Vodní energie
Výroba a využívání malých vodních elektráren má v České republice dlouhou tradici, jejímž hlavním důvodem je geografické položení země a prameny velkého množství evropských řek.
Vodní energie je technicky využitelná potenciální, kinetická, nebo tepelná energie veškerého vodstva na Zemi. Na elektřinu se přeměňuje ve vodních elektrárnách.
Energii vody můžeme v současné době zařadit mezi dosti rozšířené a běžně používané obnovitelné zdroje energií. Základem pro využití energie proudící vody se považují rovnotlaké vodní stroje založené na rotačním principu. Dalším způsobem je využití gravitace působící na vodu. Díky vodní stavbě je vytvořen výškový rozdíl mezi hladinou a vodní nádrží, díky čemuž je vytvářen tlak vhodný k roztočení rotoru přetlakového vodního stroje.
Energetické zdroje využívající energii vody jsou dnes běžně používanými obnovitelnými zdroji energie. Hnacím motorem je sluneční energie, která je do vody uskladněna jednak jako teplo, dále jako potenciální (gravitační) energie v oblacích a přehradních nádržích, ale i jako pohybová energie ve srážkách, řekách, vodopádech a oceánech.
Obrovské množství slunečního tepla je uskladněno v tropických oceánech Teplota při hladině je 25-28 °C, avšak v hloubkách kolem 400 m pod povrchem je pouze 5 °C. Rozdíl teplot mezi povrchovou a hlubinnou vodou lze využít k pohonu tepelných motorů, kde přechází teplo z teplé látky do studené a přitom se částečně přemění v pohybovou energii. Rozdíl teplot v tropických oceánech však lze využít i k přímé přeměně tepla v elektřinu a to zařízením nazývaným termočlánek.
Gravitační energií vody rozumíme polohovou energii v gravitačním poli Země. Je to energie té vody, která byla vyzvednuta do výšky nad mořskou hladinu. Značná část sluneční energie dopadající na rozsáhlé hladiny oceánů a moří se spotřebuje na zahřátí, vypařování a vynášení vypařených vodních molekul vysoko nad hladinu. Tam se molekuly shlukují do kapiček oblaků. Práce vložená do vyzvednutí vody představuje gravitační energii oblaků. Říká se jí potenciální energie, neboť může být přeměněna v pohybovou energii padajícího deště, řek a potoků. Voda v oblaku má velkou gravitační energii, tím větší, čím je výše a čím je jí v oblaku více. Jen malá část této energie se zachytí v přehradní nádrži, zhruba procento, a to tím víc, čím je hladina vody za přehradou vyšší a čím má větší objem. V nádrži má voda větší gravitační energii než v řece pod přehradou. Tento rozdíl gravitační energie využívá vodní elektrárna k pohonu turbíny spojené s generátorem elektrického proudu.
Pohybovou energii tekoucí vody využívaly již nejstarší civilizace. Pomocí vodních kol zavlažovali lidé svá pole několik století před Kristem. K mletí obilí sloužila energie řek už v 1. století před Kristem. Vodní kola se k pohonu mlýnů užívají někde dodnes. Naši předkové využívali pohybovou energii řek a potoků k pohonu mlýnů, pil a hamrů. K mnohem intenzivnějšímu využití pohybové energie však došlo, když ji bylo možno ve vodních elektrárnách přeměnit na elektrický proud. Vodní kola byla nahrazena různým typem turbín (Francisova, Peltonova, Kaplanova, Bánkiho).
Na místech dřívějších mlýnů jsou dnes leckde malé vodní elektrárny (MVE - z dnešního pohledu do výkonu 10 MW). Z hlediska ekologického, estetického i bezpečnostního je to nejvýhodnější využití energie vody. Taková vodní díla naši předkové budovali uváženě, aby co nejlépe využili místní krajinu. Je výhodnější obnovit vodní dílo staré, než budovat od základu nové. Přitom se mlýnské kolo zpravidla nahrazuje výkonnější turbínou. Po druhé světové válce u nás bylo více než 11 tisíc malých vodních elektráren, které zčásti zanikly. Vodní elektrárna (hydroelektrárna) je stavba u hráze nebo přehrady. Energie vody se ve vodní elektrárně mění v energii elektrickou. Nejprve se proud pouští na vodní turbínu. Pohybová energie vodního proudu se mění v otáčivou pohybovou energii turbíny. Na společné hřídeli s turbínou je generátor, který mění otáčivou pohybovou energii na energii elektrickou. Vodní elektrárny s výkonem přes 10 MW se považují za velké.
Nevyčerpatelným zdrojem čisté energie, který pozvolna začíná nahrazovat drahá fosilní paliva (ropu, uhlí, zemní plyn), je pohyb vody v mořích a oceánech. Využít ho lze několika způsoby. Mořské vlny jsou tvořeny větrem a mohou být vysoké několik metrů a dlouhé desítky metrů. Vlny na otevřeném moři běží po hladině a unášejí velkou energii, kterou lze využít ve vlnové elektrárně. Dalším typem je příbojová elektrárna: příboj je silný náraz vlny na skalnatý břeh nebo na ploché pobřeží, vlny v příboji se lámou a kácejí se zpět. Při rozbouřeném moři dosahuje příboj na skalnatém břehu výšky 30 - 50 m. Energie příboje se využívá k výrobě elektřiny, příbojových elektráren je několik různých druhů. V úzké zátoce nebo v ústí řeky se stavějí slapové elektrárny. Zátoka se přehradí hrází, v níž jsou propustě s turbínami a s generátory elektřiny. V moderních slapových elektrárnách pracují turbíny při přílivu i při odlivu (tedy při přítoku vody z moře do přehradní nádrže a při odtoku vody z přehradní nádrže do moře).
V České republice je z logických důvodů možné využít pouze mechanické energie řek a potoků. Dle aktuálních statistik ERÚ a MPO je v provozu cca 1400 vodních elektráren. Celkový instalovaný výkon těchto zdrojů představuje 1,02 GWh. V 30. letech minulého století bylo na území bývalého Československa v provozu více než 11 000 vodních elektráren! Všechny tyto elektrárny by se řadily do skupiny tzv. MVE (malá vodní elektrárna). Toto označení se u nás užívá pro elektrárny s instalovaným výkonem pod 10 MW. Pouze 8 elektráren na území našeho státu tuto hodnotu přesahuje. Technicky využitelný potenciál naší republiky se zahrnutím všech aspektů zohledňujících životní prostředí, osídlení, infrastrukturu a rozmístění průmyslu se odhaduje v průměrně vodném roce na maximálně 3 000 GWh/rok. Rok 2006 byl považován za relativně vodný a dle statistik ERÚ celková výroba dosáhla 2 400 GWh/rok z toho 1 300 GWh bylo vyrobeno právě v našich 8 největších elektrárnách, v loňském roce díky suchu produkce poklesla.
Z uvedených čísel můžeme číst následující. Co do počtu je potenciál nové výstavby či rekonstrukce starých vodních minielektráren (výkon od 100 kW - 1000 kW), mikroelektráren (od 35 kW - 100 kW) a především domácích vodních elektráren s výkonem do 35 kW značný. V energetické bilanci státu však tento možný zdroj energie nebude hrát žádnou roli.
Rozvoj a rozšiřování MVE se u nás v uplynulých 15 letech obnovil. Jejich oživování přeje současná legislativa výrazně podporující OZE i dotační politika státu a EU. Především díky zákonu o OZE se zlepšila úvěrová podpora těchto realizací bankami a jejich obnovování bude nadále pokračovat s rostoucí cenou energie. MVE k naší republice a její historii patří, mají nezastupitelnou úlohu i proto, že jsou rozptýleny po celém území. Tyto malé bodové zdroje pak významně nezatěžují přenosovou soustavu.