ΜΕΛΕΤΗ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΥΔΑΤΙΝΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΓΙΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΜΙΚΡΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ

Transcript

1 -Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΧ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ Αριθμ.. (ή Ημερομηνία... ΜΕΛΕΤΗ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΥΔΑΤΙΝΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΓΙΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΜΙΚΡΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΜΠΑΝΤΕΚΑΣ ΑΝΑΠΑ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΣΠΟΥΔΑΣΤΕΣ: ΓΙΩΡΓΟΣ ΜΟΥΤΑΚΗΣ ΜΑΡΙΟΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΕΑΑΗΣ

2 MEy\ETH ΠΡΟΣΔίΟΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΥΑΑΤΙΝΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΓΙΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΜΙΚΡΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τον ΣΑΒΒΑ ΧΑΤΖΗΓΑΒΡ1ΗΑ και την ΜΑΡΘΑ ΜΑΥΡΙΔΟΥ για την πολύτιμη βοήθεια τους

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1 >ΛΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΠ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 1.1 Εισαγωγή 1.2 Πλίονεκτήματα και μειονεκτήματα 1.3 Ολίγα περί μικρών υδροηλεκτρικών 1.4 Διάκριση μεταξύ μεγάλων και μικρών ΥΗΕ \ΛΡΟΗΑΕΚΤΡ1ΚΟ ΕΡΓΟ 2.1 Γενικά Υδραυλικά έργα Φράγμα Είδη φραγμάτων Επιπτώσεις φραγμάτων Ταμιευτήρας Βοηθητικά τεχνικά έργα Σύστημα προσαγωγής Δεξαμενή φόρτισης Αγωγός πτώσης Ηλεκτρομηχανολογικά έργα Σταθμός παραγωγής Υδροστρόβιλοι Γεννήτρια Γεννήτριες Ε.Ρ Γεννήτριες Σ.Ρ Προστασία γεννήτριας Μετασχηματιστές Γενικά Η σημασία των Μ/Σ στη σύγχρονη ζωή Είδη Μ/Σ 29 ΜΕΑΕΤΗ \Η Ε 3.1 Φάσεις της μελέτης Αναγνώριση της περιοχής Υδρολογική ανάλυση Γενικά Μέθοδοι αξιολόγησης υδάτινου δυναμικού Μέτρηση βροχής 36

4 Μέτρηση χιονιού Υδρολογικές απώλειες Καμπύλη διάρκειας παροχής Χάραξη του έργου Διαθέσιμη υδραυλική πτώση Παραγόμενη ενέργεια Οικονομοτεχνική ανάλυση ΜΥΣ Εισαγωγή Βασικά στοιχεία της οικονομικής ανάλυσης Εκτίμηση λειτουργικού κόστος μικρού ΥΙΓΕ Υπολογισμός των εσόδων μικρού ΥΗΕ Οικονομική ανάλυση μικρών ΥΗΕ στον Ευρωπαϊκό χώρο Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Επιπτώσεις στο φυσικό περιβάλλον Επιπτώσεις στο κοινωνικό και πολιτιστικό περιβάλλον 59 \Η Σ ΟΙΝΟΥΣΑΣ 4.1 Ιστορικι'! του έργου 4.2 Στοιχεία κλίματος 4.3 Διαθέσιμη υδραυλική πτώστ] 4.4 Παραγόμενη ενέργεια 4.5 Περιγραφή λειτουργίας εγκατάστασης ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

5 ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Εισαγωγή Από την αρχαιότητα ακόμα ο άνθρωπος εκμεταλλεύτηκε τη δύναμη του νερού που βρίσκεται σε κίνηση, χρησιμοποιώντας πρωτόγονους τροχούς. Η υδροηλεκτρική ενέργεια με τη σημερινή της μοριρή ήταν άγνωστη ιος την εποχή που ανακαλύφθηκε ο ηλεκτρικός κινητήρας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Σήμερα η υδροηλεκτρική ενέργεια αποτελεί σημαντικότατο μέρος της ενέργειας που καταναλώνεται από την ανθρωπότητα. Η ανάγκη της ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται κάθε μέρα και μεγαλύτερη. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται το νερό ως μέσο παραγωγής ενέργειας. Για την παραγωγή της υδροηλεκτρικής ενέργειας εκμεταλλευόμαστε τη διαφορά του υψόμετρου που υπάρχει ανάμεσα στις δεξαμενές νερού και στις μηχανές. Το νερό, διαμέσου κατάλληλου φράγματος, συγκεντρώνεται σε τεχνητή λίμνη. Η τοποθεσία όπου κατασκευάζεται το φράγμα, πρέπει να είναι τέτοια, ώστε το νερό να χρησιμοποιείται όχι μόνο για την παραγιογή ενέργειας αλλά και για την άρδευση των περιοχών που γειτονεύουν με το φράγμα. Έπειτα το νερό οδηγείται σε μεγάλους αγίΰγούς, όπου πέφτει με μεγάλη ταχύτητα. Αυτή είναι η ενέργεια, η οποία με τη βοήθεια περίπλοκων μηχανημάτων μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια, στους υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τους εναλλακτήρες (γεννήτριες) φέρεται, διαμέσου μετασχηματιστών, σε υψηλή τάση(μεχρι και βολτ) και μπαίνει στο δίκτυο μεταφοράς. Η ανύψωση της τάσης γίνεται για να μπορεί να μεταφερθεί η ενέργεια σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς μεγάλες απώλειες. Η μεταφορά γίνεται με εναέριους μεταλλικούς αγωγούς, τοποθετημένους σε απόσταση 200 με 400μ. ο ένας από τον άλλον. Στους τόπους κατανάλωσης η ηλεκτρική ενέργεια, με τη βοήθεια άλλων μετασχηματιστών, φέρεται πάλι σε χαμηλή τάση για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Η ζήτηση της ηλεκτρικής ενέργειας στη διάρκεια της μέρας είναι πολλή υψηλότερη, εξαιτίας της >χιτουργίας των εργοστασίων, των ηλεκτρικών τραίνων, των ηλεκτρικών συσκευών κτλ., ενώ τις νυχτερινές ώρες μπορεί να γίνει κατάλληλη εκμετάλλευση της ενέργειας που περισσεύει.

6 Για το λόγο αυτό, σε πολλούς υδροηλεκτρικούς σταθμούς προβλέπεται η ανακύκλωση του νερού που χρησιμοποιείται από τους υδροστροβίλους. Οι νέες υδροηλεκτρικές μονάδες χρησιμοποιούν δύο δεξαμενές. Την ανώτερη δεξαμενή η οποία συγκεντρώνει το νερό που συγκρατεί το φράγμα και χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Την κατώτερη δεξαμενή η οποία συγκεντρώνει το νερό που φεύγει από τις τουρμπίνες, αντί να γυρίζει πίσω στο ποτάμι. Μια αντίστροφη τουρμπίνα διοχετεύει αυτό το νερό πάκι πίσω στην ανώτερη δεξαμενή. Επιστρέφοντας το νερό πίσω η μονάδα έχει περισσότερο νερό για χρήση σε περιόδους αιχμής. Υδροηλεκτρική θεωρείται και η ενέργεια που παράγεται από τις παλίρροιες. Δύο είναι κυρίως οι όροι που πρέπει να εκπληρώνουν οι παλίρροιες για να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ενέργειας: 1) Να υπάρχει σημαντική διαφορά ύψους ανάμεσα στην άμπωτη και την πλημμυρίδα(ώστε να υπάρχει σχεδόν πάντοτε διαθέσιμη υδροδυναμική εκμετάλλευση) 2) Να υπάρχει πέρασμα (πορθμός), όπου θα εγκατασταθεί ο σταθμός παραγωγής. Αυτό συμβαίνει στην αύξηση της ταχύτητας ροής του νερού και έτσι αυξάνεται το έργο που παράγεται. Η Ελλάδα αξιοποιεί πολύ λίγο το υδάτινο δυναμικό της για την παραγιογή ρεύματος, παράλληλα όμως κάνει υπερβολική χρήση ηλεκτρικής ενέργειας, σχεδόν 40% περισσότερο από ανάλογους πληθυσμούς. Η Ελλάδα σαν χώρα ορεινή με ευνοϊκό τοπογραφικό ανάγλυφο προσφέρεται για την αξιοποίηση των υδατοπτώσεων, η πλειονότητα των οποίων συγκεντρώνεται στη Βόρεια και τη Δυτική Ελλάδα (Μακεδονία - Ήτιειρο), που έχουν τις κατάλληλες κλιματολογικές συνθήκες και όπου βρίσκονται οι μεγάλοι ποταμοί της Ελλάδας (Αχελώος, Αραχθος, Αώος, Αλιάκμονας & Νέστος ). Το ετήσιο θεωρητικό υδροδυναμικό της χώρας μας εκτιμάται σε 80 δισ. KWh, από τις οποίες 15 δισ. KWh αποτελούν το τεχνικά και οικονομικά εκμεταλλεύσιμο. Μέχρι σήμερα έχει αξιοποιηθεί το 50% περίπου του τεχνικά και οικονομικά εκμεταλλεύσιμου υδροδυναμικού της χώρας, με το οποίο καλύτττεται σήμερα το 7-8% κατά μέσο όρο της ετήσιας συνολικής ζήτησης ενέργειας. Μελέτες του ΚΑΠΕ αποδεικνύουν τη δυνατότητα εγκατάστασης εκατοντάδων Μικρών Υ.Η. Σταθμών στην Ελλάδα. Η αξιοποίηση του οικονομικά εκμεταλλεύσιμου δυναμικού της χώρας μας σε μικρούς Υ.Η.Σ θα δώσει 800MW, εγκατεστημένης ισχύος.

7 1.2 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Τα πλεονεκτήματα από τη χρήση της υδραυλικής ενέργειας είναι: Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί είναι δυνατό να τεθούν σε λειτουργία αμέσως μόλις ζητηθεί επιπλέον ηλεκτρική ενέργεια, σε αντίθεση με τους θερμικούς σταθμούς (γαιανθράκων, πετρελαίου), που απαιτούν χρόνο προετοιμασίας - Μέσω των υδροταμιευτήρων δίνεται η δυνατότητα να ικανοποιηθούν και άλλες ανάγκες, όπως ύδρευση, άρδευση, ανάσχεση χειμάρρων, δημιουργία υγροτόπων, αναψυχή, αθλητισμός. - Από τις διαθέσιμες, σήμερα, πηγές ενέργειας (στερεά, υγρά, αέρια, καύσιμα, ατομική ενέργεια) εξαιρουμένων βέβαια των εναλλακτικών μορφών (αιολική, ηλιακή, θαλάσσια), που αποτελούν την ελπίδα, αλλά βρίσκονται σε ερευνητικό και πειραματικό στάδιο, η λελογισμένη εκμετάλλευση του υδάτινου δυναμικού, αποτελεί, συγκριτικά, την καλύτερη και περιβαλλοντικά συμβατή πηγή και δικαίως συγκαταλέγεται στις ήτηες μορφές ενέργειας. - Οδικές επικοινωνίες σε απομακρυσμένες και υποβαθμισμένες περιοχές. - Δημιουργία σημαντικού αριθμού θέσεων εργασίας καθώς η κατασκευή των έργων αυτών διαρκεί επί αρκετά έτη και απορροφά ικανό αριθμό του τοπικού εργατικού δυναμικού. Τα μειονεκτήματα που συνήθως εμφανίζονται είναι: - Το μεγάλο κόστος κατασκευής φραγμάτων και εξοπλισμού των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, όπως και ο πολύς χρόνος που απαιτείται μέχρι την αποπεράτωση του έργου - Η έντονη περιβαλλοντική αλλοίωση στην περιοχή του ταμιευτήρα (ενδεχόμενη μετακίνηση πληθυσμών, υποβάθμιση περιοχών, αλλαγή στη χρήση γης, στη χλωρίδα και πανίδα περιοχών αλλά και

8 του τοπικού κλίματος, πλήρωση ταμιευτήρων με φερτές ύλες, αύξηση σεισμικής επικινδυνότητας, κ.ά.). Η διεθνής πρακτική σήμερα προσανατολίζεται στην κατασκευή μικρών φραγμάτων. 1.3 Ολίγα περί μικρών υδροηλεκτρικών Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι προσπάθειες στην Ελλάδα για την αξιοποίηση του υδροδυναμικού της, κατέτειναν στην κατασκευή μεγάλων υδροηλεκτρικών έργων. Μετά την εφαρμογή του νόμου 2244/94, αναπτύχθηκαν σοβαρές δραστηριότητες από τον ιδιωτικό τομέα για κατασκευή μικρών υδροηλεκτρικών έργων. Ένα Υδροηλεκτρικό έργο (ΥΗΕ) χαρακτηρίζεται διεθνώς ως μικρό, όταν η ονομαστική εγκαταστημένη ισχύς του είναι μικρότερη των 10 MW.H έννοια του «μικρού» δεν είναι απλά θέμα κλίμακας δηλαδή το μικρό ΥΗΕ δεν είναι μικρογραφία ενός μεγάλου. Το μικρό ΥΗΕ διαφέρει από ένα μεγάλο σε ένα πλήθος χαρακτηριστικών, έτσι ώστε να το καθιστούν απλό στην κατασκευή και λειτουργία του. Η βασική όμως η διαφορά τους έγκειται στο σκοπό του έργου. Τα μεγάλα κατασκευάζονται ώστε να καλύτιτουν τις αιχμές του διασυνδεδεμένου δικτύου, και για το λόγο αυτό η λειτουργία τους συνδυάζεται με την κατασκευή μεγάλου φράγματος και μεγάλου ταμιευτήρα, που επιτρέπουν την εγκατάσταση μεγάλης ονομαστικής ισχύος, μεγαλύτερης από αυτή με την οποία είναι δυνατή η παραγιογή ίσης ποσότητας ενέργειας. Αντίθετα, στα μικρά ΥΗΕ, η ισχύς των οποίων αποτελεί ελάχιστο ποσοστό των αιχμών του δικτύου, επιδιώκεται η πλέον ορθολογική και απλή διαμόρφωση, δηλαδή να λειτουργούν ουσιαστικά χωρίς ταμιευτήρα, αξιοποιώντας κάθε φορά τη διαθέσιμη παροχή. Σύμφωνα με τις υπάρχουσες εκτιμήσεις, υπάρχει σημαντικό περιθώριο για ανάπτυξη των μικρών Υδροηλεκτρικών Έργων στην Ελλάδα, από τα οποία εκτιμάται ότι είναι δυνατή η παραγωγή ενέργειας ίσης με αυτή που παράγεται σήμερα από τα εγκαταστημένα μεγάλα ΥΗΕ της ΔΕΗ. Δεδομένης της μέχρι τώρα απροθυμίας της ΔΕΗ για την κατασκευή μικρών ΥΗΕ, η ανάπτυξη τους περνάει μόνο από τους ενδιαφερόμενους φορείς ΟΤΑ και από ιδιωτικές επενδύσεις. Και όπως αναπτύχθηκε παραπάνω, η ανάπτυξη αυτή όχι μόνο απαραίτητη είναι αλλά και επιβεβλημένη.

9 Τα μικρά υδροηλεκτρικά, όποις και όλες η μικρές μονάδες παραγωγής ενέργειας που βασίζονται σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, εκτός του ενεργειακού ενδιαφέροντος, διαθέτουν και άλλες, πολύ ενδιαφέρουσες συνιστώσες, καθώς; η κατασκευή τους προσιδιάζει στον ελληνικό κατασκευαστικό τομέα και, επομένως, μπορεί να συμβάλλει στην ενίσχυση του, η κατασκευή και λειτουργία τους τονώνουν την οικονομική περιφερειακή ανάπτυξη και συμβολλουν στη διάχυση της τεχνολογίας, στην εκπαίδευση ανθρώπινου δυναμικού υψηλής τεχνικής κατάρτισης. 1.4 Διάκριση μεταξύ μεγάλων και μικρών ΥΗΕ Στο κεφάλαιο αυτό θα γίνει μια προσπάθεια εντοπισμού των διαφορών, σύμφωνα με τις οποίες ένα Υδροηλεκτρικό Έργο (ΥΗΕ) χαρακτηρίζεται σαν μικρό ή μεγάλο. Θα πρέπει να διευκρινιστεί ότι από πλευράς αρχής λειτουργίας, τόσο στη μετατροπή της υδραυλικής ενέργειας σε μηχανική, όσο και στη μετατροπή της τελευταίας σε ηλεκτρική, ένα μικρό ΥΗΕ δεν διαφέρει από ένα μεγάλο. Επίσης δεν διαφέρουν στο πλήθος και το είδος των επί μέρους. Εάν ένα μικρό ΥΗΕ κατασκευαστεί και λειτουργεί σαν μικρογραφία του μεγολου, τότε το έργο οδηγείται σε οικονομική αποτυχία. Στη συνέχεια αναπτύσσονται ορισμένες από τις διαφορές που χαρακτηρίζουν τη μελέτη, σχεδίαση κατασκευή και εκμετάλλευση των μικρών ΥΗΕ σε σχέση με τα μεγάλα έτσι ώστε τα μικρά να είναι οικονομικά βιώσιμα. -Ένα μικρό ΥΗΕ μπορεί να κατασκευαστεί ύστερα από περιορισμένης έκτασης και διάρκειας τοπολογικές, υδρολογικές και γεωτεχνικές έρευνες και μελέτες. -Τα έργα του πολιτικού μηχανικού σε ένα μικρό ΥΗΕ απλοποιούνται έτσι ώστε να μειωθεί το κόστος που αντιστοιχεί. Ακόμα μεγαλύτερη μείωση έχουμε όταν τα έργα αυτά γίνουν από τοπικό εργολάβο, αξιοποιώντας και

10 υλικά της περιοχής. Σε αντίθεση με τα μεγάλα, δεν απαιτούν την ύπαρξη ή την κατασκευή έργων υποδομής όπως πχ. δρόμος προσπέλασης. -Ένα μικρό ΥΗΕ πρέπει να εξοπλιστεί με ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισμό κατά συνθήκη τυποποιημένο δεδομένου ότι όλα τα τμήματα (υδροστρόβιλοι, γεννήτριες, βάνες, ηλ. πίνακες κλπ) κατασκευάζονται σε τυποποιημένες σειρές. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη μείωση του κόστους και σημαντική μείωση του χρόνου παράδοσης και της έναρξης λειτουργίας της μονάδας. Ο τελευταίος παράγοντας έχει μεγάλη σημασία κυρίως για τα μικρά ΥΗΕ από οικονομικής πλευράς γιατί η επένδυση μπορεί να γίνει παραγωγική σε ένα, δύο ή το πολύ τρία χρόνια της ενάρξεως του έργου. Σημειώνεται ότι σε ένα μεγάλο ΥΗΕ, από τη στιγμή που θα ξεκινήσει η επένδυση έως της σύνδεσης της μονάδας στο δίκτυο απαιτούνται το λιγότερο 10 χρόνια και τη δέσμευση τεραστίων ποσών. -Το λειτουργικό κόστος ενός μικρού ΥΗΕ μειώνεται σημαντικά με τη χρήση συστημάτων τηλεχειρισμού και τηλεσηματοδοσίας. Θα πρέπει να εξεταστεί αν η μείωση των εξόδων του προσωπικού καλύπτεται από την αύξηση τους κόστους του έργου. -Ένας άλλος παράγων απλοποίησης και μείωσης του κόστους του μικρού ΥΗΕ αφορά το βαθμό ασφαλείας του έργου, τις προδιαγραφές του παραγόμενου ρεύματος και το πρόγραμμα εκμετάλλευσης του σταθμού. Οι παράγοντες αυτοί επιβαρύνουν σημαντικά το κόστος του συστήματος ρύθμισης και τον ηλεκτρολογικό εξοπλισμό (αυτοματισμοί, συναγερμοί). Ακόμα και πολύπλοκα συστήματα να χρησιμοποιηθούν αυτό απαιτεί πρόσθετα έξοδα για τοποθέτηση, εγκατάσταση, ρύθμιση και συντήρηση τους από εξειδικευμένους τεχνικούς, δηλ. υψηλές δαπάνες για την αμοιβή τους. Τα μικρά ΥΗΕ μπορούν να μειώσουν το κόστος και σε περίπτωση που το παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα συνδέεται με ισχυρό διασυνδεμένο ηλεκτρικό δίκτυο. Στην περίπτωση αυτή είναι δυνατή η χρησιμοποίηση ασύγχρονης γεννήτριας, χωρίς την ανάγκη ρυθμιστή για την ταχύτητα περιστροφής. Βέβαια σε αυτήν περίπτωση, για να γίνει αποδεκτή από τον ιδιοκτήτη του δικτύου (πχ τη ΔΕΗ) Η σύνδεση με το δίκτυο του, θα πρέπει το έργο να εφοδιαστεί με συστήματα που να εξασφαλίζουν την ασφάλεια του δικτύου. Το πρόγραμμα εκμετάλλευσης του Υδροηλεκτρικού Σταθμού (ΥΗΣ) επηρεάζει σημαντικά τις τεχνικές λύσεις που θα επιλεγούν. Με το μεγάλο ΥΗΕ επιδιώκεται η κάλυψη των αιχμών φορτίου του δικτύου, οπότε οι υδροστρόβιλοι καλούνται να λειτουργήσουν σε όλα σχεδόν τα επιτρεπόμενα σημεία λειτουργίας τους. Αντίθετα στα μικρά ΥΗΕ που συνδέονται σε ισχυρά διασυνδεδεμένο ηλεκτρικό δίκτυο, επειδή ακριβώς είναι μικρής ισχύος, θα είχε μηδαμινή συνεισφορά στα ζήτηση αιχμής και με βάση το λόγο αυτό θα πρέπει να λειτουργεί ως μονάδα με κατά το δυνατόν λίγες δυνατότητες ρύθμισης και οριακή λειτουργία του τύπου On-ff.

11 Συμπερασματικά κατά τη μελέτη ενός μικρού ΥΗΕ πρέπει να λαμβάνεται ότι «εφαρμόζεται κάτι που κρίνεται απαραίτητο», ενώ αντίθετα για ένα μεγάλο ΥΗΕ επιδιώκεται και εφαρμόζεται το καλύτερο δυνατό. Άλλοι παράγοντες που ευνοούν τα μικρά ΥΗΕ είναι ότι μπορούν εύκολα να συνδυαστούν μα άλλες διευθετήσεις, πχ ύδρευση, άρδευση, οπότε θα ήταν να αξιοποιηθούν υπάρχοντα μικρά φράγματα. Οι περιβίχλλοντικές επιπτώσεις των μικρών ΥΗΕ είναι ασήμαντες μπροστά σε αυτές των μεγάλων. Το όριο κάτω από το οποίο ένα ΥΗΕ θεωρείται μικρό είναι αυθαίρετο και τοποθετείται μεταξύ 10 και 15 MW. Οι χώρες της ΕΟΚ έχουν δεχθεί σαν όριο για να λέγεται ένα μικρό τα 10 MW. Σε διεθνή βιβλιογραφία υπάρχουν και οιλλες διακρίσεις: ως micro όταν η ονομαστική τους ισχύς του είναι μικρότερη των 100KW ως mini όταν η ονομαστική ισχύς του είναι μικρότερη από 1MW ως μικρό (small) όταν η ονομαστική τους ισχύς είναι μεταξύ του 1 και ΙΟΜλν Μια άλλη διάκριση των ΥΗΕ αναφέρεται στο μέγεθος της διαθέσιμης υδραυλικής πτώσης. Διακρίνονται τρεις κατηγόριές: -μικρού ύψους όταν το Η είναι μικρότερο των 20m -μέσου ύψους όταν 20<H>150m -μεγάλου ύψους H>150m Ακόμη τα ΥΗΕ χαρακτηρίζονται από το εάν το φράγμα σχηματίζει ταμιευτήρα (δεξαμενή αποθήκευσης) μεγάλου όγκου ή αν ο σταθμός λειτουργεί κατά την ροή του ποταμού, όπως τα έργα μικρού ύψους. Στα μεγάλα ΥΗΕ το φράγμα σχηματίζει μεγάλο ταμιευτήρα, ο οποίος τους επιτρέπει να έχουν μεγάλη ρυθμιστική ικανότητα στην κάλυψη των αιχμών του δικτύου. Τα μικρά ΥΗΕ, επειδή λειτουργούν ως έργα βάσης δεν έχουν ανάγκη μεγάλου ταμιευτήρα ο οποίος και αποτελεί έναν αξιόλογο παράγοντα δυσμενούς περιβαλλοντικής επέμβασης.

12 ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΕΡΓΟ Το σύνολο των έργων και εξοπλισμού μέσω των οποίων μετατρέπεται η υδραυλική ενέργεια σε μηχανική και στην συνέχεια σε ηλεκτρική ονομάζεται υδροηλεκτρικό έργο (ΥΗΕ). Το υδροηλεκτρικό έργο είναι ένα σύνθετο έργο που περιλαμβάνει σημαντικά έργα πολιτικού μηχανικού και σημαντικό ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισμό. Με τα υδροηλεκτρικά έργα εκμεταλλευόμαστε την ενέργεια του νερού για την παραγιογή ηλεκτρικού ρεύματος το οποίο διοχετεύεται στην κατανάλωση με το ηλεκτρικό δίκτυο Το ΥΗΕ διακρίνεται σε μικρό και σε μεγάλο ΥΗΕ. Ο χαρακτηρισμός ενός ΥΗΕ δεν απευθύνεται αποκλειστικά στην ισχύ του σταθμού αλλά σε ένα σύνολο χαρακτηριστικών. Ένα ΥΗΕ ονομάζεται μικρό όταν η ονομαστική του ισχύς είναι έως 10 MW. Στα μικρά ΥΗΕ χρησιμοποιείται ο όρος μικρό, ενώ στα μεγάλα ο χαρακτηρισμός αυτός παραλείπεται. Ο χαρακτηρισμός μεταξύ μικρού και μεγάλου ΥΗΕ έχει σημασία και από πλευροις διαδικασιών και αδειοδοτήσεων καθώς για τα μικρά ΥΗΕ προβλέπονται διαδικασίες απλούστερες. Ο ρόλος των μεγάλων ΥΗΕ είναι η κάλυψη των αιχμών ισχύος των διασυνδεδεμένων ηλεκτρικών δικτύων και για τον λόγο αυτό η λειτουργία τους συνδυάζεται με την κατασκευή μεγάλου φράγματος και μεγάλου ταμιευτήρα που επιτρέπουν την εγκατάσταση μεγάλης ονομαστικής ισχύος, μεγαλύτερης από αυτή με την οποία είναι δυνατή η παραγωγή ίσης ποσότητας ενεργειας. Αντίθετα το μικρό ΥΗΕ δεν έχει την δυνατότητα ανακούφισης των αιχμών ισχύος, επιδιώκεται η πλέον ορθολογική και απλή διαμόρφωση δηλαδή να λειτουργούν ουσιαστικά χωρίς ταμιευτήρα αξιοποιώντας κάθε ιρορά την διαθέσιμη παροχή.

13 Ένα ΥΗΕ αποτελείται κυρίως από τα εξής μέρη : 1. Το cnio-nma υδροληψίας που είναι ένας απλός υδατοφράχτης εκτροπής του ρεύματος του ποταμού με δυνατότητα ρύθμισης της παροχής νερού 2. Το σύστημα προσαγιογής που είναι ένας ανοικτός ή κλειστός αγωγός μικρής κλίσης. 3. Τον υδατόπυργο (δεξαμενή ιρόρτισης). 4. Τον αγωγό πτώσης του νερού. 5. Τον κυρίως σταθμό παραγωγής μέσα στον οποίο βρίσκονται ένας ή περισσότεροι υδροστρόβιλοι με τις αντίστοιχες γεννήτριες και τις διατάξεις (πίνακες) ελέγχου, ρύθμισης, παρακολούθησης και προστασίας ολόκληρης της εγκατάστασης. 6. Την διώρυγα φυγής του νερού και επιστροφής στην φυσική κοίτη του ποταμού. 7. Σύστημα διασύνδεσης με το δίκτυο μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας.

14 Για τον σχεδίασμά ενός συστήματος υδατόπτωσης, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα ακόλουθα; - Ορισμός του φορτίου ζήτησης. - Εκτίμηση των διαθέσιμων πηγών για την εκπλήρωση αυτής της ζήτησης: - Το μανομετρικό ύψος και τα διαγράμματα ροής. Με αυτό το διάγραμμα, θα επιλεγεί η βέλτιστη γεννήτρια. - Απόσταση από την περιοχή παραγιογής ως την Λεριοχή λειτουργίας που θα καθορίσει την τάση και ακολούθως την ένταση (amperage). - Καθορισμός του μεγέθους και μήκους του αγωγού. Διαλέγοντας την κατάλληλη διάμετρο αγωγού θα έχουμε την ελάχιστη απώλεια και την μέγιστη ποσότητα ενέργειας. Για την αξιοποίηση της υδρο-ηλεκτρικής ενέργειας απαιτούνται υδραυλικά και ηλεκτρομηχανολογικά έργα. Στα υδραυλικά έργα κατατάσσονται τα φράγματα, οι αγωγοί προσαγωγής και απαγιυγής του νερού, οι βαλβίδες ρύθμισης ροής κ.ά. Στα ηλεκτρομηχανολογικά έργα κατατάσσονται ο σταθμός παραγωγής, οι γραμμές μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας από τον τόπο παραγωγής στο Εθνικό Δίκτυο, οι μετασχηματιστές κ.ά.

15 Υδραυλικά Έργα Φράγμα Για τη δημιουργία των υδροηλειαρικών εγκαταστάσεων πρωταρχική προϋπόθεση είναι η κατασκευή φραγμάτων στους ποταμούς με σκοπό τη δημιουργία μιας διαιροράς είτε άμεσα μεταξύ της ανυψωμένης στάθμης του νερού ανάντη της ράχης και της κοίτης στη βάση του φράγματος ή ενός σημείου της κοίτης είτε του ιδίου ποταμού είτε άλλου παρακειμένου που βρίσκεται σε χαμηλότερη στάθμη. Το φράγμα είναι τεχνικό έργο που κατασκευοιζεται κάθετα στην κοίτη ενός φυσικού ρεύματος (ποταμού) για την αποκοπή της ροής, με σκοπό την αποθήκευση του νερού για μελλοντική χρησιμοποίηση του. Αρχικά η ανάγκη εξασφαλίσεως νερού για την άρδευση ανάγκασε τους ανθρώπους να κατασκευάσουν φράγματα αργότερα ακολούθησε η υδροδυναμική αξιοποίηση του αποθηκευμένου νερού και η τόσο μεγάλη χρησιμότητα των φραγμάτων για την παραγοογή ηλεκτρικής ενέργειας. Η κατασκευή ενός φράγματος μελετάται ανάλογα με το σκοπό που πρόκειται να εξυττηρετήσει και βρίσκεται τόσο ο καλύτερος τύπος φράγματος όσο και οι απαιτούμενες διαστάσεις του. Σημαντικό πρόβλημα για την κατασκευή ενός φράγματος είναι η κοίτη του ποταμού. Το νερό αυτό δυσκολεύει τις εργασίες, έτσι πριν τις εργασίες πρέτιει να απαλλαγεί η περιοχή από νερό είτε επιφανειακό είτε υπόγειο. Αυτό γίνεται με δύο τρόπους : α) κατασκευή μιας σήραγγας πριν από τη θεμελίωση (σήραγγα εκτροπής). Στη σήραγγα αυτή διοχετεύεται το νερό του ποταμού και έτσι η περιοχή εργασίας μένει ξερή. Όταν το έργο αρχίσει η σήραγγα χρησιμοποιείται (ος εκκενωτής της λίμνης. β) Σταδιακή κατασκευή του φράγματος. Στην αρχή δημιουργείται ένα δακτυλοειδές φράγμα που απομονώνει το νερό. Στο χώρο που μένει ξερός φτιάχνεται ένα τμήμα του φράγματος. Το νερό περνάει από το ελεύθερο σημείο της κοίτης, που έχει μείνει ελεύθερο γι

16 αυτό το σκοπό. Μετά κατασκευοιζεται το άλλο μισό και ένα περιμετρικό μικρό φράγμα κρατάει στεγνή τη νέα περιοχή κατασκευής. Το νερό φεύγει από έναν εκκενιοτή ή από θυρίδες που έχουν αφεθεί. Για την αποφυγή διηθήσειος νερού κάτω από το φράγμα και τη μείωση των υποπιέσεων που τείνουν να ανατρέψουν το φράγμα. Κατασκευάζεται στο βραχώδες υπέδαφος ένα διάφραγμα (κοινώς κουρτίνα) με τσιμεντενέσεις που δεν επιτρέπει τη δίοδο του νερού ενώ ταυτόχρονα δημιουργούνται συραγγιστικές γεωτρήσεις που συγκεντρώνουν το διηθούμενο νερό και ανακουφίζουν τη θεμελίωση Είδη φραγμάτων Τα φράγματα κατατάσσονται ανάλογα με το υλικό κατασκευής τους και ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο παραλαμβάνουν τις δυνάμεις και ροπές που ασκεί το νερό σε αυτά. Τα φράγματα διακρίνονται κυρίως στα φράγματα βαρύτητας και στα τοξωτά φράγματα. Στην περίπτωση των μικρών ΥΗΕ διακρίνουμε τα λιθόκτιστα φράγματα και τα φράγματα από χαλυβοελάσματα. Τα φράγματα βαρύτητας κατασκευάζονται έτσι που να αντέχουν τις πιέσεις του νερού με μόνο στοιχείο το μεγάλο βάρος τους. Ανάλογα με την κατασκευή τους διακρίνονται σε: α) χωμάτινα φράγματα, χαρακτηρίζονται τα φράγματα που κατασκευάζονται από γαιώδη υλικά.. Αποτελούν τη μεγάλη πλειονότητα των φραγμάτων λόγω της δυνατότητας κατασκευής τους σε σχεδόν οποιεσδήποτε συνθήκες θεμελίωσης. β) αντηριδωτά φράγματα, αποτελούνται από πλάκες από σκυρόδεμα, γ) φράγματα λιθορριπής, κατασκευάζεται ως ένα ανάχωμα με λίθους διαφόρων μεγεθών.

17 δ) φράγματα βαρύτητας από σκυρόδεμα, σχεδιάζεται έτσι ώστε το ίδιο βάρος του να είναι επαρκές ώστε να αντιστέκεται στις δυνάμεις και την ροπή ανατροττής που ασκεί το νερό σε αυτό. Ένα φράγμα βαρύτητας από σκυρόδεμα είναι πάντα πιο ακριβό από το αντίστοιχο χωμάτινο φράγμα. Στα φράγματα αυτά το ίδιο βάρος του φράγματος εξασφαλίζει την παραλαβή των δυνάμεων ολίσθησης και ανατροπής που εξασκεί σε αυτά το νερό. Τα τοξωτά φράγματα κατασκευάζονται συνήθως σε χαράδρες στενού πλάτους των οποίων τα πλευρικά τοιχώματα από στιβαρό βράχο έτσι ώστε να μεταφέρονται με ασφάλεια σε αυτά οι οριζόντιες δυνάμεις που ασκούνται από το νερό στο φράγμα. Τα λιθόκτιστα φράγματα απαιτούν πολλά εργατικά και λίθους καλής ποιότητας. Τα φράγματα από χαλυβοελάσματα είναι απλής κατασκευής όπως και τα λιθόκτιστα Επιπτώσεις φραγμάτων Η κατασκευή ενός φράγματος και η δημιουργία τεχνητής λίμνης δημιουργεί διαταραχές στο φυσικό περιβάλλον, μεγαλύτερες και εντονότερες από οποιοδήποτε άλλο έργο, γιατί στην περιοχή που κατακλύζεται από νερό του ποταμού (λίμνη), συσσωρεύονται τεράστιες ποσότητες νερού με αποτέλεσμα το υπέδαφος να καταπονείται από τις αναπτυσσόμενες πιέσεις. Εκτός όμως από τις πιέσεις, οι μεγάλες ποσότητες του νερού δημιουργούν προβλήματα διαβρώσεων, διαρροών ή ακόμα και κατολισθήσεων στην περιοχή του φράγματος που αν δεν προβλεφθούν για να ληφθούν τα κατάλληλα μέτρα μπορεί να οδηγήσουν στην καταστροφή του. Από τις στατιστικές για τα αίτια που προκαλούν την καταστροφή των διαφόρων φραγμάτων στον κόσμο προκύπτουν ότι τα σημαντικότερα είναι: 1. Ανεπαρκής μελέτη των γεωλογικών συνθηκών της περιοχής του φράγματος. 2. Ανεπαρκής στατιστική μελέτη 3. Θεομηνία που δεν προβλέφθηκε (υπερχείλιση) 4. Σεισμική καταπόνηση 5. Κακότεχνη κατασκευή

18 Η ετπλογή του κατάλληλου τύπου φράγματος που θα κατασκευασθεί καθορίζεται κυρίως από την φυσική διαμόρφωση της θέσης και την διαθεσιμότητα των υλικών Ταμιευτήρας Σε ένα ΥΗΕ το φράγμα έχει ως σκοπό την δημιουργία δεξαμενής στην οποία συγκεντρώνεται ποσότητα νερού και μέσω του αγωγού προσαγωγής το νερό προσάγεται στον υδροστρόβιλο. Η δεξαμενή που δημιουργείται από την κατασκευή του φράγματος ονομάζεται ταμιευτήρας. Με τον σχηματισμό ταμιευτήρα μεγάλης χωρητικότητας η παραγωγή της ενέργειας γίνεται ως ένα βαθμό ανεξάρτητη από την φυσική παροχή. Επιπλέον επιτυγχάνεται η πλήρης σχεδόν αξιοποίηση της εισερχόμενης ποσότητας νερού. Όμως μεγάλος ταμιευτήρας σημαίνει μεγάλο φράγμα και άρα υψηλό κόστος. Όπως έχει προαναφερθεί ο ρόλος των μεγάλων ΥΗΕ είναι η κάλυψη των αιχμών ισχύος των διασυνδεδεμένων ηλεκτρικών δικτύων. Αντίθετα το μικρό ΥΗΕ δεν έχει την δυνατότητα ανακούφισης των αιχμών ισχύος. Γι αυτούς τους λ ^ ο υ ς μεγάλα φράγματα κατασκευάζονται μόνο στα μεγάλα ΥΗΕ. Στα μικρά ΥΗΕ ο ταμιευτήρας περωρίζεται σε μια δεξαμενή που εξυττηρετεί τις ανάγκες της υδροληψίας και μόνο. Με την κατασκευή μεγάλου ταμιευτήρα μπορεί να αυξηθεί η εγκατεστημένη ισχύς του έργου, όμως η ετήσια παραγωγή ενέργειας παραμένει ουσιαστικά αμετάβλητη, ενώ επιβαρύνεται σημαντικά το κόστος του φράγματος. Η κατασκευή ενός φράγματος σε μια διατομή υδατορεύματος αποτελεί μια ασυνέχεια της ροής των φερτών υλικών (άμμο, χαλίκια κλπ) με αποτέλεσμα αυτά να καθιζάνουν στον πυθμένα του

19 ταμιευτήρα. Είναι πολύ σημαντική η γνώση του όγκου των φερτών υλικών που συγκεντρώνονται στον πυθμένα του ταμιευτήρα, γιατί εκτός από ισόποση μείωση του ωφέλιμου όγκου νερού, η ανύψωση του τιυθμένα του ταμιευτήρα μπορεί να φθάσει και μέχρι την στάθμη της υδροληψίας οπότε θα πρέπει να σταματήσει η λειτουργία των υδροστροβίλων. Το πρόβλημα αυτό δημιουργείται στα μικρά ΥΗΕ τα οποία έχουν ταμιευτήρα συνολικής χωρητικότητας ακόμα και μικρότερης από την ετήσια ποσότητα των φερτών υλικών. Στις περιπτώσεις αυτές θα πρέπει να προβλέπεται η δυνατότητα συχνού καθαρισμού του πυθμένα είτε με μηχανικά μέσα είτε μέσω βάνας εκκένωσης πυθμένα η οποία καθώς θα εκκενώνει το νερό του ταμιευτήρα θα συμπαρασύρει και μέρος των φερτών υλικών Βοηθητικά τεχνικά έργα Τα φράγματα συνοδεύονται και από τα ακόλουθα έργα τα οποία εξυπηρετούν το έργο ή σχετίζονται με την ασφάλεια τους : α) τα έργα εκτροπής ή η σήραγγα εκτροπής (μέσω των οποίων διοχετεύεται η φυσική παροχή κατά την διάρκεια κατασκευής της τελευταίας φάσεως του φράγματος). β) ο εκχειλιστής (σκοπό έχει την παροχέτευση της πλημμυρικής παροχής έτσι ώστε να μην κινδυνεύσει το φράγμα ή ο υδροηλεκτρικός σταθμός). γ) η υδροληψία (σκοπός του έργου είναι η οδήγηση της παροχής του νερού στην διώρυγα προσαγιογής ή κατευθείαν στον αγωγό πτώσης). δ) ο εκκενωτής πυθμένας (μέσω του οποίου εκκενώνεται ο ταμιευτήρας σε περίπτωση ανάγκης ή συντήρησης ενώ ακόμη από αυτό διοχετεύεται η απαιτούμενη παροχή συντήρησης της κοίτης του ποταμού.

20 2.2.2 Σύστημα προσαγωγής Το σύστημα προσαγωγής αποτελείταν από ανοικτό αγωγό ( διώρυγα ή κ α νάλι), ή σήραγγα ( έχουν συνήθως τα μεγάλα ΥΗΕ ). Η διώρυγα προσαγτογής προσάγει την παροχή του νερού από την υδροληψία στην δεξαμενή φόρτισης από την οποία τροφοδοτείται ο αγωγός πτώσης. Η βασική επιδίωξη για την σωστή σχεδίαση της διώρυγας είναι η εξασφάλιση του ότι η ροή που οδηγείται μέσω της διώρυγας υδροληψίας στον αγωγό πτώσης να είναι απαλλαγμένη φερτών υλών. Για την κατασκευή του αγωγού χρησιμοποιούνται σωλήνες ανάλογα με την παροχή και την υδραυλική τττώση. Μερικοί τύποι σωλήνων είναι οι πλαστικοί, χαλυβοσωλήνες, αμιαντοσωλήνες. Από αυτούς πιο συνηθισμένος είναι ο χαλυβοσωλήνας. Ο αγωγός προσαγιογής κατασκευάζεται από τμήματα σωλήνων τα οποία συνδέονται μεταξύ τους είτε μέσω ειδικών συνδέσμων είτε με ηλεκτροσυγκόλληση για την περίπτωση χαλυβοσωλήνων. Η επιλογή ενός κλειστού ή ανοικτού αγιογού γίνεται με οικονομικά κριτήρια. Το κόστος κατασκευής ενός ανοικτού αγωγού είναι μικρότερο από ότι αυτό του κλειστού αγωγού. Η διαμόρφωση ανοικτού αγωγού δεν είναι πάντοτε εφικτή για λόγους κατασκευαστικούς ή επιφανειακής διαμόρφωσης. Για την διακίνηση δεδομένης παροχής όσο μειώνεται η κλίση της διώρυγας μειώνεται η μέση ταχύτητα της ροής, αυξάνεται η απαιτούμενη διατομή και το κόστος της διώρυγας, όμως αυξάνεται η υδραυλική πτώση και άρα η παραγωγή ενέργειας. Ένα κριτήριο για τον καθορισμό της διώρυγας είναι ότι η μέση ταχύτητα της ροής δεν πρέπει να είναι μικρότερη των 0,3-0,5 m/sec έτσι ώστε να μην κατακάθονται στον πυθμένα της τα αιωρούμενα σωματίδια που διέιρυγαν από τον εξαμμωτή της υδροληψίας. Υψηλή μέση ταχύτητα της ροής στην διώρυγα προκαλεί μηχανική διάβρωση των διαβρεχόμενων τοιχωμάτων. Η μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή της μέσης ταχύτητας εξαρτάται από το υλικό της επένδυσης της διώρυγας και την φύση των αιωρούμενων σωματιδίων. Η διαστολόγηση των έργων προσαγιογής του νερού είναι ένα οικονομοτεχνικό πρόβλημα, όσο αυξάνονται οι διαστάσεις των έργων προσαγωγής (π.χ. η διάμετρος του αγτογού προσαρμογής) αυξάνεται το κόστος της εγκατάστασης αλλά μειώνονται οι υδραυλικές απώλειες και άρα αυξάνεται η ενέργεια του νερού που μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια ( αυξάνεται η διαθέσιμη υδραυλική πτώση) η παραγόμενη ισχύς και τα έσοδα του έργου. Το αντίθετο συμβαίνει με την μείωση των διαστάσεων των έργων προσαγωγής. Στην είσοδο του νερού στον αγωγό βρίσκεται το σύστημα της σχάρας το οποίο συγκρατεί τις φερτές και άλλα στερεά σώματα, που θα ήταν δυνατόν να εισέλθουν στον αγωγό προσαγωγής και εν

21 συνεχεία να φθάσουν στο στρόβιλο και να προξενήσουν σοβαρές ζημιές. Συνήθιυς είναι εγκαταστημένος ένας εσχαροκαθαριστής ο οποίος έχει σκοπό να απαλλάσσει περιοδικά το σύστημα της σχάρας από τις συσσωρευμένες ύλες. Η μη εισχώρηση των φερτών υλχυν στην διώρυγα υδροληψίας επιτυγχάνεται με την κατάλληλη διαμόρφωση της εισόδου του νερού σε αυτή συνήθως με την κατασκευή αναβαθμού, δηλαδή ο πυθμένας της διώρυγας είναι κατά 1-2 μέτρα ψηλότερα από τον αρχικό πυθμένα της λεκιίνης. Δεξαμενή φόρτισης Η δεξαμενή φόρτισης έχει ως σκοπό την τροφοδοσία του αγωγού πτώσης και των υδροστροβίλων κατά την φάση της εκκίνησης των μονάδων. Κατασκευάζεται στο άκρο του αγωγού προσαγωγής. Η θέση της δεξαμενής φόρτισης ετπλέγεται έτσι ώστε το μήκος του αγωγού πτώσεως να είναι το μικρότερο δυνατό για να μειώνεται το κόστος του αρωγού. Στην είσοδο της δεξαμενής τοποθετείται θυρόφραγμα για τις ανάγκες συντήρησης, ενώ στην έξοδο τοποθετείται μεταλλική εσχάρα η οποία συγκρατεί τα επιπλέον σώματα. Αγιογός πτώσης Ο αγιογός πτώσης είναι ο αγωγός που μεταφέρει το νερό στον υδροηλεκτρικό σταθμό (ΥΗΣ). Όπως και αγωγός προσαγωγής έτσι και για τον αγωγό πτώσης μπορεί να χρησιμοποιηθούνε διάφοροι τύποι

22 σωλήνων ανάλογα με την παροχή και την υδραυλική τττώση. Για την επιλογή της διαμέτρου του αγωγού λαμβάνονται υπόψη η μέση ταχύτητα της ροής που αντιστοιχεί στην παροχή λειτουργίας της μονάδας. Ο αγωγός πτώσης μπορεί να είναι υπέργειος ή υπόγειος. Όταν ο αγωγός είναι υπέργειος έχει σημαντικά μειονεκτήματα, μερικά από αυτά είναι ότι είναι εκτεθειμένος σε κατολισθήσεις βράχων, είναι εκτεθειμένος στην ηλιακή ακτινοβολία με συνέπεια τις μεγάλες θερμοκρασιακές διαφορές και θερμικές διαστολές που έχουν ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη σημαντικών δυνάμεων στα στηρίγματα. Η επιλογή της διατομής του αγιογού πτώσης γίνεται λαμβάνοντας υπόψη την μέση ταχύτητα της ροής που αντιστοιχεί στην παροχή λειτουργίας της μονάδας. Ηλεκτρομηχανολογικά έργα Σταθμός παραγιογής Ο σταθμός παραγωγής είναι η καρδιά του ΥΗΕ. Ο σταθμός παραγωγής λύετα ι αλλιώς υδροηλεκτρικός σταθμός (ΥΉΣ). Ο ΥΗΣ στεγάζει τον ηλεκτρομηχανολογικά εξοπλισμό του έργου και εξασφαλίζει την είσοδο του νερού στον υδροστρόβιλο και την έξοδο του προς τον ποταμό ή την λίμνη. Η επιλογή της θέσης του ΥΗΣ γίνεται έτσι ώστε να εξασφαλίζεται υψηλή απόδοση, ευκολία στην πρόσβαση. Ο ηλεκτρομηχανολογικός εξοπλισμός, ο οποίος περιλαμβάνει τον υδροστρόβιλο, την γεννήτρια, τον μετασχηματιστή, τους αυτοματισμούς και τους ηλεκτρικούς πίνακες. Εκτός του ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού υπάρχει και ο βοηθητικός εξοπλισμός όπως η γερανόφυρα, εργαλεία επισκευών κ.α..για την διαμόρφωση του θα πρέπει να ληφθούν υπόψη οι κανονισμοί σχετικά με την στέγαση εξοπλισμού μέσης τάσης και για την πυρασφάλεια.

23 Υδροστρόβιλοι Η ενέργεια από υδατόπτωση έχει μακρύ και σημαντικό ιστορικό ρόλο στην παροχή μηχανικής ενέργειας που χρησιμοποιούταν στις καθημερινές δραστηριότητες των ανθρώπων. Συγκεκριμένα οι νερόμυλοι χρησιμοποιούνταν στην Μεσοποταμία από τις αρχές του 3000 ΠΧ και έκτοτε έχουν τιθασεύσει την ενέργεια του νερού σχεδόν παντού στον πλανήτη όπου υπάρχουν ποτάμια ή ρέματα. Οτιδήποτε πλησίαζε την δύναμη του αλόγου όπου δεν χρειαζόταν να ταϊστεί ή να κουραστεί ήταν ιδιαίτερα πολύτιμο. Οι πρώτες χρήσεις ήταν κατά κύριο λόγο στις αγροτικές καλλιέργειες, για παράδειγμα στην άντληση νερού και στο παραδοσιακό μύλο για το άλεσμα καλαμποκιού. Στον Μεσαίωνα το εμπόριο άνθισε όπου υπήρχε ενέργεια παραγόμενη από το νερό, ακόμα και οι πόλεις μεγάλωναν. Κατά τη διάρκεια του 18ου αιώνα η εφαρμογή νερόμυλων επεκτάθηκε επιπλέον στη βιομηχανία, οδηγώντας ένα ευρύ φάσμα μηχανών για κάθε δυνατό τρόπο, κυρίως στην παραγωγή υφαντουργίας. Έναν αιώνα αργότερα υπήρχαν πάνω από 20,000 νερόμυλοι σε λειτουργία στην Αγγλία και μόνο. Η εμφάνιση του ατμού, φαινομενικά προσέφερε τη δυνατότητα ανεξάντλητης ενέργειας σε περίπου οποιαδήποτε τοποθεσία και σύντομα κυριάρχησε στο προσκήνιο. Στον ανεπτυγμένο κόσμο σήμερα, παρόλο που οι ίδιοι οι νερόμυλοι σχεδόν δεν χρησιμοποιούνται πλέον, παραμένει ένα πλούσιο κληροδότημα και μηχανολογικό έργο περιοχών με ανεμόμυλους. Έχουμε την ευκαιρία να χρησιμοποιούμε τους απογόνους τους, την πιο αποδοτική γεννήτρια υδατόπτωσης για παραγωγή ηλεκτρισμού την πιο εύστροφη μορφή ενέργειας του κόσμου. Υδροστρόβιλος είναι η μηχανή που μετατρέπει την ενέργεια του νερού σε μηχανική. Η μετατροπή αυτή γίνεται στο στρεφόμενο μέρος της μηχανής το οποίο λέγεται δρομέας. Τα κύρια μέρη στα οποία διακρίνεται ένας υδροστρόβιλος είναι το τμήμα εισόδου, ο δρομέας και το τμήμα εξόδου ή απαγωγής. Οι υδροστρόβιλοι χωρίζονται σε δυο κατηγορίες α) δράσης β) αντίδρασης

24 Στους υδροστρόβιλους δράσης το νερό οδηγείται σε σταθερά τττερύγια ή σταθερά ακροφΰσια όπου μετατρέπεται όλη η ενέργεια του σε κινητική. Στη συνέχεια το νερό χτυπά πάνω σε κινητά πτερύγια που είναι τοποθετημένα στη περιφέρεια ενός τροχού, ο οποίος με αυτό τον τρόπο περιστρέφεται. Στους υδροστροβίλους αντίδρασης μόνο ένα μέρος της δυναμικής ενέργειας του νερού μετατρέτιεται σε κινητική ενώ το υπόλοιπο παραμένει με μορφή δυναμικής ενέργειας ή πίεσης. Υπάρχουν τρεις βασική τύποι υδροστρόβιλων οι οποίοι είναι: α) PELTON β) FRANCIS γ) KAPLAN Στους υδροστρόβιλους δράσης ανήκουν οι υδροστρόβιλοι PELTON, οι οποίοι χρησιμοποιούνται όταν υπάρχει μεγάλο ύψος πτώσης (100m - 200m) και μικρή παροχή. Οι υδροστρόβιλοι FRANCIS και KAPLAN ανήκουν στην κατηγόρια των υδροστρόβιλων αντίδρασης. Οι υδροστρόβιλοι FRANCIS χρησιμοποιούνται σε υδατοπτώσεις μέσου ύψους ( m) και μέσης παροχής. Οι KAPLAN χρησιμοποιούνται για χαμηλό ύψος πτώσης του νερού (2-6 0 m) με μεγάλη παροχή. Τα βασικά χαρακτηριστικά κάθε στροβίλου είναι τα ακόλουθα : στρόβιλος PELTON Δυνατός σχεδιασμός, χαμηλή επένδυση Μικρή βασική περιοχή για την αποθήκευση του στροβίλου με εύκολο σχεδιασμό, λόγω του λογικού κόστους κατασκευής Ομαλή πορεία αποδοτικότητας, ο στρόβιλος Pelton είναι ειδικά κατάλληλος για μεταβλητή ροή στρόβιλος FRANCIS Δυνατός σχεδιασμός, μικρός χώρος στροβίλου Πολλές στροφές (ταχύτητα μηχανής) το λεπτό, κυρίως άμεση σύζευξη με τον στρόβιλο Κατάλληλη (ικανή) για ισχυρή μεταβολή σε επίπεδα κάτω από το νερό στρόβιλος KAPLAN Κατάλληλη για υψηλές ροές. Μικρή ευαισθησία κατά του πάγου, ζημιών και πλύσης - ξηράς σπασμένων βράχων, δεν χρειάζεται να χρησιμοποιηθεί τσουγκράνα για ψαμμίαση - κρυσταλλοποίηση άμμου

25 Η επιλογή του τύπου του υδροστροβίλου (Francis, Kaplan ή Pelton) γίνεται λαμβάνοντας υπόψη την υδραυλική πτώση και τις τιμές των παροχών μέσω των αντίστοιχων διαγραμμάτων κατασκευαστών υδροστροβίλων. Πολλές φορές αντί για υδροστροβίλους Francis, είναι συμφέρουσα η επιλογή (ρυγόκεντρων αντλιών αντίστροφης λειτουργίας (η επιλογή αυτή μειώνει κατά πολύ το κόστος του μηχανολ^ικού εξοπλισμού του έργου). Για κάθε τύπο υδροστροβίλου, δίνεται η αντίστροφη καμπύλη της μεταβολής του ολικού βαθμού απόδοσης, συναρτήσει της παροχής, αδιαστατοποιημένα ως προς τα αντίστοιχα μεγέθη της ονομαστικής λειτουργίας. Πλέον οι μικροί υδροστρόβιλοι είναι κατά ένα μεγάλο ποσοστό τυποποιημένοι. Βασικό πλεονέκτημα είναι η μείωση του κόστους καθώς τα έξοδα ανάπτυξης και δοκιμών μοιράζονται σε μια σειρά υδροστροβίλων. Με την τυποποίηση ετήσης επιτυγχάνεται και η μείωση του χρόνου παράδοσης. Ακόμη αυξιίνεται και η αξιοπιστία του εξοπλισμού καθώς υφίσταται συνεχείς βελτιώσεις και είναι πιο εύκολη η παραγγελία ανταλλακτικών. Ένα βασικό μειονέκτημα της τυποποίησης είναι η κατ ανάγκη επιλογή υδροστροβίλου εκ των οποίων κανένας να μην ανταποκρίνεται απόλυτα στα επιθυμητά λειτουργικά χαρακτηριστικά. Κάθε κατασκευαστής έχει ένα πρόγραμμα παραγωγής με το οποίο καλύπτει μέρος ή ο/ώκληρη την περιοχή μικρών υδροστροβίλων από μερικά KW έως 10 ή 15 MW. Οι κατασκευαστές προσφέρουν μικρή δυνατότητα τροποποιήσεων κυρίως του δρομέα ώστε να επιτυγχάνεται καλύτερη προσαρμογή στα λειτουργικά χαρακτηριστικά ενός έργου χωρίς ιδιαίτερη επιβάρυνση Γεννήτρια Ηλεκτρική γεννήτρια είναι η μηχανή που μετατρέπει την μηχανική ισχύ σε ηλεκτρική. Η αρχή λειτουργίας τους βασίζεται στον νόμο που ανακάλυψε ο Faraday σύμφωνα με τον οποίο σε κινούμενο αγωγό που τέμνει ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο ή σε σταθερό αγωγό ο οποίος τέμνει ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο αναπτύσσεται ηλεκτρεγερτική δύναμη από επαγιογή. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας επιτυγχόινεται με 3 φασικές

26 σύγχρονες G 50 ή 60 Hz. Η συχνότητα της παραγόμενης τάσης και ο αριθμός στροφών της δίνεται από την σχέση ; f- ρ * 6 0 Όπου: ρ = ζεύγη πόλων, F = συχνότητα (50ΗΖ) η = αριθμός στροφών σε κάθε λεπτό. (R.P.M) Η φαινόμενη ισχύς : S = c*l*d^*n [ KVA] όπου : C = Συντελεστής εκμετάλλευσης [KVA min / m^] 1 = Μήκος δρομέα [m] η = Αριθμός στροφών [ min'* ] ο C δίνει το μέτρο της μαγνητικής και ηλεκτρικής εκμετάλλευσης της μηχανής. Προκύπτει από τα πρακτικά χαρακτηριστικά της μηχανής και περιορίζεται από την επιτρεπόμενη θέρμανση της μηχανής. Αυξάνεται ανάλογα με την γραμμική πυκνότητα A του ρεύματος του στάτη : C = 7T^/60*V2 Α*Β*ξ όπου : A = Γραμμική πυκνότητα ρεύματος στάτη [ KVA ] Β = Επαγωγή διακένου αέρα [VS / m^j ξ = Συνολικός συντελεστής τυλίγματος για στροβιλογεννήτριες είναι ξ = 0,9 Η γραμμική πυκνότητα ρεύματος δίνεται από την σχέση : A = 3 * W H /p % οπού: W = αριθμός σπειρών ανά τύλιγμα I = ρεύμα στάτη ρ = αριθμός ζευγών πόλων τρ = Βήμα τυλίγματος στάτη

27 Γεννήτριες Ε.Ρ. Οι γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος χωρίζονται σε δύο κατηγορίες που είναι: -οι ασύγχρονες και -οι σύγχρονες ή εναλλακτήρες Πιο συγκεκριμένα: Ασύγχρονες γεννήτριες Ε.Ρ. είναι εκείνες που η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος που παράγουν: είναι ανεξάρτητη από την ταχύτητα περιστροφής του δρομέα τους και η διέγερση τους γίνεται με Ε.Ρ. Οι ασύγχρονες γεννήτριες Ε.Ρ. χρησιμοποιούνται πολύ σπάνια στην πράξη και σε ειδικές μόνο περιτττώσεις. Σύγχρονες γεννήτριες Ε.Ρ. είναι εκείνες που η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος που παράγουν: είναι ανάλογη της ταχύτητας περιστροφής του δρομέα που λέγεται «σύγχρονη» η8 και η διέγερση τους γίνεται με Σ.Ρ. Η σύγχρονη γεννήτρια Ε.Ρ. -στην πράξη- συνιστάται με την ονομασία «εναλλακτήρας» Η σύγχρονη ταχύτητα περιστροφής του δρομέα των εναλλσκτήρων δίνεται από τη σχέση : η5=60*ί7ρ όπου: ί= η συχνότητα [Ηζ] του εναλλασσόμενου ρεύματος για το Εθνικό μας δίκτυο είναι f=50 Ηζ ρ= ο αριθμός ζευγών των πόλων της ηλεκτρικής μηχανής Οι σύγχρονες γεννήτριες Ε.Ρ. (εναλλακτήρες) χρησιμοποιούνται ευρέως στην πράξη για την παραγοογή του εναλλασόμενου ρεύματος του δικτύου για αυτό και εγκαθίστανται στους Σταθμούς Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας της ΔΕΗ.

28 Γεννήτριες Σ.Ρ. Γεννήτρια λέγεται η ηλεκτρική δύναμη που παίρνει κινητική ενέργεια και την μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια. παίρνει κινητική ενέργεια ηλεκτρική ενέργεια Η λειτουργία γεννήτριας Σ.Ρ. μπορεί να είναι: Λειτουργία χωρίς φορτίο Λειτουργία γεννήτριας χωρίς φορτίο είναι εκείνη που η παραγόμενη ΗΕΔ στο επαγωγικό τύμπανο δεν δίνεται σε κατανάλχοση, επομένως το κύκλωμα παραμένει ανοικτό και δεν κυκλοφορεί ρεύμα μέσα από την κατανάλωση. Κυκλοφορεί μόνο το ρεύμα διέγερσης σε ορισμένες περιπτώσεις (ανάλογα με το είδος διέγερσης ) μέσα από το επαγοογικό τύμπανο. Η ΗΕΔ που αναπτύσσεται κατά την περιστροφή του επαγωγικού τυμπάνου μέσα στο μαγνητικό πεδίο της γεννήτριας δίνεται από τον τύ πο: Ε= (P S W/a) Φ*η Ε= η παραγόμενη ΗΕΔ. Ρ= ο αριθμός ζευγών μαγνητικών πόλων. S= αριθμός σπειρών W= αριθμός αγωγών κάθε στοιχείου

29 α= αριθμός ζευγών παράλληλων κλάδων Φ= χρήσιμη μαγνητική ροή. η= ταχύτητα περιστροφής (στρ/sec) Το πηλίκο K=(P*SW)/a είναι χαρακτηριστικό για την κατασκευή της κάθε ηλεκτρικής μηχανής και είναι σταθερό για την κάθε γεννήτρια. Ε=Κ*Φ*η Άρα η ΗΕΔ κάθε ηλεκτρικής μηχανής είναι ανάλογη με την χρήσιμη μαγνητική ροή και την ταχύτητα περιστροφής η. Όπως ήδη ξέρουμε η χρήσιμη η χρήσιμη μαγνητική ροή Φ είναι απαραίτητη για την λειτουργία της ηλεκτρικής μηχανής γιατί προϋποθέτει την δημιουργία του μαγνητικού πεδίου, και εξαρτάται από την ένταση τροφοδοσίας των τυλιγμάτων της διέγερσης. Η εξάρτηση αυτή δίνεται από την συναρτησιακή σχέση : Φ=ί(Ιδ) που σημαίνει μεταβολή της χρήσιμης μαγνητικής ροής Φ, αν μεταβάλλεται η ένταση της διέγερσης Ιδ και ονομάζεται μαγνητική χαρακτηριστική και έχει την παρακάτω μορφή: Βασική προϋπόθεση κατασκευής της καμττύλης Φ=Γ(Ιδ) είναι τα ζεύγη τιμών (Φ, Ιδ) να λαμβάνονται σε λειτουργία της ηλεκτρικής μηχανής μα σταθερές στροφές. Σε διαφορετικό αριθμό σταθερών στροφών λαμβάνουμε διαφορετικές καμπύλες ω=γ(ιδ). 2. Λειτουργία με φορτίο Λειτουργία γεννήτριας με φορτίο είναι εκείνη που η παραγόμενη ΗΕΔ στο επαγιογικό τύμπανο δίνεται σε κατανάλωση, επομένως υπάρχει κλειστό κύκλωμα και κυκλοφορεί κάποιο ρεύμα μέσα στην κατανάλωση. Αρα στο επαγωγικό τύμπανο εκτός από το ρεύμα διέγερσης που το διαρρέει σε ορισμένες, το διαρρέει τώρα και το ρεύμα τροφοδοσίας της κατανολωσης. Οι γεννήτριες των υδροηλεκτρικών σταθμών κατασκευάζονται για μικρότερο αριθμό στροφών από εκείνες των ατμοηλεκτρικών, λόγω μικρής ταχύτητας περιστροφής τους χρησιμοποιούνται πολλά ζεύγη πολλών.

30 Παρακάτω βλέπουμε την σχέση των αριθμό των πόλων με την ταχύτητα περιστροιρής. Ζεύγη ρ Οι γεννήτριες των Υ.Η.Σ. έχουν μεγάλη διάμετρο και μικρό μήκος. Η ψύξη της γεννήτριας μπορεί να γίνει με ανοικτό ή κλειστό κύκλωμα βεβιασμένης κυκλοφορίας του αέρα. Στις μικρές γεννήτριες ένας ανεμιστήρας στέλνει αέρα στα τυλίγματα και τα ψύχει. Ομως πάραυτα υπάρχει κίνδυνος επικάθισης σκόνης στα τυλίγματα και κίνδυνος για βραχυκύκλωμα. Στις μεγάλες γεννήτριες οι ανεμιστήρες στέλνουν αέρα στα τυλίγματα, κατόπιν οδηγείται στο ψυγείο και στον άξονα του ανεμιστήρα για να ξαναπάει στα τυλίγματα. Εδώ σε αυτή την περίπτωση διατηρούνται καθαρά. Μέσα στα τυλίγματα τοποθετούνται αντιστάσεις για να τα διατηρούν χωρίς υγρασία, όταν η γεννήτρια δεν λειτουργεί. Οι κλιματολογικές συνθήκες στους Υ.Η.Σ. είναι τέτοιες που η υγρασία είναι έντονη και αν υγροποιηθεί στα τυλίγματα θα προκληθούν βλάβες. Η αίθουσα ελέγχου ενός Υ.Η.Σ. περιέχει πολύ λιγότερα όργανα ελέγχου από αυτά που έχει ένας Α.Η.Σ. Υπάρχουν περιπτώσεις μικρών Υ.Η.Σ. που δεν έχουν καθόλου προσωπικό και όλοι οι χειρισμοί γίνονται από μακριά από το προσωπικό ενός κεντρικού σταθμού ( εκλεχειρισμός ). Και στους Υ.Η.Σ.

31 γίνεται ρύθμιση της τάσης στις γεννήτριες. Κατότην με καλώδια τροφοδοτείται ο υποσταθμός μεταφοράς ( Υ / Σ ανύψωσης) Προστασία γεννήτριας Τα πιο πιθανά εσωτερικά σφάλματα στην γεννήτρια είναι; Βραχυκυκλώματα μεταξύ τυλιγμάτων του στάτη Σφάλμα μόνωσης ενός τυλίγματος ως προς το σίδερο του στάτη Βραχυκύκλωμα δυο σπειρών σε μια φάση του τυλίγματος του στάτη Σφάλμα μόνωσης του τυλίγματος του δρομέα. Εξωτερικοί κίνδυνοι για την γεννήτρια και τον στρόφαλο είναι :» Υπερφόρτιση με υπερεντάσεις και βραχυκυκλώματα στο δίκτυο» Ασύμμετρη φόρτιση» Ανύψωση τάσης ακροδεκτών κατά την αφαίρεση φορτίου ( αύξηση στροφών)» Πτώση του στροβίλου ( Μετάβαση γεννήτριας σε λειτουργία κινητήρα) Μετασχηματιστές Η τάση που παράγεται από τις 3 φασικές γεννήτριες στους σταθμούς παραγωγής καθώς και τα αντίστοιχα ρεύματα είναι ακατάλληλα για μια οικονομική μεταφορά και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας. Για αυτό υπάρχουν διάφοροι Μ / Τ στο χώρο αυτό. Ο μετασχηματιστής είναι μια

32 ηλεκτρική συσκευή που μετατρέπει εναλλασσόμενοι ηλεκτρική ενέργεια ενός επιπέδου τάσης σε εναλλασσόμενη ηλεκτρική ενέργεια διαφορετικού επιπέδου τάσης μέσω της επίδρασης ενός μαγνητικού πεδίου. Αυτή η συσκευή αποτελείται από δύο ή περισσότερα πηνία που τυλίγονται γύρω από ένα κοινό σιδηρομαγνητικό πωρήνα. Τα πηνία αυτά συνήθως δεν είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Η μόνα σύζευξη που υπάρχει μεταξύ των σπειρών είναι το κοινό μαγνητικό πεδίο στο εσωτερικό του πυρήνα. Το ένα από τα δύο πηνία του μετασχηματιστή συνδέεται μα μια πηγή εναλλασσόμενης τάσης, ενώ το δεύτερο ή τρίτο αν υπάρχει συνδέεται με το φορτίο. Το πρώτο τύλιγμα ονομάζεται πρωτεύον τύλιγμα (primary winding) ή τύλιγμα εισόδου και το δεύτερο ονομάζεται δευτερεύον (secondary) ή τύλιγμα εξόδου. Αν υπάρχει και τρίτο τύλιγμα, αυτό ονομάζεται τριτεύον τύλιγμα του μετασχηματιστή Η σημασία των Μ/Σ στη σύγχρονη ζωή Το πρώτο σύστημα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας στις ΗΠΑ αναπτύχθηκε από τον Thomas A.Edison και > ΐτουργούσε με συνεχές ρεύμα 120 V, για να τροφοδοτεί ένα δίκτυο με λαμπτήρες πυρακτώσεως Πάνω σε αυτό το δίκτυο του Edison στηρίχθηκε ο πρώτος σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που άρχισε να λειτουργεί στη Νέα Υόρκη το Δυστυχώς, αυτή η ενέργεια παράγονταν και διανέμονταν με τόσο χαμηλή τάση, ώστε, για την τροφοδοσία ενός σημαντικού φορτίου, το ρεύμα στη γραμμή μεταφοράς ήταν αρκετά υψηλό. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα μεγάλες πτώσεις τάσης και απώλειες στις γραμμές, μεταφοράς, γεγονός που μείωνε σημαντικά την περιοχή διανομής του σταθμού παραγωγής. Έτσι, ο κάθε σταθμός παραγωγής εκείνα την εποχή τροφοδοτούσε λίγα μόνο οικοδομικά τετράγωνα της πόλης. Το γεγονός της αδυναμίας μεταφοράς συνεχούς τάσης με μεγάλο πλάτος είχε ως αποτέλεσμα οι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας να είναι μικρής ισχύος, τοπικοί και συνεπώς μικρής σχετικά αποδόσεως. Η εφεύρεση του μετασχηματιστή και η ταυτόχρονη ανάπτυξη των πηγών εναλλασσόμενης τάσης παραμέρισαν όλους τους προηγούμενους περιορισμούς στο επίπεδο ισχύος και το μέγεθος των συστημάτων ισχύος. Στην ιδανική περίπτωση ο μετασχηματιστής μετατρέπει το επίπεδο εναλλασσόμενης τάσης που εφαρμόζεται στην είσοδο του σε τάση με

33 διαφορετικό ετήττεδο στην έξοδο του, χωρίς σημαντικές απώλειες. Έτσι, όταν η τάση εισόδου ανυψώνεται, το αντίστοιχο ρεύμα υποβιβάζεται, ώστε η ισχύς εξόδου να είναι ίση με την ισχύς εισόδου. Με αυτό τον τρόπο είναι δυνατή η παραγωγή εναλλασσόμενης τάσης σε κάποιο κεντρικό σημείο, η ανύψωση του επιτιέδου της και η μεταφορά της σε μεγάλες αποστάσεις με μικρές απώλειες. Στο σημείο της κατανάλωσης φυσικά το επίπεδο της τάσης θα πρέπει και πάλι να υποβιβαστεί με τη βοήθεια ενός μετασχηματιστή υποβιβασμού. Όπως είναι γνωστό, οι απώλειες μιας γραμμής μεταφοράς είναι ανάλογες του τετραγώνου του ρεύματος της γραμμής. Δηλαδή ο δεκαπλασιασμός του επιπέδου της παραγόμενης τάσης πριν από τη μεταφορά της και η αντίστοιχη μείωση του ρεύματος συνεπάγεται εκατό φορές μείωση των απωλειών μεταφοράς. Είναι λοιπόν ( >ανερό πως, χωρίς την εισαγιογή μετασχηματιστών, η ηλεκτρική ενέργεια θα ήταν αδύνατο να χρησιμοποιηθεί στις περισσότερες από τις σημερινές εφαρμογές. Στα σύγχρονα συστήματα ισχύος η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται με επίπεδο τάσης 12kv έως 25kv. Ο μετασχηματιστές ανυψώνουν αυτά τα επίπεδα στα 110 kv έως περίπου loookv, ώστε οι απώλειες μεταφοράς να είναι πολύ μικρές. Ο πρώτος υποβιβασμός αυτής της τάσης γίνεται στους υποσταθμούς διανομής πολι με τη βοήθεια των μετασχηματιστών σε επίπεδα τάσης από 12kv ως 34,5 kv. Τελικά, με συνεχείς υποβιβασμούς (μέχρι π.χ. τα 120 V) η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια σε σπίτια, γραφεία και εργοστάσια. Είδη Μ/Σ Ανάλογα με τη συγκεκριμένη λειτουργία τους στο σύστημα ισχύος οι μετασχηματιστές παίρνουν διάφορες ονομασίες. Ο μετασχηματιστής που συνδέεται στην έξοδο μιας γεννήτριας και ανυψώνει το επίπεδο της τάσης εξόδου της, πριν οδηγηθεί στη γραμμή μεταφοράς ονομάζεται μετασχηματιστής μονάδος. Ο μετασχηματιστής στο άλλο άκρο της γραμμής μεταφοράς που υποβιβάζει το επίπεδο της τάσης της γραμμής στα επίπεδα διανομής ονομάζεται μετασχηματιστής υποσταθμού. Τέλος ο μετασχηματιστής που υποβιβάζει την τάση διανομής στα επίπεδα της χρησιμοποίησης τάσης ονομάζεται μετασχηματιστής διανομής. Όλοι οι παραπάνω μετασχηματιστές παρουσιάζουν μικρές διαφορές μεταξύ τους και

34 η βασικότερη από αυτές βρίσκεται στο τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιείται ο καθένας. Εκτός από τους μετασχηματιστές ισχύος, πολύ σημαντικοί είναι και δύο άλλοι τύποι μετασχηματιστών. Ο πρώτος από αυτούς χρησιμοποιείται για τη μετατροπή ης υψηλής τάσης εισόδου σε κάποια χαμηλή τιμή ανάλογη της πρώτης και ονομάζεται μετασχηματιστής τάσης. Τη λειτουργία αυτού του μετασχηματιστή μπορεί να την υλοποιήσει και ο μετασχηματιστής ισχύος, όμως η διαφορά τους βρίσκεται στο γεγονός ότι ο μετασχηματιστής τάσης λειτουργεί μόνο με ρεύματα πολύ χαμηλής τιμής. Ο δεύτερος ειδικός τύπος μετασχηματιστή μετατρέπει το υψη?α3 ρεύμα εισόδου σε χαμηλό ρεύμα δευτερεύοντος ανάλογο του ρεύματος εισόδου και ονομάζεται μετασχηματιστής ρεύματος. ΠΡΟΣΤΑΣΙΕΣ Μ / Τ. ΓΙΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΑ ΣΦΑΛΜΑΤΑ : 1. Τα ρελέβυοιιοιζ 2. Διαφορική προστασία ΓΙΑ ΕΞΩΤΕΡΙΚΕΣ ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ : Προστασία από ατμοσφαιρικές υτιερτάσεις Προστασία από εξωτερικά βραχυκυκλώματα 3. Προστασία από θερμικές υπερκαταπονήσεις

35 ΜΕΛΕΤΗ ΥΗΕ Φάσεις της μελέτης Η μελέτη ενός ΥΗΕ περιλαμβάνει διάφορες φάσεις οι οποίες αρχίζουν από την τεκμηριωμένη πρόταση υδροηλεκτρικής ανάπτυξης μιας θέσεως μέχρι την ολοκλήρωση της μελέτης εφαρμογής. Οι φάσεις της μελέτης ενός ΥΗΕ είναι οι εξής: α) αναγνωριστική μελέτη β) προκαταρτική μελέτη γ) μελέτη εφαρμογής Σκοπός της αναγνωριστικής μελέτης είναι η διαπίστωση του εάν η εξεταζόμενη θέση αξίζει περισσότερης διερεύνησης. Εάν διαπιστωθεί ότι αξίζει τότε προχωράμε στην προκαταρτική μελέτη. Για την εκπόνηση της αναγνωριστικής μελέτης ακολουθούνται τα ίδια βήματα όπως και κατά την προκαταρτική μελέτη με την διαφορά ότι η ανάλυση δεν είναι τόσο λεπτομερής, ενώ παράλληλα βασίζεται στην συλλογή υπαρχόντων στοιχείων έτσι ώστε να μην δαπανηθεί χρόνος και χρήμα για ένα αβέβαιο αποτέλεσμα. Σκοπός της προκαταρτικής μελέτης είναι η διαμόρφωση και διαστολόγηση του έργου όπως θα προκόψει από την εξέταση και ανάλυση διαφόρων εναλλακτικών λύσεων. Η προκαταρτική μελέτη ολοκληρώνεται με πλήρη και λεπτομερή χρηματοδοτική ανάλυση του έργου η οποία θα περιλαμβάνει ανάλυση της ευαισθησίας των διαφόρων τεχνικοοικονομικών παραμέτρων. Η μελέτη εφαρμογής σκοπό έχει την σύνταξη όλων των τευχών δημοπράτησης των αναλυτικών σχεδίων και υπολογισμών των προδιαγραφών των έργων και του εξοπλισμού καθώς και την ολοκλήρωση των διαδικασιών αδειοδότησης και χρηματοδότησης του έργου.