Υδατικό Περιβάλλον και Ανάπτυξη

Transcript

1 Υδατικό Περιβάλλον και Ανάπτυξη Υδροηλεκτρική ενέργεια Νίκος Μαµάσης και Ιωάννης Στεφανάκος Τοµέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αθήνα 2014 Εισαγωγικές έννοιες Ενέργεια: H ικανότητα ενός φυσικού συστήµατος να παράγει έργο. Το µέγεθος αυτό συνδέεται µε κάθε µεταβολή στο φυσικό κόσµο. Η λέξη αναφέρεται πρώτη φορά από τον Αριστοτέλη (Ηθικά Νικοµάχεια) µε την έννοια της «δραστηριότητας που απαιτείται για να γίνει πράξη η δυνατότητα (δύναµις)» Μορφές ενέργειας Μηχανική (δυναµική, κινητική) Ηλεκτροµαγνητική (ηλεκτρική, µαγνητική) Πυρηνική Χηµική Θερµική-βιολογική Θερµότητα-Ακτινοβολία Μόνο ο άνθρωπος καταναλώνει ενέργεια για άλλους λόγους εκτός από τροφή Ισχύς: Ο ρυθµός µεταβολής της ενέργειας στη µονάδα του χρόνου 1

2 Εισαγωγικές έννοιες Χαρακτηριστικά µεγέθη Καύση 1 kgκαιενέργειαπου αποδίδεται: άνθρακας 34 ΜJ λιγνίτης 10 ΜJ βενζίνη 44 ΜJ πετρέλαιο 42 ΜJ φυσικό αέριο 47 ΜJ ξύλο 15 ΜJ Η ηµερήσια ενέργεια µεταβολισµού που χρειάζεται ένας άνθρωπος είναι περίπου 6-7,5 MJ ( kcal). Η χηµική ενέργεια που παίρνει από τις τροφές µετατρέπεται σε κινητική (κίνηση σώµατος), δυναµική (σύσπαση µυών), θερµική (διατήρηση θερµοκρασίας) και ηλεκτρική (επικοινωνία εγκεφάλου µε µέρη σώµατος) Λαµπτήρας 100 Wπουλειτουργεί συνεχώςγιαµιαηµέρααποδίδει 2,4 kwh (8,6 MJ) Η ωριαίαενέργεια πουχρειάζεται έναςάνθρωπος 75 kgοοποίος τρέχει µε 13 km/hr είναι περίπου 3,5 MJ (800 kcal) Κινητήραςαυτοκινήτου 1400 cm 3 είναι 56 kwκαισε µίαώρααποδίδει 200ΜJ Κινητήρας ενός αεροπλάνου Boeing 707 είναι 21 MW και σε ένα δευτερόλεπτο αποδίδει 21ΜJ Η µέση ηµερήσια ηλιακή ενέργεια Ιουνίου στο εξωτερικό όριο της ατµόσφαιρας σε 1 m 2 ενός τόπου που βρίσκεταισεγεωγραφικόπλάτος 40 ο είναι 42 MJ Η µέση ηµερήσια ηλιακή ενέργεια εκεµβρίου στο εξωτερικό όριο της ατµόσφαιρας σε 1 m 2 ενός τόπου που βρίσκεταισεγεωγραφικόπλάτος 40 ο είναι 14 MJ ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Πηγές ηλεκτρικής ενέργειας Στερεά καύσιµα (λιθάνθρακας, λιγνίτης) Υγρά καύσιµα (diesel, µαζούτ) Αέρια καύσιµα (φυσικό αέριο) Ραδιενεργά υλικά (ουράνιο, πλουτώνιο) ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ Τα ορυκτά καύσιµα έχουν σχηµατιστεί πριν από εκατοντάδες εκατοµµύρια έτη και βρίσκονται αποθηκευµένα στο υπέδαφος. Τα αποθέµατα είναι πεπερασµένα και η εκµετάλλευσή τους εξαρτάται από οικονοµικούς παράγοντες Οι ανανεώσιµες πηγές είναι Αιολική διαχρονικές, αλλά συνδεδεµένες µε Ηλιακή φυσικά φαινόµενα που παρουσιάζουν Υδροηλεκτρική τυχαιότητα. Οι µορφές αυτές δεν Γεωθερµία αποδεσµεύουν διοξείδιο του άνθρακα, τοξικά και ραδιενεργά απόβλητα. Βιοµάζα (βιοαέριο, σκουπίδια) Θαλάσσια ενέργεια (κύµατα, ρεύµατα, παλίρροιες) ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΕΞΟΙΚΟΝOΜΙΣΗ 2

3 Καθορισµός µίγµατος καυσίµων στην Ελλάδα Ορυκτά καύσιµα Λιγνίτης: Άφθονα εγχώρια κοιτάσµατα, αποτελεί τη βάση του συστήµατος Λιθάνθρακας:Εισαγόµενο καύσιµο µε σχετικά σταθερές τιµές, καλύτερο από το λιγνίτη Πετρέλαιο: Εισαγόµενο καύσιµο Φυσικό αέριο: Εισαγόµενο καύσιµο, µε καλές περιβαλλοντικές επιδόσεις Ανανεώσιµες πηγές Αιολικά: Μεγάλη πυκνότητα ισχύος, µπορούν να συνδυαστούν, ιδανικά για κάλυψη ενεργειακών αναγκών νησιών περιορίζοντας το πετρέλαιο Υδροηλεκτρικά: Σηµαντική πηγή ενέργειας µε πολλά πλεονεκτήµατα. Επιβάλλεται η περεταίρω ανάπτυξή τους Φωτοβολταϊκά Ηλιοθερµικά:Επιδοτούµενη ενέργεια. Σκόπιµη η διάδοσή τους στον οικιακό βιοµηχανικό τοµέα Βιοµάζα: Σηµαντική ενεργειακή πηγή, παντελώς αναξιοποίητη Γεωθερµία: Σηµαντική πηγή σε συγκεκριµένες περιοχές της Ελλάδας. Η µόνη ΑΠΕ που δεν εξαρτάται από τις µετεωρολογικές συνθήκες Καταλληλότητα περιοχών για παραγωγή ενέργειας Ενεργειακό δυναµικό Ορυκτά καύσιµα Αιολικό δυναµικό Ηλιοφάνεια Υδατοπτώσεις Γεωθερµικό πεδίο Βιοµάζα Θαλάσσια ενέργεια Χαρακτηριστικά περιοχής Φυσικό περιβάλλον Ακραία φυσικά φαινόµενα (σεισµός, πληµµύρες) Πυκνότητα πληθυσµού Τουρισµός Τεχνολογική ανάπτυξη Αποδοχή κοινωνίας Το ενεργειακό µείγµα κάθε χώρας εξαρτάται από παράγοντές όπως: τα γεωλογικά και κλιµατολογικά χαρακτηριστικά οι διαθέσιµοι τοπικοί ενεργειακοί πόροι το διεθνές περιβάλλον (γεωπολιτική) και η η ενεργειακή πολιτική 3

4 Μύθοι που επηρεάζουν τις ενεργειακές επιλογές 1. Το CO 2 είναι ρύπος 2. Το CO 2 είναι το κύριο αέριο θερµοκηπίου και άρα υπεύθυνο για την αύξηση της θερµοκρασίας 3. Οι ανανεώσιµες πηγές ενέργειας είναι πάντα οικονοµικά αποδοτικές και µπορούν να λύσουν το ενεργειακό πρόβληµα 4. Τα µεγάλα υδροηλεκτρικά δεν είναι ΑΠΕ 5. Τα µικρά έργα είναι προτιµότερα από τα µεγάλα Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Παγκόσµια ηλεκτρική παραγωγή Έτος 2006: TWh Ορυκτά καύσιµα 66,2% ( TWh) Πυρηνική ενέργεια 15,0% (2.840 TWh) Υδροηλεκτρική ενέργεια 16,6% (3.142 TWh) Βιοµάζα 1,1% (208 TWh) Αιολική ενέργεια 0,6% (114 TWh) Γεωθερµία 0,3% (57 TWh) Μη ανανεώσιµα απορρίµµατα 0,2% (38 TWh) 4

5 Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Ανάλυση παραγωγής στην Ελλάδα ,9 3, ,8 52, ,8 ΛΙΓΝΙΤΙΚΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΚΗ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ Υ ΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΠΕ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΩΝ -ΕΞΑΓΩΓΩΝ 0,2 Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Χρονική εξέλιξη παραγωγής ( ) σε GWh ιασυνδεδεµένο Σύστηµα Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας (G W h ) ΑΠΕ πλην Μεγ. ΥΗΕ Φυσικό Αέριο Εισαγωγές-Εξαγωγές Μεγάλα ΥΗΕ Πετρέλαιο Λιγνίτης Έτος

6 Ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας Παράγοντες διαµόρφωσης ζήτησης Η ζήτηση ενέργειας από ένα σύστηµα (π.χ. κράτος-νησί) εξαρτάται από: Τον πληθυσµό (κάτοικοι-επισκέπτες, µετανάστες) Το είδος των δραστηριοτήτων (βιοµηχανία) Τις κλιµατολογικές συνθήκες (θερµοκρασία, υγρασία, ηλιακή ακτινοβολία, ταχύτητα ανέµου) ιάφορα οικονοµικά µεγέθη (τιµή ενέργειας, µέσο εισόδηµα, ΑΕΠ κλπ) Υποδοµές (δίκτυα µεταφοράς, κατοχή οικιακών συσκευών κλπ) Κοινωνικές συνθήκες (καταναλωτικές συνήθειες, ηµέρες και ώρες που γίνονται διάφορες δραστηριότητες) Πολιτικές συνθήκες (εξοικονόµηση ενέργειας, περιβαλλοντικοί περιορισµοί) Ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας Κατανάλωση (kwh ανά κάτοικο ανά έτος) Χώρα Iceland Norway Finland Canada Luxembourg 15,681 16,414 16,315 Kuwait United Arab Emirates Sweden Bahrain United States Χώρα Haiti Ethiopia Benin Nepal Tanzania Sudan Cambodia Myanmar Togo Congo Ελλάδα

7 Ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας Γενικά στοιχεία για την Ελλάδα Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα εκτιµάται σε περίπου kwh/άτοµο/έτος, ενώ το 1990 ήταν kwh/άτοµο/έτος Η συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας είναι της τάξης των 50 TWh/έτος Η τιµή της kwhγια οικιακή χρήση ξεκινά από τα 0,09 ΕURO Καταναλώνεται περισσότερη ενέργεια κατά τους µήνες µε ακραίες θερµοκρασίες (χειµώνα, καλοκαίρι) και λιγότερη κατά τους µεταβατικούς µήνες (άνοιξη, φθινόπωρο) Καταναλώνεται περισσότερη ενέργεια τις καθηµερινές από ότι τα Σαββατοκύριακα Εκλύονται περίπου 0,875 kg CO 2 ανά παραγόµενη kwh Οι συνθήκες θερµικής άνεσης είναι θερµοκρασία 20 ο Cκαι σχετική υγρασία 40-60% Ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας Σχέση αιχµών ζήτησης και θερµοκρασίας Πηγή: ΕΣΜΗΕ, Μελέτη ανάπτυξη συστήµατος µεταφοράς ( ) Αθήνα Λονδίνο Πηγή: Factors affecting electricity demand in Athens, Greece and London, UK:A comparative assessment. B.E. Psiloglou, C. Giannakopoulos, S. Majithia, M. Petrakis, Energy 34 (2009)

8 ιαχείριση ηλεκτρικής ενέργειας Η τροφοδότηση του ηλεκτρικού δικτύου µε ενέργεια, έχει δύο βασικούς περιορισµούς: Το δίκτυο πρέπει συνεχώς να τροφοδοτείται µε ακριβώς τόση ενέργεια όση καταναλώνεται για αυτό και η παραγωγή πρέπει να µεταβάλλεται συνεχώς Ο χρόνος ενεργοποίησης και µεταβολής του φορτίου των σταθµών παραγωγής είναι διαφορετικός. Η τάξη µεγέθους του χρόνου αυτού είναι ηµέρες για τους λιγνιτικούς, ώρες για τους σταθµούς φυσικού αερίου και λεπτά για τους υδροηλεκτρικούς Οι αιχµές ζήτησης φορτίου καθορίζουν τη συνολική ισχύ που πρέπει να υπάρχει εγκατεστηµένη (Μονάδες Αιχµής) Κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας 12:00 24:00 Ώρες ηµέρας Το κατώφλι ζήτησης φορτίου καθορίζει την τιµή της ισχύος που αδιάλειπτα πρέπει να παρέχεται (Μονάδες Βάσης) ιαχείριση ηλεκτρικής ενέργειας Η µεταβολή της παραγωγής ώστε να ισούται µε την κατανάλωση πραγµατοποιείται µε την παρακάτω διαδικασία: Όταν η ΕΗ προγραµµατίζει την παραγωγή ενέργειας για τους επόµενους µήνες, µε βάση την προηγούµενη εµπειρία για το ποια είναι η κατανάλωση κάθε µήνα, καθώς και τις διεθνείς τιµές ενέργειας, κάνει διεθνείς συµφωνίες για αγορά ή πώληση ενέργειας. Έτσι, άλλους µήνες αγοράζει ενέργεια και άλλους µήνες πουλά ενέργεια, πράγµα που επηρεάζει το ενεργειακό ισοζύγιο. Όταν προγραµµατίζει την παραγωγή ενέργειας για τις επόµενες µέρες, µε βάση την προηγούµενη εµπειρία και την πρόγνωση του καιρού, µπορεί να µεταβάλλει την «ενέργεια βάσης», δηλαδή την ελάχιστη ισχύ της ηµέρας, αυξοµειώνοντας την ισχύ των λιγνιτικών σταθµών. Όταν προγραµµατίζει την παραγωγή για τις επόµενες ώρες, µπορεί να µεταβάλλει την ισχύ µικρών θερµοηλεκτρικών σταθµών, ιδιαίτερα σταθµών φυσικού αερίου, που έχουν σχετικά γρήγορη απόκριση. Η ρύθµιση της παραγωγής ενέργειας ώστε να προσαρµόζεται στην κατανάλωση από λεπτό σε λεπτό γίνεται µεταβάλλοντας την παραγωγή των υδροηλεκτρικών σταθµών, που έχουν απόκριση λίγων λεπτών Τέλος µε τη χρήση αεριοστροβίλων επιτυγχάνεται η κάλυψη των αιχµών σε χρονική κλίµακα λεπτού 8

9 Φορτίο (MW) Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ιασυνδεδεµένο Σύστηµα Καµπύλη ιαρκείας Φορτίου (2003) Αεροστρόβιλοι στην Αιχµή (14 GWh, 542 MW) Ενδιάµεσο Φορτίο (14222GWh, 2250 MW) Υπόλ. Φορτίου Βάσης (31098 GWh, 3550 MW) Ώρες 5000 Υδροηλεκτρικά στην Αιχµή (3453 GWh, 2500 MW) Υδροηλεκτρικά στη Βάση (1752 GWh, 200 MW) Ανανεώσιµες πηγές ενέργειας Οι Ήπιες Μορφές Ενέργειας (ΗΜΕ)είναι µορφές εκµεταλλεύσιµης ενέργειας που προέρχεται από διάφορες φυσικές διαδικασίες, όπως ο άνεµος, η γεωθερµία, η κυκλοφορία του νερού και άλλες. Ο όρος "ήπιες" αναφέρεται σε δυο βασικά χαρακτηριστικά τους: εν απαιτείται κάποια ενεργητική παρέµβαση για την εκµετάλλευσή τους (εξόρυξη, άντληση, καύση), αλλά απλώς η εκµετάλλευση της ήδη υπάρχουσας ροής ενέργειας στη φύση. Πρόκειται για µορφές ενέργειας οι οποίες που δεν αποδεσµεύουν υδρογονάνθρακες, διοξείδιο του άνθρακα ή τοξικά και ραδιενεργά απόβλητα Οι τεχνολογίες αυτές αναφέρονται και ως Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειαςδεδοµένου ότι το βασικό τους χαρακτηριστικό είναι η διαχρονική τους ανανέωση και η απεριόριστη διαθεσιµότητά τους. Ακόµη είναι γνωστές και σαν Εναλλακτικές Μορφές Ενέργειαςγιατί αποτελούν σήµερα εναλλακτικές λύσεις για την παραγωγή ενέργειας αντί των συµβατικών Σήµερα οι Ήπιες Μορφές Ενέργειας χρησιµοποιούνται είτε άµεσα (κυρίως για θέρµανση) είτε µετατρεπόµενες σε άλλες µορφές ενέργειας (κυρίως ηλεκτρισµό ή µηχανική ενέργεια). Υπολογίζεται ότι το τεχνικά εκµεταλλεύσιµο ενεργειακό δυναµικό από τις µορφές αυτές είναι πολλαπλάσιο της παγκόσµιας συνολικής κατανάλωσης. 9

10 Υδροηλεκτρική ενέργεια Υδροηλεκτρική ενέργεια ονοµάζεται η ενέργεια του νερού το οποίο, µέσω υδατοπτώσεων κινεί υδροστροβίλους για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Η αξιοποίηση της υδραυλικής ενέργειας πραγµατοποιούταν από την αρχαιότητα µέσω των υδρόµυλων για το άλεσµα των δηµητριακών και την κοπή ξυλείας (υδροπρίονα) Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων Συνιστώσες υδροηλεκτρικού σταθµού (ΥΗΣ) Φράγµα Στάθµη ίκτυο υψηλής τάσης Υψοµετρική διαφορά ΥΗΣ Υδροληψία Γεννήτρια Μετασχηµατιστής Αγωγός πτώσης I = ρ * g * Q * H * n I:ισχύς (W) ρ:πυκνότητανερού 1000 kg/m 3 g:επιτάχυνση βαρύτητας 9.81 m/s 2 Q:παροχή m 3 /s H:υψοµετρική διαφορά m n: συνολικός βαθµός απόδοσης 85 % Στρόβιλος Παροχή Αγωγός φυγής I (kw) = 9.81 * Q (m 3 /s) * H (m) * n 10

11 Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων Σχηµατική ιάταξη Συστήµατος Παραγωγής Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων Κυριότερα πλεονεκτήµατα των µεγάλων ΥΗΕ Γρήγορη παραλαβή και απόρριψη φορτίου, και κάλυψη των αιχµών της ζήτησης Μεγάλη διάρκεια ζωής εν υπάρχει υποβάθµιση του φυσικού πόρου Πολύ χαµηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης Βελτίωση του φυσικού περιβάλλοντος (δηµιουργία λίµνης και υδροβιότοπου) Μηδενικές εκποµπές ρύπων Χρήση του νερού και για άλλες ανάγκες (άρδευση, ύδρευση, περιβαλλοντική) Έργα υποδοµής που συµβάλλουν στην ανάπτυξη της περιοχής Παρουσιάζουν µεγάλο βαθµό ενεργειακής απόδοσης για ΑΠΕ Μεγάλη αξιοπιστία των υδροστροβίλων Παραγωγή ενέργειας χωρίς διακυµάνσεις Θέσεις εργασίας Χαµηλή έκθεση σε µεταβολές τιµών ενέργειας 11

12 Ταµιευτήρες πολλαπλού σκοπού µεγάλων ΥΗΕ Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, κάλυψη ενεργειακών αιχµών Αρδεύσεις καλλιεργειών (σήµερα διατίθεται το 35% του ωφέλιµου όγκου των υπαρχόντων ταµιευτήρων) Ύδρευση πόλεων Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων Αντιπληµµυρική προστασία Ψύξη µονάδων Θερµοηλεκτρικών Σταθµών Βιοµηχανικές χρήσεις ραστηριότητες στους ταµιευτήρες (αλιεία, αναψυχή, περιβαλλοντική εκπαίδευση, εναλλακτικός τουρισµός) Κατασκευή δρόµων και δηµιουργία υποδοµών Αναβάθµιση τοπίου, δηµιουργία υδροβιότοπου Υδροηλεκτρικά Έργα Επιπτώσεις µεγάλων ΥΗΕ στο περιβάλλον Οπτική όχληση: από τα έργα οδοποιίας, µεγάλα πρανή, κατολισθήσεις σε ασταθή εδάφη, αλόγιστη διάθεση των µπαζών σε κοντινά ρέµατα ή χαράδρες, αλλαγή της εµφάνισης κάποιου καταρράκτη στο εκτρεπόµενο τµήµα των νερών, επιπτώσεις από την κατάκλιση της γης, επίδραση στη γεωργία. Επιπτώσεις στη χλωρίδα πανίδα: η παροχή στη φυσική κοίτη του ποταµού µπορεί να µηδενιστεί (επιβάλλεται η εξασφάλιση οικολογικής παροχής), αποψίλωση της βλάστησης κατά τη φάση της κατασκευής και από την κατάληψη του δηµιουργουµένου ταµιευτήρα, εµπόδια στην ελεύθερη κίνηση της ιχθυοπανίδας (ειδική τεχνική κατασκευή ιχθυοδρόµου, όµως µόνο για τα µικρού ύψους φράγµατα). Έδαφος, επιφανειακά και υπόγεια νερά: η διακοπή της ροής των φερτών από την υδροληψία-φράγµα δηµιουργεί µακροπρόθεσµα µεταβολή στην κοίτη και την εκβολή του ποταµού, ανύψωση του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα, αλλαγή στις χρήσεις του νερού κατάντη του έργου υδροληψίας. 12

13 Υδροστρόβιλοι Η κύρια συνιστώσα ενός υδροηλεκτρικού έργου είναι ο υδροστρόβιλος. Η επιλογή του γίνεται µε βάση το ύψος και την παροχή της υδατόπτωσης και τον υπολογιζόµενο αριθµό στροφών Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι υδροστροβίλων: ράσης.το υδατόρευµα προσπίπτει µέσω ακροφυσίου µε µορφή τζετ στην εσωτερική στεφάνη. Επιλέγεται όταν υπάρχει µεγάλο ύψος υδατόπτωσης (Pelton) Ανάδρασης (Francis και Kaplan). Όλος ο δροµέας είναι βυθισµένος στο νερό και υπάρχει εισροή από όλη την περιφέρεια. Ο Francisχρησιµοποιείται για µεσαίες τιµές υδραυλικού φορτίου ( m)και αποδίδει καλύτερα όταν η ταχύτητα του νερού είναι παραπλήσια µε αυτήν των πτερυγίων του. O Kaplanχρησιµοποιείται όταν το ύψος της υδατόπτωσης είναι χαµηλό αλλά η παροχή µεγάλη. Kaplan (ύψη πτώσης < 15 m) Υδροστρόβιλοι Pelton (ύψη πτώσης > 150 m) Francis (ύψη πτώσης < 150 m) 13

14 Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Όνοµα Χώρα Έτος κατασκευής Ισχύς (MW) Three Gorges Κίνα Itaipu Βραζιλία Παραγουάη Τα 4 µεγαλύτερα του κόσµου Επιφάνεια ταµιευτήρα (km 2 ) Guri (Simón Bolívar) Βενεζουέλα Tucurui Βραζιλία Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Tucurui dam Guri (Simón Bolívar) Itaipu Three Gorges 14

15 Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Η υδροηλεκτρική ενέργεια στην Ελλάδα Συγκρότηµα Αράχθου (553,9 MW) Μεγάλα υδροηλεκτρικά έργα της ΕΗ Συγκρότηµα Αλιάκµονα (879,3 MW) ΥΗΣ Λάδωνα (70 MW) ΥΗΣ Πλαστήρα (129,9 MW) Συγκρότηµα Νέστου (500 MW) Συγκρότηµα Αχελώου (925,6 MW) Στη δυτική και βόρεια Ελλάδα υπάρχει ιδιαίτερα πλούσιο δυναµικό υδατοπτώσεων λόγω της διαµόρφωσης λεκανών απορροής και των σηµαντικών βροχοπτώσεων Η συνολική εγκατεστηµένη ισχύς είναι MW Η Μέση Ετήσια Παραγωγή Ενέργειας είναι GWh Η µέση συνεισφορά στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι 8-10% Η ενέργεια που προέρχεται από ΥΗΣ καλύπτει ηλεκτρικά φορτία αιχµής. Τα τρία µεγαλύτερα υδροηλεκτρικά έργα είναι στα Κρεµαστά (437 MW), στο Θησαυρό (384 MW) και στο Πολύφυτο (375 MW) Υπάρχει µεγάλη δυνατότητα περαιτέρω ανάπτυξης υδροηλεκτρικών σταθµών. Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Σηµερινή Πραγµατικότητα Λειτουργούν δεκαέξι (16) µεγάλα ΥΗΕ Εγκατεστηµένη ισχύς υδροηλεκτρικών, ΜW (το 22% περίπου της συνολικής ισχύος του διασυνδεδεµένου συστήµατος) Η υδροηλεκτρική παραγωγή, όπως προβλεπόταν από τις µελέτες, έπρεπε να είναι GWh το χρόνο Πραγµατική µέση παραγωγή όλων των υδροηλεκτρικών, έως GWh (το 10% περίπου της συνολικής ηλεκτρικής παραγωγής) ιαθέσιµος ωφέλιµος όγκος όλων των ταµιευτήρων των υδροηλεκτρικών, εκατοµµύρια m3 Το 30% περίπου του ωφελίµου όγκου των ταµιευτήρων των υδροηλεκτρικών, διατίθεται κατά πρoτεραιότητα για άλλες, πέραν της ηλεκτροπαραγωγής, χρήσεις εν προγραµµατίζονται από τη ΕΗ νέα µεγάλα ΥΗΕ εν ενεργοποιήθηκαν ακόµη οι ιδιώτες επενδυτές 15

16 Ποταµός Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων ΕΗ Στρόβιλοι ΥΗΣ Αριθµός Ισχύς (MW) Τύπος Αχελώος Κρεµαστών Francis Αχελώος Καστρακίου 4 80 Francis Αχελώος Στράτος Ι 2 75 Francis Αχελώος Στράτος ΙΙ Tube-S type Σταθµός Ενέργεια Συνεχής Iσχύς λειτουργία (MW) (GWh) (%) Αχελώος Πλαστήρα Pelton Αλιάκµονας Πολυφύτου Francis Αλιάκµονας Σφηκιάς (αντλητικός) Francis-pump Αλιάκµονας Ασωµάτων 2 54 Francis Αλιάκµονας Μακροχωρίου Caplan Αλιάκµονας Βερµίου Francis Αλιάκµονας Άγρα 2 25 Francis Αλιάκµονας Εδεσσαίου 1 19 Francis Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων ΕΗ Στρόβιλοι Σταθµός Ενέργεια Συνεχής Ισχύς Iσχύς Ποταµός ΥΗΣ Αριθµός (MW) Τύπος (MW) (GWh) λειτουργία (%) Αώος Πηγών Αώου Pelton Άραχθος Πουρναρίου Ι Francis Άραχθος Πουρναρίου ΙΙ 2 16 bulb Λούρος Λούρου Francis Νέστος Θησαυρού (αντλητικός) S units Francis Francispump Νέστος Πλατανόβρυσης 2 58 Francis Λάδωνας Λάδωνας 2 35 Francis Υδραγωγείο Μόρνου Γκιώνας Francis Γλαύκος Γλαύκου Pelton Francis

17 Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα YHE Πηγών Αώου Λειτουργεί µε εκτροπή των νερών από τον ποταµό Αώο (ο οποίος εκβάλλει στην Αδριατική), στον Μετσοβίτικο (παραπόταµο του Αράχθου) Ιδιαίτερα χαρακτηριστικά ΥΣ Πηγών Αώου (210 MW) Η υψηλότερη τεχνητή λίµνη στην Ελλάδα (1.343 m) Η χαµηλότερη θερµοκρασία νερών Τα περισσότερα φράγµατα (επτά) Άντληση υδάτων για προσθήκη στον ταµιευτήρα (οροπέδιο Πολιτσών) Μεγαλύτερος εκκενωτής πυθµένα (παροχή 80 m 3 /sec) Μεγαλύτερη πτώση υδάτων (685 m) Ο βαθύτερος υπόγειος σταθµός παραγωγής (130 m) Ο µόνος ΥΗΣ ο οποίος εκτρέπει διασυνοριακό ποτάµι (Αώο) προς τον Άραχθο 17

18 Ποσοστό Υδροηλεκτρικής Παραγωγής (% ) Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Χρονική εξέλιξη ποσοστού της Υδροηλεκτρικής Παραγωγής στο ιασυνδεδεµένο Σύστηµα ` Έτος Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Παραγωγή από εισροές και ισχύς των ΥΗΕ 6500 Εγκατεστηµένη Ισχύς (MW), Παραγωγή από Εισροές (GWh) Παραγωγή Ισχύς Έτος 18

19 Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Σύνοψη Η ΕΗ έχει αξιοποιήσει το ένα τρίτο περίπου του Υδροδυναµικού της χώρας Οι ΥΗΣ παράγουν ενέργεια από ανανεώσιµη πηγή (νερό) Οι ΥΗΣ ρυθµίζουν το ηλεκτρικό σύστηµα (αιχµή, τάση, συχνότητα, αξιοπιστία) Η ΕΗ µε τους ταµιευτήρες των ΥΗΕ εξυπηρετεί και πολλές άλλες χρήσεις όπως: ύδρευση, άρδευση, ψυχαγωγία, αντιπληµµυρική προστασία κτλ, αναλαµβάνοντας παράλληλα και το αντίστοιχο κόστος Τα µεγάλα ΥΗΕ επηρεάζουν σηµαντικά το περιβάλλον (θετικά και αρνητικά) Τα ΥΗΕ είναι πολλαπλού σκοπού και απόλυτα αναγκαία για τις µεσογειακές χώρες όπως η Ελλάδα για να είναι δυνατή η ορθολογική διαχείριση των υδατικών πόρων χωρίς ταµιευτήρες και φράγµατα Οι ταµιευτήρες είναι συνήθως πλούσιοι σε χλωρίδα και πανίδα και εξελίσσονται σε σηµαντικούς υγροβιότοπους Τα ΥΗΕ συµβάλλουν στην ήπια ανάπτυξη Με την υπερετήσια εκµετάλλευση των µεγάλων ταµιευτήρων, εξασφαλίζονται τα απαραίτητα αποθέµατα για την αντιµετώπιση περιόδων ξηρασίας Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Εκτίµηση βασικών µεγεθών Σε θέση ποταµού µε µέση ετήσια εισροή Q= 50 m3/s, προγραµµατίζεται η κατασκευή φράγµατος για την δηµιουργία ταµιευτήρα. Το µέσο καθαρό ύψος πτώσης για την παραγωγή ενέργειας είναι 100 m και η µέση ετήσια λειτουργία ΥΗΣ είναι 3000 hr I = ρ * g * Q * H * n I:ισχύς (W) ρ:πυκνότητανερού 1000 kg/m 3 g:επιτάχυνση βαρύτητας 9.81 m/s 2 Q:παροχή m 3 /s H:υψοµετρική διαφορά m, n: συνολικός βαθµός απόδοσης 90 % I = 1000 * 9.81 * 50 * 100 * 0.9= W = 44.1 MW E= W * hr = GWh 19

20 Θεωρητική ισχύς (kw) Μεγάλα και Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα Εκτίµηση βασικών µεγεθών Θεωρητική ισχύς (ΜW) Παροχή (m 3 /s) Παροχή (m 3 /s) ρ=1000 kg/m 3 g=9.81 m/s 2 n=0.9 I (kw) = 9.81 * Q (m 3 /s) * H (m) * n Μεγάλα και Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα Θεωρητική ισχύς (kw)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Θερµόρεµα Q= 1 m 3 /s H= 260 m I = 1.95 MW Πλαστήρας Q= 29 m 3 /s H=577 m I = 130 MW!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Πουρνάρι ΙΙΙ Q= 12 m 3 /s H=6.5 m I = 660 kw Αώος Q= 44.5 m 3 /s H= 685 m I = 210 MW!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1!!!!!!!!! Παροχή (m 3 /s) Καστράκι Q= 480 m 3 /s H=75 m I = 320 MW Πουρνάρι Ι Q= 500 m 3 /s H=72 m I = 300 MW Πουρνάρι ΙΙ Q= 300 m 3 /s H=15 m I = 30 MW I (kw) = 9.81 * Q (m 3 /s) * H (m) * n ρ=1000 kg/m 3 g=9.81 m/s 2 n= kw kw kw 500 kw - 1 MW 1-5 MW 5-10 MW MW MW MW MW MW 500 MW - 1 GW 1-10 GW 20

21 Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα Συνιστώσες ενός τυπικού ΜΥΗΕ Πηγή ύδατος (ποτάµι ή φράγµα)-υδροληψία (intake) εξαµενή καθίζησης ή εξαµµωτής (desilter) και δεξαµενή φόρτισης (forebay) Σύστηµα προσαγωγής (penstock). Αγωγός πτώσης που µεταφέρει νερό στο σταθµό (αγωγός, εξαεριστικές βαλβίδες, βαλβίδες εκκένωσης φερτών, βαλβίδες ανακούφισης, δεξαµενές, πύργοι ανάπλασης) Σταθµός παραγωγής (power house). Ο χώρος όπου καταλήγει το σύστηµα προσαγωγής και εγκαθίσταται ο ηλεκτροµηχανολογικός (Η/Μ) εξοπλισµός (υδροστρόβιλοι, γεννήτριες, µετασχηµατιστές και εξοπλισµός παρακολούθησης του έργου) Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα ιώρυγα προσαγωγής Υδροληψία-Υπερχείλιση Εσχάρα υδροληψίας παγίδες φερτών εξαµενές εξάµµωσης Αγωγός Προσαγωγής εξαµενής φόρτισης Φωτογραφία: ΕΛΤΑ Project ΜΥΗΣ Θερµόρεµα, Σπερχειάδα Φθιώτιδας, Ισχύς 1.95 MW,

22 Παροχή (m3/s) Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα Υδατικό δυναµικό θέσης Υδρογράφηµα Ηµέρα (1/10/ /9/1981) Καµπύλη διάρκειας 10 Παροχή (m 3 /s) Συχνότητα υπέρβασης (%) Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα Οικολογική παροχή Κανονισµός ελάχιστης διατηρητέας παροχής (απόσπασµα από επιγραφή του 5 ου αιώνα π.χ. στη Γόρτυνα της Κρήτης). Την πόλη διέσχιζε ο ποταµός Ληθαίος. «Θιοί τô ποταµô αἴ κα κατὰ τὸ µέττον τὰνῥοὰν θιθῆιῥῆν κατὰ το Ϝὸν αυτô, θιθεµένō ἄπατονἤµην. Τὰν δὲῥοὰν λείπενὄττον κατέκειἀἐπ ἀγορᾶι δέπυραἤ πλίον, µεῖον δὲ µὴ.» Θεοί. Αν κάποιος κατευθύνει τη ροή του ποταµού στην ιδιοκτησία του δεν τιµωρείται. Πρέπει όµως, να αφήσει τόση ροή ώστε να καλύπτει σε πλάτος τη γέφυρα της αγοράς ή περισσότερη, όχι όµως λιγότερη. 22

23 Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα Οικολογική παροχή Οι βασικές µεθοδολογίες εκτίµησης της Οικολογικής Παροχής λαµβάνουν υπόψη: τις ιστορικές παροχές του ποταµού τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά των διατοµών την διατήρηση του ποταµού ως ενδιαίτηµα για συγκεκριµένα είδη, υγροβιότοπο και φυσικό τοπίο Έτσι η οικολογική παροχή µπορεί να εκτιµηθεί µε βάση τα στατιστικά χαρακτηριστικά της χρονοσειράς παροχών (ως ποσοστό της ετήσιας ή θερινής απορροής ή µε βάση την καµπύλη διάρκειας) την υγρή περίµετρο σε συγκεκριµένες διατοµές τους όγκους νερού που απαιτούνται για τη διατήρηση συγκεκριµένων ειδών και υγροβιοτόπων.ως ελάχιστη απαιτούµενη οικολογική παροχή νερού που παραµένει στη φυσική κοίτη υδατορεύµατος, αµέσως κατάντη του έργου υδροληψίας του υπό χωροθέτηση Μ.ΥΗ.Ε., πρέπει να εκλαµβάνεται το µεγαλύτερο από τα πιο κάτω µεγέθη, εκτός αν απαιτείται τεκµηριωµένα η αύξησή της, λόγω των απαιτήσεων του κατάντη οικοσυστήµατος (ύπαρξη σηµαντικού οικοσυστήµατος): 30% της µέσης παροχής των θερινών µηνών Ιουνίου - Ιουλίου Αυγούστου ή 50% της µέσης παροχής του µηνός Σεπτεµβρίου ή 30 lt/sec σε κάθε περίπτωση. Ειδικό πλαίσιο χωροταξικού σχεδιασµού και αειφόρου ανάπτυξης για τις ανανεώσιµες πηγές ενέργειας και της στρατηγικής µελέτης περιβαλλοντικών επιπτώσεων αυτού, ΥΠΕΧΩ Ε 2008 Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα Επιλογή στροβίλων 10 1 στρόβιλος 15.7 ΜW Qmin-Qmax:2-10 m 3 /s Ιmax= 15.7 MW PT= 15 % PV= 49 % Ε= 6.1 GWh 1 1 στρόβιλος 1.6 ΜW Qmin-Qmax: m 3 /s Ιmax= 1.6 MW PT= 70 % PV= 56 % Ε= 7.0 GWh 0.1 Ε ΟΜΕΝΑ Θεωρητική ισχύς για διάφορες παροχές Q (m 3 /s) I (MW) Η=200 m ρ=1000 kg/m 3 g=9.81 m/s 2 n=0.8 Παροχή (m 3 /s) Συχνότητα υπέρβασης (%) ΥΠΟΜΝΗΜΑ Qmin, Qmax:Ελάχιστη, µέγιστη παροχή εκµετάλλευσης (m 3 /s) Ιmax: Ισχύς στη µέγιστη παροχή εκµετάλλευσης (MW) PT : Ποσοστό χρόνου λειτουργίας στο έτος (%) PV: Ποσοστό όγκου νερού που χρησιµοποιείται (%) Ε: Συνολική ενέργεια (GWh) 23

24 Συστήµατα άντλησης ταµίευσης Εισαγωγή Τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας µεγάλης κλίµακας Περιορισµός χρονικής αναντιστοιχίας της παραγωγής µε τη ζήτηση Οι µονάδες µετατροπής ενέργειας είναι αντιστρεπτές Κίνηση του νερού εντός ενός συστήµατος ταµιευτήρων. Συνήθης ζήτηση Η αποθήκευση νερού δεν µεταβάλλεται στον πάνω ταµιευτήρα Μικρή ζήτηση Η επιπλέον ενέργεια χρησιµοποιείται για την άντληση νερού στον πάνω ταµιευτήρα Μεγάλη ζήτηση Το νερό στον πάνω ταµιευτήρα χρησιµοποιείται για την παραγωγή πρόσθετης ενέργειας Συστήµατα άντλησης ταµίευσης στην Ελλάδα Παραγωγή από Εισροές και Άντληση (GWh) Παραγωγή από εισροές και άντληση Από Εισροές Από Άντληση 1985 Παραγωγή από: [ Άντληση/Εισροές ] (%) Έτος Ποσοστό παραγωγής από άντληση Έτος 24

25 Συστήµατα άντλησης ταµίευσης στην Ελλάδα Σφηκιά-Ασώµατα (315 ΜW) Συµβατική Παραγωγή (από τα νερά του ποταµού) 266 GWh Παραγωγή από την αναστρέψιµη λειτουργία 394 GWh Θησαυρός-Πλατανόβρυση (384 MW) Συµβατική Παραγωγή (από τα νερά του ποταµού) 440 GWh Παραγωγή από την αναστρέψιµη λειτουργία 615 GWh Απόδοση κύκλου~ 30% Όγκος νερού hm Συστήµατα άντλησης ταµίευσης στην Ελλάδα Λειτουργία Σφηκιάς ( ) Φυσική εισροή Εισροή από άντληση Νερό που χρησιµοποιήθηκε για παραγωγή Παραγωγή σταθµού χωρίς άντληση (GWh) Παραγωγή σταθµού (GWh) Ενέργεια GWh

26 Συστήµατα άντλησης ταµίευσης στην Ελλάδα Λειτουργία Σφηκιάς ( ) Κατανάλωση για άντληση (GWh) Παραγωγή νερού που αντλήθηκε (GWh) Ενέργεια GWh Μέση κατανάλωση άντλησης: kw/m 3 Μέση παραγωγή αντλούµενου νερού: kw/m 3 Επανάκτηση του 71.5 % της ενέργειας άντλησης Μέση ετήσια παραγωγή: 358 GWh Μέση ετήσια παραγωγή χωρίς άντληση: 151 GWh Μέση ετήσια κατανάλωση για άντληση: 288 GWh Συστήµατα άντλησης ταµίευσης Kazunogawa Ολοκληρώθηκε το 2001 στην περιοχή Yamnashi-Kenτης Ιαπωνίας, ισχύος 160 MW. Αποτελείται από 2 ταµιευτήρεςχωρητικότητας 19.2και 18.4 hm 3 που έχουν υψοµετρική διαφορά 685 m. Ο σταθµός παραγωγής ενέργειας βρίσκεται 500 m κάτω από την επιφάνεια του εδάφους και συνδέεται µε τον άνω και κάτω ταµιευτήρα µε σήραγγες µήκους 5 και 3 km. 26

27 Συστήµατα άντλησης ταµίευσης Okinawa Λειτούργησε το 1999 στο νησί Okinawa της Ιαπωνίας. Tο πρώτο έργο άντλησηςταµίευσης στον κόσµο που χρησιµοποιεί θαλασσινό νερό. Έχει ισχύ 30 MWµέγιστο ύψος πτώσης 140 mκαι µέγιστη παροχή 26 m 3 /s Συστήµατα άντλησης ταµίευσης Okinawa Τα προβλήµατα που δηµιουργήθηκαν κατά τη λειτουργία ήταν: Η διήθηση του θαλασσινού νερού από τη δεξαµενή στο έδαφος Η προσκόλληση των θαλάσσιων οργανισµών στο εσωτερικό των αγωγών Η διάβρωση των στροβίλων και των άλλων µεταλλικών στοιχείων 27

28 Υβριδικά Συστήµατα Υβριδικό Ενεργειακό Έργο Ικαρίας Στην περιοχή Πέζι του ήµου Ραχών Ικαρία κατασκευάζεται από τη ΕΗ υβριδικό σύστηµα παραγωγής ενέργειας. Το έργο αποτελείται από: το υπάρχον φράγµα στο Πέζι χωρητικότητας 1 hm 3 νερού 2 δεξαµενές νερού (µε µικρά φράγµατα) στις θέσεις Άνω Προεσπέρα και Κάτω Προεσπέρα, χωρητικότητας (0.08 hm 3 ) 2 µικρούς υδροηλεκτρικούς σταθµούς στις παραπάνω θέσεις, ισχύος 1050 και 3100 kw αντίστοιχα 4 ανεµογεννήτριες συνολική ισχύος 2400 kw στη θέση Στραβοκουντούρα µε µελλοντική τοποθέτηση άλλων 4 στη θέση Περδίκι συνολικής ισχύος 1835 kw ένα αντλιοστάσιο στην Κάτω Προεσπέρα ισχύος 2000 kw τον υπάρχοντα θερµικό σταθµό παραγωγής Αγίου Κήρυκου το Κέντρο Ελέγχου και Κατανοµής Φορτίου Αγίου Κήρυκου Υβριδικά Συστήµατα Υβριδικό Ενεργειακό Έργο Ικαρίας Πηγή: ΕΗ Ανανεώσιµες 28

29 Υβριδικά Συστήµατα Υβριδικό Ενεργειακό Έργο Ικαρίας Πηγή: ΕΗ Ανανεώσιµες Υβριδικά Συστήµατα Λειτουργία υβριδικού ενεργειακού έργου Ικαρίας Ο ΜΥΗΣ Άνω Προεσπέρας, εκµεταλλεύεται τις υπερχειλίσεις του υπάρχοντος στο Πέζι για την παραγωγή ενέργειας. To νερό, εξερχόµενο από τον πρώτο Άνω Προεσπέρας ΜΥΗΣ φορτίζει την παρακείµενη δεξαµενή. Στη συνέχεια, κατευθύνεται στον ΜΥΗΣ Κάτω Προεσπέρας, όπου χρησιµοποιείται για την παραγωγή πρόσθετης ενέργειας και καταλήγει στη δεύτερη κατά σειρά δεξαµενή. Το καλοκαίρι το νερό του φράγµατος διατίθεται σε µεγάλο βαθµό για ύδρευση και άρδευση, ενώ παράλληλα η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνει την ηµέρα. Η απαιτούµενη ισχύς ηλεκτρικής είναι 4MWτο χειµώνα και 10 MWτο καλοκαίρι. Τότε θα γίνεται άντληση νερού τη νύκτα από την κάτω στην πάνω δεξαµενή µε τη χρήση της αιολική ενέργειας Η αιολική ενέργεια θα διοχετεύεται: (α) στο ίκτυο ηλεκτροδότησης και (β) στο Αντλιοστάσιο, το οποίο χρησιµοποιείται για τη µεταφορά νερού από την κάτω στην επάνω δεξαµενή Το έργο αναµένεται κοστίσει 23 Μ EURO και να έχει ετήσια καθαρή απόδοση ηλεκτρικής ενέργειας περίπου 11 GWh 29

30 Υβριδικά Συστήµατα Οφέλη υβριδικού ενεργειακού έργου Ικαρίας Ενεργειακή επάρκεια του νησιού ειδικά κατά τους καλοκαιρινούς µήνες όπου η απαιτούµενη ισχύς είναι µεγάλη Μείωση των εκπεµπόµενων ρύπων από την µείωση της λειτουργίας του τοπικού Θερµικού Σταθµού Αύξηση της απασχόλησης στο νησί, µέσα από τη δηµιουργία νέων θέσεων εργασίας Βελτίωση και ανάπτυξη ηλεκτρικού και οδικού δικτύου Αύξηση των επισκεπτών (επιστηµονικός τουρισµός) 30