Sedmý div České republiky

Časový harmonogram samotné výstavby vodního díla nabral obrovský skluz na počátku 80. let, kdy byl projekt z rozhodnutí vlády převeden do útlumového programu. V roce 1985 došlo k modernizaci projektu a po roce 1989 bylo rozhodnuto vodní dílo dokončit. Důvodem pro stavbu takto dimenzované přečerpávací elektrárny byly tři významné funkce, které v energetické soustavě měla plnit. Statickou funkcí je efektivní přeměna přebytku energie v soustavě (především v noci) na energii špičkovou, kdy horní nádrž zastupuje nabíjenou baterii s okamžitým výkonem 650 MW, kterou lze prakticky okamžitě použít. Dynamickou funkcí přečerpávací vodní elektrárny je schopnost plnit roli výkonové rezervy systému, vyrábět regulační výkon a podílet se tak na řízení kmitočtu soustavy. Kompenzační funkce slouží k regulaci napětí v soustavě. Provoz je řízen na základě pokynů Centrálního dispečinku v Praze. Vodní dílo má dvě vodní nádrže - dolní a horní, vlastní elektrárna je řešena jako podzemní stavba.

¤ Letecké pohledy na horní a dolní nádrž Přečerpávací elektrárny Dlouhé stráně.

Horní nádrž

V prostoru vrcholu hory Dlouhé stráně byla nádrž vytvořena zčásti výlomem a zčásti násypem obvodové hráze. Má přibližně tvar elipsy s maximální délkou 750 m a šířkou 280 m. Hráz byla nasypána z kamenitého materiálu, vytěženého v prostoru nádrže, takže nedošlo k většímu přesunu materiálu mimo stavební jámu. Těsnění dna i návodního svahu je z asfaltového betonu konstrukční tloušťky 180 mm. Vzdušný svah nádrže byl přikryt zeminou a oset trávou. K výsadbě byly rovněž použity odpovídající druhy místních stromů a keřů. Koruna hráze délky 1750 m a šířky 5,5 m má na návodní straně betonový vlnolam se zábradlím. Přístup na korunu hráze k měřicím zařízením umožňují kamenná schodiště. Dno nádrže je spádováno k vtokovému objektu. K hrubému odečítání úrovně hladiny slouží měřítko, vyznačené na sjezdu do nádrže. Drenážní systém nádrže tvoří drenážní vrstva pod těsnicím pláštěm tloušťky 200 mm a soustava drénů pod dnem nádrže, které jsou zaústěny do přístupové štoly. Nádrž má celkový objem 2,7208 mil. m³, z toho zásobní objem nádrže činí 2,5793 mil. m³. Plocha asfaltobetonového dna je 72 500 m², plocha pláště svahů 96 500 m².
V severovýchodní části nádrže je situován betonový výtokový objekt, který je zapuštěn pod její dno, nad hladinu je vyvedena pouze část koruny. Technologické zařízení sestává z pevných česlí, revizního uzávěru a dalších pomocných zařízení. Příjezd na korunu je možný po sjezdu na návodní straně, manipulovat s hrazením lze mobilním jeřábem. V areálu horní nádrže jsou v samostatné stavbě umístěny dva komorové uzávěry. Odtud lze provádět i revize potrubí přivaděčů pomocí revizního zařízení (vrátek a plošina).
Podzemní část je rozčleněna do čtyř podlaží, propojených schodištěm a osobním výtahem o nosnosti 500 kg. Horní stavba je jednopodlažní. Je vybavena tak, aby byl umožněn pobyt pracovníků při měřeních, opravách a revizích. Přístup a příjezd je umožněn po komunikaci a ze zpevněné plochy v okolí stavby. Doprava těžkých a rozměrných kusů se provádí mobilním jeřábem přes montážní otvor. Vstupy do obou přivaděčů umožňují kruhové šachty o průměru 1600 mm. Přístup na podlahu podzemní strojovny je možný i přístupovou štolou. Touto štolou je kanálkem přiváděna do jímky prosáklá voda z nádrže.

Dolní nádrž

Hráz této nádrže je sypaná kamenitá, s návodním asfaltovým těsněním (2x60 mm + 100 mm). Koruna hráze má šířku 6 m, vede po ní neveřejná komunikace. Na návodní straně je osazen betonový prefabrikovaný vlnolam s trubkovým zábradlím, na vzdušní straně je ocelové svodidlo. Osvětlení koruny je řešeno pomocí parkových halogenových svítidel.
Přístup k hladině vody je umožněn dvěma schodišti. Délka koruny hráze je 306 m, kóta koruny hráze 824,70 m n.m. Celkový objem nádrže je 3,405 mil. m³, zásobní (provozní) objem představuje 2,580 mil. m³ při provozním kolísání hladiny o 22,2 m. Všechny ovládací prvky dolní nádrže jsou umístěny ve sdruženém objektu. Jde o vyústění reverzních toků a jejich hrazení proti vodě dolní nádrže. Vtoky jsou hrazeny komorovými uzávěry, které hradí dva profily 5,2x5,8 m. Každý vtok je ještě rozdělen pilířem na dvě pole šířky 3,5 m, která jsou opatřena česlemi. Česle jsou osazeny do drážek, které slouží i pro osazení revizního hrazení. Hradidla i česle jsou obsluhovány hradidlovým jeřábem, nalézajícím se v pohotovostní poloze na koruně objektu.
Strojovna uzávěrů se nachází na kótě 800,90 m n.m. Je přístupná výtahem o nosnosti 500 kg a schodištěm.
Hrazený přeliv pro převedení povodňových průtoků má tři pole po 3,5 m, která jsou hrazena zdvižnými segmenty. Dvě pole jsou umístěna na straně přiléhající k levému břehu, třetí je v čele spadiště. Ovládání segmentů je jednostranné, pro zimní provoz je zde boční elektrické vyhřívání.
K místním pozoruhodnostem patří výskyt pstruhů v obou nádržích elektrárny. Cesta do horní nádrže pro ně znamená překonat lopatky Francisových turbin a tlak odpovídající 500 m vodního sloupce.

Podzemí

Do podzemí hory jsou situovány kromě dozorny všechny provozní jednotky přečerpávací vodní elektrárny.
Ústřední stavbou je podzemní kaverna o rozměrech 87,5x25,5x 50 m. Zde jsou umístěny dvě přečerpávací jednotky ve vertikálním uspořádání s kulovými uzávěry na vysokotlaké straně a pomocná zařízení strojně hydraulická a elektrotechnická, potřebná pro provoz soustrojí. Soustrojí může pracovat ve dvou režimech - čerpacím a turbinovém. V čerpacím režimu se soustrojí roztočí asynchronním motorem a po dosažení synchronních otáček se připojí generátor. V turbinovém režimu se vyrábí elektrická energie. Turbina pohání generátor, ve kterém se vyrábí elektrická energie. Pod spirálou reverzní turbiny je umístěn kulový uzávěr; jeho otevírání a uzavírání se provádí dvěma motory. Konstrukce uzávěru umožňuje jeho zavření až do průtoku 75,3 m3 za vteřinu. Dovolený průsak při tlaku odpovídajícím 595,5 m vodního sloupce je 25 l za vteřinu. Ve skutečnosti je ale mnohem menší, pohybuje se kolem jednoho litru za vteřinu.
Kaverna je podélně členěna na tři bloky - jeden montážní a dva strojní. Podlaha strojovny na kótě 767,20 m n. m. dělí každý blok na horní a dolní stavbu. Horní stavba má čtyři podlaží, spodní stavba pět podlaží. V jednotlivých podlažích jsou umístěny provozy elektrárny - spouštěče rozběhových motorů s příkonem 25 MW (tzv. pony motory), které slouží k rozběhu čerpadlového provozu, komory vzduchotechniky atd. Podlaží jsou propojena výtahy a schodišti.
Pro prostor kaverny se spotřebovalo 690 t ocelové konstrukce, na klenbu pak 3600 m³ betonu a do bednění o ploše 16 300 m² bylo dopraveno 22 000 m³ betonu.
Hlavní elektrotechnická zařízení jsou soustředěna v komoře transformátorů. Jde o tubus celkové délky 117 m, který je podélně rozdělen na čtyři bloky. Tubus je široký 16 m, největší výšku má 21,7 m. Úroveň podlaží transformátorů se nachází na kótě 770,5 m n.m. Výškově je každý blok členěn na spodní stavbu, která je provedena z železobetonové konstrukce, a na horní stavbu, kterou tvoří nosná ocelová konstrukce s cihelnou vyzdívkou. Horní stavba má čtyři podlaží. Jsou zde umístěny celkem čtyři transformátory (dva blokové, dva vlastní spotřeby), dále akumulátorovna, kompresorovna, prostory vzduchotechniky atd. Ve spodní stavbě (podlaží 765,50 m n.m.) je situována havarijní jímka olejů, komunikační a kabelová chodba. Do této komory je veden z generátoru proud třemi vodiči speciální štolou. Z podzemí je elektrický proud odváděn kabelovými vodiči o napětí 400 kV na zapouzdřené vývodové pole a odtud venkovním vedením délky 52 km do rozvodny v Krasíkově.
Horní nádrž je spojena s podzemní elektrárnou dvěma přivaděči, každým pro jedno soustrojí. Oba podzemní tlakové přivaděče tvoří vysokotlakovou část hydraulického obvodu a liší se pouze délkou. Jde o ocelová potrubí o světlém profilu 3600 mm, zabetonovaná v celém rozsahu v podzemních tunelech.
S dolní nádrží je elektrárna spojena dvěma odpadními tunely, dlouhými 354 a 390 m. Oba tunely tvoří nízkotlakou část hydraulického obvodu. Mají světlost 5,2 m a jsou opatřeny obezdívkou ze železobetonu tloušťky 600-800 mm. V obou tunelech je osazeno potrubí odběru a výtlaku přivaděčů a další potrubí, umožňující vypouštění horní nádrže a potrubí odběru a výtlaku chladicí vody soustrojí.
Z podhrází dolní nádrže vede k odpadním tunelům a ke spodním částem komory transformátorů a hlavní kaverny přístupový tunel. Začíná na kótě 765,20 m n.m. ve společném portálu s komunikačním tunelem. Do komory transformátorů ústí 14,9 m vysokou svislou šachtou na kótě 766,2 m n.m. Délka tunelu od portálu do podzemní elektrárny je 290 m o maximální šířce 6,6 m. V příčném řezu je tunel do podzemní elektrárny dělen na dvě části. Horní část výšky maximálně 2,85 m je průchozí a slouží jako hlavní přívod vzduchu pro klimatizaci a větrání podzemních prostor. Ve spodní části jsou vedeny tři kolektory pro potrubní a kabelová vedení.

¤ Komunikační tunel vede do komory transformátorů a podzemní elektrárny	¤ Hala podzemní elektrárny
¤ V kabelovém kanálu k horní nádrži je umístěn výtah	¤ Větvení přístupové štoly k horní nádrži

Podhrází

Správním a provozním centrem elektrárny je správní budova, která v sobě spojuje více funkcí. Má jedno podzemní a čtyři nadzemní podlaží. Těžištěm je dozorna s řídicím centrem elektrárny, která se nachází v 1. nadzemním podlaží. Podzemní podlaží a 1. nadzemní podlaží slouží převážně elektrotechnickému zařízení. V dalších podlažích jsou kanceláře, zasedací místnost, jídelna, sociální zařízení, archiv, ubytovny. V budově nechybí ani ošetřovna, umývárny a informační středisko pro návštěvníky areálu. Do budovy jsou zaústěny trasy čtyř kabelových kanálů, začíná zde kabelová trasa k horní nádrži.

Provoz elektrárny

Osádku elektrárny představuje v současné době 29 zaměstnanců. Některé provozy, jako například dozorna, jsou v nepřetržitém provozu. Obsluha, kontroly, údržba i opravy elektrárny jsou podřízeny pokynům pro provoz a údržbu s přesným rozvrhem jednotlivých úkonů a měření. Na horní hráz, kde není stálé stanoviště provozních pracovníků, jsou pracovníci dopravováni v letním období terénním automobilem, v zimě výtahem. Kontrola je prováděna každodenně, v některých případech i několikrát denně. Podobně je řešen i provoz a údržba podzemních prostor a dolní nádrže. V případě potřeby může elektrárna přejít z klidu do maximálního turbinového provozu v přechodovém čase 100 vteřin.

¤ Řez podzemní strojovnou přečerpávací vodní elektrárny Dlouhé stráně. Zdroj: Pöyry Environment, a.s.

Turistická zajímavost

Elektrárna budí oprávněnou pozornost mezi turisty - návštěvu vodního díla absolvuje ročně na šedesát tisíc zájemců. Pro návštěvníky trpící klaustrofobií je dokonce na stěnách přístupového tunelu instalována výzdoba podle rady psychologů, která má eventuální potíže rozptýlit. O zájmu veřejnosti svědčí i skutečnost, že stavba byla zařazena mezi ?sedm divů? České republiky.

Základní údaje o stavbě
Stavba: Přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé stráně
Investor: ČEZ, a.s.
Projekt: Aquatis, a.s. (v současnosti Pöyry Environment, a.s.)
Dodavatel stavební části: Ingstav Opava
Dodavatel technologie: ČKD Blansko
Provozovatel: ČEZ, a.s., OJ Vodní elektrárny

Hlavní technické údaje
Výkon elektrárny: 650 MW
Počet soustrojí: 2 ks
Typ turbin: FR 100
Průměr oběžného kola: 4540 mm
Turbinový spád: 534,3 m
Typ generátorů: HV 812 830/14 - VA
Horní nádrž - celkový objem: 2,7208 mil. m³
Kóta koruny hráze horní nádrž: 1350 m n.m.
Dolní nádrž - celkový objem: 3,405 mil. m³
Kóta koruny hráze dolní nádrž: 824 m n.m.
Roční výroba energie cca: 997,8 GWh
Přechodový čas z klidu do max. turbinového provozu: 100 s

¤ Prostorový model přečerpávací eletrárny Dlouhé stráně. Zdroj: Pöyry Environment, a.s.

Rekonstrukce horní nádrže

Přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé stráně měla dlouhodobé problémy s asfaltovou izolační vrstvou horní nádrže. K definitivní opravě návodního těsnění svahů došlo v roce 2007. Tato oprava by se neměla v období minimálně příštích dvaceti let provozu opakovat. V roce 2001 bylo zjištěno bodové narušení těsnicí vrstvy asfaltobetonového (AB) pláště. Postupem času dosahovalo narušení řádově desetitisíců bodových poruch. Bylo rozhodnuto zahájit zkušební sanace porušených míst, došlo k navýšení četnosti kontrol stavu pláště a průsaků v drenážním systému. V letech 2002 až 2006 byly prováděny různými technologickými postupy provizorní sanace nejvíce porušených míst. Do června 2005 neměly poruchy těsnění horní nádrže nepříznivý vliv na průsakový režim hráze horní nádrže. V červenci 2005 byl ale při hladině v horní nádrži zaznamenán průsak 35 l.s-1 (v tomto období je běžný průsak 0,2 l.s-1). Bylo znovu přistoupeno k provádění provizorních oprav, které byly ukončeny v září 2005.
Na svolaném jednání po ukončení těchto oprav se zodpovědní zástupci shodli na tom, že nebylo dosaženo stabilního průsakového režimu; stav horní nádrže byl označen jako podmínečně bezpečný a omezeně provozuschopný. Dodatkem k manipulačnímu řádu musela být maximální provozní hladina snížena o 3 m, a to na 1345 m n.m. Celkový stav horní nádrže však nikdy nedospěl do havarijního stavu.

Příčiny poruchy

V průběhu let 2004-2005 byla zpracována studie opravy a byly prokázány příčiny poruchy. Hlavní příčinou vzniku bodových narušení těsnicí vrstvy na svazích hráze horní nádrže byla skutečnost, že do AB směsi bylo použito nevhodné kamenivo, které se projevilo při opakovaném vystavení extrémním klimatickým podmínkám jako nestabilní. Opakovaně docházelo k jeho rozpadu za působení tzv. zmrazovacích cyklů při kolísání hladiny v zimním období. Součástí studie bylo stanovení technických podmínek opravy a vypracování detailních zadávacích podmínek, aby bylo omezeno riziko opakování poruchy. V laboratořích bylo provedeno celkem 200 zmrazovacích testů, aby se maximálně simulovaly drsné podmínky provozu a ověřila kvalita materiálu. Kamenivo bylo vybíráno ze čtyř lokalit České republiky.
V roce 2005 byla vyhlášena veřejná obchodní soutěž na výběr zhotovitele opravy. Výběr uchazečů byl omezen skutečností, že pouze dvě firmy v Evropě mají know-how a odpovídající technologické zařízení, neboť stroje musí být schopné pokládat vrstvu asfaltu na velmi šikmém svahu.

Přípravné práce

Po provedení všech nutných přípravných prací, jako bylo zřízení zařízení staveniště v oblasti horní nádrže, vybudování výhyben na koruně hráze sloužících k míjení nákladních automobilů, vybudování potřebné zpevněné plochy pro montáž mechanizmů, odstranění zábradlí z celého obvodu hráze horní nádrže a úpravy atypického prefabrikátu koruny hráze, byly zahájeny hlavní stavební práce na opravě těsnění.

Horizontální frézování za provozu elektrárny

Pro horizontální frézování za provozu (nad volnou vodní hladinou) była použita horizontální fréza o šířce pásu 1 m s kontinuální regulací hloubky frézování. Skutečná hloubka frézování činila od 50 mm do 150 mm. Materiál byl postupně odvážen mimo stavbu. Horizontálním frézováním bylo odstraněno cca 7000 m² plochy.

Vertikální frézování při vypuštěné nádrži

15. června 2007 byla horní nádrž zcela vypuštěna a elektrárna Dlouhé stráně byla odstavena z provozního režimu. Ihned było zahájeno vertikální frézování svahů třemi soupravami (dvě soupravy s frézou šířky 2 m, třetí souprava s frézou šířky 1 m). Průměrná hloubka vertikálního frézování byla 107 mm. Odfrézovaný materiál byl z jednotlivých fréz sypán na nákladní automobily, které sjížděly svah ve sklonu 1:2 souběžně s frézou. Materiál byl jednak kontinuálně odvážen z pracovišť k ekologické likvidaci, částečně byl také ukládán na dně nádrže. Vertikálním frézováním bylo odstraněno 84 000 m² plochy AB pláště a bylo ukončeno v průběhu třinácti dnů. Celkem muselo být odvezeno z prostoru horní nádrže po horizontálním a vertikálním frézování cca 25 000 t odfrézovaného materiálu.

Úprava odfrézovaného povrchu před pokládkou

Na zhruba 98 % povrchu vodostavebního asfaltového betonu mezerovitého (VABM) nebylo po frézování nutné kromě čištění provádět další dodatkové práce. Stav povrchu mezerovité vrstvy byl vyhovující, po důkladném očištění a provedení penetračního nástřiku bylo možno ukládat novou těsnicí vrstvu vodostavebního asfaltového betonu hutného (VABH). V některých místech ale došlo k lokálnímu odkrytí štěrkového podloží, a to tam, kde při výstavbě nebyla dodržena projektovaná skladba AB pláště (byla nižší). Tato místa byla opravena tak, aby nově kladená izolační vrstva VABH nebyla pokládána na štěrkový podsyp.
Na vyspravený, důkladně očištěný a suchý povrch, byla ručně nastříkána spojovací vrstva polymerového lepidla. Nástřik byl proveden pomocí ručně řízeného speciálního vozidla s ráhnem a tlakovou hadicí, aby byl vytvořen souvislý nestékavý povrch.
Po provedení všech těchto pracovních postupů a úprav odfrézovaného povrchu vrstvy VABM bylo možno zahájit pokládku nové vodotěsné vrstvy.

Pokládka AB těsnění na svazích horní nádrže

AB směs byla transportována auty po koruně hráze ke speciálnímu nakladači a samovyklápěcím vozíkem po svahu k finišeru. Směs byla ukládána pomocí finišeru, který byl zavěšen na lanech navijáku, umístěného na koruně hráze. Postup pokládky byl od spáry svahů se dnem směrem nahoru ke koruně hráze. Na požadovanou výslednou vrstvu byla směs hutněna vibračními válci, také zavěšenými na navijáku.
Asfaltové pásy byly ukládány kontinuálně po celou dobu pracovního dne. Pracovní spáry po ukončení denní pokládky byly následující den ošetřeny před navázáním dalšího pokládaného pole, jako studený spoj se spojovacím můstkem provedeným speciálním přípravkem.
Pracovní spáry (staré a nové VABH) a také denní spáry ( studené a teplé VABH) byly znovu nahřívány na 120 ºC a zažehleny příklepovým kladivem s ohřívanou stopou. Zažehlení takto ošetřovaných spár bylo prováděno v pozdějších dnech. Teploty AB směsi ve výrobním závodě před transportem se pohybovaly v rozmezí 175-183 ºC. Teploty AB směsi přivezené na korunu hráze před vyklopením se pohybovaly v rozmezí 150-180 ºC. Teploty pokládané AB směsi na svahu nádrže se pohybovaly v rozmezí 140-177 ºC. AB směs byla ukládána při venkovních teplotách vzduchu 6-28 ºC. Celková čistá doba pokládky AB vrstvy svahů v rozsahu 91 000 m² činila dvacet šest dnů.

Pokládka mastixu

Jako ochrana proti povětrnostním vlivům a k zajištění prodloužení trvanlivosti nové vrstvy VABH byl na tuto vrstvu nanesen ochranný uzavírací asfaltový nátěr - mastix (směs asfaltu a vápenné moučky). Pro zlepšení přilnavosti mastixu a nově položené vrstvy była provedena na VABH spojovací vrstva nástřikem polymerového lepidla. Na takto upravený a suchý povrch byl mastix postupně aplikován. Teplota použitého mastixu byla větší než 200 ºC, šířka ukládaného pásu 3 m, přeložení jednotlivých pásů 150 mm.

Oprava páteřního drénu

Součástí opravy horní nádrže byla i oprava páteřního drénu pod dnem nádrže. Prefabrikované, místy zborcené části páteřního drénu z doby jeho výstavby z počátku 90. let, byly nahrazeny moderním perforovaným plastovým potrubím.

Dokončovací práce

Konečnou podobu opravené horní nádrži dalo nově nainstalované pozinkované zábradlí kolem celého obvodu a nově položený asfaltobetonový povrch komunikace na koruně hráze.

¤ Dočasná deponie odfrézovaného materiálu na dně horní nádrže	¤ Provádění spojovacího nástřiku mezi jednotlivými vrstvami
¤ Pokládka nového těsnicího pláště	¤ Horní nádrž před dokončením opravy

Převzetí opravy a uvedení horní nádrže do provozu

První napouštění horní nádrže po opravě probíhalo ve dnech 13.-18. 8. 2007. Následující den byla horní nádrž provozovatelem převzata a ve večerních hodinách již byla využívána k výrobě elektrické energie.
Zhotovitel provedl práce spojené s opravou asfaltobetonového těsnění horní nádrže s dvanáctidenním předstihem. Tato skutečnost byla umožněna organizací pracovních činností a postupů při provádění opravy. Pracovní činnosti na sebe přesně navazovaly a byly zorganizovány tak, aby mohly probíhat na několika pracovištích současně bez vzájemného ovlivnění.
Provádění prací bylo pravidelně kontrolováno. Byly prováděny i kontrolní zkoušky jednotlivých komponentů i vlastní asfaltobetonové směsi a definitivně položené vrstvy. Výsledky všech provedených zkoušek i každodenního technického dozoru potvrdily kvalitní provedení prací.

Základní technické charakteristiky horní nádrže ve vztahu k opravě
Vrstvy asfaltobetonového těsnění horní nádrže:

• ochranný uzavírací nátěr (mastix);
• 80 mm těsnicí konstrukce VABH;
• 100 mm drenážní konstrukce VABM;
• sklon návodního líce asfaltobetonového těsnění 1:2;
• maximální provozní hladina horní nádrže 1348 m n.m.;
• minimální provozní hladina horní nádrže 1326,2 m n.m.

Základní údaje o rekonstrukci
Objednatel opravy a provozovatel: ČEZ, a.s., OJ Vodní elektrárny
Zhotovitel opravy: Walo Bertschinger AG
Subdodavatelé: Kareta Bruntál, s.r.o., Ing. Petr Vidur - ZEPRA
Celkové náklady opravy: cca 250 mil. Kč