Vírová turbína – český vynález – začala fungovat nedaleko Kadaně

Vírová turbína. První instalace v elektrárně Želina. foto: ČEZ

Malá vodní elektrárna Želina, kterou v roce 1908 nechalo zbudovat město Kadaň, po více než 100 letech opět píše moderní dějiny. Na začátku měsíce v ní začala fungovat vírová turbína, která je českým patentem.

Instalace první vírové turbíny na světě je ukázkovým projektem založeným na spolupráci byznysu a vědeckých kapacit českých vysokých škol spadající do kategorie aplikovaného výzkumu vývoje. V tomto případě jde o spolupráci Vysokého učení technického v Brně a Skupiny ČEZ. Již v roce 2010 byla podepsána smlouva na spolupráci při výpočtovém modelování, hydraulických návrzích a modelových zkouškách pro různé varianty uspořádání  jednostupňové a dvoustupňové vírové turbíny. Autorem unikátního vynálezu je František Pochylý z Energetického ústavu Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně, který na vývoji vírové turbíny se svým týmem pracuje několik let.

Nikdo sice neumí přesně matematicky popsat princip, na němž turbína funguje, ale její účinnost byla ověřena pečlivými měřeními a mnohokrát přezkoumána. Největší výhodou je, že má vysokou účinnost a může být použita i na menších vodních tocích a místech, kde je malý rozdíl hladin. Le ji tedy využít nejen na řekách, ale například i v samotných energetických provozech, například při odvodu chladící vody z elektráren, při přečerpávání na odkalištích atd. „Po dlouhém testování funkčnosti turbín byla pro instalaci prototypu vybrána vodní elektrárna Želina, která je jednou z unikátních technický památek, které spravujeme a svými parametry odpovídá typu uvažovaných instalací vírové turbíny,“ uvedl mluvčí ČEZ Martin Schreier. Podle něj bylo pro účel první instalace násoskové vírové turbíny na světě ověřeno, že zde dlouhodobě lze udržovat průtok vody 2 m3/s. „Převážně stabilní provozní podmínky jsou ideální pro neregulovatelnou turbínu jednoduché konstrukce jakou je vírová turbína. Vírová turbína v násoskovém provedení navíc umožňuje instalaci bez nutnosti stavebních úprav,“ dodal Schreier.

Charakteristika vírové turbíny

  • Konstrukčně jednoduchá turbína s vysokou účinností použitelná pro nové nebo stávající lokality malých vodních elektráren především tam, kde jsou stabilní spádové a průtokové poměry.
  • Princip spočívá v tom, že voda vstupuje do oběžného kola ve směru osy rotace a za ním obíhá proti směru rotace kola. Voda vstupuje do sací roury s určitou rotační složkou. Turbína se obejde bez rozváděcího kola – jednoduchost oproti stávajícím typům turbín. Pracuje s vyššími otáčkami než Kaplanova turbína, a proto v určitých případech není nutné používat převodovku.
  • Dvoustupňová vírová turbína je poměrně jednoduchý vodní stroj, kdy na každém stupni je zpracováno určité procento spádu. Může se jednat o 50:50, ale i 60:40, nebo 70:30. Protiběžná kola přenáší kroutící moment na 2 hřídele, z nichž každý se otáčí jiným směrem.
  • Instalace těchto zdokonalených turbín umožňuje Skupině ČEZ využití lokalit s nízkými spády. Návratnost investice u vírové turbíny by měla být o cca polovinu kratší ve srovnání s Kaplanovou turbínou.
  • Dvoustupňová vírová turbína v kaskádovém uspořádání je prvním strojem tohoto druhu ve světovém měřítku, který prokázal svoji funkci na základě prototypových zkoušek i v reálných provozních podmínkách.

Skupina ČEZ vidí ve vírové turbíně velký potenciál, jelikož dokáže těžit z dosud nevyužitého potenciálu nízkoprůtokových a nízkospádových lokalit.„Jedná se o jednoduché řešení s přijatelnou ekonomickou návratností. Může se stát jedním z nástrojů jak efektivně navyšovat kapacitu obnovitelných zdrojů v ČR,“ dodal Schreier.

Vírová turbína má budoucnost, protože:

  • Vodní elektrárny jsou stále nejvýznamnějším obnovitelným zdrojem energie v ČR, dnes se však potýkají s nízkým průtokem řek, jenž citelně snižuje objem jejich výroby.
  • Česká republika si prostřednictvím Státní energetické koncepce vytyčila cíl zvyšování podílu obnovitelných zdrojů energie. Závazky rozvoje obnovitelných zdrojů vyplývají pro ČR
    i z mezinárodních dohod, zejména energetických cílů EU do roku 2020, respektive 2030.
  • Potenciál pro stavbu dalších velkých vodních děl je v ČR prakticky vyčerpán. Ekonomicky efektivní lokality pro vodní elektrárny již byly využity. Realizace dalších projektů by navíc pravděpodobně narazila na silný odpor místních samospráv a ekologů.
  • Rozvoj větrné a solární energetiky v ČR do značné míry omezují povětrnostní podmínky. ČR má podstatně menší potenciál pro stavbu větrných elektráren než například sousední Německo a Polsko a stejně tak zde není tak velký potenciál pro rozvoj fotovoltaických elektráren jako ve slunnějších oblastech na jihu Evropy. Projekty větrných elektráren navíc v ČR naráží na čím dál silnější odpor obcí.
Želina - před instalací vírové turbíny
Želina – před instalací vírové turbíny

Proč se rozhodnout pro vírovou turbínu:

  • Jednoduchost konstrukce,
  •  Vysoká účinnost turbíny při nízkém spádu – podle varianty provedení – násoska cca 75 %, přímoproudá až 85 %,
  • Nízká cena.

 

 

Želina – po instalaci vírové turbíny

Vhodné lokality pro vírovou turbínu

  • Spád od 1 m až do 5 m,
  • Průtok od 0,2 m3/s,
  • Jezy, staré malé vodní elektrárny k rekonstrukci, staré náhony, odpadní voda tepelných elektráren,
  • Předpoklad – jednoduché nízkonákladové typové sestavy těchto turbín s generátorem mohou najít širší uplatnění v rozvojových oblastech i ve světě.

Investice do vírové turbíny a dalších „chytrých-smart“ řešení jsou jednou z cest, jak naplnit závazky, které přijala nejen Česká republika, ale také energetické společnosti. Jedním z nich je zlepšit energetickou účinnost a snížit v České republice emise CO2 na vyrobenou MWh elektřiny o 46% do roku 2020 ve srovnání s rokem 2001.

Jiří Reichl