Rekonštrukcia a modernizácia vodných elektrární na Slovensku: Potenciál a výzvy

Voda je z pohľadu energetiky stále globálne najvýznamnejším obnoviteľným zdrojom energie. Aktuálne sa vo svete stavia 3700 hydroenergetických projektov. Aj keď geografické podmienky strednej a východnej Európy neumožňujú využívať vodné zdroje ako v Ázii či Južnej Amerike, v rámci plánovaného odklonu od uhlia ide o významný obnoviteľný zdroj výroby elektrickej energie.

Na Slovensku sú vodné zdroje pre miestnu energetiku významné. V súčasnej dobe je tu inštalovaných viac ako 2500 MW, čo je okolo 33 percent celkového inštalovaného výkonu v krajine. Pritom Slovensko využíva svoj hydroenergetický potenciál len z necelých 60 percent. Vzhľadom k odstavovaniu uhoľných zdrojov teda môžeme všeobecne očakávať renesanciu odvetvia. Tiež k predpokladanej preferencii výroby energie z obnoviteľných zdrojov možno predikovať výraznú podporu investícií do malých vodných elektrární s kapacitou do 10 MW.

Súčasný stav a modernizačné projekty

Modernizácia a automatizácia vodných elektrární na Slovensku je pre energetiku strategickou záležitosťou. Súvisí s ekonomickými a ekologickými dôsledkami, udržateľnosťou prevádzky aj znižovaním personálnej náročnosti.

Modernizácia veľkých vodných elektrární

Na Slovensku sa v súčasnosti pripravuje rekonštrukcia VE Gabčíkovo. Prebiehajú tiež modernizácie vodných elektrární Dobšiná, Veľké Kozmálovce a ďalších elektrární na Váhu. Ako záložný zdroj pre JE Mochovce sa plánuje výstavba veľkej prečerpávacej elektrárne Ipeľ s inštalovaným výkonom do 600 MW. Aj Vodné dielo Gabčíkovo s viacerými elektrárňami na Dunaji zabezpečuje takmer 10 % spotreby elektriny na Slovensku.

V Českej republike, najväčší vlastník elektrární, skupina ČEZ významne modernizuje vodné elektrárne Kamýk a Slapy. Prestavbu plánuje tiež na VE Orlík a VE Štěchovice, za sebou má rekonštrukciu elektrární Dlouhé Stráně či Lipno I. V rámci modernizácie sa na elektrárne inštalujú najnovšie technológie. Napríklad posledná spomínaná elektráreň Lipno I aj po modernizácii, ktorú realizovala spoločnosť ZAT a.s. ako generálny dodávateľ, potrebuje pre pripojenie do siete zhruba polovičný čas oproti iným technológiám. Samozrejmosťou je bezobslužnosť a diaľkové riadenie elektrárne zo 140 km vzdialeného dispečingu v Štěchoviciach.

Rastúci význam prečerpávacích elektrární

Dôležitú úlohu pri akumulácii vyrobenej elektriny zohrávajú prečerpávacie vodné elektrárne. Zvyšovaním podielu premenlivých zdrojov v sieti a väčšími nárokmi na regulačnú elektrinu sa ich význam ešte posilňuje. Aj tieto zdroje je potrebné modernizovať. Na rekonštrukciu čaká aj najväčšia slovenská prečerpávacia elektráreň Čierny Váh, ktorá je s inštalovaným výkonom 735 MW zároveň najväčšou vodnou elektrárňou. Zatiaľ čo v minulosti sa voda medzi nádržami prečerpávala najmä v noci, rastúca nestabilita sústavy vyvoláva potrebu častejšieho čerpadlového režimu, čo ovplyvňuje životnosť zariadenia. Vyššie zaťaženie sústavy sa prejavuje na životnosti zariadení. Pri modernizácii preto musíme zohľadňovať aj dvojnásobný počet cyklov, teda procesu od štartu, nábehu prevádzky, po vypnutie.

Najmodernejšie prečerpávačky dokážu regulovať otáčky, čím menia príkon a vedia poskytovať služby aj v čerpadlovom režime. Umožňujú rýchlejšie zmeny režimov. Toto môžu byť cesty, ako z týchto elektrární dostať maximum.

Potenciál a rozvoj malých vodných elektrární (MVE)

Výstavbu možno očakávať predovšetkým u malých vodných elektrární, pričom kapacity pre ich realizáciu sú veľké. Podľa Komory obnoviteľných zdrojov energie existuje priestor pre výstavbu nových malých vodných elektrární rádovo v stovkách, presnejšie 600 až 700 elektrární. Podobne situáciu vníma aj cech prevádzkovateľov malých vodných elektrární, snáď aj optimistickejšie. Pre porovnanie, v súčasnosti je na Slovensku evidovaných necelých 1600 malých vodných elektrární s výkonom od 1kW do 10MW.

Historický kontext a súčasné výzvy

Prvá vodná elektráreň na Slovensku vyrástla v Krompachoch v roku 1889 s inštalovaným výkonom 22kW a vyrábala jednosmerný prúd s napätím 110 V. Výstavba MVE bola najmä v 90. rokoch minulého storočia poznačená extenzívnym rozvojom s chýbajúcimi odbornými vedomosťami. Investori mali málo skúseností s projektovaním, realizáciou a prevádzkou týchto druhov OZE. Zároveň im vtedy chýbali dostatočné kapitálové zdroje pre výber kvalitnej a účinnej technológie. Dôsledkom tohto stavu sú v súčasnosti stále prevádzkované MVE s menej kvalitnou technológiou s porovnateľne nižšou účinnosťou a spoľahlivosťou, ktoré pri trvalo udržateľnej prevádzke nevyužívajú efektívne hydroenergetický potenciál dostupný v danej lokalite.

Medzičasom sa zmenili aj požiadavky na environmentálne riešenia súvisiace s výstavbou MVE, ktoré sú v súčasnosti podstatne prísnejšie a ich splnenie je preto náročnejšie a nákladnejšie. Platí to nielen o požiadavkách na spriechodňovanie migračných bariér - výstavbu nových alebo revitalizáciu a sfunkčňovanie existujúcich rybích priechodov. Ďalej sem patria požiadavky na presné sledovanie odberov energetickej vody alebo biologického prietoku do pôvodného koryta vodného toku, monitorovanie rybích priechodov, požiadavky na spoľahlivosť prevádzky, diaľkové ovládanie, diaľkový prenos údajov a iné. Vznikli aj nové požiadavky pre zmiernenie klimatických zmien, čo je problematika, ktorá sa pri MVE budovaných v 90. rokoch minulého storočia vôbec neriešila.

Aktualizovaná koncepcia využitia hydroenergetického potenciálu

Technická udržateľnosť vodných elektrární sa odvíja od hydroenergetického potenciálu vodných tokov, na ktorých je vhodné uvažovať nad realizáciou ich výstavby. Tento aspekt je v súčasnosti oficiálne definovaný v dokumente s názvom „Aktualizácia koncepcie využitia hydroenergetického potenciálu vodných tokov Slovenskej republiky do roku 2030“. Koncepcia bola schválená vládou SR v roku 2017. Je potrebné zobrať do úvahy, že ani tento dokument nemusí presne vyjadrovať skutočný technický potenciál.

Aktualizovaná koncepcia využitia hydroenergetického potenciálu vodných tokov na Slovensku by mala vláda schváliť ešte v tomto volebnom období. Ministerstvo životného prostredia (MŽP) sa rozhodlo aktualizovať koncepciu s cieľom aktualizovať stav využívania hydroenergetického potenciálu a zhodnotiť environmentálne prípustné možnosti jeho ďalšieho využitia. Aktualizácia koncepcie sa zameria len na malé vodné elektrárne s výkonom do desať megawattov, ktoré sú definované ako obnoviteľné zdroje.

V koncepcii je identifikovaných celkovo 655 profilov s celkovým technicky využiteľným hydroenergetickým potenciálom na úrovni 6683 GWh/rok, z čoho sa 246 profilov už využíva a ostatných 409 profilov je zatiaľ nevyužitých. Pre výstavbu MVE je z tohto vhodných 375 profilov a pre vodné elektrárne nad 10 MW 4 profily. Koncepcia tiež osobitne definuje 58 profilov, ktoré majú podmienečne vhodný hydroenergetický potenciál vzhľadom na kritériá pre výber profilov v zmysle rámcovej smernice o vode. Z koncepcie je tiež zrejmé, že technický hydroenergetický potenciál malých vodných elektrární sa využíva iba na 25 %.

Prehľad hydroenergetického potenciálu na Slovensku (Koncepcia 2017)

Z celkového využívaného hydroenergetického potenciálu pripadá na malé vodné elektrárne 238 profilov a na veľké 24 profilov. Z celkového počtu nevyužívaného hydroenergetického potenciálu vodných tokov je k roku 2013 pre malé vodné elektrárne k dispozícii 343 profilov a pre veľké vodné elektrárne 4 profily. Najviac využívané je čiastkové povodie Váhu s 85 profilmi s celkovým výkonom 32 megawattov a výrobou 125 gigawatthodín elektriny. Na nevyužívaných vodných tokoch, ktoré majú hydroenergetický potenciál, by sa mohli v budúcnosti postaviť malé vodné elektrárne s výkonom 145 megawattov. Vyrobiť by mohli tieto elektrárne takmer 732 gigawatthodín elektriny.

Technicky udržateľný rozvoj využívania vodnej energie

Vzhľadom na identifikovaný hydroenergetický potenciál územia SR a v súvislosti s technickou charakteristikou stavieb vodných elektrární je zrejmé, že technicky udržateľný rozvoj využívania vodnej energie sa v zásade môže diať v troch základných oblastiach:

1. Výstavba nových veľkých vodných elektrární, ktorá prichádza do úvahy v 4 profiloch (Sereď, Ipeľ, Čunovo, Devín). Národný energetický a klimatický plán konkrétne rieši projekt Vodnej elektrárne Sereď, ktorý by mohol využívať vodný potenciál na rieke Váh v úseku Sereď- Hlohovec. Táto elektráreň by mohla vyrábať 180 GWh elektrickej energie ročne.
2. Výstavba nových MVE v niektorom z 375 v súčasnosti nevyužívaných profilov. V kategórii s výkonom do 0,1 MW sa ešte nevyužíva 171 profilov, v kategórii od 0,1 MW do 1 MW je voľných 106 profilov a v kategórii od 1 MW do 10 MW na to prichádza do úvahy 66 profilov.
3. Rekonštrukcia alebo modernizácia existujúcich vodných elektrární, ktorou sa dosiahne zvýšenie využívania dostupného hydroenergetického potenciálu využitím modernejších technológií. Národný plán obnovy v spojitosti s vodnými elektrárňami hovorí predovšetkým o modernizácii už existujúcich zariadení. Rekonštrukcia už existujúcich zariadení môže zvýšiť kapacitu výroby elektriny z OZE, pričom budú dodržané kritéria udržateľnosti a ochrany životného prostredia.

Modernizácia existujúcich zariadení a technologické inovácie

Pri výstavbe či modernizácii menších vodných diel nemusia všetci investori požadovať dodávku "na kľúč". Spoločnosti sú schopné vďaka kompaktným a na mieru šitým riešeniam uspokojiť aj čiastkové požiadavky zákazníkov z oblasti obnoviteľných zdrojov energií. Ide o menšie dodávky pre riadenie jednotlivých prevádzkových súborov, kde je možné uplatniť individuálny prístup podľa predstáv každého zákazníka.

Táto spolupráca je vhodná predovšetkým pre produkty využívajúce kompaktné riešenie procesných staníc. Od samého začiatku odborníci spolupracujú so zákazníkom na projekte, prípadne ho odborne vedú, zároveň niektoré čiastkové práce si môže zákazník realizovať sám. Pre tieto účely bol vyvinutý kompaktný regulátor turbíny SandRA Z210 CTC. Ide o riešenie pre turbíny menšieho výkonu. Jeho výhodami sú predovšetkým jednoduchá a rýchla inštalácia, nízka cena a rovnaký výpočtový výkon než u robustných systémov. Riešenia spĺňajú všetky požiadavky na presnosť a rýchlosť reakcie na nabehnutie bloku a dodávkach elektrickej energie.

Napríklad tento rok v októbri na malej vodnej elektrárni Veľké Kozmálovce, ktorej hlavným účelom je zabezpečiť zásobu chladiacej vody pre JE Mochovce, bola realizovaná výmena budenia generátora TG3. Išlo o demontáž pôvodného budenia a jeho náhrady za nové s regulátorom vlastnej výroby. V tomto segmente sú veľké skúsenosti, dodávky kompaktných riešení sú bežnou súčasťou projektov.

IoT technológie a Digitálne dvojčatá vo vodnej energetike

V oblasti IoT technológií ide napríklad o bezdrôtový zber dát. Získané dáta môžu firmy využívať pre komplexný prehľad o celej vodnej kaskáde, pre prediktívnu údržbu technológií, manažérske riadenie, atď., a tým výrazné zefektívnenie výroby elektriny. Ďalšou oblasťou často spájanou s Priemyslom 4.0 je vytváranie tzv. Digitálnych dvojčiat. Môže ísť napríklad o matematické modely prevádzkovaných technológií. Tieto modely možno využívať pre simulovanie prevádzkových stavov technológie a jej optimálne nastavenie. Porovnaním správania sa skutočného zariadenia s modelom je potom možné včas diagnostikovať potrebu servisu zariadenia skôr, než dôjde k závažnej poruche.

Bariéry a legislatívne výzvy

Legislatívne prekážky a zákon o EIA

Najväčšou legislatívnou bariérou nielen pri novej výstavbe, ale aj modernizácii zdrojov je zákon o posudzovaní vplyvov na životné prostredie (EIA). Aj zdroje s malým výkonom museli absolvovať minimálne zisťovacie konanie, ktoré sa naťahovalo často na roky. Paradoxne, mohli ste dostať povolenie na vcelku veľkú vodnú stavbu. Ak ste však pridali čo i len 1 kW elektráreň, bola potrebná EIA. To platilo aj pre rekonštrukcie, hoci elektráreň iba zvyšovala výkon pri rovnakom odbere vody.

Nedávno schválenú novelu zákona o EIA však vníma odborná verejnosť pozitívne, pretože podmienky pre posudzovanie projektov sa zmenili. Ak sa elektráreň modernizuje a parametre kapacity sa nemenia, zámer sa nemusí posudzovať. Doteraz aj takýto projekt musel realizovať zisťovacie konanie, čo výrazne predlžovalo prípravu a realizáciu investície. Ak sa pri modernizácii zdroja menia kapacitné parametre, napríklad zvyšuje sa inštalovaný výkon, je potrebné zisťovacie konanie, nie tzv. „veľká“ EIA, čo často doteraz znamenalo ukončenie projektu investorom. Iným spôsobom sa budú posudzovať aj nové vodné elektrárne. Zatiaľ čo doteraz museli všetky zámery automaticky absolvovať celý proces EIA, zmenená legislatíva umožňuje začať zisťovacím konaním.

Environmentálne dopady a konanie Európskej komisie

Slovensko pri stavbe malých vodných elektrární a pri výbere miest pre ich výstavbu nepostupovalo vždy v súlade so smernicami Európskej únie. Neposudzovali sme dostatočne dopady týchto stavieb na životné prostredie. Európska komisia (EK) vyzvala Slovensko k náprave. Riešením je zrušenie súčasných štátnych plánov na výstavbu malých vodných elektrární, dodatočné prehodnotenie ekologických dopadov stojacich stavieb a úpravy či odstránenie tých, pri ktorých poškodenie prírody presahuje prínosy.

Slovensko plánovalo na riekach vybudovať takmer 400 malých vodných elektrární (MVE). Taký počet lokalít určených na výstavbu vyplýval z Koncepcie využitia hydroenergetického potenciálu vodných tokov SR. V aktualizovanej koncepcii síce počet klesol na takmer 60, no mnohé MVE už medzitým prehradili rieky, ovplyvnili prírodné hodnoty a život v riekach aj v ich okolí. EK Slovensku vytýka, že niektoré už stojace malé vodné elektrárne neprešli posúdením environmentálnych vplyvov tak, ako si vyžaduje Smernica o posudzovaní vplyvov na životné prostredie, Rámcová smernica o vode a Smernica o biotopoch. V aktuálnej výzve Európska komisia dokonca rozšírila zoznam problematických stavieb MVE. Rovnako podľa EK stále nebol dostatočne posúdený samotný strategický dokument ani jeho aktualizácie, ktoré určili konkrétne miesta na umiestnenie MVE. Do úvahy sa v dokumente nebral kumulatívny, teda spoločný vplyv na životné prostredie v prípade výstavby viacerých MVE na toku.

Nová Koncepcia vodnej politiky na roky 2021-2030 s výhľadom do roku 2050 má ambíciu zásadne zmeniť náš prístup k vode. Pozornosť koncepcia sústredí na revitalizácie a v prípade malých vodných elektrární počíta s vypracovaním nového plánu lokalít, ktorý by zohľadnil dopady na životné prostredie. Ak ju vláda podporí, tak súčasný plán výstavby malých vodných elektrární a zoznam pridelených profilov pre ich stavbu bude zrušený a bude sa tvoriť nový - už s prioritami, medzi ktoré patrí práve minimalizovanie dopadov vodných stavieb na životné prostredie. Pre riešenie infringementu však nestačí len zrušiť platný štátny plán na výstavbu MVE. Potrebné bude tiež prehodnotiť environmentálne dopady už stojacich malých vodných elektrární a tam, kde prevyšujú prínos z využitia hydroenergetického potenciálu, pripadá do úvahy aj úprava či odstránenie MVE.

Sedimenty ako problém

Prevádzku vodných elektrární aj ich výkon ovplyvňuje čoraz viac aj prírodný faktor v podobe sedimentov. Odhaduje sa, že ročne vodné elektrárne prichádzajú o 1 % z reálnej výrobnej kapacity v dôsledku zmenšovania disponibilného objemu priehrad. Problém začína byť vážny. Príroda spláchne sedimenty do korýt riek, ktorými sa ďalej transportujú a usadzujú v dolných častiach tokov. Aj to je príčina, prečo mnohé vodné stupne už nefungujú, ako napríklad Veľké Kozmálovce, Krpeľany a Hričov.

Rozpory v štátnych koncepciách

Ďalšiemu rozvoju vodných elektrární na Slovensku by prospelo aj zosúladenie dvoch štátnych koncepcií, ktoré si často protirečia. Existuje zásadný rozpor medzi koncepciou energetickej a vodnej politiky. Napríklad zámer prečerpávacej vodnej elektrárne Ipeľ sa v jednej uvádza ako jednoznačne plánovaný, zatiaľ čo v druhej ako nežiaduci.

tags: #rekonstrukcia #a #modernizacia #malych #vodnych #elektrarni