Historický vývoj malých vodných elektrární
Silu vody využíva človek už dlhý čas. Aj na Slovensku sa energia už mnohé roky získava práve z vodných tokov. V minulosti bolo využívanie energie vodných tokov späté s rozvojom banských podnikov zameraných na ťažbu a spracovanie rúd vzácnych kovov (zlato, striebro), farebných kovov (meď) a železných rúd.
Banské a hutnícke centrá prinášali zároveň rozvoj v oblasti techniky a kultúry. Prostredníctvom nich sa veľmi rýchlo uplatňovali nové vedecké poznatky. Voda bola pre baníctvo súčasťou jeho rozvoja a slúžila na pohon rozličných banských zariadení; v tom čase to bol takmer jediný dostupný zdroj energie. Na zabezpečenie dostatočného množstva vody sa celé generácie budovali sústavy vodných privádzačov a nádrží. Známe sú najmä banskobystrická, turčekovská a špaňodolinská sústava.
Vodné koleso sa na banské účely používalo už v 13. storočí, čo je písomne zdokumentované. Bolo prvým zariadením na premenu vodnej energie na mechanickú energiu, ktorá sa používala na pohon výťahov, hámrov, stúp, čerpadiel a tiež v hutách. Vodné kolesá sa neskôr, tesne pred prelomom 19. a 20. storočia, nahrádzali vodnými turbínami. Prispel k tomu najmä rozvoj elektrotechniky v druhej polovici 19. storočia, čo umožnilo premieňať vodnú energiu na energiu elektrickú.
Boli to najmä tieto vynálezy:
- 1866 – W. von Siemens, vynález elektrického dynama,
- 1879 – T. A. Edison, vynález žiarovky,
- 1882 – prenos jednosmerného prúdu medzi vodnou elektrárňou Miesbach a Mníchovom (1 500 V, vzdialenosť 57 km) cez telegrafnú linku,
- 1884 – trojfázový motor s klietkovou kotvou, generátor na striedavý prúd,
- 1891 – prenos trojfázového prúdu z vodnej elektrárne Laufen do Frankfurtu nad Mohanom pri príležitosti svetovej výstavy (200 kW, 25 000 V, vzdialenosť 175 km).
Tieto objavy sa odrazili v realizácii vodných elektrární na Slovensku:
- 1892 – prvá banská vodná elektráreň na Slovensku v Žakarovciach,
- 1894 – banská vodná elektráreň v Kremnici,
- 1896 – elektrické osvetlenie Belianskej jaskyne z vodnej elektrárne na Bielej v Tatranskej Kotline,
- 1896 – banská vodná elektráreň v Smolníku,
- 1897 – prvý prenos jednosmerného prúdu na Slovensku Krompachy – Slovinky,
- 1901 – prvý prenos striedavého prúdu na Slovensku z vodnej elektrárne Štefanská Huta (Kluknava) do Maria Huty (Žakarovce).
Viaceré publikácie zaoberajúce sa elektrifikáciou Slovenska konštatujú, že prvé vodné elektrárne vznikli pri mlynoch. Mlyny využívali koncom 19. storočia vodnú energiu nielen vodnými kolesami, ale aj vodnými turbínami. Na vodné koleso alebo turbínu stačilo napojiť dynamo a elektriny bolo dosť na vlastnú potrebu, pre najbližšie okolie alebo aj pre celú obec.
Vodná energia získavaná pomocou vodného kolesa a neskôr turbíny, spravidla s väčšími výkonmi ako pri mlynoch, sa využívala aj v baníctve, hutníctve a železiarstve. Tieto odvetvia mali hlavnú zásluhu na modernizácii a šírení nových vedecko-technických poznatkov. Vodné mlyny mali však početnú prevahu. Podľa štatistiky z roku 1873 bolo vodných mlynov na Slovensku viac ako 4 000. Zo súpisov mlynov z roku 1885 bolo z celkového počtu 3 714 mlynov 3 633 mlynov na vodný pohon. Spolu mali 5 691 vodných kolies a 7 vodných turbín.
Na Hornáde v Čani bol elektrifikovaný mlyn už v roku 1880. Do konca 19. storočia sa na Slovensku vybudovalo 17 vodných elektrární, z toho väčšina na východnom Slovensku. Ich celkový výkon bol 2 812 k (2 067 kW).
Ďalším hraničným rokom je rok 1918. Bol to koniec prvej svetovej vojny a zároveň rok veľkých politicko-hospodárskych zmien. Znamenal vznik prvej ČSR. V období rokov 1900 až 1918 sa vybudovalo 20 vodných elektrární s inštalovaným výkonom 11 910 k (8 754 kW). Spolu tu existovalo 37 vodných elektrární s inštalovaným výkonom 14 722 k (10 836 kW), republika teda zaujímala popredné miesto v rámci Európy, a to aj v pokrokovom technickom riešení týchto elektrární.
Podľa súpisu vodných diel z roku 1930 urobeného finančnými úradmi bolo na Slovensku (vrátane Zakarpatskej Ukrajiny) 3 096 vodných diel slúžiacich na využitie vodnej energie, z toho na Slovensku ich bolo viac ako 2 650. Z uvedeného počtu bolo zmiešaných (mechanická transmisia a výroba elektrickej energie) 96 a samostatných vodných elektrární 49. Celkový výkon predstavoval 13 939 kW. Skladba vodných strojov bola takáto:
- 2 872 vodných kolies,
- 485 Francisových turbín,
- 2 Kaplanove turbíny,
- 1 Propelerova turbína,
- 10 Peltonových turbín,
- 22 Bánkiho turbín,
- 33 Girardových turbín,
- 23 iných vodných strojov.
V období svetovej krízy zaznamenala aj výstavba vodných elektrární útlm. Od roku 1918 do roku 1930 pribudlo len 32 vodných elektrární. Medzi nimi však boli aj väčšie všeužitočné vodné elektrárne budované s kapitálovou účasťou štátu (až 60 %). Do roku 1925 bola v rámci ČSR priznaná všeužitočnosť aj piatim spoločnostiam na Slovensku.
Najzávažnejšou okolnosťou pri realizácii vodných elektrární bol zákon o sústavnej elektrizácii štátu z roku 1919. Do roku 1925 sa v dôsledku spomenutých zákonných opatrení vybudovalo šesť hydroenergetických vodných diel s inštalovaným výkonom 9,7 MW – vodné elektrárne Kremnica I a II, Jasenie, Dolný Jelenec a Staré Hory.
Prvou vodnou elektrárňou s výkonom nad 10 MW bola vodná elektráreň Ladce na rieke Váh s výkonom 13,8 MW, dokončená v roku 1936. Na ňu nadväzovala výstavba ďalších vodných elektrární Vážskej kaskády. Dovtedajšie vodné elektrárne mali inštalované výkony do 10 MW. Podľa terajších kritérií by sme ich teda označili ako malé vodné elektrárne.
Vojnové obdobie a následné roky po skončení druhej svetovej vojny znamenali zánik väčšiny malých vodných elektrární a, samozrejme, aj vodných mlynov, píl a iných zariadení slúžiacich podnikateľom. Veľmi rozporuplným pre malú hydroenergetiku bolo obdobie industrializácie národného hospodárstva po roku 1948. Pri koncentrácii priemyslu a pri nevhodnom a nekomplexnom hodnotení výroby elektrickej energie v malých vodných elektrárňach väčšina z nich neobstála a postupne sa likvidovala. Vyplývalo to z vtedajšieho celkového politického a hospodárskeho vývoja. Stagnácia nastala po roku 1965 aj vo výstavbe vodných elektrární vôbec. Prednostne sa budovali veľké tepelné elektrárne s nižšími špecifickými nákladmi, bez ohľadu na enormné zaťaženie životného prostredia.
Podľa údajov Slovenských energetických závodov zostalo ku koncu 70. rokov minulého storočia v prevádzke len 16 malých vodných elektrární s inštalovaným výkonom 18,94 MW a priemernou ročnou výrobou 34,9 GWh a niekoľko minielektrární vo vlastníctve závodov – najmä banských a hutníckych.
Z uvedených údajov je zrejmé, že vyraďovanie ďalších malých vodných elektrární z prevádzky bolo treba zastaviť a zmeniť celkový prístup k využívaniu vodnej energie. Obrat v tomto smere nastal v rokoch 1979 až 1981, keď sa začalo obdobie renesancie malých vodných elektrární.
Zelenú dostala aj výstavba veľkých vodných diel s energetickým využitím – vodného diela a vodnej elektrárne Kráľová a sústavy vodných diel Gabčíkovo – Nagymaros, na ktorej sa začali stavebné práce v roku 1978. Po známych problémoch bolo vodné dielo Gabčíkovo vrátane vodnej elektrárne uvedené do prevádzky na jeseň roku 1992. V súčasnosti je v prevádzke aj novovybudované vodné dielo Žilina vrátane vodnej elektrárne. Projekčne sa pripravujú ďalšie vodné diela s prioritou energetického využitia.
Podľa údajov Výskumného ústavu energetického hodnota primárneho technicky využiteľného hydroenergetického potenciálu v inštalovanom výkone pripadajúceho na MVE je 340 MW. K 31. 12. 2001 bolo na Slovensku zaregistrovaných 186 MVE s inštalovaným výkonom 57,33 MW, čo predstavuje využitie len na asi 17 percent. Vo výrobe bol tento potenciál vyčíslený na hodnotu 1 220 GWh/rok. Ekvivalentom takéhoto množstva energie je napríklad ročná ťažba približne 1,5 milióna ton hnedého uhlia. Pritom výnimočnosť hydroenergetického potenciálu je práve v jeho neustálej obnove s neobmedzeným trvaním.
prof. Ing. Peter Dušička, PhD., doc. Ing. Tomáš Hodák, PhD., Ing. Peter Šulek, PhD.
Foto: archív autorov
Autori pôsobia na Katedre hydrotechniky Stavebnej fakulty STU v Bratislave.
Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.
