzv. švýcarského typu s dlouhým přivaděčem a krátkou odpadní štolou. (Dušička a kol., 2003) Podle uspořádání strojovny rozeznáváme tyto hlavní typy vodních elektráren: s krytou strojovnou, v níž je umístěn i hlavní montážní jeřáb s polokrytou strojovnou, která má minimální výšku, montážní prostor a hlavní obslužný jeřáb jsou umístěny vně budovy strojovny s nekrytou strojovnou, u níž jsou soustrojí chráněna pouze odnímatelnými kryty přelévané se strojovnou umístěnou pod přelivy jezu nebo hráze sdružené, v jejichž spodní stavbě jsou umístěna nejen hlavní soustrojí a zařízení elektrárny, ale i spodní výpusti, popř. jalové přelivy nebo obtoky. (Dušička a kol., 2003) Podle řízení provozu rozeznáváme vodní elektrárny: s ručním ovládáním, jejichž provoz je řízen výhradně obsluhou částečně automatizované, jejichž provoz je řízen částečně automatikou a částečně obsluhou automatizované, jejichž provoz je plně automatizován dálkově řízené, jejichž soustrojí jsou ovládána ze vzdáleného velínu nebo dispečinku. (Dušička a kol., 2003) 3.3 Hydroenergetický potenciál vodního toku Možnosti efektivního využívání vodní energie jsou v České republice vzhledem k přírodním podmínkám omezené. Vodní elektrárny se na celkovém instalovaném výkonu v ČR podílejí cca 17% a na výrobě necelými 4%. Technicky využitelný potenciál našich toků je cca 3 380 GWh/rok. Z toho v malých vodních elektrárnách je využitelné cca 1 570 GWh/rok. Dnes využitý potenciál v MVE činí zhruba 30 %, tj. cca 500 GWh/rok. V současné době se v ČR provozuje asi nad 550 malých vodních elektráren. Přibližně dvě třetiny z nich mají výkon do 100 kw. (www 3) Pro stanovení prognóz rozvoje hydroenergetiky a struktury těchto zdrojů má značný význam hydroenergetický potenciál povrchových vodních toků na určitém území. V této oblasti rozlišujeme zejména hrubý, teoretický a reálně využitelný hydroenergetický potenciál. (Gabriel a kol., 1998) 16

Hrubý hydroenergetický potenciál povrchových toků vychází z nadmořských výšek dané oblasti a k nim příslušných průměrných průtoků. Stanovuje se k hladině moře nebo ke kótě hladiny toků na státních hranicích a slouží převážně i k evidenčním účelům. (Gabriel a kol., 1998) Teoretický hydroenergetický potenciál vodních toků, který vyjadřuje teoretickou schopnost poskytnout určité množství elektrické energie. Vypočítává se po úsecích toku z příslušných dlouhodobých průtoků a z rozdílu výšky hladin při účinnosti výrobního zařízení 100 %. (Gabriel a kol., 1998) V České republice je technicky využitelný hydroenergetický potenciál přibližně 3,5 TWh za rok. (www 6) Využívání vodní energie, zvláště jejího hydroenergetického potenciálu s sebou přináší oproti jiným energetickým zdrojům řadu nepopíratelných předností a výhod: jedná se o trvalý, obnovitelný zdroj energie, prakticky nevyčerpatelný šetří přírodní zdroje pevných paliv, ztráty související s jejich těžbou, dopravou, a s tím i následně spojenou devastaci krajiny jedná se o čistý zdroj energie, který neznečišťuje ovzduší a je bezodpadový jeho využívání je prakticky nezávislé na okolních faktorech vyznačuje se bezporuchovým provozem, nízkými provozními náklady vyznačuje se dále i dlouhou životností s vysokým počtem provozních hodin během ročního období jedná se o nejlevnější zdroj jalové energie, která se oceňuje zejména při snížení ztrát v síti za vysokého napětí její provoz vyžaduje nízký počet provozních pracovníků, který se v nynější době snižuje až na bezobslužnou kryje řadu výpadků elektrické energie v síti, její regulace a následný kompenzační provoz při správném, technicky nezávadném a šetrném řešení nezpůsobuje devastaci přírodního prostředí vytváří řadu možností a efektů, které jsou vesměs ekologicky přínosné. (Gabriel a kol., 1998) 17

3.3.1 Ekologické aspekty výstavby MVE V současné době je reálnou skutečností fakt, že se značná část ekologů, přírodovědců a i jiných odborníků příbuzných oborů (a pod jejich vlivem i veřejnost), staví negativně k vodohospodářské výstavbě včetně výstavby děl hydroenergetických. (Gabriel a kol., 1992) Spotřeba a potřeba vody roste ve všech světadílech, ve všech vyspělých zemích a ani Česká republika není výjimkou. Díky geografickým podmínkám, kterými Česká republika disponuje, není reálně možné dosahovat vysokého výkonu z realizovaných MVE o instalovaném výkonu nad 10 MW, proto je pro Českou republiku efektivní výstavba malých vodních elektráren a její efektivní využívání v rámci udržení ekologických vazeb. Je nutné zmínit, že z pohledu ekologů odběry vody z MVE představují významný zásah do celkového hydrogeologického režimu toku a v určitých případech představují i negativní vliv na rybí osídlení pod profilem odběru a nepřímo i nad ním, jelikož ve většině případů musí být vybudován stupeň, což je migrační bariéra. Z hlediska odběru ovlivňuje pouze malou část toku a podjezí. Dále je také třeba si uvědomit již před stavbou negativní dopady na celý daný ekosystém. V prvé řadě se totiž jedná o stavbu, jejíž provoz vždy ovlivní hydromorfologické charakteristiky vodního toku a následně vodní biotu a i k fyzikálně chemickým změnám. MVE může mít negativní vliv na rybí osádku daného toku, neboť dojde k vytvoření migrační bariéry, dojde k fragmentaci toku, také ke změně průtokových režimů v dané lokalitě, což může vést ke změnám teplot, zarůstání, sedimentaci jílových částí, ale i ke zvýšené predaci ryb rybožravým ptactvem. (www 8) 3.4 Základní parametry hydroenergetického díla Hlavními veličinami pro výpočet výkonu a výroby elektrické energie z vodního zdroje jsou průtok (veličina proměnná a závislá na počasí), spád, který je dán charakteristikou a tvarem terénu a účinnost hydroagregátu, tj. vodního stroje, vodního kola, turbíny, čerpadla a elektrického hydroalternátoru, příp. motorgenerátoru. (Dušička a kol., 2003) Základní parametry, které charakterizují každé hydroenergetické dílo, jsou zejména průtok Q, spád H, účinnost η, výkon P a výroba elektrické energie E. 3.4.1 Průtok turbínou Průtok turbínou je definován jako celkové množství vody protékající turbínou za jednotku času včetně prosáknuté vody v oblasti turbíny (tedy ztracené pro energetickou přeměnu). Základní jednotkou je m³/s. (Dušička a kol., 2003) 18

Z hlediska vodohospodářského řešení vodní elektrárny jsou důležité hodnoty průtoku, které jsou k dispozici k účinnému energetickému zpracování. (Dušička a kol., 2003) Z tohoto hlediska rozeznáváme: nejmenší průtok (Q p min ) a největší (Q p max ) využitelný průtok nejmenší a největší průtok, který byl v uvažovaném období k dispozici k využití ve vodní elektrárně nejmenší (Q p min ) a největší (Q p max ) využitý průtok nejmenší a největší průtok vodní elektrárnou, který byl v daném období energeticky využitý průměrný roční využitelný průtok úhrnné množství vody, které by mohlo být v jednom roce celkem využité, dělené počtem sekund v roce průměrný roční využitý průtok (Q p roč ) úhrnné množství vody v jednom roce skutečně využité ve vodní elektrárně, dělené počtem sekund v roce jalový průtok vodní elektrárny (Q j ) je průměrný průtok vodní elektrárny, který nebyl v daném energetickém období využitý provozní průtok vodní elektrárny (Q pr ) dosažitelný průtok, který je k dispozici vodní elektrárně při daném spádu v daném časovém okamžiku. (Dušička a kol., 2003) Z hlediska průtoku vody vodním strojem rozeznáváme: průtok turbínou (Q T) průtok celkové množství protékající turbínou za 1 sekundu. Udává se v m³/s hltnost turbíny (Q H ) největší možný průtok turbínou, který se často vztahuje k určitému spádu jmenovitá hltnost (Q jm ) maximální průtok turbínou při jmenovitém spádu (tj. spádu, při němž je účinnost největší) návrhový průtok turbínou (Q n ) průtok při návrhových hodnotách spádu, výkonu a otáček turbíny využitelný průtok turbínou (Q v ) průtok, který je turbína při příslušném okamžitém spádu schopna účinně energeticky zpracovat jednotkový průtok turbínou (Q 1 ) průtok přepočítaný na spád H = 1 m a průměr oběžného kola D = 1 m průtok turbínou při chodu naprázdno (Q 0 ) průtok turbínou při chodu s nabuzeným hydroalternátorem bez zatížení, při návrhových otáčkách turbíny a při návrhovém spádu 19

průtoková kapacita největší průtok, který projde všemi turbínami elektrárny. (Dušička a kol., 2003) 3.4.2 Spád Spád H je v obecném významu výškový rozdíl dvou bodů hladiny, nebo u vzdouvací stavby dvou hladin nad a pod ní. Spád vodní elektrárny je výškový rozdíl hladin před vtokem a před vyústěním do odpadu vodní elektrárny. V hydroenergetické praxi rozlišujeme dva druhy spádů. Spád odpovídající nulovému průtoku hydraulickým systémem a spád během dynamického režimu práce vodní elektrárny. Udává se v metrech. (Dušička a kol., 2003) Pro turbíny se uvádějí tyto užitečné spády: návrhový spád (H n ) je spád s největší pravděpodobností výskytu při návrhových hodnotách průtoku a výkonu hydroagregátu vodní elektrárny, (na tento spád je turbína dodávána) maximální spád (H max ) tj. největší užitečný spád, na který je turbína konstruována, jmenovitý spád (H m ) tj. užitečný spád, při němž má turbína nejlepší hydraulické vlastnosti (největší účinnost). (Dušička a kol., 2003) Spád je určen topografickými a hydraulickými poměry, schématy a typem hydroenergetického díla, stavebním a hydraulickým řešením objektů. (Dušička a kol., 2003) 3.5 Strojní zařízení MVE Z historického hlediska je nutno zmínit vodní kolo, jelikož patří mezi nejstarší a nejjednodušší vodní stroj využívající polohovou, ale i pohybovou energii vodního toku k přeměně v energii mechanickou. Vodní kolo může najít uplatnění zejména pro spády do 1 m a průtoky až do několika m 3 /s. Vodní kola poháněla už od nepaměti mlýny, drtiče rud, strojařské dílny, pily, zavlažovací a jiná zařízení. (Gabriel a kol., 1998, www 7) 3.5.1 Turbíny Specifičnost hydroenergetiky vyžaduje použití turbín nejrůznějších typů, výkonů, rozměrů a konstrukčních řešení podle konkrétních hydrologických a morfologických podmínek místa instalace. Poměrně velký počet typů vodních turbín používaných v rozličných variantách konstrukčního a projekčního řešení vyžaduje jednotnou základní terminologii, jejíž obsahový význam umožňuje přesnou klasifikaci a začlenění stroje. (Bednář, 1989; Holata 2002) 20

Vodní turbína je rotační vodní motor, který přeměňuje jen kinetickou nebo kinetickou i tlakovou část mechanické energie v mechanickou energii rotující hřídele. Podle toho rozdělujeme vodní turbíny do dvou základních skupin: rovnotlaké (akční) přetlakové (reakční) Vodní turbíny bývají konstrukčně náročnější a složitější než vodní kola. Obecně dosahují vyšší účinnosti přeměny energie. (Gabriel a kol., 1998) 3.5.2.1 Rovnotlaké turbíny Pracovní proces rovnotlaké turbíny je charakterizován přiváděním kinetické energie vody k oběžnému kolu v podobě vodního paprsku. Vodní paprsek po vstupu na lopatku oběžného kola odevzdává převážnou část své energie přímým přenosem až na hřídel turbíny. Zbytek kinetické energie se potom využívá k odvedení vody od výstupní hrany lopatky oběžného kola turbíny. (Dušička a kol., 2003; Bednář, 1989) Mezi rovnotlaké turbíny řadíme: Peltonovy turbíny s vertikální osou otáčení Peltonovy turbíny s horizontální osou otáčení (Broža a kol., 1998) 3.5.2.2 Přetlakové turbíny V přetlakové turbíně se kinetická a tlaková energie vody přivádí ke vstupnímu profilu spirály, která zabezpečuje rovnoměrnou distribuci této energie po obvodu rozvaděče turbíny a dále po obvodu vstupních hran lopatek oběžného kola. V oběžném kole turbíny se převážná část přiváděné energie vody mění v mechanickou energii rotující hřídele. Zůstatková energie vody se z oběžného kola přivádí do savky turbíny. Moderní savka zajišťuje další, dodatečnou přeměnu části přivedené energie opět v mechanickou energii rotující hřídele turbíny. Z výstupního profilu savky odchází jen zbytková energie vody, potřebná k zajištění odtoku vody ze savky. (Gabriel a kol., 1998) Mezi přetlakové turbíny řadíme: Francisovy turbíny kašnové pro menší spády a spirálové pro větší spády Axiální neregulovatelné (oběžné kolo pevné, rozvaděč pevný) Vrtulové turbíny Thomanovy turbíny (mají regulováno oběžné kolo, rozvaděč je pevný) Kaplanovy turbíny (jak oběžné, tak i rozváděcí kolo je regulovatelné). (Broža a kol., 1998) 21

4 MATERIÁLY A METODIKA Literární rešerše byla zpracována převážně z odborné literatury. Dále bylo využito internetových zdrojů např. Českých Energetických Závodů (ČEZ, Ministerstva životního prostředí atd. Pro zpracování bakalářské práce jsem si vybrala MVE Hanušovice, jelikož v tomto městě bydlím a přišlo mi příhodné se o MVE dozvědět více informací. Veškeré podklady pro zpracování zájmového území mi byly poskytnuty Karlem Začalem, majitelem MVE Hanušovice. Fotodokumentace mi byla poskytnuta Ing. Janem Höllem, aut. Ing., který je autorem fotografií, které jsou v mé práci použity. Zmíněnou fotodokumentaci jsem doplnila o část mnou focených fotografií. 22

5 ZÁJMOVÉ ÚZEMÍ MVE Hanušovice se nachází v porúří Jeseníků nad soutokem řeky Moravy s Brannou. (obr. 1) Podle dochovaných záznamů bylo původní vodní dílo vybudováno kolem roku 1908. Vodní energii využívaly postupně tři provozovny: mlýn s vodním kolem, postavený na konci původního náhonu a uvedený do provozu pravděpodobně v roce 1908, pila s vodním kolem a elektrárna s turbínou, které byly postaveny cca 220 m od původního jezu a uvedené do provozu kolem roku 1921. Původní dílo se díky mohutné povodni, která se konala v červenci 1997, nedochovalo, proto zahrnovala výstavba MVE zcela nových objektů. Stavba byla započata v roce 2007. Obrázek 1: Poloha města Hanušovice na mapě ČR (www.mapy.cz, 27. 3. 2012) 5.1 Geologické poměry Zájmová lokalita se nachází v českém masívu. Skalní podloží je tvořeno krystalickými břidlicemi, převážně ortorulami. Nad skalním podložím se nachází vrstva kvartérního pokryvu tvořená rulovým eluviem a aluviálními náplavami. Zrnitost krytu je možno kvantifikovat velikostí efektivního zrna, které dle splaveninové studie VÚT Brno z roku 1997 činí 55 mm. Jedná se tedy o hrubé až balvanité štěrky s písčitou výplní mezer. Tyto zeminy jsou dobře únosné. 23

5.2 Hydrologické údaje Základní hydrologické údaje dle ČSN 75 1400 byly zjišťovány v ČHMÚ v roce 1999. Pro řeku Brannou nad soutokem s Moravou v řkm 0,700 v profilu jezu jsou: (tabulka 2, 3, 4) Tabulka 2: Hydrologické údaje pro řeku Brannou (zdroj dat: Ing. Jan Höll, aut. Ing) Plocha povodí 109,4 km 2 dlouhodobá průměrná roční výška srážek 886 mm dlouhodobý průměrný roční průtok Q a 1,62 m 3 /s minimální zůstatkový průtok Q san = Q 330d 0,57 m 3 /s Tabulka 3: M-denní průtoky [m 3 /s] (zdroj dat: Ing. Jan Höll, aut. Ing) Opakování [dny] 30 90 180 270 330 355 364 Průtok [m 3 /s] 3,29 2,01 1,928 0,84 0,57 0,42 0,3 Tabulka 4: N-leté průtoky [m 3 /s] (zdroj dat: Ing. Jan Höll, aut. Ing) Opakování [roky] 1 2 5 10 20 50 100 Průtok [m 3 /s] 22 32 43 52 60 70 80 Pozn.: údaje o N-letých průtocích byly převzaty z hydrologického atlasu. Pro MVE se dvěma turbínami je využíván maximální součtový odběr vody pro energetické účely ve výši 2,50 m 3 /s. 5.3 Účel a popis MVE Hanušovice Účelem stavby je výroba ekologicky čisté elektrické energie a její dodávka do elektrické sítě. Stavba jako celek má liniový charakter a nachází se u areálu bývalého Státního statku Hanušovice, jehož objekty jsou v současné době využívány různými podnikatelskými subjekty. Částečně stavba zasahuje do lesních ploch u paty přilehlého svahu. Areál stavby se nachází v inundačním území toku Branná, nad soutokem s Moravou. Současný stav a charakter tohoto území byl do značné míry poznamenán katastrofální povodní v červenci roku 1997. Mnohé objekty v areálu byly zničeny, poškozeny, koryto Branné bylo narušeno, břehy v některých místech byly odplaveny, čímž se změnilo v některých místech půdorysné a výškové uspořádání koryta i přilehlých břehů, jakož i využití i charakter těchto zasažených pozemků. Do povodně existující již nefunkční zbytky původně vybudovaného vodního díla byly po povodni 24

zcela zničeny tak, že identifikace trasy a umístění původních objektů již v současné době není možná. Nově vybudované dílo si klade za cíl navázat na tradici vodních děl ležících na řece Branné. V této lokalitě byly vybudovány postupně již tři, což nasvědčuje o vhodnosti lokality pro tento účel. Nově obnovené dílo zahrnovalo vybudování zcela nového jezu s vtokovým objektem, přivaděč vody do MVE a budovu MVE s výtokovým objektem. Ve strojovně jsou instalovány dvě soustrojí s Kaplanovými turbínami s asynchronním generátorem, jejichž uspořádání minimalizuje prostorové nároky a umožňuje maximální využití hydroenergetického potenciálu lokality. Ten spočívá ve schopnosti soustrojí zpracovat široký rozsah průtoků v řece při vysoké účinnosti turbíny i generátoru. Celkový instalovaný výkon obou soustrojí je 180 kw. MVE je navržena jako automatická, bezobslužná, s občasným dohledem. Návrh MVE Hanušovice investorem čítá rok 1998. Nabytí právní moci získal tento podnikatelský záměr v roce 2008. Desetiletý časový rozestup skrývá dlouhé čekání na vyrozumění úřadů v podobě vydání územního rozhodnutí, které zahrnovalo kladné vyrozumění zejména od Hasičského záchranného sboru Šumperk, Šumperské provozní vodohospodářské společnosti a.s., Města Hanušovice, Severomoravské energetiky, a.s. RZ Zábřeh, Severomoravské plynárenské, a.s., SPT Telecom, a.s., telekomunikační obvod Šumperk a Okresního úřadu Šumperk. Investor k datu 1. 1. 2010 uvedl MVE Hanušovice do provozu. 5.4 Stavební řešení MVE Stavební řešení bývá zcela podřízeno vhodnému hydraulickému řešení MVE a ne jinak tomu bylo i u MVE Hanušovice. 5.4.1 Vzdouvací zařízení řkm 0,700 Vzdouvací zařízení slouží ke vzdutí vodní hladiny v toku a usměrnění vody do přivaděče. Charakteristickými zástupci jsou přehradní hráze a jezy. Konkrétně u MVE Hanušovice se jedná o jez. 5.4.1.1 Jez Jezy patří mezi nejstarší vodní stavby. Sloužily především pro zadržení vody a hlavně pro zvýšení úrovně horní hladiny vody, tj. hladiny vody nad jezem. (Broža a kol., 1998) 25

Přibližně v místě původního jezu je vybudován nový jez šířky cca 10 m s pohyblivou přepadovou hranou, s levobřežním vtokem do náhonu, štěrkovou propustí, proplachem vtoku a s rybím přechodem. Jezové těleso je tvořeno pevným prahem hydraulického tvaru o šířce 8 m, délce 4,5 m a výšce nade dnem 0,5 m s nasazenou pohyblivou ocelovou samosklopnou klapkou. Pevná část jezu je vybudována z vodostavebného železobetonu, kóta pevné koruny prahu je 402,05 m. n. m. Na pevné části je po celé šířce osazena ocelová pružinová klapka umožňující změnu výšky přepadové hrany v rozsahu 450 mm. Funkce klapky spočívá v tom, že pokud se zvýší hladina nad přepadovou hranou více jak o cca 5 cm, klapka se začne samočinně sklápět proti pružinovému zařízení vestavěnému uvnitř klapky. V případě velkých vod se klapka sklopí úplně, takže voda přepadá jen přes pevný práh. Při zpětném opadávání průtoků se klapka naopak postupně vztyčuje až na maximální výšku. V prahové a boční části je klapka opatřena pryžovým těsněním, přepadová hrana je vybavena rozražeči vodního paprsku. (obr. 2, 3, 4) 5.4.2 Úpravy nadjezí a podjezí V místě, kde je vybudováno nové jezové těleso se nachází kamenný stupeň. Dno koryta na levé straně je vybetonováno a vyspárováno směrem ke vtoku do náhonu ke vtoku do štěrkové propusti. Pravobřežní svah je upraven a opatřen těžkým kamenným záhozem. Podjezí je tvořeno dnem vývaru z těžkého kamenného záhozu a bočními stěnami jezu. Pod jezem je instalována vodoměrná lať pro možnost vizuálního odečtu předepsaného průtoku Q 330d = 0,57 m³/s. Zůstatkový průtok (Q 330d ) se stanovuje obvykle jako množství vody, které protéká korytem nejméně 330 dní v roce. Tento průtok stanovuje vodoprávní úřad individuálně pro každou MVE zvlášť. (graf 1) Minimálním zůstatkovým průtokem se rozumí, dle vodního zákona o ochraně množství vod 36, takový průtok povrchových vod, který ještě umožňuje obecné nakládání s povrchovými vodami a ekologické funkce vodního toku. Stanovuje jej vodoprávní úřad v povolení s nakládání s vodami a vychází z opatření k dosažení cílů ochrany vod přijatých v plánu povodí podle 26. Dále stanoví místo a způsob měření minimálního zůstatkového průtoku a četnost předkládání výsledků těchto měření vodoprávnímu úřadu. (Vodní zákon č. 254/2001 Sb., 2011) 26

Konzumční křivka pro průtok pod jezem Tabulka 5: Hodnoty pro výpočet průtoku pod jezem (zdroj dat: Ing. Jaromír Florian) Šířka kanálu ve dně b = 7 m profil kanálu lichoběžník sklon stěn kanálu m = 1,35 sklon hladiny l = 0,009 součinitel drsnosti n = 0,035 Postup výpočtu: a) Volba výšky hladiny h (m) b) Omočený obvod O = b + 2 x h x (1 + m²) 0,5 c) Průtočná plocha S = b x h d) Hydraulický poloměr R = S / O e) Chézyho součinitel C = 1 / n + 17,72 x log R f) Průtok Q = S x C x (R x I) 0,5 (m³/s) Tabulka 6: Hodnoty průtoku Q 330d (zdroj dat: Ing. Jaromír Florian) h (m) O (m) S (m²) R (m) C Q (m³/s) 0,04 7,134 0,28 0,039 3,654 0,019 0,06 7,202 0,42 0,058 6,702 0,064 0,08 7,269 0,56 0,077 8,844 0,13 0,1 7,336 0,7 0,095 10,491 0,215 0,12 7,403 0,84 0,113 11,824 0,317 0,14 7,47 0,98 0,131 12,94 0,436 0,16 7,538 1,12 0,149 13,899 0,569 Q 330d Graf 1: Graf konzumční křivky 1 pro Q 330d 27 (zdroj dat: Ing. Jaromír Florian)

5.4.3 Štěrková propust Štěrková propust navazuje pilířem na levou stranu pevného jezového tělesa. Světlé rozměry otvoru propustí jsou 1,5 x 1,5 m. Do otvoru propustí je osazen ručně ovládaný stavidlový uzávěr. Prostor nad propustí je tvořen krátkou betonovou lávkou se zábradlím umožňující přístup k ovládání stavidla. 5.4.4 Rybochod Na pravé straně jezu je vybudován rybochod. Konstrukčně je proveden jako přírodě blízký komůrkový s komůrkami z kamenů uložených na betonovém podkladu. Od jezu je rybochod oddělen pilířem. Na vtoku rybochodu jsou osazeny drážky pro provizorní hrazení a pro nastavení výšky přepadové hrany. Výtok z rybochodu je natočen o 20 od osy tak, aby jeho konec byl vyústěn poblíž středu toku. Pravá strana rybochodu navazuje na pravobřežní zavázání jezu. Celková délka rybochodu je cca 19,5 m. Za normálního stavu vody v nadjezí je rybochodem převáděn průtok Q = 0,10 m 3 /s, zbývající množství do Q 330d je vypouštěno přes stavidlo štěrkové propusti. (obr. 10, 11) 5.4.5 Vtokový objekt Vtokové objekty se vyskytují u každé vodní elektrárny. Jejich úkolem je zajistit s co možná nejmenšími hydraulickými ztrátami nátok vody na vodní turbíny, a tím co možná největší hltnost vtokového objektu. Mezi nároky, které by měl vtokový objekt splňovat zahrnujeme: - zajištění po dobu životnosti díla potřebné množství vody pro turbíny vodní elektrárny, - zajistit separaci vody a splavenin, které by mohly ohrozit turbíny, (jedná se zejména o plovoucí trávy, listí apod., které by se mohly zachytit na lopatkách turbín a mít negativní dopad na výkon vodního stroje) - zajistit zamezení ucpání jemných česlí na vtoku listím, ledem, nečistotami, a to i za velkých vod, - zajistit, aby provoz vtokového objektu nebyl náročný na spotřebu energií a na obsluhu. Optimální je bezobslužný provoz., - zajistit, aby hydraulické ztráty vtokového objektu byly minimální. (Broža a kol., 1998) Vtokový objekt se nachází na levém břehu v nadjezí. Plavné navázání na břehovou linii má nátokovou délku cca 14 m, úhel odbočení je 18. V této části jsou umístěny hrubé česle (ocelové pruty), jejichž manipulaci umožňuje pochozí lávka na povodní straně. Délka česlového pole je cca 15 m. Vtok celkové délky 28,3 m sestává z proplachovací galerie šířky 1,50 m, 28

která je zaústěna těsně pod jez. Je opatřena ovládacím stavidlem s manipulační lávkou na povodní straně a vyvýšenou lávkou na návodní straně. Výškový rozdíl ve dně umožňující sedimentaci drobných plavenin sunutých po dně je 0,30 m. Následuje vtoková partie s napojením do trubního přivaděče. Zde jsou provedeny drážky provizorního hrazení, jemné česle o sklonu 60 k vodorovné a s rozměry prutů 50 x 5 mm. Za česlemi je umístěn provozní stavidlový uzávěr a snímače hladinové regulace. Jedná se o jednodílnou ocelovou hradící desku s ručním ovládáním o rozměrech 3,0 x 1, 3 m. Vyvýšená manipulační lávka je na návodní straně. Za stavidlovým uzávěrem je otevřená komora na půdorysu 3, 50 x 3, 75 m (vnější rozměr), za kterou následuje tlakový přivaděč. Uspořádání umožňuje tuto komoru zakrýt dřevěnými fošnami. Ocelové konstrukce jsou opatřeny trvanlivým antikorozním nátěrem. Šířka stěn vtokového objektu je 0,40 m, tloušťka desky dna pak rovněž 0,40 m. Stěny vtoku jsou na kótě 403, 00 a jsou vodorovné. Konstrukce vtoku je vytvořena ze železového betonu. (obr. 5) Břehové opevnění levého svahu nad vtokovým objektem není provedeno žádné, svah koryta je jen urovnán ve sklonu cca 1:1 s následnou původní břehovou vegetací. Pod jezem je proveden těžký kamenný zához ve sklonu cca 1:1,25. Rovněž pravý svah koryta nad jezem nemá žádné opevnění. Nově byl proveden kamenný zához podél rybochodu s plynulým navázáním na původní koryto. 5.4.5.1 Česle Česle patří mezi neodmyslitelnou součást vtokových objektů. Jejich účel spočívá v separaci plovoucích splavenin, které by mohly při svém průchodu na turbíny poškodit jejich rozváděcí či oběžné lopatky, nebo významně snížit výkon turbín. Rozlišujeme česle hrubé a jemné. (Broža a kol., 1998) Hrubé česle slouží k zabránění rozměrných splavenin do hydraulického systému vodní elektrárny. Jedná se zejména o plovoucí stromy, ledové kry apod. Hrubé česle jsou přístupné k čištění z lávky, která vede nad česlicemi a je opatřena zábradlím. Nacházejí se na vstupním prahu do náhonu před proplachovací propustí. Hrubé česle jsou provedeny jako svislá mřížovina s mezerami mezi jednotlivými česlicemi 300 600 mm. (obr. 6) Jemné česle také tvoří v hydraulickém systému vodní elektrárny další zábranu proti vniknutí nežádoucích splavenin do turbín. Jsou provedeny z česlic z páskové oceli. (obr. 8) 29

5.4.6 Přívod vody Přívod vody zajišťuje tlakové betonové potrubí, které navazuje na vtokový objekt otevřenou komorou. Betonové potrubí má světlý průřez 1,0 m. Jedná se hrdlové trouby s těsněním na gumové kroužky, uzavření spoje je pomocí polyuretanové pěny. Celková délka přivaděče je 630 m. (obr. 12) Na konci tlakového betonového potrubí cca 3 m před strojovnou je osazen nesymetrický kalhotový rozdělovací kus. Rozdělovací kus je uložen v železobetonovém bloku, který je součástí spodní stavby strojovny MVE. V nejnižší partii vtokového kusu je připojeno potrubí DN 200 mm (DN = jmenovitý vnitřní průměr potrubí) k vypouštění přivaděče, které je zaústěno do prostoru pod savkou. Každý přívod na turbíny je opatřen svislým potrubím k eliminaci rázu v přivaděči. Toto potrubí má DN 1 000 mm a výšku 11 m a je umístěno před strojovnou MVE. (obr. 14) 5.4.7 Strojovna MVE Spodní stavba strojovny je přizpůsobena k osazení dvou identických turbín Kaplan v kolenovém provedení. Je vystavěna na levém břehu Branné ve vzdálenosti cca 80 m od soutoku s Moravou. Součástí spodní stavby je blok kolem rozdělovacího kalhotového kusu, na který navazují dvě zabetonovaná ocelová potrubí. Horní úroveň spodní stavby je na kótě 395,40 m. n. m. a v prostoru nad turbínami tvoří podlahu vstupní místnosti strojovny. V nejspodnější partii na úrovni dna savek je kóta betonového bloku 391,90 m. n. m. Tloušťky stěn spodní stavby jsou 0,40 m a jsou ze železobetonu. Do prostoru spodní stavby k turbínám a generátorům je možno se dostat po ocelovém žebříku, který je umístěn v montážním otvoru. Žebřík má vzdálenost stupadel 20 cm, vysunutí je 15 cm. Výška nadzemní části je 5, 80 m. V horní stavbě strojovny je atypicky umístěno trafo 22 kv. Vnitřní rozměry strojovny jsou dány potřebou bezpečné manipulace s jednotlivými technologickými kusy. Obvodové zdi horní stavby ze železobetonu tloušťky 0,50 m a tvoří zároveň opěrnou zeď svahu přiléhajícího k silnici do Hynčic. Objekt není opatřen okny. V severovýchodní stěně jsou jednokřídlové ocelové dveře 140 x 200 cm otevíratelné ven. Střecha je sedlová symetrická a je vybavena bleskosvodem. (obr. 10, 15, 19) Ve strojovně jsou umístěna dvě identická soustrojí s kolenovými turbínami Kaplan, které mají tyto parametry: (tabulka 7) 30

Tabulka 7: Parametry turbín Kaplan Užitný spád MVE 8,50 m max. hltnost turbín 2 x 1,25 m 3 /s instalovaný výkon MVE 160 kw (zdroj dat: Ing. Jan Höll, aut. Ing) 5.4.7.1 Turbosoustrojí Ve strojovně jsou osazena dvě turbosoustrojí, každé sestávající z vodní turbíny Kaplan, která je přes spojku spojena s trojfázovým asynchronním generátorem. (obr. 21, tabulka 8, 9) Tabulka 8: Hlavní parametry turbíny (zdroj dat: Ing. Jan Höll, aut. Ing) Návrhový čistý spád H = 8,8 m rozsah průtoků Q = 0,2-1,25 m 3 /s rozsah výkonů ve spojce P t = 12-97 kw jmenovité/průběžné otáčky n j /n p = 1012/2600 min instalovaná sací výška H s = 0 m Tabulka 9: Parametry generátoru (zdroj dat: Ing. Jan Höll, aut. Ing) Instalovaný výkon 2 x 90 kw jmenovité napětí / frekvence 400 V/ 50 Hz jmenovité/průběžné otáčky n j /n p = 1012/2600 min -1 jmenovitý účiník 0,85 5.4.8 Odpadní kanál Odpadní kanál má za úkol vracet vodu do původního koryta. Odpadní kanál navazuje na savky turbín MVE. Jedná se o nezakrytý objekt s celkovou délkou cca 17 m v ose. Je realizován jako polorámová železobetonová konstrukce. Dno u výtoku savek má šířku 4,20 m a je na kótě 391,90 m. n. m. Výtokový práh je vzhledem k ose MVE natočen šikmo a má celkovou šířku cca 9 m, dno řeky za výtokovým prahem je zpevněno těžkým kamenným záhozem. Ve vzdálenosti 2,1 m od stěny strojovny je v odpadním kanále umístěno jako provizorní hrazení dvoudílné stavidlo s ocelovou hradící konstrukcí s dělícím pilířem, který přilehlý prostor směrem ke strojovně dělí na dvě samostatně ovládané komory. Odpadní kanál je rozepřen třemi trubkovými rozpěrami a je přemostěn vojenským skládacím mostem o šířce 3,0 m, rozpětí 7,5 m a nosnosti 40 t bez zábradlí. Celková konstrukce objektu je vytvořena ze železového betonu. (obr. 17, 18, 20) 31

5.5 Nakládání s vodami Z hydrotechnických výpočtů pro dané uspořádání MVE a stávajícího jezu plynou tyto závěry: Při provozu MVE je hladina udržována na kótě 402,60 m. n. m., a to až do přítoku na jez v množství 2,50 m 3 /s. Při tomto množství MVE odebere 1,92 m 3 /s a přes jez včetně rybochodu poteče požadovaných 0,57 m 3 /s. Při dalším zvyšování přítoku od 2,50 m 3 /s do 7,86 m 3 /s je s jezovou konstrukcí manipulováno v rozmezí kót 402,50 až 402,05 m. n. m. Při hraničním přítoku 7,86 m 3 /s MVE odebírá povolených 2,50 m 3 /s a přes jez včetně rybochovu půjde 5,36 m 3 /s. Kapacita jezu při vztyčené klapce je 5,22 m 3 /s, při sklopené klapce 12,05 m 3 /s. Každý vyšší průtok způsobuje vybřežení do údolní nivy na pravém břehu, neboť jezové zdi mají kótu 403,00 m. n. m. Levý břeh je ohraničen svahem údolní nivy a není z hlediska rozlivů kritický. Pro provoz MVE je možný odběr maximální turbínový průtok až do Q T = 2,50 m 3 /s. Při průtoku ve vodoteči v součtu menším než je stanovený minimální zůstatkový průtok Q 330d = 0,57 m 3 /s, je MVE automatickou regulací odstavena. Provoz MVE je bez zvláštních nároků na jakost vody odebírané z vodního toku. Rozsah ovlivnění jakosti vlivem akumulace ve zdrži a provozem MVE je zanedbatelný. Provozovateli plynou povinnosti na průběh provozu MVE ze zákona 254/2001 Sb. (Vodní zákon) a vyhlášky MZe č. 471/2001 Sb. (Ministerstva zemědělství) 5.6 Bezpečnostní opatření a manipulace za mimořádných okolností 5.6.1 Katastrofální povodně a živelné pohromy V případě katastrofálních povodní je třeba zatarasení koryta majitelem, které by způsobilo odvedení průtoku mimo vymezené koryto. Za tímto účelem jsou veškerá zařízení MVE odstavena a vhodnými prostředky odstraňovány zachycující se plaveniny. Povinností je spolupráce s povodňovou komisí okresu, případně dalšími orgány určenými k řízení protipovodňových opatření. 5.6.2 Havárie objektů a zařízení vodního díla Havárií mohou být postiženy objekty a zařízení provozované v souvislosti s manipulací s vodou a určené ke vzdouvání a využívání a vypouštění vody. Mezi ně patří pohyblivá jezová konstrukce, vtokový objekt a nápustná stavidla, odpadní kanál a stavidla na výtoku. V případě havárie jsou zato zařízení na vzniklé události přizpůsobena. 32