Vodní technologie zahrnují celou řadu systémů, které využívají oceánskou nebo sladkou vodu pro výrobu elektřiny nebo tepelné energie. Nejznámější vodní technologií je vodní energie, při níž síla pohybující se vody pohání turbínu, která následně pohání generátor a vytváří elektřinu. Vodní energie a další vodní technologie jsou obnovitelné, protože jejich palivo se přirozeně obnovuje prostřednictvím koloběhu vody; jsou čistou alternativou ke spalování fosilních paliv, která způsobují změnu klimatu. Na rozdíl od elektráren spalujících zemní plyn, uhlí a jiná paliva nevyžadují vodní elektrárny k výrobě energie nákup paliv. Jedinými náklady jsou náklady na výstavbu a provoz výrobních zařízení.

V celosvětovém měřítku se vodní energie podílí na výrobě elektřiny asi 15 procenty. V roce 2014 měly vodní elektrárny v USA výkon přibližně 101 000 megawattů (MW) a vyráběly 6 % celkové energie a 48 % elektřiny z obnovitelných zdrojů ve Spojených státech. Přestože většina vhodných lokalit pro výstavbu velkých přehrad byla ve Spojených státech a na celém světě již vybudována, existuje mnoho příležitostí k instalaci hydroenergetických systémů na stávajících přehradách, které v současné době nemají výrobní kapacitu, a k využití dalších technologií vodní energie na řekách, v přílivových zónách a na otevřeném oceánu. Podle dvou studií amerického ministerstva energetiky z roku 2012 by stávající přehrady, které v současné době nevyrábějí elektřinu, mohly poskytnout 12 000 MW dodatečné kapacity, a pokud budou vybudovány nové instalace (včetně těch, které využívají vlny a přílivové proudy), mohla by vodní energie do roku 2030 potenciálně zajišťovat 15 % americké elektřiny (viz. 6 procent dnes).

Vodní elektrárny mohou být instalovány na řekách, oceánech nebo jezerech.

Řeky

Přehrady

Velké vodní elektrárny na velkých řekách jsou nejrozvinutějšími generátory vodní energie. Přečerpávací elektrárny nebo vodní nádrže uchovávají vodu v nádrži, aby ji mohly vypouštět k použití, když řeka teče pomaleji nebo v době nejvyšší poptávky po energii. To umožňuje spolehlivou výrobu energie při základním zatížení. Příkladem těchto velkých zařízení jsou přehrady Hoover Dam v Nevadě a Grand Coulee Dam ve Washingtonu. Velké přehrady také uspokojují více společenských potřeb, jako je zavlažování, ochrana před povodněmi a rekreace.

Přehradní elektrárny mají několik nevýhod. Studie naznačují, že velké nádrže v boreálním a tropickém podnebí vypouštějí stejné množství skleníkových plynů jako elektrárny na fosilní paliva. Zatopená vegetace se rozkládá a uvolňuje metan a oxid uhličitý ve velkém množství na začátku životnosti přehrady a v menším množství pokračuje po celou dobu jejího využívání. Mezi další dopady patří změny teploty vody, rozpuštěného kyslíku a dalších živin, poškození říčního ekosystému, vysídlení komunit v důsledku změny toku řeky a nestabilita břehů vedoucí k odlesňování, záplavám a erozi. Vodní energie je zranitelná vůči změně klimatu. Dlouhotrvající sucha mohou snížit hladinu vody v řece, čímž se sníží výroba elektřiny, zatímco tání ledovců, rychlé tání sněhové pokrývky nebo změny v rozložení srážek od sněhových k dešťovým mohou výrazně změnit průtok řeky.
Přečerpávací elektrárny

Přečerpávací elektrárny nemají žádná zařízení na skladování vody, ale mohou používat nízko položené přehrady, které zvyšují rozdíl mezi hladinou odebírané vody a turbínou. V tomto případě vyrábí elektřinu přirozený tok řeky a množství vyrobené energie kolísá v závislosti na koloběhu řeky. Ačkoli lze technologii run-of-the-river použít pro výrobu elektřiny ve velkém měřítku, běžně se používá pro zásobování jednotlivých obcí elektřinou s výkonem nižším než 30 MW. Tato forma výroby energie je oblíbená ve venkovských oblastech Číny, ale má potenciální uplatnění na mnoha místech včetně Spojených států. Technologie Run-of-the-river obvykle narušuje mnohem menší část toku řeky ve srovnání s velkými vodními přehradami.
Proud

Výroba elektřiny z proudu funguje podobně jako větrná turbína, ale pod vodou. Protože voda je hustší než vzduch, voda pohybující se danou rychlostí vyrobí mnohem více energie než ta, kterou generuje srovnatelná rychlost větru. Samotná turbína však musí být silnější, a proto je dražší. Dopad současných turbín na životní prostředí není jasný. Mohl by poškodit populaci ryb, ale byly vyvinuty turbíny bezpečné pro ryby.

V USA je mnoho potenciálních míst, kde by se mohla výroba proudu uskutečnit, a několik projektů se již realizuje, včetně projektů na East River v New Yorku a v Sanfranciském zálivu. Federální energetická regulační komise vydala v roce 2012 první licenci pro komerční pilotní projekt přílivové energie v USA. Desetiletá licence určuje projektu East River (Roosevelt Island Tidal Energy) cestu k vybudování 30 turbín k výrobě 1 MW.

Oceány

Přílivová přehrada

Oceánská přílivová energie využívá předvídatelný cyklus energie produkované přílivem a odlivem. Přílivová hráz funguje podobně jako hráz velké vodní nádrže, ale je umístěna u vstupu do zálivu nebo ústí řeky. Voda zadržovaná v zálivu se vypouští přes turbíny v přehradě a vyrábí energii. Aby přehrada fungovala hospodárně, musí být mezi přílivem a odlivem dostatečně velký rozsah, přibližně deset stop. Nejlepší potenciální lokality se nacházejí v severní Evropě a na západním pobřeží USA. Přílivová hráz v La Rance ve Francii je v provozu od roku 1967 s výkonem 240 MW. Potenciální dopad přehrad na životní prostředí by mohl být značný, protože se staví v citlivých ekosystémech ústí řek, ale vyvíjejí se méně rušivé konstrukce, jako jsou ploty nebo plovoucí bárky.
Přílivové proudy

Podobně jako u technologií říčních proudů by se k výrobě energie mohly používat turbíny ukotvené na dně oceánu nebo zavěšené na bóji v dráze oceánského proudu. Ačkoli je tato technologie ve fázi vývoje, mezi potenciální lokality ve Spojených státech patří Mainský záliv, Severní Karolína, severozápadní Pacifik a Golfský proud u Floridy.
Příliv

Při pohybu větru nad hladinou oceánu dochází k přenosu energie na vodu a vzniku vln. Ačkoli jsou vlny proměnlivé co do velikosti a rychlosti, jsou předvídatelné a neustále vznikají. Jen v pobřežních vodách USA činí celková roční energie vln 2 100 terawatthodin.

K přeměně energie vln na elektřinu se testují různé technologie. Většina systémů zachycuje energii na povrchu vln nebo využívá rozdílu tlaku těsně pod hladinou. Tyto systémy využívají vlnění vln k vytvoření tlaku a rozpohybování hydraulických čerpadel nebo tlakového vzduchu, který následně uvede do pohybu generátory. Dopady generátorů vln na životní prostředí nejsou zcela známy, ale předpokládá se, že budou minimální a závislé na lokalitě.

Nejlepším potenciálním místem pro výrobu energie z vln jsou oceánské oblasti se silnými větrnými proudy. Tyto oblasti jsou mezi 30° a 60° zeměpisné šířky, polární oblasti s častými bouřemi, oblasti v blízkosti rovníkových pasátů a západní pobřeží kontinentů. Hybridní technologie větru a vln pro pobřežní energetické farmy jsou ve vývoji. Mezi potenciální lokality ve Spojených státech pro hybridní větrné a vlnové energetické farmy patří pobřežní oblasti východního pobřeží a severozápadního Pacifiku.
Ocean Thermal Energy Conversion

Ocean Thermal Energy conversion (OTEC) využívá páru vyrobenou z teplé povrchové vody k roztáčení generátorových turbín. Studená hlubokomořská voda kondenzuje páru zpět na vodu k opětovnému použití. Mezi povrchovou a hlubokou vodou je nutný teplotní rozdíl 36°F. Potenciálními lokalitami jsou tropické ostrovy. OTEC je v rané fázi vývoje a zatím není rentabilní kvůli vysokým nákladům na čerpání hluboké vody do povrchových elektráren. OTEC lze spojit s oceánskými tepelnými klimatizačními systémy (viz níže). Kromě toho může hluboká voda bohatá na živiny pomoci v akvakultuře. V povrchových rybnících čerpaných hlubinnou vodou lze pěstovat lososy, humry a další mořské plody, stejně jako plankton a řasy.
Oceánská/jezerní tepelná klimatizace

Kromě výroby elektřiny lze vodu využít také k přímé výrobě tepelné energie. Voda z jezer nebo oceánů může zajišťovat klimatizaci budov. Studená hluboká voda se používá k chlazení sladké vody, která cirkuluje v budově v uzavřeném potrubním systému, a zajišťuje tak klimatizaci s nižšími náklady než tradiční metody. Použitá voda se vrací zpět do oceánu nebo jezera, aby se cyklus obnovil. Studená hluboká voda musí mít teplotu mezi 39°F a 45°F a musí být blízko pobřeží, aby byla ekonomická. Příklady oceánských tepelných chladicích systémů jsou k vidění na Havaji (společně se zařízeními OTEC) a v Torontu, kde se voda z jezera Ontario používá ke klimatizaci budov v centru města. Velký projekt OTEC (100 MW+) umístěný v ostrovních komunitách, jako je Portoriko, Havaj nebo Guam, může být ekonomicky životaschopný.

Další informace o vodní energii:

• Díl 9: Nejvlivnější žena ve vodní energii:
• Nová kooperace plánuje zvýšit energetickou bezpečnost a odolnost Portorika
• EXPO 2020: Nové hranice ve výzkumu a vývoji čisté energie
• Jak by mohla vypadat konzervativní opatření v oblasti klimatu?
• Q&A: Inovace v oblasti energie oceánů a monitorování s Úřadem pro technologie vodní energie DOE
• Inovace v oblasti říční obnovitelné energie napájejí odlehlé obce na Aljašce
• Mlékárna Turkey Hill funguje na 100 % obnovitelné energie
• Fact Sheet | Pracovní místa v oblasti obnovitelné energie, energetické účinnosti a odolnosti (2019)
• Obnovitelná energie překonala uhlí v kapacitě výroby elektřiny!
• Vodní energie – nový pohled na příležitosti pro první americký obnovitelný zdroj energie

Zobrazit další příspěvky označené jako Vodní energie