Malé vodné elektrárne – koncepčné riešenia a príprava

V súčasnosti sa (aj zo strany Európskej únie) kladie dôraz na obnoviteľné zdroje energie, medzi ktoré patrí aj voda. Využitie vodnej energie je založené na kolobehu vody v prírode a využíva sa predovšetkým vo vodných elektrárňach. Na Slovensku sa preto opäť aktivizujú snahy o výstavbu alebo rekonštrukciu malých vodných elektrární (MVE), t. j. elektrární, ktorých inštalovaný výkon je menší ako 10 MW. Zvlášť technicky aj ekonomicky výhodné sa to javí na miestach, kde sa už v minulosti vytvoril spád a sústredený prietok s rôznym cieľom. Sú to napríklad hate bez energetického využitia, stupne na tokoch a podobne.

MVE sa budujú najmä ako prietočné, t. j. bez možnosti akumulácie vody (nemajú akumulačnú nádrž). Preto nemajú schopnosť regulovať prietok vody v toku, a tým ani výkon a výrobu elektrickej energie v reálnom čase. Ich prevádzka býva teda plne závislá od okamžitých prietokov v toku.

Táto skutočnosť sa považuje za dosť veľkú nevýhodu MVE najmä v prípade, ak sa uvažuje o MVE ako o zdroji na dodávku elektrickej energie pre konkrétneho odberateľa. Väčšina odberateľov totiž potrebuje mať dodávku elektrickej energie garantovanú v konkrétnom čase. MVE to vzhľadom na spomenuté dôvody nie sú  schopné splniť.

Schémy koncepčného riešenia MVE
Pri navrhovaní energetického využitia vodného toku alebo jeho úseku sa študujú rozličné schémy koncepčného riešenia. Malo by sa hľadať optimálne riešenie, ktoré pri rešpektovaní všetkých limitujúcich podmienok umožní naplno využiť hydroenergetický potenciál lokality.

Hlavnými limitujúcimi podmienkami sú predovšetkým urbanizácia priľahlého územia, existujúci priemysel, komunikácie. Do popredia sa v súčasnosti dostala ochrana životného prostredia.

Výkon vodnej elektrárne je priamo úmerný veľkosti prietoku cez turbíny a spádu (spád je daný rozdielom hladín pred MVE a za ňou). Preto sa efektívne využitie vodnej energie určitého úseku vodného toku podmieňuje práve sústredením prietoku a spádu v profile MVE.

Táto skutočnosť vyžaduje stavebné zásahy. Sústredenie prietoku a spádu možno dosiahnuť viacerými spôsobmi. U nás sa pri MVE najčastejšie používa:
1. vzdúvací objekt – býva to hať alebo nízka priehrada – v prípade využitia vodnej energie pri týchto objektoch potom hovoríme o tzv. vzdúvadlových alebo prihaťových schémach (obr. 1),
2. privádzač – býva:

• beztlakový – t. j. s prúdením vo voľnej hladine – koryto, kanál (obr. 2),
• tlakový – t. j. s prúdením tlakovým – najčastejšie potrubie,
• beztlakovo-tlakový (koryto, kanál v kombinácii s potrubím).

V týchto prípadoch potom hovoríme o tzv. derivačných schémach.
3. vzdúvací objekt v kombinácii s privádzačom – potom hovoríme o tzv. kombinovaných schémach.

Príprava MVE
Výstavbu MVE treba dokonale pripraviť. Vo fáze prípravy musí investor vykonať niekoľko dôležitých činností. Obdobie prípravy výstavby MVE možno rozdeliť na dve základné fázy:
1. výber lokality s jej predbežným ohodnotením a posúdením,
2. projektová príprava.

Prvá fáza sa často značne podceňuje, hoci má veľký význam. V rámci tejto časti treba na základe predbežných (väčšinou orientačných) informácií urobiť relatívne veľmi presné ohodnotenie vhodnosti MVE pre realizáciu. K tomu treba veľké množstvo skúseností a poznatkov o problematike prípravy, výstavby a následnej prevádzky MVE.

V tejto fáze sa totiž v podstate tvorí aj koncepčný návrh celého diela, vrátane systému následnej prevádzky. Vzhľadom na to, že životnosť MVE sa plánuje minimálne na niekoľko desiatok rokov, akékoľvek podcenenie môže mať v prípade realizácie trvalé následky. Preto sa odporúča aspoň konzultačná spolupráca s odborníkom – hydroenergetikom. Tiež je veľmi dôležité preveriť nasledovné skutočnosti:

• majetkovoprávne vzťahy,
• technicko-vodohospodárske pomery,
• ochranu prírody,
• záujmy pamiatkovej ochrany,
• stanovisko verejnosti (najmä pokiaľ sa výstavba priamo dotýka napr. intravilánov obcí).

Nesmie sa pritom zabudnúť ani na trasu vyvedenia výkonu z MVE.

Záujem o výstavbu sa musí vopred prerokovať so správcom toku. Nemôžu sa podceňovať požiadavky ochrany prírody, pamiatkovej starostlivosti a súhlasu obyvateľov. Dôležité je tiež prerokovať výstavbu MVE s rybárskym zväzom, zastúpeným príslušnou organizáciou v mieste výstavby. Vyjadrenia uvedených subjektov môžu byť veľmi vážnou prekážkou pre realizáciu. V týchto prípadoch sa odporúča hľadať možnosti a podmienky kompromisu za pomoci miestnych úradov.

Návrh na využitie už jestvujúcej vzdúvacej stavby (hate, nízkej priehrady) treba prerokovať s jej majiteľmi, resp. užívateľmi a prevádzkovateľmi. Nie vždy sa dajú zosúladiť požiadavky dodatočne budovanej MVE s pôvodnou funkciou diela.

Výber lokality s jej predbežným ohodnotením a posúdením
Pri výbere lokality MVE a jej technicko-ekonomickom zhodnotení treba mať od začiatku čo najspoľahlivejšie podklady o spáde a prietokoch. Od súčinu spádu a prietoku priamoúmerne závisí výkon i výroba elektrickej energie, a teda aj hospodársky výsledok budúcej MVE. Ten, samozrejme, ešte závisí aj od ďalších ukazovateľov, ako napr. od výšky investičných nákladov stavby. Na stavebnú časť tiež podstatnou mierou vplývajú rozmery turbín a ich vtokovej a výtokovej časti, ktoré závisia od parametrov spádu a prietoku.

Údaje o spádových pomeroch možno odhadnúť z mapových podkladov (zväčša však nie veľmi presne), z údajov prevádzkovateľa už vybudovaného stupňa, alebo zameraním priamo v teréne, napr. niveláciou (tento spôsob je najpresnejší, ale i časovo a finančne najnáročnejší). Pri úvahách o hospodárnosti MVE má spád veľký význam, preto treba hľadať cesty na dosiahnutie jeho (podľa možností) čo najväčšej hodnoty.

Na návrh prietokov cez MVE a následne na návrh turbín sa používajú údaje o priemerných denných prietokoch príslušného vodného toku v profile navrhovanej MVE. V predbežnej fáze návrhu nie je nevyhnutné získať tieto údaje zo Slovenského hydrometeorologického ústavu (SHMÚ), kde sa spoplatňujú. Postačí odhad s použitím výsledkov, napr. z odbornej literatúry. V prípade, že investor chce mať väčšiu istotu, odporúča sa údaje zo SHMÚ získať. Tieto ďalej slúžia ako podklad pre vypracovanie dokumentácie k územnému a stavebnému konaniu.

Okrem údajov o priemerných denných prietokoch treba zabezpečiť aj údaje o povodňových prietokoch. Na ich vyhotovenie sa dimenzujú objekty súvisiace s MVE – napr. hať. Tieto objekty môžu značne ovplyvniť celkové investičné náklady.

Projektová príprava
V prípade kladného výsledku prvej fázy sa potom prejde do fázy projektovej prípravy, ktorá má po štádium vydania povolenia na realizáciu MVE v podstate dve časti – vypracovanie projektovej dokumentácie na územné a stavebné konanie. Projektová dokumentácia na územné konanie sa robí na získanie rozhodnutia o umiestnení stavby, následne projektová dokumentácia na stavebné konanie sa robí na získanie stavebného povolenia (pri vodohospodárskych stavbách – t. j. aj pri MVE – povolenie o nakladaní s vodami).

Rozsah a obsah jednotlivých častí má byť primeraný veľkosti, podmienkam a významu MVE v zmysle platnej legislatívy.
Pre celú fázu projektovej prípravy treba súbor podkladov. Ide najmä o:

• topografické podklady,
• hydrologické podklady, vrátane splaveninového a zimného režimu, povodne, charakteristiky málovodných období a podobne,
• geologické podklady, geotechnické vlastnosti hornín, hydrogeológiu,
• údaje o kvalite vody v toku,
• požiadavky a podmienky štátnej správy, dotknutých orgánov a organizácií,
• požiadavky ochrany prírody,
• ďalšie údaje (napr. o miestnych pomeroch).

Príslušný vodohospodársky orgán štátnej správy v spolupráci so správcom toku stanoví v rámci prerokovania povolenia k vodohospodárskemu dielu (MVE) záväzné podmienky, ktoré treba rešpektovať už v projektovej príprave stavby a následne zabezpečovať pri prevádzke MVE.

Podmienky, ktoré súvisia s výstavbou a následnou prevádzkou MVE upravuje u nás príslušná legislatíva. Vzhľadom na to, že ide o vodnú stavbu, ktorá produkuje elektrickú energiu, riadi sa proces prípravy (získavania povolení), výstavby a následnej prevádzky najmä nasledujúcimi zákonmi:

• stavebný zákon,
• zákon o posudzovaní vplyvov na životné prostredie,
• zákon o vodách,
• zákon o energetike.

Všetky tieto skutočnosti musí mať na pamäti osoba alebo organizácia, ktorá spracúva návrh koncepcie MVE a následne projektovú dokumentáciu k územnému a stavebnému konaniu. Projektovú dokumentáciu môžu spracovávať iba osoby alebo organizácie oprávnené na projektovanie vodohospodárskych stavieb. Tieto osoby eviduje a povolenia vydáva Slovenská komora stavebných inžinierov.

prof. Ing. Peter Dušička, PhD., doc. Ing. Tomáš Hodák, PhD., Ing. Peter Šulek, PhD.
Foto: archív autorov

Peter Dušička je vedúcim Katedry hydrotechniky na Stavebnej fakulte STU v Bratislave. Na tejto katedre pôsobí už 22 rokov. Obaja ďalší autori, Tomáš Hodák a Peter Šulek, sú tiež pracovníkmi tejto katedry.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby 3/2008.