Vodná energia

História

Využívanie energie vody na pohon mechanických zariadení je veľmi starou činnosťou a siaha ďaleko do minulosti. Jednoduché vodou poháňané kolesá, nahradzujúce namáhavú prácu, ľudstvo používalo od nepamäti. Prvá zmienka o takýchto zariadeniach sa objavuje u starých Grékov asi 4000 rokov pred Kr. Gréci používali vodnú energiu hlavne na mletie obilia. Využívanie tejto prírodnej energie sa stalo ešte jednoduchším a rozšírenejším po tom, čom bola vyvinutá prvá vodná turbína na začiatku 19.storočia. Od tohto obdobia sa začína postupne presadzovať výroba elektrickej energie vodnými elektrárňami.

História na Slovensku

Výstavba vodných diel na Slovensku má dlhoročnú históriu. 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. Počiatky budovania Turčekovského vodovodu siahajú do 16. storočia, ale už dávno predtým museli byť vybudované jednoduchšie vodné diela. Tento vodovod – privádzač úžitkovej vody pre Kremnicu a jej bane – previedol vodu z povodia Váhu do povodia Hrona, a na to bolo treba už dosť skúseností z budovania a prevádzky iných vodných diel. To potvrdzujú aj mapy zo 14. storočia, v ktorých sa už uvádza trasa tohto vodovodu. Jeho dĺžka bola pôvodne 22,0 km, zachytával 15 odberov povrchovej vody a je funkčný aj v súčasnosti. Zlatým obdobím výstavby vodných nádrží na Slovensku bolo celé 18. storočie. Zlatým sa nazýva nielen preto, že v tej dobe sa u nás vybudovalo najviac nádrží, z ktorých mnohé slúžia dodnes, ale aj preto, že voda z nich sa využívala na pohon zariadení v baniach na zlato a striebro v okolí Banskej Štiavnice. Banskoštiavnická sústava vodných nádrží je pozoruhodná z hľadiska konštrukčného riešenia priehrad, aj z vodohospodárskeho hľadiska. Umožnila zvýšenie ťažby rúd drahých kovov a celkový rozvoj baníctva v tejto oblasti.

Vplyv vodných elektrární na životné prostredie

Hlavným dôvodom prečo sa vodné elektrárne nestavajú všade tam, kde to je možné je, že sú relatívne drahé a sú s nimi spojené negatívne ekologické i sociálne dopady. Platí to predovšetkým pre veľké vodné elektrárne.
Vodný tok je súčasťou ekologického systému, v ktorom jedna zmena môže vyvolať následné zmeny v iných častiach systému. Príkladom môže byť zmena prietoku vody v rieke, ktorá môže vyvolať zmeny v kvalite vody a životných podmienkach vodných organizmov hlavne rýb. Priehrady, ktoré sú súčasťou väčšiny veľkých vodných elektrární môžu významne ovplyvniť životné podmienky rýb. Navyše novo vzniknuté priehradné jazero zvyčajne oddelí populácie rýb žijúcich v dolnej a hornej časti toku, čím zablokuje ich migračné cesty. Ekologické dopady takýchto vodných diel môžu byť sledované ešte veľmi ďaleko od miesta priehrady. V tropických oblastiach dochádza k výraznej sezónnej variácii množstva zrážok a v období sucha dochádza k významnému odparovaniu z priehradného jazera. Toto môže ovplyvňovať výšku hladiny v nádrži v oveľa väčšom rozsahu ako napr. v miernom pásme. Vodné toky a zrážková činnosť vzájomne súvisia. Vodné toky môžu ovplyvňovať nielen miestnu klímu ale aj hladinu spodných vôd vo svojom okolí. Sedimentácia v jazerách môže viesť k zvýšenej erózii v dolnej časti toku. Zmeny v prietoku vody tiež majú za následok zmeny v prenose sedimentov. Počas výstavby veľkých vodných diel, prenos bahna a sedimentov je obzvlášť významný v dolnom toku rieky. Stavebné práce môžu viesť k zníženiu kvality vody a s tým súvisiacim problémom pre obyvateľov závislých na takýchto vodných zdrojoch.
Spodné vody
Hladina spodnej vody je dôležitá tak pre ľudí ako i rastliny a zvieratá. Je dôležitou zložkou ekosystému hlavne z hľadiska zabezpečenia dostatku pitnej vody. Vytvorenie priehradného jazera má zvyčajne veľký vplyv na úroveň spodnej vody a napĺňanie podzemných rezervoárov. Takéto jazero spolu so zmenami prietoku vody v dôsledku činnosti vodnej elektrárne mávajú za následok aj zmeny hladiny spodnej vody v okolitých oblastiach. V týchto oblastiach môže preto postupne dochádzať k zhoršovaniu kvality pitnej vody.
Flóra a fauna
Keď v priehradnom jazere dochádza k záchytu živín (hnojív) vždy to má za následok zvýšenú eutrofizáciu (zníženie obsahu kyslíka vo vode) nádrže. Toto môže spôsobovať rýchlejší rast rias alebo iných vodných rastlín. Zvýšená produkcia organickej hmoty v jazere môže ovplyvniť anerobné procesy ako sú nedostatok kyslíka vo väčších hĺbkach jazera. Vo všeobecnosti sú plytké jazerá s veľkou plochou vo väčšom riziku z hľadiska eutrofizácie, pretože zásoba kyslíka vo väčších hĺbkach je úmerne obmedzená plochou jazera. V hlbokých úzkych jazerách, s pravidelnou cirkuláciou vody, je zvyčajne dostatok kyslíka vo väčších hĺbkach na to, aby dochádzalo k recyklácii ku dnu klesajúcej organickej hmoty. Odparovanie môže taktiež spôsobovať koncentráciu živín vedúcu k k eutrifizácii. V tropických oblastiach má pôda nízky obsah humusu, čo v kombinácii so sezónnymi variáciami zrážok môže spôsobovať značnú eróziu. Transport erodovaných sedimentov sa zastaví a ukladá sa v priehradnom jazere, čo si vyžaduje častejšie čistenie a zvýšené náklady na prevádzku. Vybudovanie priehradného jazera má za následok zastavenie prenosu živín do dolnej časti rieky a ovplyvnenie biologickej produkcie nielen v rieke, ale v celej oblasti často siahajúcej až do mora. Vo svete existuje viacero príkladov takého dopadu veľkého vodného diela na život v riekach. Zmeny úrovne vodnej hladiny, ku ktorým dochádza pri prevádzke vodných diel, majú za následok aj zmeny zloženia rybných druhov. Umelé vodné nádrže zvyčajne obsahujú menšie množstvo vodných organizmov ako prírodné jazerá. Zmeny v dolných tokoch riek za priehradnými jazerami sú vyvolané hlavne zmenami prenosu živín. Zatopenie veľkého územia, ku ktorému dochádza pri výstavbe vodnej nádrže vyvoláva tlak na migráciu zvierat z tejto oblasti, v prípade keď je ešte kam migrovať. Avšak v mnohých prípadoch zaplavením veľkých území je mnoho organických druhov v postihnutej oblasti zlikvidovaných. Väčšinou je len veľmi ťažké predvídať k akým zmenám môže pri zaplavení dochádzať. Nielen zaplavenie oblasti ale aj konštrukčné práce, doprava a hluk počas výstavby majú negatívny vplyv na živočíchy.
Záber pôdy
je nepriaznivý faktor, ktorý sa aspoň sčasti kompenzuje premiestnením ornice na menej úrodné územia a vyvažuje sa zásobami vody. Ani jedno hydroenergetické dielo nie je iba jednoúčelové ale slúži aj ako zásobáreň vody na rôzne účely.
Klíma
sa v tesnej blízkosti veľkých vodných diel síce mení, ale tento vplyv nemusí siahať ďaleko. Zväčšenie vlhkosti môže pomôcť pri dýchacích problémoch, lebo obyvateľstvo najmä v mestách trpí skôr suchým ovzduším. Častejšia je ale aj inverzia v okolí. Z dopravného hľadiska je nepriaznivým vplyvom vznik hmly alebo námrazy v zimnom období v okolí vodných nádrží. 
Prietokové pomery
sú ovplyvnené, ale nie je to len nepriaznivý vplyv, lebo vodné  diela zvyšujú ochranu pred povodňami a zvýšený odtok v zime zabraňuje zimným povodniam a zabránením vymŕzania koryta pomáha udržiavať život v riekach. 
Rekreačná plavba
je na väčšine našich tokov možná len počas krátkej časti roka so zvýšenými prietokmi. Pri energetickej prevádzke je však možné na požiadanie napríklad športovcov upraviť režim odtokov tak, že časti riek sú splavné aj v čase nízkych prirodzených prietokov. 
Náhrada výroby elektrickej energie za klasické zdroje je najdôležitejším kladným vplyvom vodných elektrární na životné prostredie. Ľudstvo by totiž nespotrebovalo menej elektrickej energie, keby vodné elektrárne neboli, len by sa táto musela vyrobiť iným, menej ekologickým spôsobom. Na výrobu 1 MWh elektrickej energie sa v tepelnej elektrárni musí spáliť 1,1 tony (veľmi kvalitné hnedé uhlie) až 1,5 tony hnedého energetického uhlia a tým sa prejavia aj všetky nepriaznivé dôsledky spaľovania. Zníženie spotreby fosílnych palív zabezpečujú akumulačné a prečerpávacie vodné elektrárne už samotnou svojou existenciou. Elektrizačná sústava totiž musí nielen pokrývať premenlivé zaťaženie v priebehu dňa, ale musí byť aj pripravená riešiť havarijné výpadky zdrojov. Vodné elektrárne sú vždy pripravené okamžite začať vyrábať, ale v tepelných elektrárňach na to, aby boli pripravené dodať elektrinu aspoň vo vyhovujúcich časoch, musia byť turbíny predhriate a v kotloch sa musí kúriť, aj keď tieto zdroje práve nevyrábajú nič. Hovorí sa tomu teplá záloha. Takže tepelná elektráreň spotrebováva palivo aj v čase, keď nič nevyrába. Odhaduje sa, že na 1 MW teplej zálohy sa spotrebuje až 1 000 ton paliva za rok.

Vodné elektrárne v elektrizačnej sústave

Technologické zariadenie vodných elektrární, turbíny, generátory, pomocné zariadenia aj riadiaci systém sú konštruované na prevádzku s premenlivým zaťažením. To znamená, že sú veľmi pružným zdrojom v elektrizačnej sústave, ktorý je schopný z odstaveného stavu nabehnúť na svoj maximálny disponibilný výkon za veľmi krátky čas. Kým spúšťací proces v tepelných elektrárňach trvá viac ako 6 hodín a v jadrových ešte podstatne viac, dosiahnu vodné elektrárne svoj menovitý výkon z odstaveného stavu za 2 – 3 minúty a v nových VE ešte skôr. Napríklad PVE Čierny Váh za 70 sekúnd po vyslaní signálu na spustenie. Rovnako je jednoduché aj ich odstavenie z prevádzky a navyše počas odstavenia nespotrebovávajú žiadnu energiu, ale akumulačné VE zbierajú bez vplyvu na životné prostredie vodu v nádrži na dobu, keď bude potrebný špičkový výkon. Vodné elektrárne sú bezodpadovým zdrojom a ani vodu, využitú na výrobu elektrickej energie, nespotrebovávajú, len ju prevedú z vyššej hladiny na nižšiu. Pri svojej prevádzke neznečisťujú ovzdušie spalinami, oxidmi uhlíka, síry a dusíka, ani ťažkými kovmi a pod. Problémom sú ale organické zvyšky rastlín a živočíchov, ktoré sa dostali do nádrže a rozkladajú sa a uniká z nich metán do atmosféry. Preto devastujú a znečisťujú okolité životné prostredie iba v malej miere, aj to hlavne akumulačné VE, a neznečisťujú povrchové ani podzemné vody.
Úplne odpadajú problémy s dopravou primárneho energetického zdroja, aké sú pri doprave ropy, zemného plynu, uhlia alebo uránu, často na obrovské vzdialenosti. Veľkou prednosťou je predovšetkým to, že hydroenergetický potenciál máme tu u nás doma a jeho využívanie nie je závislé od svetových cien a zahraničnej situácie. Rozhodujeme o jeho využívaní (okrem vodných elektrární na hraničných tokoch) sami. Navyše je to zdroj neustále sa obnovujúci, a preto nevyčerpateľný, nemusíme sa obávať, že časom sa jeho zásoby budú zmenšovať, alebo cena neúmerne rásť.

Ekonomická stránka vodných elektrární

Dôležitá je ekonomická stránka výroby elektrickej energie vo vodných elektrárňach. Tie v porovnaní s inými zdrojmi majú veľmi nízke prevádzkové náklady, pretože odpadajú náklady na palivo, a pritom majú dlhú životnosť, ktorá vysoko prekračuje dobu návratnosti vložených investičných nákladov. V praxi to znamená, že počas životnosti vodnej elektrárne by sa museli po sebe vybudovať viac ako dve tepelné elektrárne s rovnakým inštalovaným výkonom, aby mali rovnakú dobu životnosti, a to by znamenalo viac ako dvojnásobné investičné náklady prvotnej investície.

Vodné elektrárne na Slovensku

Celkový inštalovaný výkon vodných elektrární v prevádzkovaný Slovenskými elektrárňami je 1 652,7 MW, čo tvorí približne 38 % z celkového inštalovaného výkonu Slovenských elektrární. Prietočné vodné elektrárne majú inštalovaný výkon 736,6 MW a prečerpávacie vodné elektrárne 916,4 MW (Čierny Váh 734,4 MW, Liptovská Mara 98 MW, Dobšiná 24 MW, Orava 21,75MW a Ružín 60 MW). 
Skutočne využitý hydroenergetický potenciál SR je na úrovni 57,5 %.