Článek
V učebnicích vodní energetiky se od školky opakuje, že výkon turbíny závisí hlavně na průtoku a spádu. To je pravda, ale jen polovina příběhu. Druhou polovinou je rameno, na něž voda tlačí. Čím delší páku gravitaci nabídneme, tím větší krouticí moment dostaneme, i kdyby vody bylo málo. Přesto si dnešní studenti vodních strojů raději kreslí malé Kaplanovy oběžné kola a zdvojují lopatky, místo aby si položili otázku, jestli by jejich projekt nevyhrála prostá změna měřítka.
---
Betonové číslo, které mluví samo
Vezměme horský potok s průtokem 0,20 m³ za sekundu a čistým spádem 15 metrů. Klasická turbínka z katalogu z něj při slušné účinnosti vyždímá deset dvanáct kilowattů, víc ne. My však postavíme gravitační kolo o průměru třicet metrů (poloměr 15 m), osadíme je čtyřmi vanami po dvou kubících a necháme ho točit pouhých 1,5 otáčky za minutu – tak pomalu, aby se vany stíhaly plnit i v největším suchu. Každá sekunda vane kolu jen dvě deci kubíku vody, ale dlouhé rameno udělá z téhle nicotné hmoty krouticí moment přes půl meganewtonmetru. Vynásobte jej pomalou úhlovou rychlostí a vyjde 93 kilowattů mechanického výkonu; s přiměřenou elektromechanickou účinností končíme kolem 80 kW do sítě.
---
Kde jsou ti studenti, co to řeknou nahlas?
Prošel jsem sbírky diplomových prací českých technik – od Brna po Ostravu – a nestačil se divit: ani jedna za posledních patnáct let nezkoumá, jak se výkon malého toku násobí prodloužením páky. Všichni jen ladí lopatkové profily, CFD sítí a fázují měniče. Jenže voda na lopatce s rádiusem dvaceti centimetrů nikdy neobhájí to, co zvládne tatáž voda o rameno stokrát delším.
Přitom strojní průmysl na takový „overscale“ dávno má nervy i ocel – válcované I-profily délky dvanáct metrů, nízkootáčkový generátor s čelním převodem, ložiska na statisíce newtonů. Montáž? Jeřáb o nosnosti dvouset tun dnes běžně staví mostní estakády; spustit ráfek do kapsy potoka je proti tomu sobotní cvičení.
---
Proč klasické turbíny ztrácejí dech
Kaplan či Francis sahají po rychlosti: nechají vodu prohnat oběžným kolem desítkami metrů za sekundu a potřebují k tomu vysoký tlak nebo velkou masu. Malý horský potok jim nedodá ani jedno, proto končí u výkonu garážové vrtačky. Gravitační kolo hraje jinou hru – zpomalí proud na půl metru za sekundu a místo rychlosti staví na páku. Je pomalé, tiché, bezpečné pro ryby a především škálovatelné: zda nasadíte dvoumetrový průměr, nebo třicetimetrový, nevyžaduje novou teorii, jen delší lať při měření.
---
Strojírenství je připraveno, čeká se na odvahu
Potřebujeme první obec, která přestane stavět hranaté arény pro Kilowatku a pustí se do gravitačního kolosu:
Poloměr 15 m, čtyři vany po dvou kubících, ocelová lavice dvanáct na třicet metrů.
Břehová zástavba maximálně osm metrů z každé strany – žádná přehrada, jen pevný pražec.
Špičkový výkon osmdesát kilowattů z čůrku, který by se jinak ztratil v šelestu jehličí.
A přece to pořád není žádné sci-fi; všechno se vejde do norem ČSN, lana a kladky mají pojistky, převodovka katalogové číslo.
---
Slovo závěrem
Strojní inženýři rádi citují Faradaye, Tesla je ikonou, ale Newtonova jednoduchá páka se v jejich vodních návrzích jaksi ztratila. Přitom stačilo vytáhnout pravítko a přeměřit koryto. Větší páka vždy znamená větší výkon – fyzika to šeptá od 17. století. Že to (zatím) nešeptají skripta, není vina gravitace, ale lidské setrvačnosti. Pokud tedy hledáte diplomové téma, které nezapadne: zvedněte vodu na delší rameno, nechte ji pomalu padat a předveďte světu, kolik muziky dokáže udělat potok, když namísto lopatek dostane pořádnou páku.
*Gravitace se totiž nenechá transformovat počítačem – stačí jí trochu oceli a hodně rozumu.*
Poznámka: ztrácím nervy s umělou inteligencí stejně tak jako s lidmi, kteří nepochopili ani sběr elektřiny pomocí gravitace a vody! Prostě a jednoduše. Nedivte se mi, že si nevážím docentů a profesorů, natož inženýrů!
