ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Ε. ΚΟΚΚΙΝΙΔΗΣ ΑΕΜ 3937 Εισηγητές ΚΟΓΙΑΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΚΟΓΙΑ ΦΩΤΕΙΝΗ

Transcript

1 ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Ε. ΚΟΚΚΙΝΙΔΗΣ ΑΕΜ 3937 Εισηγητές ΚΟΓΙΑΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΚΟΓΙΑ ΦΩΤΕΙΝΗ ΚΩΣ 2014

2

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ «Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας Στον Αυτόνομο Θερμικό Σταθμό Παραγωγής Στην Κω» Η πτυχιακή αυτή εργασία ασχολείται με την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας στον αυτόνομο θερμικό σταθμό παραγωγής στο νησί της Κω. Το πρώτο κεφάλαιο είναι εισαγωγικό. Αρχικά γίνεται αναφορά σε ιστορικά στοιχεία όπως, το πότε έφτασε στην Ελλάδα ο ηλεκτρισμός, ποιες εταιρίες ανέλαβαν την ηλεκτροδότηση των πρώτων πόλεων και το πώς η εκμετάλλευση της ηλεκτρικής ενέργειας έγινε δημόσια επιχείρηση. Έπειτα παρουσιάζονται οι πρωτογενείς ενεργειακές πηγές στο διασυνδεδεμένο σύστημα καθώς και τα είδη των σταθμών στην Ελλάδα. Ένα βασικό κομμάτι ενός ΣΗΕ είναι και η ανάλυση του ως προς τη σχεδίαση, ακολουθώντας μια σειρά μελετών έτσι ώστε το σύστημα να είναι αξιόπιστο, εξελίξιμο και ασφαλές. Όπως αναφέρει και ο τίτλος ο ΑΣΠ/ΚΩ είναι ένας θερμικός σταθμός παραγωγής. Η παραγωγή της ενέργειας γίνεται με μηχανές εσωτερικής καύσης (Μ.Ε.Κ) σε συνεργασία με σύγχρονες γεννήτριες. Το πρώτο κεφάλαιο ολοκληρώνεται περιγράφοντας τη λειτουργία αυτών των μηχανών,τον μηχανολογικό τους εξοπλισμός, τα μέρη από τα οποία απαρτίζονται και ποιες είναι οι προδιαγραφές τους. Το δεύτερο κεφάλαιο καταλαμβάνει και τον μεγαλύτερο όγκο αυτής της εργασίας. Ο ΑΣΠ/ΚΩ είναι ένας αυτόνομος σταθμός παραγωγής ο οποίος χρησιμοποιεί σαν καύσιμα το μαζούτ και το diesel. Στην αρχή του κεφαλαίου υπάρχει ένα συνοπτικό σχεδιάγραμμα το οποίο περιγράφει την παραγωγή ενέργειας από την στιγμή που γίνεται η παραλαβή του καυσίμου μέχρι και την κατανάλωση. Έπειτα γίνεται περιγραφή για την αποθήκευση και διαχείριση των καυσίμων, την παραγωγή την ανύψωση και τη διαχείριση της ενέργειας μέσα στον ΑΣΠ/ΚΩ. Μέσα από αυτή την εργασία ο αναγνώστης μπορεί να κατανοήσει όλες τις διακεκριμένες φάσεις που περνάει η ηλεκτρική ενέργεια μέσα σε ένα σταθμό παραγωγής, να γνωρίσει τον ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισμό του σταθμού και γενικότερα να κατανοήσει την λειτουργία ενός σταθμού παραγωγής. Ακόμη, περιγράφονται χειρισμοί των ηλεκτροτεχνιτών για το πώς αντιμετωπίζονται οι γενικές διακοπές, οι παραλληλισμοί και οι εκκινήσεις των μονάδων μέσα από το control room. Το τρίτο και τελευταίο κεφάλαιο αφορά συμπεράσματα και προοπτικές του σταθμού. Για την εκπόνηση αυτής της εργασίας θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τους υπεύθυνους καθηγητές μου Κο Κόγια Παναγιώτη και Κα Κόγια Φωτεινή για την εισήγηση του θέματος, τον Κο Στέφανο Ναλμπάντη για την πολύτιμη καθοδήγηση του, καθώς επίσης τη διεύθυνση και το προσωπικό του ΑΣΠ/ΚΩ για την παραχώρηση προσωπικών σημειώσεων και χρόνου που μου αφιέρωσαν. Τέλος, το μεγαλύτερο ευχαριστώ στους γονείς μου, για τη στήριξη που μου παρέχουν σε κάθε μου βήμα. 1

4 ABSTRACT Electricity Production In autonomous Thermal Power Station In Kos The main concern of this graduation paper is Electricity Production in individual thermal power station on Kos Island. Chapter 1 is introductory. Initially referring to historical facts, such as when electricity first arrived in Greece, about the companies who first overtook the electrification of cities and how they transformed into one state electrical company. Primary energy sources are then presented in the interconnected system and the types of power stations in Greece. A basic part of an Electric Power System is to analyze and design following studies so that the system is reliable, evolvable and secure. As the title of the ASP/ KO is a thermal power station energy production is done by combustion engines in collaboration with synchronous generators. The first chapter concludes by describing the operation of these engines, the mechanical equipment, parts of which are composed and what their specifications are. Chapter 2 occupies the largest volume of this paper. The ASP / KO is an autonomous electrical station which uses as fuel diesel and fuel oil. At the beginning of the chapter a brief layout which describes energy production from the moment fuel is being received until its consumption. Proceeding there is a description of storaging and managing fuel, production, lifting and energy management within the ASP / KO. Through this work the reader can understand all the distinct phases electricity goes through in a power station to meet the electromechanical equipment of the station and in general to understand the operation of a power plant. Furthermore, manipulations of electrical technicians are being described on how to deal with electrical blackouts, the parallels and the starts of units through the control room. Finally, chapter 3 addresses conclusions and perspectives of the station. 2

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΟ σελ. 7. ΤΟ ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ 8. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 8. ΚΑΥΣΙΜΑ 8. ΣΤΕΡΕΑ ΚΑΥΣΙΜΑ 8. ΑΕΡΙΑ ΚΑΥΣΙΜΑ 9. ΥΓΡΑ ΚΑΥΣΙΜΑ 9. ΣΤΑΘΜΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Η.Ε 9. ΗΔΗ ΣΤΑΘΜΩΝ 9. ΝΤΙΖΕΛΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ (ΝΗΣ) 10. ΑΤΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ (ΑΗΣ) 10. ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ (ΥΗΣ) 10. ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΙΚΟΙ (ΑΕΗΣ) 10. ΠΥΡΗΝΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ (ΠΗΣ) 10. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 11. ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 11. ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ 11. ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΑΝΟΜΗΣ 11. ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 11. ΜΕΛΕΤΗ ΡΟΗΣ ΦΟΡΤΙΟΥ 12. ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 12. ΜΕΛΕΤΕΣ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ 12. ΜΕΛΕΤΕΣ ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ 13. ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 14. ΤΟ ΦΟΡΤΙΟ ΤΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ 14. ΘΕΡΜΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ ΜΕ ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ (ΜΕΚ) 15. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΗΧΑΝΩΝ DIESEL 15. ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΜΗΧΑΝΩΝ 18. ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΩΝ ΚΑΙ ΔΙΧΡΟΝΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ 18. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΜΕΚ 3

6 18. ΜΕΡΗ ΚΙΝΗΤΗΡΑ DIESEL 18. ΚΥΛΙΝΔΡΟΚΕΦΑΛΗ ΜΗΧΑΝΗΣ DIESEL 19. ΚΥΛΙΝΔΡΟΣ-ΧΙΤΩΝΙΟ 20. ΕΜΒΟΛΟ 21. ΕΛΑΤΗΡΙΑ 21. ΔΙΩΣΤΗΡΑΣ-ΠΕΙΡΟΣ 22. ΣΤΡΟΦΑΛΟΦΟΡΟΣ ΑΞΟΝΑΣ 22. ΕΚΚΕΝΤΡΟΦΟΡΟΣ ΑΞΟΝΑΣ 22. ΒΑΛΒΙΔΕΣ ΜΗΧΑΝΩΝ DIESEL 22. ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ 23. ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΓΧΥΣΕΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ 23. ΘΑΛΑΜΟΣ ΚΑΥΣΗΣ ΜΗΧΑΝΩΝ 23. ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΤΩΝ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΜΗΧΑΝΩΝ 23. ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΜΕΚ 23. ΥΠΕΡΠΛΗΡΩΣΗ TURBO 24. ΣΥΣΤΗΜΑ ΛΙΠΑΝΣΗΣ Μ.Ε.Κ 25. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΨΥΞΕΩΣ Μ.Ε.Κ 25. ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΟΙ 26. ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ 27. ΤΥΠΟΙ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΡΩΝ 29. ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ 29. ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ (f) 29. ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΙΣΧΥΣ (P) 29. ΦΑΙΝΟΜΕΝΗ ΙΣΧΥΣ (S) 30. ΑΕΡΓΗ ΙΣΧΥΣ (Q) 30. ΑΠΩΛΕΙΕΣ 30. ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ (n) 31. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΔΙΕΓΕΡΣΗΣ 31. ΠΡΟΣΤΑΣΙΕΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ 32. ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΤΩΝ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ 32. ΠΑΡΑΛΛΗΛΙΣΜΟΣ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ 4

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΑΣΠ/ΚΩ 33. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 34. ΧΩΡΟΙ ΚΑΙ ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ ΑΣΠ/ΚΩ 35. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ-ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ-ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΟΥ ΑΣΠ/ΚΩ 36. ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ- ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΚΑΥΣΙΜΩΝ 38. ΜΟΝΑΔΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ 44. CONTROL ROOM ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ 45. ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΣΥΜΒΟΛΩΝ 46. ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΑ ΜΗΧΑΝΩΝ 46. ΜΑΝΟΜΕΤΡΑ ΜΗΧΑΝΩΝ 47. ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΛΕΓΧΟΥ 48. ΜΟΝΟΓΡΑΜΜΙΚΟ ΑΣΠ/ΚΩ 49. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΙΣΧΥΟΣ 49. ΒΑΣΙΚΕΣ ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΕΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ 50. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΜΕ ΜΟΝΩΣΗ ΛΑΔΙΟΥ 52. ΜΕΤΑΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΞΗΡΟΥ ΤΥΠΟΥ 54. ΥΠΟΓΕΙΟ 20 ΚV 55. ΖΥΓΟΙ 57. ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΣΤΟΥΣ ΖΥΓΟΥΣ 57. ΔΙΑΚΟΠΤΕΣ ΙΣΧΥΟΣ 58. ΔΙΑΚΟΠΤΕΣ ΕΛΑΙΟΥ 58. ΔΙΑΚΟΠΤΕΣ ΠΤΩΧΟΥ ΕΛΑΙΟΥ 58. ΔΙΑΚΟΠΤΕΣ ΠΕΠΙΕΣΜΕΝΟΥ ΑΕΡΑ 58. ΔΙΑΚΟΠΤΕΣ ΕΞΑΦΘΟΡΙΟΥΧΟΥ ΘΕΙΟΥ 59. ΔΙΑΚΟΠΤΕΣ ΚΕΝΟΥ 59. ΤΑ ΜΕΡΗ ΤΟΥ ΔΙΑΚΟΠΤΗ ΙΣΧΥΟΣ 61. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΤΩΝ ΔΙΑΚΟΠΤΩΝ ΙΣΧΥΟΣ 63. ΔΙΑΚΟΠΤΕΣ ΙΣΧΥΟΣ ΕΠΙ ΦΟΡΕΙΟΥ 63. ΑΠΟΖΕΥΚΤΕΣ-ΓΕΙΩΤΕΣ 64. ΑΠΑΓΩΓΕΙΣ ΤΑΣΕΩΝ 5

8 65. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ 65. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΗΣ ΤΑΣΗΣ 66. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΗΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ 67. ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ 67. ΥΠΕΡEΝΤΑΣΗΣ ΣΤΑΘΕΡOY ΧΡΟΝΟΥ 67. ΥΠΕΡΕΝΤΑΣΗΣ ΑΝΤΙΣΤΡOΦΟΥ ΧΡΟΝΟΥ 67. ΕΠΙΛΟΓΙΚH ΠΡΟΣΤΑΣIΑ 68. ΑΠΑΓΩΓΕΙΣ ΤΑΣΗΣ 68. ΚΑΛΩΔΙΑ Μ.Τ 69. ΑΚΡΟΚΕΦΑΛΕΣ Η ΑΚΡΟΚΙΒΩΤΙΑ 70. ΚΕΝΤΙΚΟ ΔΩΜΑΤΙΟ ΕΛΕΓΧΟΥ 70. ΣΗΜΕΙΑ ΕΠΙΘΕΩΡΗΣΗΣ ΒΑΡΔΙΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΤΩΝ ΑΣΠ/ΚΩ 71. ΒΑΣΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩn 72. ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ ΚΑΙ ΕΝΔΕΙΞΕΙΣ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΩΝ ΑΝΑΧΩΡΗΣΕΩΝ ΑΒΒ 74. ΟΔΗΓΙΕΣ ΣΕ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΔΙΑΚΟΠΗΣ ΤΟΥ ΑΣΠ/ΚΩ 75. ΜΟΝΑΔΑ EMERGENCY 75. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΚΚΙΝΗΣΗΣ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΟΥ GT ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΚΑΙ ΠΑΡΑΛΛΗΛΙΣΜΟΣ ΜΟΝΑΔΑΣ FICANTIERI 76. ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΧΕΙΡΟΚΙΝΗΤΟΣ ΠΑΡΑΛΛΗΛΙΣΜΟΣ ΜΟΝΑΔΩΝ ΜΑΝ ΣΤΟ ΔΙΚΤΥΟ 77. ΟΔΗΓΙΕΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΠΑΡΑΛΛΗΛΙΣΜΟ ΑΣΠ/ΚΩ-ΑΣΠ/ΚΑΛΥΜΝΟΥ 78. ΠIΝΑΚΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚHΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑΣ 89. ΜΟΝΟΓΡΑΜΜΙΚΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑΣ ΑΣΠ/ΚΩ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ 80. ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗ ΜΕ ΑΛΛΑ ΝΗΣΙΑ 80. ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΚΑΥΣΙΜΩΝ 81. ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΡΥΠΩΝ 81. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΛΛΗΛΙΣΜΟΥ ΜΕ ΑΣΠ/ΚΑΛΥΜΝΟΥ 81. ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΣΤΑΘΜΟΥ 82. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 6

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΟ 1.1 ΤΟ ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Το έτος 1889 έφτασε ο «ηλεκτρισμός» στην Ελλάδα. Σύμφωνα με τα ιστορικά στοιχεία της ΔΕΗ Α.Ε., η «Γενική Εταιρεία Εργοληψιών» κατασκεύασε στην Αθήνα, στην οδό Αριστείδου, την πρώτη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Το πρώτο κτίριο που φωτίζεται είναι τα Ανάκτορα και πολύ σύντομα ο ηλεκτροφωτισμός επεκτείνεται στο σημερινό ιστορικό κέντρο της πόλης. Τον ίδιο χρόνο ηλεκτροδοτείται επίσης η Θεσσαλονίκη, η οποία ανήκει ακόμα στην Οθωμανική Αυτοκρατορία. Η «Βελγική Εταιρία» αναλαμβάνει απ' τις τουρκικές αρχές το φωτισμό και την τροχοδρόμηση της πόλης με την κατασκευή εργοστασίου παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Δέκα χρόνια αργότερα κάνουν την εμφάνισή τους στην Ελλάδα οι πολυεθνικές εταιρίες ηλεκτρισμού. Η αμερικανική εταιρία Thomson-Houston με τη συμμετοχή της Εθνικής Τράπεζας ιδρύουν την «Ελληνική Ηλεκτρική Εταιρία» που αναλαμβάνει την ηλεκτροδότηση μεγάλων ελληνικών πόλεων. Μέχρι το 1929 θα έχουν ηλεκτροδοτηθεί 250 πόλεις με πληθυσμό άνω των κατοίκων. Στις πιο απόμακρες περιοχές, που ήταν οικονομικά ασύμφορο για τις μεγάλες εταιρίες να κατασκευάσουν μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, την ηλεκτροδότηση αναλαμβάνουν ιδιώτες ή δημοτικές και κοινοτικές αρχές κατασκευάζοντας μικρά εργοστάσια. Τo έτος 1950 υπήρχαν στη Ελλάδα περίπου 400 εταιρίες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ως πρωτογενή καύσιμα χρησιμοποιούσαν το πετρέλαιο και το γαιάνθρακα, αμφότερα εισαγόμενα από το εξωτερικό. Η κατάτμηση αυτή της παραγωγής σε πολλές μονάδες, σε συνδυασμό με τα εισαγόμενα καύσιμα, εξωθούσε την τιμή της ηλεκτρικής ενέργειας στα ύψη, φτάνοντας στο τριπλάσιο μέχρι και πενταπλάσιο των τιμών που ίσχυαν στις άλλες ευρωπαϊκές χώρες. Η ηλεκτρική ενέργεια ήταν λοιπόν ένα αγαθό πολυτελείας, αν και τις περισσότερες φορές παρεχόταν με ωράριο και οι ξαφνικές διακοπές ήταν σύνηθες φαινόμενο. Τον Αύγουστο του 1950 ιδρύθηκε η ΔΕΗ και ως εκ τούτου, οι δραστηριότητες παραγωγής, μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας συγκεντρώθηκαν σε ένα δημόσιο φορέα. Η ΔΕΗ αμέσως στρέφεται προς την αξιοποίηση των εγχώριων πηγών ενέργειας ενώ ξεκινά και η ενοποίηση των δικτύων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα εθνικό διασυνδεδεμένο Σύστημα. Τα πλούσια λιγνιτικά κοιτάσματα του ελληνικού υπεδάφους που είχαν νωρίτερα εντοπισθεί, άρχισαν να εξορύσσονται και να χρησιμοποιούνται ως καύσιμη ύλη στις λιγνιτικές μονάδες ηλεκτροπαραγωγής που δημιουργούσε η ΔΕΗ. Παράλληλα, η Επιχείρηση ξεκίνησε την αξιοποίηση της δύναμης των υδάτων με την κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών στα μεγάλα ποτάμια της χώρας. 7

10 Σήμερα η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα προέρχεται κυρίως από θερμικούς σταθμούς. Στην Περιφέρεια Δυτικής Μακεδονίας παράγεται το 75% της συνολικής ηλεκτρικής ενέργειας, εκ της οποίας το 50% στο νομό Κοζάνης. Με το νέο ηλεκτροπαραγωγικό σταθμό της Μελίτης του νομού Φλωρίνης, η Δ. Μακεδονία καλύπτει το 80% των απαιτήσεων σε ηλεκτρική ενέργεια της χώρας. Η συγκέντρωση των θερμικών ηλεκτροπαραγωγικών σταθμών στο Βορρά της χώρας δημιουργεί αυξημένες απώλειες κατά τη μεταφορά και ανισορροπία στη λειτουργία. Ωστόσο ο σχεδιασμός τους βασίστηκε στην εγγύτητά τους στις περιοχές που είναι οι πλουτοπαραγωγικές πηγές του λιγνίτη, ο οποίος αποτελεί την καύσιμη πρώτη ύλη για αρκετούς σταθμούς. Στη χώρα μας υπάρχουν τέσσερις περιοχές με αποθέματα λιγνίτη, στη Δράμα, στη Δυτική Μακεδονία, στην Ελασσόνα και στη Μεγαλόπολη. Έτσι σύμφωνα με στοιχεία του 2008 για το Διασυνδεδεμένο Σύστημα (National Report ΡΑΕ 2009), το 67.7% της εγκατεστημένης ισχύος των ηλεκτροπαραγωγικών μονάδων είναι θερμικοί σταθμοί, εκ των οποίων με λιγνίτη 4808 MW, με πετρέλαιο 1160 MW και με φυσικό αέριο 2447,7 MW. To 24,3% είναι υδροηλεκτρικοί σταθμοί και το 8% είναι μονάδες ΑΠΕ. 1.2 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας επιτυγχάνεται με την εκμετάλλευση διαφόρων πρωτογενών πηγών ενέργειας και παρουσιάζει μεγάλες διαφοροποιήσεις από χώρα σε χώρα, ανάλογα με τους διαθέσιμους εγχώριους Ενεργειακούς Πόρους, την Ενεργειακή Πολιτική της χώρας, τις γεωλογικές, γεωφυσικές και κλιματολογικές ιδιαιτερότητες αυτής. Οι πηγές παραγωγής ενέργειας διακρίνονται στις συμβατικές που βασίζονται σε ορυκτά στερεά, υγρά ή αέρια καύσιμα, όπως το πετρέλαιο, ο άνθρακας (λιθάνθρακας και λιγνίτης), το φυσικό αέριο, στην πυρηνική ενέργεια και στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούν διαχρονικές πηγές (άνεμος, ήλιος, νερό κλπ) και δεν εξαντλούν τα περιορισμένα ενεργειακά αποθέματα. 1.3 ΚΑΥΣΙΜΑ ΣΤΕΡΕΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Στα στερεά καύσιμα περιλαμβάνονται οι ορυκτοί άνθρακες (ανθρακίτες, λιγνίτες, τύρφη κτλ.). Ως στερεά καύσιμα θεωρούνται ακόμη η βιομάζα και τα άχρηστα αστικά στερεά απορίμματα. Τα κυριότερα χαρακτηριστικά (φυσικές και χημικές ιδιότητες) των στερεών ορυκτών καυσίμων που ενδιαφέρουν για τη χρήση τουδ δτην παραγωγή ενέργειας είναι τα παρακάτω. 1. Η θερμογόνος δύναμη 2. Η υγρασία του καυσίμου 3. Η περιεκτικότητα σε τέφρα 4. Η κοκκομετρική τους ανάλυση 5. Η αντοχή τους στη θραύση 6. Η περιεκτικότητα τους σε πτητικά 7. Η περιεκτικότητα τους σε θείο (S) ΑΕΡΙΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Στα αέρια καύσιμα περιλαμβάνονται το φυσικό αέριο, αέριοι υδρογονάνθρακες που παράγονται από την απόσταξη του πετρελαίου και αέρια από την εξαέρωση διάφορων τύπων ανθρακών. Για την χρήση τους ενδιαφέρει η χημική τους σύσταση, η θερμογόνος δύναμη, η περιεκτηκότητα τους σε θείο (S) και η περιεκτικότητα τους σε αδρανή. 8

11 1.3.3 ΥΓΡΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Τα υγρά καύσιμα είναι τα διάφορα κλάσματα απόσταξης πετρελαίου (ελαφρά και βαρέα κλάσματα, το diesel, η κηροζίνη κτλ.) επίσης υγροί υδρογονάνθρακες όπως μεθανόλη και αιθανόλη) Τα κυριότερα χαρακτηριστικά που εξετάζονται για τη χρήση τους είναι 1. Η θερμογόνος δύναμη 2. Το ιξώδες 3. Η πτητικότητα τους 4. Το στέρεο υπόλειμμα της καύσης και η περιεκτικότητα σε τέφρα 5. Η περιεκτικότητα τους σε νερό 6. Η περιεκτικότητα τους σε θείο (S) 1.4 ΣΤΑΘΜΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Διακρίνονται σε δυο κατηγορίες Σε θερμοηλεκτρικούς (ατμοστροβιλικές μονάδες, αεριοστροβιλικές μονάδες, diesel). Σε υδροηλεκτρικούς Η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται σε μορφή τριφασικού ημιτονοειδούς εναλλασσόμενου ρεύματος συχνότητας 50Hz. Η κατανομή του φορτίου γίνετε με κριτήρια τεχνικά και οικονομικά. Για παράδειγμα μια μεγάλη ατμοηλεκτρική μονάδα πρέπει να λειτουργεί συνεχώς γι αυτό χρησιμοποιείτε για την εξυπηρέτηση του φορτίου βάσης. Συνήθως οι μεγάλες αυτές μονάδες εργάζονται για 12 εως 18 μήνες συνεχώς. Την αιχμή και το κυμαινόμενο φορτίο εξυπηρετούν άλλοι σταθμοί κατάλληλοι γι αυτό. Έτσι στο διασυνδεδεμένο Εθνικό σύστημα οι σταθμοί που εργάζονται μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο κατηγορίες -τους σταθμούς παραγωγής. -τους σταθμούς αιχμής. 1.5 ΗΔΗ ΣΤΑΘΜΩΝ ΝΤΙΖΕΛΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ (ΝΗΣ) Χρησιμοποιούνται σαν σταθμοί αιχμής γιατί μπορούν να φορτισθούν σε πολύ μικρό διάστημα. Η λειτουργία αυτών των σταθμό περιγράφεται παρακάτω μιας και ο ΑΣΠ/ΚΩ ανήκει σε αυτή την κατηγορία ΑΤΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ (ΑΗΣ) Χρησιμοποιούνται σαν σταθμοί παραγωγής γιατί έχουν καλό βαθμό απόδοσης, όταν 9

12 εργάζονται συνεχώς στην ονομαστική τους ισχύ. Επίσης γιατί χρειάζονται 6-8 ώρες μέχρι να φορτισθούν στην ονομαστική τους ισχύ. Αποτελούνται κυρίως από σιτοπαραγωγούς, ατμοστρόβιλους, γεννήτριες, συμπυκνωτές ατμού, συστήματα προθέρμανσης τροφοδοτικού νερού, κλπ. Η μέγιστη ισχύς μιας μονάδας μπορεί να ξεπεράσει τα 100 MW. Ο βαθμός απόδωσης ξεπερνάει το 43% και χρησιμοποιεί ως καύσιμα κυρίως λιθάνθρακες, γαιάνθρακες, πετρέλαιο και φυσικό αέριο ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ (ΥΗΣ) Οι ΥΗΣ χρησιμοποιούνται και σαν σταθμοί βάσης και σαν αιχμής. Αυτό εξαρτάται από το αν υπάρχει αρκετό νερό και τον τύπο τους. Πάντως το πλεονέκτημα τους είναι να προσαρμόζονται με μεγάλη ταχύτητα στις μεταβολές του φορτίου.. Η λειτουργία των υδροηλεκτρικών μονάδων βασίζεται στην κίνηση του νερού λόγω διαφοράς μανομετρικού ύψους μεταξύ των σημείων εισόδου και εξόδου. Για το σκοπό αυτό κατασκευάζεται ένα φράγμα που συγκρατεί την απαιτούμενη ποσότητα νερού στον δημιουργούμενο ταμιευτήρα. Κατά τη διέλευσή του από τον αγωγό πτώσεως κινεί έναν στρόβιλο ο οποίος θέτει σε λειτουργία τη γεννήτρια. Μία τουρμπίνα που είναι εγκατεστημένη σε μεγάλη μονάδα μπορεί να ζυγίζει μέχρι 172 τόνους και να περιστρέφεται με 90 rpm. Η ποσότητα του ηλεκτρισμού που παράγεται καθορίζεται από αρκετούς παράγοντες. Δύο από τους σημαντικότερους είναι ο όγκος του νερού που ρέει και η διαφορά μανομετρικού ύψους μεταξύ της ελεύθερης επιφάνειας του ταμιευτήρα και του στροβίλου. Η ποσότητα ηλεκτρισμού που παράγεται είναι ανάλογη των δύο αυτών μεγεθών. Συνεπώς, ο παραγόμενος ηλεκτρισμός εξαρτάται από την ποσότητα του νερού του ταμιευτήρα ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΙΚΟΙ (ΑΕΗΣ) Χρησιμοποιούνται για να καλύπτουν το κυμαινόμενο φορτίο και την αιχμή. Ο βαθμός απόδοσής τους είναι μικρότερος από των ΝΗΣ αλλά μπαίνουν και βγαίνουν εύκολα σε λειτουργία και δεν χρειάζονται πολύ προσωπικό. (αναλυτικότερα για τους αεριοστρόβιλους στο κεφάλαιο 2) ΠΥΡΗΝΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ (ΠΗΣ) Οι ΠΗΣ είναι σταθμοί βάσης οι οποίοι δεν υπάρχουν στην Ελλάδα. 1.6 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Σαν σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας ονομάζουμε το σύνολο των εγκαταστάσεων και των μέσων που χρησιμεύουν για την εξυπηρέτηση των αναγκών ενός συνόλου καταναλωτών ηλεκτρικής ενέργειας. Τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας μπορούν από άποψη έκτασης να διακριθούν σε εθνικά συστήματα, περιφερικά και ιδιωτικά. Ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας προϋποθέτει τις διακεκριμένες φάσεις, παραγωγής, μεταφοράς και διανομής Το σύστημα παραγωγής περιλαμβάνει τους σταθμούς παραγωγής του ηλεκτρικού ρεύματος και τους υποσταθμούς ανύψωσης τάσης Το σύστημα μεταφοράς περιλαμβάνει τα δίκτυα των γραμμών υψηλής τάσης,τους 10

13 υποσταθμούς ζεύξης, τους υποσταθμούς μετασχηματισμού μεταξύ των διαφόρων τάσεων μεταφοράς του δικτύου και τους σταθμούς υποβιβασμού της τάσης σε μέση τάση για την τροφοδότηση των δικτύων διανομής. Με το παραπάνω σύστημα η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται από τους σταθμούς παραγωγής στις περιοχές κατανάλωσης Το σύστημα διανομής περιλαμβάνει τα δίκτυα διανομής μέσης τάσης (Μ.Τ) και χαμηλής τάσης (Χ.Τ) ακόμα και τους υποσταθμούς διανομής από τους οποίους η μέση τάση υποβιβάζεται σε χαμηλή τάση. Με το παραπάνω σύστημα η ηλεκτρική ενέργεια διανέμετε στις μικρότερες περιοχές φορτίου και παρέχεται στους καταναλωτές μέσης και χαμηλής τάσης. Ένα σύστημα παραγωγής και μεταφοράς μπορεί να λειτουργήσει μεμονωμένο ή διασυνδεδεμένο με ένα ή περισσότερα άλλα γειτονικά συστήματα. Η διασύνδεση γίνετε συνήθως μεταξύ εθνικών συστημάτων και έχει μερικά τεχνικά και οικονομικά πλεονεκτήματα στη λειτουργία κάθε συστήματος. 1.7 ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Για να μπορέσει ο μηχανικός των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας να σχεδιάσει σωστά ένα σύστημα, να το λειτουργήσει αξιόπιστα, να προτείνει λύσεις για την μελλοντική του βελτίωση, επέκταση ή τροποποίηση και να το εξοπλίσει με τα κατάλληλα συστήματα προστασίας και ελέγχου, πρέπει να κάνει μια σειρά μελετών που θα του δώσουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες για να φέρει σε πέρας αυτόν τον σκοπό, όπως μελέτες ροής φορτίου, μελέτες σφαλμάτων και μελέτες μεταβατικής ευστάθειας. Για την αποδοτικότερη λειτουργία του συστήματος, εξάλλου, είναι απαραίτητες μελέτες οικονομικής λειτουργίας που θα καθορίσουν τον τρόπο με τον οποίο πρέπει να κατανεμηθεί η συνολική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ των μονάδων παραγωγής ώστε να το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας να λειτουργεί κατά το βέλτιστο οικονομικό τρόπο. Η ανάλυση συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας καθορίζει το σύνολο των μελετών μέσω των οποίων εκτιμάται η συμπεριφορά ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας τόσο στη μόνιμη όσο και σε μεταβατικές καταστάσεις λειτουργίας ΜΕΛΕΤΗ ΡΟΗΣ ΦΟΡΤΙΟΥ Οι μελέτες ροής φορτίου είναι πολύ χρήσιμες για τους εξής λόγους Για την σχεδίαση μελλοντικής ανάπτυξης ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, οπότε θέλουμε να γνωρίζουμε την επίδραση που τυχόν θα έχουν σε αυτό, προτού ακόμα εγκατασταθούν, διασυνδέσεις άλλων συστημάτων, νέων φορτίων, νέων μονάδων παραγωγής και νέων γραμμών μεταφοράς. Η γνώση αυτής της επίδρασης είναι σημαντική για να πετύχουμε ικανοποιητική λειτουργία του συστήματος δοκιμάζοντας την αποδοτικότητα και αποτελεσματικότητας διαφόρων εναλλακτικών λύσεων. Για τον προσδιορισμό της βέλτιστης διαδικασίας που πρέπει να ακολουθήσουμε για την λειτουργία του συστήματος. Καθώς τα φορτία που τροφοδοτεί ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας μεταβάλλονται κατά τη διάρκεια της ημέρας ή από μέρα σε μέρα, πρέπει να γνωρίζουμε από ποιες μονάδες τροφοδοτούνται τα φορτία, ώστε να πετύχουμε την καλύτερη ρύθμιση τάσης στους ζυγούς και τη βέλτιστη οικονομικά λειτουργία. 11

14 Για τον προσδιορισμό της βέλτιστης διαδικασίας λειτουργίας όταν για κάποιους λόγους τεθούν εκτός λειτουργίας μία ή περισσότερες μονάδες παραγωγής ή γραμμές μεταφοράς. Για την εύρεση αρχικών τιμών που είναι απαραίτητες για άλλες μελέτες, όπως μελέτες βραχυκυκλωμάτων, μεταβατικής ευστάθειας κ.λ.π ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Για να οδηγηθεί ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας σε οικονομική λειτουργία πρέπει να επιλυθούν τα εξής προβλήματα Το πρόβλημα της οικονομικής κατανομής φορτίου, του προσδιορισμού, δηλαδή, της ισχύος εξόδου των εν λειτουργία θερμικών μονάδων, έτσι ώστε να καλυφθεί η τρέχουσα ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας των καταναλωτών με το ελάχιστο συνολικό κόστος λειτουργίας των θερμικών μονάδων του συστήματος. Το πρόβλημα της υδροθερμικής συνεργασίας, του προσδιορισμού, δηλαδή, του προγράμματος λειτουργίας των θερμικών και υδροηλεκτρικών σταθμών ενός συστήματος, έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται το συνολικό κόστος λειτουργίας του κατά τη διάρκεια μιας δεδομένης χρονικής περιόδου. Το πρόβλημα του προγραμματισμού των ανταλλαγών ή αγορών/πωλήσεων ηλεκτρικής ενέργειας ενός συστήματος με τα γειτονικά διασυνδεδεμένα συστήματα ΜΕΛΕΤΕΣ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ Οι μελέτες σφαλμάτων είναι χρήσιμες για τους εξής λόγους Για τη σχεδίαση του κατάλληλου συστήματος προστασίας του ενεργειακού συστήματος. Για την σωστή επιλογή των διακοπτών του συστήματος προστασίας, διότι δυο από τους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η σωστή επιλογή τους, είναι το ρεύμα που ρέει αμέσως μετά από το σφάλμα και το ρεύμα που πρέπει να αυτοί να διακόψουν. Για τον προσδιορισμό των αναγκαίων διακοπτικών λειτουργιών καθενός διακόπτη του συστήματος. Για τον καθορισμό των ρυθμίσεων των ηλεκτρονόμων που ελέγχουν τους διακόπτες ΜΕΛΕΤΕΣ ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ Οι μελέτες μεταβατικής ευστάθειας είναι απαραίτητες Για να γίνει η σχεδίαση του ενεργειακού συστήματος κατά τέτοιο τρόπο ώστε να παραμένει σε κατάσταση ευστάθειας μετά από κάθε διαταραχή. Για να καθοριστεί το πόσο γρήγορα πρέπει να δράσουν οι διακοπτικές διαδικασίες, ώστε να απομονωθεί εγκαίρως το τμήμα του συστήματος που 12

15 βρίσκεται σε κατάσταση σφάλματος. Για να καθοριστούν οι χρόνοι ενεργοποίησης των διακοπτών καθώς επίσης και οι χρόνοι επανακλεισίματος τους διότι από το σωστό υπολογισμό τους εξαρτάται η δυνατότητα του συστήματος να διατηρεί την ευστάθεια του μετά από μια διαταραχή. 1.8 ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Στους σύγχρονους σταθμούς παραγωγής υπάρχουν πολλές μονάδες παραγωγής όπου για παράδειγμα μια μονάδα 300 MW θα χρησιμοποιηθεί σε μικρά συστήματα ενώ μια μονάδα παραγωγής 1000 ΜW εγκαθίσταται και τροφοδοτεί μεγαλύτερα συστήματα. Η μεγάλη συγκέντρωση ισχύος σε έναν σταθμό παραγωγής επιτάσσει την ανάγκη διασύνδεσης μεταξύ των σταθμών παραγωγής, ώστε σε κατάσταση ανάγκης το φορτίο μιας περιοχής να μπορεί να τροφοδοτείται από πολλές γειτονικές περιοχές χωρίς να δημιουργείται ανωμαλία. Παρά την προσεκτική σχεδίαση και κατασκευή, πολλές αιτίες καταστροφής όπως πλημμύρες, σεισμοί, πυρκαγιές, ηλεκτρικές και μηχανικές βλάβες μπορεί να αχρηστεύσουν κάποιο μέρος ή ολόκληρο σταθμό. Η ύπαρξη επαρκών διασυνδετικών γραμμών με περιοχές που δεν έχουν προσβληθεί ταυτόχρονα από την καταστροφή, αποτελεί εγγύηση λειτουργίας του συστήματος. Ορισμένα βασικά χαρακτηριστικά της διασύνδεσης συστημάτων είναι Δυνατότητα εντάξεως μεγαλύτερων και οικονομικότερων μονάδων παραγωγής στο σύστημα. Μείωση των απαιτήσεων εφεδρείας καθεμιάς από τις διασυνδεδεμένες περιοχές ή συστήματα. Οικονομία ισχύος με εποχιακές ανταλλαγές ισχύος μεταξύ περιοχών ή συστημάτων τα οποία έχουν διαφορετικές ανάγκες στις διάφορες εποχές. Οικονομία ισχύος λόγο διαφορών στις ζητήσεις φορτίου μεταξύ περιοχών η συστημάτων κατά τη διάρκεια του 24ώρου. Δυνατότητα αντιμετώπισης απρόβλεπτων ζητήσεων σε κατάσταση εκτάκτου ανάγκης. 13

16 1.9 ΤΟ ΦΟΡΤΙΟ ΤΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στους σταθμούς παραγωγής, πρέπει να είναι ίση με την ενέργεια που καταναλώνεται κάθε στιγμή και αυτό γιατί δεν μπορεί να αποθηκευτεί παρά μόνο σε ελάχιστες περιπτώσεις. Μέσα στις καταναλώσεις πρέπει να προστεθούν και οι απώλειες λόγο θέρμανσης των αγωγών, τη λειτουργία των βοηθητικών μονάδων, οργάνων και διατάξεων. ΒΑΣΗ ΦΟΡΤΙΟΥ Είναι η μικρότερη τιμή ζήτησης του φορτίου στην διάρκεια της χρονικής περιόδου ΜΕΣΟ ΦΟΡΤΙΟ Είναι εκείνη η ισχύς ζήτησης που αν διαρκούσε σε όλη τη χρονική περίοδο Τ θα κατανάλωνε την ίδια συνολική ενέργεια. ΚΥΜΑΙΝΟΜΕΝΟ ΦΟΡΤΙΟ Είναι εκείνο το φορτίο που κυμαίνεται μεταξύ φορτίου βάσης και του φορτίου αιχμής στην διάρκεια της χρονικής περιόδου 1.10 ΘΕΡΜΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ ΜΕ ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ (ΜΕΚ) Οι σταθμοί ντιζελομηχανών αποτελούνται από παλινδρομικές μηχανές εσωτερικής καύσης που χρησιμοποιούν ως καύσιμο diesel ή μαζούτ. Η ισχύς των μηχανών αυτών μεταβάλλεται ανάλογα με το υψόμετρο λειτουργίας, τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και τη θερμοκρασία νερού ψύξης. Υπό ορισμένες συνθήκες και για μικρή ισχύ εγκαθίστανται αυτόνομοι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιούν μηχανές εσωτερικής καύσης (μηχανές diesel). Τέτοιοι σταθμοί εγκαθίστανται στα νησιά μας όπου η ζήτηση είναι μικρή και η εγκατάσταση ατμοστροβίλων με μικρή ισχύ είναι ασύμφορη. 14

17 Οι συνήθης ταχύτητες λειτουργίας των μηχανών αυτών κυμαίνονται από rpm, αλλά φθάνουν και σε μικρές τιμές της τάξης των 400 rpm, η και χαμηλότερα. Για συνεχή λειτουργία προτιμώνται μεγάλα μεγέθη ντιζελομηχανών μικρής ταχύτητας που χρησιμοποιούν βαρύ καύσιμο, γιατί έχουν μεγαλύτερη απόδοση, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και μικρές απαιτήσεις συντήρησης ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΗΧΑΝΩΝ DIESEL Οι μηχανές diesel γενικά έχουν ικανοποιητικό βαθμό απόδοσης, όταν λειτουργούν στα75-80% της ονομαστικής τους ισχύος, ενώ για λειτουργία κάτω του 50% της ονομαστικής τους ισχύος ο βαθμός απόδοσής τους πέφτει σημαντικά. Στις μηχανές εσωτερικής καύσης μίγμα καυσίμου και αέρα συμπιέζεται από κάποιο κύλινδρο με τη βοήθεια εμβόλων και αναφλέγεται. Η καύση του μίγματος δημιουργεί πιέσεις που αναγκάζουν τα έμβολα να κινηθούν σε αντίθετη κατεύθυνση δημιουργώντας παλινδρομική κίνηση. Η κίνηση Αυτή με τη βοήθεια κατάλληλου μηχανισμού μετατρέπεται σε περιστροφική και μεταδίδεται στον άξονα της γεννήτριας. Στις μηχανές αυτές η θερμότητα εμφανίζεται ως ενδιάμεση ενεργειακή μορφή και για το λόγο αυτό και οι ηλεκτροπαραγωγικές μονάδες που βασίζονται σε αυτό τον τύπο των μηχανών εντάσσονται στην κατηγορία των θερμοηλεκτρικών μαζί με τους ατμοηλεκτρικούς. Οι γεννήτριες παραγωγής του ρεύματος είναι σύγχρονες και το ρεύμα της διέγερσής τους είναι συνεχές. Για τη λειτουργία των μηχανών απαιτούνται μετασχηματιστές, αυτόματοι διακόπτες και όργανα ελέγχου και μετρήσεων όπως αμπερόμετρα, βατόμετρα και βολτόμετρα. Επίσης υπάρχουν και όργανα για τον παραλληλισμό των γεννητριών του σταθμού με το δίκτυο. Εκτός από την παρακολούθηση των οργάνων, το προσωπικό παρακολουθεί και τη λειτουργία των μηχανών diesel. Παρακολουθούν την θερμοκρασία του λαδιού λίπανσης, του νερού ψύξης, την πίεση του λαδιού κτλ. Τα πλεονεκτήματα των μηχανών diesel είναι: Τίθενται σε λειτουργία εύκολα και φορτίζονται αμέσως. Δεν απαιτούν πολύπλοκες εγκαταστάσεις. Έχουν υψηλότερο βαθμό απόδοσης για μικρή και μέση ισχύ. Χρειάζονται λιγότερο χώρο για τις εγκαταστάσεις. Δεν απαιτούν πολύ προσωπικό. Τα μειονεκτήματα των μηχανών diesel είναι: Παρουσιάζουν συχνά βλάβες. Χρειάζονται συχνά συντήρηση και απαιτούν εξειδικευμένο προσωπικό. Επίσης χρειάζονται εφεδρικές μονάδες ώστε να μπορεί να καλυφτεί η ζήτηση. Οι στροφές της γεννήτριας και της μηχανής θα πρέπει να παραμένουν σταθερές ώστε η συχνότητα να παραμένει σταθερή ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΜΗΧΑΝΩΝ (ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΙ-ΔΙΧΡΟΝΟΙ) ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ Στους τετράχρονους κινητήρες έχουμε τέσσερις διαδρομές εμβόλου που χαρακτηρίζουν τον κάθε χρόνο (κύκλο λειτουργίας). Κατά τους τέσσερις χρόνους πραγματοποιούνται οι ακόλουθες εργασίες. 15

18 Χρόνος πρώτος (εισαγωγή) Ο χρόνος αυτός είναι η πρώτη φάση του κύκλου και αρχίζει όταν το έμβολο βρίσκετε στο άνω νεκρό σημείο. Το έμβολο στον χρόνο αυτό αρχίζει και κινείται προς τα κάτω και δημιούργει διαφορά πιέσεως μεταξύ του πάνω μέρους του κυλίνδρου και της ατμόσφαιρας, αποτέλεσμα αυτής της διαφοράς είναι η αναρρόφηση καυσίμου ή αέρα, ανάλογα με το σύστημα λειτουργίας. Όταν το έμβολο φτάσει στο κάτω νεκρό σημείο η δίοδος εισαγωγής φράζεται και έτσι παγιδεύεται το μίγμα και στο σημείο αυτό συμπληρώνεται ο πρώτος χρόνος. Χρόνος δεύτερος (συμπίεση) Ο χρόνος αυτός είναι η δεύτερη φάση του κύκλου και αρχίζει όταν το έμβολο βρίσκετε στο κάτω νεκρό σημείο. Το έμβολο στο χρόνο αυτό αρχίζει να κινείται προς τα πάνω και να συμπιέζει το μίγμα αέρα-καυσίμου ή μόνο αέρα οπότε λίγο πριν φτάσει στο άνω νεκρό σημείο, για την περίπτωση μίγματος καυσίμου αέρα έχουμε συμπίεση με αποτέλεσμα την ανάπτυξη θερμότητας και ανάμιξη του καυσίμου με τον αέρα. Στην περίπτωση όμως που έχουμε μόνο αέρα, έχουμε τη συμπίεση και την θέρμανσή του. Χρόνος τρίτος (εκτόνωση) Ο χρόνος αυτός είναι η τρίτη φάση και λέμε ότι ο κινητήρας στη φάση αυτή προσφέρει έργο. Στην περίπτωση μίγματος αέρα-καυσίμου το μίγμα είναι συμπιεσμένο σε μικρό χώρο, στον θάλαμο καύσης. Με ηλεκτρικό σπινθήρα το μίγμα αναφλέγεται και η θερμότητα που αναπτύσσετε από την καύση αναγκάζει τα καυσαέρια να διασταλούν και να ωθήσουν το έμβολο προς τα κάτω. Στην περίπτωση που συμπιέζεται μόνο ο αέρας έχουμε αρχή της κίνησης του εμβόλου προς τα κάτω έκχυση του καυσίμου στον κύλινδρο με ταυτόχρονη πραγματοποίηση και της καύσης με αποτέλεσμα να αναπτυχθεί θερμότητα και αύξηση του εμβόλου προς τα κάτω ως το νεκρό κάτω μέρος. Τέταρτος χρόνος (εξαγωγή) Ο χρόνος αυτός είναι η τέταρτη φάση κατά την οποία εξάγονται τα καυσαέρια από τον κύλινδρο. Το έμβολο καθώς αρχίζει να κινείται από το κάτω νεκρό σημείο προς το άνω νεκρό σημείο ταυτόχρονα ανοίγει η δίοδος εξαγωγής των καυσαερίων, απ όπου και εξέρχονται τα καυσαέρια. Τέλος όταν φτάσει το έμβολο στο άνω νεκρό σημείο η δίοδος εξαγωγής κλείνει και ανοίγει η δίοδος εισαγωγής του νέου μίγματος καυσίμου αέρα ή μόνο αέρα για να ακολουθήσει στην συνέχεια ο επόμενος κύκλος. 16

19 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΧΡΟΝΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ Στους δίχρονους κινητήρες έχουμε δύο διαδρομές του εμβόλου που χαρακτηρίζουν τον κάθε χρόνο. Κατά τους δύο χρόνους πραγματοποιούνται οι ακόλουθες εργασίες Χρόνος πρώτος Στον χρόνο αυτό το έμβολο κινείται από το άνω νεκρό σημείο στο κάτω νεκρό σημείο. Στην περίπτωση που έχουμε μίγμα καυσίμου-αέρα το μίγμα έχει αναφλεγεί πριν το άνω νεκρό σημείο, η καύση πραγματοποιείται κατά κύριο λόγο όταν αρχίζει να κινείται από το άνω νεκρό σημείο προς τα κάτω και αρχίζει η εκτόνωση. Καθώς κινείται όμως το έμβολο προς τα κάτω αρχίζει να αποκαλύπτεται η δίοδος εξαγωγής και αρχίζει ταυτόχρονα η εξαγωγή καυσαερίων. Στην συνέχεια το έμβολο αποκαλύπτει και τη δίοδο εισαγωγής από την οποία εισέρχεται νέο μίγμα καυσίμου-αέρα. Η εξαγωγή των καυσαερίων και η εισαγωγή του νέου μίγματος πραγματοποιούνται σχεδόν ταυτόχρονα μέχρι το τέλος του εμβόλου στο κάτω νεκρό σημείο. Στην περίπτωση που έχει συμπιεστεί αέρας η καύση πραγματοποιείται πάλι κατά κύριο λόγο στον χρόνο αυτό και καθώς κινείται από το άνω νεκρό σημείο προς τα κάτω αποκαλύπτει το έμβολο πρώτα την δίοδο εξαγωγής των καυσαερίων και σχεδόν ταυτόχρονα την δίοδο εισαγωγής του νέου αέρα. Δεύτερος χρόνος Στον χρόνο αυτό το έμβολο κινείται από το κάτω νεκρό σημείο στο άνω νεκρό σημείο Στην περίπτωση που έχουμε συμπίεση μίγματος καυσίμου-αέρα το έμβολο συμπιέζει το μίγμα και λίγο πριν φτάσει στο άνω νεκρό σημείο δημιουργείται κατάλληλος σπινθήρας που προκαλεί την ανάφλεξη του μίγματος με συνέπεια να δημιουργηθούν τα θερμά αέρια για να ακολουθήσει ο επόμενος χρόνος. Στην περίπτωση που έχουμε συμπίεση αέρα το έμβολο κινείται πάλι από το κάτω νεκρό σημείο στο άνω νεκρό σημείο συμπιέζοντας τον αέρα και λίγο πριν φτάσει στο άνω νεκρό σημείο πραγματοποιείται έκχυση καυσίμου μέσα στον κύλινδρο και αρχίζει η καύση του. Από την καύση δημιουργούνται τα θερμά καυσαέρια τα οποία όμοια στον επόμενο χρόνο ωθούν το έμβολο προς τα κάτω. 17

20 1.13 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΩΝ ΚΑΙ ΔΙΧΡΟΝΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Οι τετράχρονοι κινητήρες παρουσιάζουν καλύτερη ποιότητα καύσης, άρα και μικρότερη ωριαία κατανάλωση καυσίμων για κάθε μονάδα ισχύος που παράγουν. Οι δίχρονοι κινητήρες παρουσιάζουν μικρότερο ειδικό βάρος, δηλαδή βάρος για κάθε μονάδα ισχύος που παράγουν. Οι τετράχρονοι κινητήρες έχουν περισσότερα κινητά μέρη, τα οποία υπόκεινται σε μεγαλύτερη φθορά. Οι δίχρονοι παρουσιάζουν μεγαλύτερη φθορά στα έμβολα, διότι υποβάλλονται σε πιο συχνά διαστήματα σε θερμοκρασιακή καταπόνηση. Οι δίχρονοι έχουν κανονικότερο ζεύγος στρέψεως γι αυτό παρουσιάζουν μικρότερους κραδασμούς και έχουν ανάγκη μικρότερων γενικά σφονδύλων. Ο δίχρονος κινητήρας ρυπαίνεται ταχύτερα και έχει ανάγκη συχνότερου καθαρισμού ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΜΕΚ 1. Απώλειες λόγω καυσαερίων όπου έχουμε απώλειες λόγο θερμότητας που απάγεται προς το περιβάλλον από τα καυσαέρια που εξέρχονται από την μηχανή και απώλειες λόγο της ατελής καύσης του θερμαντικού υλικού. 2. Απώλειες λόγο ψύξης αντιπροσωπεύουν τις απώλειες στο ψυκτικό νερό που κυκλοφορεί στον κινητήρα για την αποφυγή υπερθέρμανσης των υλικών των διαφόρων κατασκευαστικών στοιχείων και εξαρτημάτων που χρησιμοποιούν. 3. Απώλειες λόγο λίπανσης 4. Απώλειες λόγο ακτινοβολίας οφείλονται στην ακτινοβολία της μηχανής προς το περιβάλλον. 5. Απώλειες λόγο τριβών και κίνησης των βοηθητικών μηχανημάτων οφείλονται στις τριβές του μηχανισμού και στο έργο ου απορροφάται κατά τη υποστήριξη των βοηθητικών λειτουργιών της μηχανής ΜΕΡΗ ΚΙΝΗΤΗΡΑ DIESEL ΚΥΛΙΝΔΡΟΚΕΦΑΛΗ ΜΗΧΑΝΗΣ DIESEL Κάθε κύλινδρος μιας μηχανής diesel είναι κλειστός στο επάνω μέρος του, με το πώμα του, στο οποίο υπάρχουν οι βαλβίδες και εγχυτήρας καυσίμου (αν η μηχανή είναι τετράχρονη) ή οι βαλβίδες εξαγωγής (αν η μηχανή είναι δίχρονη). Σε μικρή ισχύος μηχανή diesel, η κυλινδροκεφαλή κατασκευάζεται σε ένα ενιαίο σύνολο για όλους τους κυλίνδρους. 18

21 Από άποψη σχεδιασμού, ο κατασκευαστής της μηχανής, ανάλογα με τον τρόπο της έγχυσης και της καύσης του καυσίμου που επιλέγει, διαμορφώνει κατάλληλα και την κυλινδροκεφαλή, προκειμένου να στηρίξει τον εγχυτήρα και να διαμορφώσει το χώρο της καύσης. Στην περίπτωση που ο ψεκασμός του καυσίμου γίνεται άμεσα στο χώρο που σχηματίζεται πάνω από το έμβολο, η διαμόρφωση της κυλινδροκεφαλής είναι απλούστερη και η στήριξη του εγχυτήρα είναι ευκολότερη. Αν όμως, η έγχυση του καυσίμου είναι έμμεση, τότε, για κάθε κύλινδρο στην κυλινδροκεφαλή σχηματίζεται ένας προθάλαμος, μέσα στον οποίο γίνεται η έγχυση του καυσίμου και η ανάμιξη του με τον αέρα για να ακολουθήσει η καύση. Σε κάθε περίπτωση για να μπορεί να αντέξει η κυλινδροκεφαλή τις μεγάλες θερμοκρασίες που αναπτύσσονται κατά τη λειτουργία της μηχανής, είναι απαραίτητη η καλή κυκλοφορία του νερού ψύξης σε κάθε σημείο της. Διαφορετικά υπάρχει κίνδυνος να δημιουργηθούν ανομοιομορφίες στην κατανομή της θερμοκρασίας, γεγονός που θα μπορούσε να προκαλέσει ρωγμές και στρεβλώσεις στις επιφάνειες της ίδιας της κυλινδροκεφαλής. Για το λόγο αυτό, στο εσωτερικό της κυλινδροκεφαλής σχηματίζονται αγωγοί, από τους οποίους διέρχεται το υγρό ψύξης και οι οποίοι συνδέονται κατάλληλα με τους αντίστοιχους χώρους του κυρίως σώματος της μηχανής. Η έξοδος του υγρού ψύξης της κυλινδροκεφαλής βρίσκεται, στο επάνω μέρος της, ώστε να αποφεύγεται η παγίδευση του αέρα στους χώρους ψύξης ΚΥΛΙΝΔΡΟΣ-ΧΙΤΩΝΙΟ Ο κύλινδρος είναι το μεγαλύτερο τμήμα της μηχανής, επάνω στο οποίο συναρμολογούνται τα υπόλοιπα μέρη της. Μια μηχανή, συνήθως περιλαμβάνει περισσότερους από έναν κυλίνδρους, οι οποίοι διαμορφώνονται σε ένα ενιαίο σύνολο σχηματίζοντας το σώμα των κυλίνδρων. Λόγω των μεγάλων δυνάμεων που αναπτύσσονται στις μηχανές και ιδιαίτερα στις μηχανές τύπου V, ορισμένοι κατασκευαστές επιλέγουν να ασφαλίζουν τους κύριους τριβείς του στροφαλοφόρου άξονα με εγκάρσιες βίδες, προκειμένου να αυξήσουν τη στιβαρότητα της κατασκευής. Σε άλλη περίπτωση χρησιμοποιούνται μεγάλου μήκους μπουλόνια, με τα οποία συνδέονται οι κύριοι τριβείς του στροφαλοφόρου με το σώμα των κυλίνδρων και την κυλινδροκεφαλή της μηχανής. Τα μπουλόνια αυτά λειτουργούν σαν επιπρόσθετα εξαρτήματα σύνδεσης με τη κυλινδροκεφαλή, ενώ κρατούν υπό πίεση όλο τον κορμό της μηχανής, 19

22 αναλαμβάνοντας μεγάλο μέρος των δυνάμεων που αναπτύσσονται λόγο της μεγάλης εκτόνωσης των καυσαερίων. Ως προς το υλικό κατασκευής χρησιμοποιείται ο χυτοσίδηρος με βελτιωμένες ιδιότητες ως προς το όριο αντοχής του. ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΕΜΠΡΟΣ ΜΕΡΟΥΣ ΜΗΧΑΝΗΣ 1. ΧΙΤΟΝΙΟ 2. ΚΟΡΜΟΣ ΜΗΧΑΝΗΣ 3. ΕΔΡΑΝΑ ΣΤΡΟΦΑΛΟΦΟΡΟΥ ΑΞΟΝΑ 4. ΕΜΠΡΟΣ ΚΑΠΑΚΙ ΚΟΡΜΟΥ ΜΗΧΑΝΗΣ ΕΜΒΟΛΟ Το έμβολο των μηχανών diesel μεταφέρει την πίεση των αερίων που παράγονται κατά την καύση του καυσίμου, μέσω του διωστήρα στο στροφαλοφόρο άξονα της μηχανής. Η μορφή των εμβόλων των μηχανών αυτών είναι παρόμοια με αυτή των εμβόλων των βενζινομηχανών αλλά προφανώς ποιο ενισχυμένα αφού αναπτύσσονται πολύ μεγαλύτερες πιέσεις. Η θερμοκρασία στον θάλαμο καύσης φτάνει τους 2,500 0 C, ενώ η αναπτυσσόμενη πίεση κατά την καύση φτάνει στα 100bar. Η κορυφή του εμβόλου κατασκευάζεται σε διάφορες μορφές, ενώ η κάθε μορφή καθορίζεται συνήθως από τη μέθοδο έγχυσης του καυσίμου (άμεση ή έμμεση), το βαθμό της συμπίεσης, από την ένταση του στροβιλισμού αλλά και διάφορος άλλους κατασκευαστικούς λόγους που έχουν σχέση με την εμπειρία του κατασκευαστή. Η ψύξη του εμβόλου γίνεται με την κυκλοφορία του λαδιού στο εσωτερικό της μέρος της κυλινδρικής επιφάνειας, ενώ σε κάποιους τύπους παλαιών μηχανών γινόταν και με αποσταγμένο νερό. Τα μέρη του εμβόλου είναι 1. Η κεφαλή 2. Η ζώνη των ελατηρίων 3. Το έδρανο του πύρου 4. Η ποδιά του εμβόλου 20

23 Α) ΕΜΒΟΛΟ ΜΕΣΟΣΤΡΟΦΗΣ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΗΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΜΗΧΑΝΗΣ ΧΩΡΙΣ ΒΑΚΤΡΟ. Β) ΤΟΜΗ ΕΜΒΟΛΟΥ ΕΛΑΤΗΡΙΑ Στις πετρελαιομηχανές για να εξασφαλιστεί η στεγανότητα του Εμβόλου μέσα στον κύλινδρο, χρησιμοποιούνται ελατήρια τα οποία έχουν τη μορφή ανοικτών δακτυλίων. Στις σύγχρονες μηχανές diesel, ο αριθμός των ελατηρίων είναι συνήθως, δύο ελατήρια πίεσης και ένα ελατήριο λαδιού ΔΙΩΣΤΗΡΑΣ-ΠΕΙΡΟΣ Ο διωστήρας θεωρείται από πολλούς το κυριότερο εξάρτημα μιας μηχανής εσωτερικής καύσης αφού είναι το εξάρτημα που μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση του εμβόλου σε περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα. Το επάνω μέρος του διωστήρα που συνδέεται με το έμβολο ονομάζεται κεφαλή, ενώ το κάτω μέρος που συνδέεται με τον στρόφαλο ονομάζεται «πόδι του διωστήρα»> το τμήμα εκείνο που συνδέει την κεφαλή με το πόδι ονομάζεται κορμός του διωστήρα και έχει διατομή κυκλική- ελλειπτική ή σχήματος διπλού «ταφ». Η κεφαλή και το πόδι του διωστήρα έχουν οπές με αντίστοιχους τριβείς, για να προσαρμόζονται στον πείρο του εμβόλου και το στρόφαλο του στροφαλοφόρου άξονα. Η σύνδεση, του διωστήρα με το έμβολο γίνεται μέσω ενός κυλινδρικού πείρου, ο οποίος στερεώνεται με ασφάλειες. Η καταπόνηση του πείρου είναι πολύ μεγάλη αφού μεταφέρει όλες τις δυνάμεις από το έμβολο στο διωστήρα. ΣΥΝΔΕΣΗ ΕΜΒΟΛΟΥ ΜΕ ΤΟ ΔΙΩΣΤΗΡΑ 1. ΑΣΦΑΛΕΙΑ 2. ΠΕΙΡΟΣ 3. ΕΜΒΟΛΟ 4. ΤΡΙΒΕΑΣ ΚΕΦΑΛΗΣ ΔΙΩΣΤΗΡΑ 5. ΔΙΩΣΤΗΡΑΣ 6. ΤΡΙΒΕΑΣ ΠΟΔΙΟΥ ΔΙΩΣΤΗΡΑ. 7 ΑΣΦΑΛΕΙΑ 8. ΠΕΡΙΚΟΧΛΙΟ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ 21

24 ΣΤΡΟΦΑΛΟΦΟΡΟΣ ΑΞΟΝΑΣ Προορισμός του στροφαλοφόρου άξονα είναι να μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση των εμβόλων σε περιστροφική, πράγμα που επιτυγχάνεται με την βοήθεια των στροφάλων από τους οποίους συγκροτείται ο ίδιος ο στροφαλοφόρος άξονας. Στις περισσότερες μηχανές αυτός ο άξονας κατασκευάζεται από σφυρήλατο χάλυβα σε ένα ενιαίο κομμάτι. ΤΥΠΙΚΗ ΜΟΡΦΗ ΣΤΡΟΦΑΛΟΦΟΡΟΥ ΑΞΟΝΑ 1. ΤΡΙΒΕΙΣ ΕΔΡΑΣΗΣ 2. ΚΟΜΒΙΟ ΕΔΡΑΣΗΣ 3. ΚΟΜΒΙΟ ΣΤΡΟΦΑΛΟΥ 4. ΑΝΤΙΒΑΡΟ ΣΤΡΟΦΑΛΟΥ ΕΚΚΕΝΤΡΟΦΟΡΟΣ ΑΞΟΝΑΣ Ο εκκεντροφόρος άξονας είναι το εξάρτημα εκείνο που έχει σαν σκοπό να ελέγχει το κλείσιμο και το άνοιγμα των βαλβίδων εισαγωγής και εξαγωγής της μηχανής την κατάλληλη στιγμή. Πρόκειται για έναν άξονα, ο οποίος κατά μήκος φέρει έκκεντρα, που συνήθως είναι τόσα σε αριθμό, όσες και οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής ΒΑΛΒΙΔΕΣ ΜΗΧΑΝΩΝ DIESEL Σκοπός των βαλβίδων είναι να ανοίγουν και να κλείνουν την κατάλληλη στιγμή του κύκλου λειτουργίας της μηχανής, ώστε να εξασφαλίζεται η διαδοχική σειρά των χρόνων της εισαγωγής, της συμπίεσης, της εκτόνωσης και της εξαγωγής. Στις τετράχρονες μηχανές χωρίς υπερπλήρωσης, συνήθως οι βαλβίδες εισαγωγής είναι μεγαλύτερες από τις βαλβίδες εξαγωγής προκειμένου να είναι δυνατή η εισαγωγή περισσότερου αέρα στον κύλινδρο. Από την άλλη σε ανάλογες μηχανές με υπερπλήρωση το μέγεθος των αντίστοιχων βαλβίδων είναι το ίδιο αφού σε αυτήν την περίπτωση για την εισαγωγή του αέρα στον κύλινδρο φροντίζει ο συμπιεστής ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Ένας τυπικός μηχανισμός μετάδοσης κίνησης από τον στροφαλοφόρο άξονα προς τον εκκεντροφόρο άξονα, περιλαμβάνει τέσσερις οδοντωτούς τροχούς (γρανάζια). Ένα για τον εκκεντροφόρο, ένα για την κίνηση της αντλίας του καυσίμου, ένα που βρίσκεται στον στροφαλοφόρο άξονα και ένας που συνδέει τους άλλους τρείς. Και τα τέσσερα αυτά γρανάζια κατασκευάζονται από χάλυβα αρίστης ποιότητας κατάλληλο για μεγάλα φορτία. 22

25 ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΓΧΥΣΕΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ Το σύστημα εγχύσεως του καυσίμου φροντίζει για τη σωστή ανάμειξη του πετρελαίου με το συμπιεσμένο αέρα. Η καλή ανάμειξη τους είναι βασική προϋπόθεση για την επίτευξη σωστής καύσεως. Αποτέλεσμα της σωστής καύσεως είναι να διατηρούνται καθαρά τα εμπλεκόμενα στην καύση εξαρτήματα του κινητήρα, ενώ μεγιστοποιείται η παραγόμενη ισχύς για δεδομένη ποσότητα καυσίμου, εξασφαλίζοντας έτσι την οικονομική λειτουργία της μηχανής ΘΑΛΑΜΟΣ ΚΑΥΣΗΣ ΜΗΧΑΝΩΝ Θάλαμος καύσης ή χώρος καύσης είναι ο χώρος που ορίζεται από τα τοιχώματα του κυλίνδρου, την κυλινροκεφαλή και το επάνω μέρος του εμβόλου. Στο θάλαμο αυτό περιλαμβάνονται και άλλοι δευτερεύοντες χώροι, μεταξύ των οποίων και ο προθάλαμος που υπάρχει στις μηχανές. Όταν ο ψεκασμός του καυσίμου γίνεται κατευθείαν μέσα στο θάλαμο καύσης οι μηχανές αυτές ονομάζονται «άμεσης έγχυσης» ή «άμεσου ψεκασμού». Όταν όμως ο ψεκασμός αυτός γίνεται σε ένα δευτερεύοντα χώρο καύσης, τον προθάλαμο, ο οποίος επικοινωνεί με τον θάλαμο καύσης, τότε οι μηχανές αυτές ονομάζονται «έμμεσης έγχυσης» ή «έμμεσου ψεκασμού» ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΤΩΝ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΜΗΧΑΝΩΝ Σύστημα ή δίκτυο τροφοδοτήσεως των πετρελαιομηχανών ονομάζεται το σύνολο των σωληνώσεων και των εξαρτημάτων που είναι απαραίτητα για να πραγματοποιηθεί η ροή του πετρελαίου από τις δεξαμενές αποθήκευσης μέχρι την αντλία εγχύσεως από την οποία καταθλίβεται στους εγχυτήρες. Το πετρέλαιο αποθηκεύεται στις δεξαμενές εγκαταστάσεως. Υπάρχουν οι κύριες δεξαμενές αποθηκεύσεως και δεξαμενές ημερήσιας χρήσεως ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΜΕΚ Οι κινητήρες πετρελαίου, δεν χρειάζονται παραγωγή σπινθήρα για την εκκίνηση τους. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αυτού του είδους οι κινητήρες αποκαλούνται και «κινητήρες αυτανάφλεξης». Δηλαδή, ο αέρας εισαγωγής συμπιέζεται μέσα στον κύλινδρο (με λόγο συμπίεσης που φτάνει μέχρι και τις τιμές της τάξης του 25:1), έτσι ώστε λόγω της μεγάλης συμπίεσης να θερμαίνεται στους C. Όταν, στον ήδη υψηλά θερμαινόμενο αέρα προστεθεί και ανάλογη ποσότητα diesel, το μείγμα «αυτοαναφλέγεται» λόγω της υψηλής θερμότητας και της συμπίεσης του εμβόλου ΥΠΕΡΠΛΗΡΩΣΗ TURBO Η υπερπλήρωση είναι η εισαγωγή συμπιεσμένου αέρα στους κυλίνδρους του κινητήρα και έχει σκοπό την αύξηση της ισχύος του. Για κάποιους κινητήρες, η υπερπλήρωση είναι ο μόνος τρόπος αύξησης της ισχύος, εφόσον ούτε ο αριθμός στροφών ούτε η σχέση συμπίεσης 23

26 μπορούν να αυξηθούν πάνω από κάποιο όριο. Σε ένα κινητήρα χωρίς υπερπλήρωση, ο αέρας εισάγεται στη φάση της αναρρόφησης με μία υποπίεση 0,8-0,9 bar ενώ σε ένα κινητήρα υπερπλήρωσης από 1,5-3 bar. Εισάγοντας συμπιεσμένο αέρα στον κύλινδρο επιτυγχάνουμε την είσοδο μεγαλύτερης μάζας αέρα στο συγκεκριμένο όγκο. Επομένως η καύση γίνεται πολύ πιο αποτελεσματικά, αυξάνοντας σημαντικά την αποδιδόμενη ισχύ του κινητήρα και τη μέγιστη ροπή του. Τα συστήματα που χρησιμοποιούνται για την υπερπλήρωση είναι ο στροβιλοσυμπιεστής καυσαερίου και οι μηχανικοί συμπιεστές. Βασικές αρχές της υπερπλήρωσης είναι Η απόδοση του κινητήρα αυξάνεται ανάλογα με τον όγκο του καυσίμου μίγματος μέσα στον κύλινδρο. Η απόδοση του κινητήρα αυξάνεται με την ψύξη του εισερχόμενου καυσίμου μίγματος, λόγο αύξησης της πυκνότητας του μίγματος κατά την ψύξη του. Βασική αρχή της μηχανικής είναι ότι η ισχύς ενός κινητήρα είναι ανάλογη με την ποσότητα του εισερχόμενου σ αυτόν αέρα, και επειδή με την σειρά της η ποσότητα αυτή είναι ανάλογη της πυκνότητας του, η ισχύς ενός κινητήρα μπορεί να αυξηθεί με την προσυμπίεση του αέρα, πριν αυτός εισέλθει στους κυλίνδρους ΣΥΣΤΗΜΑ ΛΙΠΑΝΣΗΣ Μ.Ε.Κ Το σύστημα λίπανσης αποτελείται από: Την αντλία λαδιού Τις σωληνώσεις Την ανακουφιστική βαλβίδα ασφαλείας ή υπερπίεσης Τα φίλτρα λαδιού Το δείκτη πίεσης λαδιού Βαλβίδα πίεσης λαδιού Το ψυγείο λαδιού Στο εσωτερικό ενός κινητήρα δυνάμεις τριβής δημιουργούνται παντού, κάθε ζευγάρι επιφανειών που βρίσκονται σ επαφή και κινούνται, ή τείνουν να κινηθούν μεταξύ τους, εμποδίζονται από τις δυνάμεις αυτές. Έτσι, εμποδίζεται τελικά η ίδια η λειτουργία του κινητήρα. Τα λιπαντικά είναι ρευστές ουσίες που ελαττώνουν τις φθορές των συνεργαζόμενων εξαρτημάτων αποκλείοντας την απ ευθείας τριβή των επιφανειών μεταξύ τους, με την τριβή των μορίων του λιπαντικού που παρεμβάλλεται μεταξύ αυτών. Εννοείται δηλαδή πως σ έναν κινητήρα δεν υπάρχει πουθενά στεγνή τριβή μετάλλου με μέταλλο. 24

27 1.19 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΨΥΞΕΩΣ Μ.Ε.Κ Υδρόψυκτα Στα υδρόψυκτα συστήματα η απαγωγή της πλεονάζουσας θερμότητας επιτυγχάνεται με τη κυκλοφορία ψυκτικού υγρού, γύρω από τις θερμαινόμενες επιφάνειες, το οποίο απορροφά τη θερμότητα και μέσω του ψυγείου την αποβάλλει στην ατμόσφαιρα. Αν το υγρό αυτό, μετά την θέρμανση του από τον κινητήρα ψύχεται και επανακυκλοφορεί, τότε το σύστημα ψύξης ονομάζεται «κλειστό». Αν, όμως, το υγρό μετά τη θέρμανση του απομακρύνεται χωρίς να επανακυκλοφορεί, τότε το σύστημα ψύξης ονομάζεται «ανοικτό». Αερόψυκτα Ο αερόψυκτος κινητήρας, κατασκευαστικά, διαθέτει ανεξάρτητους μεταξύ τους κυλίνδρους, οι οποίοι έχουν, εξωτερικά, ειδικά πτερύγια ψύξης (ψήκτρες), ενώ γύρω από τους κυλίνδρους και τις κεφαλές τους τοποθετείται μεταλλικό περίβλημα και έτσι σχηματίζεται ένα σύστημα αεραγωγών, που ονομάζεται αεροχιτώνιο, καθώς τα πτερύγια ψύξης (ψήκτρες) αυξάνουν την επιφάνεια του κινητήρα απέναντι στη ροή του αέρα, για την καλύτερη απαγωγή της θερμότητας ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΟΙ Ο αεριοστρόβιλος αποτελεί τον συνδετικό κρίκο, από άποψη λειτουργίας, των μηχανών, diesel και αεριοστρόβιλου. Κατασκευάζεται σε πληθώρα τύπων και μεγεθών και εφαρμογές, από την κίνηση αυτοκινήτων ή αντλιών μέχρι και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, για κάλυψη συνήθως αιχμών ζήσης. Σαν καύσιμο χρησιμοποιούν συνήθως ελαφρύ πετρέλαιο με απόσταξη στους C. Μπορεί να χρησιμοποιεί και βαρύτερο πετρέλαιο και φυσικά αέρια. O αεριοστρόβιλος αποτελείται από έναν κύριο άξονα που στην μία του άκρη έχει τον κυρίως αεριοστρόβιλο και στην άλλη έναν περιστροφικό συμπιεστή. Ο αεριοστρόβιλος στρέφει τον άξονα, παρασύροντας τον συμπιεστή σε περιστροφή, συγχρόνως με το φορτίο που είναι η ηλεκτρογεννήτρια. Στον συμπιεστή εισάγεται ατμοσφαιρικός αέρας, ο οποίος με την περιστροφή των πτερυγίων του συμπιεστή συμπιέζεται και θερμαίνεται. Βγαίνοντας από τον συμπιεστή ο αέρας μπαίνει στον θάλαμο καύσης, όπου κατά ένα μέρος του ανακατεύεται με τα καυσαέρια, κατεβάζει τη θερμοκρασία τους και το μίγμα εκτονώνεται στις διαδοχικές βαθμίδες του στροβίλου προκαλώντας την περιστροφή τους. Στην εκκίνηση το όλο σύστημα χρειάζεται εξωτερική επέμβαση που πραγματοποιείται με ηλεκτροκινητήρα που παραμένει συνδεδεμένος μέχρι να αποκτήσει ο αεριοστρόβιλος ορισμένο αριθμό στροφών και να αυτοσυντηρείται. Σε σύγκριση με τις μηχανές diesel ο αεριοστρόβιλος έχει τα εξής πλεονεκτήματα 1. Δεν έχει τμήματα που εκτελούν παλινδρομικές κινήσεις με αποτέλεσμα απλούστερη κατασκευή και ελάχιστες μηχανικές απώλειες. 2. Δεν παρουσιάζονται προβλήματα ζυγοστάθμισης. 3. Η συντήρηση είναι απλούστερη και φθηνότερη. 4. Δεν χρειάζεται νερό ψύξης. 5. Δεν υπάρχουν μεγάλες πιέσεις. 6. Η λειτουργία είναι πιο ομαλή και αθόρυβη. 25

28 1.21 ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ Σύγχρονη γεννήτρια ονομάζεται η ηλεκτρική μηχανή που μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια στην είσοδο της σε ηλεκτρική ενέργεια συγκεκριμένης τάσης και συχνότητας. Επειδή ακριβός η συχνότητα της τάσης εξόδου της γεννήτρια προσδιορίζεται από την ταχύτητα περιστροφής του δρομέα της, η μηχανή αυτή ονομάστηκε σύγχρονη. Στις γεννήτριες αυτού του είδους βασίζεται η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στη συντριπτική πλειοψηφία των εφαρμογών όλου του κόσμου. Το μεγαλύτερο μέρος της παραγόμενης ηλεκτρικής ισχύος στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας παράγεται από τριφασικές σύγχρονες γεννήτριες. Η σύγχρονη γεννήτρια αποτελεί ένα αξιόπιστο και αποδοτικό μέσο για την μετατροπή άλλων μορφών ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Γεννήτριες ονομαστικής ισχύος της τάξεως μερικών εκατοντάδων έως και πάνω από χίλια MVA είναι κοινή πρακτική στα σύγχρονα ενεργειακά συστήματα. Η λειτουργία της σύγχρονης γεννήτριας βασίζεται στο νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής του Faraday. Ο όρος σύγχρονη αναφέρεται στο γεγονός ότι αυτός ο τύπος γεννήτριας λειτουργεί στη μόνιμη κατάσταση υπό σταθερή ταχύτητα και συχνότητα. Τα δύο βασικά μέρη από τα οποία αποτελείται είναι ο στάτης, που είναι το ακίνητο μέρος και ο δρομέας, που είναι το περιστρεφόμενο μέρος. Ο στάτης διαθέτει τρία τυλίγματα που διευθετούνται σε τρείς συμμετρικές ζώνες και απέχουν μεταξύ τους στο χώρο Στο δρομέα υπάρχουν επίσης τυλίγματα, το τύλιγμα διέγερσης, που τροφοδοτείται από πηγή συνεχούς ρεύματος, τη διεγέρτρια. Σκοπός αυτού του τυλίγματος είναι η παραγωγή ενός ισχυρού μαγνητικού πεδίου. Η διεγέρτρια μπορεί να είναι μία γεννήτρια συνεχούς ρεύματος που συνδέεται στο τύλιγμα πεδίου με ψήκτρες. Οι μεγάλες γεννήτριες έχουν συνήθως διεγέρτριες που αποτελούνται από πηγή εξαλλασσόμενου που διαθέτει ανορθωτική διάταξη. Ο στάτης και ο δρομέας σχεδιάζονται έτσι ώστε να για σταθερή ταχύτητα δρομέα, να παράγεται μια ημιτονοειδής τάση σε κάθε ένα από τα τυλίγματα του στάτη. Οι τρείς αυτές τάσεις έχουν το ίδιο μέτρο και την ίδια συχνότητα και παρουσιάζουν φασική διαφορά η μια από την άλλη. Συνδέοντας συνεπώς τα τρία αυτά τυλίγματα σε τριφασική διάταξη, σχηματίζουμε μια τριφασική πηγή. Σε μια μηχανή με δρομέα δυο πόλων, σε κάθε τύλιγμα του στάτη παράγεται ένας κύκλος τάσης ανά πλήρη περιστροφή του δρομέα. Σε μηχανή με δρομέα τεσσάρων πόλων, παράγονται δυο κύκλοι τάσης ανά περιστροφή του δρομέα. Η τάση που αναπτύσσετε στο εσωτερικό μιας σύγχρονης γεννήτριας εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής του δρομέα και από τη μαγνητική ροη στο εσωτερικό της. Η τάση στα άκρα κάθε φάσης μιας σύγχρονης γεννήτριας (φασική τάση) διαφέρει από αυτήν που αναπτύσσετε στο εσωτερικό της, λόγο της πτώσης τάσης που οφείλεται στην αντίδραση οπλισμού και στην σύνθετη αντίσταση των τυλιγμάτων οπλισμού. Η πολική τάση της σύγχρονης γεννήτριας είναι ίση με τη φασική τάση, όταν το τύλιγμα του οπλισμού συνδέεται σε τρίγωνο και πολλαπλασιάζεται με 3, όταν το τύλιγμα συνδέεται σε αστέρα. 26