Druhy a význam vodních elektráren, typy přehrad akumulačních elektráren, používané vodní turbíny. Vztah pro výkon vodního díla

Druhy elektráren

Jezové (průtočné) – jejich spád je vytvořen jezem

Stavějí se v rovinných oblastech na řekách s malým spádem tam, kde lze vybudovat jez. Průtočné elektrárny využívají při velké vodě jen malou část vodní energie, protože voda přetéká přes jez a užitečný spád se zmenšuje. Výkon těchto elektráren je závislý na množství vody a mají jenom omezený význam v energetice.

Derivační (náhonové) – jejich spád je vytvořen převážně umělým kanálem (náhonem)

Přehradní (akumulační)
Stavějí se na řekách tekoucími údolími. Na vhodném místě, zpravidla v soutěsce, se vybuduje přehrada, která zadržuje vodu, a elektrárna ji využívá v době špiček. Pod přehradami se zřizují vyrovnávací nádrže, které zajišťují minimální průtok vody v řece.

Přečerpávací – využívající vodu přečerpanou z dolní nádrže do horní

Voda se přečerpává nahoru v době, kdy je spotřeba energie minimální, a vypouští se v době špiček. Čerpadla jsou obvykle na společném hřídeli s turbínou a alternátorem, který pracuje při čerpání jako synchronní motor.

Přílivové – využívají spádu vytvořeného mořským přílivem a odlivem

Podle spádu rozlišujeme
nízkotlaké – se spádem do 15 m
středotlaké – se spádem do 100 m
vysokotlaké – se spádem nad 100 m

Druhy hrází

Gravitační (tížné) – s betonovou hrází, celé namáhání přehradního zdiva se přenáší na základovou půdu (Lipno)

Klenbové – když se vnější namáhání přehradního zdiva přenáší do bočních skalních stěn, do kterých se přehrada spolehlivě zakotví

Zemní (sypané) – buď hlinité nebo z lomového kamene, podle únosnosti půdy. Na návodní straně se hráz ochrání kamennou dlažbou a na vzdušné straně trvalým porostem.

Turbíny

Peltonova turbína – turbína rovnotlaká (voda je při vstupu i výstupu z lopatek pod stejným  –  atmosférickým tlakem). Celá potenciální energie vody (celý její tlakový spád) se v dýzách mění v její energii kinetickou a ta se nárazem na lopatky mění na kinetickou energii mechanickou oběžného kola. Jsou vhodné pro spády od 400 m a pro menší průtoky. Její měrné otáčky jsou 4 až 70 ot/min.

Francisova turbína – je to turbína přetlaková s natáčením lopatek pevného rozváděcího kola. Je vhodná pro střední spády a průtoky. Její měrné otáčky jsou 80 až 350 ot/min.

Kaplanova turbína – je to turbína přetlaková, s natáčením lopatek oběžného kola. Je vhodná pro velké průtoky při malých spádech (2 až 80 m). Plné využití  od spádu 2 do 80m umožňuje volba se třemi až deseti lopatkami, při maximální účinnosti.Její měrné otáčky jsou 300 až 1000 ot/min.

Reverzní turbína pro přečerpávací elektrárny
Pracuje jako čerpadlo i turbína

přímoproudá RT – do spádu asi 20 m
diagonální RT – do spádu asi 100 m
Francisovy RT – při větších spádech, asi do 450 m

Vztah pro výkon vodního díla

 r- hustota
g – tíhové zrychlení ( 10 m²/s)
Q – průtokové množství vody vodního toku
H_U – užitečný spád

1000 – převodní konstanta na kW