Energetické zdroje naší planety a jejich využití: Porovnání verzí

Dalším rozšířeným typem jsou vodní elektrárny neboli hydroelektrárny. Na světové výrobě energie se podílí pouze asi pěti procenty. Vodní elektrárny jsou stavěny především v přehradách, někdy se stavějí i v horských oblastech, kde využívají velkého spádu vody. Jejich princip je velice jednoduchý a spočívá ve využívání energie vody, která teče spádem z vyššího místa a pohání turbínu připojenou na alternátor. V dnešních hydroelektrárnách se používají téměř výhradně tři typy turbín – Peltonovo kolo, Francisova turbína a Kaplanova turbína.

 

Peltonovo kolo se používá v elektrárnách majících k dispozici velký spád, tedy především v horách a spokojím se i s menším průtokem vody. První turbína tohoto typu byla postavena v roce 1880 vynálezcem Lesterem Peltonem. Tvarem připomíná zdokonalené vodní kolo, avšak je mnohem účinnější, účinnost této turbíny při výrobě elektrické energie je okolo 90 procent. Rotor turbíny má na obvodu miskovité lopatky, na které je voda přiváděna tryskami. V nich se velký tlak daný spádem vody mění v pohybovou energii paprsku vody. Peltonova kola dosahují až 1000 otáček za minutu, takže mezi jejich hřídelí a alternátorem nemusí být žádné převody. Výtoková rychlost vodního paprsku dosahuje při kilometrovém spádu až 140 m/s, tedy kolem 500 km/h.

 

Francisova turbína je narozdíl od Peltonova kola přetlaková, tzn. že do oběžného kola vstupuje voda s vyšším tlakem, než z něj vytéká. Voda vstupuje do turbíny věncem rozváděcích lopatek zvenčí do oběžného kola, které se otáčí uprostřed rozváděcího prstence. Její vynálezce, James Bicheno Francis postavil první svoji turbínu roku 1850 po předchozím zkoušení na modelech, její účinnost se pohybovala okolo 80 procent. Francisovy turbíny se dnes používají na malých i velkých spádech, někdy až do 800 metrů a oběžná kola o průměru až 10 metrů se používají v největších vodních elektrárnách a mohou vydávat výkon až 1000 MW.

 

Při sníženém průtoku vody se účinnost u Francisovy turbíny snižuje, proto ji začal inženýr Viktor Kaplan (1876–1934) upravovat. Nakonec došel k oběžnému kolu ve tvaru lodního šroubu s nastavitelnými lopatkami. Natáčením lze podle měnícího se průtoku vody optimálně nastavovat nátokové úhly vodního proudu, Kaplanova turbína má proto dobrou účinnost i při polovičním průtoku. První Kaplanova turbína o výkonu 26 KW začala pracovat roku 1918. Kaplanova turbína se používá ve spádech maximálně do 100 metrů.