Malá Vodní Elektrárna

Malá Vodní Elektrárna MVE

Česká republika se rozkládá na evropském rozvodí tří moří. Velké řeky u nás většinou pramení a proto značná část vodní energie je na našem území rozptýlena v ještě malých tocích. Z toho plyne, že poměrně značná část zbývajícího technicky využitelného hydroenergetického potenciálu je na našem území získatelná převážně na zdrojích s výkonem menším než 10 MW – tedy v malých vodních elektrárnách. Nevyužitý potenciál je odhadován ve výši 342 GWh/rok, což při průměrném využití instalovaného výkonu odpovídá možnostem výstavby nových a rekonstrukci starších vodních elektráren o celkovém výkonu cca 100 MW. Před-poklada se, že tento výkon bude realizován pouze v MVE.

Možnosti využití

Energii z vody je možno získat jednak využitím jejího proudění- energie pohybová, kinetická a jednak jejího tlaku - energie potenciální, tlaková, nebo také obou těchto energií současně.

Podle způsobu využívání potom rozlišujeme i používané typy vodních strojů.Kinetická energie je ve vodních tocích dána rychlostí proudění a rychlost je potom závislá na spádu toku. Využití této energie je možné vodními stroji rovnotlakými, které jsou založeny na rotačním principu, vhodnému pro další využití. Z vodních strojů jsou to hlavně vodní kola, turbíny typu Bánkia Pelton. Optimálnější využití však vyžaduje, aby obvodová rychlost stroje byla nižší, než je rychlost proudění. Pokud je obvodová rychlost otáčení stejná, lopatky vlastně pouze ustupují proudu bez možnosti převzetí energie a jakékoliv zatížení.

Otáčky těchto strojů jsou pomalé - uvádějí se jako stroje s nízkou rychloběžností. Stroje rovnotlaké jsou tedy takové,kde tlak na lopatky způsobený poloviční obvodovou rychlostí než je rychlost proudění, je po celé cestě předávání energie stejný. Dalším znakem těchto strojů je částečný ostřik. Znamená to, že voda vstupuje do turbíny pouze v některé její části obvodu, nebo v některých určitých částech, ale nezahltí celý obvod plynule.

ZdrojInternetový portál Malá voda. (Poslední změna 15.7. 2017).


Energie potenciální

Tlaková energie vzniká získáním hladiny vody o vyšším potenciálu, ze kterého potom proudící voda přechází vhodným přivaděčem do potenciálu s nižší hladinou. Rozdíl těchto dvou potenciálů potom vytváří tlak, který se využívá ve strojích, kterým říkáme přetlakové - reakční. Do této oblasti patří turbíny typu Kaplan, Francis, Refenstein, různé typy turbín vrtulových a vhodná čerpadla v turbínovém provozu. U tohoto typu přetlakových turbin se část tlaku vody přemění v rychlost pro zajištění požadovaného průtoku a zbylý tlak se postupně snižuje při průchodu lopatkou turbíny a v místě kde ji opouští je prakticky využit. Společnou vlastností přetlakových turbin jsou otáčky oběžného kola turbíny, které jsou několikanásobně vyšší, než absolutní rychlost proudění.

Energie toku odpovídá součinu spádu a průtoku.

Zatím co průtok je veličina proměnná a více méně závislá na počasí, spád je možno považovat za konstantu danou tvarem terénu. Obě dvě veličiny jsou stejně důležité. Záleží na místních poměrech, kterou z nich lze snadněji získat. V horách a na vysočině je bezesporu snažnější získat poměrně rychle dostatečný spád a tím i slušný výkon na tocích s menším průtokem. Obráceně v nížinách se setkáme s líně tekoucí vodou velkého průtoku, avšak šance zajistit větší spád je mizivá. U vodních děl s akumulací vody je vždy zapotřebí použít co možná největší spád. Tím se sníží množství vody, jenž je třeba nashromáždit a nádrž je menší. Pokud to okolnosti dovolují, volí se místo pro zřízení vodního díla blízko terénní nerovnosti, kde přírodní tok prudší klesá (peřeje, prudký ohyb, skalní práh) a to tak, že místo odběru je nad tímto místem a voda se vrací až pod ním. Takové řešení ušetří i mnoho metrů náhonu a docílí stejného spádu.

Základní části MVE

Vzdouvací zařízení slouží ke vzdutí vodní hladiny v toku a usměrnění vody do přivaděče. Patří sem přehradní hráze a jezy.

Hráze se vyznačují obvykle větší výškou vzdutí, větším objemem zadržené vody a plochou zaplavovaného území. Jejich nová výstavba pouze za účelem provozování malých vodních elektráren je z ekologických a ekonomických hledisek většinou neúnosná, nicméně využití stávajících hrází může být ekonomicky velmi výhodné. Například u základových výpustí nádrží je nutno mařit energii protékající vody, což je mnohde řešeno rozstřikovacími uzávěry, bez jakéhokoli využití této energie. Přitom tuto funkci může částečně přebrat vodní turbína.

Dalšími možností je instalace vodní turbíny na přivaděčích pitné vody. Jezy mají oproti hrázím nižší výšku vzdutí a podstatně menší objem zadržené vody. Náklady na jejich výstavbu rostou s jejich šířkou. U toku šířky nad 5 m je obvykle nutná speciální mechanizace, která stavbu značně prodraží. U nížinných toků je zachovalý jez většinou nutnou podmínkou výstavby malé vodní elektrárny. U toků podhorských a horských se většina nákladů přesune na stavbu přivaděče.

Přivaděče koncentrují spád do místa instalace vodní turbíny. Beztlakové přivaděče (náhony, kanály) se budují převážně výkopem v terénu. Náklady závisí na délce, příčné svažitosti terénu, typu zeminy a s tím souvisejícího druhu opevnění stěn koryta. Nejvýhodnější je opravit náhon původní, případně volit stejnou trasu z důvodu snadnějšího získání a zaměření pozemku. Tlakové přivaděče jsou nejčastěji zhotoveny z ocelových trub případně ze železobetonu. Měrné náklady na jejich výstavbu jsou vyšší než u přivaděčů beztlakových (náhonů), proto se realizují co nejkratší. Jen pro velký podélný spád toku mohou být výhodnější než beztlakové. Často se oba typy přivaděčů kombinují s cílem dosažení maximálního spádu a minimálních nákladů.

Náhon

Náhon, tedy přivaděč s otevřenou hladinou, je typický pro derivační vodní dílo. Vede vodu od vzdouvacího zařízení (jezu) zcela mimo přírodní tok. Má menší měrný spád než křivolaké řečiště a tak se postupně dostává nad základní úroveň a získává rozdíl hladin potřebný pro funkci vodního motoru. Náhon může být řešen jako nadzemní dřevěný vantrok nebo plechový žlab. Častěji bývá vytvořen v úbočí svahu ve formě zděného, kamenného nebo betonového koryta nebo jako prostá strouha kopaná v hlíně, jílu či písčitém podloží. Má-li být veden pod terénem, řeší se jako podzemní štola a kanál (který však nikdy není vodou zcela vyplněn - v opačném případě hovoříme o potrubí).

Potrubí

Tlakový přivaděč je typický pro vysokotlaké vodní dílo kde se používá pro přívod vody bezprostředně k vodnímu motoru tehdy, není-li použita turbínová kašna. Své uplatnění najde také jako podzemní přivaděč do kašny, všude tam kde není možno vést vodu po povrchu otevřenou strouhou ať již z důvodů nevhodné výšky terénu nebo z důvodů bezpečnostních (nebezpečí přelití náhonu, nežádoucí pro saky případně pro nežádoucí zábor pozemků).

Materiály potrubí jsou - betonové, ocelové, plastové, a jiné.

Česle

Česle, někdy zvané zbraně, slouží k zachycení lehčích nečistot plujících po hladině nebo unášené pod hladinou. Jedná se především o spadané listí a úlomky větví . Podle uspořádání, velikosti zachycovaných nečistot a provedení se dělí na hrubé a jemné.

Hrubé česle

Jsou typické pro derivační vodní dílo. Slouží k zachycení nebo odklonění velkých plujících předmětů (kmenů, trámů, ledových ker a pod.), které by mohly poškodit ochranné stavidlo náhonu nebo jeho vstup zcela ucpat. Jsou osazeny na rozšířeném vstupu do náhonu, který se odděluje z hlavního toku 2 až 15 metrů před jezem. Už toto uspořádání má za cíl, aby větší předměty stržené vodou byly hnány dále na jez. Vlastní hrubé česle jsou tvořeny svisle zabetonovanými traverzami, kolejnicemi nebo nejlépe silnostěnnými trubkami o průměru D nejméně 80 mm. Mezery mezi nimi jsou od 10 do 50 centimetrů a jejich rovina sleduje linii břehu. Mohou být na horním konci spojeny nebo upevněny k lávce, zhoršuje to však vyprošťování zaklíněných předmětů. Celková šířka linie hrubých česlí bývá většinou 1,5-násobkem šířky náhonu. Minimální použitý počet 4 kusy. 

Jemné česle

Používají se téměř na všech vodních dílech a provedením se mohou dost podstatně lišit. Jejich úkolem je zachytit všechny nečistoty, které by mohly poškodit díly nebo ucpat průtokové průřezy vodního motoru. Pro malá vodní díla jsou typické česle sestavené ze železných pásů profilu 50  ×  4 mm až 100  ×  20 mm. Pásy jsou navlečené na dlouhých kulatých tyčích. Mezera mezi jednotlivými pásy s je 8 až 25 mm a musí být užší než nejmenší průtokový průřez vodního motoru (nejmenším průtokovým průřezem vodního motoru je buď mezera mezi lopatkami na odtokové straně oběžného kola nebo mezera vzniklá otevřením rozváděcího orgánu na minimální provozní průtok). Tato mezera je tvořena vložení distanční vložky.

U malých strojů jsou česle velmi husté, těžké a drahé. Podřadné česle mohou být i z kulatiny. Kulatina klade vodě menší odpor, ale není dostatečně pevná. Ucpané česle by se mohly tlakem vody prohnout. U velkých elektráren bývají česlice ve tvaru kapko-vitého profilu. Při zachování velké pevnosti kladou vodě minimální odpor. Celková šířka jemných česlí musí být tak velká, aby jejich plocha pod hladinou při nejmenším provozním stavu hladiny H bezpečně snesla požadovaný průtok a vznikající ztráta na spádu y nepřekročila několik málo centimetrů.

Ztráta spádu na česlích

Tím, že česlice narušují průřez proudící kapaliny, ta je nucena mezi nimi zvýšit rychlost, dochází k odporu a následně ke ztrátám spádu „y“. Hladina před česlicemi tím pádem stojí výš než za nimi. Na velikost ztrát má vliv především tvar česlic, jejich hustota a rychlost proudění. Ztrátu spádu (rozdíl hladin), který před a za česlicemi vznikne lze matematicky vypočítat. Výpočet však předpokládá,že jsou česlice čisté. Pokud budou za provozu mezery ucpané listím, může se rozdíl hladin dramaticky zvýšit, případně průtok ustane docela.

Stavidla patří k jednoduchým vodním uzávěrům používaným od nepaměti. Slouží k úplnému zastavení, regulaci nebo omezení průtoku. Podle konstrukce, provedení a umístění může zastoupit i funkci přepadu či jezu. Většinou se používá u otevřených přivaděčů (v betonových korytech, tak i v dřevěných vantrokách). Při provedení jako deskové hradítko ovládané dlouhou tyčí může být použito i na vstupech do potrubí umístěných hluboko pod hladinou.

Stavidlo se většinou skládá z dřevěné nebo plechové desky, kterou pohybuje zdvíhací mechanismus svisle v postranním vedení. Tento mechanismus může být umístěn nad vlastním stavidlem, na příčníku zvaném pouch nebo méně často za stavidlovou deskou, což vychází stavebně nižší. Zdvihání může být ruční nebo může být mechanismus doplněn převodovkou a elektromotorem.

Nejčastěji je stavidlo osazováno do betonového koryta tak, že je jeho vedení zcela zapuštěno ve stěně a jeho desku lze zdvihnout úplně nad hladinu, takže pak neklade proudící vodě žádný odpor. Stavidlo musí odolat plnému tlaku vody, který na ně působí z jedné strany. Zdvihací mechanismus musí vyvinout dostatečnou sílu, aby překonal tření ve vedení, váhu stavidla a stavidlo zdvihl.

Na vodním díle se používají stavidla většinou ve třech funkcích:

Výpočet stavidla

Pro zjištění potřebné tloušťky desek s na výrobu dřevěného stavidla lze použít tabulku. Rozhodující je šířka stavidla B a výška hladiny H. Pro jistou bezpečnost je lépe uvažovat s celým vodním sloupcem nastoupaným na výškou stavidla H1 a šířku uvažovat včetně vedení. Bude-li se voda přes stavidlo přelévat, např. u stavidel jalových, která fungují i jako přepad, je potřeba k výšce H1 přičíst i výšku přelivu.

Přepad slouží k odvedení přebytečného množství vody Q zpět do hlavního toku, tak, aby se zamezilo dalšímu vzestupu hladiny v náhonu či nádrži. Většinou není v činnosti trvale, ale uplatňuje se pouze tehdy, není-li voda spotřebovávána jiným způsobem, tedy při odstávce vodního motoru nebo jeho práci na nižší výkon. Brání tak vylití vody z břehů a jejich podemletí. Čím rychleji dokáže automatika uzavírat vodní motor, tím širší a dokonalejší musí jalový přepad být. Tomuto zařízení (zejména na rekonstruovaných vodních dílech) je potřeba věnovat náležitou pozornost a prověřit, zda stávající přepad (původně pracující za zcela odlišných podmínek) svou hltností dostačuje i pro nově osazený vodní motor. Nezbytný je samozřejmě také při povodních.

Celá energie přepadající vody (o spádu H ) se ve vývařišti pod přepadem mění na teplo. Je to značná energie s velkými erozními účinky. Vyjádřeno v kilowattech je při nadstandardních průtocích mnohonásobně větší, než výkon samotného vodního motoru. Proto nesmí být konstrukce jalového přepadu podceněná. Zejména tehdy, snížíte-li nějakým způsobem akumulační schopnost díla. Jeho správnou konstrukci a provedení oceníte zejména při extrémních stavech vody, většinou tehdy, kdy na jeho správné funkci závisí další osud celé stavby a v daném okamžiku se s tím už nedá nic dělat.
Typy přepadů: Šikmý otevřený, Šachtový, Požerák.

Umístěny obecně bývají přepady umístěny v boční stěně náhonu ještě před jemnými česlemi. Někdy jejich funkci zastupuje horní hrana jalového stavidla. Tam kde by vyšlo jalové stavidlo široké, zřizuje se přepad samostatný, nezávislý na jalovém stavidle. U dlouhých náhonů bývá někdy osazen jeden či více přepadů i podél jeho trasy. Přepad se umisťuje tam, kde by při ucpání koryta došlo k vystoupení vody z břehů nebo tam kde by bylo poškození břehu nejnebezpečnější (např. je-li voda vedena v náspu). U jezového vodního díla a všude tam, kde je náhon krátký (a kde se vzedmutí hladiny při odstávce vodního motoru dostatečně rychle přenese až k ústí náhonu) může funkci přepadu zastoupit jez.

Lapače kamenu a písku

Úkolem lapačů je zabránit souvislému zanášení náhonu, turbínové kašny či odpadního kanálu těžšími plavenými nečistotami. V praxi se jedná o prohlubeň ve dně náhonu.

Lapač kamenů se používá u derivačního vodního díla. Bývá hned za ochranným stavidlem na vstupu do náhonu. Jeho úkolem je zachytit větší kameny a oblázky, které by mohly zanášet náhon, popřípadě i zcela zablokovat průtok. Tato situace nastává při větších průtocích v hlavním toku po prudkých lijácích, kdy velká voda sebou valí i těžší předměty. Tento lapač není možno zcela odvodnit, pouze vodu do náhonu zastavit a pak jej vhodným nástrojem či ručně vybrat. U jezového vodního díla nebo u díla s velmi krátkým náhonem se nepoužívá.

Lapač písku je stejné konstrukce, ale nachází se u strojovny vodního motoru těsně před jemnými česlicemi v místě, kde se náhon před strojovnou rozšiřuje (a rychlost proudění klesá) nebo v případě použití vodního kola na střední či spodní vodu bezprostředně před regulačním stavidlem, přepadem či kulisou. Jeho úkolem je zachytit jemný písek plavený po dně náhonu, který by zanášel turbínovou-kašnu nebo vydíral regulační mechanismy vodního motoru. Může se úspěšně použít i před akumulační nádrží, kde při pečlivé údržbě také výrazně omezí zanášení a následné pracné čištění celé nádrže. Tento lapač se zanáší mnohem rychleji než lapač kamenů, proto bývá ve své boční stěně opatřen malým stavidlem nebo souvisí přímo s jalovým stavidlem, které dosahuje až k jeho dnu. Čistí se jednoduše otevřením tohoto stavidla. Nashromážděné nečistoty jsou proudem vody odplaveny do odpadního nebo jalového kanálu. Tento lapač se používá ve všech případech, s vy jímkou díla osazeného korečníkem na horní vodu, kterému písek nevadí.

Konstrukce lapačů

Podmínkou pro správnou funkci lapačů je dodržení optimální rychlosti proudění vody v náhonu. Aby lapač fungoval, musí být rychlost vody nižší než 0,6 m/sec., na to je nutno pamatovat zejména u náhonů betonových, kde proudění na trase běžně dosahuje rychlostí vyšších. Naopak při nízké rychlosti v širokém náhonu se bude písek ukládat už v náhonu. Stejná podmínka platí i pro odpadní kanál, pokud do něj ústí jalové stavidlo. Proto je na lokalitách s větším nebezpečím pískového nánosu vhodné, vede-li výplach lapače samostatnou strouhou přímo do původního toku.

U vodního díla s velmi dlouhým náhonem se doporučuje zřídit lapač písku před strojovnou natolik široký a hluboký , aby po zdvižení jalového stavidla přes něj odtékala všechna voda proudící k turbíně, aniž by pokračovala na vodní motor. Někdy to podpoří zvýšený práh u česlí. V případě kratší odstávky (např. na odblokování rozváděcích lopatek turbíny zaseknutých větvičkou) lze dosucha vypustit kašnu, aniž by bylo potřeba na jezu uzavřít ochranné stavidlo. Pro stanovení vhodného odtokového průřezu můžete (alespoň pro předběžnou úvahu vycházet z výpočtu pro měření průtoku v korytě.

Odpadní kanál od vodního motoru se řeší individuálně podle jeho druhu. Většinou se skládá z vývařiště, kde se maří zbytková energie vycházející z vodního motoru (korečník na horní vodu, Ponceletovo kolo, rovnotlaké turbíny) nebo je výtok ze stroje plynule převeden na proudění v odpadním kanále (korečník na zadní dopad, lopatník s voletem, betonové savky přetlakových turbín aj.). Vždy se bere v úvahu hlavní směr, kterým voda stroj opouští a dbá se na jeho plynulé převedení do vodorovného směru. Protože jsou výtokové rychlosti z vodních motorů vysoké, bývá tato část odpadního kanálu vždy betonová (vyjímečně dřevěná), aby se nevymílala.

Pod Francisovou a vrtulovou turbínou, ze které často (když je její plnění jiné než jmenovité) vytéká voda ve šroubovici, musí být vývařiště hodně hluboké, široké s rovným dnem, jinak se nežádoucí proudění na výstupu ze savky projevuje zpětně na oběžné kolo. U správně regulované Kaplanovy turbíny je to méně náročné, ale stále je nutno mít na paměti, že jakýkoliv nesoulad či odpor na výtoku ze stroje se na jeho funkci projevuje mnohem výrazněji než na vstupu. Mohutné víření pod turbínou není tedy projevem "mohutného" výkonu, ale ztrát a chybné projekce. Vývar pod strojem plynule přechází v podstatně mělčí betonový kanál. Otevřený nebo v nejbližším okolí budovy podzemní štolu. Po určité vzdálenosti (nejméně však po 5-ti až 10-ti násobku šířky kanálu) se výtok vody uklidní a dál pokračuje odpadní kanál jako obyčejná hliněná strouha.

Výpočet profilu odpadního kanálu a jeho měrného spádu je stejný jako v případě náhonu. I odpadní kanál svým měrným spádem zmenšuje čistý spád vodního motoru. Proto musí být pečlivě a s rezervou dimenzován, zejména, ústí-li do něj jalový přepad, aby jalová voda nežádoucím způsobem neomezovala odtok vody z vodního motoru.

Odpadní kanál často navazuje na hlavní vodoteč níže po toku, v místě, kde je hladina podstatně níž než je na úrovni strojovny. Zahlubování odpadního kanálu pod úroveň hladiny řeky je jeden ze způsobů získávání spádu. V povodňových lokalitách funguje dlouhý odpadní kanál jako ochrana před zpětným vzedmutím hladiny pod vodním motorem. Na tento nežádoucí stav jsou citlivé všechny turbíny. Nejvíce však ohrožuje dobrý provoz vodních kol na horní vodu a rovnotlakých turbín.

Důležitý je i způsob zaústění odpadního kanálu do původního řečiště. Je nutné dbát, aby v tomto místě nevznikaly naplaveniny a odtok se nebrzdil. Proto není vhodné napojovat náhon na vnější stranu říčního zákrutu nebo v místě meandru. Často se těsně nad zaústěním odpadu zřizuje nízký jez nebo stupeň. Kanál pak ústí do jeho vývařiště. Tím se využívá skutečnosti, že se vířící vývařiště jezu nikdy nezanáší a často za velké vody v něm stojí voda níže než v toku bez jezu. To je patrné zejména u šikmého jezu, kdy rozdíl může dosahovat i několika desítek centimetrů. Tento další (bezpracně získaný) spád pomůže zejména za velké vody, kdy by naopak spodní voda stála vysoko a ztěžovala práci turbín.

U některých typů vodních děl bývá odpadní kanál velmi krátký nebo chybí docela. Typickým příkladem je jezové vodní dílo s kolenovými nebo násoskovými turbínami, instalovanými na koruně jezu. Savky pak ústí přímo do upraveného vývařiště jezu.

Sanační průtok často je provozovateli vodního díla nařízeno zachovávat tzv. sanační průtok. Je to určitý stálý průtok vody, který musí protékat v původním korytu z ekologických důvodů. Nejčastěji je tato podmínka vyžadována u vodního díla derivačního, kdy by se v sušším období mohlo velmi snadno stát, že by byla veškerá voda odvedena do náhonu. Původní řečiště pod jezem by se v takovém případě ocitlo nasuchu. Tento stav by mohl nastat náhle a většina vodních živočichů by neměla šanci migrovat spolu s klesající vodou. Koryto se zbytkovými kalužemi vody (v úseku od jezu až po zaústění odpadního kanálu) by začalo zahnívat.

Díky sanačnímu průtoku jsou v řečišti pod jezem životní podmínky celoročně zachovány a do jisté míry stabilizovány. Organismy tak mají šanci překlednout dobu, než bude protékat dostatek vody na to, aby přepadala přes celou korunu jezu.

Rybí přechody

Rybí přechod nebo jinak řečeno "rybovod", je zařízení umožňující migraci vodních živočichů přes vzdouvací zařízení (jez), hráze přehrad a rybníků nebo okolo strojovny MVE. Základním úkolem rybovodu je umožnit vodním živočichům zdolání značného rozdílu hladin v jejich přirozeném prostředí. Toho lze dosáhnout několika způsoby, z nichž každý má svá specifika, která je nutno při výběru respektovat. V opačném případě se může snadno stát, že instalované zařízení bude sice pěkně vypadat, voda jím bude proudit a přesto bude rybovod pro živočichy zcela neschůdný. Často jen proto, aby se ušetřil materiál, je postavený rybovod příliš strmý a voda v něm proudí vysokou rychlostí. Jindy má naopak moc mělké stupně a vysoko nad sebou. Typy rybo-chodů - kaskádový, meandrovy, biokoridor.

Typy nejčastěji používaných turbín v závislosti na spádu a průtoku:

Kaplan, Francis, Bánki,Pelton, Reifestein,čerpadlo upravené v turbinovém choduVodní kolo je dnes už historický vodní motor, který přesto najde uplatnění zejména pro spády do 1 m a průtoky až do několika m3/s. Výroba je vždy individuální.

Kaplanova turbína je klasická přetlaková turbína v základním provedení výborně regulovatelná,ale výrobně náročná. Dnes ji vyrábí-řada firem v České republice s různými úpravami regulace i dispozičním uspořádáním (kolenové či přímoproudé turbíny...). Jsou použitelné pro spády od 1 do 20 m, průtoky 0,1 až několik m3/s, individuálně, až několik desítek m3/s. Je vhodná zejména pro jezové a říční malé vodní elektrárny.

Francisova turbína je v minulosti nejpoužívanější přetlaková turbína pro téměř celou oblast průtoků a spádů malých vodních elektráren. Při rekonstrukci se můžeme setkat s Francisovou turbínou již od spádu 0,8 m, její oprava se vyplácí zejména do spádu 3 m. Instalace nových turbín v malých vodních elektrárnách se dnes omezuje na spády od 10 m a pro poměrně velké průtoky, a tudíž i vysoké výkony.

Bánkiho turbína je rovnotlaká turbína s dvojnásobným průtokem oběžného kola, výrobně
nenáročná. Běžný rozsah použitelnosti je od 1 m do 50 m spádu, ekonomicky výhodná zejména od 4 m spádu. Rozsah průtoků je asi od 50 l/s do několika m3/s.

Peltonova turbína je rovnotlaká turbína vhodná pro spády nad 30 m. Využitelné průtoky od 10l/s. Levnější náhradou mohou být v ně kterých případech sériově vyráběná odstředivá čerpadla v reverzním chodu.

Použitý výpočtový vzorec: "Výkon na hřídeli vodního motoru je dán okamžitým průtokem, čistým spádem na vodním motoru a účinností vodního motoru při daném průtoku"

výkon  P   [watty]  = 0,0981  ×  průtok  Q   [ltr./sec.]   ×  spád  H   [metry]   ×  účinnost  [%]

Spád "H" dosazený do výpočtu je spád čistý. Je to původní rozdíl výšky hladin na úseku potoka, snížený o pokles hladiny v náhonu, na česlích, v potrubí a v odpadním kanále. Vzniká nezbytnými ztrátami, nunými k tomu, aby voda do motoru proudila. Při zastaveném stroji se hladina ustálí výše. Proto s tímto rozdílem musíme počítat.

Průtok "Q" dosazený do výpočtu je skutečný průtok přes vodní motor - po odečtení předepsaného sanačního průtoku (pokud je stanoven) a všech nežádoucích prosaků.

Achillovou patou celého výpočtu je i to, že účinnost vodního motoru není při různých průtocích stejná , ale se snižujícím průtokem (plněním) klesá.

Orientační údaje účinnosti při různém plnění poskytne tabulka: 

typ
vodního motoru
plnění stroje
(poměr mezi průtokem skutečným a jmenovitým)
10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%
vodní kolo (korečník) 68 75 75 75 75 75 75 75 75 75
Kaplanova turbína 15 70 85 88 90 90 90 90 88 85
Francisova turbína pomaluběžná   35 60 71 78 80 82 82 80 79
Francisova turbína rychloběžná     15 58 72 78 82 82 82 80
Bánkiho turbína jednosekční   40 60 68 72 74 75 74 72 70
Archimedův šroub 60 74 77 78 80 80 80 80 80 78
 účinnost (malých strojů) v %

Chcete-li znát výkon i v suchém období roku, budete si muset spočítat výkon i při jiném plnění, než při jmenovitém a do vzorce dosadit příslušnou účinnost odpovídající danému plnění.

Obdrželi jste výpočtem výkon, jehož hodnota nenaplnila vaše očekávání? Pozor, voda pracuje 24 hodin denně a 365 dnů v roce.

Zdroj: Internetový portál Malá voda. (Poslední změna 15.7. 2017).