Části VME
Malá vodní elektrárna není jen vodní kolo nebo turbína. Máme-li si představit dílo po směru vody, vypadá to většinou následovně:
Odběrný objekt
Ať už do náhonu (potrubí) nebo přímo k elektrárně, jedná se buď o speciální objekt v hrázi (jezu) pro odběr vody z nádrže nebo o část náhonu v jeho počátku při odbočení z toku. Jeho hlavní funkcí je zajistit dostatečný odběr vody za všech stavů v požadované kvalitě (tj. bez znečištění sunutými a plovoucími předměty.) Bývá nejčastěji betonový, dříve dřevěný, opevněný kamenem a sestává z norné clony pro zastavení plovoucích předmětů (led, klády,…), z dnového prahu, který brání vniknutí písku a štěrku sunutého po dně a z hrubých česlí, které brání větším předmětům podplavat nornou clonu. Někdy je doplněn o lapák písku, aby nedocházelo k zanášení náhonu nebo přívodního potrubí. V neposlední řadě je na něm uzavírací mechanizmus pro zastavení přítoku do náhonu (nebo na objekt MVE). Slouží k uzavření nátoku do náhonu v případě jeho údržby nebo v případě ohrožení stability břehů za povodně. Při občasném čištění česlí nejsou ztráty spádu na odběrném objektu tak významné (několik milimetrů až cm).
Náhon
Bývá to zpravidla otevřené koryto ve tvaru lichoběžníku. Koryto je většinu času vedené zahloubené pod terén. Pouze v závěrečném úseku bývá vedeno i nad úrovní terénu. Břehy jsou porostlé travou a zpevněné kořeny stromů. Část před budovou se dělá z betonu, zděná nebo v dřevěném vantroku obdélníkového profilu. Některé koncepce používají k přivedení vody i potrubí, kterým se podchází nebo jinak řeší překážky v trase. Průtočný profil je podřízen rychlosti vody v náhonu, která je volena v rozmezí znemožňujícím zanášení koryta a nepřekračující vymílací rychlosti pro zeminy v níž je koryto vyhloubeno. Ztráty jsou na této části díla velmi výrazné a jsou v řádech několika centimetrů až desítek centimetrů.
Lávka nebo most
Při dlouhém náhonu se nevyhneme tomu, že bude nutné pro překročení vybudovat most nebo lávku. V takovém případě je dobré vyhnout se postavení pilířů do koryta a snažit se vystačit si pouze s jedním na každém břehu. Osvědčený materiál je opět beton a na něj kladené ocelové profily I s roznášecí deskou. Rozhodně není vhodné provést přechod trubním propustkem, tj. klást do toku přesypané potrubí, protože dochází k velkým tlakovým ztrátám při vtoku a výtoku do něj. Tvar koryta by měl být pod mostem stejný jako mimo něj. Tím se neztrácí energie vody a nehrozí ucpání profilu.
Bezpečnostní přepad
Slouží k ochraně následující části náhonu a samotné elektrárny před nadměrným přívalem vody. Musí být schopen zachytit všechny nadbytečné průtoky s dostatečnou rezervou tak, aby nedošlo k přelití hrází náhonu nebo ke ztrátě jejich stability. Bývá o to důležitější, čím delší je samotný náhon a tím pádem vzdálenost bezpečnostního přepadu od jezu. Někdy bývá spojen s jalovou propustí a osazován před česlemi, kde strhává zachycené plovoucí předměty a odvádí je níže po toku.
Jalová výpusť
Jedná se propust převádějící jalový průtok při odstavení elektrárny, stavidlo zajišťující úplné vypuštění náhonu při uzavřeném stavidle odběrného objektu nebo k převedení celého průtoku, pokud takové stavidlo náhon nemá. Používá se při odstávkách, kontrole, čištění a opravách náhonu a objektu elektrárny. Bývá situována těsně před jemnými česlemi, aby zajistila proplach celého náhonu.
Česle
Dělí se na hrubé a jemné. Hrubé jsou pro zachycení plovoucích klád a ledů a bývají to zpravidla ocelové trubky svisle zabetonované 10 až 15cm od sebe do dna a nahoře opřené o lávku. Snahou je je umístnit tak, aby voda zachycené předměty strhávala dál po proudu (tedy v odběrném objektu). Jemné česle pak bývají těsně před nátokem do MVE, kde mají za úkol zastavit předměty větší než jaké projdou osazeným vodním motorem. To co se na jemných česlích zachytí je nutné pravidelně stírat a likvidovat jako odpad. Na obrázku jsou jemné česle pod číslem 1.
Uzavírací stavidlo
Slouží k úplnému uzavření nebo otevření nátoku vody do objektu elektrárny. Neslouží k regulaci průtoku (vyjma kol na horní vodu). Použije se vždy při potřebě zastavit nebo rozběhnout vodní kolo. Při dodávce elektrického proudu do sítě bude napojeno na ovladač, který stavidlo uzavře při výpadku proudu v síti. Na obrázku je to číslo 2.
Budova elektrárny
U vodních kol jsou nároky na strojovnu minimální. Do obezděného prostoru je třeba umístnit pouze převodovku a generátor jako původce značného hluku. Dále se sem umísťuje ovládání s rozvaděčem a ostatní ovládací prvky. Pokud hrozí namrzání kola v zimě, tak se i to umísťuje do tkzv. lednice, kde díky uzavření prostoru od okolí dochází alespoň k částečnému temperování prostoru protékající vodou a menšímu namrzání. Prodlouží se tak provozuschopnost kola v zimních měsících a předejde vysychání v letních.
Lapák splavenin
Voda s sebou vleče po dně písek a kamení. Ač jsou kola velmi odolná a dokážou takové předměty provést, snažíme se je do kola a k regulačnímu stavidlu nepouštět. Dochází k zanášení mechanizmů a většímu opotřebení. Lapák je řešen jako žlab hluboký několik centimetrů vedoucí napříč dnem, kde se sunuté předměty zachytí a jednou za čas se otevře stavítko (číslo 3) v boční stěně a písek s kamením je vtažen proudem vody stěnou do odpadního kanálu nebo kanálu jalové výpusti. Stavítko je ovládáno ručně např. vřetenovou tyčí s kolem (číslo 4).
Regulační orgán
Slouží k regulaci natékaného množství vody na lopatky kola. Kola na dolní vodu jsou regulována zdvižným stavidlem šikmo osazeným do proudu vody. Voda vytéká proudem pod stavidlem. Kola na střední vodu jsou regulována spustným stavidlem. Na obrázku je to číslo 5 a posun je řešen většinou automatikou přes ozubené kolo a pastorek (číslo 6). S ubývající vodou je stavidlo více zvedáno až úplně vyjede na hladinu, kdy dojde k odstavení vodního motoru. Kola na horní vodu jsou buď samoregulační (nepotřebují regulační stavidlo ani jiný mechanizmus) nebo jsou regulována zdvižným stavidlem. U těchto kol bývá funkce regulační spojená s uzavírací, tj. výjimečně se používá stavidlo uzavírací jako regulace. Kola s obráceným chodem mají stavidlo položené vodorovně na dně vantroku (dřevěného žlabu) a regulují nátok posunem po dně.
Vodní motor
Jedná se buď o turbínu nebo vodní kolo. Výjimečně se lze setkat se zvláštními typy vodních motorů z nichž za zmínku stojí asi hlavně Archimédův šroub. Tyto stránky se ovšem věnují návrhu vodního kola a proto se zde nebudu dále rozvádět. Více v sekci Typy vodních kol. Na obrázku je použito Zuppingerovo kolo.
Převody
Pro převod síly z kola na generátor nebo jiný hnaný stroj je nutné z poměrně malých otáček kola převést tyto na otáčky generátor. Otáčky kola se většinou dají spočítat na prstech jedné či obou rukou a otáčky generátoru začínají asi na 750ot./min a jdou výše. Protože se přenášejí velké síly a je snaha ušetřit na prostoru při realizaci převodů, používají se dnes místo dřívějších řemenic převodovky s ozubenými koly a část převodu se realizuje klínovým nebo plochým řemenem. Převodem se tak neztrácí tolik energie prokluzem a současně jsou prostorové nároky převodu včetně ovládání smrštěny na velikost almary.
Poháněný stroj
Pro dodávku elektřiny do rozvodné sítě budete potřebovat jednoznačně asynchronní generátor. Pro dodávku elektřiny pouze pro vás bude výběr větší. Výčet někdy rozvedu pro různé případy. Pro pohon mechanického stroje je vždy potřeba vyřešit pouze převod rotačního pohybu na ten, co zrovna potřebujete a dodat tomu potřebnou sílu a rychlost. Řešení je velmi individuální, ale někdy se vyplatí nejdříve převést sílu na elektrickou energii, kterou opětovně spotřebujete v elektromotoru pohánějícím onen stroj a přebytek dodáte do sítě nebo v noci, kdy stroj většinou neběží dodáte celý výkon.
Ovládání
Zatím zmíním jen základní tři možnosti, a to:
- plně automatický provoz – dle hladin a výkonů si všechno hlídá počítač.
- poloautomatický provoz – některé manipulace automat neřeší. Řeší ale určitě přifázování a odfázování od sítě a automatické uzavření nátoku při odfázování v době výpadku proudu.
- plně ruční ovládání – vše je jen a jen na vás, ale nepočítejte s dodávkou elektřiny do rozvodné sítě, pokud není trvale přítomna obsluha.
Odpad
Slouží k odvedení vody od vodního motoru. Bývá řešen stejně jako náhon, ale neosazuje se již stavidlem na výtoku nebo jen zcela výjimečně. Takové řešení je voleno pouze v případě ochrany úseku před vzdutou spodní vodou za povodní nebo jako provizorní hrazení v případě čištění a kontroly odpadního kanálu.