Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

50 let vodního díla Lipno

Ing. Jiří Kohutka, redakce Elektro
(zpracováno podle vlastních podkladů a podkladů ČEZ)
 
Vodní dílo Lipno leží v Jihočeském kraji, v idylickém regionu Pošumaví. Bylo postaveno v letech 1951 až 1959 a je tvořeno dvěma vod­ními nádržemi s elektrárnami Lipno I a Lipno II.
 
Lipno I, jako hlavní z obou elektráren, je akumulační špičková vodní elektrárna, Lipno II, položená 12 km níže po toku Vltavy, slouží k vyrovnání kolísání jejího odtoku.
 
Obě stavby probíhaly současně a právě před padesáti lety – v červenci roku 1959 – bylo do zkušebního provozu uvedeno první turbínové soustrojí TG2 s výkonem 60 MW elektrárny Lipno I. Druhé soustrojí TG1 o tém­že výkonu bylo spuštěno počátkem prosince 1959. Do plného provozu byly elektrárny Lip­no I a II uvedeny rok po dostavbě.
 
Originální technické řešení vodního díla Lipno s elektrárnou instalovanou v podzem­ní kaverně v hloubce 160 m (!) pod povrchem přinášelo v průběhu stavby celou řadu nezvyk­lých problémů. Nedostatek odborných profe­sí, různorodá směsice lidí a personálu v pová­lečných letech, vysilující práce v kesonech*), nebezpečné výlomy kaverny v žulovém masi­vu (který byl zvláště nad kavernou strojovny často narušován kaolínovými vrstvami), výlom 220 m dlouhého tunelu pod úhlem 45° a od­padního tunelu do Vyššího Brodu, dlouhého 3,6 km – to všechno a mnoho dalších problé­mů se řešilo během stavby.
 
Zvěsti o 34 mrtvých během stavby, z nich o několika zalitých přímo v betonové hrázi, však nejsou oficiálně doloženy. Zato politické proce­sy spojené se stavbou doloženy jsou – „protistát­ní skupina Zenáhlík“ – v dubnu 1954 MUDr. Jo­sef Zenáhlík odsouzen ke čtrnácti letům věze­ní, hlavní inženýr stavby Lipna, díla II. pětiletky, Ing. Antonín Behemský pro „ohrožení státní­ho tajemství“ odsouzen na dva roky do vězení.
 
Hlavním cílem stavby vodního díla Lipno bylo energetické využití spádu 160m toku Vltavy v této oblasti k výrobě špičkové elek­trické energie, zajištění minimálního průtoku 6 m3·s–1 korytem Vltavy, a tím ochrana před do té doby pravidelnými povodněmi.
 

Historie stavby přehrady Lipno

 
Území náhorní šumavské roviny nad pů­vodní soutěskou u Lipna se již dávno jako by samo nabízelo k využití toku Vltavy pro vo­dohospodářské účely. Z geologického prů­zkumu vyplynulo, že v dávných dobách zde řeku Vltavu soutěska uzavírala mezi Čertovou stěnou a horou Luč v jezero. Když došlo vli­vem geologických změn k prolomení soutěs­ky, vyhloubila proudící voda v údolí v blíz­kosti dnešní Čertovy stěny členité koryto. Vznikly zde mohutné, mezi Lipnem a Vyš­ším Brodem až 12 km dlouhé peřeje s klesá­ním 160 m. V minulosti jimi přicházela s roč­ní pravidelností velká voda, která svou silou, nabytou v peřejovitém údolí, páchala znač­né škody. Jsou o nich četné záznamy v kro­nikách obcí mezi Frymburkem a Vyšším Bro­dem. O jedné z nejničivějších povodní je zá­znam z roku 1740.
 
Prvním krokem k využití energie vod­ního toku Vltavy v této oblasti bylo plave­ní dřeva. Druhým způsobem využití horní Vltavy byly mlýny a hamry, kterých bylo mezi Frymburkem a Vyšším Brodem více než dvacet.
 
První myšlenky na postavení záchytných přehrad jsou doloženy již z počátku 19. sto­letí a první vážná studie pochází z roku 1892, po další velké povodni v roce 1890.
 
Tehdejší návrh podle brožury inženýra Da­niela předpokládal stavbu záchytných nádrží u Frymburku a u Želnavy. Touto myšlenkou se zabýval sněm království Českého i v dal­ším období a stavební rada Jan Jirsík v roce 1899 též navrhl výstavbu několika přehrad. Došlo již i k projednávání tohoto projektu, ale zemědělci v uvažované oblasti nebyli ochotni prodat své pozemky.
 
V roce 1920 dochází k další velké povod­ni, a tak znovu ožívá myš­lenka vybudování přehrad či přehrady, která by zadržela vody z jarního tání na Šu­mavě. V roce 1930 umisťu­jí inženýři Zemského úřadu ve svých projektech stavbu přehrady poprvé na Lipno, přibližně do prostoru dneš­ních hrází. Ale ani tentokrá­te se nepodařilo vykoupit uvažovanou zátopovou plo­chu. Studie a projekt přehra­dy na Lipně s elektrárenskou turbínou vznikly až po dru­hé světové válce, zejména po odsunu Němců a znárod­nění loučovické papírny.
 
Studie vycházela ze skutečnosti, že nad Lipnem tekla Vltava jen s nepatrným spá­dem, umožňujícím dosažení velké nádrže ma­lým vzdutím. Tato okolnost a příznivé složení základové půdy ze žuly a ruly (jak se pozdě­ji ukázalo, příznivé pouze zdánlivě – kaolí­nové vrstvy) byly pak jedním z předpokla­dů vybudování vodního díla. Proto se studie dále zdokonalovala, aby pak byl v roce 1951 vypracován generální projekt výstavby vod­ního díla Lipno.
 
Avšak stavba přehrady, resp. pozemní prá­ce, byly zahájeny již v roce 1950: to mistr Bubla se se svými pěti minéry nastěhoval do hostince Anny Houfkové v Lipně a je­jich dynamitové nálože denně trhaly balva­ny žuly a rvaly ze země pařezy se spletí ko­řenů. Nyní se zdá neskutečné, že: „...studenti svazáci“ po příchodu na stavbu každodenně před začátkem práce připevnili na skálu sva­zácký prapor, zazpívali Hymnu demokratické mládeže...“, a pak začali krumpáči, lopatami a dřevěnými kolečky odstraňovat skálu pro budoucí silnici z Lipna do Frymburka.
 
Pokračoval potřebný geologický prů­zkum, v roce 1951 byly zahájeny přeložky silnic a zařízením staveniště započata vlastní stavba (obr. 1). Ta byla rozdělena na několik částí: Lipno I – hráz, hydrocentrála, vodo­vod do papíren Loučovice, úpravy ve zdrži, komunikace a sídliště. Stavbu hydrocentrá­ly tvořily vtokový objekt s česly, odpadní tunel, podzemí se šikmou šachtou pro ná­kladní výtah a rozvodna s příslušenstvím. Současně probíhající stavbu Lipno II tvoři­la hráz a hydrocentrála.
 
1952 – započata stavba přehradní hráze, 1954 – výlom první šachty, zahájena ražba štoly v podzemí. 1955 – po prvních letech starostí a dřiny první význačný úspěch: o půl třetí hodině noční 30. prosince 1955 budova­telé Lipna převedli Vltavu do nového koryta. Voda opustila své staré koryto a začala proté­kat základovými výpustěmi betonového gra­vitačního bloku hráze zbudovaného na pod­zim roku 1954.
 
1956 – dokončen výlom komory kulo­vých uzávěrů v podzemí a započata stavba nadzemní rozvodny 110 kV.
V polovině ledna 1957 byl zahájen výlom jádra v podzemní hydrocentrále, po jehož do­končení přišla na řadu betonáž a vlastní mon­táž turbín. V nejtěžších pracovních podmín­kách tu byly vylámány a vyvezeny tisíce ku­bických metrů skály. Vylámaná prostora byla vybetonována a upevněna několika sty kotev, které vyloučily možnost nepředvídaného po­škození díla a ohrožení lidských životů po­hybem vrstev a zasypáním prostoru budoucí elektrárny – obr. 2a, b.
 
S kotvením, které projektant předepsal, neměli pracovníci při stavbě Lipna dosud žádné zkušenosti a muselo se vyzkoušet ně­kolik způsobů, jak dostat beton do konce úzkého dlouhého vrtu. Při zkoušce nebylo možné kotvy ze skály vytáhnout ani tahem 26 000 kg. V témže roce byla dokončena sy­paná hráz.
 
1958 – montáž prvního soustrojí – nej­prve byly spuštěny výtahem v šikmém tu­nelu do podzemí čtyři části ocelové spirá­ly, potom i jednotlivé části generátoru a pod jeho podlahu turbíny. Ve druhé polovině září byly všechny čtyři díly spirály svaře­ny v jediný třicetitunový celek. Následovalo částečné napouštění jezera. 1959 – dokon­čení montáží technologie, nutné zkoušky a měření, dne 15. července 1959 v 17.55 hodin se uskutečnila první zkouška ener­getického soustrojí TG2. Lopatky turbíny se poprvé roztočily a turbosoustrojí začalo dodávat do sítě první kilowatty elektrické energie, 7. prosince 1959 – zahájilo provoz i druhé soustrojí TG1, pokračovaly dokon­čovací práce.
 

Lipenská vodní nádrž

 
Vodní elektrárny na horním toku Vltavy reprezentují skvělé počátky české elektroenergetiky, kterými byly v této oblasti nejpr­ve malé vodní elektrárny na Šumavě – Čeň­kova Pila, Černé jezero a Vydra ... a dal­ší. K jejich následovníkům – k elektrárnám Lipno I a II – nyní patří i moderní vltavské elektrárny Kořensko a Hněvkovice, uvedené do provozu v roce 1992.
 
Lipenská nádrž je s rozlohou 44 km2 (4 870 ha) největší umělé jezero v ČR. Leží v nadmořské výšce 726 m n. m., její obsah je 306 mil. m3. Délka vzdutí je 48 km, v nejšir­ším místě je 14 km široká.
 

Lipno I

Vodní elektrárna Lipno I se na­chází v podzemní kaverně (dutině, v tomto případě uměle vyláma­né) o rozměrech 65 × 22 m a výšce 38 m, vylámané ve skalním masivu v hloubce 160 m(!) pod terénem v blízkosti hráze – obr. 3a, b, c.
 
Do této hlubiny je voda vedena přes vtokový objekt s česlicovými poli dvěma ocelí vypancéřovaný­mi tlačnými šachtami o průměru 4,5 m a délce 160 m, přes komoru kulových uzávěrů o světlosti 2,5 m (obr. 4) na dvě plně automatizova­ná soustrojí s Francisovými turbí­nami (obr. 5a, b). Každá z obou turbín je pevně spojena s generáto­rem, který dosahuje při maximál­ním průtoku 46 m3·s–1 vody přes turbínu výkonu 60 MW.
 
Po odevzdání energie turbínám je voda odváděna 3,6 km dlouhým podzemním tunelem o průměru 7,5 m (obr. 6) do vyrovnávací ná­drže Lipno II ve Vyšším Brodě.
 
Generátorové soustrojí – každá ze dvou Francisových turbín má hltnost 46 m3·s–1, 24 rozváděcích, 17 oběžných lopatek.
 
Elektrická energie o napětí 15 kV je z ge­nerátorů vyváděna pomocí kabelů šachtou k transformátorům a do nadzemní rozvodny 110 kV. V nadzemním areálu je také rozvodna 22 kV, která zásobu­je elektrickou energií široké okolí.
 
Hráz elektrárny Lipno I slou­ží k zadržování vodní masy. Ze sta­vebního hlediska je kombinovaná – na pravobřežní straně je ze dvou tře­tin zemní – sypaná, zbývající část je gravitační betonová se dvěma bloky, kde jsou základové výpustě a přeli­vová pole. Celkem zde bylo ulože­no 70 000 m3 betonu, 600 t ocele a 300 t strojního zařízení. Hráz leží na říčním km 329,543, je dlouhá 296 m, její výška je 26 m.
 
Akumulační špičková vodní elektrárna Lipno I je provozová­na bezobslužně, s dohledem pou­ze jednoho pracovníka na směně. Najetí obou soustrojí na plný vý­kon je možné provést do 226 s, a umožňuje tak reagovat na potře­by energetické soustavy.
 

Lipno II

K vyrovnání kolísání odtoku z hlavní elektrárny Lipno I slouží v současné době již plně automa­tizovaná, dálkově ovládaná, bezob­služná malá průtočná vodní elek­trárna Lipno II ve Vyšším Brodě.
 
Generátorové soustrojí – prů­točná elektrárna Lipno II má jedno soustrojí s Kaplanovou turbínou o maximál­ní hltnosti 20 m3·s–1 a generátorem o výkonu 1,5 MW. Umožňuje řídit odtok i v případě, že je soustrojí vodní elektrárny Lipno I v opravě.
 
Hráz elektrárny Lipno II je kombinova­ná, zemní a betonová. V betonové části hráze jsou umístěny dva přelivy, štěrková propust a tři násosková pole. Hráz leží na říčním km 319,108, je 224 m dlouhá, 11,5 m vysoká.
 
Nádrž elektrárny má obsah 1,6 mil. m3, rozlohu 12,4 ha a leží ve výšce 558 m n. m.
 
Vodní dílo Lipno II bylo stavěno současně s Lipnem I. V době, kdy toto dílo vznikalo, bylo ojedinělým technickým řešením, umís­těným do mimořádných přírodních podmínek a nahradilo některá stávající i starší technická elektrárenská díla ležící mezi Lipnem a Vyš­ším Brodem (např. též geniálně postavenou elektrárnu firmy Ignác Spiro & Söhne u Vyš­šího Brodu (stavba 1894 až 1903).
 

Řízení a regulace

 
Všechny technologické pochody v obou elektrárnách jsou nyní již plně automatizová­ny. Najíždění, odstavování a regulace výkonu jsou řízeny dálkovým ovládáním z centrální­ho dispečinku vodních elektráren ve Štěcho­vicích u Prahy. Kontrolní činnost v nepře­tržitém provozu zajišťuje jeden pracovník ve směně. Rychlost najetí na plný výkon do ca tří minut umožňuje vodní elektrárně Lipno ovlivňovat výkonovou bilanci elektri­zační soustavy celé ČR.
 
Vyrobená elektrická energie se z podzemí od generátorů (obr. 7) vyvádí kabely přes blo­kové transformátory 15/110 kV do rozvodny R110 kV. Odtud je energie přenášena čtyřmi linkami do rozvodny Dasný, na transforma­ci 110/400 kV.
 
Z rozvodny 110 kV je ještě napájena roz­vodna R22 kV, kterou je zajištěna vlastní spo­třeba pro elektrárnu, a odkud se rozvádí osm linek pro celou oblast Lipenska. Rozvodny R110 kV a R22 kV jsou ovládány z dispe­činku v Českých Budějovicích.
 
Přístup do podzemní části elektrárny je šikmým tunelem o délce 210 m a sklonu 45° pomocí výtahu (obr. 8), jehož nosnost je 80 t. Doprava jiné technologie je dále zajištěna šesti jeřáby. Nejtěžším dopravo­vaným dílem v podzemí byl rotor generá­toru o hmotnosti ca 20 t. Rotor generátoru o hmotnosti 20 t se do podzemí dopravoval po částech a pak sestavil. Transformátory o hmotnosti ca 100 t byly do nadzemní roz­vodny dopravovány po železnici.
 

Rekreace

 
Lipenská přehrada slouží nejen jako zdroj ekologicky čisté energie, ale také jako turistické, rekreační a sportovní stře­disko.
 
Původně dřevařská osada Lipno je nyní centrem turistického ruchu, a to jak v létě, tak v zimě. V katastru obce je přístaviště lodní dopravy, lyžařský areál Kramolín a turistické centrum Marina. Obec Lipno leží v blízkosti přírodního parku Vyšebrodsko a národní pří­rodní rezervace Čertova stěna a Luč, s unikát­ním žulovým masivem, se zbytky přirozeného lesa, reliktního boru a suťového lesa.
 

Skupina ČEZ

 
Energetická společnost ČEZ je největším výrobcem elektřiny v České republice. Pro­vozuje v ČR třicet pět vodních, jedenáct uhel­ných, dvě jaderné a jednu sluneční elektrárnu.
 
Rozvíjí i výrobu elektřiny z větrných elekt­ráren a z biomasy. Kromě toho se skupina ČEZ zabývá těžbou surovin a prodejem elektřiny jak v tuzemsku, tak do zahraničí.
 
Skupina ČEZ se stala nej­větším investorem do životního prostředí, když v devadesátých letech minulého století inves­tovala ca 46 mld. Kč do sníže­ní emisí z uhelných elektráren na desetinu původního stavu.
 
Skupina ČEZ, posílená v roce 2003 o regionální energetické společnosti, se řadí mezi deset největších energetických subjektů v Ev­ropě a je nejvýznamnějším uskupením na trhu s elektři­nou ve střední Evropě.
 

Závěr

 
Od uvedení vodního díla Lipno do provozu byly všech­ny povodňové vlny transformovány tak, že již nedošlo k ohrožení okolí Vltavy pod Lipnem. Přes vodní dílo protékalo v maximu provozně 92 m3·s–1, což je hltnost obou turbín a součas­ně maximální propustnost koryta řeky. Maxi­mální přítok byl za dobu provozu 400 m3·s–1. Od zahájení provozu zpracovávala elektrárna Lipno I veškerou vodu z nádrže. Po revizi ma­nipulačního řádu je od června 1996 vypouš­těn do původního koryta Vltavy mezi Lipnem I a Lipnem II sanační průtok 1,5 m3·s–1.*)
 
Obr. 1. Zařízením staveniště v roce 1951 byla započata vlastní stavba vodního díla Lipno
Obr. 2a. Výlom kaverny pro podzemní hydro­centrálu ve skále 160 m pod povrchem v roce 1957...
Obr. 2b. ... a podzemní hydrocentrála dnes – generátory 2× 60 MW
Obr. 3a. Senzitivní mapa Li­penské elektrárny – dispozič­ní uspořádání elektrárny: 1. Hráz Lipenské přehrady, po­hled od rozvodny R 110 kV, 2. Tunel šikmého nákladního výtahu , 3. Komora kulových uzávěrů, 4. Podzemní kaverna – hyd­rocentrála, 5. Čelní stěna podzemní kaverny, skalní masiv, 6. Dva generátory o výkonu 2× 60 MW
Obr. 3b. Podélný řez vto­kem a podzem­ní hydrocent­rálou přehrady Lipno I s vyzna­čenými zlomy a hlavními puklinami v žule podle původní dokumentace
Obr. 3c. Schematický řez šikmým tunelem a hlavní kaver­nou a příčný řez šikmým tunelem podle původní dokumentace
Obr. 4. Přívodní komory kulových uzávěrů o světlosti 2,5 m
Obr. 5a. Za komorou s uzavíracími kulovými čepy jsou umístěny dvě Francisovy turbíny, každá o výkonu 60 MW
Obr. 5b. Vysloužilá Francisova turbína v areálu elektrár­ny Lipno
Obr. 6. Po odevzdání energie turbínám je voda odváděna 3,6 km dlouhým podzemním tune­lem o průměru 7,5 m do vyrovnávací nádrže Lipno II ve Vyšším Brodě
Obr. 7. Štítek s technickými parametry gene­rátoru
Obr. 8. Přístup do podzemní části elektrárny je šikmým tunelem o délce 210 m a sklonu 45° pomocí výtahu
 
Tab. Několik zajímavých tech. údajů
 

*) Pozn. redakce – keson – v případě vodního díla mohutná betonová stěna zabraňující pronikání vody pod tělesem hráze. Keson bylo zařízení z ocelových plátů ve tvaru ohromné krabice o hmotnosti 60 t. Kesonáři v otrockých podmínkách uvolňovali v kesonu kamení a zeminu, které se odtud vyvážely, přičemž se keson podhrabával, až se usadil v žádoucí hloubce. Nakonec se pracovní komora kesonu zalila betonem. Zaplněný keson pak vážil 230 t.
 
*) Povodeň 2002
V srpnu 2002 byly v krátké době za sebou dvě velké povodně. První se podařilo akumulovat, druhá však již svým rozsahem překročila možnosti akumulace a bylo nutno odpouštět vodu bez energetického využití.
 
Přes hrázové uzávěry Lipna I bylo odpouště­no 220 m3·s–1 a pod Vyšším Brodem odtékalo ca 330 m3·s–1 (běžně odtéká 6 až 20 m3·s–1). Tento odtok trval 38 h. Během povodně byl maximální jednohodinový přítok do jezera 838 m3·s–1 a prů­měrný 24hodinový pak 359 m3·s–1. Svým rozsahem byla povodeň výjimečná a přesáhla v hodnocení tisíciletou vodu.