Když je voda dobrý služebník, ne zlý pán

The installed capacity of hydropower plants owned by the ČEZ Group exceeds 1,9 GW—roughly equal to the nuclear power plant Dukovany. In the last couple of years, ČEZ made record investments in its hydropower facilities, increasing their efficiency and flexibility through complex modernisation projects.

Když porovnáme výkon jaderných a vodních elektráren v České republice, budeme možná překvapeni. I když podíl elektřiny, který vodní elektrárny produkují, je ve vztahu k její celkové výrobě poměrně malý, celkový výkon všech soustrojí ve vodních elektrárnách ze Skupiny ČEZ přesahuje 1 900 MW. Tedy zhruba výkon jaderné elektrárny v Dukovanech. A nepotřebují k tomu jaderné palivo či slunečné počasí, ale pouze dostatek vody.

Z hlediska vlastní role v elektroenergetice představují vodní elektrárny doplňkový zdroj výroby elektrické energie, ale hlavně jsou potřebné kvůli své schopnosti rychle najet na velký výkon. Dokáží tak operativně vyrovnávat okamžitou energetickou bilanci v elektrizační soustavě. Cenná je také jejich schopnost startu ze tmy, například po blackoutu.

Velké vodní elektrárny v Česku, přečerpávací elektrárny a část malých (tedy těch s instalovaným výkonem do 10 MW) patří do výrobního portfolia společnosti ČEZ, ty ostatní vlastní různé další firmy a podnikatelé. ČEZ své vodní zdroje během posledních patnácti let kompletně modernizoval, investoval do toho už 5 miliard korun.

MILIARDY VE VODĚ

Za zmíněných 5 miliard korun se modernizovala soustrojí na více než dvaceti velkých, malých a přečerpávacích vodních elektrárnách. Modernizovaných 39 soustrojí na 22 vodních elektrárnách dnes funguje lépe a hospodárněji, než když před desítkami let zahajovaly svůj provoz. Další soustrojí na modernizaci ještě čekají.

V posledních letech prošly kompletní modernizací například vodní elektrárny Lipno I, Kamýk, Slapy nebo Vrané, největší opravy v historii proběhnou u elektráren Kořensko a Lipno II. Cílem je vyrábět ve všech bezemisní, ekologickou elektřinu i v příštích desítkách let a zajistit tak pro budoucnost bezpečné dodávky obnovitelné energie.

Při modernizaci a ekologizaci se využívají nejnovější poznatky z oblasti konstrukce strojních a elektrických částí soustrojí, jako je například geometrie oběžných kol turbín nebo řídících systémů. Do šachet soustrojí se umísťují úplně nové nebo kompletně opravené díly. Někdy jsou to desítky tun vážící obří oběžná kola turbín či rotory a statory generátorů.

„Při modernizacích měníme i systém hydraulického ovládání soustrojí a rychlozávěrů, kde přecházíme z nízkotlaké na vysokotlakou hydrauliku. Vyšší tlak znamená menší objemy olejových náplní v regulaci turbín a nižší příkon čerpadel. Díky tomu můžeme až o 95 % snížit množství oleje, z původních tisíců litrů na stovky, a dále tak minimalizovat riziko jeho možných úniků do vody,“ přibližuje přínosy pro životní prostředí Róbert Heczko, ředitel vodních elektráren ČEZ.

NOVÝ NÁTĚR V JESENÍKÁCH

Největší instalovaný výkon mezi českými vodními elektrárnami má díky dvěma reverzním vodním turbínám s celkovým instalovaným výkonem 650 MW přečerpávací elektrárna Dlouhé stráně, dostavená v polovině 90. let. Mezi horní a dolní nádrží je také největší spád – 510,7 metrů. To už dává vodě možnost se opravdu pořádně rozběhnout.

Návštěvníci horní nádrže zde před prázdninami mohli sledovat něco neobvyklého: unikátní technologickou operaci, při níž odborná firma natřela svahy nádrže speciální hmotou s UV filtrem. Dvoumilimetrová vrstva mastixu neboli ochranného asfaltového nátěru asfaltobetonového těsnění vodních nádrží dokáže chránit plochu nádrže, vystavenou extrémním povětrnostním vlivům, před ultrafialovým zářením ze slunce i zimními mrazy.

Bylo na co se koukat. Speciální stroj zavěšený na lanech navijáku popojížděl po komunikaci na koruně horní nádrže a nanášel nátěr odspodu z jejího dna. Celková plocha k natírání měřila 92 000 m². Mastix se na boční stěny nádrže dosud nanášel jen třikrát, naposledy v letech 2017–2019. Letošní nátěrové práce byly součástí investic v elektrárně Dlouhé stráně za více než 400 milionů korun, které zajistí její bezpečný provoz v dalších letech.

Horní nádrž vodní přečerpávací elektrárny Dlouhé stráně je u návštěvníků a turistů velmi oblíbená, trvalý zájem ale panuje také o prohlídky jejího vnitřku dole v údolí. Není divu, je to opravdu úctyhodné dílo, zcela ojedinělé nejen v rámci Česka. A dalo by se říci, že něco takového už zde stěží v podobných rozměrech postavíme. Uříznout horní část nějakého kopce, provrtat ho šachtami a v jeho dolní části umístit turbíny, čerpadla a zásobárnu vody, to samozřejmě možné je – ale získat k tomu povolení a souhlas okolí by bylo těžké.

Přesto se v návrhu Politiky územního rozvoje České republiky dvě nové lokality pro přečerpávací elektrárnu objevily. Podle informace z Ekonomického deníku může v prvním případě vyrůst horní nádrž v lokalitě kamenolomu u Libochovan, roli dolní nádrže by plnila přehrada Střekov v Ústí nad Labem. Výkon turbín by mohl dosahovat až 290 MW. V druhém případě může být horní nádrž umístěna na kopci Pteč, jako dolní nádrž by sloužilo vodní dílo Orlík.

Tabulka č. 1: Nejvýznamnější vodní elektrárny v ČR

Zdroj: ČEZ

Při letošních pracích na obnově ochranného nátěru byla horní nádrž PVE Dlouhé stráně vypuštěna

AKUMULACE JE ŽÁDANÁ

Přečerpávací elektrárna Dlouhé stráně vlastně předběhla svou dobu, i když její výstavba se potýkala s řadou potíží a dokonce byla na léta zastavená. Tehdy se o potřebnosti akumulace elektřiny tolik nemluvilo, i když přečerpávací elektrárna byla od počátku určena k vykrývání ranních a večerních energetických špiček. Dnes je však její význam pro českou energetiku stále větší. Decentralizované výrobní zdroje a zejména nestabilní výroba obnovitelných zdrojů kladou rostoucí nároky na zajištění rovnováhy v přenosové soustavě. Dlouhé stráně k tomu významně napomáhají – jde přeci o obrovský akumulátor elektřiny. Elektrárna má certifikáty pro službu start ze tmy, žádaný například při řešení blackoutu, a také pro regulaci napětí.

Skupina ČEZ elektrárnu soustavně modernizuje. Už v roce 2021 energetici zvýšili provozní hladinu horní nádrže o 70 centimetrů, což umožnilo uložit v jednom výrobním cyklu přibližně o 6 % více elektřiny než dříve. Rekordní investice let 2024 a 2025 přesáhnou 800 milionů korun. Věnují se postupné obnově důležitých částí turbosoustrojí, které je v provozu už téměř třicet let. Loni se věnovali prvnímu soustrojí, letos druhému. Pro představu, co se vše na soustrojí musí provést, uveďme výměnu statorového vinutí a vystředění celého soustrojí, upgrade hardwaru řídícího systému, modernizaci buzení, opravu hydromotorů a nové vnitřní nátěry přivaděčů vody z horní nádrže do turbíny. Podle slov ředitele divize obnovitelná a klasická energetika ČEZ Jana Kaliny má skupina po roce 2030 v plánu investovat do Dlouhých strání ještě významněji. Dojde také ke kompletní modernizaci kamerového a zabezpečovacího systému, pokročilejší technologie umožní i detekci obličejů.

Elektrárna Dlouhé stráně ovšem neslouží jen jako akumulátor energie, ale také vody. Což potvrdily i povodně, které zasáhly Jeseníky v září 2024. Před povodněmi elektrárna uvolnila prostor v dolní nádrži a tři dny pak mohla zadržovat vodu přitékající z Divoké Desné a okolních kopců, címž výrazně pomohla mnoha obcím ležícím pod ní, od Loučné nad Desnou až po Šumperk.

ŠTĚCHOVICE V DOBRÉ KONDICI

Klasická štěchovická kaskádní elektrárna oslavila již 80 let provozu. Její sestra, nejdéle sloužící česká přečerpávací elektrárna Štěchovice II, je jen o tři roky mladší, provoz zahájila v roce 1947 a byla v té době v celosvětovém srovnání opravdu velkým zdrojem svého druhu. Díky kompletní rekonstrukci v roce 1996 se proměnila v moderní elektrárnu pro 21. století, nadále nicméně využívá původní horní nádrž a přivaděč. Elektrárna je vybavena dvěma soustrojími s Kaplanovými turbínami s celkovým výkonem 22,5 MW. I soustrojí turbín a generátorů má navíc pořád některé zcela původní komponenty.

V čase přebytku energie v soustavě se čerpá voda do horní nádrže na kopci Homole a v době jejího nedostatku naopak směřuje na údolní turbínu. Ta po dobu čtyř hodin dokáže dodávat téměř 50 MW výkonu, tedy celkově 200 MWh elektřiny, což už významně pomůže stabilizovat energetickou soustavu. Zařízení umí najet na stoprocentní výkon asi za tři minuty od povelu z centrálního dispečinku vodních elektráren, který řídí celou energetickou část Vltavské kaskády a je umístěn právě zde, ve Štěchovicích. Za ideálních podmínek projede 582metrovým přivaděčem od horní nádrže k soustrojí 27 m³ vody za sekundu, při čerpadlovém režimu je to v opačném směru 21 m³/s. Voda pak buď míří opět nahoru na kopec, nebo pokračuje ve svém toku směrem ku Praze, kde je poslední částí tzv. vltavské kaskády elektrárna Vrané nad Vltavou.

Horní nádrž na Homoli začala vznikat už v průběhu druhé světové války v režii německé okupační správy. Dobře slouží dodnes, i když nesmí být nikdy úplně vypuštěna, protože má speciální konstrukci dna s jílovou těsnící vrstvou, která by mohla popraskat. Zajímavá je nově také tím, že na její hladině vybudoval ČEZ první českou plovoucí solární elektrárnu o výkonu 88 kW. Testují se na ní vlastnosti nosných plováků a solárních panelů, a to v opravdu obtížných podmínkách, které by na běžné vodní nádrži nenastávaly. Žádná jiná fotovoltaika na světě nekolísá při svém provozu nahoru a dolů až o 9 metrů, což je rozdíl hladin při maximu a minimu přečerpávacího cyklu. Nejnověji má štěchovická „přečerpávačka“ za sebou tříměsíční výměnu svého mozku – řídicího systému a elektrických ochran. Energetici odstávky využili i k celkové údržbě běžně nepřístupného více než půlkilometrového tlakového přivaděče k turbíně.

Průběžná údržba probíhá letos i na obou soustrojích kaskádní středotlaké elektrárny Štěchovice I. Při letošních letních opravách, zaměřených na prodlužování životnosti generátoru a turbíny, došlo také na opravy obou bezpečnostních rychlouzávěrů, vybroušení kavitací na turbínách a diagnostice generátorů. Obě soustrojí elektrárny ovšem čeká v příštích letech rozsáhlá komplexní modernizace.

Plovoucí FVE Štěchovice na hladině horní nádrže přečerpávací elektrárny

VRANÉ TO JISTÍ

Elektrárna Vrané je nejstarším, ale důležitým článkem Vltavské kaskády, jak se znovu ukázalo při povodních. Vodní dílo Vrané přispívá k vyrovnání průtoku ze Slapů a Štěchovic, zpracovává i vodu ze Sázavy, a navíc plní roli dolní nádrže přečerpávací elektrárny Štěchovice II. Na pokyn dispečinku umí do dvou minut začít dodávat elektřinu do domácností a průmyslových podniků ve středních Čechách.

Z modernizačních akcí byla ojedinělá výměna obou rychlouzávěrů, které umí v případě ohrožení za necelých 28 vteřin zabránit vodě k přítoku na turbínu. Původní segmenty sloužily na Vraném od zahájení provozu v roce 1936. Šlo o „kousky“ s hmotností 50 tun a rozměry 6,1 × 12 metrů. Jejich rovněž padesátitunové nástupce energetici sestavili ze tří částí a spustili do více než 15 metrů hluboké šachty rychlouzávěru. Každou z turbín proteče za plného provozu 90 kubíků vody za vteřinu, což už je nějaká síla.

NEJVĚTŠÍ A NEJRYCHLEJŠÍ

Na Orlíku, kde je největší česká akumulační vodní elektrárna, se letos hlavní opravy prováděly už na jaře. Přitom byl kompletně migrován řídicí systém a opravena dvě ze čtyř soustrojí. Elektrárna se využívá hlavně v časech odběrových špiček. Za pouhých 128 vteřin totiž Orlík, který je nejdůležitější částí vltavské kaskády, umí začít dodávat do sítě plný výkon 4 × 91 MW.

V březnu a dubnu zde probíhala pravidelná posezónní údržba, tentokrát na třetím a čtvrtém orlickém soustrojí, kdy vždy dva bloky mají výkon vyvedený do společné linky. Údržbářské čety se mohly podívat i do částí, kudy za běžného provozu proudí voda, včetně obou šedesátimetrových přivaděčů. Za provozu letí jedním přivaděčem až 150 kubíků vody rychlostí 5 metrů za vteřinu. Specialisté se věnovali také zjišťování vad, vyvařování kavitací a kontrolám únavových trhlin na 80tunových oběžných kolech turbín o průměru 4,6 metru. První soustrojí už se vrátilo do provozu.

V dozorně září schematické displeje novotou a zobrazují okamžité hlavní technické parametry provozu všech soustrojí. Mezi další novinky patří neviditelná kabeláž nové optické sítě a sítě ethernet, procesní stanice řídícího systému, analogové a binární karty a operátorské stanice. Modernizace elektrárny bude pokračovat, ještě letos se předpokládá ukončení výběrového řízení na projekt, jehož součástí je i přestavba části kapacity na přečerpávací provoz.

Elektrárna Orlík drží hned několik „nej“. S výkonem 364 MW jde o největší českou klasickou vodní elektrárnu, každá ze čtyř turbín je navíc vysoká 27 metrů a dosahuje tak zhruba výšky panelového domu. Jednotlivá soustrojí elektrárny energetici postupně uváděli do provozu v letech 1961–1962. Nejdelší odstávky kvůli opravám však elektrárna zažila po povodních v srpnu 2002. Elektrárna tehdy do poslední chvíle vzdorovala tisícileté vodě na Vltavě a doplatila na to téměř „vlastním životem“. Zaplaveny byly všechny čtyři turbíny i generátory, takže celý následující rok byla kvůli opravám odstavená, a nejvíce poškozený 4. blok začal dodávat elektřinu až v prosinci 2004. Dnes se tu v rámci projektu státního podniku Povodí Vltavy buduje doplňkový bezpečnostní přeliv a skluz s vysokou kapacitou, díky čemuž bude Orlík po rekonstrukci schopen bezpečně převést i desetitisíciletou povodeň. Výstavba má skončit v roce 2028.

Vyvařování kavitací na listech oběžného kola Kaplanovy turbíny ve VE Orlík

DVAKRÁT NA LIPNĚ

Nádrž a elektrárna Lipno II slouží k vyrovnávání kolísavých odtoků při provozu výše umístěné špičkové elektrárny Lipno I. Nedávno tady bylo třeba snížit hladinu nádrže o pět metrů, takže se objevily vzácné pohledy na původní meandry řeky nad Vyšším Brodem. Vyžádala si to výměna česlí, zařízení k záchytu nečistot ve vodě. Elektrárna zahájila provoz v roce 1956, nyní došlo k první kompletní výměně tohoto zařízení.

Elektrárna Lipno II disponuje jedním soustrojím o výkonu 1,5 MW. Během jednoho dne zachytí a zpracuje i několik špiček. Na konci roku tu odstartuje nejrozsáhlejší modernizace po 69 letech spolehlivého fungování. V příštích dvou letech dostane Lipno II úplně novou strojní i technologickou část. ČEZ vymění turbínu, generátor i řídicí systém. Opravy začnou ještě letos, do plného provozu najedou oba zdroje na jaře 2027. Investice je částečně financována díky dotacím z Operačního programu TAK (Technologie a aplikace pro konkurenceschopnost). ČEZ tak dokončí obnovu celé energetické části vodního díla Lipno. Naváže přitom na elektrárnu Lipno I, která prošla komplexní modernizací obou 69,5 MW soustrojí už v letech 2012–2017. Investice za 400 milionů korun přinesla zvýšení spolehlivosti provozu, růst efektivity výroby o cca 4 % a úsporu milionů kubíků vody.

NIKDY NENÍ HOTOVO

Z Operačního programu TAK bude částečně financovaná i největší modernizace malé vodní elektrárny Kořensko za 32 let jejího provozu. Dojde ke kompletní výměně turbín, generátorů a řídicích systémů. Práce začnou ještě letos a hotovo má být na jaře 2027. Kořensko s dvěma soustrojími a celkovým výkonem 3,8 MW leží u Jaderné elektrárny Temelín a zpracovává přirozený průtok Vltavy pod soutokem s Lužnicí.

Modernizace má vyčíslitelné efekty u všech vodních elektráren, v případě těch velkých zvyšuje účinnost zařízení o 4 až 5 %. Což je důležité, protože ačkoli tyto elektrárny, které patří mezi obnovitelné zdroje energie, nezávisejí na vrtkavém sluníčku či větru, jejich výkon ovlivňují hydrologické poměry na českých řekách. A protože vody není vždycky dostatek, sucho střídá povodně a klimatické podmínky jsou nejisté, je cenné, že lze vyrobit stejné množství energie i z menšího objemu vody.