Archimédův šroub – od čerpadla k turbíně

V průběhu své existence lidstvo vyvinulo řadu způsobů, jak využít energii tekoucí vody. Ačkoliv původně sloužil Archimédův šroub k čerpání vody či jiných kapalin, v poledních letech nachází své uplatnění i v hydroenergetice.

Archimédova turbína, známá také pod názvy šroubová či šneková turbína, je typem vodní turbíny využívané takřka výhradně v malých vodních elektrárnách (MVE) k výrobě elektrické energie.

Jedná se o dvojchodý nebo trojchodý šnekový mechanismus uložený v korytě obvykle pod úhlem od 22° do 35°, jenž je roztáčen silou vyvolanou tíhou protékající vody.

Podobně jako každá jiná turbína je mechanismus napojen přes převodovku na generátor, jehož funkci v tomto případě obvykle zastává asynchronní motor.

Vodu nemusí jen čerpat

Více než 2000 let starý vynález šnekového čerpadla je připisován Archimedovi ze Syrakus, ačkoliv některé prameny datují podobné mechanismy již v době 7. století před naším letopočtem na území Mezopotámie.

Během své existence nalezl Archimédův šroub široké uplatnění včetně přepravy sypkých materiálů či zrní v kombajnech. Šneková čerpadla, a stejně tak turbíny, dokáží pracovat i se silně znečištěnou vodou, díky čemuž se uplatnily i k čerpání odpadní vody v čističkách.

V posledních letech roste uplatnění Archimedova šroubu právě v oblasti výroby elektrické energie v MVE. Stejně tak mohou nahrazovat stará vodní kola a plnit tak funkci vodních motorů.

Nízký spád, vysoká účinnost

Hlavní výhodou šnekových turbín je jejich efektivní využití i při malých spádech, přičemž si tyto turbíny vystačí i se spádem pod hranicí jednoho metru. Běžně bývají používány v rozsahu od 1 do 10 metrů. Výkon se pohybuje od desítek až po stovky kW, moderní turbíny jsou schopny nabídnout i výkon přes 0,5 MW.

Šnekové turbíny mohou být instalovány i na jezech či výstupech užitkové vody z továren, čímž může být relativně snadným způsobem využit další vodní potenciál, který není zcela vhodný pro jiné typy běžně používaných vodních turbín.

Mezi další výhody tohoto typu vodních turbín patří obvykle nižší náklady na jejich pořízení a instalaci. Studie společnosti Future Energy Yorkshire ukázala, že Archimédova turbína může dosáhnout při mírně vyšším výkonu nižších pořizovacích nákladů ve srovnání s běžně používanou turbínou Kaplanovou.

Archimédovy turbíny rovněž zvládají práci v širokém rozsahu průtoků a to již od desetin metrů krychlových za sekundu do 10 a více. Zároveň dosahují velmi vysokých účinností i v oblasti nižších průtoků, než na které jsou navrženy, a za rok tedy vyprodukují více energie než jiné turbíny se srovnatelným výkonem.

Turbíny díky své schopnosti využívat i znečištěnou vodu nepotřebují na svém vstupu jemné česle. Jejich konstrukce je taktéž velmi šetrná k rybám i ostatním vodním živočichům a plně tak umožňuje jejich migraci po proudu řeky.

Popularita šnekových turbín roste zejména od 90. let minulého století, přičemž během posledních 20 let bylo v Evropě instalováno několik stovek turbín tohoto typu.

Jedním z příkladů může být dvojice turbín na řece Temži pracující se spádem 2 metry, které svým společným výkonem 316 kW vyrábí elektřinu pro Windsorský hrad a zhruba 300 tamních domácností.

Zdroj úvodní fotografie: Pesymista (Creative Commons)