Bývá to prý slušný hukot, když je právě elektrárna v provozu. Během červnového pátečního dopoledne je však ve strojovně vodní elektrárny Lipno I klid. Kaverna, která ukrývá soustrojí se dvěma Francisovými turbínami, se nachází 160 metrů pod úrovní hla­diny Lipenské přehrady. Nepředstavujte si však žádnou malou jeskyňku, kaverna vytvořená v žulovém masivu je vysoká 37 metrů. A na plochu by se sem téměř vešlo hokejové hřiště. Před třemi lety tu dokonce zazněla Mozartova Malá noční hudba v podání Kvarteta Jihočeské filharmonie.

Na hokej v podzemí ani na koncerty vážné hudby však budovatelé v 50. letech minulého století nepomýšleli. Chtěli především zkrotit horní tok Vltavy a zabránit velké vodě, která na Šumavě přicházela takřka s roční pravidelností a páchala velké škody. A když se budou stavět záchytné přehrady, proč rovnou nevyužít vodní potenciál k energetickým účelům. Vybízel k tomu i stošedesátimetrový výškový rozdíl mezi Lipnem a Vyšším Brodem.

„Díky tomu, co tu naši dědové vybudovali, umíme vodu využít nejefektivněji z celé vltavské kaskády. K výrobě jedné kilowatthodiny elektřiny postačí necelé tři metry krychlové vody,“ vysvětluje v podzemí vedoucí odboru provozu elektráren Lipno I a II Martin Sobolík.

Dvě minuty na rozjezd

Je to právě díky vysokému hydraulickému spádu, onomu 160 metrů dlouhému vertikálnímu tunelu mezi hrází Lipenské přehrady a strojovnou schovanou uvnitř žulového masivu hluboko pod zemí. Vyšší tlak vody dokáže roztočit turbíny mnohem rychleji než jinde. Na Orlíku je třeba k výrobě stejného množství elektřiny zhruba dvakrát víc vody, na slapské elektrárně skoro třikrát.

Vodní elektrárny v Česku

5,8 procenta
tuzemské spotřeby elektřiny pokryly loni vodní a přečerpávací elektrárny.

400 mil. Kč
stála v letech 2012 až 2017 kompletní modernizace elektrárny Lipno I.

1959
je rok, kdy byla elektrárna Lipno I uvedena do provozu.

Lipenské elektrárně stačí navíc k najetí na plný výkon pouhé dvě minuty. Využívá se proto hlavně během odběrových špiček, pomáhá regulovat výkon energetické soustavy. Elektrárna funguje zhruba tři až čtyři hodiny denně, špička je v ranních hodinách, pak přes poledne a nakonec večer. Turbíny jedou podle Sobolíka v kuse většinou hodinu, v některých případech až dvě. Ovládá je na dálku dispečink ze Štěchovic.

Výroba se v elektrárnách vltavské kaskády řídí požadavky Povodí Vltavy. Jejich dispečeři si řeknou, jakou úroveň vody chtějí mít v jednotlivých přehradách. ČEZ podle toho optimalizuje způsob výroby pro jednotlivé elektrárny. Vliv mají i ceny na burze, přeshraniční toky či povětrnostní situace. Když v Evropě nesvítí či málo fouká, fotovoltaické a větrné elektrárny vyrábějí méně a elektřina zdražuje.

Lipno umí najet „ze tmy“, což v energetickém žargonu znamená, že lze výrobu spustit bez pomoci vnějšího zdroje napětí. To je důležité v případě blackoutu. Tamní vodní elektrárna tak plní funkci jedné ze záloh pro jadernou elektrárnu Temelín. Pokud by nastal výpadek, pomocí elektřiny z Lipna lze tuto jadernou elektrárnu znovu nahodit. Navíc slouží jako záložní zdroj pro chlazení reaktoru.

Zápřah během povodní

Během povodní v roce 2002 jely stroje bez přestávky měsíc a půl v kuse na plný výkon. Vody bylo tehdy skutečně hodně, vodohospodáři se jí museli „zbavovat“ současně i přepadem v přehradní hrázi. Turbíny to zvládly. Energetici se museli vypořádat hlavně s tím, jak zabezpečit kavernu s výrobou elektřiny před vniknutím vody seshora. A také kudy odvádět odpadní teplo, které při běhu strojů vzniká.

Šlo to jedinou cestou – 220 metrů dlouhým přístupovým tunelem, který spojuje podzemní prostory s povrchem. Vedou v něm kabely a nákladní výtah, pomocí něhož se do podzemí dopravují rozměrnější součástky. Vedle něj je také rychlejší a komfortnější osobní výtah do podzemí.

Po proudu vede další tunel, přesněji dva, které se po 80 metrech spojí. Teče tudy voda, která už „svou práci“ odvedla. Tunel je 3,6 kilometru dlouhý a při údržbě jím mohou projet nákladní auta. Energetici sice vodě, která tunelem teče zpět na úroveň Vltavy do vyrovnávací nádrže Lipno II nad Vyšším Brodem, říkají „odpadní“, ale nijak znečištěná není.

Každá z elektráren na vltavské kaskádě má jiný význam. Velké a výkonné elektrárny – vedle zdroje Lipno I ještě Orlík a Slapy – pokrývají především špičkovou poptávku po elektrické energii. Menší elektrárny – třeba Lipno II, Kamýk či Štěchovice – pracují jako průtočné a umožňují trvalou výrobu elektřiny.

Hydrologické podmínky se promítají do špičkového charakteru výroby u velkých elektráren. „Na kontinuální provoz na jmenovitém výkonu nemají dostatek přítoku vody a provozují se jako akumulační. Bylo by možné rozložit výrobu více v čase, ale celková výroba elektřiny by byla stejná. Česko nedisponuje velkými a energeticky vydatnými toky řek. Výroba elektřiny ve vodních elektrárnách je vysoce závislá na hydrologickém profilu daného roku,“ říká ředitel strategie poradenské společnosti EGÚ Brno Michal Macenauer.

Kontrolní diagnostika stotunového statoru generátoru během komplexní modernizace jednoho ze dvou lipenských bloků.
Kontrolní diagnostika stotunového statoru generátoru během komplexní modernizace jednoho ze dvou lipenských bloků.
Foto: ČTK

Investicemi proti suchu

Elektrárny na vodních tocích v Česku loni vyrobily celkem 2,1 terawatthodiny elektřiny, přečerpávací elektrárny, které fungují jako jakési obří baterie, další 1,3 terawatthodiny. Dohromady se tak postaraly zhruba o čtyři procenta výroby elektřiny v tuzemsku.

„Poslední dva roky na vodních elektrárnách byly díky přízni počasí z pohledu výroby poměrně vydařené. Nespoléháme ale jen na pomoc shůry, dobrým výsledkům jdeme vstříc i pokračující modernizací a zvyšováním efektivity všech typů vodních elektráren. Rodí se tak prakticky nové elektrárny,“ říká člen představenstva a ředitel divize obnovitelná a klasická energetika ČEZ Jan Kalina.

Samotnou elektrárnu Lipno I vylepšil ČEZ v předchozím desetiletí. Obě soustrojí prošla modernizací v letech 2012 až 2017 za 400 milionů korun. Přineslo to zvýšení jejich efektivity zhruba o čtyři procenta a úsporu vody při udržení dosavadního objemu výroby energie. Loni ČEZ rovněž kompletně dotáhl modernizaci Kamýku, přistoupil k poslední fázi rekonstrukce elektrárny Slapy, opravuje i malé vodní elektrárny.

Související

Další soustrojí v čele s těmi na Orlíku těmito akcemi ještě projdou. ČEZ, který je díky vltavské kaskádě a přečerpávacím elektrárnám, jako jsou Dlouhé stráně v Jeseníkách, největším provozovatelem hydroelektráren v Česku, dává tyto investice do souvislosti se stále častějšími obdobími sucha a nejistými klimatickými podmínkami posledních let.

Potenciál řek pro nové vodní elektrárny je v Česku vyčerpán. Šanci mohou mít přečerpávací elektrárny, které slouží pro akumulaci.

Vodní elektrárny jsou celosvětově největším obnovitelným zdrojem. Podle údajů Mezinárodní asociace pro vodní energii vyrobily loni 4252 terawatthodin elektřiny. To je množství, které by pokrylo celkovou tuzemskou spotřebu elektřiny na 72 let. Nejvyšší instalovanou kapacitu vodních energetických zdrojů mají v Číně, následují Brazílie, USA a Kanada.

Asociace předpokládá, že hydroelektrárny budou ve světě přibývat, protože díky své flexibilitě mohou nahrazovat odstavované uhelné zdroje. Největší růst zaznamenají v rychle se rozvíjejících ekonomikách, jako je třeba Indie nebo Čína. Největším loňským přírůstkem byla nicméně s 824 megawatty elektrárna Muskrat Falls na řece Churchill na východě Kanady.

Velké vodní baterie

V Česku je ovšem potenciál řek pro nové akumulační či průtočné elektrárny v podstatě vyčerpán, a to zejména na velkých spádech. „Odhadujeme, že jde o nižší desítky megawattů pro horizont roku 2050 a jen zanedbatelnou výrobu elektřiny,“ říká Macenauer z EGÚ Brno. Potenciál elektráren na vodních tocích nepříznivě ovlivňují také změny klimatu, které v různých variantách vývoje mohou přinést snížení odtoku řek, zejména v letních měsících.

„Pokud jde o instalovaný výkon v průběžných vodních elektrárnách, tak lze hovořit spíše jen o lokálním významu v malých vodních elektrárnách. Větší potenciál je u přečerpávacích a špičkových, a to hlavně v rámci zdrojů využívaných pro regulaci sítě. Zde jsou potřebné obojí a budou se muset budovat velké instalované výkony jako potřebné regulační prvky,“ říká vedoucí katedry hydrotechniky na Fakultě stavební ČVUT Ladislav Satrapa.

Relativně silný potenciál větších přečerpávacích elektráren zmiňuje i Macenauer. „Evidujeme přibližně deset vážnějších lokalit, každá s výkonem podobným elektrárnám Dlouhé stráně nebo Dalešice, tedy přibližně okolo 500 megawattů. Některé lokality by mohly disponovat i výkonem více než dvojnásobným, například na Šumavě či v Krušných horách. Přečerpávací elektrárna je však ‚spotřebič‘, umožňuje jen několikahodinovou akumulaci s celkovou účinností cyklu okolo 75 procent,“ říká Macenauer.

Takové „spotřebiče“ však budou pro regulaci v síti potřeba ve větší míře. Kvůli tlaku na odstavování uhelných elektráren a budování obnovitelných zdrojů s nestabilní výrobou se zvyšuje poptávka po akumulaci energie. Svou roli mohou hrát konvenční bateriová úložiště, do budoucna třeba i vodík. Díky své schopnosti rychle reagovat na situaci a stabilizovat celou energetickou soustavu mohou však akumulační a regulační infrastrukturu posílit také přečerpávací vodní elektrárny.

A to dokonce i v mezinárodním měřítku, byť Česku – na rozdíl od Rakouska – chybí velehory a řeky s velkým spádem nebo mocné veletoky, jako je třeba Dunaj. Přečerpávací elektrárny fungují podobně jako baterie. Když je elektřina levná, tak se „nabíjí“ – využívá dodávky od jiných zdrojů k napuštění nádrže. A ve chvílích, kdy cena elektřiny roste nebo je jí v soustavě nedostatek, lze ji rychle zapnout a potřebnou energii vyrobit.

ČEZ například loni zvedl po technických analýzách provozní hladinu horní nádrže Dlouhých strání o 70 centimetrů. Maximální provozní objem tímto krokem stoupl téměř o šest procent, což umožní na jeden zátah vyrobit o šest procent elektřiny více než dříve. Tedy celkem 3,7 gigawatthodiny během jednoho přečerpávacího cyklu.

Poteče Vltava nazpět?

Pokud by v Česku vznikaly nové vodní elektrárny, pak to budou spíše přečerpávací elektrárny. „Z pohledu hodnoty výkonu jsou možná průběžné elektrárny snadněji nahraditelné, ale špičkové a přečerpávací jsou nenahraditelné a bude jich muset být více,“ domnívá se Satrapa. Na rozdíl od průtočných elektráren, jejichž výroba závisí na tom, kolik vody v řece teče, nemá na přečerpávací elektrárny sucho žádný vliv.

S výstavbou nových vodních elektráren se však pojí poměrně vysoké investiční náklady. „Jde o investici na desítky let dopředu a jejich návratnost je velmi dlouhá. Druhou nevýhodou je velký zásah do ekosystémů a jejich téměř nevratná změna,“ říká Macenauer.

Na druhou stranu, výrobní náklady jsou velmi malé, prakticky rovné jen údržbě a občasné obnově zařízení včetně nádrže. „S růstem ceny elektřiny a paliv konkurenceschopnost vodních elektráren roste. Nelze však paušalizovat jejich ekonomiku, velmi záleží na potřebných investicích do konkrétní lokality,“ dodává Macenauer.

Je ovšem otázka, do jaké míry lze v lokalitách na zelené louce – nebo spíše na zeleném kopci – výstavbu zcela nových přečerpávacích elektráren prosadit. Proti výstavbě dvou zcela nových nádrží se s velkou pravděpodobností zvedne odpor. Existují však i jiné možnosti – postavit zdroj tam, kde už horní i dolní nádrž existuje. A to se obloukem vracíme k vltavské kaskádě.

Čas od času se objevují nápady, že by se v Orlíku či na Slapech umístila reverzní turbína a voda by se v denních cyklech přečerpávala z přehrad, které leží pod nimi (u Orlíku z Kamýku a u Slap ze Štěchovic). Stejná voda by se tedy využila několikrát přepouštěním z jedné nádrže do druhé a zpět. Vyřešilo by to problém, jak skladovat elektřinu ve vodě a přitom nezasahovat do krajiny stavbou nových přečerpávacích elektráren.

Související