Jak chytré české hlavy ovlivnily světovou energetiku

„Energetika vždy přitahovala špičkové techniky, kteří se neustále snažili tento obor posouvat kupředu. Česká stopa vždy byla a stále zůstává v tomto ohledu výrazná. Zřejmě nejvýznamnějším objevem uskutečněným na českém území byla Kaplanova turbína, která se dnes používá ve vodních elektrárnách na celém světě,“ říká generální ředitel ČEZ Daniel Beneš.

Český Edison

Slavný český vynálezce a podnikatel František Křižík sice vsadil na nyní méně využívaný stejnosměrný proud, přesto jeho vliv můžeme dodnes vysledovat v napájecích systémech železniční dopravy. Severní síť elektrizovaných tratí v České republice (tedy více než polovina) stále používá stejnosměrnou soustavu 3 kV, podobně jako Belgie, jižní část Francie, Itálie, Španělsko nebo Polsko. Křižíkovy pokusy se stejnosměrnou soustavou s vysokým a následně i velmi vysokým napětím na počátku 20. století totiž byly nejen mezi prvními na světě, ale zároveň přinesly vynikající výsledky a inspirovaly výstavbu v dalších zemích Evropy a v Americe.

Inspirace Kaplanem

Vodní elektrárny po celém světě využívají vynález Viktora Kaplana – Kaplanovu turbínu. Kaplan byl sice Rakušan, většinu svých velkých objevů, včetně této turbíny, však uskutečnil v Brně jako profesor zdejší Německé vysoké školy technické. Originální typ vrtulové vodní turbíny navrhl a sestrojil již před první světovou válkou. Lopatky vytvořil užší a v menším počtu, aby snížil tření. Díky natáčení lopatek oběžného kola navíc zachoval vysokou účinnost i při nižším průtoku. Zatímco tehdy běžné Francisovy turbíny dosahovaly rychlosti kolem 400 otáček za minutu, Kaplanova uměla až dvojnásobek. První byla uvedena do provozu v roce 1919 v přádelně v rakouském Velmu, v českých zemích se poprvé využila v elektrárně v Poděbradech roku 1921. Dnes je Kaplanova turbína nejpoužívanějším typem ve velkých vodních elektrárnách na řekách s velkým průtokem a (většinou) nízkým spádem. Vůbec největší hltnost, tedy průtok vody za určitých podmínek, mají Kaplanovy turbíny na jihoslovenské vodní elektrárně Gabčíkovo: 636 m³/s, při spádu 12,88 až 24,20 metrů.

Necelé století po Kaplanovi rozčeřil hladiny vodních elektráren další vynález brněnské provenience: vícestupňová vírová turbína z dílny Františka Pochylého a jeho týmu z Odboru fluidního inženýrství Viktora Kaplana Energetického ústavu na strojní fakultě VUT v Brně. Na vývoji se podílela i společnost ČEZ a v roce 2016 se vírové turbíny roztočily na malé vodní elektrárně Želina jako doplněk tamních Francisových turbín. Vírová turbína je ideální pro řeky menších spádů od jednoho do tří metrů, ve srovnání s klasickou Kaplanovou turbínou je konstrukčně jednodušší a náklady na instalaci jsou zhruba poloviční. Tím se stává dostupnější pro investory při výstavbě malých vodních elektráren. Další český zářez do pažby turbínových vynálezů představuje odvalovací turbína Miroslava Sedláčka ze Stavební fakulty ČVUT v Praze určená pro pomalu tekoucí řeky, potoky nebo pro výrobu elektřiny z mořského přílivu a odlivu.

Zatopíme pod kotlem, roztočíme turbínu

Československo patřilo také k evropským průkopníkům v zavádění vysokých tlaků a teplot páry v parních elektrárnách, vynikalo i ve využívání nových technologií. V elektrárně Poříčí I se již v roce 1925 testovalo práškové topení, kdy se uhlí namele na prach (zrnka menší než 1 mm), čímž se až 100násobně zvětší jeho měrný povrch. Díky tomu se spálí během několika sekund, což zvyšuje výkon. O pět let později spustili v Brně nejmodernější teplárnu v Evropě právě s práškovými kotli, což přispělo k jejich následnému rozšíření do světa. Respektované know-how si Češi vydobyli i v oblasti automatizace a měření.

Zlatou éru uhelných elektráren v období 60. až 80. let provázel postupný nárůst jednotkových výkonů – nejprve na 100 a následně na 200 MW. Unikátem své doby pak byla první „pětistovka“ vybudovaná v Mělníku v letech 1976–1980: EMĚ III. Chladicí okruh kombinuje oteplenou chladicí vodu z technologických celků EMĚ I a II tak, aby nebylo nutné čerpat další vodu z Labe, byl ve své době ojedinělý v celé Evropě. Kombinace průtočného chlazení s chladicí věží tak vyřešila koexistenci tří rozdílných zdrojů v jedné elektrárně.  

Hromadné dálkové ovládání (HDO)

Češi rovněž jako jedni z prvních rozvinuli využívání principu chytrých sítí – již více než před půl stoletím. Jde o hromadné dálkové ovládání (HDO), tedy regulaci odběru elektřiny na dálku. Pomocí HDO se vyrovnává spotřeba elektřiny během dne a pro spotřebitele přináší výhodnější ceny energie. Využívá se u domácností, které elektřinou topí nebo ohřívají vodu: výměnou za výhodnější tarif umožňují zákazníci distributorovi, aby na dálku zapínal či vypínal například jejich akumulační kamna nebo bojlery. Vodu je v těchto případech možné předehřát a byt předtopit, takže zákazník nemusí pociťovat žádné nevýhody oproti tomu, kdyby bojler či kamna zapínal sám.

„Technologie hromadného dálkového ovládání představuje první předzvěst ‚chytrých sítí‘. Komplexní řídicí a komunikační systém sleduje křivku spotřeby elektřiny a podle výkonu, který jde do sítí z výrobních zdrojů, zapíná nebo naopak vypíná spotřebiče tak, aby křivka byla co nejrovnoměrnější. Tím zajišťuje spolehlivý provoz distribuční soustavy i elektrizační soustavy ČR jako celku, předchází stavům nouze, popřípadě je řeší,“ říká generální ředitel ČEZ Distribuce Martin Zmelík.

Jde zároveň o jeden z nejrychlejších způsobů nastolování rovnováhy v síti – od vyslání impulsu dojde k odpojení nebo zapojení spotřebičů zhruba za minutu. Podobně rychle najíždějí ze zdrojů jen vodní elektrárny.

První pokusy s HDO probíhaly v Československu již ve 30. letech minulého století – pro pražskou síť byl připraven projekt nasazení HDO již v roce 1936. Pokračovalo se na konci 50. let, k prvnímu nasazení vysílače do hladiny 22kV o výkonu 10kVA došlo v rámci Západočeských energetických závodů v květnu 1960 v Chebu. Začínalo se s výstavbou vysílačů malých výkonů, na ně navázal vývoj systémů pro vyšší napětí. Dnes mají distribuční společnosti v ČR mimo vysílačů vysokého napětí celkem 26 vysílačů velmi vysokého napětí. Vysílače československé výroby byly stavěny i v zahraničí – v Bulharsku, bývalé NDR a bývalé Jugoslávii. Zařízení používané při HDO bylo tuzemské produkce a díky neustálé inovaci vykazovalo vynikající technické parametry a spolehlivost provozu. Systém tohoto ovládání je nyní využíván i v řadě jiných zemí.

V poslední době se HDO mj. uplatňuje i při dálkovém ovládání výkonu malých elektráren včetně jejich úplného odstavení. To umožňuje při dodávkách elektrické energie ze solárních a větrných elektráren zachovat stabilitu distribučních soustav i přenosové soustavy. Prvky chytrých sítí včetně systému pokročilého řízení měřidel (AMM) se do budoucna budou nadále rozšiřovat. Dlouholeté zkušenosti českých energetiků s HDO se proto budou velmi hodit.

Zdroj: Tisková zpráva ČEZ, redakčně kráceno