Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Σπουδαστής: Αβαγιανός Π. Ευάγγελος

Transcript

1

2 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Σπουδαστής: Αβαγιανός Π. Ευάγγελος Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: Κόγια Γρ. Φωτεινή Καβάλα, Μάρτιος 2009

3 Αφιερώνεται στους πολυαγαπημένους μου γονείς και στον αδελφό μου

4 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η εργασία αυτή αποτελεί την Πτυχιακή μου Εργασία στα πλαίσια των σπουδών μου στο Τμήμα Ηλεκτρολογίας του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Η εκπόνησή της ξεκίνησε τον Αύγουστο του 2008 και ολοκληρώθηκε τον Μάρτιο του 2009, υπό την επίβλεψη της Καθηγήτριας κας Κόγια Γρ. Φωτεινής, Καθηγήτριας Εφαρμογών του Τομέα Φυσικής, του Γενικού Τμήματος Θετικών Επιστημών, της Σχολής Τεχνολογικών Εφαρμογών, του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Η παρούσα εργασία, είχε ως σκοπό τη μελέτη του Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου (Π.Υ.Υ.Ε.) της Ικαρίας. Ο τελικός στόχος αυτής ήταν η συγκέντρωση στοιχείων, η διατύπωση παρατηρήσεων και η εξαγωγή συμπερασμάτων τα οποία πιθανό να φανούν χρήσιμα στη μελλοντική ευρεία αξιοποίηση των Υβριδικών Συστημάτων σε μη διασυνδεδεμένα νησιωτικά συστήματα. Αισθάνομαι την υποχρέωση να ευχαριστήσω θερμά την Καθηγήτρια κα Κόγια Φωτεινή, τόσο για την ανάθεση του θέματος, όσο και για το αμείωτο ενδιαφέρον και την προθυμία της στην εξεύρεση πληροφοριών, για τις εύστοχες υποδείξεις σχετικά με τον τρόπο χειρισμού του θέματος, καθώς επίσης και για την αμέριστη βοήθεια, καθοδήγηση και συμπαράσταση που μου παρείχε όλο αυτό το διάστημα. Η συμβολή της στην πραγματοποίηση αυτής της εργασίας ήταν καθοριστική. Ένα μεγάλο ευχαριστώ στους γονείς μου και στον αδελφό μου, για την εμπιστοσύνη τους στις δυνάμεις μου, για τη συνεχή συμπαράσταση και υποστήριξη που είχα από μέρους τους, καθώς και για την υπομονή και κατανόηση που μου έδειξαν ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια των σπουδών μου. Τελειώνοντας, θα ήταν παράλειψή μου να μην αναφερθώ στους καθηγητές και στους συμφοιτητές μου, για την προθυμία με την οποία μου παρείχαν τη βοήθειά τους, όποτε τη χρειάστηκα, καθώς επίσης και σε όλους αυτούς που ανήκουν στο φιλικό μου περιβάλλον, οι οποίοι μου συμπαραστάθηκαν και με ενθάρρυναν κατά την προσπάθεια πραγματοποίησης των στόχων μου. Καβάλα, Μάρτιος 2009

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΗΠΙΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ ΕΙΔΗ ΗΠΙΩΝ ΜΟΡΦΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΒΙΟΜΑΖΑ Η ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΗΠΙΩΝ ΜΟΡΦΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 3.1 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΩΣ ΣΧΕΔΙΑΖΟΝΤΑΙ ΤΑ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΑ ΔΥΣΚΟΛΙΕΣ ΠΟΥ ΠΡΟΚΥΠΤΟΥΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΩΝ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΕΝΟΣ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ ΜΙΚΡΑ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΝΟΣ ΜΙΚΡΟΥ ΥΗΕ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΕΝΟΣ ΜΙΚΡΟΥ ΥΗΕ ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΥΔΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΥΣ ΥΔΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΣ ΥΔΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΙ ΔΡΑΣΕΩΣ ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΥΠΟΥ ΥΔΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΥ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΩΝ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΩΝ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ 30

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 4.1 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΑΛΛΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΙΔΗ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΕΡΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΜΙΑΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΟΥ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ Η ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΤΗΣ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ 44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΜΕΛΕΤΕΣ ΠΟΥ ΑΠΑΙΤΟΥΝΤΑΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΟΥ ΠΡΟΤΥΠΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ 5.1 ΜΕΛΕΤΗ ΜΙΚΡΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ (ΜΥΗΕ) ΜΕΛΕΤΗ ΣΚΟΠΙΜΟΤΗΤΑΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΜΙΚΡΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ (ΜΥΗΕ) ΠΡΟΜΕΛΕΤΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΜΥΗΕ ΜΕΛΕΤΗ - ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΥΔΡΟΣΤΡΟΒΙΛΩΝ ΤΥΠΟΥ BANKI, PELTON, ΑΞΟΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΛΟΓΗ ΑΝΤΛΙΩΝ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ (ΜΠΕ) ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΒΑΘΜΟΥ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΜΥΗΕ ΠΡΟΜΕΛΕΤΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΣΕ ΕΠΙΠΕΔΟ ΛΕΚΑΝΗΣ, ΥΠΟΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΜΕΛΕΤΗ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΠΑΡΚΟΥ ΠΡΟΜΕΛΕΤΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ 51

7 5.2.2 ΕΠΙΛΟΓΗ ΘΕΣΗΣ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΠΑΡΚΟΥ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ (ΜΠΕ) 51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ο Η ΥΠΟ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΟΧΗ 6.1 ΧΑΡΤΕΣ ΑΙΟΛΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΙΚΑΡΙΑΣ ΠΑΡΟΥΣΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΓΙΑΤΙ ΕΝΔΕΙΚΝΥΤΑΙ Η ΙΚΑΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΕΡΓΟΥ 61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ο ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΡΟΤΥΠΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ ΙΚΑΡΙΑΣ 7.1 ΓΕΝΙΚΑ ΥΒΡΙΔΙΚΟ ΕΡΓΟ ΙΚΑΡΙΑΣ ΓΕΝΙΚΑ ΣΚΟΠΟΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ ΙΚΑΡΙΑΣ ΘΕΣΗ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ ΔΙΑΤΑΞΗ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ 66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ο ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΡΟΤΥΠΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ ΙΚΑΡΙΑΣ 8.1 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΧΡΟΝΟΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ ΜΕΛΕΤΗΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΗΣ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ ΠΡΟΒΛΕΠΟΜΕΝΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΡΟΤΥΠΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ ΙΚΑΡΙΑΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ ΑΝΑΣΤΡΕΨΙΜΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ SCADA 74

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ο ΥΔΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΙ PELTON 77 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10 ο ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ENERCON E ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ENERCON E ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΕΠΟΠΤΕΙΑΣ (ENERCON SCADA) ΘΟΡΥΒΟΣ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΕΣ ΤΗΣ Ε ΑΙΣΘΗΤΗΡΙΑ Ε ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ Ε ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11 ο ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ ΙΚΑΡΙΑΣ 11.1 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΓΕΝΙΚΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΟΥ Π.Υ.Υ.Ε. ΙΚΑΡΙΑΣ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΟΥ Π.Υ.Υ.Ε. ΙΚΑΡΙΑΣ 92 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 12 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 12.1 ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ - ΠΡΟΣΔΟΚΙΕΣ ΜΕΛΕΤΗ ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗΣ ΑΥΤΟΝΟΜΩΝ ΝΗΣΙΩΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΘΕΩΡΗΣΗ ΑΠΟ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΠΛΕΥΡΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΕΙΩΣΗΣ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΔΟ Η ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΔΕΗ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΤΩΝ ΑΠΕ (ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΤΕΛΟΥΣ 2008 ΑΡΧΗΣ 2009) Η ΕΛΛΑΔΑ ΕΧΕΙ ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ ΦΥΣΙΚΟ ΠΛΟΥΤΟ ΑΠΟ ΑΠΕ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ « » 101

9 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: ΠΟΡΕΙΑ ΚΑΙ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ ΣΤΗΝ ΙΚΑΡΙΑ Π.1 ΤΟ ΑΝΑΣΤΡΕΨΙΜΟ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΕΡΓΟ ΤΗΣ Β.Δ. ΙΚΑΡΙΑΣ Π 2 Π.2 ΠΩΣ ΞΕΚΙΝΗΣΕ ΤΟ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝ ΓΙΑ ΤΟ ΕΡΓΟ Π 2 Π.3 ΟΛΙΓΩΡΙΑ Ή ΑΔΥΝΑΜΙΑ ΤΗΣ ΑΥΤΟΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΝΑ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΕΙ ΤΗΝ ΠΡΩΤΟΠΟΡΙΑΚΗ ΑΥΤΗ ΙΔΕΑ Π 4 Π.4 ΕΝΗΜΕΡΩΤΙΚΟ ΣΗΜΕΙΩΜΑ ΣΕ ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΟΛΗΣ Π 10 Π.5 ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ ΚΕΙΜΕΝΟ ΑΠΟ ΤΗ ΣΑΜΙΑΚΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ Π 15 ΥΠΟΘΕΣΗΣ ΣΤΟ ΠΕΖΙ Π.6 ΔΗΜΟΣΙΕΥΜΑ ΣΤΟ SITE NIKARIA.GR ΤΗΝ 29/12/03 Π 18 Π.7 ΕΓΚΛΗΜΑ ΣΤΗ ΔΕΗ. ΝΕΟ «ΣΚΑΝΔΑΛΟ ΜΙΖΑΝ» ΣΤΗΝ ΙΚΑΡΙΑ Π 19 Π.8 AΚΥΡΩΣΗ ΤΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΥ ΓΙΑ ΤΟ ΥΒΡΙΔΙΚΟ - ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΕΡΓΟ ΤΗΣ ΙΚΑΡΙΑΣ Π 20 Π.9 ΝΑΥΑΓΕΙ ΤΟ ΠΡΩΤΟΠΟΡΙΑΚΟ (ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ) ΥΒΡΙΔΙΚΟ ΕΡΓΟ ΣΤΗΝ ΙΚΑΡΙΑ. ΟΜΟΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΔΕΗ ΓΙΑ ΛΑΘΟΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΣΕ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟ Π 22 Π.10 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ ΣΤΟ ΠΕΖΙ ΤΗΣ ΙΚΑΡΙΑΣ Π 23 Π.11 ΠΡΟΤΥΠΟ ΥΒΡΙΔΙΚΟ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΟ Π 24 Π.12 ΔΕΛΤΙΟ ΤΥΠΟΥ Π 25 Π.13 ΧΑΙΡΕΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ κ. ΔΗΜΗΤΡΗ ΣΙΟΥΦΑ Π 26

10 Κεφάλαιο 1 ο : Εισαγωγή ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στις αρχές της δεκαετίας του '50 έκανε δειλά την εμφάνισή του, με μορφή φιλοσοφικού στοχασμού, το Ενεργειακό πρόβλημα. Παρά το γεγονός ότι το 1950 τα εκτιμώμενα εκμεταλλεύσιμα αποθέματα είχαν επάρκεια είκοσι (20) χρόνων, επικρατούσε κάποια νηφαλιότητα σε σχέση με την Ενεργειακή τροφοδότηση. Με την εμφάνιση της Eνεργειακής κρίσης του 1973 άρχισε και η συνειδητοποίηση του Ενεργειακού προβλήματος. Μέχρι το τέλος του 20ου αιώνα, τα Ευρωπαϊκά και τα άλλα Βιομηχανικά κράτη απολάμβαναν φθηνό και άφθονο Ενεργειακό εφοδιασμό. Οι εύκολα διαθέσιμοι Ενεργειακοί Πόροι, η ανυπαρξία περιορισμών για το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) και οι πιέσεις των δυνάμεων της αγοράς, κατέστησαν τα Βιομηχανικά κράτη εξαρτημένα από τα ορυκτά καύσιμα και υποβάθμισαν το ενδιαφέρον για καινοτομία και επενδύσεις σε νέες Ενεργειακές Τεχνολογίες. Ο Δυτικός κόσμος με την ολοένα αυξανόμενη απαίτηση για ενέργεια, «αποστραγγίζει» σταδιακά τον Πλανήτη και το μέλλον δυστυχώς, δε φαίνεται ρόδινο. Οι μεγάλες Ενεργειακές απαιτήσεις της Βιομηχανικής μας εποχής οδήγησαν τον άνθρωπο στην αλόγιστη και σπάταλη εκμετάλλευση των συμβατικών καυσίμων. Με το ρυθμό της ολοένα και αυξανόμενης κατανάλωσης Ενέργειας στον Πλανήτη, οι πόροι, όπως οι ορυκτές καύσιμες ύλες από τις οποίες χρησιμοποιούμε το μεγαλύτερο μέρος της Ενέργειας, έχουν αρχίσει να εξαντλούνται, γεγονός το οποίο οδηγεί αναπόφευκτα σε αύξηση των τιμών και προβλήματα τα οποία δύσκολα επιλύονται. Η συνεχής αύξηση της κατά κεφαλήν κατανάλωσης Ενέργειας, σε συνδυασμό με την έντονη ανομοιομορφία της Ενεργειακής ζήτησης στις διάφορες περιοχές του Πλανήτη, εγγυώνται τη διατήρηση υψηλών ρυθμών κατανάλωσης Ενέργειας και κατά τα επόμενα χρόνια. Ένα χαρακτηριστικό αριθμητικό παράδειγμα το οποίο αποδεικνύει την κατασπατάληση της Ενέργειας, η οποία συντελείται από το σύγχρονο άνθρωπο, προκύπτει εάν αναλογιστούμε ότι, ενώ απαιτούνται κατά μέσο όρο 2500 kcal ημερησίως για τη διατροφή Σελίδα 1

11 Κεφάλαιο 1 ο : Εισαγωγή ενός ενήλικα ανθρώπου, η κατά κεφαλήν κατανάλωση Ενέργειας από το μέσο κάτοικο των Η.Π.Α. υπερβαίνει τις kcal την ημέρα. Επιπλέον, λαμβάνοντας υπόψη τις Τεχνολογικά αναπόφευκτες απώλειες Ενέργειας στα συστήματα παραγωγής και μεταφοράς, καθώς και τη μη ορθολογική χρήση της Ενέργειας, όπως και την αδιαφορία και έλλειψη ενημέρωσης των πολιτών για την αναμενόμενη εξάντληση των βεβαιωμένων Ενεργειακών αποθεμάτων, αρκετοί επιστήμονες πιστεύουν ότι η άφιξη του «Ενεργειακού Χειμώνα» στον Πλανήτη μας καθίσταται σχεδόν αναπόφευκτη. Τέλος οι τέσσερις πληγές του ανθρώπινου είδους είναι: η μείωση των Ενεργειακών αποθεμάτων, η ρύπανση του περιβάλλοντος, ο υπερπληθυσμός και η εξάντληση των φυσικών πόρων. Σχετικά ακριβείς αναλύσεις εκτιμούν την Παγκόσμια Ενεργειακή κατανάλωση το έτος 1990 στα 0,42 Q με συνεχείς αυξητικούς ρυθμούς, τη στιγμή που το σύνολο των απολύτως βεβαιωμένων αποθεμάτων συμβατικών καυσίμων (άνθρακας, λιγνίτης, τύρφη, πετρέλαιο, φυσικό αέριο, σχάσιμα υλικά), δεν ξεπερνούν τα 250 Q, ενώ τα πιθανά ενεργειακά αποθέματα βρίσκονται κοντά στα 2500 Q (1 Q=1018 BTU= kwh=26, tn πετρελαίου). Επίσης πρέπει να τονισθεί ότι τα συμβατικά καύσιμα αποκαλούνται και μη ανανεώσιμα γιατί η χρονική περίοδος επαναδημιουργίας τους υπερβαίνει το ένα εκατομμύριο έτη, ενώ απαιτούνται ειδικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Με σταθερούς τους σημερινούς ρυθμούς αύξησης της κατανάλωσης Ενέργειας, τα συνολικά αποθέματα συμβατικών καυσίμων δεν επαρκούν για περισσότερο από τριακόσια χρόνια. Σε μια προσπάθεια να συνειδητοποιήσουμε το μέγεθος της κατασπατάλησης των διαθέσιμων Ενεργειακών πόρων του Πλανήτη μας, αξίζει να σημειώσουμε ότι η ανθρωπότητα έχει δαπανήσει τα τελευταία εκατό χρόνια, όλα τα αποθέματα πρώτων υλών και πηγών Ενέργειας, τα οποία αποταμιεύθηκαν κατά τη διάρκεια συνολικά της ζωής του Πλανήτη μας μέχρι σήμερα. Τέλος, η διαδικασία παραγωγής Ενέργειας με τη χρήση συμβατικών καυσίμων, επιβαρύνει έντονα το περιβάλλον (όξινη βροχή, φαινόμενο θερμοκηπίου, ραδιενεργά απόβλητα, αλλοίωση τοπίου). Συνεπώς, η μόνη απάντηση στην εξάντληση των συμβατικών καυσίμων και στη διαρκή επιβάρυνση του περιβάλλοντος από τη λειτουργία συμβατικών σταθμών παραγωγής, είναι η στροφή στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, (Υδροηλεκτρική, Αιολική, Ηλιακή, Βιομάζα, Ενέργεια από τα κύματα της θάλασσας και Γεωθερμική), οι Σελίδα 2

12 Κεφάλαιο 1 ο : Εισαγωγή οποίες δεν εξαντλούνται και δε ρυπαίνουν το περιβάλλον. Οι πράσινες αυτές πηγές Ενέργειας, ακόμα και τώρα, παραμένουν σε μεγάλο ποσοστό ανεκμετάλλευτες, αν και η Τεχνολογία γύρω από αυτές τα τελευταία χρόνια έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο και μάλιστα προς πηγές Ενέργειας τις οποίες δεν είχαμε ιδέα πως να εκμεταλλευτούμε παλαιότερα. Φυσικά, οι ανανεώσιμες πηγές δεν είναι δυνατό να επιλύσουν το συνολικό Ενεργειακό πρόβλημα της ανθρωπότητας, τουλάχιστον με τα σημερινά οικονομικά και Τεχνολογικά δεδομένα. Εάν όμως η αξιοποίησή τους συνδεθεί με την προσπάθεια εξοικονόμησης των συμβατικών πηγών Ενέργειας και με την ορθολογική διαχείριση των υφιστάμενων Ενεργειακών πόρων, είναι δυνατή η σταδιακή απομάκρυνση του εφιάλτη της ανθρωπότητας, δηλαδή του επερχόμενου Ενεργειακού χειμώνα. Είναι φανερό ότι για την επίλυση του Ενεργειακού προβλήματος είναι απαραίτητο να ελαχιστοποιηθεί η χρήση ορυκτών καυσίμων. Οποιαδήποτε όμως λύση θα πρέπει να εξασφαλίζει τις αξίες, τις παραδόσεις, την ευημερία και τις ελευθερίες του κοινωνικού συνόλου. Προς την κατεύθυνση αυτή, έχει γίνει ευρύτερα αποδεκτή η ανάγκη υλοποίησης τριών στρατηγικών με διαδοχικές (και μερικώς καλυπτόμενες) χρονικές περιόδους. Συγκεκριμένα: Η στρατηγική ορθολογικής διαχείρισης γνωστή και ως στρατηγική εξοικονόμησης Ενέργειας. Η στρατηγική υποκατάστασης των συμβατικών Ενεργειακών πηγών με Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ). Η στρατηγική έλευσης στο Ενεργειακό σύστημα του υδρογόνου ως Ενεργειακού φορέα. Η στρατηγική ορθολογικής διαχείρισης ή στρατηγική εξοικονόμησης Ενέργειας που διασφαλίζει χαμηλή κατανάλωση Ενεργειακών πόρων, παρά τα σημαντικά πλεονεκτήματά της δεν έχει εφαρμοστεί στον αναμενόμενο βαθμό. Μια τέτοια στρατηγική δε δημιουργεί συνθήκες Ενεργειακής στέρησης στην κοινωνία, αφού βασίζεται απλά στην αποδοτικότερη χρήση της. Η αύξηση της αποδοτικότητας σε όλες τις φάσεις της Ενεργειακής ροής έχει ως συνέπεια την περιστολή της αλόγιστης σπατάλης Ενεργειακών πόρων. Είναι φανερό ότι η εξοικονόμηση Ενέργειας αποτελεί τη φιλικότερη μορφή Ενέργειας για το περιβάλλον, αφού είναι το απόλυτα καθαρό καύσιμο με την έννοια ότι η εξοικονομούμενη ποσότητα καυσίμου δε χρησιμοποιείται. Η ιδιότητα αυτή την καθιστά ταυτόχρονα ανεξάντλητη πηγή Ενέργειας. Σελίδα 3

13 Κεφάλαιο 1 ο : Εισαγωγή Η στρατηγική για τη δεύτερη περίοδο, της υποκατάστασης των συμβατικών καυσίμων με ΑΠΕ είναι άμεσα συνδεδεμένη με εκείνη της εξοικονόμησης Ενέργειας. Μόνο στην περίπτωση που για την πρώτη περίοδο αποκατασταθούν συνθήκες οικονομικής ανάπτυξης και γεωπολιτικής σταθερότητας είναι δυνατό να εξασφαλιστούν οι προϋποθέσεις μιας μακροχρόνιας στρατηγικής επιτυχούς εκμετάλλευσης των ΑΠΕ. Παρά τη βεβαιότητα που επικρατεί, οι ΑΠΕ δεν είναι «αθώες» ως προς τις επιπτώσεις τους στο περιβάλλον. Για το λόγο αυτό στο μελλοντικό Ενεργειακό Σύστημα ΑΠΕ, είναι σκόπιμο για την αριστοποίηση της λειτουργίας του να λαμβάνονται υπόψη και περιβαλλοντικά κριτήρια. Η αποτελεσματικότητα της στρατηγικής έλευσης του υδρογόνου εξαρτάται, εκτός των παραγόντων που προσδιορίζουν την κοινωνική και οικονομική αποδοχή του, και από δύο βασικές Τεχνολογικές προϋποθέσεις: Για την παραγωγή του θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη το νερό και όχι άλλες ενώσεις που περιέχουν υδρογόνο (π.χ. προϊόντα ορυκτών καυσίμων). Η απαιτούμενη Ενέργεια για την παραγωγή του υδρογόνου επιβάλλεται να προέρχεται από ΑΠΕ. Μόνο με τις προϋποθέσεις αυτές το Ενεργειακό Σύστημα του υδρογόνου θα αναδείξει την υπεροχή του ως προς τη βιωσιμότητά του και τη φιλικότητά του προς το περιβάλλον. Σήμερα το 80% της Ενέργειας προέρχεται από ορυκτά καύσιμα, το 14% από ΑΠΕ και το 6% από Πυρηνικούς Σταθμούς. Η χώρα μας δε θεωρείται ευνοημένη από πλευράς ύπαρξης αποθεμάτων συμβατικών καυσίμων, γεγονός που την υποχρεώνει σε έντονη εξάρτηση από εισαγόμενα καύσιμα και σχετικά μικρό συντελεστή Ενεργειακής αυτάρκειας. Αναπόφευκτα και στη χώρα μας ακολουθούνται οι πολιτικές της Ε.Ε. με καθυστέρηση και χωρίς προσαρμογή στα δεδομένα της χώρας. Έτσι, μέχρι τώρα έχουν υλοποιηθεί προγράμματα: εξοικονόμησης Ενέργειας, εισαγωγής ΑΠΕ, παραγωγής βιοκαυσίμων κ.ά., τα οποία δεν είχαν το απαιτούμενο μέγεθος παρέμβασης, αλλά ταυτόχρονα δε συνοδεύονταν από ευκρινείς και ποσοτικοποιημένους στόχους, με συνέπεια τα αποτελέσματα να επιφέρουν ασήμαντες μεταβολές στο Ενεργειακό ισοζύγιο της χώρας. Είναι κοινότοπη αναφορά το γεγονός ότι η Ελλάδα διαθέτει σημαντικό δυναμικό ΑΠΕ (Ηλιακό, Αιολικό), το οποίο άμεσα είναι απαραίτητο να αξιοποιηθεί σε συνδυασμό με πολλαπλές δράσεις εξοικονόμησης Ενέργειας, ώστε να προετοιμασθεί το έδαφος για την έλευση του υδρογόνου. Η σταδιακή Σελίδα 4

14 Κεφάλαιο 1 ο : Εισαγωγή αλλαγή του Ενεργειακού Συστήματος από την εξοικονόμηση, τις ΑΠΕ, μέχρι το υδρογόνο, δεν είναι μόνο αποτελεσματική αλλά και αναγκαία για τη συνολική αντιμετώπιση του Ενεργειακού προβλήματος. Έτσι, τα φαινομενικά ετερόκλητα και ασύνδετα μεταξύ τους προβλήματα όπως η ρύπανση του περιβάλλοντος, η ανεπάρκεια του νερού, οι πληθωριστικές πιέσεις, οι χαμηλοί ρυθμοί ανάπτυξης, η σπατάλη φυσικών πόρων κ.ά., θα υποχωρούν ανάλογα με το βαθμό αλλαγής του Ενεργειακού συστήματος. Ας ελπίσουμε ότι τα ανωτέρω θα τα συνειδητοποιήσουν υπευθύνως οι υπεύθυνοι. Σύμφωνα με τη Διακυβερνητική Επιτροπή για την αλλαγή του κλίματος (IPCC), οι εκπομπές αερίων θερμοκηπίου έχουν ήδη ανεβάσει τη θερμοκρασία κατά 0,6 Παγκοσμίως. Εάν δε ληφθούν μέτρα, θα σημειωθεί αύξηση κατά 1,4 έως 5,8 o C έως τα τέλη του αιώνα. Μετρήσεις σύμφωνα με την WWF αποδεικνύουν ότι η μέση στάθμη της θάλασσας σε Παγκόσμιο επίπεδο έχει ανέβει περίπου 0,1 0,2 m κατά τον 20 ο αιώνα. Αν συνεχιστούν οι ίδιο ρυθμοί, η στάθμη της θάλασσας θα ανέβει σχεδόν ένα (1) μέτρο έως το Εξάλλου, αν συνεχιστεί η αποκόλληση των παγετώνων της Δυτικής Ανταρκτικής, όπως ο Larsens B το 2002, τότε, κατά το δυσμενέστερο σενάριο, η Παγκόσμια στάθμη της θάλασσας θα ανέβει κατά 6-8 m έως το o C Σελίδα 5

15 Κεφάλαιο 2 ο : Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΗΠΙΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Οι Ήπιες Μορφές Ενέργειας ή «Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας» (ΑΠΕ) ή «Νέες Πηγές Ενέργειας» 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. Καταρχήν, για την εκμετάλλευσή τους δεν απαιτείται κάποια ενεργητική παρέμβαση, όπως εξόρυξη, άντληση, καύση, όπως με τις μέχρι τώρα χρησιμοποιούμενες πηγές Ενέργειας, αλλά απλώς η εκμετάλλευση της ήδη υπάρχουσας ροής Ενέργειας στη φύση. Δεύτερο, πρόκειται για «καθαρές» μορφές Ενέργειας, πολύ φιλικές στο περιβάλλον, που δεν αποδεσμεύουν υδρογονάνθρακες, διοξείδιο του άνθρακα ή τοξικά και ραδιενεργά απόβλητα όπως οι παραδοσιακές πηγές Ενέργειας (π.χ. του πετρελαίου ή του άνθρακα), που χρησιμοποιούνται σε μεγάλη κλίμακα. Ο χαρακτηρισμός «Ανανεώσιμες» είναι κάπως καταχρηστικός, αφού ορισμένες από αυτές τις πηγές, όπως η Γεωθερμική Ενέργεια δεν ανανεώνονται σε κλίμακα χιλιετιών. Τελευταία από την Ευρωπαϊκή Ένωση αλλά και από πολλά κράτη υιοθετούνται νέες πολιτικές για τη χρήση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, που προάγουν τέτοιες εσωτερικές πολιτικές και για τα κράτη μέλη. Οι Ήπιες Μορφές Ενέργειας βασίζονται στην ουσία στην Ηλιακή ακτινοβολία, με εξαίρεση τη Γεωθερμική Ενέργεια, η οποία είναι ροή Ενέργειας από το εσωτερικό του φλοιού της Γης, και την Ενέργεια από τις παλίρροιες που εκμεταλλεύεται τη βαρύτητα. Οι βασιζόμενες στην Ηλιακή ακτινοβολία Ήπιες Μορφές Ενέργειας είναι Ανανεώσιμες, αφού δεν πρόκειται να εξαντληθούν όσο υπάρχει ο Ήλιος, δηλαδή για μερικά ακόμα δισεκατομμύρια χρόνια. Ουσιαστικά είναι Ηλιακή Ενέργεια «συσκευασμένη» κατά τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Η Βιομάζα είναι Ηλιακή Ενέργεια δεσμευμένη στους ιστούς των φυτών μέσω της φωτοσύνθεσης, η Αιολική εκμεταλλεύεται τους ανέμους που προκαλούνται από τη θέρμανση του αέρα ενώ αυτές που βασίζονται στο νερό εκμεταλλεύονται τον κύκλο εξάτμισης - συμπύκνωσης του νερού και την κυκλοφορία του. Σελίδα 6

16 Κεφάλαιο 2 ο : Ήπιες Μορφές Ενέργειας Η Γεωθερμική Ενέργεια δεν είναι ανανεώσιμη, καθώς τα γεωθερμικά πεδία κάποια στιγμή εξαντλούνται. 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 Ήπιες Μορφές Ενέργειας είναι πολλαπλάσιο της Παγκόσμιας συνολικής κατανάλωσης Ενέργειας. Η υψηλή όμως μέχρι πρόσφατα τιμή των νέων Ενεργειακών εφαρμογών, τα τεχνικά προβλήματα εφαρμογής καθώς και πολιτικές και οικονομικές σκοπιμότητες που έχουν να κάνουν με τη διατήρηση του παρόντος στάτους κβο στον Ενεργειακό τομέα, εμπόδισαν την εκμετάλλευση έστω και μέρους αυτού του δυναμικού. Ειδικά στην Ελλάδα, που έχει μορφολογία και κλίμα κατάλληλο για νέες Ενεργειακές εφαρμογές, η εκμετάλλευση αυτού του Ενεργειακού δυναμικού θα βοηθούσε σημαντικά στην Ενεργειακή αυτονομία της χώρας. Το ενδιαφέρον για τις Ήπιες Μορφές Ενέργειας ανακινήθηκε τη δεκαετία του 1970, ως αποτέλεσμα κυρίως των απανωτών πετρελαϊκών κρίσεων της εποχής, αλλά και της αλλοίωσης του περιβάλλοντος και της ποιότητας ζωής από τη χρήση κλασικών πηγών Ενέργειας. Ιδιαίτερα ακριβές στην αρχή, ξεκίνησαν σαν πειραματικές εφαρμογές. Σήμερα όμως λαμβάνονται υπόψη στους επίσημους σχεδιασμούς των ανεπτυγμένων κρατών για την Ενέργεια και, αν και αποτελούν πολύ μικρό ποσοστό της Ενεργειακής παραγωγής, ετοιμάζονται βήματα για παραπέρα αξιοποίησή τους. Το κόστος δε των εφαρμογών ήπιων μορφών Ενέργειας πέφτει συνέχεια τα τελευταία είκοσι χρόνια και ειδικά η Αιολική και Υδροηλεκτρική Ενέργεια, αλλά και η Βιομάζα, μπορούν πλέον να ανταγωνίζονται στα ίσα παραδοσιακές πηγές Ενέργειας όπως ο άνθρακας και η Πυρηνική Ενέργεια. Ενδεικτικά, στις Η.Π.Α. ένα 6% της Ενέργειας προέρχεται από Ανανεώσιμες Πηγές, ενώ στην Ευρωπαϊκή Ένωση το 2010 το 25% της Ενέργειας θα προέρχεται από Ανανεώσιμες Πηγές (κυρίως Υδροηλεκτρικά και Βιομάζα). 2.2 ΕΙΔΗ ΗΠΙΩΝ ΜΟΡΦΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η Βιομηχανία της Αιολικής Ενέργειας έχει παρουσιάσει ραγδαία άνθηση τα τελευταία χρόνια. Ενώ το Παγκόσμιο εγκατεστημένο δυναμικό της Αιολικής Ενέργειας ανερχόταν το 1998 σε λίγο περισσότερο από MW συνολικά, το 2005 είχε ήδη Σελίδα 7

17 Κεφάλαιο 2 ο : Ήπιες Μορφές Ενέργειας φτάσει τα MW. Το νούμερο αυτό αναμένεται να ανέβει στα MW μέχρι το Η βασική αιτία αυτής της ραγδαίας ανάπτυξης είναι το σχετικά χαμηλό κόστος της Αιολικής Ενέργειας σε σχέση με τις άλλες Ήπιες Μορφές Ενέργειας. Εικόνα 2.1 Αιολικό Πάρκο Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας ενός Αιολικού Πάρκου δεν εκπέμπεται διοξείδιο του άνθρακα ή άλλα αέρια που ρυπαίνουν την ατμόσφαιρα (μονοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του θείου, καρκινογόνα μικροσωματίδια κ.ά.), όπως συμβαίνει με τους συμβατικούς σταθμούς παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας. Σε όλη τη διάρκεια της χρήσης της, μια και μόνο ανεμογεννήτρια 1,5 MW μπορεί να εξοικονομήσει περί τους ογδόντα χιλιάδες (80000) τόνους ορυκτού άνθρακα. Αυτό σημαίνει ότι όχι μόνο δεν εντείνεται το φαινόμενο του θερμοκηπίου, αλλά και δεν υπάρχουν αρνητικές συνέπειες στη δημόσια υγεία από την ατμοσφαιρική ρύπανση Η ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Υπάρχουν πολλά διαφορετικά συστήματα τα οποία επωφελούνται από την Ενέργεια η οποία παράγεται από τον Ήλιο. Σελίδα 8

18 Κεφάλαιο 2 ο : Ήπιες Μορφές Ενέργειας Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία μετατρέπουν την Ηλιακή ακτινοβολία απευθείας σε Ηλεκτρική Ενέργεια. Τέτοια στοιχεία εκτός από τη χρήση σε φωτοβολταϊκά πάρκα, συχνά ενσωματώνονται και στις στέγες. Τα φωτοβολταϊκά προσφέρουν το πρόσθετο πλεονέκτημα να μπορούν να προμηθεύσουν Ενέργεια σε αραιοκατοικημένες περιοχές, οι οποίες δεν καλύπτονται από τα δίκτυα ηλεκτροδότησης, βελτιώνοντας έτσι την ποιότητα ζωής και προωθώντας την αειφόρο ανάπτυξη. Εικόνα 2.2 Διατάξεις αξιοποίησης Ηλιακής Ενέργειας Οι σταθμοί Ηλιακής Θερμικής Ενέργειας αξιοποιούν τη θερμότητα του Ήλιου, πρώτα συγκεντρώνοντας την Ηλιακή ακτινοβολία με τη βοήθεια κατόπτρων για να θερμάνουν νερό ή κάποιο άλλο μέσο και μετά μετατρέποντας τον ατμό σε Ηλεκτρική Ενέργεια μέσω μιας γεννήτριας. Η Ηλιακή Θερμική Ενέργεια είναι πολλά υποσχόμενη για τις πόλεις, όπου η ατμοσφαιρική ρύπανση τείνει να είναι μεγάλο πρόβλημα. Οι σταθμοί Ηλιακής Θερμικής Ενέργειας ανοίγουν προοπτικές για μελλοντικές μεταφορές Ενέργειας από θερμές αναπτυσσόμενες σε ψυχρές ανεπτυγμένες χώρες Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Σελίδα 9

19 Κεφάλαιο 2 ο : Ήπιες Μορφές Ενέργειας Η Γεωθερμική Ενέργεια έχει να κάνει με τη χρήση της θερμότητας της Γης για την παραγωγή Ενέργειας. Οι αντλίες Γεωθερμικής Ενέργειας μπορούν να χρησιμοποιηθούν σχεδόν παντού. Η τεχνολογία για την άντληση Γεωθερμικής Ενέργειας διαφοροποιείται σε ρηχή Γεωθερμική σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες και σε βαθιά Γεωθερμική στις υψηλότερες θερμοκρασίες. Η σχετικά σταθερή θερμοκρασία των ανώτερων δέκα πέντε (15) μέτρων της επιφάνειας της Γης (ή των υπογείων υδάτων), που τυπικά είναι γνωστή ως αβαθής Γεωθερμική Ενέργεια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θέρμανση ή ψύξη κτιρίων. Η αντλία θερμότητας χρησιμοποιεί μία σειρά από σωλήνες για να κυκλοφορεί υγρό μέσω του θερμού εδάφους. Το χειμώνα, που το έδαφος είναι θερμότερο από τα κτίρια στην επιφάνεια, το υγρό απορροφά αυτή τη θερμότητα η οποία εν συνεχεία συμπυκνώνεται μέσω γεωεναλλακτών ή συλλεκτών θερμότητας και μεταφέρεται στα κτίρια. Το καλοκαίρι, που το έδαφος είναι δροσερότερο, γίνεται η αντίστροφη διαδικασία δηλαδή η αντλία μεταφέρει θερμότητα από τα κτίρια στο έδαφος. Εικόνα 2.3 Διατάξεις αξιοποίησης Γεωθερμικής Ενέργειας Η άντληση της Ενέργειας από τα βαθύτερα στρώματα της Γης, η λεγόμενη βαθιά Γεωθερμική Ενέργεια, απαιτεί τη διάνοιξη γεωτρήσεων σε μεγάλο βάθος. Εάν διαθέτουμε Σελίδα 10

20 Κεφάλαιο 2 ο : Ήπιες Μορφές Ενέργειας θερμά υπόγεια ύδατα, μπορούμε να τα χρησιμοποιήσουμε απευθείας σε σταθμούς Υδροθερμικής Ενέργειας για την παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας και θερμότητας. Εάν δε διαθέτουμε, το νερό μπορεί να αντληθεί μεταξύ καυτών στρωμάτων βράχου και μετά να το επαναφέρουμε στην επιφάνεια σε υψηλή θερμοκρασία μέσω μιας δεύτερης διάνοιξης πηγαδιού. Με τη χρήση Γεωθερμικής Ενέργειας, δεν απαιτείται καμία καύση ορυκτών καυσίμων. Οι σταθμοί παραγωγής Γεωθερμικής Ενέργειας εκπέμπουν μόνο περίσσεια ατμού και πολύ λίγα ίχνη αερίων Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΒΙΟΜΑΖΑ Βιομάζα είναι οποιαδήποτε σχετικά νέα οργανική ύλη που προέρχεται από φυτά ως αποτέλεσμα της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης ή από ζώντες οργανισμούς γενικότερα. Η Ενέργεια από βιομάζα αντλείται από φυτικό και ζωικό υλικό, όπως ξύλο από τα δάση, υπολείμματα από γεωργικές και δασικές διαδικασίες και βιομηχανικά, ανθρώπινα ή ζωικά απόβλητα. Η βιομάζα μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: Παραδοσιακή βιομάζα που γενικά περιορίζεται στις αναπτυσσόμενες χώρες και σε χρήσεις μικρής κλίμακας. Περιλαμβάνει τα καυσόξυλα και το κάρβουνο για οικιακή χρήση, άλλα φυτικά υπολείμματα και την κοπριά ζώων. Η παραδοσιακή βιομάζα, που χρησιμοποιείται σε ανοιχτά τζάκια για μαγείρεμα και για θέρμανση, εξακολουθεί να είναι πολύ σημαντική στις αναπτυσσόμενες χώρες λόγω της έλλειψης εναλλακτικών λύσεων. Σελίδα 11

21 Κεφάλαιο 2 ο : Ήπιες Μορφές Ενέργειας Εικόνα 2.4 Βιομηχανική επεξεργασία βιομάζας Η σύγχρονη βιομάζα, που συνήθως αφορά χρήσεις μεγάλης κλίμακας, έχει σκοπό να υποκαταστήσει τις συμβατικές Ενεργειακές πηγές των ορυκτών καυσίμων. Περιλαμβάνει ξερά κλαδιά από το δάσος και τα γεωργικά υπολείμματα (άχυρο κ.ά.), οικιακά απόβλητα, βιοαέρια και βιοκαύσιμα από Ενεργειακές καλλιέργειες (βιοντήζελ, βιοαιθανόλη, πελλέτες κ.τ.λ.). Η σύγχρονη βιομάζα χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας και θερμότητας σε εγκαταστάσεις μεγάλης κλίμακας. Η βιομάζα σε όλες τις εφαρμογές της (παραγωγή Ενέργειας, θέρμανση, καύσιμα) συμβάλλει σημαντικά στην προστασία του περιβάλλοντος και τη διαφύλαξη των φυσικών πόρων, ανεξάρτητα αν χρησιμοποιούνται απόβλητα ή ειδικές Ενεργειακές καλλιέργειες Η ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η Υδροηλεκτρική Ενέργεια περιλαμβάνει την Ενέργεια από μικρές μονάδες Υδροηλεκτρικής παραγωγής, την Ενέργεια από τις παλίρροιες, και την Ενέργεια από τα θαλάσσια κύματα. Παγκοσμίως, η Υδροηλεκτρική Ενέργεια συμβάλλει κατά 19% στην παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας. Οι μονάδες παραγωγής αποτελούνται συνήθως από μια δεξαμενή κοντά σε κάποιο φράγμα, μέσα στην οποία συγκεντρώνεται μεγάλη ποσότητα νερού. Το Σελίδα 12

22 Κεφάλαιο 2 ο : Ήπιες Μορφές Ενέργειας νερό απελευθερώνεται ξαφνικά και διέρχεται με μεγάλη δύναμη μέσα από μια γεννήτρια, παράγοντας, κατά αυτόν τον τρόπο, Ενέργεια. Εικόνα 2.5 Υδροηλεκτρικό Φράγμα Η παραγωγή Ενέργειας από Υδροηλεκτρικές μονάδες δεν προκαλεί ρύπανση, αλλά τα Υδροηλεκτρικά Έργα, κυρίως οι μεγάλες μονάδες, συχνά προκαλούν άλλες περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Η κατασκευή σταθμών παραγωγής Υδροηλεκτρικής Ενέργειας μπορεί να αποτελέσει τεράστια παρέμβαση στο φυσικό περιβάλλον και όχληση για τα είδη χλωρίδας και πανίδας που ζουν στη γύρω περιοχή, ενώ τα έργα αυτά ενέχουν επίσης σημαντικούς κοινωνικούς και οικονομικούς κινδύνους. Λαμπρό μέλλον στην Ελλάδα έχουν και τα Υβριδικά σχήματα δηλαδή μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα που θα έχουν δυνατότητα «αποθήκευσης» της Αιολικής Ενέργειας από τις ανεμογεννήτριες. 2.3 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΗΠΙΩΝ ΜΟΡΦΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Οι Ήπιες Μορφές Ενέργειας έχουν τα παρακάτω πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες μορφές Ενέργειας: Είναι πολύ φιλικές προς το περιβάλλον, έχοντας ουσιαστικά μηδενικά κατάλοιπα και απόβλητα. Σελίδα 13

23 Κεφάλαιο 2 ο : Ήπιες Μορφές Ενέργειας Δεν πρόκειται να εξαντληθούν ποτέ, σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα. Μπορούν να βοηθήσουν την Ενεργειακή αυτάρκεια μικρών και αναπτυσσόμενων χωρών, καθώς και να αποτελέσουν την εναλλακτική πρόταση σε σχέση με την οικονομία του πετρελαίου. Είναι ευέλικτες εφαρμογές που μπορούν να παράγουν Ενέργεια ανάλογη με τις ανάγκες του επί τόπου πληθυσμού, καταργώντας την ανάγκη για τεράστιες μονάδες παραγωγής Ενέργειας (καταρχήν για την ύπαιθρο) αλλά και για μεταφορά της Ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. Ο εξοπλισμός είναι απλός στην κατασκευή και τη συντήρηση και έχει μεγάλο χρόνο ζωής. Επιδοτούνται από τις περισσότερες κυβερνήσεις. Οι Ήπιες Μορφές Ενέργειας έχουν τα παρακάτω μειονεκτήματα σε σχέση με άλλες μορφές Ενέργειας: Έχουν αρκετά μικρό συντελεστή απόδοσης, της τάξης του 30% ή και χαμηλότερο. Συνεπώς απαιτείται αρκετά μεγάλο αρχικό κόστος εφαρμογής σε μεγάλη επιφάνεια γης. Για αυτόν το λόγο μέχρι τώρα χρησιμοποιούνται σα συμπληρωματικές πηγές Ενέργειας. Για τον παραπάνω λόγο προς το παρόν δε μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κάλυψη των αναγκών μεγάλων αστικών κέντρων. Η παροχή και απόδοση της Αιολικής, Υδροηλεκτρικής και Ηλιακής Ενέργειας εξαρτάται από την εποχή του έτους αλλά και από το γεωγραφικό πλάτος και το κλίμα της περιοχής στην οποία εγκαθίστανται. Για τις Αιολικές μηχανές υπάρχει η άποψη ότι δεν είναι κομψές από αισθητική άποψη κι ότι προκαλούν θόρυβο και θανάτους πουλιών. Με την εξέλιξη όμως της Τεχνολογίας τους και την προσεκτικότερη επιλογή χώρων εγκατάστασης (π.χ. σε πλατφόρμες στην ανοιχτή θάλασσα) αυτά τα προβλήματα έχουν σχεδόν λυθεί. Για τα Υδροηλεκτρικά Έργα λέγεται ότι προκαλούν έκλυση μεθανίου από την αποσύνθεση των φυτών που βρίσκονται κάτω από το νερό κι έτσι συντελούν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Σελίδα 14

24 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 3.1 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Οι πηγές Υδροηλεκτρικής Eνέργειας θεωρούνται Ανανεώσιμες Eνεργειακές Πηγές. Αυτό σημαίνει ότι όσο υπάρχει βροχή με ποικιλόμορφους καιρικούς σχηματισμούς, η Υδροηλεκτρική Eνέργεια θα εξακολουθεί να υφίσταται. Συστήματα Υδροηλεκτρικής Eνέργειας (Υδροηλεκτρικά φράγματα) παρέχουν Hλεκτρική Eνέργεια εδώ και εξήντα (60) χρόνια περίπου. Στην εικόνα 3.1 φαίνεται ένα χαρακτηριστικό Υδροηλεκτρικό φράγμα σε λειτουργία. Σελίδα 15

25 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια Εικόνα 3.1 Υδροηλεκτρικά φράγματα όπως αυτά παρέχουν ηλεκτρισμό εδώ και πολλά χρόνια Yδροηλεκτρική Eνέργεια ορίζεται ως η εκμετάλλευση της ροής του νερού με τη βοήθεια ενός φράγματος, για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Συνήθως το νερό χρησιμοποιείται για την περιστροφή ενός στροβίλου. Ο στρόβιλος περιστρέφει μια γεννήτρια και έτσι παράγεται Ηλεκτρισμός. Τα Yδροηλεκτρικά φράγματα δουλεύουν με βάση ορισμένες πολύ απλές αρχές. Το αποστραγγιζόμενο νερό με φυσικό τρόπο συγκρατείται σε μια τεχνητή λίμνη. Καθώς το νερό πέφτει μέσα από ένα φράγμα σε αυτήν, η δύναμη της βαρύτητας προκαλεί την περιστροφή διαφόρων ειδών στροβίλων. Είναι σημαντικό το νερό να πέφτει από μία προκαθορισμένη απόσταση (ύψος), που καθορίζει τη δυνατότητα εκμεταλλεύσεως του φράγματος. Η ποσότητα Ενέργειας του νερού εξαρτάται από δύο παράγοντες. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα και όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα τόσο περισσότερη είναι η Ενέργεια. Τα Υδροηλεκτρικά φράγματα σχεδιάζονται και κατασκευάζονται έτσι ώστε να εκμεταλλεύονται στο έπακρον τόσο τη μάζα όσο και την ταχύτητα του υδάτινου όγκου. Όσο μεγαλύτερο είναι το ύψος, τόσο περισσότερη είναι η διαθέσιμη Ενέργεια. Όσο μικρότερο είναι το ύψος, τόσο λιγότερη είναι η διαθέσιμη Ενέργεια. Στις αρχές της δεκαετίας του 70 η τιμή των καυσίμων ήταν τόσο χαμηλή, που κατασκευάζονταν μόνο φράγματα με ύψη πάνω από πενήντα (50) πόδια. Σήμερα όμως κατασκευάζονται πολλά Υδροηλεκτρικά φράγματα με μικρότερα ύψη. Η τιμή άλλων καυσίμων έχει αυξηθεί σε τέτοιο σημείο, που τα φράγματα χαμηλού ύψους και χρησιμοποιούνται και είναι πλέον συμφέρον να κατασκευασθούν και να λειτουργήσουν ΠΩΣ ΣΧΕΔΙΑΖΟΝΤΑΙ ΤΑ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΑ Τα Υδροηλεκτρικά Εργοστάσια απαιτούν υψόμετρο (ύψος στάθμης νερού) τουλάχιστον 6 m. Ως υψόμετρο ορίζουμε την απόσταση μεταξύ της στάθμης του νερού και του σημείου, όπου βρίσκεται ο υδροστρόβιλος. Πολλά χαμηλού υψομέτρου φράγματα έχουν υψόμετρο όχι μεγαλύτερο από 30 m. Υπάρχουν ψηλά φράγματα, όπου το υψόμετρο είναι m. Η αποθήκευση του νερού είναι ένα άλλο σημαντικό στοιχείο στο σχεδιασμό. Η ποσότητα του νερού, που χρειάζεται να αποθηκευθεί εξαρτάται από τις ανάγκες σε Ηλεκτρική Ισχύ στο Σταθμό Ηλεκτροπαραγωγής. Οι ανάγκες αυτές δεν είναι πάντοτε οι ίδιες, Ο ηλεκτρικός φόρτος είναι μεγαλύτερος την ημέρα και σταδιακά μειώνεται το Σελίδα 16

26 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια απόγευμα, φθάνοντας στο κατώτατο σημείο τη νύχτα. Η χρήση Ηλεκτρικής Ισχύος είναι επίσης μεγαλύτερη κατά τον Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο. Το νερό πρέπει να αποθηκεύεται και να ελευθερώνεται σύμφωνα με τις ανάγκες για Ηλεκτρική Ενέργεια. Όταν οι ανάγκες είναι μεγάλες, ανοίγονται περισσότερο οι θύρες του φράγματος, για να επιτρέψουν σε περισσότερο νερό να περάσει από τον υδροστρόβιλο. Ως αποτέλεσμα έχομε την παραγωγή περισσότερης ισχύος ΔΥΣΚΟΛΙΕΣ ΠΟΥ ΠΡΟΚΥΠΤΟΥΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΩΝ Υπάρχουν πολλοί λόγοι, για τους οποίους δεν έχουν κατασκευασθεί περισσότερα Υδροηλεκτρικά Εργοστάσια: Το μεγάλο κόστος κατασκευής φραγμάτων, που αποτελούν την αποθήκη του νερού. Πρέπει συχνά να γίνονται επεμβάσεις σε Εθνικούς δρόμους, σιδηροτροχιές, γραμμές μεταφοράς ηλεκτρισμού, μάλιστα χρειάζεται να μετακινηθούν πόλεις ή χωριά. Απαιτεί πολύ χρόνο και χρήμα ο σχεδιασμός και η κατασκευή του εξοπλισμού των Σταθμών Ηλεκτροπαραγωγής (υδροστρόβιλοι, γεννήτριες κλπ.). Αγροτικές περιοχές, που σκεπάζονται από νερά του φράγματος είναι αυτονόητο ότι δε μπορούν πλέον να καλλιεργηθούν. Συχνά, ειδικές ομάδες αντιτίθενται στην καταστροφή άλλων φυσικών χώρων και άγριας φύσης, η οποία θα προκληθεί από την κατασκευή φραγμάτων σε ποταμούς ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΕΝΟΣ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ Οι βασικές αρχές λειτουργίας ενός Υδροηλεκτρικού Έργου φαίνονται στο σχήμα 3.1. Το νερό, που βρίσκεται σε ένα υψηλό επίπεδο, πέφτει από ένα ύψος Η, και η Δυναμική του Ενέργεια μετατρέπεται σε Κινητική με την περιστροφή του στροβίλου. Ο περιστρεφόμενος άξονας οδηγεί την Ηλεκτρική Ενέργεια, η οποία παράγει ηλεκτρισμό. Σελίδα 17

27 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια Σχήμα 3.1 Τυπική διάταξη Υδροηλεκτρικού Έργου με δύο λίμνες Η ισχύς την οποία διαθέτει μια μάζα νερού που ρέει από ένα ύψος είναι: Q g H (3.1) όπου P η ισχύς [ kg m 2 s -3 ή W], ρ η πυκνότητα του νερού [ kg m -3 ], Q η παροχή όγκου του νερού [m 3 s -1 ], g η επιτάχυνση της βαρύτητας [m s -2 ] και H η υψομετρική διαφορά [m]. Από τη βασική αυτή σχέση προκύπτει ότι για να υπάρχει μια σταθερή ισχύς απαιτείται η παροχή του νερού να είναι σταθερή, και αυτό συνεπάγεται την ύπαρξη ή κατασκευή ενός φράγματος και την ύπαρξη μιας αναγκαίας στάθμης βροχόπτωσης, συνήθως όχι μικρότερης από 400 mm το χρόνο. Με προσεγγιστικά δεδομένα (ακρίβεια 50%) μπορεί να γίνει μια πρώτη εκτίμηση, αλλά για μια πλήρη μελέτη απαιτούνται κλιματολογικά στοιχεία για μια χρονική περίοδο ορισμένων χρόνων, καθώς τα μετεωρολογικά φαινόμενα είναι στοχαστικά ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΥΗΕ Η υδραυλική ισχύς που διατίθεται για μετατροπή σε Μηχανική Ενέργεια είναι ίση προς: ρ g Q h γ Q h h Όπου: Q (m 3 /s) η παροχή όγκου που διέρχεται από τον υδροστρόβιλο ρ (kg/m 3 ) και γ (Νt/m 3 ) η πυκνότητα και το ειδικό βάρος του νερού αντίστοιχα h=zε-zα : υδραυλική πτώση Η διαθέσιμη υδραυλική ισχύς Νi στον υδροστρόβιλο είναι ίση προς: (3.2) γ H Q (3.3) i Σελίδα 18

28 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια Όπου: h -δ h fee h - k e Q 2 : Η διαθέσιμη υδραυλική πτώση (ή καθαρό ύψος πτώσεως), δηλ. η Ενέργεια ανά μονάδα μάζας του νερού την οποία ο υδροστρόβιλος καλείται να μετατρέψει σε Μηχανική Ενέργεια. δ h fee k e Q 2 :Οι υδραυλικές απώλειες δh fee στο σύστημα προσαγωγής (σήραγγα, αγωγός προσαγωγής). Ο δείκτης e χαρακτηρίζει την διατομή εισόδου στον υδροστρόβιλο. Η δεσμευόμενη από τον υδροστρόβιλο ισχύς NC είναι ίση προς: c i 2 c γ Q 2g (3.4) Όπου: N i η διαθέσιμη ισχύς στον υδροστρόβιλο γ Q c 2g 2 α η ισχύς που αντιστοιχεί στην κινητική ενέργεια του υγρού στην διατομή εξόδου του υδροστροβίλου, δηλ. αυτή που διαφεύγει της ενεργειακής μετατροπής και δεν είναι δυνατόν να αξιοποιηθεί. Η πραγματική μηχανική ισχύς Ν που αποδίδεται στην άτρακτο του υδροστροβίλου, στρεφόμενη με γωνιακή ταχύτητα ω (rad/s), θα είναι ίση προς: ω i (3.5) στην οποία με Μ παριστάνεται η κινητήρια ροπή που αναπτύσσεται στην άτρακτο του υδροστροβίλου. Η διαφορά δ i αντιστοιχεί στις συνολικές απώλειες του υδροστροβίλου οι οποίες εκφράζονται μέσω του ολικού βαθμού απόδοσης η του υδροστροβίλου: η Η καθαρή μηχανική ισχύς που αποδίδει ο υδροστρόβιλος είναι ίση προς: Σε μονάδες του μετρικού συστήματος: η ισχύς Ν εκφράζεται σε kw i (3.6) γ H Q η (3.7) το ειδικό βάρος γ σε kp/m 3 (για το νερό στις συνήθεις συνθήκες θερμοκρασίας είναι γ 1000 kp/m 3 ) η παροχή Q σε m 3 /s η διαθέσιμη υδραυλική πτώση Η σε mσυ ο βαθμός απόδοσης η του υδροστροβίλου είναι αδιάστατος αριθμός, Σελίδα 19

29 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια η εξ. (3.7) γράφεται: 9, γ H Q η 102 W γ Q H η 9,804 H Q η (3.8) Η καθαρή ηλεκτρική ενέργεια Νe που παράγεται θα είναι μικρότερη της μηχανικής Ν που παράγει ο υδροστρόβιλος κατά τις απώλειες της Ηλεκτρικής γεννήτριας και του μετασχηματιστή. Συμβολίζοντας με η G τον βαθμό απόδοσης της γεννήτριας και με η Tr τον βαθμό απόδοσης του μετασχηματιστή, η καθαρή Ηλεκτρική Ενέργεια που παράγεται θα είναι ίση προς: e η η (3.9) G Η καθαρή ηλεκτρική ενέργεια που διατίθεται στο ηλεκτρικό δίκτυο θα είναι μικρότερη της Ν e κατά την ιδιοκατανάλωση του ΥΗΣ, δηλ. την ηλεκτρική ενέργεια που απορροφάται από τις βοηθητικές εγκαταστάσεις της μονάδας για φωτισμό, αυτοματισμούς, εξαερισμό, πεπιεσμένο αέρα κ.τ.λ. Η μετατροπή (μέρους) της ενέργειας του διερχόμενου υγρού υπό σταθερή παροχή σε Μηχανική Ενέργεια λαμβάνει χώρα στο στρεφόμενο μέρος της μηχανής, το οποίο καλείται δρομέας, μέσω της ανάπτυξης της κινητήριας ροπής Μ σε αυτό. Συμβολίζοντας με ω την γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του δρομέα η αντίστοιχη Μηχανική Ισχύς θα είναι ίση προς: Tr ω (3.10) Η άτρακτος του δρομέα είναι συζευγμένη με την άτρακτο της Ηλεκτρικής γεννήτριας μέσω της οποίας μετατρέπεται η Μηχανική Ισχύς Ν σε Ηλεκτρική N e, δηλ. σε μια μορφή Ενέργειας η οποία είναι εύκολο να μεταφερθεί στον τόπο κατανάλωσής της. 3.2 ΜΙΚΡΑ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΝΟΣ ΜΙΚΡΟΥ ΥΗΕ Ένα ΥΗΕ αποτελείται από έργα Πολιτικού Μηχανικού και ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισμό. Tα κύρια μέρη ενός ΥΗΕ έργου είναι: Το φράγμα σκοπός του οποίου είναι η δημιουργία δεξαμενής, δηλαδή του ταμιευτήρα, στην οποία συγκεντρώνεται ποσότητα νερού (προερχόμενη από τη φυσική απορροή του υδατορεύματος) από την οποία, μέσω του αγωγού προσαγωγής, το νερό προασάγεται στον υδροστρόβιλο. Με το σχηματισμό ταμιευτήρα μεγάλης χωρητικότητας Σελίδα 20

30 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια (συνάρτηση της θέσεως, του ύψους και του ανοίγματος του φράγματος) επιτυγχάνεται ευελιξία στη λειτουργία του έργου, δηλαδή η παραγωγή Ενέργειας γίνεται, ως ένα βαθμό, ανεξάρτητη από τη φυσική παροχή. Ο σχηματισμός ταμιευτήρα μεγάλης χωρητικότητας αποτελεί χαρακτηριστικό των μεγάλων ΥΗΕ μέσω των οποίων επιδιώκεται η κάλυψη των αιχμών του δικτύου. Όμως η κατασκευή μεγάλου φράγματος και ο σχηματισμός μεγάλου ταμιευτήρα, επιβαρύνει σημαντικά το κόστος του έργου, ενώ, στην περίπτωση ενός μικρού ΥΗΕ, η παραγωγή των μονάδων δε συμβάλλει ουσιαστικά στην ανακούφιση των αιχμών ενός ισχυρού διασυνδεδεμένου δικτύου. Για τους λόγους αυτούς ο σκοπός του φράγματος στα μικρά ΥΗΕ δεν είναι ο σχηματισμός μεγάλου ταμιευτήρα αλλά η εξασφάλιση ομαλών συνθηκών στην υδροληψία, στην είσοδο του συστήματος πρασαγωγής, ώστε να μην εισέρχονται σε αυτό φερτά του υδατορεύματος ή αέρας. Το Υδραυλικό Σύστημα προσαγωγής και απαγωγής της παροχής από την υδροληψία στους υδροστροβίλους και στην συνέχεια στη φυσική κοίτη του υδατορεύματος αποτελείται από ανοικτό αγωγό (διώρυγα ή κανάλι) ή σήραγγα (συναντάται συνήθως μόνο στα μεγάλα ΥΗΕ), τη δεξαμενή φόρτισης (στο άκρο της διώρυγας προσαγωγής) και τον αγωγό προσαγωγής, τις βάνες και τα θυροφράγματα και ενδεχόμενα τον πύργο ή τους πύργους ανάπλασης όταν απαιτείται η προστασία των αγωγών προσαγωγής ή και απαγωγής από υπερπιέσεις και υποπιέσεις που λαμβάνουν χώρα κατά τα μεταβατικά φαινόμενα εκκίνησης ή απόρριψης φορτίου των υδροστροβίλων (υδραυλικό πλήγμα). Ανάλογα με τη διαμόρφωση του έργου το σύστημα προσαγωγής μπορεί να μην περιλαμβάνει σήραγγα ή και διώρυγα προσαγωγής. Η διαστασιολόγηση του συστήματος προσαγωγής και απαγωγής του νερού, καθορίζεται με οικονομοτεχνικά κριτήρια. Στην περίπτωση αγωγού προσαγωγής μεγάλου μήκους προκύπτει προτιμότερη η κατασκευή ενός αγωγού προσαγωγής για την τροφοδοσία όλων των υδροστροβίλων του ΥΗΕ ενώ στην αντίθετη περίπτωση, κάθε υδροστρόβιλος τροφοδοτείται από ανεξάρτητο αγωγό. Για τις ανάγκες κατασκευής και συντήρησης του έργου προβλέπονται τα θυροφράγματα και οι βάνες διακοπής ανάντη και κατάντη των υδροστροβίλων οι οποίες κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας είναι πλήρως ανοικτές. Ο Ηλεκτρομηχανολογικός εξοπλισμός αποτελείται από τους υδροστροβίλους, τους ρυθμιστές στροφών, τις ηλεκτρογεννήτριες, τους μετασχηματιστές, τους ηλεκτρικούς πίνακες, τους ασφαλειοαποζεύκτες και το βοηθητικό εξοπλισμό, όπως τα ανυψωτικά μηχανήματα (γερανογέφυρες), το σύστημα πεπιεσμένου ελαίου και αέρα, τους Σελίδα 21

31 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια αυτοματισμούς κ.τ.λ. Κάθε ηλεκτρογεννήτρια είναι κατευθείαν συνδεδεμένη με τον υδροστρόβιλο στην ίδια άτρακτο, εκτός από πολύ μικρές μονάδες στις οποίες παρεμβάλλεται γραναζωτή μετάδοση. Σκοπός των μετασχηματιστών είναι η ανύψωση της τάσεως που παράγουν οι γεννήτριες στην υψηλή τάση του διασυνδεδεμένου δικτύου ώστε η μεταφορά της ενέργειας να γίνεται με τις μικρότερες απώλειες. Το πλήθος των μονάδων, δηλαδή συγκροτημάτων υδροστροβίλου - ηλεκτρικής γεννήτριας - μετασχηματιστή κ.τ.λ., εξαρτάται από το προβλεπόμενο πρόγραμμα παραγωγής του έργου, λαμβάνοντας υπόψη τη διακύμανση της παροχής, την ανάγκη κάλυψης αιχμών του δικτύου κ.τ.λ. και φυσικά καθορίζεται από οικονομοτεχνικά κριτήρια. Για λόγους ασφαλείας το πλήθος των μονάδων ενός μεγάλου ΥΗΕ είναι συνήθως μεγαλύτερο ή ίσο του δύο (2). Με τον τρόπο αυτό υπάρχει η δυνατότητα συντήρησης και μεγαλύτερη ευελιξία στο πρόγραμμα παραγωγής. Στα μικρά ΥΗΕ το βέλτιστο πλήθος των μονάδων παραγωγής προκύπτει από καθαρά οικονομοτεχνικά κριτήρια. Σχήμα 3.2 Σχηματική αναπαράσταση Υδροηλεκτρικής μονάδας ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΕΝΟΣ ΜΙΚΡΟΥ ΥΗΕ Οι Υδροηλεκτρικές μονάδες δαμάζουν την ενέργεια του νερού και χρησιμοποιώντας μια απλή μέθοδο μετατρέπουν την Ενέργεια αυτή σε Ηλεκτρικό ρεύμα. Σελίδα 22

32 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια Οι μονάδες αυτές βασίζονται στην κίνηση του νερού που περιστρέφει ένα στρόβιλο η οποία θέτει σε λειτουργία μια γεννήτρια. Οι περισσότερες Yδροηλεκτρικές μονάδες χρησιμοποιούν ένα φράγμα το οποίο συγκρατεί μια μεγάλη ποσότητα νερού δημιουργώντας έτσι μια μεγάλη δεξαμενή. Κάποιες θύρες στο φράγμα ανοίγουν και λόγω της βαρύτητας το νερό περνάει σε έναν αγωγό ο οποίος το οδηγεί σε ένα στρόβιλο. Καθώς αυτό περνάει από τον αγωγό δημιουργεί μεγάλη πίεση. Το νερό πέφτει πάνω στις φτερωτές ενός στροβίλου και τον περιστρέφει. Η περιστροφική αυτή κίνηση μεταφέρεται στη γεννήτρια η οποία είναι συνδεδεμένη με το στρόβιλο με έναν άξονα. Ένας τέτοιος στρόβιλος μπορεί να ζυγίζει μέχρι εκατό εβδομήντα δύο (172) τόνους και να κάνει ενενήντα (90) περιστροφές το λεπτό. Καθώς οι πτερωτές του στροβίλου περιστρέφονται, περιστρέφουν τους μαγνήτες της γεννήτριας γύρω από ένα πηνίο θέτοντας σε κίνηση ηλεκτρόνια και δημιουργώντας έτσι εναλλασσόμενο Ηλεκτρικό ρεύμα. Ο μετασχηματιστής παίρνει το εναλλασσόμενο ρεύμα και το μετατρέπει σε ρεύμα υψηλής τάσης. Έξω από κάθε Yδροηλεκτρική μονάδα υπάρχουν τέσσερα καλώδια: οι τρεις φάσεις του ρεύματος που δημιουργούνται ταυτόχρονα συν ο ουδέτερος ή γείωση και για τις τρεις. Το νερό στη δεξαμενή θεωρείται αποθηκευμένη Ενέργεια. Όταν ανοίγουν οι θύρες το νερό που περνά μέσα από τον αγωγό μετατρέπεται σε Κινητική Ενέργεια. Η ποσότητα του ηλεκτρισμού που παράγεται καθορίζεται από αρκετούς παράγοντες. Δυο από αυτούς είναι ο όγκος του νερού που ρέει και η ποσότητα της υδραυλικής κεφαλής. Υδραυλική κεφαλή είναι η απόσταση μεταξύ της επιφάνειας του νερού και του στροβίλου. Όσο αυξάνεται ο όγκος του νερού και της υδραυλικής κεφαλής τόσο αυξάνεται και το παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα. Το μέγεθος της υδραυλικής κεφαλής εξαρτάται από την ποσότητα του νερού της δεξαμενής. Οι περισσότερες Yδροηλεκτρικές μονάδες λειτουργούν με αυτόν τον τρόπο. Όμως υπάρχει και ένας άλλος τύπος Yδροηλεκτρικής μονάδας. Σε μια συμβατική Yδροηλεκτρική μονάδα το νερό από τη δεξαμενή περνάει από τον στρόβιλο και καταλήγει πάλι στο ποτάμι. Οι νέες Yδροηλεκτρικές 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 τους στροβίλους, αντί να γυρίζει πίσω στο ποτάμι. Ένας αντίστροφος στρόβιλος διοχετεύει αυτό το νερό πάλι πίσω στην ανώτερη Σελίδα 23

33 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια δεξαμενή. Επιστρέφοντας το νερό πίσω, η μονάδα έχει περισσότερο νερό για χρήση σε περιόδους αιχμής. 3.3 ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΥΔΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΥΣ Οι υδροστρόβιλοι μετατρέπουν την Ενέργεια του νερού που πέφτει, σε ισχύ περιστρεφόμενου άξονα και διακρίνονται σε υδροστροβίλους δράσεως και σε υδροστροβίλους αντιδράσεως, ανάλογα με τη διαδικασία που χρησιμοποιείται, προκειμένου να μετατραπεί το υδραυλικό ύψος και η παροχή νερού, σε Μηχανική Ισχύ. Οι υδροστρόβιλοι αντιδράσεως είναι ολικής προσβολής, δηλαδή ολόκληρος ο δρομέας λειτουργεί αξονοσυμμετρικά, ενώ οι υδροστρόβιλοι δράσεως είναι μερικής προσβολής, και σε κάθε χρονική στιγμή μόνο ένα τμήμα του δρομέα τροφοδοτείται και συμμετέχει στην μετατροπή της Ενέργειας. Επίσης οι υδροστρόβιλοι κατηγοριοποιούνται σε υδροστροβίλους μεγάλου, μεσαίου και μικρού υδραυλικού ύψους, ανάλογα προφανώς με το μέγεθος του υδραυλικού ύψους. Στον πίνακα 3.1 φαίνονται συνδυαστικά οι πιο συνήθεις τύποι υδροστροβίλων, για τις διάφορες κατηγορίες που αναφέρθηκαν. Πίνακας 3.1 Κατηγοριοποίηση υδροστροβίλων Μεγάλο Υδραυλικό Ύψος Μεσαίο Υδραυλικό Ύψος Μικρό Υδραυλικό Ύψος Στρόβιλοι Pelton Cross Flow Cross Flow Δράσεως Turgo (ή Banki) (ή Banki) Pelton Πολλαπλών Δέσμεων Υγρού Turgo Στρόβιλοι Αντιδράσεως _ Francis Αξονικής Ροής Βολβοειδής Kaplan Σελίδα 24

34 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια Σχήμα 3.7 Μέση αποδοτικότητα διάφορων τύπων στροβίλων Πίνακας 3.2 Εύρος υψών πτώσης Τύποι στροβίλων Kaplan και έλικας Francis Pelton Εγκάρσιας ροής Εύρος ύψους πτώσης (m) 2<H<15 4<H<100 30<H<1000 1<H<150 Turgo 50<H<250 Σελίδα 25

35 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια ΥΔΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΙ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΣ Οι υδροστρόβιλοι αντιδράσεως ταιριάζουν καλύτερα σε σχέση με τους υδροστροβίλους δράσεως σε περιπτώσεις μικρότερου υδραυλικού ύψους και μεγαλύτερων τιμών παροχής νερού, αν και υπάρχουν αρκετές τέτοιες περιπτώσεις στην πράξη που και οι δύο τύποι μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Εικόνα 3.2 Ο υδροστρόβιλος αντιδράσεως χρησιμοποιείται σε ένα Υδροηλεκτρικό Εργοστάσιο Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας για τη μετατροπή της δυνάμεως του νερού, που πέφτει, σε ροπή, η οποία στρέφει τη γεννήτρια. Ένα πλεονέκτημα των υδροστροβίλων αντιδράσεως είναι ότι επιτυγχάνουν καλούς βαθμούς απόδοσης. Δυστυχώς όμως επιβάλλεται συνήθως σε αυτούς η στεγανοποίηση στα ανοίγματα μεταξύ του δρομέα και της στέγασης του στροβίλου, διότι λειτουργούν με εφαρμογή του υδραυλικού ύψους εγκάρσια στο δρομέα, και έτσι λόγω διαρροής, δημιουργείται σημαντική απώλεια ισχύος. Οπότε μπορεί οι επιδόσεις και η απόδοσή τους να υποβαθμιστούν, αφού η άμμος και τα κατακάθια λάσπης προκαλούν μεγαλύτερη τριβή στη στεγάνωση, σε σχέση πάντα με τους υδροστροβίλους δράσεως. Σελίδα 26

36 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια Σε γενικές γραμμές, για εφαρμογές μικρού υδραυλικού ύψους, οι υδροστρόβιλοι αντιδράσεως προσφέρουν μικρότερες διαμέτρους στροβίλου και μεγαλύτερες ταχύτητες περιστροφής, σε σχέση με τους παραδοσιακούς υδροστροβίλους δράσεως. Βέβαια το πλεονέκτημα αυτό του μικρότερου δρομέα, αντισταθμίζεται από το γεγονός ότι οι υδροστρόβιλοι αντιδράσεως απαιτούν μεγαλύτερες τιμές παροχής νερού, εξαιτίας του μικρού υδραυλικού ύψους. Οι πιο βασικοί τύποι υδροστροβίλων αντιδράσεως είναι οι υδροστρόβιλοι Francis, Kaplan, οι υδροστρόβιλοι αξονικής ροής και οι βολβοειδείς υδροστρόβιλοι ΥΔΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΙ ΔΡΑΣΕΩΣ Οι υδροστρόβιλοι δράσεως χρησιμοποιούνται συνήθως στις περιπτώσεις που έχουμε μεγάλο υδραυλικό ύψος και μικρή τιμή παροχής νερού. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι στην περίπτωση αυτή, η μεγάλη ταχύτητα του νερού (λόγω μεγάλου υδραυλικού ύψους), επικεντρώνει τη διαθέσιμη Υδραυλική Ισχύ σε μια μικρή περιοχή ροής. Έτσι, η συγκεντρωμένη αυτή ισχύς μετατρέπεται πιο αποδοτικά, αφού κατευθυνθεί μέσω ενός ή περισσοτέρων δέσμεων νερού που προσπίπτουν πάνω στο δρομέα, ο οποίος μειώνει σημαντικά την ταχύτητά τους. Η βέλτιστη απόδοση ενός υδροστροβίλου δράσεως, προκύπτει όταν η ταχύτητα του δρομέα είναι περίπου ίση με τη μισή της ταχύτητας της δέσμης νερού, καθώς η τελευταία εγκαταλείπει το ακροφύσιο που την οδήγησε. Ένα πλεονέκτημα των υδροστροβίλων δράσεως, σε σχέση με τους υδροστροβίλους αντιδράσεως, είναι το ότι, εφόσον το υδραυλικό ύψος μετατρέπεται σε ταχύτητα στα ακίνητα ακροφύσια, δεν υπάρχει πτώση πίεσης στο δρομέα, οπότε δεν είναι απαραίτητη η στεγανοποίηση στα ανοίγματα μεταξύ του δρομέα και της στέγασης του στροβίλου. Το γεγονός αυτό καθιστά τους υδροστροβίλους δράσεως πιο απλούς στο να κατασκευαστούν και ταυτόχρονα πιο ανεκτικούς σε συνθήκες μη καθαρού νερού. Οι πιο βασικοί τύποι υδροστροβίλων δράσεως είναι οι υδροστρόβιλοι Pelton, Turgo και Cross - Flow. Ο υδροστρόβιλος Pelton περιγράφεται αναλυτικά στο 9 ο Κεφάλαιο ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΥΠΟΥ ΥΔΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΥ Προκειμένου να επιλεχθεί ο πιο αποδοτικός και αξιόπιστος υδροστρόβιλος, για μια δεδομένη παροχή και υδραυλικό ύψος, λαμβάνονται υπ όψιν οι «περιοχές λειτουργίας» Σελίδα 27

37 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια του κάθε τύπου υδροστροβίλου. Οι περιοχές αυτές απεικονίζονται στο παρακάτω διάγραμμα. Σχήμα 3.14 Εύρος λειτουργίας των διάφορων τύπων στροβίλων Η περιοχή εντός της μπλε γραμμής αναπαριστά την περιοχή λειτουργίας ενός υδροστροβίλου Kaplan ή ενός βολβοειδούς, η περιοχή εντός της κόκκινης γραμμής ενός υδροστροβίλου Francis, εντός της πράσινης διακεκομμένης γραμμής ενός υδροστροβίλου Pelton, εντός της μαύρης διακεκομμένης γραμμής ενός υδροστροβίλου Turgo και η περιοχή εντός της μαύρης γραμμής την περιοχή λειτουργίας ενός υδροστροβίλου Cross - Flow. Αν οι συνθήκες παροχής και υδραυλικού ύψους οδηγούν σε κάποιο σημείο, στο παραπάνω διάγραμμα, που βρίσκεται σε περιοχή λειτουργίας που ανήκει όχι σε έναν, αλλά σε περισσότερους τύπους υδροστροβίλων, δηλαδή όταν οι περιοχές λειτουργίας διαφορετικών τύπων υδροστροβίλων επικαλύπτονται, τότε η διαδικασία επιλογής του τύπου υδροστροβίλου βασίζεται στη σύγκριση του κόστους των υδροστροβίλων, αλλά και στην εκτίμηση των ακολούθων παραγόντων: - Αν το νερό που χρησιμοποιείται στην εγκατάσταση δεν είναι καθαρό, αλλά περιέχει άμμο ή λάσπη, τότε προτιμάται κάποιος υδροστρόβιλος δράσεως, προκειμένου να αποφευχθούν οι απώλειες στις στεγανώσεις των υδροστροβίλων αντιδράσεως. Σελίδα 28

38 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια - Αν ο υδροστρόβιλος πρέπει να τοποθετηθεί σε κάποιο ύψος πάνω από τη στάθμη του νερού του φράγματος, προτιμάται κάποιος υδροστρόβιλος αντιδράσεως με σωλήνα εκροής στην έξοδο, έτσι ώστε να γίνει εκμετάλλευση του μέγιστου διαθέσιμου υδραυλικού ύψους. - Αν οι τιμές της παροχής και του υδραυλικού ύψους μπορούν να θεωρηθούν σχεδόν σταθερές, τότε θα πρέπει να εξεταστεί πολύ σοβαρά η περίπτωση χρησιμοποίησης φυγοκεντρικής αντλίας με αντεστραμμένη ροή ως υδροστρόβιλος, λόγω του σημαντικού πλεονεκτήματος του χαμηλού αρχικού κόστους και της μεγάλης διαθεσιμότητας στην αγορά. - Από τη χρησιμοποίηση ενός υδροστροβίλου Pelton προτιμάται η χρησιμοποίηση υδροστροβίλου Cross - Flow ή ενός τύπου Turgo, αφού οι τελευταίοι προσφέρουν μεγαλύτερη ταχύτητα και χειρίζονται μεγαλύτερες παροχές. Τέλος αξίζει να αναφερθεί ότι οι υδροστρόβιλοι Francis και οι υδροστρόβιλοι αξονικής ροής, επειδή χρησιμοποιούν κινητές πύλες που κατευθύνουν τη ροή στην είσοδό τους ή δρομείς με ελεγχόμενη κλίση των πτερυγίων, δε συμφέρουν οικονομικά για micro/pico Υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις και σπανίως χρησιμοποιούνται. 3.4 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΩΝ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ Η εξάπλωση και η εκμετάλλευση των μικρών Υδροηλεκτρικών, που βασίζεται κυρίως στους μικρούς ποταμούς και στην επιφανειακή ροή των υδάτων, είναι συνήθως αρκετά ελκυστική επένδυση. Αυτό οφείλεται στα πολλαπλά πλεονεκτήματα που αυτά διαθέτουν, και κυρίως στο γεγονός ότι αντίστοιχα έργα είναι σχετικά εύκολο να αναπτυχθούν τόσο από τεχνικής όσο και από οικονομικής σκοπιάς. Ανάμεσα στα κυριότερα πλεονεκτήματα των ΜΥΗΕ είναι: οι υδατοπτώσεις είναι Ανανεώσιμη Πηγή Ενέργειας και έτσι δεν αντιμετωπίζουν ορατό κίνδυνο εξαντλήσεώς τους, όπως αντιμετωπίζεται το ενδεχόμενο αυτό για τα συμβατικά καύσιμα. τα ΥΗΕ δεν έχουν απόβλητα ή κατάλοιπα, δεν μολύνουν το περιβάλλον και (ουσιαστικά) δεν αυξάνουν την θερμοκρασία του νερού των ποταμών. η κατασκευή τους συνδυάζεται συχνά και με άλλες διευθετήσεις όπως άρδευση, ύδρευση, ρύθμιση πλημμύρας, αλιεία, αναψυχή, κλπ. Σελίδα 29

39 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια το κόστος της παραγόμενης Ηλεκτρικής Ενέργειας δεν παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις και αντιστοιχεί ουσιαστικά στις αποσβέσεις του έργου. Το λειτουργικό κόστος των ΥΗΕ (το κόστος συντήρησης και προσωπικού) είναι μικρό. οι υδροστρόβιλοι είναι στιβαρές και αξιόπιστες μηχανές που απαιτούν μικρή συντήρηση και επίβλεψη (ο προληπτικός έλεγχος γίνεται μετά από 5000 ώρες λειτουργίας περίπου) και για τον λόγο αυτό το προσωπικό των ΥΗΕ είναι πολύ μικρό σε σύγκριση με την εγκατεστημένη ισχύ (περίπου 25 άτομα για ΥΗΕ συνολικής ισχύος 300 ΜW) ή ένας τεχνίτης για την επίβλεψη ενός μικρού ΥΗΕ. για τις ανάγκες κατασκευής του ΥΗΕ κατασκευάζονται έργα υποδομής (δρόμοι, γέφυρες) που βοηθούν στην αξιοποίηση απομακρυσμένων περιοχών. η διάρκεια ζωής των ΥΗΕ είναι μεγάλη, της τάξεως των 50 ετών για τα μεγάλα και ετών για τα μικρά. Η διάρκεια ζωής τους μπορεί να γίνει μεγαλύτερη με ανανέωση του ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού. το πλέον σημαντικό και αναντικατάστατο πλεονέκτημα των Υδροηλεκτρικών Έργων είναι η δυνατότητα πολύ γρήγορης παραλαβής και απόρριψης φορτίου έτσι ώστε να γίνεται δυνατή η παρακολούθηση της μεταβολής της ζήτησης Ηλεκτρικής Ενέργειας και η κάλυψη των αιχμών ζήτησης του διασυνδεδεμένου δικτύου. Τον ρόλο αυτό αναλαμβάνουν τα μεγάλης ισχύος Υδροηλεκτρικά Έργα αποθήκευσης, δηλ. αυτών των οποίων φράγμα δημιουργεί δεξαμενή (ταμιευτήρα) μεγάλης χωρητικότητας. Η δυνατότητα κάλυψης των αιχμών ισχύος του δικτύου είναι πολύ σημαντική από τεχνικής και οικονομικής άποψης επειδή η αξία της KWh αιχμής είναι πολλαπλάσια της αξίας της KWh βάσεως. Σ' αυτό ακριβώς το πλεονέκτημα των ΥΗΕ βασίζεται η κατασκευή αναστρέψιμων μονάδων οι οποίες κατά την διάρκεια της χαμηλής ζήτησης (νύχτα) λειτουργούν αντλώντας νερό από τον κάτω ταμιευτήρα προς τον άνω δηλ. αποταμιεύοντας ενέργεια την οποία είναι έτοιμα να αποδώσουν κατά τις ώρες αιχμής. Όπως θα αναπτυχθεί στην συνέχεια το χαρακτηριστικό αυτό έχουν μόνο τα μεγάλης ισχύος ΥΗΕ. 3.5 ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΙΚΡΩΝ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ Τα μειονεκτήματα των ΜΥΗΕ είναι: έχουν μεγάλη διάρκεια κατασκευής (της τάξεως των 5-10 ετών για μεγάλο ΥΗΕ και 1-2 χρόνια για μικρό ΥΗΕ) ενώ επίσης μεγάλη είναι η διάρκεια των μελετών και Σελίδα 30

40 Κεφάλαιο 3 ο : Υδροηλεκτρική Ενέργεια συλλογής - επεξεργασίας υδρολογικών και γεωλογικών κλπ. στοιχείων, τα οποία πρέπει να είναι τόσο πιο πλήρη και αξιόπιστα όσο μεγαλύτερο είναι το έργο. η ετήσια παραγωγή ενέργειας υφίσταται διακυμάνσεις που σχετίζονται με την ποσότητα των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων (βροχοπτώσεων και χιονοπτώσεων). έχουν πολύ υψηλό κόστος (της τάξεως των /ΚW) και γι' αυτό απαιτούν την διάθεση πολύ μεγάλων κεφαλαίων. η κατασκευή τους προϋποθέτει την ύπαρξη κατάλληλων υδατοπτώσεων και μεγάλων παροχών. Για τον λόγο αυτό η θέση τους είναι πολλές φορές πολύ μακριά από την κατανάλωση με αποτέλεσμα να επιβαρύνεται σημαντικά το κόστος κατασκευής τους από το κόστος των έργων μεταφοράς της Ηλεκτρικής Ενέργειας. Σελίδα 31

41 Κεφάλαιο 4 ο : Αιολική Ενέργεια ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 4.1 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η εκμετάλλευση της Aιολικής Ενέργειας ξεκινάει από τα πολύ παλιά χρόνια. Για αρκετές εκατοντάδες χρόνια η κίνηση των πλοίων στηριζόταν στη δύναμη του ανέμου, ενώ η χρήση του ανεμόμυλου σαν κινητήρια μηχανή εγκαταλείφθηκε μόλις στα μέσα του αιώνα μας (εικόνα 4.1). Εικόνα 4.1 Από τον ανεμόμυλο στην ανεμογεννήτρια Η Aιολική Ενέργεια είναι η Ενέργεια του ανέμου που προέρχεται από τη μετακίνηση αερίων μαζών της ατμόσφαιρας, η οποία οφείλεται κυρίως στη θέρμανση της Σελίδα 32

42 Κεφάλαιο 4 ο : Αιολική Ενέργεια Γης από τον Ήλιο. Η Ηλιακή Ενέργεια η οποία μετατρέπεται σε Αιολική υπολογίζεται περίπου στο 2% της Ηλιακής Eνέργειας που προσπίπτει στη Γη. Αυτή με τη σειρά της υπολογίζεται σε 3,6 δις MW. Η συνολική ισχύς Αιολικής Ενέργειας σε όλη τη Γη υπολογίζεται σε, περίπου kw και με εκτιμούμενη Kινητική Ενέργεια περίπου GWh ετησίως. Με πλήρη εκμετάλλευση του Αιολικού δυναμικού μπορούμε να έχουμε ετήσια παρεχόμενη Ενέργεια από τον άνεμο περίπου GWh. Το συνολικό εκμεταλλεύσιμο Αιολικό δυναμικό της Ελλάδας μπορεί να καλύψει ένα μεγάλο μέρος των ηλεκτρικών αναγκών της. Ο άνεμος όμως, είναι μια ανεξέλεγκτη και χρονικά μεταβαλλόμενη σε όλες της τις παραμέτρους, πηγή Ενέργειας. Η δέσμευση και χρησιμοποίηση της Ενέργειας αυτής, είναι ως εκ τούτου, μια πολύ δαπανηρή διαδικασία. Η σχεδίαση και η κατασκευή μιας αποδοτικής και παράλληλα οικονομικής ανεμομηχανής δεν είναι εύκολη δουλειά. Παρόλα αυτά, οι σύγχρονες ανεμομηχανές (που η επιστημονική ονομασία τους είναι «συστήματα μετατροπής» της αιολικής Ενέργειας ή πιο απλά «ανεμοκινητήρες» ή όταν παράγουν Hλεκτρική Ενέργεια «ανεμογεννήτριες»), χρησιμοποιώντας τα πρόσφατα επιτεύγματα στην Τεχνολογία των Υλικών, στη Μηχανολογία, στην Ηλεκτρονική και στην Αεροδυναμική, έχουν ανεβάσει σε υψηλά επίπεδα την απόδοσή τους, μειώνοντας συνεχώς το κόστος της παραγόμενης Ενέργειας. Γενικά η Αιολική Ενέργεια είναι η πιο διαδεδομένη μορφή Παραγωγής Ενέργειας με ΑΠΕ Παγκοσμίως λόγω του γεγονότος ότι παρουσιάζει μεγαλύτερα πλεovεκτήματα συγκριτικά με τις άλλες μορφές Ενέργειας από Τεχνολογική και οικονομική πλευρά ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΑΛΛΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Μια εικόνα των βασικών μερών που αποτελούν μια διάταξη εκμετάλλευσης της Αιολικής Ενέργειας καθώς και της ροής Ενέργειας παρουσιάζεται στο σχήμα 4.1. Σελίδα 33

43 Κεφάλαιο 4 ο : Αιολική Ενέργεια Σχήμα 4.1 Σχηματική παράσταση εγκατάστασης εκμετάλλευσης της Αιολικής Ενέργειας Η διάταξη αυτή, είναι μια γενική περίπτωση όπου η Κινητική Ενέργεια του ανέμου μετατρέπεται σε Μηχανικό Έργο με τη βοήθεια αεροδυναμικής διάταξης (π.χ. μιας έλικας). Αυτό το Μηχανικό Έργο, μπορεί να είναι εκμεταλλεύσιμο επί τόπου ή να χρειαστεί να μετατραπεί σε μια άλλη μορφή Ενέργειας και να μεταφερθεί στον τόπο της ζήτησης. Παραδείγματα εκμετάλλευσης της παραγόμενης Ενέργειας επί τόπου είναι αυτό της παραγωγής υδρογόνου με ηλεκτρόλυση του νερού που μπορεί να αποθηκευτεί, μεταφερθεί και να καεί ως αέριο καύσιμο με μηδαμινή επιβάρυνση του περιβάλλοντος. Στη δεύτερη περίπτωση, που είναι και πιο ευρέως διαδεδομένη, είναι αυτή της μετατροπής της Μηχανικής Ενέργειας, σε Ηλεκτρική Ενέργεια, λόγω της εύκολης μεταφοράς αλλά και της δυνατότητας που έχει να μετατρέπεται σε οποιαδήποτε άλλη μορφή θέλουμε. Βέβαια οι μεγάλες διακυμάνσεις της Ενέργειας του ανέμου με το χρόνο, πολλές φορές έχουν χρονική ασυμφωνία με τη ζήτηση Ενέργειας με αποτέλεσμα την αναγκαιότητα της αποθήκευσης της Ενέργειας για τις χρονικές στιγμές στις οποίες η ισχύς του ανέμου πέφτει κάτω από ένα όριο. Σελίδα 34

44 Κεφάλαιο 4 ο : Αιολική Ενέργεια ΕΙΔΗ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ Οι ανεμογεννήτριες μπορούν να ταξινομηθούν, σύμφωνα με τον προσανατολισμό των αξόνων τους, σχήμα 4.2, σε σχέση με τη ροή του ανέμου, σε: Οριζόντιου άξονα (Head Οn), στους οποίους ο άξονας περιστροφής του δρομέα είναι παράλληλος προς την κατεύθυνση του ανέμου. Οριζόντιου άξονα (Cross Wind), στους οποίους ο άξονας περιστροφής είναι παράλληλος προς την επιφάνεια της Γης αλλά κάθετος στην κατεύθυνση του ανέμου. Κάθετου άξονα, στους οποίους ο άξονας περιστροφής είναι κάθετος στην επιφάνεια της Γης όπως και στη ροή του ανέμου (Savonius, Darrieus, Giromill κ.ά.), σχήμα 4.2. Σχήμα 4.2 Είδη ανεμογεννητριών Οι ανεμογεννήτριες ανάλογα με το μέγεθος του αξιοποιούμενου Αιολικού δυναμικού, μπορούν να ταξινομηθούν σε δίπτερες, τρίπτερες και σε πολύπτερες. Οι τρίπτερες, με ρότορα μικρότερο των δέκα (10) μέτρων, έχουν τη δυνατότητα εκμετάλλευσης ασθενούς Αιολικού δυναμικού. Στις μηχανές μεγάλου μεγέθους επικρατούν οι δίπτερες, με κόστος κατασκευής και συντήρησης μικρότερο από αυτό των τρίπτερων αντίστοιχου μεγέθους. Η σύγχρονη τεχνολογία χρήσης της Αιολικής Ενέργειας ξεκίνησε με μικρές ανεμογεννήτριες δυναμικότητας 20 ως 75 kw. Σήμερα χρησιμοποιούνται ανεμογεννήτριες δυναμικότητας 200 ως 2000 kw. Στο σχήμα 4.3 φαίνεται μια τρίπτερη ανεμογεννήτρια. Σελίδα 35

45 Κεφάλαιο 4 ο : Αιολική Ενέργεια Σχήμα 4.3 Τρίπτερη ανεμογεννήτρια Τρίπτερες ανεμογεννήτριες με ρότορα μήκους μικρότερου των δέκα (10) μέτρων έχουν τη δυνατότητα εκμετάλλευσης ασθενούς Αιολικού ανέμου (ευρύ φάσμα ταχυτήτων ανέμου) και κόστος κατασκευής και συντήρησης μικρό καθώς τα προβλήματα αντοχής και δυναμικής καταπόνησης μηχανικών μερών είναι περιορισμένα στις μηχανές αυτής της κατηγορίας. Στις μηχανές μεγάλου μεγέθους επικρατούν οι δίπτερες, με κόστος κατασκευής και συντήρησης σαφώς μικρότερο, από αυτό των τριπτερύγων αντιστοίχου μεγέθους. Στην Παγκόσμια αγορά έχουν επικρατήσει οι ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα σε ποσοστό 90%. Η ισχύς τους μπορεί να ξεπερνά τα 500 kw και μπορούν να συνδεθούν απευθείας στο Ηλεκτρικό δίκτυο της χώρας. Έτσι μια συστοιχία πολλών ανεμογεννητριών (Αιολικό Πάρκο), μπορεί να λειτουργήσει σα μια μονάδα παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας. Στις εικόνες 4.2 και 4.3 φαίνονται δίπτερες ανεμογεννήτριες. Σελίδα 36

46 Κεφάλαιο 4 ο : Αιολική Ενέργεια Εικόνα 4.2 Δίπτερη ανεμογεννήτρια (μικρή) Εικόνα 4.3 Δίπτερη ανεμογεννήτρια (μεγάλη) Στην εικόνα 4.4 φαίνεται μια πολύπτερη ανεμογεννήτρια. Εικόνα 4.4 Πολύπτερη ανεμογεννήτρια Σελίδα 37

47 Κεφάλαιο 4 ο : Αιολική Ενέργεια Η κατασκευή μηχανών της τάξεως ΜW δεν κατάφερε να ενταχθεί στο οικονομικά και κατασκευαστικά βιώσιμο κατεστημένο. Η οικονομική υποστήριξη της κατασκευής μηχανών αυτής της κατηγορίας είναι πλέον εφικτή μόνο μέσα από Ευρωπαϊκά προγράμματα ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ Η ισχύς που αποδίδει και κατ επέκταση, η Ενέργεια που παράγει μια ανεμογεννήτρια είναι συνάρτηση της τρίτης δύναμης της ταχύτητας του ανέμου, της πυκνότητας του ανέμου και των τεχνικών χαρακτηριστικών του συστήματος. 1 3 ρ u 2 Watt (4.1) Η ταχύτητα του ανέμου αυξάνει με το ύψος και γιαυτό οι ανεμογεννήτριες τοποθετούνται πάντα στην κορυφή υψηλών πύργων στήριξης. Παρ όλα αυτά οι θεωρητικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι για την παραγωγή ωφέλιμου έργου μπορεί να αξιοποιηθεί μόνο το 53,9% της συνολικής Ενέργειας του ανέμου. Η ανεμογεννήτρια οριζοντίου άξονα ανταποκρίνεται στις μεταβολές ταχύτητας του ανέμου με αυτόματη αλλαγή της κλίσης των πτερυγίων (pitch control), με τη ζεύξη παθητικών φτερών (passive blade pitching) είτε με τη διακοπή της λειτουργίας της. Ο άξονάς της παραλληλίζεται αυτόματα προς τη διεύθυνση του ανέμου έτσι ώστε ο άνεμος να προσβάλλει κάθετα την επιφάνεια που διαγράφουν τα πτερύγια. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται τελικά η βέλτιστη παραγωγή Ενέργειας από το άνεμο με συντελεστή μέχρι και 48% και εξασφαλίζονται ικανοποιητικά όρια στα χαρακτηριστικά της παραγόμενης Ηλεκτρικής Ενέργειας. Η Μηχανική Ισχύς που αναπτύσσεται στον άξονα των πτερυγίων από τον άνεμο μεταδίδεται στην Ηλεκτρική γεννήτρια με τις κατάλληλες στροφές. Η γεννήτρια, που μπορεί να είναι σύγχρονη ή επαγωγική, παράγει την Ηλεκτρική Ενέργεια και τροφοδοτεί την κατανάλωση. Η παραγόμενη Ηλεκτρική Ενέργεια είναι χρονικά ασυνεχής, επειδή ακολουθεί τη διακύμανση της ταχύτητας του άνεμου, ενώ η ζήτηση της Ηλεκτρικής Ενέργειας εξαρτάται από τις ώρες της ημέρας, την εποχή, την οικονομική και κοινωνική δομή των καταναλωτών κ.τ.λ. Αποτέλεσμα αυτών των παραγόντων είναι η παρουσία σημαντικών ταλαντώσεων ισχύος, ακόμη και σε μικρά χρονικά διαστήματα, ενώ όταν εμφανίζονται πολύ ισχυροί άνεμοι, διακόπτεται η παραγωγή Ηλεκτρικής Σελίδα 38

48 Κεφάλαιο 4 ο : Αιολική Ενέργεια Ενέργειας ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΕΡΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ Σημαντικό ρόλο παίζει ο τόπος εγκατάστασης των ανεμογεννητριών. Η ύπαρξη ανωμαλιών του εδάφους, κτιρίων, δέντρων ή εμποδίων γενικά μπορεί να δημιουργήσει στροβιλισμούς και να μειώσει την αποδοτικότητα. Πριν την επιλογή της περιοχής απαιτείται μελέτη στατιστικών μετεωρολογικών δεδομένων για τις κατευθύνσεις των κυρίαρχων ανέμων για περίοδο ενός χρόνου. Στα νησιά του Αιγαίου, στην Κρήτη και στην Ανατολική Στερεά Ελλάδα οι μέσες ταχύτητες ανέμου είναι 6-7 m/s, με αποτέλεσμα το κόστος της παραγόμενης Ενέργειας να είναι ιδιαίτερα ικανοποιητικό, γιαυτό παρατηρείται πληθώρα έργων εκμετάλλευσης στις περιοχές αυτές. Μετά την απελευθέρωση της αγοράς της Ηλεκτρικής Ενέργειας, υποβλήθηκαν τριακόσιες πενήντα (350) αιτήσεις για άδεια Αιολικών Εγκαταστάσεων. Η παραγωγή ηλεκτρισμού από τον άνεμο είναι σήμερα ελκυστική για πολλούς λόγους. Κατά αρχήν πρόκειται για «καθαρή» Ενέργεια. Η χρήση ενός στροβίλου 600 kw, σε κανονικές συνθήκες, αποτρέπει την αποβολή 1200 τόνων CO 2 ετησίως, που θα αποβάλλονταν στο περιβάλλον αν χρησιμοποιείτο άλλη πηγή για παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας, όπως π.χ. άνθρακας. Δεν έχει καμιά επιβάρυνση για το περιβάλλον και ο τρόπος παραγωγής έχει αδιαμφισβήτητη ασφάλεια. Η Αιολική Ενέργεια είναι σήμερα η πιο φτηνή από όλες τις υπάρχουσες Ήπιες Μορφές και είναι ανεξάντλητη. Η παραγωγή Ενέργειας από μια ανεμογεννήτρια κατά τα είκοσι (20) χρόνια λειτουργίας της ισοδυναμεί με την 80πλάσια ποσότητα Ενέργειας που απαιτείται για την κατασκευή, λειτουργία και καταστροφή της όταν αυτή κριθεί ανενεργή. Το 1999 η Αιολική Ενέργεια κάλυψε το 10% των αναγκών για ηλεκτρισμό στη Δανία. Θεωρητικά, η αξιοποίηση του Αιολικού δυναμικού της Ευρώπης στο μέγιστο θα μπορούσε να καλύψει όλες τις ανάγκες για Ηλεκτρική Ενέργεια. Στην Ευρώπη, στις αρχές του 1999, πάνω από 6600 MW κάλυψαν τις ανάγκες επτά (7) εκατομμυρίων ανθρώπων. Το συνολικό εκμεταλλεύσιμο Αιολικό δυναμικό της Ελλάδας μπορεί να καλύψει ένα μεγάλο μέρος των ηλεκτρικών αναγκών της. Οι προηγμένες Τεχνολογίες, εν προκειμένω, στην Αεροδυναμική, στην Αντοχή των Υλικών και στη Μετεωρολογία, έχουν συνεισφέρει σε ετήσια αύξηση 5% στην απόδοση ανά τετραγωνικό μέτρο έλικα (στατιστικά στοιχεία καταγεγραμμένα στη Δανία μεταξύ Σελίδα 39

49 Κεφάλαιο 4 ο : Αιολική Ενέργεια ). Σήμερα, ο σχετικός τομέας στη Βιομηχανία προσφέρει θέσεις εργασίας Παγκοσμίως. Οι δημοσκοπήσεις σε Ευρωπαϊκές χώρες, όπως Δανία, Γερμανία, Ολλανδία, Μ. Βρετανία έδειξαν ότι το 70% του πληθυσμού προτιμά την παραγωγή και χρήση Αιολικής Ενέργειας. Η Δανία κατέχει την πρώτη θέση στην Παγκόσμια παραγωγή. Το παραγόμενο αιολικό δυναμικό στη Δανία το 1998 ήταν 1200 MW και το ίδιο έτος οι Δανοί κατασκευαστές κατείχαν το 50% της Παγκόσμιας αγοράς σε ανεμογεννήτριες. Ένα σημαντικό μειονέκτημα της Αιολικής Ενέργειας είναι ότι εξαρτάται άμεσα από την ύπαρξη ικανοποιητικών ταχυτήτων ανέμου. Τι γίνεται όμως όταν δε φυσάει άνεμος; Επειδή δεν υπάρχουν δυνατότητες για οικονομική αποθήκευση μεγάλων ποσοτήτων Ενέργειας, επιβάλλεται να υπάρχει εφεδρεία συμβατικών σταθμών για το σύνολο της εγκατεστημένης ισχύος των ανεμογεννητριών. Για ηλεκτρικά συστήματα, όπως το σύστημα της Κρήτης, όπου οι αιχμές φορτίου καλύπτονται με αεροστρόβιλους ντίζελ και με υψηλό κόστος παραγωγής, θα μπορούσε να εξεταστεί η περίπτωση συνδυασμού ανεμογεννητριών με Αντλητικά Υδροηλεκτρικά Έργα. 4.2 ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΜΙΑΣ ΠΕΡΙΟ - ΧΗΣ Για να κάνουμε αξιολόγηση του Αιολικού δυναμικού μιας περιοχής θα πρέπει αρχικά να γίνουν οι απαραίτητες μετρήσεις αυτού του Αιολικού δυναμικού και έπειτα να γίνει εκτίμηση των παραμέτρων του ανέμου από τα ανεμολογικά δεδομένα που προέκυψαν από τις μετρήσεις. Ιδιαίτερη σημασία έχει οι μετρήσεις και οι εκτιμήσεις του Αιολικού δυναμικού να είναι κατά το δυνατόν περισσότερο ακριβείς ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ Η ταχύτητα ανέμου ορίζεται ως η ταχύτητα μεταφοράς μικρών ποσοτήτων αέρα οι οποίες ακολουθούν τη διεύθυνση που έχει ο άνεμος εκείνη τη στιγμή. Για να καθορίσουμε την ταχύτητα ανέμου σε έναν τόπο θα πρέπει να λάβουμε υπόψη μας τις πιέσεις της ατμόσφαιρας όπως και το ανάγλυφο της περιοχής και την τραχύτητα του εδάφους. Η μέση ημερήσια και ετήσια ταχύτητα του ανέμου διαφέρει από μέρα σε μέρα και από έτος σε έτος αντίστοιχα. Για τη μελέτη και τον υπολογισμό των κατάλληλων Αιολικών Συστημάτων, απαιτείται η γνώση της μέσης ταχύτητας ανέμου σε χαρακτηριστικές χρονικές περιόδους, Σελίδα 40

50 Κεφάλαιο 4 ο : Αιολική Ενέργεια όπως μέσα στο μήνα ή στο έτος αφού η σχέση του ανέμου με την περιοδική εμφάνιση του Ηλίου σε έναν τόπο συνεπάγεται στην εποχική και ετήσια περιοδικότητα της εμφάνισης της μέσης ταχύτητας ανέμου. Για να μετρήσουμε τη στιγμιαία ταχύτητα και κατεύθυνση χρησιμοποιούμε ανεμόμετρα και ανεμοδείκτες αντίστοιχα. Η μέση τιμή του μέτρου της ταχύτητας για χρόνο Τ είναι: u 1 0 udt (4.2) Με βάση την ημερήσια ταχύτητα του ανέμου και τον προσδιορισμό της συχνότητας και των περιόδων εμφάνισης ριπών ανέμου, που είναι απότομες αυξήσεις της ταχύτητας του ανέμου, μπορούμε να μελετήσουμε και να προσδιορίσουμε το μέγεθος των απαιτούμενων Αιολικών Συστημάτων, αφού τα παραπάνω αποτελούν σημαντικά στοιχεία του αιολικού δυναμικού ενός τόπου. Γνωρίζοντας τη μέση μηνιαία ή ετήσια ταχύτητα του ανέμου και τις αντίστοιχες επικρατούσες διευθύνσεις του, δημιουργούνται χάρτες περιορισμένης έκτασης ή μεγάλων περιοχών ή σε Παγκόσμια κλίμακα οι οποίοι ονομάζονται Αιολικοί Χάρτες ή Άτλαντες. Α. ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ ΜΕ ΤΟ ΥΨΟΣ Σύμφωνα με το νόμο κατανομής της ταχύτητας ροής ενός ρευστού, η ταχύτητα του ανέμου μεταβάλλεται με το ύψος από το έδαφος σε συνάρτηση με την απόσταση από το τοίχωμα του σωλήνα μέσα στο οποίο ρέει. Το ύψος στο οποίο η ταχύτητα του ανέμου είναι το 99,8% της ταχύτητας στο άπειρο, λέγεται πάχος του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος. Ο τύπος που δίνει την ταχύτητα του ανέμου σε ύψος Ζ πάνω από το επίπεδο έδαφος με ομοιογενώς διασπαρμένες διαταραχές είναι: Z ln Z 0 U Uref Zref ln Z 0 (4.3) Όπου Z το ύψος αναφοράς και U η ταχύτητα του ανέμου στο ύψος αναφοράς. ref ref Συνήθως το ανεμόμετρο τοποθετείται στη θέση Z ref = 10 m. Το Z το οποίο αφορά το μέσο 0 ύψος του διαταραγμένου στρώματος του αέρα λόγω ανωμαλιών εδάφους ονομάζεται μήκος τραχύτητας. Σελίδα 41

51 Κεφάλαιο 4 ο : Αιολική Ενέργεια Β. ΜΕΤΑΒΛΗΤΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ Η ταχύτητα του ανέμου υπόκειται σε χωρικές και χρονικές μεταβολές. Οι χωρικές μεταβολές οφείλονται α) στη διαφοροποίηση της μορφολογίας του εδάφους β) στην τραχύτητα του εδάφους και γ) στο ύψος της μέτρησης. Στη συνέχεια θα πρέπει να ορίσουμε ποιο είναι το οριακό στρώμα της ατμόσφαιρας και ποιο το κατώτερο. Στο οριακό στρώμα της ατμόσφαιρας το οποίο χαρακτηρίζεται ως τα 2000 m ύψος οι διαταραχές της ταχύτητας του ανέμου είναι μηδενικές σε σχέση με τις διαταράξεις του εδάφους. Το κατώτερο μέρος της ατμόσφαιρας που είναι κάτω από τα 100 m είναι αυτό για το οποίο ενδιαφερόμαστε περισσότερο. Εκεί ο άνεμος υφίσταται επιβραδύνσεις από δυνάμεις τριβής λόγω των κτισμάτων των κατοικημένων περιοχών, της μορφολογίας του εδάφους αλλά και το είδος της βλάστησης. Αυτές οι ταραχές προκαλούν γρήγορες διακυμάνσεις στην ταχύτητα του ανέμου σε μεγάλη περιοχή συχνοτήτων και μεγεθών. Οι απότομες αυτές στιγμιαίες μεταβολές ονομάζονται ριπές. Οι χρονικές μεταβολές οφείλονται στα φαινόμενα που επηρεάζουν το κλίμα της περιοχής, στην εναλλαγή μέρας και νυκτός, στις μεταβολές της Ηλιακής δραστηριότητας κλπ. Σε αυτές διακρίνονται μεταβολές μικρής χρονικής διάρκειας όπου η ταχύτητα σε έναν τόπο μπορεί να διπλασιαστεί μέσα σε μικρό χρονικό διάστημα μεγάλης χρονικής διάρκειας. Οι μεταβολές μικρής διάρκειας μας είναι χρήσιμες για το σχεδιασμό των Αιολικών μηχανών. Συνήθως όμως αντί των μεταβολών αυτών δίνονται οι μέσες ωριαίες, ημερήσιες και μηνιαίες τιμές. Γ. ΑΝΕΜΟΛΟΓΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Για τη μέτρηση του Αιολικού δυναμικού μιας περιοχής θα πρέπει να λάβουμε υπόψη μας δύο βασικές παραμέτρους. Την ταχύτητα και την κατεύθυνση του ανέμου. Για να μετρήσουμε τις δύο αυτές παραμέτρους χρησιμοποιούμε ειδικά όργανα, τα ανεμόμετρα για την ταχύτητα και τους ανεμοδείκτες για την κατεύθυνση. Οι μετρήσεις γίνονται ανά τακτά χρονικά διαστήματα αποτελώντας τα αρχικά ανεμολογικά δεδομένα της συγκεκριμένης περιοχής. Η διαφορά μεταξύ των ανεμόμετρων εντοπίζεται στον τρόπο λειτουργίας, στην ακρίβεια και στη συχνότητα δειγματοληψίας όπου η πιο συνηθισμένη είναι αυτή του 1 Ηz. Σελίδα 42

52 Κεφάλαιο 4 ο : Αιολική Ενέργεια ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΟΥ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ Η εκτίμηση του Αιολικού δυναμικού μιας περιοχής είναι μια απαραίτητη διαδικασία που έχει σκοπό τη διερεύνηση της δυνατότητάς του να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας, έτσι ώστε να καλύπτονται συγκεκριμένες ανάγκες μιας περιοχής και τον προσδιορισμό της ποιότητας του ανέμου. Αυτά που πρέπει να εξεταστούν έτσι ώστε να γίνει σωστή εκτίμηση του Αιολικού δυναμικού μιας περιοχής είναι: Η μέση ταχύτητα του ανέμου Η τυπική απόκλιση των τιμών της ταχύτητας του ανέμου Το ιστόγραμμα πιθανότητας της ταχύτητας του ανέμου Οι μεταβολές της διεύθυνσης της ταχύτητας του ανέμου Ξέρουμε ότι η Αιολική Ενέργεια ορίζεται ως η Κινητική Ενέργεια των αερίων μαζών της ατμόσφαιρας. Έτσι η Κινητική Ενέργεια μιας αέριας μάζας m που κινείται με ταχύτητα u θα είναι: 1 κ m u 2 2 (4.4) Τώρα αν υποθέσουμε ότι η μάζα αυτή διέρχεται μέσα από μια νοητή επιφάνεια Α (διατομή φλέβας), θα έχει ρυθμό ροής: όπου ρ η πυκνότητα του αέρα. dm ρ Α u dt kg/s Έτσι δημιουργείται ο τύπος της ισχύος του ανέμου ο οποίος είναι: 1 3 (4.5) ρ u Watt (4.6) 2 η οποία με αντικατάσταση της τυπικής τιμής της πυκνότητας του αέρα, σε συνήθεις συνθήκες, γίνεται: A u 3 (4.7) Από τα προηγούμενα παρατηρούμε ότι η ταχύτητα του ανέμου, η οποία μεταβάλλεται με το χρόνο, επηρεάζει άμεσα την ισχύ του. Από τον πρώτο τύπο της ισχύος μπορούμε να βρούμε το φυσικά διαθέσιμο Αιολικό δυναμικό μιας περιοχής. Το μέρος τώρα του δυναμικού αυτού που μπορεί να αξιοποιηθεί, ονομάζεται τεχνικά αξιοποιήσιμο Αιολικό δυναμικό. Σελίδα 43

53 Κεφάλαιο 4 ο : Αιολική Ενέργεια Η ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΤΗΣ ΑΙΟΛΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ Για τη μετατροπή της Αιολικής Ενέργειας σε Ενέργεια περιστρεφόμενης μηχανής, χρησιμοποιείται ειδικά διαμορφωμένη κατασκευή, η οποία τίθεται σε περιστροφή από τον άνεμο και ονομάζεται πτερωτή. Στην πτερωτή, η Κινητική Ενέργεια του ανέμου μετατρέπεται, με ορισμένο ρυθμό, σε περιστροφική Ενέργεια. Η ισχύς, με την οποία αποδίδεται Έργο στην αιολική μηχανή (ανεμόμυλος, ανεμογεννήτρια), χαρακτηρίζει τη δυνατότητά της για παραγωγή περαιτέρω μηχανικού Έργου από τη διάταξη αυτή. Επειδή, όμως, ένα τμήμα της μάζας του αέρα που προσπίπτει στην πτερωτή, κατ' ανάγκη τη διαπερνά χωρίς να αποδίδει σε αυτήν, την Ενέργειά της, η μέγιστη Μηχανική Ισχύς,, που θα μπορούσε να αποδώσει, θεωρητικά, ο άνεμος στην πτερωτή της Αιολικής μηχανής, αποδεικνύεται ίση με : P M Cp μεγ (4.8) Όπου Cp μεγ ο ιδανικός συντελεστής (μηχανικής) απόδοσης της Αιολικής μηχανής. Όπως προκύπτει, έχει την τιμή 0,593 και ονομάζεται όριο Betz. Δηλαδή, ιδανικά, μόνο το 59,3% της, θα μπορούσε να αξιοποιηθεί από μια πτερωτή. Στην πράξη, ο συντελεστής απόδοσης, Cp = Ρ / Ρ είναι μικρότερος του ορίου Μ αν Betz και εξαρτάται από την ταχύτητα του ανέμου και τη διαμόρφωση των πτερυγίων της αιολικής μηχανής. Αν η πτερωτή συνδυάζεται με ηλεκτρογεννήτρια, τότε έχουμε μια ανεμογεννήτρια. Συνεπώς, η αποδιδόμενη Ηλεκτρική Ισχύς, από μια ανεμογεννήτρια δίδεται από τη σχέση: n n Cp n n 1 ρ S Cp 2 μηχ n μηχ n u 3 (4.9) όπου Cp: ο συντελεστής απόδοσης της Αιολικής μηχανής και αφορά στη μετατροπή της, ανά μονάδα χρόνου, κινητικής Ενέργειας της φλέβας του ανέμου, που προσπίπτει στα πτερύγια της ανεμογεννήτριας, σε περιστροφική Ενέργεια. n : ο συντελεστής απόδοσης μηχανικών μερών της ανεμογεννήτρια στην είσοδο της ηλεκτρογεννήτριας. Η μεταβιβαζόμενη Ενέργεια προς την ηλεκτρογεννήτρια μειώνεται εξαιτίας των τριβών στα σημεία έδρασης του άξονα περιστροφής των πτερυγίων (Bearing) και στα γρανάζια του κιβωτίου μετατροπής στροφών (gearbox), με τιμή μέχρι 95% και Σελίδα 44

54 Κεφάλαιο 4 ο : Αιολική Ενέργεια n : ο συντελεστής απόδοσης της ηλεκτρογεννήτριας, με τιμή μέχρι 80%. Μια ανεμογεννήτρια, ως μηχανική διάταξη παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας αξιοποιώντας την Κινητική Ενέργεια του ανέμου, χαρακτηρίζεται από την αποδιδόμενη ηλεκτρική ισχύ P (Rated), όταν βρίσκεται σε Αιολικό πεδίο ορισμένης ταχύτητας R αναφοράς. Ως ταχύτητα αναφοράς, U, που συνήθως καθορίζεται ως η ταχύτητα ανέμου R στην οποία ο λόγος C p n n (4.10) λαμβάνει μέγιστη τιμή. Στο σχήμα 4.4, δίδεται η εξάρτηση της αποδιδόμενης Ηλεκτρικής Ισχύος, μιας ορισμένης ανεμογεννήτρια, από την ταχύτητα του ανέμου. Σε πολύ χαμηλές ταχύτητες ανέμου, μέχρι ορισμένη χαρακτηριστική τιμή, υ (ταχύτητα έναρξης εισ λειτουργίας, cut in - speed), η αποδιδόμενη ισχύς είναι μηδενική, δηλαδή, η ανεμογεννήτρια δε λειτουργεί. Ομοίως, σε πολύ υψηλές ταχύτητες, μεγαλύτερες ενός ορίου υ (ταχύτητα εξόδου, cut - off), η ανεμογεννήτρια, για λόγους προστασίας της, εξ ακινητοποιείται με χρήση κατάλληλου φρένου (μηχανικού ή ηλεκτρομαγνητικού) ή με μηχανισμό αυτόματου προσανατολισμού του επιπέδου της πτερωτής, παράλληλα με την κατεύθυνση ροής του ανέμου (Furling). Σε ταχύτητες μεγαλύτερες της u, ειδική διάταξη R διατηρεί σταθερή (ή περίπου σταθερή) την αποδιδόμενη Ηλεκτρική Ισχύ, ίση με την P. R Σχήμα 4.4 Τυπική γραφική παράσταση της αποδιδόμενης Ηλεκτρικής Ισχύος ανεμογεννήτριας, σε συνάρτηση με την ταχύτητα του ανέμου, u. Σελίδα 45

55 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτες που απαιτούνται για την κατασκευή του Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΜΕΛΕΤΕΣ ΠΟΥ ΑΠΑΙΤΟΥΝΤΑΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΟΥ ΠΡΟΤΥΠΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ 5.1 ΜΕΛΕΤΗ ΜΙΚΡΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ (ΜΥΗΕ) ΜΕΛΕΤΗ ΣΚΟΠΙΜΟΤΗΤΑΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΜΙΚΡΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ (ΜΥΗΕ) Ως πρώτο βήµα για την εγκατάσταση ενός ΜΥΗΕ θεωρείται η διεξαγωγή µελέτης σκοπιμότητας µε την εξέταση διαφόρων εναλλακτικών σεναρίων σχεδίασης ενός έργου. Το ΚΑΠΕ (Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας) εκπονεί µελέτες σκοπιµότητας αντικείμενο των οποίων είναι : Α. Ο προσδιορισµός του ύψους πτώσης, µε µια αρχική επιλογή της θέσης υδροληψίας και σταθµού. Β. Η χάραξη της καµπύλης διάρκειας παροχής της θέσης, για την εκτίµηση της ετήσιας παραγωγής Ενέργειας και τον υπολογισµό των ετήσιων εσόδων του έργου. Σχήμα 5.1 Καμπύλες διάρκειας παροχής και ισχύος Σελίδα 46

56 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτες που απαιτούνται για την κατασκευή του Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου Γ. Ο προσδιορισµός του κόστους κατασκευής του έργου µε βάση τη µορφολογία της περιοχής, το µήκος του καταθλιπτικού αγωγού, τον τύπο του ηλεκτροµηχανολογικού εξοπλισµού και την απόσταση της διασύνδεσης µε το δίκτυο της ΔΕΗ. Δ. Ο προσδιορισµός της οικονοµικής βιωσιµότητας του έργου, µε τον υπολογισµό των απαραίτητων οικονοµικών δεικτών και η εξαγωγή συµπερασµάτων ΠΡΟΜΕΛΕΤΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΜΥΗΕ Στην περίπτωση που το αποτέλεσµα της µελέτης σκοπιµότητας αποβεί θετικό το ΚΑΠΕ εκπονεί τη µελέτη σχεδίασης εγκατάστασης Μικρού Υδροηλεκτρικού Σταθµού σε επίπεδο προµελέτης. Το βάθος της προµελέτης είναι τέτοιο ώστε να είναι επαρκές για την έκδοση των διαφόρων αδειών που απαιτούνται για την κατασκευή του ΜΥΗΕ. Η σχεδίαση η οποία στηρίζεται στα αποτελέσµατα της µελέτης σκοπιµότητας περιλαµβάνει: Α. Την επιλογή των υδροστροβίλων, και τον καθορισµό των υδραυλικών χαρακτηριστικών τους. Β. Την επιλογή των γεννητριών µε τα χαρακτηριστικά τους και όλον το συνακόλουθο ηλεκτρολογικό εξοπλισµό. Γ. Τον καθορισµό των χαρακτηριστικών του συστήµατος αυτοµατισµού και λειτουργίας της εγκατάστασης. Δ. Τον καθορισµό του συστήµατος προσαγωγής του νερού στο σταθµό δηλαδή την υδροληψία, τον αγωγό προσαγωγής ανοικτό ή κλειστό, τη δεξαµενή φόρτισης και τις υπόλοιπες βοηθητικές εγκαταστάσεις. Ε. Την κτηριακή υποδοµή για την εγκατάσταση του µηχανολογικού εξοπλισµού µε τη διάταξη των υδροστροβίλων - γεννητριών, για εύκολη πρόσβαση και συντήρηση χωρίς διακοπή της λειτουργίας των υπολοίπων µονάδων, των αυτοµατισµών και όλου του βοηθητικού εξοπλισµού, του υποσταθµού καθώς και τη διασύνδεση µε το δίκτυο ΜΕΛΕΤΗ - ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΥΔΡΟΣΤΡΟΒΙΛΩΝ ΤΥΠΟΥ BANKI, PELTON, ΑΞΟΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΛΟΓΗ ΑΝΤΛΙΩΝ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Για τον ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισµό Υδροηλεκτρικών Έργων µικρής ισχύος, εκπονείται µελέτη για τη σχεδίαση και κατασκευή των υδροστροβίλων του έργου, την επιλογή της κατάλληλης γεννήτριας σύγχρονης ή ασύγχρονης και του συστήµατος αυτοµατισµού. Οι τύποι των υδροστροβίλων που µπορούν να σχεδιασθούν και Σελίδα 47

57 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτες που απαιτούνται για την κατασκευή του Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου κατασκευασθούν είναι Aξονικοί τύπου S, Pelton οριζοντίου ή και κατακόρυφου άξονα και Banki (Cross Flow). Επίσης µπορεί να γίνει επιλογή για την τοποθέτηση αντλίας αντίστροφης λειτουργίας που αποτελεί φθηνή και αποδοτική λύση για εγκατάσταση πολύ µικρής ισχύος ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ (ΜΠΕ) Το ΚΑΠΕ αναλαµβάνει την εκπόνηση Μελέτης Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων (ΜΠΕ) κατασκευής και λειτουργίας ενός ΜΥΗΕ. Αντικείμενο της ΜΠΕ αποτελεί η επισήµανση των πιθανών περιβαλλοντικών επιπτώσεων που προκύπτουν κατά την κατασκευή και λειτουργία του ΜΥΗΕ και η αποτίµηση των επιπτώσεων αυτών µε σκοπό την πρόταση κατάλληλων µέτρων για την αποφυγή ή άµβλυνσή τους. Στόχος της ΜΠΕ είναι να προσφέρει σε όσους λαµβάνουν αποφάσεις και στο κοινό, σαφείς και εµπεριστατωµένες εκτιµήσεις και πληροφορίες για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις του έργου. Στα πλαίσια της ΜΠΕ εξετάζονται οι σηµαντικότερες επιβαρύνσεις και πιέσεις κατά τη φάση των κατασκευών που συνδέονται κυρίως µε τα έργα υδροληψίας στην κοίτη του ποταµού, την εγκατάσταση του αγωγού προσαγωγής και την ανέγερση του µηχανοστασίου και των λοιπών κατασκευών. Επίσης εκτιµώνται οι ενδεχόµενες επιπτώσεις από τα συνοδά έργα, όπως η διάνοιξη των οδών προσπέλασης, τα οποία σε ορισµένες περιπτώσεις πραγµατοποιούνται σε δύσβατα µέρη µε ιδιαίτερη αισθητική και περιβαλλοντική αξία, προκαλώντας πρόσθετες τεχνικές και περιβαλλοντικές δυσκολίες. Ιδιαίτερη έµφαση δίνεται στην αισθητική προσαρµογή και εναρµόνιση όλων των επιµέρους έργων στο περιβάλλον. Κατά τη φάση λειτουργίας του έργου, εξετάζονται επιπτώσεις που οφείλονται κυρίως στην εκτροπή σηµαντικού τµήµατος της παροχής του ποταµού από τη θέση υδροληψίας µέχρι το σταθµό παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας. Οι επιπτώσεις αυτές ενδέχεται να είναι σηµαντικές στη χλωρίδα και πανίδα ιδιαίτερα δε όταν τα έργα προτείνονται σε προστατευόµενες περιοχές. Τέλος, άλλα θέµατα που εξετάζονται στα πλαίσια της λειτουργίας του ΜΥΗΕ και προτείνονται τα αντίστοιχα µέτρα, αφορούν την ηχητική όχληση, την ασφαλή λειτουργία του µηχανοστασίου και την προστασία των περίοικων όταν έρχονται σε επαφή µε τµήµατα του έργου. Σελίδα 48

58 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτες που απαιτούνται για την κατασκευή του Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΒΑΘΜΟΥ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΜΥΗΕ Το ΚΑΠΕ αναλαµβάνει τη διεξαγωγή µετρήσεων για τη χάραξη των καµπυλών λειτουργίας και βαθµού απόδοσης του έργου. Με την ολοκλήρωση ενός ΜΥΗΕ ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η διαπίστωση της τεχνικής του αρτιότητας και ο έλεγχος της επίτευξης του στόχου κατασκευής του, που είναι η παραγωγή της αναµενόµενης Ηλεκτρικής Ενέργειας. Οι δυνατότητες µέτρησης περιλαµβάνουν: 1.Τη µέτρηση της παροχής: (α) Σε κλειστό κυλινδρικό αγωγό ικανού µήκους για την επίτευξη οµαλής ροής µε µετρητικό σύστηµα υπερήχων (β) Σε ανοικτό αγωγό µε τη χρήση µυλίσκων µέτρησης της ταχύτητας του νερού 2.Τη µέτρηση της ροπής στην έξοδο του στροβίλου µε χρήση Strain Gages. 3. Τη µέτρηση της ταχύτητας περιστροφής της µηχανής 4.Τη µέτρηση της ηλεκτρικής ισχύος εξόδου µε αναλυτική καταγραφή της έντασης και της τάσης του ρεύµατος της γεννήτριας κατά φάση ΠΡΟΜΕΛΕΤΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΣΕ ΕΠΙΠΕΔΟ ΛΕΚΑΝΗΣ, ΥΠΟΛΕΚΑΝΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Το ΚΑΠΕ αναλαµβάνει τη µελέτη βέλτιστης αξιοποίησης του Υδροδυναµικού σε επίπεδο λεκάνης - υπολεκάνης. Στα πλαίσια του ΕΠΕ 3.4.3, Ανάπτυξη Γεωγραφικού Πληροφοριακού Συστήµατος για τον προσδιορισµό του τεχνικά και οικονοµικά εκµεταλλεύσιµου δυναµικού των ΑΠΕ, το ΚΑΠΕ ανέπτυξε γεωγραφικό σύστηµα πληροφοριών και µοντέλα υπολογισµών για τη διερεύνηση σεναρίων αξιοποίησης του δυναµικού για ΜΥΗΕ. Στο σύστηµα ενσωµατώθηκαν οι υπάρχουσες επεξεργασµένες µετρήσεις (κυρίως της ΔΕΗ, αλλά και του ΥΠ.Ε.ΧΩ.ΔΕ. και του ΥΠ.ΓΕ), ψηφιακά µοντέλα εδάφους και υδατορρευµάτων, καθώς και αλγόριθµοι, που εκτιµούν την δυνατότητα βέλτιστης Ενεργειακής αξιοποίησης του υδατικού δυναμικού, για όλη τη λεκάνη ή υπολεκάνη. Στα παραδοτέα του έργου περιλαμβάνονται: Χάρτες δυναµικού για διάφορες λεκάνες µε µακροχρόνιες µετρήσεις παροχών Στοιχεία μορφολογίας υδατορρευµάτων Υπολογισμένες τιµές παροχών υδατορρεύµατος Σελίδα 49

59 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτες που απαιτούνται για την κατασκευή του Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου Εικόνα 5.1 Αισθητήρες μέτρησης παροχής αγωγού προσαγωγής με σύστημα υπερήχων Εικόνα 5.2 Τοποθέτηση αισθητήρων μέτρησης παροχής σε θαμμένο αγωγό προσαγωγής ΜΥΗΕ Εικόνα 5.3 Καταγραφή ηλεκτρικής ισχύος στην έξοδο γεννήτριας ΜΥΗΕ Θέσεις πιθανών έργων µε βάση σενάρια και τεχνικούς. νοµοθετικούς περιορισµούς Σελίδα 50

60 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτες που απαιτούνται για την κατασκευή του Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου Με βάση την υποδοµή που αναπτύχθηκε (µετρήσεις οργανωµένες σε γεωγραφικό σύστηµα πληροφοριών, γεωγραφικά µοντέλα, µοντέλα υπολογισµών) µπορούν να πραγµατοποιηθούν λεπτοµερείς µελέτες βέλτιστης αξιοποίησης του υδατικού δυναμικού, ειδικά µάλιστα αν συνδυαστούν µε ολοκληρωµένες µελέτες διαχείρισης υδάτινων πόρων, ακολουθώντας την αντίστοιχη κοινοτική οδηγία (60/2000). 5.2 ΜΕΛΕΤΗ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΠΑΡΚΟΥ ΠΡΟΜΕΛΕΤΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ Η μελέτη ενός συστήματος ανεμογεννήτριας, περιλαμβάνει την Αεροδυναμική Σχεδίαση και τη μελέτη εφαρμογής, στην οποία περιλαμβάνονται η Μηχανολογική μελέτη και σχεδίαση, η μελέτη του Ηλεκτρολογικού Συστήματος και τα Ηλεκτρολογικά Συστήματα ελέγχου και ασφαλείας. Η αεροδυναμική σχεδίαση αποτελεί προϋπόθεση για το σχεδιασμό ενός συστήματος δέσμευσης και μετατροπής της Ενέργειας του ανέμου, ενώ η Ηλεκτρομηχανολογική μελέτη είναι το αμέσως επόμενο και αναγκαίο στάδιο για την υλοποίηση ενός τέτοιου συστήματος, κατά τον αποδοτικότερο και πλέον συμφέροντα τεχνοοικονομικό τρόπο ΕΠΙΛΟΓΗ ΘΕΣΗΣ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΠΑΡΚΟΥ Οι παράμετροι επιλογής θέσης εγκατάστασης Αιολικού Πάρκου είναι: Αιολικό δυναμικό Δυνατότητα πρόσβασης απαιτούμενα έργα υποδομής Υφιστάμενα δίκτυα μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας στην περιοχή Πιθανές εμπλοκές στη διαδικασία αδειοδότησης Ιδιοκτησία εδαφικών εκτάσεων - δυνατότητα χρήσης γης ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ (ΜΠΕ) Είναι γνωστό ότι οι ανεμογεννήτριες προκαλούν αμελητέες επιδράσεις στο περιβάλλον. Αυτό μάλιστα γίνεται σαφέστερο, όταν αναλογισθούμε τις επιδράσεις των Σελίδα 51

61 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτες που απαιτούνται για την κατασκευή του Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου αντίστοιχων θερμοηλεκτρικών ή πυρηνικών Σταθμών παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας στα οικοσυστήματα μιας περιοχής. Μια ολοκληρωμένη και τεκμηριωμένη μελέτη των περιβαλλοντικών επιρροών σε έναν τόπο που λειτουργεί μονάδα εκμετάλλευσης Αιολικής Ενέργειας, διαφοροποιεί τις υπάρχουσες απόψεις των οικολόγων και θα πρέπει να περιλαμβάνει την ανάλυση παραγόντων οι οποίοι επηρεάζουν την ανθρώπινη αντίληψη και συμπεριφορά. Παράγοντες σχετικοί με το τοπίο, την αισθητική, τον ήχο και την επιρροή του παραγόμενου ηλεκτρομαγνητισμού. Αναμφίβολα οι οικολόγοι επηρεάζουν την κοινή γνώμη και καθορίζουν την έγκριση άδειας ή μη κάθε προτεινόμενου σχεδίου. Παρόλα αυτά σε μεμονωμένες περιπτώσεις αναφέρονται ορισμένες αρνητικές επιπτώσεις των Αιολικών Πάρκων στο περιβάλλον όπως η οπτική αισθητική επίδραση, η οποία είναι κάπως έντονη σε περιπτώσεις εγκαταστάσεων ανεμοκινητήρων μεγάλων διαστάσεων (άνω των 500 kw, ύψος 50 m, διάμετρος πτερωτής 35 m) σε σχετικά κλειστές περιοχές. Αντίθετα η εγκατάσταση μηχανών ή και ενός Αιολικού Πάρκου σε ανοικτές περιοχές δε φαίνεται να επηρεάζει αρνητικά την οπτική αισθητική της περιοχής. Επειδή στο θέμα αυτό έχει δοθεί υπερβολική δημοσιότητα τα τελευταία χρόνια, είναι δυνατό να συνοψίσουμε εν συντομία τα αποτελέσματα πρόσφατων ερευνών. Πράγματι η χρησιμοποίηση απλών σωληνωτών πύργων σε χρωματισμό που συμφωνεί με το περιβάλλον φαίνεται να παρουσιάζει καλύτερη οπτική αποδοχή από τη χρησιμοποίηση δικτυωτού πύργου. Παράλληλα η επίτευξη οπτικής ομοιομορφίας έχει αποδειχθεί ότι δε διαταράσσει την αρμονία της περιοχής. Η οπτική ομοιομορφία περιλαμβάνει ομοιότητα διαστάσεων δρομέα και υπερκατασκευής (όχι αναγκαστικά ιδίου τύπου μηχανές), καθώς και ύψους πύργου στήριξης. Τελικά, όταν οι ανεμογεννήτριες περιστρέφονται, το ανθρώπινο μάτι τις θεωρεί χρήσιμες με αποτέλεσμα να γίνονται ευκολότερα οπτικά αποδεκτές, καθώς φαίνεται να εξυπηρετούν κάποιο σκοπό. Αντίθετα, όταν σημαντικός αριθμός ανεμογεννητριών δε δουλεύει ενώ πνέουν άνεμοι, η προσδοκία του παρατηρητή για χρησιμότητα αιολικών μηχανών παραβιάζεται. Για το λόγο αυτό θεωρείται σκόπιμη η διατήρηση περιστροφής των πτερυγίων για το μεγαλύτερο δυνατό διάστημα, ενώ οι ιδιοκτήτες των Αιολικών Πάρκων θα πρέπει να συντηρούν τακτικά τις μηχανές τους και να αντικαθιστούν το γρηγορότερο τυχόν κατεστραμμένα τμήματα, ώστε να αυξηθεί η δημόσια αποδοχή των εγκαταστάσεων τους. Επιπλέον οι ανεμογεννήτριες που διαθέτουν τρία πτερύγια δίνουν ένα αισθητικά αρμονικότερο αποτέλεσμα. Ενώ ο χρωματισμός των πύργων στήριξης και των πτερυγίων Σελίδα 52

62 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτες που απαιτούνται για την κατασκευή του Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου διαδραματίζει ουσιαστικό ρόλο στην ομαλή ενσωμάτωση των μηχανών στον περιβάλλοντα χώρο, με επικρατέστερη επιλογή το λευκό χρώμα και σαν εναλλακτική λύση το γκρι. Οι επιδράσεις κάθε ανθρώπινης κατασκευής στα πουλιά είναι δυνατόν να περιορισθούν, εφόσον αποφεύγονται περιοχές, οι οποίες αποτελούν νυχτερινά περάσματα αποδημητικών πουλιών. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγεται η όποια μείωση του πληθυσμού των πτηνών. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι μόνο πουλιά με προβλήματα στην όραση πέφτουν πάνω στα πτερύγια των ανεμογεννητριών. Τα πουλιά συχνά συγκρούονται με κατασκευές που δυσκολεύονται να δουν. Ειδικότερα τις γραμμές υψηλής τάσεως, κατάρτια, πυλώνες και διαφανή μέρη σε παράθυρα κτιρίων καθώς και με κινούμενα οχήματα σε δρόμους με αυξημένη κυκλοφορία. Η συμπεριφορά των πουλιών και οι δείκτες της θνησιμότητάς τους σχετίζονται με το είδος των πουλιών και την περιοχή. Σύμφωνα με έρευνες, τα πουλιά που πεθαίνουν λόγω συγκρούσεως με κινούμενα οχήματα, είναι τριακόσιες (300) φορές περισσότερα από αυτά που πεθαίνουν από ανεμογεννήτριες και εβδομήντα (70) φορές περισσότερα από αυτά που σκοτώνονται από κυνηγούς. Αυτοί οι υπολογισμοί, σε συνδυασμό με μια μελέτη που πραγματοποιήθηκε στη Δανία, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι τα καλώδια αποτελούν πολύ πιο μεγάλο κίνδυνο για τα πουλιά από ότι οι ανεμογεννήτριες καθώς επίσης ότι τα πουλιά έχουν την τάση να αλλάζουν την πορεία τους m μακριά από την πτερωτή, πετώντας πάνω ή γύρω από αυτήν σε μια απόσταση ασφαλείας. Αυτή η συμπεριφορά έχει παρατηρηθεί τόσο κατά τη διάρκεια της νύχτας όσο και της ημέρας. Μελέτες που έγιναν για το σκοπό αυτό τόσο στις ΗΠΑ όσο και στην Ολλανδία, κατέγραψαν ένα μικρό αριθμό νεκρών πτηνών στην περιοχή των Αιολικών Πάρκων (π.χ. περίπου εξήντα (60) πτηνά σε ένα έτος στην ευρύτερη περιοχή του Αιολικού Πάρκου ( kw). Σημαντικό μάλιστα ποσοστό των πτηνών αυτών βρέθηκε κοντά στο χώρο περίφραξης του οικοπέδου του Αιολικών Πάρκων και μικρότερο ποσοστό στο χώρο εγκατάστασης των ανεμογεννητριών. Ωστόσο το πρόβλημα δε θεωρείται σημαντικό δεδομένης και της περιβαλλοντικής καθαρότητας της Αιολικής Ενέργειας σε σύγκριση με τις υπόλοιπες Ενεργειακές λύσεις. Η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση δημιουργείται λόγω της ανάκλασης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων πάνω στα περιστρεφόμενα πτερύγια του δρομέα. H εμπειρία έχει δείξει ότι ο προσεκτικός σχεδιασμός Αιολικών Πάρκων δε δημιουργεί παρενοχλήσεις στα συστήματα τηλεπικοινωνίας είναι όμως χρήσιμο να υπάρχει μια εκτίμηση των θεμάτων που αφορά (αν υπάρχει ενόχληση). Σελίδα 53

63 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτες που απαιτούνται για την κατασκευή του Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου Τα ραδιοκύματα και μικροκύματα χρησιμοποιούνται ευρέως για την επικοινωνία, επομένως κάθε μεγάλη κινούμενη μάζα μπορεί να προκαλέσει ηλεκτρομαγνητικές επιδράσεις. Οι ανεμογεννήτριες μπορεί να προκαλέσουν ηλεκτρομαγνητικές επιδράσεις με αντανακλάσεις σημάτων από τις πτερωτές. Έτσι ο κοντινός παραλήπτης λαμβάνει και το άμεσο και το ανακλώμενο σήμα. Η παρεμβολή συμβαίνει επειδή το ανακλώμενο σήμα εμποδίζεται και από τη διαφορά της απόστασης (αλλά και επανέρχεται εξαιτίας της κίνησης της πτερωτής). Η ηλεκτρομαγνητική επίδραση είναι πιο έντονη στα μεταλλικά φτερά γιατί έχουν μεγαλύτερη αντανάκλαση και μικρότερη στα ξύλινα και γενικότερα από μη αγώγιμα υλικά φτερά τα οποία είναι ιδιαίτερα απορροφητικά. Το GRP, πλαστικό με ίνες γυαλιού που χρησιμοποιείται ιδιαίτερα στις σύγχρονες πτερωτές, είναι μερικώς διαπερατό στα Ηλεκτρομαγνητικά κύματα και δεν έχει ιδιαίτερα αποτελέσματα στην Ηλεκτρομαγνητική επίδραση. Τα είδη των πολιτικών και στρατιωτικών σημάτων επικοινωνίας μπορούν να επηρεαστούν από την Ηλεκτρομαγνητική επίδραση περιλαμβανομένης της εκπομπής της τηλεόρασης και του ραδιοφώνου με μικροκύματα. Οι δημιουργοί των Αιολικών Πάρκων συνεργάζονται με τις αρμόδιες πολιτικές και στρατιωτικές αρχές για να προσδιορίσουν αν τα προβλήματα των Ηλεκτρομαγνητικών επιδράσεων μπορούν να προβλεφθούν. Τα προβλήματα που μπορούν να επηρεάσουν τους συνδέσμους μικροκυμάτων και τα συστήματα επικοινωνίας της αεροπλοΐας πρέπει να αποφευχθούν σε αυτό το στάδιο. Η Ηλεκτρομαγνητική επίδραση υπάρχει σε μικρό αριθμό οικιακών τηλεοπτικών δεκτών, αποτελεί ένα σύνηθες πρόβλημα και αντιμετωπίζεται εύκολα με μια σειρά σχετικά φθηνών τεχνικών μέτρων, όπως η χρήση περισσότερων (μετατροπέων) και δεκτών. Μάλιστα κάποια στιγμή δόθηκε στις ΗΠΑ υπερβολική δημοσιότητα στο θέμα αυτό, αναφέροντας παρεμβολές των Αιολικών Πάρκων στις τηλεοπτικές μεταδόσεις. Όμως η αντικατάσταση των μεταλλικών πτερυγίων από πλαστικά μέρη έχει περιορίσει σημαντικά το πρόβλημα αυτό. Σε κάθε όμως περίπτωση καλό είναι να αποφεύγονται περιοχές με εγκατεστημένες τηλεπικοινωνιακές κεραίες και αναμεταδότες. Ειδικότερα στη χώρα μας το θέμα έχει αντιμετωπιστεί και νομοθετικά καθώς για την έκδοση άδειας εγκατάστασης από το Υπουργείο Ανάπτυξης απαιτείται είτε βεβαίωση της αρμόδιας Νομαρχίας, ότι η αιολική εγκατάσταση απέχει τουλάχιστον 1 km από αναμεταδότες της τηλεόρασης (ΕΡΤ) και πομπούς της τηλεφωνίας (ΟΤΕ) ή έγγραφη συναίνεση των οργανισμών αυτών για μικρότερες αποστάσεις. Σελίδα 54

64 Κεφάλαιο 5 ο : Μελέτες που απαιτούνται για την κατασκευή του Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου Τέλος, το πρόβλημα του θορύβου αποτελεί ίσως τη μόνη πραγματική επιβάρυνση του περιβάλλοντος από την ύπαρξη των ανεμογεννητριών, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις πολλών μηχανών μεγάλων διαστάσεων. Βέβαια στο σημείο αυτό πρέπει να ληφθεί υπ όψιν ότι η εγκατάσταση Αιολικών Πάρκων γίνεται κυρίως σε απομονωμένες περιοχές, ενώ ο προσεκτικός σχεδιασμός των σύγχρονων μηχανών έχει περιορίσει στο ελάχιστο τόσο τον Αεροδυναμικό όσο και κάθε άλλο Ηλεκτρομηχανολογικό θόρυβο. Σελίδα 55

65 Κεφάλαιο 6 ο : Η υπό μελέτη περιοχή ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ο Η ΥΠΟ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΟΧΗ 6.1 ΧΑΡΤΕΣ Στο σχήμα 6.1 φαίνεται η θέση της Ελλάδας στην Υδρόγειο Σφαίρα. Σχήμα 6.1 Θέση της Ελλάδας στην Υδρόγειο Σφαίρα Στο σχήμα 6.2 φαίνεται η θέση της νήσου Ικαρίας στην Ελλάδα. Οι συντεταγμένες του Δυτικού άκρου του νησιού είναι Βόρειο Γεωγραφικό Πλάτος και Ανατολικό Γεωγραφικό Μήκος και του Ανατολικού άκρου Βόρειο Γεωγραφικό Πλάτος και Ανατολικό Γεωγραφικό Μήκος. Η έκτασή της είναι 255,4 km 2. Έχει σχήμα επίμηκες και η απόσταση μεταξύ των ακραίων σημείων (Δυτικού και Ανατολικού) είναι 40 km. Το πλάτος ελαττώνεται από Δυσμάς προς Ανατολάς. Το μέσο πλάτος στο Δυτικό τμήμα είναι 10 km και στο Ανατολικό είναι 6 km. Σελίδα 56

66 Κεφάλαιο 6 ο : Η υπό μελέτη περιοχή Σε όλο το μήκος του νησιού εκτείνεται μια συνεχής οροσειρά που το χωρίζει στα δύο, ο Αθέρας. Το ύψος των κορυφών της οροσειράς αυτής κυμαίνεται από 600 έως 1037 m (υψηλότερη κορυφή η Μέλισσα). Συνέπεια αυτής της διάταξης του Αθέρα είναι η διαίρεση του νησιού σε δύο τμήματα, το Βόρειο και το Νότιο. Το ανάγλυφο είναι ιδιαίτερα έντονο στο Νότιο τμήμα όπου οι κλίσεις φτάνουν και το 80%. Το Βόρειο τμήμα έχει ομαλότερο ανάγλυφο, με γενικές κλίσεις 30-50% και χαρακτηρίζεται από βαθιές και μακριές αυλακώσεις με κατεύθυνση κυρίως από Νότο προς Βορρά ως και τη θάλασσα (ρέμα Χάλαρη, ρέμα Χάρακα, ρέμα Μύρσωνα, ρέμα Βουτσιδέ, ρέμα Άρη). Εξαίρεση της ορεογραφικής διαμόρφωσης του Αθέρα αποτελεί η περιοχή της Μεσαριάς όπου διαπιστώνεται μικρή προεξοχή, η λεγόμενη Κεφάλα και η οποία έχει κατεύθυνση από Βορρά προς Νότο. Σχήμα 6.2 Θέση της νήσου Ικαρίας στην Ελλάδα Σελίδα 57

67 Κεφάλαιο 6 ο : Η υπό μελέτη περιοχή Το νησί της Ικαρίας βρίσκεται στο Βόρειο Ανατολικό μέρος του Αιγαίου Πελάγους. Στο σχήμα 6.3 φαίνεται η νήσος Ικαρία. Διοικητικά ανήκει στην περιοχή του Βόρειου Ανατολικού Αιγαίου. Σχήμα 6.3 Νήσος Ικαρία Το νησί περιελάμβανε μέχρι πρόσφατα ένα Δήμο και έντεκα Κοινότητες και αριθμούσε συνολικά εβδομήντα τρεις (73) οικισμούς. Με την εφαρμογή του σχεδίου «Καποδίστριας» (Νόμος 2539/1995 για την «Ανασυγκρότηση της Πρωτοβάθμιας Αυτοδιοίκησης»), η διοικητική δομή του αποτελείται από τρεις Δήμους (Αγίου Κηρύκου, Ευδήλου και Ραχών), στους οποίους έχουν προσαρτηθεί οι επιμέρους Κοινότητες. Η Ικαρία μαζί με τα νησιά Φούρνους αποτελεί την επαρχία Ικαρίας του νομού Σάμου με πρωτεύουσα τον Άγιο Κήρυκο. Ο Άγιος Κήρυκος βρίσκεται στο Νοτιανατολικό τμήμα της Ικαρίας και είναι σήμερα το σπουδαιότερο λιμάνι του νησιού. Ο δεύτερος σημαντικότερος οικισμός είναι ο Εύδηλος, που αποτελεί το δεύτερο λιμάνι. Η ηλικία της Ικαρίας υπολογίζεται στα τετρακόσια ως εξακόσια ( ) εκατομμύρια έτη. Ο πληθυσμός του νησιού ανέρχεται στους 8354 κατοίκους (Ε.Σ.Υ.Ε., απογραφή 2001). Ο μόνιμος πληθυσμός είναι 4280 κάτοικοι, πίνακας 6.1, αλλά το καλοκαίρι ο πληθυσμός ανέρχεται στις τριάντα χιλιάδες (30000) εξαιτίας του τουρισμού. Πίνακας 6.1 Πληθυσμιακά δεδομένα της Ικαρίας (2001) Πληθυσμός ανά Δήμο Άγιος Κήρυκος Εύδηλος Ράχες Συνολικός Πληθυσμός Σελίδα 58

68 Κεφάλαιο 6 ο : Η υπό μελέτη περιοχή Το κλίμα της Ικαρίας λόγω της γεωγραφικής θέσης της και της επίδρασης της θάλασσας χαρακτηρίζεται ως μεσογειακό, θαλάσσιου χαρακτήρα με μέσο ετήσιο θερμομετρικό εύρος που φτάνει τους 18,4 0 C, με ήπιο χειμώνα και παρατεταμένο καλοκαίρι. Η ξηροθερμική περίοδος είναι μακρά [διαρκεί περισσότερο των πέντε (5) μηνών] με ελάχιστες βροχοπτώσεις, μικρή υγρασία αέρος, υψηλές θερμοκρασίες και υψηλής εντάσεως ανέμους. Στο νησί υπάρχει ένας μετεωρολογικός Σταθμός κοντά στον Άγιο Κήρυκο (Γεωγραφικό Πλάτος , Γεωγραφικό Μήκος ), σε υψόμετρο 20m ΑΙΟΛΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΙΚΑΡΙΑΣ Στη Ελλάδα ο χώρος που έχει τις μεγαλύτερες ταχύτητες του ανέμου είναι οι Κυκλάδες ανάμεσα στη Μύκονο και την Ικαρία, μία συστάδα νησιών που είναι το καλύτερο δυναμικό της χώρας και ένα από τα καλύτερα στην Ευρώπη. Στην Ευρώπη οι ταχύτητες του ανέμου κυμαίνονται περί τα 6-7 Ελλάδα 7-8 m s ταχύτητα του ανέμου είναι περί τα 10 m s, μέσες ετήσιες τιμές, ενώ στην. Από τις μετρήσεις που έγιναν στο Περδίκι της Ικαρίας, η μέση m s, που σημαίνει ότι η Ικαρία βρίσκεται στην περιοχή με το υψηλότερο δυναμικό της χώρας, αλλά και του Ευρωπαϊκού χώρου γενικότερα. Οι διευθύνσεις των ανέμων που επικρατούν στο νησί είναι κυρίως Βόρειοι και Βορειοανατολικοί, που πνέουν ιδιαίτερα κατά το καλοκαίρι και λιγότερο Νότιοι και Νοτιοδυτικοί που παρατηρούνται περισσότερο το χειμώνα. Οι εντάσεις των ανέμων που επικρατούν στη διάρκεια του χρόνου είναι με σειρά συχνότητας 1 Beaufort (21,68%), 2Β (18,20%), 3Β (16,7%), 4Β (15,68%), 5Β (9,36%), 6Β (5,06%) και άπνοια (11,48%). Οι άνεμοι με τη μεγαλύτερη συχνότητα 30,5% είναι οι Βόρειοι, ακολουθούν οι Βορειοανατολικοί με ποσοστό εμφάνισης 15,5% και κατόπιν οι Νότιοι με ποσοστό 14,8%. Οι λιγότερο συχνοί είναι οι Ανατολικοί με συχνότητα μόλις 1,9% και ακολουθούν οι Νοτιοανατολικοί με συχνότητα 5%. Γεωγραφικά και κλιματικά δεδομένα του νησιού παρουσιάζονται στον πίνακα 6.2. Σελίδα 59

69 Κεφάλαιο 6 ο : Η υπό μελέτη περιοχή Πίνακας 6.2 Γεωγραφικά και κλιματικά δεδομένα της Ικαρίας (2001) Εμβαδόν Μήκος ακτών Μέση ταχύτητα ανέμου Κατακρίμνηση [km 2 ] [km] [m/sec] [mm] 255, ,31 703,6* *μηνιαίος μέσος όρος δέκα (10) ετών ( ) Αναλυτικά Ενεργειακά στοιχεία παρουσιάζονται στον πίνακα 6.3. Πίνακας 6.3 Ενεργειακά δεδομένα της Ικαρίας (2004) Εγκατεστημένη χωρητικότητα ντήζελ [MW] Εγκατεστημένη χωρητικότητα RES (ΑΠΕ) [MW] Μέγιστη παραγωγή ενέργειας (Αύγουστος) [MWh] Ελάχιστη παραγωγή ενέργειας (Μάιος) [MWh] Ετήσια ενεργειακή κατανάλωση [MWh] Προβλεπόμενη ετήσια αύξηση στην κατανάλωση [%] 6,3 (+3,1 φορητή μονάδα) 0,985 2,060 1,168 19, ΠΑΡΟΥΣΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Η Ικαρία, όπως πλείστα νησιά στο Αιγαίο Πέλαγος, έχει ένα αυτόνομο Ηλεκτρικό δίκτυο. Εξαιτίας των υψηλών διακυμάνσεων φορτίου, οι εγκατεστημένες μηχανές παραγωγής ηλεκτρικής Ενέργειας λειτουργούν με χαμηλές αποδοτικότητες. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα εκτεταμένη κατανάλωση καυσίμου και, εξαιτίας της σχετικά υψηλής τιμής του πετρελαίου, υψηλό κόστος παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας. Η συνολική εγκατεστημένη αιολική χωρητικότητα στην Ικαρία είναι 0,985 MW συμπεριλαμβανομένων δύο (2) Αιολικών Πάρκων (0,6 και 0,385 MW) εγκατεστημένων 10 km Βορειοδυτικά της πρωτεύουσας του νησιού που είναι ο Άγιος Κήρυκος. Δυστυχώς, η διείσδυση της Αιολικής Ενέργειας σε αυτόνομο σύστημα δικτύου δε μπορεί να φτάσει ένα ικανοποιητικό επίπεδο εξαιτίας των: Τεχνικών ελάχιστων των συμβατικών μονάδων Σταθερότητας του δικτύου Σελίδα 60

70 Κεφάλαιο 6 ο : Η υπό μελέτη περιοχή Στοχαστικής φύσης του ανέμου 6.3 ΓΙΑΤΙ ΕΝΔΕΙΚΝΥΤΑΙ Η ΙΚΑΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΕΡΓΟΥ Σαν Υβριδικά Συστήματα παραγωγής Ενέργειας ορίζονται τα Ενεργειακά συστήματα που συνδυάζουν διαφορετικές πηγές Ενέργειας με στόχο την αύξηση της διείσδυσης στη ζωή μας των ΑΠΕ και κυρίως της Αιολικής Ενέργειας. Θα πρέπει να επιδιώκεται η τέλεια συνεργασία των συνδυασμένων Ενεργειακών πηγών και η μείωση του κόστους παροχής Ηλεκτρικής Ενέργειας ανά kwh, συνοδευόμενη από βελτίωση της ποιότητας Ηλεκτρικής Ενέργειας. Ένα τέτοιο σύστημα προτείνεται για το νησί της Ικαρίας, όπως περιγράφεται στα επόμενα Κεφάλαια. Για την κάλυψη εκτεταμένης ζήτησης νερού για άρδευση, το 1993 το Υπουργείο Γεωργίας κατασκεύασε ένα φράγμα και μια τεχνητή λίμνη με συνολική χωρητικότητα m 3. Η Δημόσια Επιχείρηση Ηλεκτρισμού (ΔΕΗ) έδειξε ενδιαφέρον για χρήση του υπερεκχειλίζοντος ποσού νερού για παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας. Έτσι, πρότειναν μια Υδρο Αιολική Υβριδική μονάδα παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας όπως φαίνεται στο σχήμα 6.4. Ο πίνακας 6.4 παρουσιάζει τα Τεχνικά χαρακτηριστικά του προτεινόμενου σχεδίου. Πίνακας 6.4 Τεχνικά χαρακτηριστικά του Υβριδικού (Υδρο Αιολικού) σχεδίου στην Ικαρία Υβριδικό Υδρο Αιολικό σχέδιο στην Ικαρία Υποσυστήματα Νέο W/Ts Σταθμός A Σταθμός Β Αιολική ενέργεια 4 0,6 1 o στάδιο: 2,4 ΜW 4 0,6 2 o στάδιο: 2,4 ΜW Ενέργεια από υδατόπτωση Υψόμετρο: 555m Όγκος: 3 m Στρόβιλος: 1,2 MW Υψόμετρο: 65m Όγκος: Στρόβιλοι: 3 m , 4 W Πάνω από όλα, η πραγματοποίηση του Ενεργειακού Υβριδικού Έργου θεωρείται από την Τοπική Κοινωνία και από τους Κυβερνητικούς Εκπροσώπους σα μια πολύ Σελίδα 61

71 Κεφάλαιο 6 ο : Η υπό μελέτη περιοχή ελκυστική ιδέα. Αναμένεται ότι μετά την κατασκευή και τη λειτουργία του καινούργιου έργου το κόστος παροχής ηλεκτρικής Ενέργειας θα μειωθεί από 0,083 Euro/kWh σε 0,05 Euro/kWh (δεδομένα 2004). Επιπροσθέτως με τα οικονομικά του ευεργετήματα, το νέο έργο θεωρείται επίσης ως: φιλικό προς το περιβάλλον, ένα μέσο για τη μείωση της εξάρτησης από εισαγωγές πετρελαίου και ένας τουριστικός πόλος έλξης. Σχήμα 6.4 Το Yβριδικό (Yδρο Aιολικό) Eνεργειακό Έργο στην Ικαρία Σελίδα 62

72 Κεφάλαιο 7 ο : Περιγραφή Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Εργου Ικαρίας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΡΟΤΥΠΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ ΙΚΑΡΙΑΣ 7.1 ΓΕΝΙΚΑ Σαν Υβριδικός Σταθμός θεωρείται κάθε σταθμός παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας που χρησιμοποιεί μια τουλάχιστον μορφή ΑΠΕ και διαθέτει σύστημα αποθήκευσης Ενέργειας, για την πλήρωση του οποίου χρησιμοποιούνται είτε Ανανεώσιμες, είτε Συμβατές Πηγές Ενέργειας ή και Ενέργεια του δικτύου. Οι Υβριδικοί Σταθμοί αναμένεται να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στην Ενεργειακή επάρκεια σε νησιά των οποίων το δίκτυο παροχής ηλεκτρικού ρεύματος είναι αυτόνομο και δε συνδέεται με το διασυνδεδεμένο Ηλεκτρικό Σύστημα της χώρας, όπως ισχύει για την Ικαρία. 7.2 ΥΒΡΙΔΙΚΟ ΕΡΓΟ ΙΚΑΡΙΑΣ ΓΕΝΙΚΑ Το εν λόγω έργο της Ικαρίας είναι Υβριδικό γιατί συνδυάζει δύο Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας την «Αιολική» και την «Υδροηλεκτρική», είναι Πιλοτικό νέας Τεχνολογίας και Αναπτυξιακό. Είναι το πρώτο στο είδος του στην Ελλάδα και από τα πρώτα στην Ευρώπη και θα παράγει καθαρή «οικολογική» Ενέργεια που θα επιλύσει αξιόπιστα, χωρίς διακοπές και πτώσεις τάσεως, τις Ενεργειακές ανάγκες της Ικαρίας για τις επόμενες δεκαετίες. Η Τεχνογνωσία που θα αποκτηθεί από το έργο αυτό θα μπορεί να εφαρμοσθεί και σε άλλα Ελληνικά Νησιά που έχουν ανάλογες προϋποθέσεις. Σελίδα 63

73 Κεφάλαιο 7 ο : Περιγραφή Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Εργου Ικαρίας ΣΚΟΠΟΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Το Π.Υ.Υ.Ε. Ικαρίας θα αξιοποιεί το υδατικό δυναμικό του υπάρχοντος φράγματος στο Πέζι και του αιολικού δυναμικού στην περιοχή της Στραβοκουντούρας. Με την κατασκευή του θα επιτευχθεί σε μεγάλο βαθμό η κάλυψη των Ενεργειακών αναγκών της νήσου με την ταυτόχρονη σημαντική μείωση των ρύπων του περιβάλλοντος από τη χρήση συμβατικών πρώτων υλών (πετρέλαιο). Παράλληλα με την κατασκευή του Π.Υ.Υ.Ε. θα πραγματοποιηθούν εργασίες βελτίωσης του υπάρχοντος δικτύου ηλεκτροδότησης και κατασκευής Κέντρου Ελέγχου και Κατανομής Φορτίου στον Άγιο Κήρυκο. Με τον τρόπο αυτό θα γίνει εφικτή η σταθεροποίηση του Ενεργειακού Συστήματος της Ικαρίας, με τον αποδοτικότερο και αυτόματο έλεγχο του συνόλου του Ενεργειακού ισοζυγίου της νήσου. Στο σχήμα 7.1 φαίνεται το μελλοντικό δίκτυο της νήσου Ικαρίας με τις προσθήκες και τις βελτιώσεις. Σχήμα 7.1 Μελλοντικό δίκτυο νήσου Ικαρίας 7.3 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ ΙΚΑΡΙΑΣ ΘΕΣΗ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ Στο σχήμα 7.2 φαίνεται η θέση του Π.Υ.Υ.Ε. στην Ικαρία. Σελίδα 64

74 Κεφάλαιο 7 ο : Περιγραφή Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Εργου Ικαρίας Σχήμα 7.2 Θέση του Υβριδικού Ενεργειακού Έργου στην Ικαρία Στο σχήμα 7.3 φαίνεται η ακριβής θέση του Π.Υ.Υ.Ε. στην Ικαρία. Σχήμα 7.3 Ακριβής θέση του Υβριδικού Ενεργειακού Έργου στην Ικαρία ΔΙΑΤΑΞΗ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ Το Π.Υ.Υ.Ε. Ικαρίας αποτελείται από: 1) Ταμιευτήρας (φράγμα και τεχνητή λίμνη). 2) Μικρό Υδροηλεκτρικό Έργο (ΜΥΗΕ). Σελίδα 65

75 Κεφάλαιο 7 ο : Περιγραφή Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Εργου Ικαρίας 3) Δεξαμενή αποταμίευσης νερού. 4) Μικρό Υδροηλεκτρικό Έργο (ΜΥΗΕ). 5) Δεξαμενή αποταμίευσης νερού. 6) Αντλιοστάσιο. 7) Αιολικό Πάρκο (Α/Π). 8) Υπόγειους Αγωγούς. 9) Κέντρο Ελέγχου και Κατανομής Φορτίου. Στην εικόνα 7.1 φαίνεται η προβλεπόμενη διάταξη του Υβριδικού Ενεργειακού Έργου της Ικαρίας. Εικόνα 7.1 Προβλεπόμενη διάταξη του έργου ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ Το έργο αποτελείται από: 1) Έναν ταμιευτήρα (φράγμα και τεχνητή λίμνη) με συνολική χωρητικότητα m 3, στην τοποθεσία Ράχες. 2) Το Μικρό Υδροηλεκτρικό Έργο (ΜΥΗΕ) Προεσπέρας, ισχύος 1,05 MW με έναν (1) υδροστρόβιλο τύπου Pelton κατακόρυφου άξονα. Σελίδα 66

76 Κεφάλαιο 7 ο : Περιγραφή Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Εργου Ικαρίας 3) Μια δεξαμενή αποταμίευσης νερού χωρητικότητας m 3 που θα κατασκευασθεί στην περιοχή της Προεσπέρας. 4) Το Μικρό Υδροηλεκτρικό Έργο (ΜΥΗΕ) Κάτω Προεσπέρας, ισχύος 3,1 MW, με δύο υδροστρόβιλους τύπου Pelton οριζοντίου άξονα, ισχύος 1,55 MW έκαστος. 5) Μια δεξαμενή αποταμίευσης νερού χωρητικότητας m 3 που θα κατασκευασθεί στην περιοχή της Κάτω Προεσπέρας. 6) Ένα αντλιοστάσιο ισχύος 2 MW για την ανύψωση του νερού από την κάτω στην επάνω δεξαμενή. Το αντλιοστάσιο της Κάτω Προεσπέρας αποτελείται από οκτώ (8) αντλητικά συγκροτήματα. 7) Το Αιολικό Πάρκο Στραβοκουντούρας συνολικής ισχύος 2,4 MW. Το Αιολικό Πάρκο θα έχει τέσσερεις (4) Ανεμογεννήτριες τύπου ENERCON συνολικής ισχύος kw=2,4 MW και θα εγκατασταθεί στην περιοχή της «Στραβοκουντούρας» του Δήμου Ραχών. 8) Υπόγειους Αγωγούς προσαγωγής και κατάθλιψης του νερού μήκους 5,5 km. 9) Το Κέντρο Ελέγχου και Κατανομής Φορτίου Άγιου Κηρύκου, ο εξοπλισμός του οποίου θα εγκατασταθεί στην υπάρχουσα αίθουσα ελέγχου του Τοπικού Σταθμού Παραγωγής Άγιου Κηρύκου, η οποία και θα ανακαινισθεί. Στο σχήμα 7.4 φαίνεται η σχηματική αναπαράσταση του Π.Υ.Υ.Ε. της Ικαρίας και στις εικόνες 7.2, 7.3, 7.4 και 7.5 φαίνονται οι τοποθεσίες του έργου. Σχήμα 7.4 Σχηματική αναπαράσταση του Π.Υ.Υ.Ε. της Ικαρίας. Σελίδα 67

77 Κεφάλαιο 7 ο : Περιγραφή Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Εργου Ικαρίας Εικόνα 7.2 Ταμιευτήρας φράγματος Πεζίου Εικόνα 7.3 Θέση κατασκευής της Δεξαμενής και του Σταθμού Προεσπέρας Εικόνα 7.4 Θέση κατασκευής της Δεξαμενής, του Σταθμού και του Αντλιοστασίου Κάτω Προεσπέρας Σελίδα 68

78 Κεφάλαιο 7 ο : Περιγραφή Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Εργου Ικαρίας (εικόνα 7.6). Εικόνα 7.5 Αιολικό Πάρκο της ΔΕΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ Α.Ε. στο Περδίκι Ικαρίας Η λειτουργία όλης της εγκατάστασης θα ελέγχεται από το νέο Κέντρο Ελέγχου Εικόνα 7.6 Κέντρο Ελέγχου στον Άγιο Κήρυκο. Ο χώρος θα αναβαθμιστεί ώστε να φιλοξενήσει το νέο Κέντρο Ελέγχου & Κατανομής Φορτίου για όλο το νησί Σελίδα 69

79 Κεφάλαιο 8 ο : Κατασκευή και Λειτουργία Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου Ικαρίας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Ο ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ KAI ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΡΟΤΥΠΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ ΙΚΑΡΙΑΣ 8.1 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΧΡΟΝΟΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ Οι πρώτες εργασίες έχουν ήδη ξεκινήσει από την υπογραφή της Σύμβασης (Σχέδια, τοπογράφηση περιοχής). Το σύνολο των εργασιών αναμένεται να έχει ολοκληρωθεί εντός του Η κατασκευή του Π.Υ.Υ.Ε. της Ικαρίας αποτελεί πρόκληση για τον Όμιλο ΔΕΗ Α.Ε., καθώς η επιτυχής ολοκλήρωση και λειτουργία του θα αποτελέσει τον «οδηγό» για την ανάπτυξη και κατασκευή παρομοίων έργων σε Πανελλήνια και Ευρωπαϊκή κλίμακα. Η κατασκευή του Π.Υ.Υ.Ε. της Ικαρίας δικαιώνει το κοινό όραμα των κατοίκων του νησιού για παραγωγή Ενέργειας, με φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο ΜΕΛΕΤΗΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΗΣ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ Ο σχεδιασμός και η μελέτη του Π.Υ.Υ.Ε. Ικαρίας έγινε από τη Διεύθυνση Ανάπτυξης Υδροηλεκτρικών Έργων (ΔΑΥΕ) - νυν Διεύθυνση Υδροηλεκτρικής Παραγωγής (ΔΥΗΠ) - της ΔΕΗ Α.Ε., η οποία ασχολείται με το συγκεκριμένο Έργο περισσότερο από μια δεκαετία. Η επίβλεψη κατασκευής του Έργου γίνεται από τη ΔΥΗΠ/ΔΕΗ Α.Ε. Ο Εργολάβος κατασκευής (Ανάδοχος) του Έργου είναι η Εταιρεία ΕΝΕΤ Α.Ε., σύμφωνα με τη σύμβαση ΙΚΗ - 1 που υπογράφτηκε μεταξύ ΔΕΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ, ΔΑΥΕ/ΔΕΗ και του Αναδόχου, το Φεβρουάριο του Σελίδα 70

80 Κεφάλαιο 8 ο : Κατασκευή και Λειτουργία Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου Ικαρίας ΠΡΟΒΛΕΠΟΜΕΝΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Ετησίως, το Π.Υ.Υ.Ε. Ικαρίας (οι δύο ΜΥΗΣ Προεσπέρας και Κάτω Προεσπέρας και το Αιολικό Πάρκο Στραβοκουντούρας) προβλέπεται ότι θα παράγει περί τις 15,11 GWh. Εξ αυτών 4,15 GWh θα χρησιμοποιούνται για εσωτερική κατανάλωση (κυρίως λειτουργία αντλιοστασίου). Επομένως, η ετήσια αναμενόμενη καθαρή παραγωγή, η οποία θα αποδίδεται στο Δίκτυο του νησιού, είναι ίση με 10,96 GWh. Η ενέργεια αυτή επαρκεί για να καλύψει το μεγαλύτερο μέρος των αναγκών του νησιού κατά τους χειμερινούς μήνες, περιορίζοντας σημαντικά την ανάγκη χρησιμοποίησης του υπάρχοντος Θερμικού Σταθμού στον Άγιο Κήρυκο. Τα στοιχεία αυτά φαίνονται καλύτερα στον πίνακα 8.1. Πίνακας 8.1 Το Π.Υ.Υ.Ε. Ικαρίας με μια ματιά Συνολική Επένδυση Επένδυση για την αναβάθμιση του υπάρχοντος δικτύου ΔΕΗ και για την ανάπτυξη νέου δικτύου μεταφοράς Ετήσια Παραγωγή Ενέργειας (ΜΥΗΣ Προεσπέρας & Κάτω Προεσπέρας, Αιολικό Πάρκο Στραβοκουντούρας) Ετήσια Καθαρή Απόδοση Ηλεκτρικής Ενέργειας 23 εκατ. 3 εκατ. 15,11 GWh 10,96 GWh Ολοκλήρωση Εργασιών 2010 Εργολάβος Κατασκευής Σχεδιασμός Μελέτη Επίβλεψη Κατασκευής ENET A.E. ΔΑΥΕ (ΔΥΗΠ) ΔΕΗ Α.Ε. ΔΥΗΠ ΔΕΗ Α.Ε. Συγχρηματοδότηση Ευρωπαϊκή Ένωση Ελληνικό Δημόσιο Σελίδα 71

81 Κεφάλαιο 8 ο : Κατασκευή και Λειτουργία Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου Ικαρίας 8.2 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΡΟΤΥΠΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ ΙΚΑΡΙΑΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ Η Ενέργεια που παράγεται από το Αιολικό Πάρκο της «Στραβοκουντούρας» του Δήμου Ραχών, μεταφέρεται, μέσω του συστήματος, στην αντλία του Υδροηλεκτρικού Έργου. Με τη σειρά της η αντλία κινητοποιείται και μεταφέρει νερό από τον ταμιευτήρα χαμηλού υψομέτρου της Κάτω Προεσπέρας, στον ταμιευτήρα υψηλότερου υψομέτρου της Προεσπέρας, με τη λειτουργία του αντλιοστασίου της Κάτω Προεσπέρας, όπου και «αποθηκεύεται» ως δυναμική πλέον Ενέργεια. Όταν χρειαστεί η Ενέργεια αυτή να μετατραπεί ξανά σε Ηλεκτρική, για να καλύψει τυχόν ανάγκες του συστήματος, τότε ακολουθεί την αντίστροφη διαδρομή: δηλαδή το νερό μεταφέρεται από τον επάνω στον κάτω ταμιευτήρα. Εκεί δύο υδροστρόβιλοι τύπου Pelton μετατρέπουν την κίνηση του νερού σε Ηλεκτρική Ενέργεια και τη διοχετεύουν πάλι πίσω στο σύστημα. Το φράγμα Πεζίου έχει χωρητικότητα m 3 νερού. Έχει μετρηθεί ότι το χειμώνα χύνονται στη θάλασσα με m 3, ανάλογα και με τις ετήσιες βροχοπτώσεις, Η συνολική διαθέσιμη ισχύς κατά τους χειμερινούς μήνες, (Νοέμβριος - Μάρτιος), όπου υπάρχει περίσσεια νερού από την υπερχείλιση του φράγματος Πεζίου, θα είναι 4,1 MW + 2,7 MW = 6,8 MW, η οποία θα υπερκαλύπτει τις ανάγκες της Ικαρίας. Η λειτουργία του φράγματος έχει ως εξής: με υπερχείλιση θα γεμίζει η πάνω δεξαμενή της Προεσπέρας και θα κινεί το μικρό υδροστρόβιλο, στη συνέχεια θα κατηφορίζει με αγωγό στην κάτω δεξαμενή της Κάτω Προεσπέρας όπου θα κινεί τους άλλους δυο. Έτσι ο Σταθμός Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας που βρίσκεται στον Άγιο Κήρυκο και καταναλώνει πετρέλαιο (μαζούτ) υψηλού θείου, θα τίθεται σχεδόν σε ψυχρή εφεδρεία. Αυτό σημαίνει αφενός μεν μεγάλο περιβαλλοντικό όφελος, για την περιοχή, λόγω μη εκπομπής βλαπτικών καυσαερίων (CO 2, SO 2, οξείδια αζώτου) και αφετέρου μεγάλο οικονομικό όφελος λόγω μη χρήσης πετρελαίου. Σελίδα 72

82 Κεφάλαιο 8 ο : Κατασκευή και Λειτουργία Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου Ικαρίας ΑΝΑΣΤΡΕΨΙΜΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ Η πρωτοτυπία του έργου βρίσκεται στην αναστρεψιμότητα, δηλαδή τους μήνες (Απρίλιος - Οκτώβριος) όπου το νερό του φράγματος θα διατίθεται αποκλειστικά για ύδρευση και άρδευση της περιοχής, δε θα πηγαίνει νερό στους υδροστρόβιλους. Το νερό που βρίσκεται στη δεξαμενή της Κάτω Προεσπέρας, μετά τις μεταμεσονύκτιες ώρες, όπου η ζήτηση ισχύος είναι χαμηλή, θα μεταφέρεται ανυψούμενο στην πάνω δεξαμενή των m 3, με τη λειτουργία του αντλιοστασίου, το οποίο θα χρησιμοποιεί την περίσσεια της Ενέργειας του Αιολικού Πάρκου. Έτσι κατά τις ώρες αιχμής θα παράγεται ενέργεια μέσω των υδροστροβίλων με την πτώση του νερού στην κάτω δεξαμενή και έτσι θα διαγράφεται ένας κύκλος με μικρές απώλειες (αναστρέψιμη λειτουργία). Το έργο αυτό παρουσιάζει σημαντική πρωτοτυπία, διότι, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, παρέχεται η δυνατότητα αποθήκευσης της Υδραυλικής Ενέργειας στην πάνω δεξαμενή κατά τις ώρες χαμηλής ζήτησης και η δυνατότητα απόδοσης αυτής κατά τις ώρες υψηλής ζήτησης. Έτσι επιτυγχάνεται αυξημένη συμμετοχή των ανανεώσιμων πηγών Ενέργειας στο σύστημα, σε ποσοστό 60% έως 70% την παραπάνω περίοδο. Επειδή το καλοκαίρι η κατανάλωση Ενέργειας μεγαλώνει (3,5 με 4 MW το χειμώνα, 9 με 10 MW το καλοκαίρι) η παραγωγή θα συμπληρώνεται από τις ντιζελομηχανές του εργοστασίου στον Αγιο Κήρυκο. Επίσης θα γίνει τροποποίηση και αναβάθμιση του αυτόνομου Ηλεκτρικού δικτύου της Ικαρίας, που τώρα είναι ασθενές, με εγκατάσταση νέας γραμμής μέσης τάσης (20 kv) μήκους περίπου 43 km, καθώς και με εγκατάσταση καλωδίου οπτικών ινών μήκους περίπου 50 km, για τη σύνδεση, όλων των πηγών παραγωγής ενέργειας του νησιού, με το κέντρο Ελέγχου και Κατανομής φορτίου (ΚΕ & ΚΦ) που θα εγκατασταθεί στον τοπικό σταθμό παραγωγής Αγίου Κηρύκου, ο οποίος θα αναβαθμισθεί. Έτσι μέσω του Κέντρου Ελέγχου και Κατανομής Φορτίου και με χρήση πρωτοποριακού λογισμικού συστήματος (SCADA), θα παρακολουθούνται και θα συντονίζονται όλες οι πηγές Ενέργειας του νησιού (Υδροηλεκτρικοί Σταθμοί, Αιολικά Πάρκα, πετρελαϊκός Σταθμός) ώστε με τους κατάλληλους χειρισμούς να επιτυγχάνεται η βέλτιστη απόδοσή τους, δηλαδή η μεγιστοποίηση της εκμετάλλευσης των Υδροηλεκτρικών Σταθμών και Αιολικών Πάρκων και η ελαχιστοποίηση της εκμετάλλευσης του πετρελαϊκού Σταθμού. Σελίδα 73

83 Κεφάλαιο 8 ο : Κατασκευή και Λειτουργία Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου Ικαρίας ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ SCADA Τα αρχικά SCADA είναι ένα αρκτικόλεξο που αντιπροσωπεύει τον εποπτικό έλεγχο και την απόκτηση στοιχείων. Το λογισμικό σύστημα SCADA είναι ένα ολοκληρωμένο σύστημα διαχείρισης και εποπτικού ελέγχου που συλλέγει τα στοιχεία από τους διάφορους αισθητήρες σε ένα εργοστάσιο ή εγκαταστάσεις ή σε άλλες μακρινές θέσεις και στέλνει έπειτα αυτά τα στοιχεία σε έναν κεντρικό υπολογιστή που διαχειρίζεται έπειτα και ελέγχει τα στοιχεία. Είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται ευρέως για να απεικονίσει τις λύσεις ελέγχου και διαχείρισης σε ένα ευρύ φάσμα Βιομηχανιών. Υπάρχουν πολλά μέρη ενός λειτουργικού συστήματος SCADA. Ένα σύστημα SCADA περιλαμβάνει συνήθως το υλικό σημάτων (εισαγωγή και παραγωγή), τους ελεγκτές, τα δίκτυα, το διαμεσολαβητή με το χρήστη (HMI), τον εξοπλισμό επικοινωνιών και το λογισμικό. Όλος μαζί, ο όρος SCADA αναφέρεται σε ολόκληρο το κεντρικό σύστημα. Το κεντρικό σύστημα ελέγχει συνήθως τα στοιχεία από τους διάφορους αισθητήρες που είναι είτε στη στενή εγγύτητα είτε από απομεμακρυσμένη περιοχή (μερικές φορές μίλια μακριά). Α) Κύρια Χαρακτηριστικά Στοιχεία του Λογισμικού Συστήματος SCADA Τα κύρια χαρακτηριστικά στοιχεία του λογισμικού συστήματος SCADA είναι τα παρακάτω: Πολυγλωσσικές εφαρμογές HMI Υποστήριξη Server TCP/IP Αρχιτεκτονική Intranet/Internet Ολοκληρωμένη γλώσσα συστήματος SCADA Εκτεταμένη βιβλιοθήκη driver Σύμβολα και σύνθετα γραφικά αντικείμενα Επικοινωνία μέσω σταθερού δικτύου ή δικτύου GSM Προσβάσιμες αναφορές από Excel, Access κ.λ.π. Σελίδα 74

84 Κεφάλαιο 8 ο : Κατασκευή και Λειτουργία Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου Ικαρίας Σχήμα 8.1 Πρωτοποριακό Λογισμικό Σύστημα Scada B) Περιγραφή του Λογισμικού Συστήματος SCADA Απλό, ευέλικτο και οικονομικό, το Winlog Pro είναι ένα real time SCADA/HMI λογισμικό πακέτο για την επίβλεψη Βιομηχανικών και Αστικών Εγκαταστάσεων. Ένα ολοκληρωτικά αναπτυγμένο περιβάλλον παρέχει διάφορα εργαλεία (Gate Builder, Template Builder, Code Builder) για την εύκολη και τη διαισθητική δημιουργία πολυγλωσσικών εφαρμογών. Μια εκτεταμένη βιβλιοθήκη drivers και μια επιφάνεια OPC Υπαλλήλου επιτρέπουν την επικοινωνία με πλείστες ηλεκτρονικές διατάξεις, όπως PLCs, ελεγκτές, motor drives, i/o modules. Ειδικές λειτουργίες είναι δυνατό να εγκατασταθούν απευθείας από τον κατασκευαστή-σχεδιαστή. Τυποποιημένη μορφή των αρχείων ιστορίας (DBF, CSV) και ODBC (SQL) υποστηρίζουν εξασφαλισμένα κοινά σημεία με πλείστες εφαρμογές των Windows (Excel, Access κ.λ.π.). Η Winlog Pro καθιστά δυνατό τον καθορισμό μιας κατανεμημένης Client/Server αρχιτεκτονικής με πρωτόκολλο TCP/IP στο δίκτυο Intranet/Internet ή τη δημιουργία εφαρμογών web που είναι προσβάσιμες από τυποποιημένους browsers. Είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί και σταθερό και κινητό τηλεφωνικό δίκτυο (GSM) για την επικοινωνία με απομακρυσμένες διατάξεις ή να αποσταλούν SMS. Γ) Λειτουργία του Λογισμικού Συστήματος SCADA Μια από τις βασικές διαδικασίες SCADA είναι η δυνατότητα να ελεγχθεί ένα ολόκληρο σύστημα στον πραγματικό χρόνο (real time). Αυτό διευκολύνεται από τις κτήσεις στοιχείων συμπεριλαμβανομένης της ανάγνωσης μετρητών, του ελέγχου των θέσεων των Σελίδα 75

85 Κεφάλαιο 8 ο : Κατασκευή και Λειτουργία Πρότυπου Υβριδικού Υδροηλεκτρικού Έργου Ικαρίας αισθητήρων, κ.λπ. που επικοινωνούν σε τακτά χρονικά διαστήματα ανάλογα με το σύστημα. Εκτός από τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται από το RTU, γίνεται επίσης επίδειξη σε έναν άνθρωπο που είναι σε θέση να διασυνδέεται με το σύστημα ώστε να για να αγνοεί τις επιδείξεις ή να κάνει τις αλλαγές όταν χρειάζεται. Ένα σύστημα SCADA περιλαμβάνει ένα διαμεσολαβητή με το χρήστη, αποκαλούμενο συνήθως ανθρώπινη διεπαφή μηχανών (HMI). Το HMI ενός συστήματος SCADA είναι το σημείο στο οποίο το στοιχείο υποβάλλεται σε επεξεργασία και παρουσιάζεται για να αντιμετωπισθεί και να ελεγχθεί από έναν ανθρώπινο χειριστή. Αυτή η διεπαφή περιλαμβάνει συνήθως τους ελέγχους όπου το άτομο μπορεί να διασυνδέσει με το σύστημα SCADA. Το σύστημα HMI είναι ένας εύκολος τρόπος για να τυποποιηθεί η διευκόλυνση του ελέγχου πολλαπλάσιων RTU ή PLC (προγραμματίσιμοι ελεγκτές λογικής). Συνήθως το RTU ή το PLC τρέχει μια προ προγραμματισμένη διαδικασία, αλλά ο έλεγχος κάθε ενός χωριστά μπορεί να είναι δύσκολος, συνήθως επειδή είναι εξαπλωμένοι έξω στο σύστημα. Επειδή τα RTU και τα PLC δεν είχαν ιστορικά καμία τυποποιημένη μέθοδο για να επιδείξουν ή να παρουσιάσουν τα στοιχεία σε ένα χειριστή, το σύστημα SCADA επικοινωνεί με τα PLC σε όλο το δίκτυο συστημάτων και επεξεργάζεται τις πληροφορίες που διαδίδονται εύκολα από το HMI. Τα HMI μπορούν επίσης να συνδεθούν με μια βάση δεδομένων, η οποία μπορεί να χρησιμοποιήσει τα στοιχεία που συγκεντρώνονται από τα PLC ή τα RTU για να παρέχουν τις γραφικές παραστάσεις των τάσεων, λογιστικές πληροφορίες, σχηματικές αναπαραστάσεις για ένα συγκεκριμένο αισθητήρα ή μια μηχανή ή ακόμα και να καταστήσουν τους οδηγούς ανίχνευσης λαθών προσιτούς. Στην τελευταία δεκαετία, σχεδόν όλα τα συστήματα SCADA περιλαμβάνουν μια ενσωματωμένη συσκευή HMI και PLC καθιστώντας το εξαιρετικά εύκολο το να τρέξουν και να ελέγξουν ένα σύστημα SCADA. Κάθε Αιολικό Πάρκο, για παράδειγμα, έχει το δικό του σύστημα ελέγχου εποπτείας και μεταφοράς δεδομένων λειτουργίας από απόσταση. Σκοπός του προγράμματος είναι ο συνεχής έλεγχος της Ενεργειακής παραγωγής του Αιολικού Σταθμού Παραγωγής, η επισήμανση οποιοδήποτε βλαβών, ώστε το Αιολικό Πάρκο να λειτουργεί βέλτιστα. Το πρόγραμμα SCADA συλλέγει συνεχώς πληροφορίες για την ομαλή λειτουργία και την αποφυγή επικινδύνων καταστάσεων. Στα στοιχεία αυτά μπορούν να έχουν πρόσβαση οι κατασκευαστές των ανεμογεννητριών και ο ιδιοκτήτης του Αιολικού Πάρκου. Ένα μέρος των στοιχείων συνεχώς στέλνεται στο Κέντρο Κατανομής Φορτίου. Σελίδα 76

86 Κεφάλαιο 9 ο :Υδροστρόβιλοι Pelton ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 Ο ΥΔΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΙ PELTON Ο στρόβιλος Pelton κατασκευάστηκε το έτος 1879 από τον Αμερικάνο μηχανικό Lester Pelton (Πέλτον, ). Ο υδροστρόβιλος Pelton πήρε το όνομά του από έναν εκ των δημιουργών του και είναι ο πιο γνωστός υδροστρόβιλος δράσεως. Το τμήμα εισόδου του αποτελείται από ένα ή περισσότερα ακροφύσια τροφοδοσίας, σκοπός των οποίων είναι η μετατροπή της Δυναμικής Ενέργειας σε Κινητική, μέσω του σχηματισμού μιας ή περισσοτέρων δεσμών κυκλικής διατομής. Κάθε δέσμη προσπίπτει στο δρομέα, δίνοντας σε αυτόν μια ώθηση κατά την περιφερειακή διεύθυνση που δημιουργεί την κινητήρια ροπή. Ο δρομέας είναι τοποθετημένος πάνω από την ελεύθερη στάθμη του κάτω ταμιευτήρα νερού, και έτσι η δέσμη του νερού, μετά την πρόσπτωσή της στο δρομέα, πέφτει στην ελεύθερη επιφάνεια της διώρυγας διαφυγής χάρη στη βαρύτητα. Εικόνα 9.1 Υδροστρόβιλος Pelton Σελίδα 77

87 Κεφάλαιο 9 ο :Υδροστρόβιλοι Pelton Σχήμα 9.1 Σχηματική αναπαράσταση υδροστροβίλου Pelton Ο άξονας του δρομέα μπορεί να είναι οριζόντιος ή κατακόρυφος. Στους υδροστρόβιλους Pelton πολλαπλών δέσμεων είναι προτιμότερη η κατακόρυφη διάταξη του άξονα, ώστε όλα τα ακροφύσια να βρίσκονται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο, χωρίς να παρενοχλείται η λειτουργία τους από τα απόνερα των σκαφιδίων, που φέρει κατά την περιφέρειά του ο δρομέας Pelton (εικόνα 9.2). Όπως και για μεγάλες ποσότητες νερού και πολλά ακροφύσια (μέχρι 6) τοποθετείται ο στρόβιλος κατακόρυφα (σχήμα 9.2). Σχήμα 9.2 Κατακόρυφος στρόβιλος Pelton Κάθε ακροφύσιο διοχετεύει περί τα 10 m 3 /s και ο αριθμός των ακροφυσίων εξαρτάται από τις διαθέσιμες ποσότητες νερού. Οι στρόβιλοι αυτού του τύπου λειτουργούν με μεγάλο αριθμό στροφών, περί τις ανά λεπτό. Για ένα ύψος πτώσης νερού περί τα μέτρα η ταχύτητα εξόδου νερού στο ακροφύσιο φτάνει τα 500 km/h (139 m/s) και γι' αυτό η καταπόνηση των Σελίδα 78

88 Κεφάλαιο 9 ο :Υδροστρόβιλοι Pelton υλικών είναι τεράστια (σπηλαίωση του χάλυβα). Μειονέκτημα αυτού του τύπου στροβίλων είναι η ταχεία διάβρωση των υλικών. Οι υδροστρόβιλοι Pelton είναι κατάλληλοι για μεγάλες τιµές του ύψους πτώσης έως και 1000m και κατασκευάζονται για πολύ µικρές, (της τάξεως δεκάδων kw) έως πολύ μεγάλες ισχύς (της τάξεως εκατοντάδων MW). Ο δρομέας φέρει κατά την περιφέρεια σκαφίδια και κατασκευάζεται είτε ολόσωµος, είτε τα σκαφίδια είναι ανεξάρτητα (εικόνα 9.2). Εικόνα 9.2 Δρομέας Υδροστρόβιλου Pelton Η ρύθμιση της παροχής επιτυγχάνεται µέσω βελόνης, η οποία μετακινείται κατά τον άξονα του ακροφυσίου µέσω υδραυλικού συνήθως συστήματος. Για την περίπτωση γρήγορης απόρριψης του φορτίου υπάρχει όνυχας εκτροπής της δέσµης αµέσως µετά τη διατοµή εξόδου του ακροφυσίου. Ο όνυχας εκτρέπει τη δέσµη η οποία δεν προσπίπτει πλέον στο στροφείο και στη συνέχεια η παροχή μειώνεται (µέσω κλεισίματος της βελόνης, σχήμα 9.3) µε ρυθµό που έχει υπολογισθεί έτσι ώστε η υπερπίεση λόγω του φαινομένου του υδραυλικού πλήγματος να µην ξεπερνά τις επιτρεπόμενες τιµές. Σχήμα 9.3 Η μορφή του κάδου ενός στροβίλου Pelton και ο άξονας του ακροφυσίου Σελίδα 79

89 Κεφάλαιο 9 ο :Υδροστρόβιλοι Pelton Σημειώνεται ότι ο αγωγός προσαγωγής των υδροστροβίλων Pelton έχει συνήθως σηµαντικό µήκος λόγω του σηµαντικού ύψους πτώσης. Το περίβληµα του υδροστροβίλου συνδέεται µε το τµήµα εξόδου και οδηγεί το νερό που πέφτει από το στροφείο στη διώρυγα απαγωγής. Στην (εικόνα 9.2) φαίνεται το ακροφύσιο του υδροστροβίλου και στο (σχήμα 9.4) ο βαθµός απόδοσης για λειτουργία ενός και δύο ακροφυσίων. Εικόνα 9.2 Ακροφύσιο υδροστροβίλου Pelton Σε βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας, με τη χρήση ενός υδροστροβίλου Pelton, μπορεί να επιτευχθεί βαθμός απόδοσης έως και 90%. Σχήμα 9.4 Bαθµός απόδοσης (η) υδροστροβίλου Pelton συναρτήσει της αδιάστατης παραµέτρου παροχής Φ Σελίδα 80