Vodní elektrárna

Množství využitelné energie vodního toku závisí na výškovém rozdílu dvou různých vodních hladin (čili na spádu resp. vzájemném převýšení) a na množství protékající vody (průtoku vody). Pro energetické využití jakéhokoliv vodního toku bývá většinou nutné uměle vytvořit výškový rozdíl hladin. Toho se dosáhne tzv. vzdutím vody, což bývá zajištěno zřízením nižších jezů či vyšších přehrad. U přečerpávacích vodních elektráren bývá obvyklé vzdutí navíc doplněno o zvláštní výše položenou nádrž, tzv. horní nádrž, která může být umístěna někde stranou od původního vodního toku. V České republice je dnes většina vodních elektráren postavena právě při přehradách, v minulosti však bývaly malé vodní elektrárny v provozu téměř na každém jezu.

Výhody:

1. Energie vodních toků se počítá k obnovitelným zdrojům – nelze ji vyčerpat. Zároveň její provoz minimálně znečišťuje okolí.
2. Vodní elektrárny vyžadují minimální obsluhu i údržbu a lze je ovládat na dálku.
3. Malé vodní elektrárny prakticky nevytvářejí zaplavenou plochu a jsou velice levné na provoz.
4. Mohou startovat během několika sekund a dispečink je tak může používat jako špičkový zdroj k pokrytí okamžitých nároků na výrobu elektrické energie.
5. Přehradní hráz dokáže zabránit i menším povodním, velké katastrofální povodně však ovlivňuje velmi málo.
6. Přehradní jezera mohou sloužit i pro jiné další účely, zejména pro rekreační účely nebo jako zdroje pitné či užitkové vody čili pro vodohospodářské účely, často bývají vhodné i pro říční rybolov.

Nevýhody:

1. U přehradních nádrží značná cena a čas výstavby a nutnost zatopení velkého území.
2. Závislost na stabilním průtoku vody.
3. Přehradní hráze a jezy brání běžnému lodnímu provozu na řece, je nutno vybudovat systém plavebních komor resp. zdymadel.
4. Přehradní hráze a vyšší jezy brání tahu ryb, je nutno vybudovat systém cest pro ryby.
5. Riziko havárie (protržení hráze při přeplnění, podemletí apod.)
6. Riziko zemětřesení.[3][4]
7. Přehradní nádrže jsou zdrojem skleníkových plynů.[5][6]
8. Změna teploty vody v řece. Například v Praze již Vltava nezamrzá. Jinde je teplota vody snížena.[7]
9. Zatopení může způsobit, že se z půdy do okolí uvolňuje rtuť.[8]

Vodní elektrárny v současnosti v Severní Americe a Evropě více zanikají než vznikají.[9] Přestože mohou být důležité pro stabilitu elektrické sítě.[10]

Jelikož se elektrická energie nedá nijak skladovat, používá se potenciální energie vody k její přeměně na energii elektrickou a naopak.

• Pokud je spotřeba elektrické energie minimální (tj. je jí v napájecí soustavě přebytek), pracují soustrojí v opačné roli, turbíny v roli čerpadel a alternátory v roli synchronních elektromotorů. Soustrojí plní horní nádrž přečerpávací elektrárny vodou z dolní nádrže, systém spotřebovává elektrickou energii z elektrorozvodné sítě, chová se tedy jako velký spotřebič elektrické energie. Spotřebovává tak obvykle elektrickou energii vyrobenou z jiných zdrojů, zpravidla se jedná o energii získanou z provozu tepelných či jaderných elektráren.
• Pokud je naopak tzv. energetická špička nebo nastává-li požadavek na maximální odběr (tj. elektrické energie je v napájecí soustavě nedostatek), pracují naopak turbíny a alternátory v normálním režimu. Voda z horní nádrže je v tomto případě řízeně vypouštěna do dolní nádrže přes turbíny elektrárny. Akumulovaná potenciální energie vody je tím vlastně přeměňována zpět na energii elektrickou, která se tak opožděně vrací zpět do elektrorozvodné sítě.

Jako malé vodní elektrárny se označují vodní elektrárny s instalovaným výkonem maximálně do 10 MW. MVE se většinou budují v místě bývalých mlýnů a jezů. Jsou ale samozřejmě stavěny a provozovány zcela nové MVE.

Největší instalovaný výkon má elektrárna na přehradě Tři soutěsky v Číně – 22 500 MW po dokončení v roce 2009. Z hlediska energetiky je česká „nej“ na přečerpávací vodní elektrárně Dlouhé stráně: největší instalovaný výkon 2x325 MW, největší spád 510,7 m a největší reverzní Francisovy turbíny v Evropě (325 MW).