ΣΜΗΜΑ ΗΛΕΚΣΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΥΑΝΘΚΩΝ ΚΑΘ ΣΕΥΝΟΛΟΓΘΑ ΗΛΕΚΣΡΟΝΘΚΩΝ ΤΠΟΛΟΓΘΣΩΝ ΣΟΜΕΑ ΤΣΗΜΑΣΩΝ ΗΛΕΚΣΡΘΚΗ ΕΝΕΡΓΕΘΑ. Διπλωματική Εργασία

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΘΣΗΜΘΟ ΠΑΣΡΩΝ ΣΜΗΜΑ ΗΛΕΚΣΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΥΑΝΘΚΩΝ ΚΑΘ ΣΕΥΝΟΛΟΓΘΑ ΗΛΕΚΣΡΟΝΘΚΩΝ ΤΠΟΛΟΓΘΣΩΝ ΣΟΜΕΑ ΤΣΗΜΑΣΩΝ ΗΛΕΚΣΡΘΚΗ ΕΝΕΡΓΕΘΑ Διπλωματική Εργασία ηηρ Φοιηήηπιαρ ηος ημήμαηορ Ηλεκηπολόγων Μησανικών και Σεσνολογίαρ Ηλεκηπονικών Τπολογιζηών, ηηρ Πολςηεσνικήρ σολήρ ηος Πανεπιζηημίος Παηπών: ΠΑΥΑΛΙΔΟΤ ΠΑΥΑΛΙΝΑ Απιθμόρ Μηηπώος: 5743 Θέμα: «ΤΓΚΡΙΣΙΚΗ ΜΕΛΕΣΗ ΣΩΝ ΔΙΑΦΟΡΕΣΙΚΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΚΑΙ ΣΕΥΝΟΛΟΓΙΩΝ ΓΙΑ ΣΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΣΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ» Επιβλέπων καθηγηηήρ: ΘΩΑΝΝΗ ΜΗΛΘΑ-ΑΡΓΕΘΣΗ, ΑΝΑΠΛΗΡΩΣΗ ΚΑΘΗΓΗΣΗ Πάηπα: Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας:

2

3 ΠΙΣΟΠΟΙΗΗ Πιζηοποιείηαι όηι η διπλωμαηική επγαζία με θέμα: «ΤΓΚΡΙΣΙΚΗ ΜΕΛΕΣΗ ΣΩΝ ΔΙΑΦΟΡΕΣΙΚΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΚΑΙ ΣΕΥΝΟΛΟΓΙΩΝ ΓΙΑ ΣΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΣΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ» ηηρ θοιηήηπιαρ ηος Σμήμαηορ Ηλεκηπολόγων Μησανικών και Σεσνολογίαρ Τπολογιζηών ΠΑΥΑΛΙΔΟΤ ΠΑΥΑΛΙΝΑ Απιθμόρ Μηηπώος: 5743 Παποςζιάζηηκε δημόζια και εξεηάζθηκε ζηο Σμήμα Ηλεκηπολόγων Μησανικών και Σεσνολογίαρ Τπολογιζηών ζηιρ / / Ο επιβλέπων: Ο Διεςθςνηήρ ηος Σομέα: Θωάννηρ Μήλιαρ - Απγείηηρ Αναπληπωηήρ Καθηγηηήρ Ανηώνιορ Αλεξανδπίδηρ Καθηγηηήρ

4

5 Εσταριστίες Εςσαπιζηώ θεπμά ηον επιβλέπονηα καθηγηηή ηηρ διπλωμαηικήρ επγαζίαρ μος κ. Θωάννη Μήλια για ηην καθοδήγηζη πος μος παπείσε όζον αθοπά ηην εκπόνηζη ηηρ παπούζαρ επγαζίαρ. Επίζηρ, εςσαπιζηώ ηον κ. Ζασαπία Θωμά για ηην πολύηιμη βοήθεια ηος. Εςσαπιζηώ ιδιαίηεπα ηην οικογένεια μος, ηον άνηπα μος και ηην κόπη μος για ηιρ πολύηιμερ ώπερ πος ηοςρ ζηέπηζα. Σέλορ, εςσαπιζηώ ιδιαίηεπα ηην ζςμθοιηήηπια και θίλη μος Γιαννακάκη Καηεπίνα για ηην βοήθειά ηηρ και ηοςρ θίλοςρ μος για ηη ζςμπαπάζηαζη ηοςρ όλα αςηά ηα σπόνια.

6

7 Αξηζκόο Γηπισκαηηθήο Δξγαζίαο: Θέκα: «πγθξηηηθή κειέηε ησλ δηαθνξεηηθώλ κεζόδσλ θαη ηερλνινγηώλ γηα ηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο» Φνηηήηξηα: ΠΑΥΑΛΗΓΟΤ ΠΑΥΑΛΗΝΑ Δπηβιέπσλ: ΜΖΛΗΑ-ΑΡΓΔΗΣΖ ΗΧΑΝΝΖ ΠΔΡΗΛΖΦΖ θνπφο ηεο παξνχζαο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο είλαη ε παξνπζίαζε ησλ θπξηφηεξσλ κεζφδσλ παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο θαη ε αλάιπζε φισλ ησλ νηθνλνκηθψλ παξακέηξσλ ψζηε λα επηηχρνπκε ηε ζρεδίαζε ηνπ βέιηηζηνπ ζπζηήκαηνο. ην πξψην θεθάιαην γίλεηαη κία παξνπζίαζε ησλ θπξηφηεξσλ κνλάδσλ παξαγσγήο ελέξγεηαο. Αλαθέξνληαη νη αξρέο ιεηηνπξγίαο θαη ην θχθισκα πάλσ ζηελ νπνία βαζίδεηαη ν θάζε ζηαζκφο, ν βαζκφο απφδνζεο ηνπ θάζε ζπζηήκαηνο θαη ηα πιενλεθηήκαηα θαη κεηνλεθηήκαηα απηψλ. Αξρηθά παξνπζηάδνληαη νη αηκνειεθηξηθέο, νη αεξηνζηξνβηιηθέο θαη νη ζπλδπαζκέλνπ θχθινπ ζπκβαηηθέο κνλάδεο. Δμεγείηαη ν ζεξκνδπλακηθφο θχθινο ιεηηνπξγίαο ηνπ Rankine πάλσ ζηνλ νπνίν βαζίδεηαη ε ιεηηνπξγία ηνπο θαη νη πξνυπνζέζεηο βέιηηζηεο ιεηηνπξγίαο. Πεξηγξάθεηαη ν θχθινο ιεηηνπξγίαο θαη νη κεηαηξνπέο ελέξγεηαο πνπ πξαγκαηνπνηνχληαη ζηνπο ζηξνβίινπο θαη ηα πξφζζεηα κεραλήκαηα. ηελ ζπλέρεηα γίλεηαη αλαθνξά ζηνπο πδξνειεθηξηθνχο ζηαζκνχο ξνήο πνηακνχ θαη απνζήθεπζεο ελέξγεηαο. Δμεγείηαη ε κειέηε γηα ηελ δεκηνπξγία ελφο ηέηνηνπ ζηαζκνχ, αλαιχνληαη νη ππνδνκέο θαη νη θηηξηαθέο εγθαηαζηάζεηο πνπ απαηηνχληαη. Καηφπηλ, πεξηγξάθνληαη νη ππξεληθνί ζηαζκνί. Αλαιχεηαη ε ππξεληθή ζράζε, παξνπζηάδεηαη ν ππξεληθφο αληηδξαζηήξαο θαη ηα είδε ηνπ. Δλ ζπλέρεηα, επηζεκαίλνληαη νη αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο. Γηα ηα αηνιηθά ζπζηήκαηα κειεηάηαη ε εγθαηάζηαζή ηνπο θαη ηα θχξηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπο. Αλαθέξεηαη ε δνκή ηεο αλεκνγελλήηξηαο, ε αξρή ιεηηνπξγίαο θαη ηα δηάθνξα είδε αλεκνγελλεηξηψλ θαη αηνιηθψλ πάξθσλ πνπ βξίζθνπλ εθαξκνγή ζήκεξα. Γηα ηα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα, πεξηγξάθεηαη ε βαζηθή αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπο, ην θσηνβνιηατθφ θαηλφκελν θαζψο θαη ε δνκή ηνπ ζπζηήκαηνο. Αλαιχνληαη ηα ζπζηήκαηα επίπεδσλ θαη ζπγθεληξσηηθψλ πιαηζίσλ πνπ ππάξρνπλ θαη νη δηάθνξεο ζπζθεπέο πνπ απαξηίδνπλ ην θσηνβνιηατθφ ζχζηεκα. Δπίζεο, πεξηγξάθνληαη ηα ζπζηήκαηα πνπ είλαη ζπλδεδεκέλα ζην δίθηπν, θαζψο θαη ηα απνκνλσκέλα. Κιείλνληαο ην 1

8 θεθάιαην, αλαθέξνληαη ηα γεσζεξκηθά ζπζηήκαηα, νη θπςέιεο θαπζίκνπ θαη ηα ζπζηήκαηα παξαγσγήο ειεθηξηζκνχ απφ ελέξγεηα βηνκάδαο θαη παιηξξντθήο. ην δεχηεξν θεθάιαην παξνπζηάδνληαη νη πεγέο ελέξγεηαο θαη ζπγθεθξηκέλα ηα νξπθηά θαχζηκα. Γίλεηαη κία κατθγοριοποίθςθ ςφμφωνα με τον ενεργειακό πόρο, εξετάηοντασ τα αποκζματα, τθ ηιτθςθ και τθν παραγωγι τουο. Γίλνληαη πιεξνθνξίεο γηα ην πεηξέιαην, ην θπζηθφ αέξην, ηνλ άλζξαθα θαη ηα ππξεληθά θαχζηκα. Ηδηαίηεξε έκθαζε δίλεηαη ζηνλ ιηγλίηε, ιφγσ ησλ απνζεκάησλ πνπ ππάξρνπλ ζηελ ρψξα καο, θαη παξαηίζεηαη κία αλάιπζε ελφο ιηγληηηθνχ ζεξκνειεθηξηθνχ ζπζηήκαηνο. ην ηξίην θεθάιαην παξνπζηάδεηαη ν ηξφπνο ζρεδηαζκνχ ελφο βέιηηζηνπ ζπζηήκαηνο. Γηα ηελ παξαγσγή ηνπ βέιηηζηνπ ζπζηήκαηνο πξέπεη λα ιεθζνχλ ππφςε πνιινί παξάκεηξνη πνπ πεξηιακβάλνπλ ηελ πεγή ελέξγεηαο, ηνλ ηχπνπ ηνπ ελεξγεηαθνχ ζπζηήκαηνο, ηελ εθηίκεζε ηνπ θφζηνπο παξαγσγήο θαη ησλ εγθαηαζηάζεσλ θαζψο θαη ηελ επηινγή ηνπνζεζίαο. Απηέο νη απνθάζεηο βαζίδνληαη ζε έλαλ αξηζκφ απφ ηερληθνχο, νηθνλνκηθνχο θαη πεξηβαιινληηθνχο παξάγνληεο πνπ είλαη ζε κεγάιν βαζκφ άζρεηνη κεηαμχ ηνπο. Αλαθέξνληαη νη κέζνδνη ππνινγηζκνχ ηνπ θφζηνπο ζπληήξεζεο θαη ιεηηνπξγίαο ελφο ελεξγεηαθνχ ζπζηήκαηνο. Γεληθά σο ζπκπέξαζκα δελ κπνξνχκε λα θαηαιήμνπκε ζε έλαλ θαλφλα, γηαηί ε βέιηηζηε ιχζε είλαη απφξξνηα αλαγθψλ, πξνηεξαηνηήησλ θαη παξακέηξσλ πνπ πξνθχπηνπλ ζε θάζε πεξίπησζε ην ηέηαξην θεθάιαην αλαπηχζζεηαη κία κειέηε νηθνλνκηθήο θχζεσο. Γηα κηα ελεξγεηαθή επέλδπζε είλαη απαξαίηεηε κία αλάιπζε δαπαλψλ ηνπ θχθινπ δσήο ηεο. Μέζσ ηεο αλάιπζεο απηήο αμηνινγνχληαη νη ζπλνιηθέο θχξηεο θαη ιεηηνπξγηθέο δαπάλεο, ιακβάλεηαη ππφςε ε «ρξνληθή αμία» ησλ ρξεκάησλ θαη ελζσκαηψλνληαη νη δηαθπκάλζεηο ζηελ ηηκή ησλ θαπζίκσλ. Ζ αλάιπζε δαπαλψλ θχθισλ δσήο εμεηάδεη ην θφζηνο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο δσήο ηνπ ζπζηήκαηνο θαη φρη κφλν ην αξρηθφ θφζηνο. Έηζη είλαη επθνιφηεξε ε ζπγθξηηηθή κειέηε ησλ ζπζηεκάησλ πνπ ζέινπκε λα εγθαηαζηήζνπκε. ην πέκπην θεθάιαην σο απνηέιεζκα ελφο νηθνλνκηθφηεξνπ νπφηε θαη βέιηηζηνπ ζπζηήκαηνο αλαθέξεηαη ε ζπκπαξαγσγή ειεθηξηζκνχ θαη ζεξκφηεηαο. Σα ζπζηήκαηα πκπαξαγσγήο Ζιεθηξηζκνχ θαη Θεξκφηεηαο παξάγνπλ ηαπηφρξνλα αμηνπνηήζηκε ειεθηξηθή θαη ζεξκηθή ελέξγεηα κέζσ ελφο εληαίνπ ζπζηήκαηνο. Ζ παξαγφκελε ζεξκφηεηα κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ηφζν γηα ζεξκηθή ρξήζε φζν θαη γηα ςχμε ή θιηκαηηζκφ. Βαζηθφ πιενλέθηεκα θαη θίλεηξν εθαξκνγήο ηεο απνηειεί ε απμεκέλε απφδνζε ηνπ ζπζηήκαηνο, έλαληη ηεο ρσξηζηήο ιεηηνπξγίαο ζπκβαηηθψλ ζπζηεκάησλ ειεθηξνπαξαγσγήο θαη ζεξκηθήο ελέξγεηαο. Ζ εμνηθνλφκεζε απηή πξνθχπηεη απφ ηελ αλάθηεζε θαη αμηνπνίεζε ηεο ζεξκφηεηαο, πνπ δηαθνξεηηθά ζα απνξξηπηφηαλ ζην πεξηβάιινλ ην έθην θαη ηειεπηαίν θεθάιαην παξνπζηάδεηαη ην ειιεληθφ ζχζηεκα παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Σν Διιεληθφ ελεξγεηαθφ ζχζηεκα βξίζθεηαη ηελ ηειεπηαία δεθαεηία ζε θάζε ζεκαληηθψλ αιιαγψλ. Ζ δηείζδπζε ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ, ε θαηαζθεπή ησλ δηεπξσπατθψλ δηθηχσλ, ε πξνψζεζε ησλ αλαλεψζηκσλ πεγψλ ελέξγεηαο θαη εμνηθνλφκεζεο ελέξγεηαο θαη ηέινο ε απειεπζέξσζε ηεο αγνξάο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απνηεινχλ ηα λέα δεδνκέλα ηνπ. εκαληηθέο είλαη νη επηπηψζεηο ησλ λέσλ απηψλ δεδνκέλσλ ζηελ αζθάιεηα ηνπ ελεξγεηαθνχ εθνδηαζκνχ ηεο ρψξαο, ζηελ κείσζε ηεο εμάξηεζεο ηεο απφ ην εηζαγφκελν πεηξέιαην, κε φια ηα ζπλεπαγφκελα νθέιε ζηελ εζληθή νηθνλνκία, ζηελ εμνηθνλφκεζε κε αλαλεσλφκελσλ ελεξγεηαθψλ πφξσλ, ζηελ αχμεζε ηεο απνδνηηθφηεηαο ησλ δηαδηθαζηψλ παξαγσγήο θαη θαηαλάισζεο ελέξγεηαο, ζηελ πξνζηαζία ηνπ πεξηβάιινληνο θαη ηέινο ζηελ βειηίσζε ησλ παξερνκέλσλ ππεξεζηψλ ζηνπο θαηαλαισηέο. 2

9 ABSTRACT The subject of this diploma thesis is the study of the types of electric generation systems and their comparative study. Initially are presented summarizing the basic principles of operation and the particular characteristics of each station. The energy systems being analyzed are steam cycle, gas fired, combined cycle, hydroelectric, nuclear power, solar, wind, geothermal and biomass systems. A brief description of fuels takes place presenting oil, natural gas, coal and its derivatives and nuclear fuels. Accent is given in the lignite and a short description of a lignite thermoelectric station is given. Then, the criteria are mentioned which are suitable for the choice of optimal energy system such as operational and functional costs, prices of fuels, types of generation system and technical and environmental issues. Also an economic study is realized. A life cycle cost analysis that evaluates the total owning and operating cost and takes into account the time value of money. Furthermore, the co-production of energy and heat as emanation of the most optimal system is included. Finally, the energy situation that prevails in Greece is presented. 3

10 ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟ..7 1.ΜΔΘΟΓΟΗ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΔΗΑΓΧΓΖ ΑΣΜΟΖΛΔΚΣΡΗΚΟΗ ΣΑΘΜΟΗ ΑΡΥΖ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΒΑΘΜΟ ΑΠΟΓΟΖ ΒΔΛΣΗΣΟΠΟΗΖΖ ΤΣΖΜΑΣΟ ΔΞΟΠΛΗΜΟ ΑΣΜΟΖΛΔΚΣΡΗΚΧΝ ΣΑΘΜΧΝ ΑΣΜΟΖΛΔΚΣΡΗΚΟ ΔΡΓΟΣΑΗΟ ΑΔΡΗΟΣΡΟΒΗΛΗΚΟΗ ΣΑΘΜΟΗ ΑΡΥΖ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΑΔΡΗΟΣΡΟΒΗΛΗΚΧΝ ΜΟΝΑΓΧΝ ΣΑΘΜΟΗ ΤΝΓΤΑΜΔΝΟΤ ΚΤΚΛΟΤ ΑΡΥΖ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΓΗΑΣΑΞΔΗ ΤΝΓΤΑΜΔΝΟΤ ΚΤΚΛΟΤ ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΜΟΝΑΓΧΝ ΤΝΓΤΑΜΔΝΟΤ ΚΤΚΛΟΤ ΒΗΟΜΑΕΑ ΣΡΟΠΟΗ ΑΞΗΟΠΟΗΖΖ ΟΦΔΛΖ ΒΗΟΜΑΕΑ ΓΔΧΘΔΡΜΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΤΓΡΟΖΛΔΚΣΡΗΚΟΗ ΣΑΘΜΟΗ ΣΤΠΟΗ ΤΓΡΟΖΛΔΚΣΡΗΚΧΝ ΣΑΘΜΧΝ ΦΡΑΓΜΑ ΣΑΜΗΔΤΣΖΡΑ ΚΣΗΡΗΑ ΤΓΡΟΖΛΔΚΣΡΗΚΧΝ ΣΑΘΜΧΝ ΤΓΡΟΣΡΟΒΗΛΟΗ ΠΡΟΘΔΣΑ ΔΡΓΑ ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΠΔΡΗΒΑΛΛΟΝΣΗΚΔ ΔΠΗΠΣΧΔΗ 43 4

11 1.8.ΠΤΡΖΝΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΠΤΡΖΝΗΚΖ ΥΑΖ ΠΤΡΖΝΗΚΟ ΑΝΣΗΓΡΑΣΖΡΑ ΑΡΥΖ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΔΗΓΖ ΠΤΡΖΝΗΚΧΝ ΑΝΣΗΓΡΑΣΖΡΧΝ ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΑΗΟΛΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΑΝΔΜΟ ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΑ ΜΔΓΔΘΖ ΓΟΜΖ ΑΝΔΜΟΓΔΝΝΖΣΡΗΑ ΤΣΖΜΑΣΑ ΔΛΔΓΥΟΤ ΜΔΓΔΘΟ ΑΝΔΜΟΓΔΝΝΖΣΡΗΑ ΜΔΘΟΓΟΗ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΑΝΔΜΟΓΔΝΝΖΣΡΗΧΝ ΔΗΓΖ ΑΗΟΛΗΚΧΝ ΠΑΡΚΧΝ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΗΚΑ ΑΡΥΖ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΠΔΡΗΓΡΑΦΖ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ ΓΟΜΖ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ ΑΠΟΓΟΖ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΖ ΤΣΟΗΥΗΑ ΚΑΣΖΓΟΡΗΔ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΧΝ ΤΣΖΜΑΣΧΝ ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΚΤΦΔΛΔ ΚΑΤΗΜΟΤ ΒΑΘΜΟ ΑΠΟΓΟΖ ΔΗΓΖ ΚΤΦΔΛΧΝ ΚΑΤΗΜΟΤ ΣΖΛΖ ΚΤΦΔΛΧΝ ΚΑΤΗΜΟΤ ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΠΑΛΗΡΡΟΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΠΖΓΔ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟ ΦΤΗΚΟ ΑΔΡΗΟ ΑΝΘΡΑΚΑ

12 2.4.ΛΗΓΝΗΣΗΚΟΗ ΘΔΡΜΟΖΛΔΚΣΡΗΚΟΗ ΣΑΘΜΟΗ ΠΤΡΖΝΗΚΑ ΚΑΤΗΜΑ 86 3.ΥΔΓΗΑΜΟ ΒΔΛΣΗΣΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΔΠΗΛΟΓΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ ΖΛΔΚΣΡΗΚΟ ΦΟΡΣΗΟ ΒΔΛΣΗΣΖ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΚΟΣΖ ΚΑΤΗΜΧΝ ΚΑΣΑΚΔΤΖ ΣΖ ΚΑΜΠΤΛΖ ΓΗΑΛΟΓΖ ΜΔΓΗΣΑ ΠΡΟΒΛΔΦΘΔΝΣΑ ΔΣΖΗΑ ΦΟΡΣΗΑ ΑΠΑΗΣΟΤΜΔΝΑ ΑΠΟΘΔΜΑΣΑ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΟΗΚΟΝΟΜΗΚΖ ΑΝΑΛΤΖ ΜΔΘΟΓΟΗ ΚΟΣΟΤ ΚΤΚΛΟΤ ΕΧΖ ΔΝΟ ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ ΑΠΟΒΔΖ ΚΔΦΑΛΑΗΟΤ ΦΟΡΟΛΟΓΗΑ ΚΟΣΟ ΚΤΚΛΟΤ ΕΧΖ ΚΑΗ ΚΑΤΗΜΑ ΤΜΠΑΡΑΓΧΓΖ ΖΛΔΚΣΡΗΜΟΤ ΚΑΗ ΘΔΡΜΟΣΖΣΑ ΤΓΥΡΟΝΔ ΣΔΥΝΗΚΔ ΤΜΠΑΡΑΓΧΓΖ ΤΣΖΜΑΣΑ ΤΜΠΑΡΑΓΧΓΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΖ ΤΜΠΔΡΗΦΟΡΑ ΣΧΝ ΤΣΖΜΑΣΧΝ ΤΜΠΑΡΑΓΧΓΖ ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΣΟ ΔΛΛΖΝΗΚΟ ΤΣΖΜΑ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΣΑΘΜΟΗ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΔΘΝΗΚΟΤ ΓΗΑΤΝΓΔΜΔΝΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ ΑΝΑΝΔΧΗΜΔ ΠΖΓΔ ΔΝΔΡΓΔΗΑ (ΑΠΔ)..138 ΒΗΒΛΗΟΡΓΑΦΗΑ ΠΑΡΑΡΣΖΜΑ

13 ΠΡΟΛΟΓΟ Ζ ελέξγεηα απoηέιεζε θαη απνηειεί ηνλ θηλεηήξην κνριφ θάζε αλζξψπηλεο δξαζηεξηφηεηαο. νιε ηελ ηζηνξηθή ηνπ πνξεία, ν άλζξσπνο ρξεζηκνπνίεζε κε εθεπξεηηθφηεηα ηηο δπλαηφηεηεο πνπ ηνπ παξείρε απιφρεξα ε ίδηα ε θχζε, ηε δχλακε ηεο θσηηάο, ηνπ λεξνχ, ηνπ αλέκνπ θαη ηνπ ήιηνπ, κε ζηφρν ηε βειηίσζε ησλ ζπλζεθψλ ηεο δηαβίσζεο ηνπ. ηνπο πην πξφζθαηνπο αηψλεο, ρξεζηκνπνίεζε ηελ ελέξγεηα απφ ηελ θαχζε ηνπ θάξβνπλνπ θαη ηνπ πεηξειαίνπ θαη βξήθε ηξφπν λα ηελ κεηαηξέπεη ζηελ πεξηζζφηεξν εμεπγεληζκέλε κνξθή ηεο, ηνλ ειεθηξηζκφ. ηα κέζα ηνπ 20νπ αηψλα, έλαο λένο ηξφπνο παξαγσγήο ελέξγεηαο ήξζε λα δεκηνπξγήζεη ειπίδεο, γηα ξηδηθή επίιπζε ηνπ παγθνζκίνπ ελεξγεηαθνχ πξνβιήκαηνο, ν νπνίνο είλαη ε ππξεληθή ελέξγεηα. Πνιχ γξήγνξα, φκσο, δξακαηηθά γεγνλφηα ήιζαλ λα επηβεβαηψζνπλ, ρσξίο πεξηζψξηα ακθηζβήηεζεο, ηελ αδπλακία καο λα δηαζθαιίζνπκε ηελ ειεγρφκελε παξαγσγή ηεο ππξεληθήο ελέξγεηαο. πλάκα, άξρηζαλ λα επηβεβαηψλνληαη, κε επηζηεκνληθά ηεθκεξησκέλν ηξφπν, νη πξνβιέςεηο γηα ζεκαληηθέο επηβαξπληηθέο ζπλέπεηεο ηεο κέρξη ζήκεξα ζπκπεξηθνξάο ηνπ αλζξψπνπ ζην νηθνζχζηεκα, εμαηηίαο θπξίσο ηεο αιφγηζηεο ρξήζεο ησλ ζπκβαηηθψλ θαπζίκσλ θαη πνιιψλ, θαηλνκεληθά αζψσλ, ηερλνινγηθψλ πξντφλησλ. Όια ηα κελχκαηα έδεηρλαλ πηα θαζαξά, φηη ε ζπλέρηζε ηεο πνξείαο καο ζην κέιινλ επηβάιιεη ηελ αιιαγή ηεο θαζεκεξηλήο λννηξνπίαο καο θαη ηελ αλαζεψξεζε ησλ αμηψλ ηεο δσήο, ζε ζπλδπαζκφ κε ηνλ επαλαπξνζδηνξηζκφ ηεο έλλνηαο θαη ησλ ζηφρσλ ηεο ηερλνινγηθήο αλάπηπμεο. ε ζπλδπαζκφ κε ηελ νηθνλνκηθή θξίζε θαη ηελ εμάληιεζε ησλ νξπθηψλ απνζεκάησλ φια νδεγνχλ ζε αλαδήηεζε θαη ρξεζηκνπνίεζε λέσλ πφξσλ ελέξγεηαο. Δίλαη πνιχ ζεκαληηθφ θαη επηπιένλ ρξήζηκν γηα ηελ νξζή επηινγή ησλ κέηξσλ πεξηβαιινληηθήο απνθαηάζηαζεο, λα ζπλεηδεηνπνηήζνπκε ην εληππσζηαθά κεγάιν κέγεζνο ηεο ρξνληθήο απφθξηζεο ηνπ θπζηθνχ καο θφζκνπ, ζε θιηκαηηθέο κεηαβνιέο. Ζ αλεζπρία θαη ν ζθεπηηθηζκφο ησλ θάπνηε νιίγσλ νηθνιφγσλ απνηειεί ζήκεξα θαζεκεξηλφ πξνβιεκαηηζκφ ησλ πεξηζζνηέξσλ. Πάλησο παξά ηηο αληηδξάζεηο ησλ νιίγσλ, αιιά ηζρπξψλ απηνχ ηνπ θφζκνπ, ε επαηζζεηνπνίεζε θαη ε θηλεηνπνίεζε ησλ πνιηηψλ νινέλα απμάλεη. Ζ εθθξαδφκελε, πνηθηινηξφπσο, πξφζεζε αληηκεηψπηζεο ηνπ ζέκαηνο ζε δηεζλή θιίκαθα, δείρλεη φηη ζπλεηδεηνπνηνχκε αξγά, αιιά ζηαζεξά, πσο ε ηερλνινγία, σο θαξπφο αλψηεξεο πλεπκαηηθήο εξγαζίαο, πξέπεη λα έρεη ζηφρν λα ζεξαπεχεη θαη λα ππεξεηεί ηνλ άλζξσπν, κε ζεβαζκφ πξνο ην νηθνζχζηεκα πνπ ηνλ θηινμελεί. Απηφ ην νηθνζχζηεκα, ρψξνο αλάπηπμεο θαη δηαβίσζεο φισλ ησλ κνξθψλ δσήο, δελ είλαη ππφζεζε κεξηθψλ αλζξψπηλσλ γελεψλ. Δίλαη γεγνλφο αδηακθηζβήηεην, ε ζεκαληηθή ζπκβνιή ησλ πεγψλ ελέξγεηαο κεγάιεο ηζρχνο ζηελ ηερλνινγηθή πξφνδν, απφ ηελ νπνία πξνέθπςαλ πνιιά ζεηηθά απνηειέζκαηα. Μέζα απφ ηελ ηζηνξηθή αλαγθαηφηεηα ησλ ζπκβαηηθψλ θαπζίκσλ μεπήδεζαλ λέεο θαη ζπλερψο βειηηψλνληαη παιαηφηεξεο κέζνδνη, εμεπγεληζκέλεο παξαγσγήο ελέξγεηαο. Ο ήιηνο θαη ν άλεκνο δεηιά αξρίδνπλ λα έρνπλ θαη ζα έρνπλ ηνλ πξψην ιφγν ζηηο επφκελεο δεθαεηίεο. 7

14 1. ΜΔΘΟΓΟΗ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ 8

15 1.1.ΔΗΑΓΧΓΖ Σν ζχλνιν ησλ πεγψλ ελέξγεηαο, πνπ ν άλζξσπνο έρεη ζηε δηάζεζε ηνπ δηαθξίλεηαη ζε δχν θχξηεο θαηεγνξίεο. ηηο πεγέο εθείλεο πνπ βαζίδνληαη ζε ππάξρνληα απνζέκαηα κέζα ζην ζηεξεφ θινηφ ηεο Γεο, κε ζπγθεθξηκέλε δηάξθεηα δσήο θαη ζ' απηέο πνπ θαζεκεξηλά θαη αέλαα καο παξέρνληαη. ηηο πξψηεο αλήθνπλ ηα νξπθηά θαχζηκα (πεηξέιαην, θπζηθφ αέξην, άλζξαθα), αλαθεξφκελα θαη σο ζπκβαηηθά θαχζηκα θαη ε ραξαθηεξηζηηθά κε ήπηα κνξθή ελέξγεηαο, ε ππξεληθή ελέξγεηα. Οη δεχηεξεο, έρνπλ βαζηθή ηνπο πξνέιεπζε ηνλ Ήιην. Ζ αθηηλνβνινχκελε απ' ηνλ Ήιην ελέξγεηα, πνπ θηάλεη ζηε Γε, εθηφο απφ ηε γεληθφηεξε ζπκβνιή ηεο ζηε δεκηνπξγία, αλάπηπμε θαη δηαηήξεζε ηεο δσήο ζηνλ πιαλήηε καο, δίδεη αθαηάπαπζηα ελέξγεηα, κε δηάθνξεο κνξθέο αμηνπνίεζεο. Άκεζα ζεξκαίλεη, εμαηκίδεη κεγάιεο πνζφηεηεο ζαιαζζηλνχ λεξνχ θαη ζπληεξεί ηνλ γλσζηφ θπζηθφ θχθιν, δεκηνπξγψληαο ηηο ιίκλεο θαη ηα πνηάκηα, πνπ απνηεινχλ πξφζζεηε πεγή ελέξγεηαο (πδαηνπηψζεηο). Θέηεη ζε θίλεζε ηηο αέξηεο κάδεο ηεο αηκφζθαηξαο (Αηνιηθή ελέξγεηα), δεκηνπξγεί ηα θχκαηα (Δλέξγεηα θπκάησλ). Απνξξνθνχκελν απφ εκηαγψγηκα πιηθά παξάγεη ειεθηξηζκφ (Φσηνβνιηατθφ θαηλφκελν). πκβάιιεη ζηελ αλάπηπμε ηεο ρισξίδαο, ε θαχζε δε ησλ θπηηθψλ πξντφλησλ παξάγεη ελέξγεηα (βηνκάδα). Οη ήπηεο κνξθέο ελέξγεηαο ή "αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο" (ΑΠΔ) είλαη κνξθέο εθκεηαιιεχζηκεο ελέξγεηαο πνπ πξνέξρνληαη απφ δηάθνξεο θπζηθέο δηαδηθαζίεο, φπσο ν άλεκνο, ε γεσζεξκία, ε θπθινθνξία ηνπ λεξνχ θαη άιιεο. Ο φξνο "ήπηεο" αλαθέξεηαη ζε δπν βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπο. Καηαξρήλ, γηα ηελ εθκεηάιιεπζή ηνπο δελ απαηηείηαη θάπνηα ελεξγεηηθή παξέκβαζε, φπσο εμφξπμε, άληιεζε, θαχζε, φπσο κε ηηο κέρξη ηψξα ρξεζηκνπνηνχκελεο πεγέο ελέξγεηαο, αιιά απιψο ε εθκεηάιιεπζε ηεο ήδε ππάξρνπζαο ξνήο ελέξγεηαο ζηε θχζε. Γεχηεξν, πξφθεηηαη γηα "θαζαξέο" κνξθέο ελέξγεηαο, πνιχ θηιηθέο ζην πεξηβάιινλ, πνπ δελ απνδεζκεχνπλ πδξνγνλάλζξαθεο, δηνμείδην ηνπ άλζξαθα ή ηνμηθά θαη ξαδηελεξγά απφβιεηα φπσο νη ππφινηπεο πεγέο ελέξγεηαο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζε κεγάιε θιίκαθα. Σειεπηαία απφ ηελ Δπξσπατθή Έλσζε πηνζεηνχληαη λέεο πνιηηηθέο γηα ηε ρξήζε αλαλεψζηκσλ πεγψλ ελέξγεηαο, πνπ πξνάγνπλ ηέηνηεο εζσηεξηθέο πνιηηηθέο θαη γηα ηα θξάηε κέιε. ην 1 ν θεθάιαην παξνπζηάδνληαη νη βαζηθέο αξρέο ιεηηνπξγίαο ησλ κεζφδσλ παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, ηα θχξηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπο θαζψο θαη ηα πιενλεθηήκαηα θαη κεηνλεθηήκαηα ηνπ θάζε ζηαζκνχ. 9

16 1.2. ΑΣΜΟΖΛΔΚΣΡΗΚΟΗ ΣΑΘΜΟΗ Ζ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απφ ζεξκηθνχο ζηαζκνχο βαζίδεηαη ζηνπο ζεξκνδπλακηθνχο θχθινπο, δειαδή ζε κηα αιιεινπρία κεηαβνιψλ ζε έλα ζεξκνδπλακηθφ ζχζηεκα ε νπνία γίλεηαη θπθιηθά θαη ζε θάζε επαλάιεςε έρεη ζαλ απνηέιεζκα ηελ κεηαηξνπή ζεξκφηεηαο ζε κεραληθφ έξγν. Ζ βαζηθή ζπγθξφηεζε ελφο αηκνειεθηξηθνχ ζηαζκνχ παξαγσγήο θαίλεηαη ζην ζρήκα Σν θαχζηκν θαίγεηαη ζηνλ ιέβεηα (αηκνπαξαγσγφο). Ζ ζεξκηθή ελέξγεηα ηνπ αηκνχ πνπ παξάγεηαη κεηαηξέπεηαη ζε θηλεηηθή ζηνλ αηκνζηξφβηιν θαη ζηελ ζπλέρεηα ζε ειεθηξηθή ζηελ γελλήηξηα. Απφ ηνλ ζηξφβηιν ν αηκφο εηζάγεηαη ζηνλ ζπκππθλσηή, φπνπ κεηαηξέπεηαη πάιη ζε πγξφ λεξφ θαη ζηελ ζπλέρεηα επηζηξέθεη ζηνλ αηκνπαξαγσγφ. Σρήκα Αηκνειεθηξηθή κνλάδα παξαγσγήο ΑΡΥΖ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ Ζ αξρηθή πινπνίεζε κηαο αηκνκεραλήο ήηαλ έλα αλνηθηφ θχθισκα πνπ είρε ηελ εμήο κνξθή: Σρήκα Κύθισκα κεραλεκάησλ αηκνύ πξηλ ηνλ Carnot 10

17 Πξνζδηδφηαλ ζεξκφηεηα ζηνλ αηκνπαξαγσγφ, φπνπ γηλφηαλ ην λεξφ αηκφο θαη θαηεπζπλφηαλ ζηελ αηκνκεραλή πνπ απνηνλσλφηαλ θαη παξήγαγε έξγν. Σέινο νδεγνχληαλ ζην ςπγείν ή ζην πεξηβάιινλ γηα ζπκπχθλσζε φπνπ απέδηδε ζεξκφηεηα. ηελ ζπλέρεηα, κε ηελ εμέιημε ησλ αηκνκεραλψλ ν Carnot πξφηεηλε ην θχθισκα απηφ λα θιείζεη κε έλαλ ζεξκνδπλακηθφ ζπκπηεζηή, ζηνλ νπνίν ζα θαηεπζπλφηαλ ε εμαγσγή ηνπ ςπγείνπ, ζα ζπκπηεδφηαλ θαη έπεηηα ζα νδεγνχληαλ ζηνλ ιέβεηα. Σν θχθισκα απηφ εθθξάδεηαη κέζσ ηνπ ζεξκνδπλακηθνχ θχθινπ ηνπ Carnot θαη είλαη ν βαζηθφο ζεξκνδπλακηθφο θχθινο πνπ αληηζηνηρεί ζηελ ιεηηνπξγία κηαο εμηδαληθεπκέλεο κεραλήο κε ηελ ρξεζηκνπνηήζε ελφο ηδαληθνχ αεξίνπ, ηεο νπνίαο ε απφδνζε απνηειεί ην αλψηεξν φξην γηα ηελ απφδνζε φισλ ησλ άιισλ κεραλψλ. Σρήκα Κύθισκα κεραλεκάησλ θαηά ησλ Carnot θαη ν θύθινο Carnot ζε επίπεδν T-s. ηνλ ιέβεηα δίδεηαη ηζνζεξκνθξαζηαθά ε ζεξκφηεηα(θαη ηζνζιηπηηθά) θαηά ηελ 4-1 δηαδξνκή, αθνινπζεί ε αδηαβαηηθή απνηφλσζε 1-2 ζηελ αηκνκεραλή, ε ηζνζεξκνθξαζηαθή ζπκπίεζε(θαη ηζνζιηπηηθή) 2-3 ζην ςπγείν θαη ηέινο ε αδηαβαηηθή ζπκπίεζε 3-4 ζηνλ ζεξκνθξαζηαθφ ζπκπηεζηή ΒΑΘΜΟ ΑΠΟΓΟΖ Ο βαζκφο απφδνζεο ηνπ θπθιψκαηνο είλαη: n C L Q1 Q2 T1 T2 T2 1 Q Q T T φπνπ Q 1 :ε ζεξκφηεηα πνπ πξνζδψζεθε ζην ζχζηεκα Q 2 :ε ζεξκφηεηα πνπ απνδίδεη ην θχθισκα ζην ςπγείν Σ 1 :ζεξκνθξαζία πξνζηδψκελεο ζεξκφηεηαο Σ 2 : ζεξκνθξαζία απνδφζεσο ζην ςπγείν Καη είλαη ηφζν κεγαιχηεξνο φζν κεγαιχηεξε είλαη ε ζεξκνθξαζία πξνζηδψκελεο ζεξκφηεηαο Σ1 θαη φζν κηθξφηεξε είλαη ε ζεξκνθξαζία απνδφζεσο ζην θάησ ζεξκνδνρείν Σ2. Τπάξρεη φκσο έλα θάησ φξην γηα ηελ 11

18 Σ2, ε ζεξκνθξαζία πεξηβάιινληνο. Όπνηε ν παξάγνληαο ζηνλ νπνίν κπνξνχκε λα επέκβνπκε είλαη κφλν ε Σ1 θαη επηδηψθνπκε ηελ αχμήζε ηεο. Ο θχθινο ηνπ Carnot σζηφζν παξακέλεη ζ έλα ζεσξεηηθφ επίπεδν θαζφηη ε κεραλή πνπ πεξηέγξαςε δελ ρξεζηκνπνηείηαη ζηελ πξαγκαηηθφηεηα. Γελ είλαη θπζηθψο πξαγκαηνπνηήζηκνο γηαηί ν εμαγφκελνο απφ ην ςπγείν αηκφο δελ κπνξεί λα ζπκπηεζηεί ιφγσ πνιχ επηθίλδπλσλ θξνχζεσλ. Κπξίσο είλαη έλα ζεσξεηηθφ κνληέιν κε ην νπνίν παξνπζηάδεηαη ν ηξφπνο κε ηνλ νπνίν κπνξνχκε λα παξάγνπκε έξγν απφ ηελ ζεξκφηεηα κέζσ ελφο ζεξκνδπλακηθνχ ζπζηήκαηνο. ηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο κέζσ κεηαηξνπήο ηεο ζεξκηθήο ελέξγεηαο ζε κεραληθή εθαξκφδεηαη ν θχθινο Clausius-Rankine. Σν θπζηθφ κέζν πιένλ δελ είλαη έλα ηδαληθφ αέξην αιιά ην λεξφ. Σν λεξφ κπαίλεη ζηνλ αηκνπαξαγσγφ φπνπ ζεξκαίλεηαη ππφ ζηαζεξή πίεζε κέρξη ην ζεκείν βξαζκνχ. Όηαλ θηάζνπκε ζην ζεκείν b ( ε ζεξκνθξαζία θηάζεη ην ζεκείν βξαζκνχ) ην λεξφ αηκνπνηείηαη ηζνζεξκνθξαζηαθά θαηά ηελ θακπχιε bc θαζψο ε ζεξκφηεηα πνπ δίλνπκε πξνθαιεί ηελ αιιαγή θάζεο ηνπ λεξνχ απφ πγξφ ζε αέξην αιιά δελ απμάλεη επηπιένλ ηελ ζεξκνθξαζία ηνπ Σρήκα Θεξκνδπλακηθόο θύθινο Clausius-Rankine ην ζεκείν c ν αηκφο εθηνλψλεηαη ζηνλ ζηξφβηιν φπνπ κέξνο ηεο ελέξγεηαο ηνπ κεηαηξέπεηαη ζε κεραληθφ έξγν. Ζ εθηφλσζε απηή είλαη ηζεληξνπηθή (ηδαληθά) cd γηα αληηζηξεπηή κεηαβνιή ελψ ζηελ πξαγκαηηθφηεηα ην θαηλφκελν αθνινπζεί ηελ θακπχιε cg. ηελ ηδαληθή πεξίπησζε πξνζνκνηψλνληαο κε ηνλ θχθιν ηνπ Carnot ην ζηάδην απηφ είλαη ίδην κε ην 1-2. Απφ ην ζεκείν d (ηδαληθά) g (πξαγκαηηθά) αηκφο ζπκππθλψλεηαη ππφ ζηαζεξή ζεξκνθξαζία, θηάλνληαο ζε κηα λέα ηηκή πίεζεο p 2. Καη πάιη ην θαηλφκελν da αληηζηνηρίδεηαη ζην 2-3 ηνπ θχθινπ ηνπ Carnot. 12

19 Γεληθά ν βαζκφο απφδνζεο ηνπ ζεξκνδπλακηθνχ θχθινπ νξίδεηαη σο ν ιφγνο ηεο ελέξγεηαο πνπ απνδίδεηαη ζηνλ ζηξφβηιν πξνο ηελ ζεξκηθή ελέξγεηα πνπ πξνζδίδεηαη ζην λεξφ ηνπ αηκνπαξαγσγνχ. Οπζηαζηηθά ν βαζκφο απφδνζεο είλαη ην πειίθν ηνπ έξγνπ πνπ απνδφζεθε κε ηελ εθηφλσζε ηνπ αηκνχ ζηνλ ζηξφβηιν αλά kg αηκνχ κείνλ ηελ ελέξγεηα πνπ δαπαλήζακε ζηελ αληιία πξνο ηελ ελέξγεηα πνπ δψζακε θαηά ηελ ζέξκαλζε ηνπ λεξνχ. Ζ απφδνζε ηνπ ζεξκνδπλακηθνχ θχθινπ είλαη: n R q1 q2 l l q q l q q2 1 l φπνπ l:ην ηερληθφ έξγν ελφο ζεξκνθηλεηήξα(l=h1-h2, φπνπ h1 θαη h2 νη ελζαιπίεο ηνπ ιεηηνπξγνχληνο ζψκαηνο θαηά ηελ είζνδν θαη ηελ έμνδν). Καηά ηα ηειεπηαία ζηάδηα ηεο εθηφλσζεο ηνπ αηκνχ ζηνλ ζηξφβηιν κέξνο ηνπ αηκνχ ζπκππθλψλεηαη κε απνηέιεζκα λα ππάξρεη πγξφο αηκφο ζηνλ ζηξφβηιφ ν νπνίνο δεκηνπξγεί κηα ζεηξά πξνβιήκαηα θαζψο απμάλεη ηελ κεραληθή αληίζηαζε θαη πξνθαιεί νμείδσζε ησλ πηεξπγίσλ. Πξνθεηκέλνπ λα απνθχγνπκε ηηο ζπλέπεηεο απηέο ζπλήζσο ν αηκφο ππεξζεξκαίλεηαη ζε ζεξκνθξαζία κεγαιχηεξε απφ ηελ ζεξκνθξαζία βξαζκνχ, νπφηε δεκηνπξγείηαη ππέξζεξκνο αηκφο. Δπίζεο ε ππεξζέξκαλζε αηκνχ ρξεζηκνπνηείηαη θαη γηα ηελ αχμεζε ηεο απφδνζεο ηνπ ζεξκνδπλακηθνχ θχθινπ. Ζ δηαθνξά ηνπ κε ηνλ θχθιν θνξεζκέλνπ αηκνχ είλαη φηη πεξηιακβάλεη επίζεο ην ζηάδην D-E ην νπνίν αληηπξνζσπεχεη ηελ ππεξζέξκαλζε ηνπ αηκνχ, δειαδή ηελ αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ πάλσ απφ ην ζεκείν βξαζκνχ. Ο ζεξκνδπλακηθφο θχθινο ππέξζεξκνπ αηκνχ παξνπζηάδεηαη ζην ζρήκα. Σρήκα Κύθινο ππέξζεξκνπ αηκνύ 13

20 Με απηφλ ηνλ ηξφπν ζην ζηάδην ηελ εθηφλσζεο έρνπκε κεγαιχηεξε ζεξκνθξαζηαθή πηψζε άξα θαη κεγαιχηεξε απνδηδφκελε ελέξγεηα αλά θχθιν θαζψο θαη αλά κνλάδα κάδαο δηαθηλνχκελνπ αηκνχ. Τπάξρνπλ φκσο θ άιινη ηξφπνη αχμεζεο ηνπ βαζκνχ απφδνζεο. 1. κε ηελ αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο πξνζδφζεσο ηεο ζεξκφηεηαο, πνπ γηα ηελ πεξίπησζε ηνπ αηκνχ ζεκαίλεη αχμεζε ηεο πίεζεο ζηνλ ιέβεηα θαη ηεο ζεξκνθξαζίαο ππεξζεξκάλζεσο 2. κε κείσζε ηεο απνδηδφκελεο ζην ςπγείν ζεξκφηεηαο πνπ κπνξεί λα επηηεπρζεί κε πξνζέξκαλζε ηνπ λεξνχ ηξνθνδνηήζεσο κε απνκαζηεχζεηο αηκνχ απφ ηνλ ζηξφβηιν. Αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο πξνζδφζεσο ηεο ζεξκφηεηαο Γηα ηελ πίεζε ηα φξηα είλαη αξθεηά πςειά, αθνχ πξνρσξνχκε ζε θαηαζθεπέο πνπ επηηξέπνπλ ππεξθξίζηκεο πηέζεηο(κέρξη 350 bar), ε ζεξκνθξαζία φκσο θαζνξίδεηε απφ ηελ ελ ζεξκψ αληνρή ησλ πιηθψλ( 550ºC γηα ηα ζπλήζε πιηθά). Δάλ απμήζνπκε πεξηζζφηεξν ηηο πηέζεηο αθνινπζνχκε ηνλ θχθιν ab c 1d1 2a, δειαδή κεηά ηελ απνηφλσζε ζηνλ ζηξφβηιν θαηά ηελ 1 d επαλαθέξνπκε ηνλ αηκφ ζηνλ ιέβεηα γηα αλαζέξκαλζε θαηά ηελ d1 θαη ζηελ ζπλέρεηα απνηνλψλεηαη ζην δεχηεξν ηκήκα ηνπ ζηξνβίινπ. Δάλ εμηζψζνπκε ηνλ θχθιν ηνπ Rankine κε απηφ ηνπ Carnot ψζηε λα δίλεη ην ίδην έξγν θαη ηνλ ίδην βαζκφ απφδνζεο ηφηε κε ηελ αλαζέξκαλζε αλέξρεηαη ε ζεξκνθξαζία ηνπ αληίζηνηρνπ θχθινπ Carnot θαη επνκέλσο θαη ην απνδηδφκελν έξγν θαη ν βαζκφο απνδφζεσο. Σρήκα Βειηίσζε n R κε αύμεζε πηέζεσλ θαη ζεξκνθξαζηώλ Μείσζε ηεο απνδηδφκελεο ζεξκφηεηαο ζην ςπγείν 14

21 Ζ κείσζε ηεο απνδηδφκελεο ζεξκφηεηαο γίλεηαη κε ηελ κέζνδν ηεο απνκάζηεπζεο. ηελ απνκάζηεπζε ρξεζηκνπνηείηαη κέξνο ηνπ αηκνχ κεηά ηελ κεξηθή εθηφλσζε ζην ζηξφβηιν γηα λα πξνζεξκαλζεί ην λεξφ ηξνθνδνζίαο. Με ηελ κέζνδν απηή απμάλεηαη ε ζεξκηθή απφδνζε ηεο κνλάδαο, θαζψο ηκήκα ηεο ζεξκηθήο ελέξγεηαο πνπ ζα απνδηδφηαλ ζην πεξηβάιινλ, ηψξα δίλεηαη γηα ηελ πξνζέξκαλζε ηνπ αηκνχ. Χζηφζν ζηελ απνκάζηεπζε ηνπ αηκνχ ππάξρεη έλαο βαζηθφο πεξηνξηζκφο: ηνλ ιέβεηα ζα πξέπεη λα θηάλεη λεξφ θαη φρη κείγκα αηκνχ θαη λεξνχ. Απηφ ζεκαίλεη φηη ε κέγηζηε ελζαιπία πνπ κπνξεί λα έρεη ην λεξφ ζηνλ πξνζεξκαληή είλαη απηή ηνπ θνξεζκέλνπ λεξνχ νπφηε θαη ν ξπζκφο απνκάζηεπζεο πξέπεη λα είλαη ζηελ θαηάιιειε αλαινγία κε ην λεξφ πνπ πεξλά απφ ηνλ ζπκππθλσηή ψζηε ην κείγκα ηειηθά ζηνλ πξνζεξκαληή λα έρεη ηελ δεηνχκελε ελζαιπία θνξεζκέλνπ λεξνχ. Ο ζεξκνδπλακηθφο θχθινο θαζψο θαη ε δηάηαμε ηνπ αηκνζηξνβίινπ κε απνκάζηεπζε αηκνχ παξηζηάλεηαη ζην αθφινπζν ζρήκα: Σρήκα Απινπνηεκέλν δηάγξακκα θαη ζεξκνδπλακηθόο θύθινο αηκνειεθηξηθνύ ζηαζκνύ κε ηξηπιή απνκάζηεπζε αηκνύ Ζ δηαδηθαζία είλαη ε εμήο: Ο θχθινο abc12a ιεηηνπξγεί κεηαμχ ησλ πηέζεσλ p 1 θαη p 0. Ζ πξνζέξκαλζε ηνπ λεξνχ γίλεηαη θαηά ηελ ab. Αλ εθιέμνπκε ελδηάκεζεο πηέζεηο p 2, p 3, p 4 θαη απνκαζηεχζνπκε αξρηθά αηκφ πηέζεσο p 4 ζε ηέηνηα πνζφηεηα ψζηε πγξνπνηεκέλνο ζηνλ πξνζεξκαληήξα Π3 θαηά ηελ tie λα κπνξεί λα πξνζεξκάλεη ην λεξφ ηξνθνδνηήζεσο (κε πίεζε p 1 ) απφ f ζε e, ηφηε αθαηξνχκε απφ ηνλ ξένληα αηκφ κηα ζεξκφηεηα ηζνδχλακε κε ηελ επηθάλεηα tii t t. Με αλάινγν ηξφπν, ζηελ ζπλέρεηα, απνκαζηεχνπκε αηκφ πηέζεσο p 3 θαη p 4 ζηνπο πξνζεξκαληήξεο Π2 θαη Π1 θαη αθαηξείηαη αλάινγε ζεξκφηεηα θάζε θνξά. ην ςπγείν ηειηθά ζα θηάζεη κφλν έλα ηκήκα ηεο ζεξκφηεηαο ηνπ ξένληα αηκνχ, αθνχ ην ππφινηπν ζα έρεη 15

22 ρξεζηκνπνηεζεί ζηηο απνκαζηεχζεηο. Με απηφ ηνλ ηξφπν θαηαθέξακε λα κεηψζνπκε ηελ ζεξκφηεηα πνπ πεγαίλεη ζην ςπγείν ΒΔΛΣΗΣΟΠΟΗΖΖ ΤΣΖΜΑΣΟ Γηα λα επηηχρνπκε κεγαιχηεξν θέξδνο απφ ηηο ελδηάκεζεο ππεξζεξκάλζεηο θαη απνκαζηεχζεηο πξέπεη λα ιάβνπκε ππφςηλ καο πνιινχο παξάγνληεο. Ζ επηινγή ησλ βαζκίδσλ πξνζεξκάλζεσο είλαη ζπλάξηεζε ηεο ηειηθήο ζεξκνθξαζίαο πξνζεξκάλζεσο θαη ησλ δπλαηνηήησλ ηνπ αηκνζηξνβίινπ γηα απνκαζηεχζεηο. πλήζσο απνκαζηεχζεηο επαξθνχλ, φκσο απηφ ζεκαίλεη άπεηξεο βαζκίδεο. ηελ πξάμε έρνπκε 6-8 βαζκίδεο κε κία ηάζε γηα 10+. Δπίζεο, ρξεηαδφκαζηε 10 αλαζεξκάλζεηο γηα λα επηηχρνπκε ην κέγηζην ηεο απμήζεσο ηνπ βαζκνχ απφδνζεο( 7,5% γηα άπεηξεο αλαζεξκάλζεηο). ηελ πξάμε πεξηνξηδφκαζηε ζην πνιχ 2(~5%). Σέινο, έρεη θαζηεξσζεί γεληθά έλα θχθισκα κε 1 αλαζέξκαλζε θαη 7-9 βαζκίδεο πξνζεξκάλζεσο. O βαζκφο απφδνζεο ζηηο κέξεο καο θηάλεη πεξίπνπ ην 30-45%. Δπηπιένλ, ν βαζκφο απφδνζεο κπνξεί λα απμεζεί κε ηελ θαηαζθεπή κεγαιχηεξσλ κνλάδσλ, θαζψο κε απηφλ ηνλ ηξφπν κεηψλεηαη ην θφζηνο θαηαζθεπήο αλεγκέλν ζηελ κνλάδα παξαγφκελεο ηζρχνο(κεραληθφο βαζκφο απφδνζεο).δπίζεο, αχμεζε επηηπγράληεηαη θαη κε ηελ ζπκπαξαγσγή ζεξκφηεηαο θαη ειεθηξηζκνχ(π.ρ. ρξήζε ηεο ζεξκφηεηαο ηνπ πγξνχ αηκνχ κεηά ηελ εθηφλσζε γηα ηελ ζέξκαλζε κηαο πφιεο) ΔΞΟΠΛΗΜΟ ΑΣΜΟΖΛΔΚΣΡΗΚΧΝ ΣΑΘΜΧΝ 1.Αληιίεο:Οη αληιίεο απμάλνπλ ηελ πίεζε ηνπ λεξνχ πνπ επηζηξέθεη απφ ηνλ ζπκππθλσηή θαη ην ςπγείν. Γηαζέηνπκε αληιίεο ζπκππθλψζεσο θαη ηνξθνδνζίαο. Ζ πξψηε θέξλεη ην λεξφ ηνπ ζπκππθλσηή ζηελ πίεζε απνκάζηεπζεο θαη ε δεχηεξε ζηελ πίεζε ιεηηνπξγίαο ηνπ αηκνπαξαγσγνχ. 2.Πξνζεξκαληήο: ηνλ πξνζεξκαληή αλακεηγλχεηαη ν απνκαζηεπφκελνο απφ ηνλ ζηξφβηιν αηκφο κε ην ζπκπχθλσκα πνπ πξνθχπηεη ζηελ έμνδν ηνπ ζπκππθλσηή. Με ηνλ ηξφπν απηφ απμάλεηαη ε ελζαιπία ηνπ λεξνχ πνπ θζάλεη ζηελ είζνδν ηνπ αηκνπαξαγσγνχ. 3.Αηκνπαξαγσγφο: Παξάγεη ηνλ αηκφ πνπ απαηηείηαη γηα ηελ ιεηηνπξγία ηνπ αηκνζηξνβίινπ. Γηα ηελ ζέξκαλζε ηνπ λεξνχ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ δηάθνξα θαχζηκα. ηνλ αηκνπαξαγσγφ ην λεξφ εηζάγεηαη ππφςπθην (πγξή κνξθή) θαη κεηαηξέπεηαη ζε αηκφ. Ζ πξψηε θάζε είλαη ε πξνζέξκαλζε ηνπ λεξνχ πξνθεηκέλνπ λα θηάζεη ζε θνξεζκέλε θαηάζηαζε (ζεκείν δέζεσο) θαη έπεηηα αθνινπζεί ν θπξίσο ιέβεηαο φπνπ γίλεηαη ε αηκνπνίεζε, δειαδή ε κεηαηξνπή ηνπ θνξεζκέλνπ λεξνχ ζε θνξεζκέλν αηκφ. 4.Τπεξζεξκαληήξαο: Αλ ν αηκνζηξφβηινο ιεηηνπξγεί κε ππεξζέξκαλζε ππάξρεη θαη ππεξζεξκαληήξαο. Ο ππεξζεξκαληήξαο παξαιακβάλεη ηνλ θνξεζκέλν αηκφ θαη ηνλ ζεξκαίλεη αθφκε πεξηζζφηεξν(ππεξζέξκαλζε), πξνθεηκέλνπ λα απνθχγνπκε αλεπηζχκεηα θαηλφκελα θαη λα απμήζνπκε ηνλ βαζκφ απφδνζεο ηνπ ζπζηήκαηνο. 5.Αηκνζηξφβηινο: Ο ππέξζεξκνο αηκφο εθηνλψλεηαη ζηνλ ζηξφβηιν θαη ηνλ ζέηεη ζε θίλεζε. Ζ κεηαβνιή ηεο ελζαιπίαο ηνπ ηζνχηαη κε ην έξγν ην νπνία παξάγεηαη ζηνλ ζηξφβηιν αλά kg αηκνχ. 16

23 Δπίζεο, γίλεηαη ε αδηαβαηηθή απνηφλσζε κέρξη ηελ πίεζε ηνπ ςπγείνπ. ην ηκήκα απηφ γίλνληαη θαη νη δηάθνξεο απνκαζηεχζεηο ζε δηάθνξεο πηέζεηο. Πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα πξνζέξκαλζε ηνπ λεξνχ ηξνθνδνηήζεσο. 6.πκππθλσηήο (ςπγείν): πιιέγεη θαη ζπκππθλψλεη ηνλ αηκφ ζηελ έμνδν ηνπ ζηξνβίινπ απνξξίπηνληαο ζεξκφηεηα ζην πεξηβάιινλ. 7.Απαεξησηήο: Ο απαεξησηήο απαεξηψλεη, δειαδή απαιιάζεη απφ αέξηα φπσο CO 2 θαη Ο 2 ην ηξνθνδνηηθό λεξό ή το προθερμανσμένο νερό ζηνπο πξνζεξκαληήξεο ψζηε λα απνθεπρζνχλ ρεκηθέο δηαβξψζεηο ζηηο ηξνθνδνηηθέο αληιίεο, ζσιελψζεηο θαη ζηνπο αηκνπαξαγσγνχο. 8.Γεμακελέο: Τπάξρνπλ πνιιά είδε δεμακελψλ, φπσο απαεξησκέλνπ λεξνχ ηξνθνδνηήζεσο θαη απνζήθεπζεο θαπζίκσλ. Οη δεμακελέο ηξνθνδνηήζεσο ζπγθεληξψλνπλ ηα ζπκππθλψκαηα ησλ δηάθνξσλ κεραλεκάησλ ηνπ δηθηχνπ, ηζνξξνπνχλ ηελ δήηεζε θαη ηελ παξαγσγή ηξνθνδνηηθνχ λεξνχ ζηηο κεηαβνιέο ηνπ θνξηίνπ θαη απνηεινχλ έλα απφζεκα θαηάιιεια πξνεηνηκαζκέλνπ, απαεξησκέλνπ θαη πξνζεξκαλζκέλνπ λεξνχ γηα ηελ ηξνθνδφηεζε ηνπ αηκνπαξαγσγνχ. Σν κέγεζφο ηνπο πξέπεη λα θαιχπηεη ην 50%-70% ησλ σξηαίσλ αλαγθψλ ζε λεξφ ηνθνδνηήζεσο γηα ην πιήξεο θνξηίν. 9.Δμαηκηζηέο(αηκνπνηεηέο): Υξεζηκνπνηνχληαη ζε εγθαηαζηάζεηο πνπ ην θπζθφ λεξφ είλαη πνιχ ζθιεξφ. Οη εμαηκηζηέο αηκνπνηνχλ ην ζθιεξφ λεξφ θαη ηνλ παξαγφκελν αηκφ ηνλ ζηέιλνπλ ζην θχθισκα γαη ζπκπιήξσζε ηνπ ηξνθνδνηηθνχ λεξνχ. Γηα λα κελ απμεζεί ε πεξηεθηηθφηεηα ζε άιαηα ηνπ λεξνχ πνπ βξάδεη γίλεηαη ζπλερήο εμαγσγή. 10.Δζηίεο: ηηο εζηίεο γίλεηε ε θαχζε ηνπ θαπζίκνπ γηα ηελ ζέξκαλζε ηνπ λεξνχ, πνπ ζηελ ζπλέρεηα ζα νδεγεζεί ζηνλ αηκνπαξαγσγφ. Σν θαχζηκν είλαη ζπλήζσο γαηάλζξαθεο ππφ ηελ κνξθή θφλεσο θαη ε θαχζε ηνπ γίλεηαη επάλσ ζε ζράξεο.σν θάπζηκν κπνξεί λα είλαη αθίλεην φηαλ θαηγεηαη, λα ζπκπαξαζχξεηαη απφ ηνλ αέξα ηεο θαχζεσο θαη ηέινο λα αησξείηαη. Τπάξρνπλ πνιιά είδε εζηηψλ θφλεσο κε μεξή ή πξή απνκάθξπλζε ηεο ηέθξαο. 11.Καχζηκα θαη ηξνθνδνζία: Σα θαχζηκα πνπ ρξεζηκνπνηνχκε κπνξνχλ λα είλαη ζηεξεά, πγξά ή αέξηα. ηεξεά: Δίλαη ζπλήζσο ιηζάλζξαθεο, ιηγλίηεο δηαθφξσλ εηδψλ θαη δηάθνξα ππφινηπα βηνκεραληθψλ θαηεξγαζηψλ θαη θπξίσο ππξελφμπιν. Τγξά: Δίλαη ηα βαξηά θιάζκαηα απνζηάμεσο ηνπ πεηξειαίνπ ή θαηάινηπα ηεο απνζηάμεψο ηνπ. Αέξηα:Δίλαη ζπλήζσο ην θπζηθφ αέξην θαη ζπαληφηεξα ην αέξην πφιεο. ε πνιιέο πεξηπηψζεηο ρξεζηκνπνηνχληαη θαπλαέξηα, πνπ είλαη ππνπξνηφληα άιισλ θαηεξγαζηψλ. Μεγάιν δήηεκα είλαη ε απνζήθεπζε θαη κεηαθνξά ησλ θαπζίκσλ. Ζ απνζήθεπζή ηνπο γίλεηαη κε ζθνπφ λα ζπλερηζηεί ε νκαιή ιεηηνπξγία ηνπ εξγναζηαζίνπ ζε πεξίπησζε δηαθνπήο ηεο ηξνθνδνζίαο. Αλάινγα κε ην είδνο ηνπ θαπζίκνπ φκσο δηαθξίλνπκε μερσξηζηέο πεξνπηψζεηο: ηεξεά: Με ηελ απνζήθεπζε ηνπο ηα ζηεξεά θαχζηκα ππνβαζκίδνληαη (π.ρ.ηξίςηκν) αιιά θαη ππφ νξηζκέλεο ζπλζήθεο κπνξεί λα πξνθιεζεί απηαλάθιεμε.γηα απηφ ηνλ ιφγν πξέπεη λα ιεθζνχλ θαηάιιεια κέηξα γηα ηελ απνζήθεπζή ηνπο, φπσο ε επηινγή ηνπ ρψξνπ, ε ηνπνζεζία, ν ηξφπνο απνζήθεπζεο, ν έιεγρνο ηεο ζεξκνθξαζίαο θαζψο θαη ε χπαξμε κέζσλ 17

24 απνηξνπήο θαη θαηαπνιέκεζεο ηεο απηαλάθιεμεο. Ζ κεηαθνξά ηνπο γίλεηαη κε αηέξκνλεο ηαηλίεο επίπεδεο ή ζθαθνεηδήο θαη γηα κηθξέο απνζηάζεηο κε κεηαθνξηθνχο θνριίεο. Τγξά: Απνζεθεχνληαη ζε θπιηλξηθέο δεμακελέο νξηδφληηεο ή θαηαθφξπθεο, φπνπ γηα ηελ κεηαθνξά ηνπο γίλεηαη αλαξξφθεζε κε αληιίεο θαη ρξεζηκν-πνηείηαη ζχζηεκα ζσιελψζεσλ. Δπεηδή φκσο θακία δηάηαμε δελ είλαη κνλσκέλε ηνπνζεηνχληαη αλάινγεο ζπζθεπέο ψζηε λα κελ παγψζνπλ ηα θαχζηκα θαη λα κπνξνπλ λα αληιεζνχλ. Γη απηφ ρξεζηκνπνηνχκε ζεξκαληηθά ζηνηρεία ζην δάπεδν θαη θνληά ζηελ αλαξξφθεζε ησλ αληιηψλ ζηηο δεμακελέο θαη εηδηθφ ζχζηεκα ζεξκάλζεσο ησλ ζσιελψζεσλ(κε αηκφ ή αληηζηάζεηο).ηελ ζπλέρεηα ην πεηξέιαην νδεγείηαη ζην δνρείν εκεξήζηαο θαηαλαιψζεσο, φπνπ πξνζεξκέλεηαη θαη δηαζθνξπίδεηαη ζηηο εγθαηαζηάζεηο. Αέξηα: Ζ απνζήθεπζή ηνπο γίλεηαη ζε θπιηλδξηθά ή ζθαηξηθά αεξνθπιάθηα ρακειήο (μεξά ή χγξά) θαη πςειήο πίεζεο ΑΣΜΟΖΛΔΚΣΡΗΚΟ ΔΡΓΟΣΑΗΟ Έλα απινπνηεκέλν θχθισκα πξαγκαηηθνχ αηκνειεθηξηθνχ εξγνζηαζίνπ παξνπζηάδεηαη ζηελ ζπλέρεηα. ηελ πξαγκαηηθφηεηα ρξεηάδνληαη πεξηζζφηεξεο εγθαηαζηάζεηο, γηα ηνλ έιεγρν θαη ηελ ζσζηή ιεηηνπξγία ηνπ. Σν ζεξκηθφ απηφ θχθισκα αληηζηνηρεί ζην αηκνειεθηξηθφ εξγνζηάζην Philip-Sporn ζην Ohio ησλ ΖΠΑ. Δπηηπγράλεη ζεξκηθφ βαζκφ απφδνζεο ε=36,8%, έρεη βαζκφ απφδνζεο 90% ζηνλ αηκνπαξαγσγφ θαη βαζκνχο απφδνζεο ζηνλ πξνηηζέκελν ζηξφβηιν 83% θαη ζηνλ δεχηεξν 85%. 18

25 Σρήκα Κύθισκα αηκνειεθηξηθνύ εξγνζηαζίνπ 19

26 1.3.ΑΔΡΗΟΣΡΟΒΗΛΗΚΟΗ ΣΑΘΜΟΗ Ο αεξηνζηξφβηινο είλαη κηα ζεξκηθή κεραλή, δειαδή κηα κεραλή ε νπνία κεηαηξέπεη ηελ ζεξκφηεηα πνπ παξάγεηαη απφ ηελ θαχζε ελφο θαπζίκνπ ζε κεραληθή ηζρχ. ηνπο αεξηνζηξνβίινπο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ν άμνλαο ηνπ αεξηνζηξνβίινπ ζπλδέεηαη κε κηα γελλήηξηα νπφηε ε κεραληθή ελέξγεηα πνπ παξάγεηαη κεηαηξέπεηαη ζε ειεθηξηθή ηζρχ ΑΡΥΖ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ H βαζηθή αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπ αεξηνζηξνβίινπ είλαη ίδηα κε απηή ηνπ αηκνζηξνβίινπ. Ζ δηαθνξά έγθεηηαη ζην εξγαδφκελν κέζν, ζηνλ αηκνζηξφβηιν είλαη ν αηκφο ελψ ζηνλ αεξηνζηξφβηιν είλαη ηα θαπλαέξηα πνπ παξάγνληαη απφ πνπ παξάγνληαη απφ ηελ θαχζε ηνπ κείγκαηνο θαπζίκνπ αέξα. Άξα ν αεξηνζηξφβηινο απνηειεί κηα κεραλή εζσηεξηθήο θαχζεο. Σρήκα Αεξηνζηξόβηινο Όπσο θαίλεηαη θαη ζην ζρήκα έλαο αεξηνζηξφβηινο απνηειείηαη απφ ηξία βαζηθά ηκήκαηα ηα νπνία απαξηίδνπλ ην ηκήκα ηζρχνο ηνπ θαζψο ε ιεηηνπξγία απηψλ ησλ ηκεκάησλ εμαζθαιίδεη ηελ παξαγσγή κεραληθήο ηζρχνο. 1.ν ζπκπηεζηήο: ν νπνίνο πξαγκαηνπνηεί ηελ ζπκπίεζε ηνπ εξγαδφκελνπ κέζνπ (αέξαο). Δίλαη έλα δνρείν πςειήο πίεζεσο πνπ παξάγεη έλα ζπλερέο ξεχκα αέξα θαη θηλεί ηνλ ζηξφβηιν. Αλ ν αέξαο πνπ πεξηέρεηαη ζην δνρείν είλαη ζεξκφο θαη ε πίεζε είλαη απμεκέλε, ηφηε ε νξκή ηνπ, θαηά ηελ εθηφλσζε, άξα θαη ε ελέξγεηα πνπ απνδίδεηαη ζηνλ ζηξφβηιν απμάλεηαη. 2.ν ζάιακνο θαχζεο: φπνπ νδεγείηαη ν ζπκπηεζκέλνο αέξαο, αλακεηγλχεηαη κε ην θαχζηκν (ειαθξχ Diesel ή θπζηθφ αέξην) θαη θαίγεηαη. Σα αέξηα πξντφληα ηεο θαχζεο νδεγνχληαη ζηνλ ζηξφβηιν. 20

27 3.ν ζηξφβηινο: εθεί εθηνλψλνληαη ηα θαπζαέξηα θαη παξάγεηαη κεραληθή ηζρχο. Ζ ηζρχο απηή ηζνχηαη κε ηελ δηαθνξά ηεο ηζρχνο πνπ απνξξνθάηαη ζηνλ ζπκπηεζηήαπφ ηελ ηζρχ πνπ απνδίδεηαη ζηνλ ζηξφβηιν. Σν θχξην ραξαθηεξηζηηθφ κηαο ηέηνηαο κεραλήο είλαη ην γεγνλφο φηη ε ξνή ηνπ αέξα είλαη ζπλερήο, δειαδή ζε κηα ζπγθεθξηκέλε ζέζε ηεο δηάηαμεο έρνπκε δηαξθψο ηεο ίδηεο ζπλζήθεο πίεζεο θαη ζεξκνθξαζίαο. Αλάινγα κε ηνλ ηξφπν πνπ γίλεηαη ε κεηαηξνπή ηεο ζεξκφηεηαο ζε έξγν κπνξνχκε λα έρνπκε ζπλδεζκνινγία αλνηρηνχ ή θιεηζηνχ θπθιψκαηνο. ηελ πεξίπησζε ηνπ αλνηρηνχ θπθιψκαηνο ηα θαπλαέξηα δηαρένληαη ζην πεξηβάιινλ ζην ηειηθφ ζηάδην, ελψ ζηνπ θιεηζηνχ θπθιψκαηνο ςχρνληαη κέρξη ηελ αξρηθή θαηάζηαζε εηζαγσγήο. Σρήκα Κύθισκα αεξηνζηξόβηινπ θιεηζηνύ θπθιώκαηνο Ο θχθινο ιεηηνπξγίαο ηνπ θιεηζηνχ θπθιψκαηνο πεξηγξάθεηαη απφ ηνλ ζεξκνδπλακηθφ ηνπ θχθιν. Σρήκα Θεξκνδπλακηθόο θύθινο αεξηνζηξόβηινπ θιεηζηνύ θπθιώκαηνο 21

28 Αξρηθά ζπκπηέδεηαη αδηαβαηηθά ν αέξαο ζηνλ ζπκπηεζηή θαηα ηελ δηαδξνκή D-M, αθνινπζεί ε ηζφζιηπηε πξφζδoζε ζεξκφηεηαο ζην κείγκα αέξα-θαπζίκνπ κέζσ ηεο θαχζεο ηνπ ζηνλ πξνζεξκαληήξα(π) Μ-Α θαη ζηελ ζπλέρεηα ζηνλ αεξνιέβεηα(λ) Α-Β,έπεηηα γίλεηαη ε αδηαβαηηθή εθηφλσζε ησλ πξντφλησλ ηεο θαχζεο ζηνλ αεξνζηξφβηιν(α) Β-C, ε ηζφζιηπηε απφδνζε ζεξκφηεηαο ζηνλ πξνζεξκαληήξα(π) C-L θαη ηέινο ε ηζφζιηπηε ςχμε ηνπ αέξα ζην ςπγείν(φ) θαηά ηελ D-M θαη ε απνβνιή ζεξκφηεηαο ησλ θαπζαεξίσλ ζην πεξηβάιινλ (ην ζηάδην απηφ ζηελ πεξίπησζε ηνπ αλνηρηνχ θπθιψκαηνο αληηζηνηρεί ζηελ εμαγσγή ησλ θαπλαεξίσλ ζηελ αηκφζθαηξα). Απηφο ν ζεξκνδπλακηθφο θχθινο επεμεξγάζηεθε θαη εμειίρζεθε, ψζηε λα επηηχρνπκε κεγαιχηεξνπο βαζκνχο απφδνζεο. Πξνζηέζεθαλ πεξηζζφηεξεο βαζκίδεο απνηφλσζεο ζηνλ ζηξφβηιν θαη βαζκίδεο ελδηάκεζεο ςχμεο, απμάλνληαο έηζη ην έξγν θαη κεηψλνληαο ηηο απψιεηεο(ε ζεξκφηεηα πνπ θηάλεη ζην ςπγείν είλαη κηθξφηεξε). Ζ λέα κνξθή ηνπ θχθινπ είλαη: Σρήκα Τξνπνπνηεκέλνο ζεξκνδπλακηθόο θύθινο αεξηνζηξόβηινπ ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΑΔΡΗΟΣΡΟΒΗΛΗΚΧΝ ΜΟΝΑΓΧΝ ήκεξα νη αεξηνζηξφβηινη παξφηη έρνπλ ρακειφηεξν βαζκφ απφδνζεο ζρεηηθά κε ηηο αηκνειεθηξηθέο κνλάδεο, ν νπνίνο θηάλεη ην 32%, παξνπζηάδνπλ κηα ζεηξά πιενλεθηεκάησλ. Βαζηθφ πιενλέθηεκα είλαη ε δπλαηφηεηα εθθίλεζεο ζε ιίγα ιεπηά (14-20 ιεπηά) κε αξθεηά πςεινχο ξπζκνχο αλάιεςεο θνξηίνπ. Γηα ηνπο ιφγνπο απηνχο νη αεξηνζηξνβηιηθέο κνλάδεο δελ ρξεζηκνπνηνχληαη σο κνλάδεο βάζεο (έλεθα ηεο ρακειήο ηνπο απφδνζεο) αιιά ηξνθνδνηνχλ ηηο αηρκέο δήηεζεο ή ρξεζηκνπνηνχληαη πξνθείκελνπ λα αληαπνθξηζεί ην ζχζηεκα ζε κεγάιεο δηαθπκάλζεηο ηνπ θνξηίνπ. Δπίζεο νη κνλάδεο απηέο ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ πινπνίεζε ηνπ ζπλδπαζκέλνπ θχθινπ, ν νπνίνο παξνπζηάδεη ηελ κεγαιχηεξε απφδνζε ζε ζρέζε κε ηηο ππφινηπεο ζεξκηθέο κνλάδεο. Δπηπιένλ ν αεξηνζηξφβηινο απνηειεί ηελ εγθαηάζηαζε γηα ηελ εθθίλεζε ή ηελ εθεδξηθή ηξνθνδφηεζε ηεο ηδηνθαηαλάισζεο ελφο αηκνειεθηξηθνχ ζηαζκνχ. Σέινο, νη 22

29 αεξηνζηξνβηιηθέο κνλάδεο απαηηνχλ κηθξφηεξν ρψξν, έρνπλ κηθξφηεξν θφζηνο θαηαζθεπήο, κηθξή εζσηεξηθή θαηαλάισζε (κηθξφηεξε ηνπ 1%) θαη δελ απαηηνχλ κεγάια ζπζηήκαηα ςχμεο ζε αληίζεζε κε ηνπο αηκνειεθηξηθνχο ζηαζκνχο. 23

30 1.4.ΣΑΘΜΟΗ ΤΝΓΤΑΜΔΝΟΤ ΚΤΚΛΟΤ Σηο ηειεπηαίεο δεθαεηίεο παξνπζηάδεηαη κηα ζπλερήο αχμεζε ηεο δήηεζεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ελψ παξάιιεια αλαθχπηεη θαη ην δήηεκα κείσζεο ησλ εθπεκπφκελσλ ξχπσλ. Γηα ηνλ ιφγν απηφ ππάξρεη κηα έληνλε πξνζπάζεηα αχμεζεο ηνπ βαζκνχ απφδνζεο ησλ κνλάδσλ παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, πξνθεηκέλνπ λα κεησζεί ε θαηαλάισζε θαπζίκσλ θαη λα θαιπθζεί ε απμαλφκελε δήηεζε. Σελ ηειεπηαία εηθνζαεηία ππάξρεη κηα λέα ηάζε ζηελ ειεθηξνπαξαγσγή, ε νπνία ζπλίζηαηαη ζηελ εγθαηάζηαζε κνλάδσλ ζπλδπαζκέλνπ θχθινπ. Σν γεγνλφο απηφ ζρεηίδεηαη κε ηελ χπαξμε κεγάισλ πνζνηήησλ θπζηθνχ αεξίνπ, ην νπνίν απνηειεί ζρεηηθά θηελφ θαχζηκν ζηνπο αεξηνζηξνβίινπο, θαζψο θαη κε ηα πνιιαπιά πιενλεθηήκαηα ησλ κνλάδσλ απηψλ ΑΡΥΖ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ Ζ θεληξηθή ηδέα ησλ κνλάδσλ ζπλδπαζκέλνπ θχθινπ είλαη ε ρξεζηκνπνίεζε ηεο ζεξκφηεηαο ησλ θαπζαεξίσλ ελφο ή πεξηζζνηέξσλ αεξηνζηξνβίισλ πξνθεηκέλνπ λα παξαρζεί αηκφο ζ έλαλ αηκνπαξαγσγφ θαη ζηελ ζπλέρεηα λα θηλεζεί έλαο αηκνζηξφβηινο. Όπσο θαίλεηαη θαη ζην ζρήκα ν αέξαο ζπκπηέδεηαη ζηελ αξρή θαη έπεηηα αλακεηγλχεηαη κε ην θαχζηκν ζηνλ ζάιακν θαχζεο ηνπ αεξηνζηξνβίινπ, φπνπ ην κείγκα θαίγεηαη. Σα θαπζαέξηα αθνχ εθηνλσζνχλ ζηνλ ζηξφβηιν νδεγνχληαη ζ έλαλ αηκνπαξαγσγφ ν νπνίνο απάγεη κέξνο ηεο ζεξκφηεηαο ηνπο γηα ηελ παξαγσγή αηκνχ θαη θηλεί ηνλ αηκνζηξφβηιν. Σρήκα Γηάηαμε ζπλδπαζκέλνπ θύθινπ 24

31 Ο ζεξκνδπλακηθφο θχθινο ηνπ είλαη: Σρήκα Θεξκνδπλακηθόο θύθινο κνλάδαο ζπλδπαζκέλνπ θύθινπ Αξρηθά, ζπκπηέδεηαη αδηαβαηηθά ν αέξαο ζηνλ ζπκπηεζηή θαηα ηελ δηαδξνκή 1-2. Σν κείγκα θαπζίκνπαέξα θαίγεηαη ζηνλ ζάιακν θαχζεο (δηαδξνκή 2-3). Σα πινχζηα ζε νμπγφλν θαπλαέξηα πνπ παξάγνληαη εηζέξρνληαη ζηνλ αεξηνζηξφβηιν, φπνπ εθηνλψλνληαη, κεηαηξέπνληαο κέξνο ηεο εζσηεξηθήο ηνπο ελέξγεηαο ζε κεραληθφ έξγν (δηαδξνκή 3-4). Έπεηηα, εηζέξρνληαη ζρεδφλ κε αηκνζθαηξηθή πίεζε ζηελ εζηία ηνπ αηκνπαξαγσγνχ πξνζδίδνληάο ηνπ ζεξκφηεηα (θαηάζηαζε 4). Θεξκφηεηα επίζεο εηζέξρεηαη ζηνλ αηκνπαξαγσγφ κέζσ ηεο θαχζεο ηνπ θαπζίκνπ ηνπ. Ζ ζεξκνθξαζία ζηνλ θινγνζάιακν (εζηία θαχζεο) θζάλεη ζε θάπνην ζεκείν (θαηάζηαζε 5) πνιχ ςειά. Σα θαπλαέξηα πνπ έρνπλ εηζέιζεη ζηνλ αηκνπαξαγσγφ, αθνχ ηνπ πξνζδψζνπλ ζεξκφηεηα, ηνλ εγθαηαιείπνπλ κε κία ζεξκνθξαζία, πνπ αληηζηνηρεί ζηελ θαηάζηαζε 6, δειαδή ιίγν παξαπάλσ απφ ηελ ζεξκνθξαζία αηκνπνηήζεσο κέζα ζηνλ θπξίσο ιέβεηα. Ζ ππφινηπε ζεξκφηεηά ηνπο κέρξη ηελ θαηάζηαζε 7, φπνπ εμέξρνληαη ζηνλ θαπλνδφρν, απνδίδεηαη ζε έλαλ πξνζεξκαληήξα λεξνχ (δηαδξνκή 7-1). Δθεί πξνζεξκαίλεηαη έλα κέξνο ηνπ ηξνθνδνηηθνχ λεξνχ, ην νπνίν αηκνπνηείηαη ζχκθσλα κε ηελ θακπχιε BDEF, εθηνλψλεηαη θαηά ηελ FG θαη ζπκππθλψλεηαη θαηά ηελ GB, φπσο πεξηγξάθεηαη ζηνλ θχθιν ππέξζεξκνπ αηκνχ (ην ππφινηπν πξνζεξκαίλεηαη κε αηκφ). Ο βαζκφο απφδνζεο απηνχ ηνπ ζεξκηθνχ θπθιψκαηνο είλαη ν κέγηζηνο ζπγθξηηηθά κε ηνλ αληίζηνηρν ηνπ θάζε θπθιψκαηνο πνπ εμεηάζακε μερσξηζηά. Πεξαηηέξσ αχμεζε κπνξνχκε λα επηηχρνπκε πξνζζέηνληαο πεξηζζφηεξεο βαζκίδεο απνηφλσζεο ζηνλ ζηξφβηιν θαη ελδηάκεζεο ςχμεο, θαζψο θαη κε επαλαζέξκαλζε ησλ θαπλαεξίσλ(φπσο εθαξκφζακε μερσξηζηά ζηνπο αηκνειεθηξηθνχο θαη αεξηνζηξνβηιηθνχο ζηαζκνχο). Οη ζχλεζεο ηηκέο φπνπ θπκαίλεηαη είλαη 50%. 25

32 1.4.2.ΓΗΑΣΑΞΔΗ ΤΝΓΤΑΜΔΝΟΤ ΚΤΚΛΟΤ Σα ζπλδπαζκέλα ζπζηήκαηα είλαη αξθεηά πνιππινθφηεξα ησλ ζπκβαηηθψλ κνλάδσλ σζηφζν φπσο πξναλαθέξζεθε έρνπλ ζρεηηθά ρακειά έμνδα θαη δίλνπλ απάληεζε ζην πξφβιεκα αχμεζεο ηεο απφδνζεο ησλ ζηαζκψλ παξαγσγήο. Οη δηακνξθψζεηο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηνλ ζπλδπαζκέλν θχθιν είλαη αξθεηέο θαη ρσξίδνληαη ζε δπν βαζηθέο θαηεγνξίεο. Ο αηκνπαξαγσγφο ζπλδέεηαη κεηά ηνλ αεξηνζηξφβηιν θαη ρξεζηκνπνηεί ηελ ζεξκφηεηα ησλ θαπζαεξίσλ κε πίεζε πεξηβάιινληνο, κε ή ρσξίο θαχζε πξφζζεηνπ θαπζίκνπ Ο αηκνπαξαγσγφο ζπλδέεηαη κεηαμχ ηνπ ζπκπηεζηή θαη ηνπ αεξηνζηξνβίινπ θαη απνηειεί ην ζάιακν θαχζεο ηνπ αεξηνζηξνβίινπ ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΜΟΝΑΓΧΝ ΤΝΓΤΑΜΔΝΟΤ ΚΤΚΛΟΤ Οη κνλάδεο ζπλδπαζκέλνπ θχθινπ πιενλεθηνχλ ζε ζρέζε κε ηηο ππφινηπεο ζεξκηθέο ζε δηάθνξα επίπεδα. Απμεκέλνο βαζκόο απόδνζεο: Ζ εθηφλσζε ησλ αεξίσλ απφ ηνλ ζάιακν θαχζεο θαζψο θαη ε ρξεζηκνπνίεζε ησλ θαπζαεξίσλ, ιφγσ ηεο πςειήο ζεξκνθξαζίαο ηνπο απμάλεη αξθεηά ηελ απφδνζε ε νπνία θηάλεη ην 55%, ην νπνίν είλαη 20% πεξηζζφηεξν απφ ηελ απφδνζε παξαδνζηαθψλ ζεξκηθψλ κνλάδσλ. Γξήγνξε απόθξηζε ζε δηαηαξαρέο. Οη αεξηνζηξφβηινη έρνπλ κεγάιν ξπζκφ αλάιεςεο θνξηίνπ (20% αλά ιεπηφ). Δλδεηθηηθά αλαθέξεηαη φηη νη αηκνζηξφβηινη έρνπλ ξπζκνχο αλάιεςεο θνξηίνπ ηεο ηάμεο ηνπ 2% αλά ιεπηφ. ηηο ζεκεξηλέο αγνξέο ελέξγεηαο, φπνπ ε δήηεζε ηνπ θνξηίνπ είλαη ζπρλά αζηαζήο θαη ππφθεηηαη απφηνκεο κεηαβνιέο, νη αεξηνζηνβηιηθέο κνλάδεο κπνξνχλ λα αληηκεησπίζνπλ δηαηαξαρέο ζηελ ηζνξξνπία παξαγσγήο ηζρχνο θαη θνξηίνπ αξθεηά γξήγνξα. Φηιηθνί πξνο ην πεξηβάιινλ. Ζ παξαγσγή CO 2, θαζψο θαη άιισλ αεξίσλ πνπ ζρεηίδνληαη κε ην θαηλφκελν ηνπ ζεξκνθεπίνπ είλαη αλαπφθεπθηή ζην βαζκφ πνπ αλαθεξφκαζηε ζε κνλάδεο παξαγσγήο νη νπνίεο θαηαλαιψλνπλ νξπθηά θαχζηκα. Χζηφζν ε εθπνκπή ησλ αεξίσλ απηψλ, είλαη αξθεηά ρακειφηεξε απφ άιιεο ζεξκηθέο κνλάδεο νξπθηψλ θαπζίκσλ ιφγσ ηνπ ζρεηηθά πςεινχ βαζκνχ απφδνζεο ηνπ ζπλδπαζκέλνπ θχθινπ, θαζψο θαη ηεο πςειήο αλαινγίαο πδξνγφλνπ ζε ζρέζε κε ηνλ άλζξαθα ζην κεζάλην (CH 4 ), ην νπνίν είλαη βαζηθφ ζπζηαηηθφ ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ. Οη ηππηθέο εθπνκπέο κνλάδσλ ζπλδπαζκέλνπ θχθινπ παξάγνπλ πεξίπνπ 0.8lb CO 2 /KWh ελψ νη αληίζηνηρεο εθπνκπέο κνλάδσλ πνπ ρξεζηκνπνηνχλ γαηάλζξαθεο είλαη 2lb CO 2 /KWh. Δπηπιένλ κε ρξήζε θαηαιπηψλ νη εθπνκπέο νμεηδίσλ ηνπ αδψηνπ θαη ζείνπ, θαζψο θαη κνλνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα κεηψλνληαη ζε επίπεδα πνιχ ρακειφηεξα ζε ζρέζε κε απηά άιισλ ζεξκηθψλ κνλάδσλ παξαγσγήο. Δπειημία: Οη κνλάδεο ζπλδπαζκέλνπ θχθινπ είλαη αξθεηά επέιηθηεο θαζψο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηνχλ κηα ζεηξά θαπζίκσλ, φπσο θπζηθφ αέξην, πεηξειατθά πξντφληα θαζψο θαη άιια θαχζηκα. Οη κνλάδεο απηνχ ηνπ ηχπνπ γεληθά θνζηίδνπλ πεξηζζφηεξν θαηά ηελ εγθαηάζηαζε απφ ηηο ζπκβαηηθέο αηκνειεθηξηθέο κνλάδεο ιφγσ ηεο ηερλνινγίαο θαζψο θαη ησλ πιηθψλ πνπ 26

33 ρξεζηκνπνηνχληαη. Χζηφζν απαηηνχλ κηθξφηεξν ρψξν θαη έρνπλ κηθξφηεξν ρξφλν θαη θφζηνο εγθαηάζηαζεο. 27

34 1.5.ΒΗΟΜΑΕΑ Με ηνλ φξν βηνκάδα ελλνείηαη ε παξαγσγή ελέξγεηαο (βηνελέξγεηα) απφ νξγαληθέο χιεο, δειαδή απφ ηε κάδα ησλ θπηψλ πνπ ζρεκαηίδεηαη κε ηε θσηνζπλζεηηθή κεηαηξνπή ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο. Ο φξνο βηνκάδα ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα ππνδειψζεη: 1.Αγξνηηθά πξντφληα, απφβιεηα θαη ππνιείκκαηα 2.Ξπιεία, δαζηθά απφβιεηα θαη ππνιείκκαηα 3.Εσηθά απφβιεηα 4.Αζηηθά απφβιεηα 5.Τδξφβηα θπηά Σρήκα Πξντόληα γηα ηελ παξαγσγή βηνκάδαο Ζ βηνκάδα είλαη αλαλεψζηκε αθνχ απνηειεί απνζήθε ελέξγεηαο ηεο νπνίαο πεγή είλαη ν ήιηνο θαη επίζεο θαηά ηελ θαχζε ηεο δελ παξάγεηαη CO 2 αληίζεηα ζπλνδεχνληαη απφ έθιπζε O 2 κε παξάιιειε κείσζε ηεο πεξηεθηηθφηεηαο ηνπ θπηηάξνπ ζε CO 2. Ζ δηαδηθαζία πνπ αθνινπζείηαη πεξηγξάθεηαη απφ ηελ εμίζσζε: CO 2 +Ζ 2 Ο (CΖ 2 Ο)+ O 2 Γηνμείδην ηνπ άλζξαθα + λεξφ γιπθφδε + νμπγφλν Ζ μεξή βηνκάδα (0% πγξαζία) έρεη ελέξγεηα 4000 kcal/kg. Σν πεηξέιαην έρεη ελέξγεηα kcal/kg. πλεπψο ν ζπληειεζηήο 0.4 κεηαηξέπεη ηελ ελέξγεηα μεξήο βηνκάδαο ζε ηζνδχλακε ελέξγεηα πεηξειαίνπ. 28

35 1.5.1.ΣΡΟΠΟΗ ΑΞΗΟΠΟΗΖΖ. Ζ βηνκάδα ζηνλ ελεξγεηαθφ ηνκέα ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ απεπζείαο κεηαηξνπή ηεο ζε ζεξκηθή ελέξγεηα ή ζε πγξφ ή ζε αέξην, ηα βηνθαχζηκα πνπ παξάγνληαη είλαη: Αηζαλφιε Μεζαλφιε Μεζάλην Φπηηθά έιαηα Βηνληήδει θαη Τδξνγφλν. Οη κέζνδνη ηεο ελεξγεηαθήο κεηαηξνπήο ηεο βηνκάδαο είλαη δηάθνξεο. Γηαθξίλνληαη ζε ζεξκνρεκηθέο (μεξέο) θαη ζε βηνρεκηθέο (πγξέο). Θεξκνρεκηθέο δηεξγαζίεο Οη ζεξκνρεκηθέο δηεξγαζίεο πεξηιακβάλνπλ αληηδξάζεηο, πνπ εμαξηψληαη απφ ηε ζεξκνθξαζία, γηα δηαθνξεηηθέο ζπλζήθεο νμείδσζεο. Οη δηεξγαζίεο απηέο ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηα είδε ηεο βηνκάδαο κε ζρέζε C/Ν<30 θαη πγξαζία >5Ο%. ηηο δηεξγαζίεο απηέο πεξηιακβάλνληαη: α) Ζ ππξφιπζε (ζέξκαλζε απνπζία αέξα). Με απηή ηε δηεξγαζία καο δίλεηαη ε δπλαηφηεηα λα «ζπάζνπκε» ηε ρξεζηκνπνίεζε ηεο βηνκάδαο απφ ηελ παξαγσγή ελέξγεηαο. β) Ζ απεπζείαο θαχζε γ) Ζ αεξηνπνίεζε δ) Ζ πδξνγνλνδηάζπαζε Βηνρεκηθέο δηεξγαζίεο Οη βηνρεκηθέο δηεξγαζίεο, πνπ νλνκάδνληαη έηζη, επεηδή είλαη απνηέιεζκα κηθξνβηαθήο δξάζεο, ρξεζηκνπνηνχληαη γηα πξντφληα θαη ππνιείκκαηα, φπσο ιαραληθψλ θνπξηάο, φπνπ ε ζρέζε C/Ν<3Ο θαη πγξαζία >5Ο%. Οη βηνρεκηθέο δηεξγαζίεο δηαθξίλνληαη ζηηο: α) Αεξφβηα δχκσζε β) Αλαεξφβηα δχκσζε 29

36 Σρήκα Τξόπνη θαηεξγαζίαο θαη ρξήζεο εηδώλ βηνκάδαο ΟΦΔΛΖ ΒΗΟΜΑΕΑ Σα ηειεπηαία ρξφληα ε βηνκάδα άξρηζε λα παίδεη φιν θαη ζεκαληηθφηεξν ξφιν ζηελ θάιπςε ησλ παγθφζκησλ ελεξγεηαθψλ αλαγθψλ. ήκεξα ζεσξείηαη φηη είλαη κία ζπνπδαία πεγή ελέξγεηαο, ε νπνία είλαη δπλαηφ λα ζπκβάιεη ζηελ ελεξγεηαθή επάξθεηα κεηά ηελ εμάληιεζε ησλ απνζεκάησλ ηνπ αξγνχ πεηξειαίνπ, ηνπ νξπθηνχ άλζξαθα θαη ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ. Ζ ζπλνιηθή παξαγφκελε ειεθηξηθή ελέξγεηα απφ εκπνξηθή βηνκάδα ππεξβαίλεη ηηο 100TWh παγθνζκίσο. Σα νθέιε ηεο είλαη: Ζ βηνκάδα είλαη επξχηεξα δηαζέζηκε θαη αλαλεψζηκε. Τπάξρνπλ θαιέο πξννπηηθέο νηθνλνκηθήο κεηαηξνπήο ηεο βηνκάδαο ζε κηα πνηθηιία ελεξγεηαθψλ θνξέσλ (π.ρ. ζεξκφηεηα, ειεθηξηζκφο, κεζαλφιε, αηζαλφιε, πδξνγφλν). Παξνπζηάδνπλ πεξηβαιινληηθά νθέιε ζε ζχγθξηζε κε ηηο αιπζίδεο νξπθηψλ θαπζίκσλ. Όπσο, απνθπγή ηνπ θαηλνκέλνπ ηνπ ζεξκνθεπίνπ, πνπ πξνέξρεηαη απφ ην CO,πνπ παξάγεηαη απφ ηελ θαχζε νξπθηψλ 2 θαπζίκσλ, απνθπγή ηεο φμηλεο βξνρήο, απφ ηε ξχπαλζε κε SO πνπ παξάγεηαη κε ηελ θαχζε νξπθηψλ 2 θαπζίκσλ θαη κείσζε ηεο ελεξγεηαθήο εμάξηεζεο απφ ηελ εηζαγσγή θαπζίκσλ απφ ηξίηεο ρψξεο Κνηλσληθά νθέιε (ηδηαίηεξεο ζεκαζίαο γηα ηηο αλαπηπζζφκελεο ρψξεο) φπσο: κεησκέλεο εηζαγσγέο θαπζίκσλ, δηαθνξνπνίεζε ζηηο αγξνηηθέο δξαζηεξηφηεηεο, εληζρπκέλε αγξνηηθή εμέιημε θαη απαζρφιεζε θαη θίλεηξν γηα αλάθηεζε απνδαζσκέλσλ θαη ππνβηβαζκέλσλ εθηάζεσλ. Σα κεηνλεθηήκαηα απφ ηε ρξεζηκνπνίεζε ηεο βηνκάδαο είλαη ηα εμήο: Μεγάινο φγθνο θαη κεγάιε πεξηεθηηθφηεηα πγξαζίαο αλά κνλάδα παξαγφκελεο ελέξγεηαο. Γπζθνιία ζηε ζπιινγή, κεηαπνίεζε, κεηαθνξά θαη απνζήθεπζε, έλαληη ησλ νξπθηψλ θαπζίκσλ. Γαπαλεξφηεξεο εγθαηαζηάζεηο θαη εμνπιηζκφο αμηνπνίεζεο ηεο βηνκάδαο. Ζ κεγάιε δηαζπνξά ηεο θαη ε επνρηαθή παξαγσγή ηεο. Δμαηηίαο ησλ παξαπάλσλ κεηνλεθηεκάησλ πνιιέο θνξέο ην θφζηνο ηεο βηνκάδαο παξακέλεη, ζπγθξηηηθά κε ην πεηξέιαην πςειφ. Σν πξφβιεκα απηφ πάλησο κεηψλεηαη βαζκηαία, ιφγσ ηεο αλφδνπ ησλ ηηκψλ ηνπ πεηξειαίνπ θαη ησλ πεξηβαιινληηθψλ πξνβιεκάησλ πνπ πξνθαινχληαη απφ ηελ θαχζε ηνπ. 30

37 1.6.ΓΔΧΘΔΡΜΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Ζ γεσζεξκηθή ελέξγεηα πξνέξρεηαη απφ ην εζσηεξηθφ ηεο γεο είηε κέζσ εθαηζηεηαθψλ εθξνψλ είηε κέζσ ξεγκάησλ ηνπ ππεδάθνπο, πνπ αλαβιχδνπλ αηκνχο θαη ζεξκφ λεξφ. H ζεξκνθξαζία ησλ πεηξσκάησλ ηνπ εζσηεξηθνχ ηεο γεο απμάλεηαη κε ην βάζνο πεξίπνπ κε ζηαζεξφ ξπζκφ θαη νλνκάδεηαη γεσζεξκηθή βαζκίδα. Ζ θπζηνινγηθή ηηκή ηεο γεσζεξκηθήο βαζκίδαο είλαη πεξίπνπ 33 C/Km.ε κεξηθέο πεξηνρέο φκσο ε αχμεζε γίλεηαη κε πνιιαπιάζην ξπζκφ θαη ε γεσζεξκηθή απηή αλσκαιία απνηειεί ην γεσζεξκηθφ πεδίν, ην νπνίν θαη εθκεηαιιεπφκαζηε. Σν γεσζεξκηθφ ζχζηεκα απνηειείηαη απφ ηξία ζηνηρεία: ηελ εζηία ζεξκόηεηαο, κπνξεί λα είλαη είηε κηα πνιχ πςειήο (>600 C) ζεξκνθξαζίαο καγκαηηθή δηείζδπζε πνπ έρεη θηάζεη ζε ζρεηηθά κηθξά βάζε (5-10 km) ή, ζηα ρακειήο ζεξκνθξαζίαο ζπζηήκαηα, ε θαλνληθή ζεξκνθξαζία ησλ πεηξσκάησλ ηνπ εζσηεξηθνχ ηεο γεο πνπ απμάλεηαη κε ην βάζνο φπσο αλαθέξακε παξαπάλσ ηνλ ηακηεπηήξα, πνπ είλαη έλαο ζρεκαηηζκφο απφ ζεξκά πδαηνπεξαηά πεηξψκαηα, πνπ επηηξέπεη ηελ θπθινθνξία ησλ ξεπζηψλ κέζα ζε απηφλ θαη απφ ηνλ νπνίν ηα ξεπζηά αληινχλ ζεξκφηεηα. Πάλσ απφ ηνλ ηακηεπηήξα βξίζθεηαη ζπλήζσο έλα θάιπκκα αδηαπέξαησλ πεηξσκάησλ. Ο ηακηεπηήξαο πνιιέο θνξέο ζπλδέεηαη κε κηα επηθαλεηαθή πεξηνρή ηξνθνδνζίαο, δηακέζνπ ηεο νπνίαο επηθαλεηαθφ γεληθά λεξφ θαηεβαίλεη θαη αληηθαζηζηά κεξηθψο ή νιηθψο ηα ξεπζηά πνπ θεχγνπλ απφ ηνλ ηακηεπηήξα θαη εμέξρνληαη ζηελ επηθάλεηα κε ηε κνξθή ζεξκψλ πεγψλ ή αληινχληαη απφ γεσηξήζεηο θαη ην ξεπζηό, ην νπνίν ιεηηνπξγεί σο κέζν κεηαθνξάο ηεο ζεξκφηεηαο. πλήζσο είλαη λεξφ ην νπνίν, αλάινγα κε ηηο ζπλζήθεο πίεζεο θαη ζεξκνθξαζίαο πνπ επηθξαηνχλ ζηνλ ηακηεπηήξα, βξίζθεηαη ζε πγξή ή αέξηα θαηάζηαζε. πρλά ην ξεπζηφ είλαη εκπινπηηζκέλν ζε ρεκηθά ζηνηρεία θαη αέξηα, φπσο CO2, H2S, θιπ. Σα γεσζεξκηθά πεδία είλαη: Εεζηνχ λεξνχ: φπνπ ν ηακηεπηήξαο πεξηέρεη λεξφ ζεξκνθξαζίαο 60 C κε 100 C.(ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ζέξκαλζε ρψξσλ, γεσξγηθνχο θαη βηνκεραληθνχο ζθνπνχο) Τγξνχ αηκνχ: ν ηακηεπηήξαο πεξηέρεη λεξφ πςειήο πίεζεο θαη ζεξκνθξαζίαο κεγαιχηεξεο ησλ 100 C.Καηά ηελ έμνδν ζηελ αηκφζθαηξα έλα κέξνο ηνπ λεξφπ εμαηκίδεηαη θαη έρνπκε έλα κίγκα λεξνχ-αηκνχ.(ρξεζηκνπνηείηαη θπξίσο γηα ηελ παξαγσγή ηζρχνο) Ξεξνχ αηκνχ: θαηά ηελ έμνδν ζηελ αηκφζθαηξα δίλνπλ αηκφ μεξφ θεθνξεζκέλν ή ππεξζεξκν, κε ππεξζέξκαλζε 0 C κε 50 C θαη πίεζε άλσ ηεο αηκνζθαηξηθήο.(είλαη ην θαηαιιειφηεξν γηα ηελ παξαγσγή ηζρχνο). Δπίζεο, αλάινγα κε ηε ζεξκνθξαζία ησλ ξεπζηψλ πνπ αλέξρνληαη ζηελ επηθάλεηα, ε γεσζεξκηθή ελέξγεηα ραξαθηεξίδεηαη σο πςειήο ελζαιπίαο (γηα ζεξκνθξαζίεο πάλσ απφ 150 o C), κέζεο ελζαιπίαο (γηα 31

38 ζεξκνθξαζίεο o C), θαη ρακειήο ελζαιπίαο (γηα ζεξκνθξαζίεο κηθξφηεξεο απφ 100 o C). Ζ γεσζεξκηθή ελέξγεηα πςειήο ελζαιπίαο ρξεζηκνπνηείηαη γηα παξαγσγή ειεθηξηζκνχ ζ' φιν ηνλ θφζκν. Σρήκα Γεσζεξκηθό ζύζηεκα ηνλ ηνκέα παξαγσγήο ηζρχνο ε εθκεηάιιεπζε γίλεηαη είηε κε ηελ απεπζείαο εθηφλσζε ηνπ ξεπζηνχ ζε έλαλ αηκνζηξφβηιν κε απεπζείαο έμνδν ζην πεξηβάιινλ είηε κε απεπζείαο εθηφλσζε ζε ηνπξκπίλα ζηελ έμνδν ηεο νπνίαο ππάξρεη ςπγείν είηε κε έκκεζν ζχζηεκα κε ή ρσξίο ςπγείν, φπνπ ην ξεπζηφ δελ εθηνλψλεηαη απεπζείαο ζηελ ηνπξκπίλα αιιά παξεκβάιιεηαη θάπνην άιιν ξεπζηφ ζην νπνίν ν αθαηέξγαζηνο αηκφο ηνπ πεδίνπ δίλεη ηε ζεξκφηεηα δηακέζνπ ελφο ελαιιάθηε ζεξκφηεηαο. πλήζσο νη γεσζεξκηθνί ζηαζκνί ρξεζηκνπνηνχληαη σο ζηαζκνί θνξηίνπ βάζεο ιφγσ ηνπ κηθξνχ θφζηνπο παξαγσγήο αθνχ δελ ππάξρεη θφζηνο θαπζίκνπ θαη ε κεηαβνιή ξνήο είλαη δχζθνιε θαη αλεπηζχκεηε (ζπλήζσο εξγάδνληαη ζην 95% ηεο δπλαηφηεηαο ηνπο κε αλνηγνθιείζηκν ηεο ζηξαγγαιηζηηθήο βαιβίδαο ηεο θεληξηθήο παξνρήο).ζ νλνκαζηηθή δσή ησλ γεσζεξκηθψλ εγθαηαζηάζεσλ κπνξεί λα ζεσξεζεί φηη είλαη 25 ρξφληα, εθηφο ησλ εμαξηεκάησλ ησλ πεγαδηψλ πνπ είλαη 10 ρξφληα. 32

39 1.7.ΤΓΡΟΖΛΔΚΣΡΗΚΟΗ ΣΑΘΜΟΗ Ζ πδξνειεθηξηθή ελέξγεηα ζεσξείηαη αλαλεψζηκε ελεξγεηαθή πεγή θαη νξίδεηαη σο ε εθκεηάιιεπζε ηεο ξνήο ηνπ λεξνχ κε ηε βνήζεηα ελφο θξάγκαηνο, γηα ηελ παξαγσγή ειεθηξηζκνχ. Απηφ επηηπγράλεηαη κε ηελ κεηαηξνπή ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο ηνπ λεξνχ ζε ειεθηξηθή. πλήζσο ην λεξφ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ πεξηζηξνθή ελφο ζηξνβίινπ. Ο ζηξφβηινο πεξηζηξέθεη κηα γελλήηξηα θαη έηζη παξάγεηαη ειεθηξηζκφο. Πεξίπνπ 4-5% ηεο ζπλνιηθήο ελέξγεηαο πνπ παξέρεηαη ζηελ θνηλσλία καο πξνέξρεηαη απφ πδξνειεθηξηθνχο ζηαζκνχο. ην ζρήκα θαίλεηαη έλα ραξαθηεξηζηηθφ πδξνειεθηξηθφ θξάγκα ζε ιεηηνπξγία. Σρήκα Υδξνειεθηξηθό εξγνζηάζην Ζ θαηαζθεπή ελφο πδξνειεθηξηθνχ έξγνπ αξρίδεη απφ ηελ επηινγή ηεο θαηάιιειεο ζέζεο, ε νπνία είλαη ζπλάξηεζε πνιιψλ παξακέηξσλ φπσο πδξνινγηθέο, κνξθνινγηθέο, γεσινγηθέο, νηθνλνκηθέο θαη πεξηβαιινληηθέο παξάκεηξνη νη νπνίεο είλαη απαξαίηεην λα ιεθζνχλ ππφςε. Ζ κειέηε ηεο πδξνινγίαο ηεο πεξηνρήο πεξηιακβάλεη ηελ εθηίκεζε ηεο ειάρηζηεο πνζφηεηαο ξνήο ηνπ λεξνχ πνπ ζα πξέπεη λα δηαηεξείηαη θαζφιε ηελ δηάξθεηα ηνπ εηήζηνπ πδξνινγηθνχ θχθινπ ψζηε λα εμαζθαιίδεηαη ζπλερήο παξαγσγή ελέξγεηαο, παξάκεηξνο πνπ θαζνξίδεη ηνλ ηχπν θαη ην κέγεζνο ηνπ ζηαζµνχ. Αξρηθά θαηαγξάθεηαη ην πδξνδπλακηθφ ηεο επηιεγείζαο ιεθάλεο απνξξνήο. Οη κεηξήζεηο γίλνληαη επί ηφπνπ θαη δηαξθνχλ πνιιά ρξφληα ψζηε λα δηαπηζησζεί ην ελεξγεηαθφ ελδηαθέξνλ ηεο πεξηνρήο. Έλαο πιήξεο κεηεσξνινγηθφο θχθινο κειέηεο δηαξθεί 25 έηε θαη ραξαθηεξίδεηαη απφ ην έηνο κέγηζηεο πδξαπιηθφηεηαο (πγξφ) θαη ην έηνο ειάρηζηεο πδξαπιηθφηεηαο (μεξφ). Τπνινγίδνληαο ην έηνο κέζεο πδξαπιηθφηεηαο (κέζν έηνο) βξίζθνπκε ηη αληηπξνζσπεχεη ηελ πεξηνρή φιε ηελ 25εηία νπφηε κπνξνχκε λα ραξάμνπκε ηελ εηήζηα θακπχιε δηαξθείαο ηεο παξνρήο(q) αλά έηνο. 33

40 Σρήκα Σπλάξηεζε παξνρή ώξα Δπίζεο, ε δεκηνπξγία ελφο πδξνειεθηξηθνχ έξγνπ ζπλνδεχεηαη απφ ζπλήζσο απφ ηελ δεκηνπξγία κίαο ηερλεηήο ιίµλεο θαη ηελ ελ ζπλερεία ξχζκηζε ηεο ξνήο ζχκθσλα κε ηα πξνεγνχκελα δεδνκέλα. Δπηπιένλ, ζα πξέπεη λα ππάξρεη πξφβιεςε γηα ην κέγεζνο θαη ηελ ζπρλφηεηα πιεκπξψλ, ψζηε απηέο λα µελ έρνπλ επίπησζε ζηελ ζηαζεξφηεηα ηνπ θξάγκαηνο. Ζ πνηφηεηα ηνπ λεξνχ ηέινο ζα πξέπεη λα εμαζθαιίδεη απφ αθξαία θνξηία ηιχνο ζηνλ ηακηεπηήξα. Ζ ηνπνγξαθία ηεο πεξηνρήο πνπ πεξηβάιιεη ην ζχζηεµα πνηαµφο-παξαπφηαµνη ζα πξέπεη λα επηηξέπεη ηελ απνζήθεπζε ηεο ζπλνιηθήο µάδαο ηνπ λεξνχ θαη ζα πξέπεη λα έρεη ζρήµα "V" γηα µεγάιν χςνο ή ζρήµα "U" γηα µηθξφ χςνο. H γεσινγία ηεο πεξηνρήο ζα πξέπεη λα εμαζθαιίδεη απφ πξνβιήµαηα δηαξξνψλ, αζηάζεηαο ηεο πεξηκεηξηθήο δψλεο ηεο ηερλεηήο ιίµλεο θαη απφ επαγφκελε ζεηζκηθφηεηα. Όια απηά ζα πξέπεη λα ιακβάλνληαη ππφςε ζηελ θαηαζθεπή γηα ηπρφλ αζηνρία, ελψ ζνβαξά ζα πξέπεη λα κειεηάηαη ε πεξίπησζε ηεο επαγφκελεο ζεηζκηθφηεηαο απφ ηελ απνζήθεπζε ηεο µεγάιεο µάδαο ηνπ λεξνχ. Δπηπξνζζέησο ζα πξέπεη λα ππάξρεη δηαζέζηµνο ρψξνο γηα ηελ αλαγθαία ππνδνµή ηνπ έξγνπ ( θξάγµα, θηήξηα, αγσγνί, θιπ.), θαζψο θαη γηα ηελ πξφζβαζε θαη κεηαθνξά αλζξψπσλ, πιηθψλ θαη κεραλεκάησλ, θαη ηελ πξνζσξηλή εγθαηάζηαζε ηεο ππνδνµήο θαηαζθεπήο ηνπ έξγνπ. χκθσλα κε ηα ζηνηρεία απηά, θαζψο θαη κε ηελ κνξθνινγία ηεο θνηιάδαο ζα θαζνξηζηεί θαη ν ηχπνο ηνπ θξάγκαηνο πνπ ζα θαηαζθεπαζζεί. Ζ θαιή ιεηηνπξγία θαη ε βησζηκφηεηα ηνπ θξάγκαηνο εμαξηψληαη απφ ηελ γεσινγία ηεο πεξηνρήο. Σα ζηξψµαηα ζεκειηψζεσο πνηθίινπλ απφ βξάρν µέρξη βφηζαια, άµµν, πειψδε πιηθά, πνπ µπνξεί λα µελ είλαη νκνηνγελή. εµαληηθέο παξάκεηξνη είλαη ε ζηαηηθή θαη ε δπλαµηθή αληνρή ηεο πεξηνρήο ζεκειηψζεσο ηνπ θξάγκαηνο, ηα ραξαθηεξηζηηθά ζηαηηθήο θαη δπλαµηθήο παξακφξθσζεο ηνπ πιηθνχ ζεκειηψζεσο, θαη ην βάζνο ησλ επλντθψλ ζηξσµάησλ ζεκειηψζεσο. Ζ ηειηθή µνξθή ηνπ πδξνειεθηξηθνχ ζηαζµνχ θαη ηεο ηερλνινγίαο πνπ ζα επηιεγεί θαζνξίδεηαη απφ ηηο απαηηήζεηο ηζρχνο, φπσο εγθαηεζηεκέλε ηζρχο θαη ελεξγεηαθέο αλάγθεο (πξσηνγελείο, δεπηεξνγελείο, αηρµήο θαη απνζεµαηηθέο). ηελ πεξίπησζε πνπ µηά ζπγθεθξηκέλε πεξηνρή έρεη επηιεγεί ιφγσ θαηαιιειφηεηαο γηα ηελ εγθαηάζηαζε πδξνειεθηξηθνχ ζηαζµνχ. Σφηε ε δπλάκελε λα παξαρζεί ηζρχο θαζνξίδεηαη απφ ην πεξηβαιινληηθφ πιαίζην θαη ηηο πξνθχπηνπζεο, απφ µεραληθήο απφςεσο, ιχζεηο γηα ηελ ζπγθεθξηκέλε ηνπνζεζία. 34

41 1.7.1.TYΠΟΗ ΤΓΡΟΖΛΔΚΣΡΗΚΧΝ ΣΑΘΜΧΝ Γηαθξίλνληαη νη εμήο δχν θχξηεο θαηεγνξίεο ζηαζµψλ: α) ξνήο πνηαµνχ θαη β) απνζήθεπζεο. ηαζµνί Ρνήο Πνηαµνύ Απηνί νη ζηαζµνί ρξεζηκνπνηνχλ ιίγν, έσο θαζφινπ, απνζεθεπµέλν λεξφ γηα ηελ ξνή µέζα απφ ηνπο πδξνζηξνβίινπο. Ζ απνζήθεπζε ηνπ λεξνχ ζπλήζσο θπκαίλεηαη γηα ιεηηνπξγία µηάο εµέξαο, ή µηάο εβδνκάδαο θαη επεξεάδνληαη απφ ηηο αιιαγέο ηνπ θαηξνχ, ηδηαίηεξα νη επνρηαθέο κεηαβνιέο πξνθαινχλ ζεµαληηθέο δηαθπκάλζεηο ζηελ παξαγσγή ηζρχνο. Σέηνηνη ζηαζµνί θαηαζθεπάδνληαη ζε πεξηπηψζεηο πνπ ππάξρεη κεγάιε ξνή ζε πνηάµηα µε µηθξφ βάζνο, ζε πνηάµηα µε κεγάιν θνξηίν ηιχνο θαη ζε πεξηνρέο νη νπνίεο είλαη αθαηάιιειεο γηα αλέγεξζε θξαγκάησλ. ηαζµνί Απνζήθεπζεο Νεξνύ Οη ζηαζµνί απηνί δηαζέηνπλ µέζσ µηάο ιίµλεο, ζπλήζσο ηερλεηήο, ηθαλή απνζεθεπηηθή ρσξεηηθφηεηα ψζηε λα αληαπεμέξρνληαη ζηηο επνρηαθέο µεηαβνιέο ηεο ξνήο ηνπ λεξνχ θαη παξέρνπλ µηά ζηαζεξή παξνρή ειεθηξηζµνχ ζε φιε ηελ δηάξθεηα ηνπ έηνπο. Μεγάια θξάγµαηα έρνπλ ηελ δπλαηφηεηα λα απνζεθεχζνπλ λεξφ γηα ιεηηνπξγία αξθεηψλ εηψλ. ηαζµνί Απνζήθεπζεο Νεξνύ µε Άληιεζε ε αληίζεζε µε ηνπο ζπκβαηηθνχο πδξνειεθηξηθνχο ζηαζµνχο απνζήθεπζεο, νη ζηαζµνί απνζήθεπζεο µε άληιεζε επαλαρξεζηκνπνηνχλ ην λεξφ. Γηαζέηνπλ ζχζηεµα δχν ηακηεπηήξσλ θαη αθνχ ην λεξφ αθήζεη ηνλ πξψην ηακηεπηήξα (πςειά), δηέιζεη απφ ηνπο ζηξνβίινπο θαη παξάγεη ειεθηξηζµφ, ξέεη ζηνλ δεχηεξν ηακηεπηήξα (ραµειά). Καηά ηελ δηάξθεηα πεξηφδσλ πνπ δελ ππάξρεη απμεκέλε δήηεζε ειεθηξηζµνχ, µέξνο ηνπ λεξνχ αληιείηαη απφ ηνλ ηακηεπηήξα πνπ επξίζθεηαη ραµειά (µε αλαζηξνθή ηεο ιεηηνπξγίαο ησλ ζηξνβίισλ πνπ ιεηηνπξγνχλ σο αληιίεο) ζηνλ πςειφηεξν ηακηεπηήξα θαη µπνξεί ζπλεπψο λα επαλαιεθζεί ν θχθινο παξαγσγήο ειεθηξηζµνχ. Δίλαη πξνθαλέο φηη γηα ηελ άληιεζε απηή απαηηείηαη ειεθηξηθή ελέξγεηα, ηελ νπνία ιαµβάλεη απφ ην δίθηπν ην νπνίν ηξνθνδνηείηαη απφ ηνπο ζπκβαηηθνχο ζεξµηθνχο ζηαζµνχο. Σέηνηα έξγα ζεσξνχληαη σο απφ ηα πιένλ ηδαληθά γηα απνζήθεπζε θαη παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ΦΡΑΓΜΑ Σα πδξνειεθηξηθά θξάγκαηα δνπιεχνπλ κε βάζε νξηζκέλεο πνιχ απιέο αξρέο. Σν απνζηξαγγηζκέλν λεξφ κε θπζηθφ ηξφπν ζπγθξαηείηαη ζε κηα ηερλεηή ιίκλε. Καζψο ην λεξφ πέθηεη κέζα απφ έλα θξάγκα ζε απηήλ, ε δχλακε ηεο βαξχηεηαο ηνπ λεξνχ πξνθαιεί ηελ πεξηζηξνθή δηαθφξσλ εηδψλ ζηξνβίισλ. Δίλαη ζεκαληηθφ ην λεξφ λα πέθηεη απφ κία πξνθαζνξηζκέλε απφζηαζε. Απηή ε απφζηαζε, πνπ νλνκάδεηαη σθέιηκν χςνο, θαζνξίδεη ηε δπλαηφηεηα εθκεηαιιεχζεσο ηνπ θξάγκαηνο. 35

42 Σρήκα Φξάγκα Ζ πνζφηεηα ελέξγεηαο ηνπ λεξνχ πνπ πέθηεη εμαηηίαο βαξπηεηηθψλ δπλάκεσλ εμαξηάηαη απφ δχν παξάγνληεο. Πξψηνλ, φζν κεγαιχηεξε είλαη ε κάδα (πεξηζζφηεξν λεξφ), ηφζν κεγαιχηεξε είλαη ε πνζφηεηα ελέξγεηαο. Γεχηεξνλ, φζν γξεγνξφηεξα πέθηεη ην λεξφ (ηαρχηεηα), ηφζν πεξηζζφηεξε είλαη ε ελέξγεηα. Σα πδξνειεθηξηθά θξάγκαηα ζρεδηάδνληαη θαη θαηαζθεπάδνληαη έηζη, ψζηε λα εθκεηαιιεχνληαη ζην έπαθξνλ ηφζν ηε κάδα φζν θαη ηελ ηαρχηεηα ηνπ πδάηηλνπ φγθνπ. Όζν κεγαιχηεξν είλαη ην χςνο, ηφζν πεξηζζφηεξε είλαη ε δηαζέζηκε ελέξγεηα. Σν θξάγκα θαηαζθεπάδεηαη ζηελ θνίηε ηνπ πδαηνξεχκαηνο θαη ζε ζέζε πνπ εμαξηάηαη απφ πνιινχο παξάγνληεο, ηεο: ε γεσινγία ηεο πεξηνρήο, νη ηεο ηνπ, ε δηαζεζηκφηεηα πιηθψλ θαη κεραλεκάησλ, νη ηνπηθέο θιηκαηνινγηθέο ζπλζήθεο θαηά ηελ θαηαζθεπή θαη ιεηηνπξγία ηνπ έξγνπ, ε αηζζεηηθή εµθάληζε, ην θφζηνο θαηαζθεπήο. Ο ηχπνο ηνπ θξάγκαηνο πνπ ζα θαηαζθεπαζζεί θαζνξίδεηαη θπξίσο απφ ηελ θπζηθή δηακφξθσζε ηεο ζέζεο θαη ηε δηαζεζηκφηεηα ησλ πιηθψλ. Έρνπκε ηεο αθφινπζνπο ηχπνπο θξαγκάησλ πνπ παξνπζηάδνληαη θαη ζην ζρήκα: Σα ρσκάηηλα θξάγκαηα, φπνπ ρξεζηκνπνηείηαη ρψκα ή βξάρνη. Δίλαη ηα απινχζηεξα θαη ηα θζελφηεξα.(α) Σα θξάγκαηα απφ ζθπξφδεκα είλαη κεγάια θαη αθξηβά. πλήζσο θαηαζθεπάδνληαη ζε πιαηηέο θνηιάδεο.(β) Σα ηνμνεηδή θξάγκαηα έρνπλ ιεπηφ ηνίρσκα θαη είλαη θπξηά ηεο ηελ πιεπξά ηεο ιίκλεο. Γπλάκεηο απφ απνζεθεπκέλν λεξφ αζθνχληαη ζην ηνίρσκα θαη ζηνλ ππζκέλα ηεο δεμακελήο ηνπ θξάγκαηνο.(γ) Σρήκα Δίδε θξαγκάησλ 36

43 Οη δπλάκεηο πνπ ελεξγνχλ ζε έλα θξάγκα θαη πξέπεη λα ιεθζνχλ ππφςε γηα ηελ πξφιεςε ηπρφλ αζηνρίαο θαη εμαζθάιηζεο ηεο ζηαζεξφηεηαο ηνπ έξγνπ είλαη: α)τδξνζηαηηθέο β)κξνπζηηθέο απφ ηνλ θπκαηηζκφ γ)εηζκηθέο θαη ηέινο, δ)απφ ηνλ ζρεκαηηζκφ παγνπ ΣΑΜΗΔΤΣΖΡΑ Απνηέιεζκα ηεο θαηαζθεπήο ηνπ θξάγκαηνο είλαη ν ζρεκαηηζκφο ηνπ ηακηεπηήξα, δειαδή κηαο ηερλεηήο ιίκλεο ε νπνία, κε ηνλ φγθν λεξνχ πνπ απνηακηεχεη, ηξνθνδνηεί ηνπο πδξνζηξφβηινπο. Ζ ρσξεηηθφηεηα απνζήθεπζεο ελφο ηαµηεπηήξα είλαη ε πιένλ ζεµαληηθή παξάµεηξνο ησλ θπζηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ ηνπ. Κχξην ραξαθηεξηζηηθφ ελφο ηακηεπηήξα απνηειεί ε θακπχιε ζηάζκεο ρσξεηηθφηεηαο. Ζ κέγηζηε ζηάζκε θαζνξίδεηαη απφ ηε ζηάζκε ηνπ εθρεηιηζηή ηνπ θξάγκαηνο. ε θάζε ηακηεπηήξα θαζνξίδεηαη θαη κία ειάρηζηε ζηάζκε ιεηηνπξγίαο ε νπνία ζρεηίδεηαη κε ηηο ζπλζήθεο ηεο πδξνιεςίαο θαη ηε κε εηζρψξεζε αέξα ή θεξηψλ πιηθψλ ζηνλ αγσγφ πξνζαγσγήο. Ζ ρσξεηηθφηεηα πνπ αληηζηνηρεί κεηαμχ κέγηζηεο θαη ειάρηζηεο ζηάζκεο ιεηηνπξγίαο νλνκάδεηαη σθέιηκε ρσξεηηθφηεηα ηνπ ηακηεπηήξα. Ο φγθνο ηνπ λεξνχ πνπ αληηζηνηρεί ζηελ ειάρηζηε ζηάζκε ιεηηνπξγίαο ραξαθηεξίδεηαη σο λεθξφο φγθνο. Σρήκα Σρεκαηηθή παξάζηαζε σθέιηκνπ ύςνπο θαη απσιεηώλ ηνπ ζπζηήκαηνο Αλάινγα κε ηνλ ηξφπν ιεηηνπξγίαο ηνπ ζηαζκνχ παξαγσγήο θαη ηεο σθέιηκεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ ηακηεπηήξα έρνπκε ιίκλεο εκεξήζηαο, εβδνκαδηαίαο, κεληαίαο, εηήζηαο ή ππεξεηήζηαο ξπζκηζηηθήο ηθαλφηεηαο. Έλαο ηακηεπηήξαο εηήζηαο ξχζκηζεο ραξαθηεξίδεηαη απφ κεγάιε ρσξεηηθφηεηα θαη κεγάιν εχξνο δηαθχκαλζεο ζηάζκεο. Υξεζηκνπνηείηαη ζε κεγάιν βαζκφ γηα αλάζρεζε πιεκκπξψλ θαηάληε θαη γηα ξχζκηζε ησλ θπζηθψλ παξνρψλ. Αληίζεηα, έλαο εβδνκαδηαίνο ηακηεπηήξαο έρεη κηθξή ρσξεηηθφηεηα θαη κηθξφ εχξνο δηαθχκαλζεο ζηάζκεο. Σέινο, νη ηακηεπηήξεο εκεξήζηαο ξχζκηζεο ή αλαξξπζκηζηέο έρνπλ δπλαηφηεηα απνζήθεπζεο λεξνχ κέρξη 24 ψξεο θαη ηθαλνπνηνχλ θαη άιιεο αλάγθεο φπσο άξδεπζεο, χδξεπζεο θαη νηθνινγηθψλ παξνρψλ. Γεληθφηεξα φκσο ν πξνζδηνξηζµφο ηεο ρσξεηηθφηεηαο θαη ηνπ ζρεδηαζµνχ ηνπ ηακηεπηήξα ζπλήζσο εμαξηάηαη θαη απφ µε-ελεξγεηαθέο θαηαλαιψζεηο, φπσο: αλάγθεο 37

44 άξδεπζεο, έιεγρν πιεκπξψλ, βηνµεραληθέο θαη αζηηθέο ρξήζεηο, απαηηήζεηο αλαςπρήο, δηαηήξεζε αιηεπκάησλ θαη άγξηαο παλίδαο ΚΣΗΡΗΑ ΤΓΡΟΖΛΔΚΣΡΗΚΧΝ ΣΑΘΜΧΝ Σν θηηξηαθφ ζπγθξφηεµα ελφο πδξνειεθηξηθνχ ζηαζµνχ µπνξεί λα είλαη ελζσκαησκέλν µέζα ζην θξάγµα, ή λα επξίζθεηαη µαθξάλ απηνχ, φηαλ ππάξρεη ε δπλαηφηεηα πξφζζεηνπ πδξαπιηθνχ χςνπο. Δλίνηε είλαη ππφγεην ( αλεγείξεηαη µέζα ζε ζπήιαην), φηαλ δελ ππάξρεη δηαζέζηµνο ρψξνο ή γηα ηελ απνθπγή πεξηβαιινληηθψλ πηέζεσλ. Σν ζπγθξφηεµα πεξηιακβάλεη ηνλ ζηαζκφ παξαγσγήο, ζηνλ νπνίν γίλεηαη ε κεηαηξνπή ηεο ελέξγεηαο ηνπ λεξνχ ζε ειεθηξηθή. Σα θχξηα κέξε ηνπ ζηαζκνχ είλαη: α) νη πδξνζηξφβηινη φπνπ ε δπλακηθή ελέξγεηα ηνπ λεξνχ κεηαηξέπεηαη ζε θηλεηηθή, δειαδή ζε θηλεηήξηα ξνπή ζηελ πεξηζηξεθφκελε άηξαθην ηνπ πδξνζηξφβηινπ, β) νη ήιεθηξν-γελλήηξηεο, νη νπνίεο είλαη απεπζείαο ζπλδεδεκέλεο ζηελ άηξαθην θάζε πδξνζηξνβίινπ θαη κεηαηξέπνπλ ηελ θηλεηηθή ελέξγεηα ζε ειεθηξηθή θαη γ) νη κεηαζρεκαηηζηέο, ζθνπφο ηεο ιεηηνπξγίαο ησλ νπνίσλ είλαη ε αλχςσζε ηεο ηάζεο ηνπ παξαγφκελνπ ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο ζηελ πςειή ηάζε ηνπ δηαζπλδεδεκέλνπ δηθηχνπ ψζηε λα ειαηηψλνληαη νη απψιεηεο απφ ηε κεηαθνξά ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Δπίζεο πεξηιακβάλεη ην ζχζηεµα ζηξνβίινπ-γελλήηξηαο θαη ζπζηήκαηνο ςχμεσο, ην ειεθηξηθφ ππνζχζηεκα µε ηνπο δηαθφπηεο θαη ηα ζπζηήµαηα ειέγρνπ, βνεζεηηθά ζπζηήµαηα θαη µεραλήκαηα φπσο, γεξαλνχο, µκεραληθά ζπζηήµαηα θαη ζπζηήµαηα ζέξκαλζεο θαη ςχμεο. Καζψο θαη ηνλ ππνζηαζκφ δεχμεο, πνπ ζπλδέεη ηνλ ζηαζκφ παξαγσγήο κε ηνπο ππνζηαζκνχο ππεξπςειήο ηάζεο. Ζ ελέξγεηα πνπ παξάγεηαη ζεσξεηηθά ζηνπο ζηαζκνχο ηζνχηαη κε ηελ αθφινπζε εμίζσζε: Energy Weight Volume Energy Power x x QH m s H m Time Volume Time Weight ( / ) ( ) P kw Q m s H m 3 ( ) 9.81 ( / ) N ( ) Σν ζχζηεκά καο φκσο δελ είλαη ηδαληθφ θαη πξέπεη λα ιάβνπκε ππφςηλ καο ηηο απψιεηεο ζηα δηάθνξα ηκήκαηα ηνπ έξγνπ. Λακβάλνληαο ππφςηλ ηελ απφδνζε ησλ γελλεηξηψλ ν ηχπνο κεηαηξέπεηαη: P kw eq m s H m 3 ( ) 9.81 ( / ) N ( ) Όπνπ e ν βαζκφο απφδνζεο ηεο γελλήηξηαο.. Σνλ κεγαιχηεξν ξφιν φκσο ηνλ έρεη ε ελέξγεηα πνπ ράλεηαη ζηηο ζσιελψζεηο. Όζν απμάλεηαη ε δηάκεηξνο ησλ ζσιελψζεσλ ηφζν κεηψλνληαη νη απψιεηεο. Όκσο, φζν πην κεγάιεο είλαη νη ζσιελψζεηο ηφζν πην κεγάιν είλαη θαη ην θφζηνο.γηα θάπνηα ζπγθεθξηκέλε δηάκεηξν ε ελέξγεηα πνπ ράλεηαη δηακέζνπ ησλ ζσιήλσλ είλαη: 2 H kq φπνπ k απζαίξεηε ζηαζεξά 38

45 Ζ ελέξγεηα πνπ κεηαθέξεηαη ηζνχηαη κε ην σθέιηκν χςνο επί ηελ παξνρή πνιιαπιαζηαζκέλα κε έλαλ αλαινγηθφ ζπληειεζηή c πνπ εμαξηάηαη απφ ηηο κνλάδεο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηελ εγθαηάζηαζε, νπφηε: P ch Q c H H c H kq Q 2 N ( G ) ( G ) Γ ηα λα βξνχκε ηελ κέγηζηε ελέξγεηα παξαγσγίδνπκε ηελ ζρέζε καο σο πξνο ηελ παξνρή θαη ηελ dp κεδελίδνπκε: dq 2 0 G 3 G 3 H kq H H Οπφηε θαηαιήγνπκε ζην ζπκπέξαζκα φηη έρνπκε κέγηζηε κεηαθνξάο ελέξγεηαο φηαλ νη απψιεηεο απφ ηνπο ζσιήλεο είλαη ην 1/3 ηνπ ζπλνιηθνχ χςνπο(κεηθηνχ) H 1 H 3 G ΤΓΡΟΣΡΟΒΗΛΟΗ Γηα ηελ κεηαηξνπή ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο ηνπ λεξνχ ζε ειεθηξηθή ρξεζηκνπνηνχληαη νη πδξνζηξφβηινη πνπ δηαθξίλνληαη ζε δχν θαηεγνξίεο: α)δξάζεο(ή Pelton) θαη β)αληίδξαζεο(francis ή Kaplan). Τδξνζηξόβηινη δξάζεο: ην λεξφ νδεγείηαη ζε ζηαζεξά πηεξχγηα ή αθξνθχζηα φπνπ κεηαηξέπεηαη φιε ε ελέξγεηα ηνπ ζε θηλεηηθή. ηε ζπλέρεηα ην λεξφ ρηππά πάλσ ζηα θηλεηά πηεξχγηα πνπ είλαη ηνπνζεηεκέλα ζηελ πεξηθέξεηα ελφο ηξνρνχ ν νπνίνο έηζη πεξηζηξέθεηαη. Οη πδξνζηξφβηινη ηχπνπ Pelton ρξεζηκνπνηνχληαη φηαλ ππάξρεη κεγάιν χςνο πηψζεο (30 έσο 1000 κέηξα) θαη κηθξή παξνρή λεξνχ. Ο βαζκφο απφδνζεο θπκαίλεηαη απφ 80%-90% γηα κηθξέο θαη κεγάιεο ηζρχο αληίζηνηρα. Σρήκα Pelton πδξνζηξόβηινο (εθαπηνκεληθήο ξνήο δξάζεο) 39

46 Τδξνζηξόβηινη αληίδξαζεο: κφλν έλα κέξνο ηεο δπλακηθήο ελέξγεηαο ηνπ λεξνχ κεηαηξέπεηαη ζε θηλεηηθή ελψ ην ππφινηπν παξακέλεη κε κνξθή δπλακηθήο ελέξγεηαο ή πίεζεο. Γηα ηνλ ιφγν απηφ νη πδξνζηξφβηινη αληίδξαζεο κπνξνχλ λα εξγάδνληαη αθφκε θ φηαλ ην λεξφ ξέεη ειεχζεξα, αιιά θαη φηαλ θαηεπζχλεηαη ζε δεμακελή πνπ βξίζθεηαη ζε κεγαιχηεξν χςνο απφ ηνλ πδξνζηξφβηιν. Οη πδξνζηξφβηινη αληίδξαζεο ρσξίδνληαη ζηνπο ειηθνθφξνπο(kaplan) θαη ζηνπο κε ειηθνθφξνπο(francis). πλήζσο θαηαζθεπάδνληαη κε θαηαθφξπθν άμνλα ζε αληίζεζε κε ηνπο δξάζεο πνπ θαηαζθεπάδνληαη κε νξηδφληην άμνλα. Ο θαηαθφξπθνο άμνλαο παξνπζηάδεη νξηζκέλα πιενλεθηήκαηα φπσο: Μηθξφηεξν ρψξν εγθαηάζηαζεο ζην κεραλνζηάζην θαη νη ζηξφβηινη κε θαηαθφξπθν άμνλα δελ έρνπλ έδξαλα θχιηζεο, νπφηε έρνπλ κεγαιχηεξε δπλαηφηεηα ξχζκηζεο ζηξνθψλ. Οη πδξνζηξφβηινη Francis ρξεζηκνπνηνχληαη ζε πδαηνπηψζεηο κέζνπ χςνπο ( κέηξα) θαη κέζεο παξνρήο λεξνχ. Σρήκα Υδξνζηξόβηινη Francis Οη πδξνζηξφβηινη Kaplan ρξεζηκνπνηνχληαη ζε πδαηηπηψζεηο κηθξνχ χςνπο (εψο 30 κέηξα) θαη κεγάιεο παξνρήο λεξνχ. Σρήκα Υδξνζηξόβηινη Kaplan ΚΑΠΔ Αθνινπζνχλ νη θακπχιεο ησλ πεξηνρψλ ιεηηνπξγίαο ησλ πδξνζηξνβίισλ φπνπ έρνπκε ηελ κέγηζηε απφδνζε ζπλαξηήζεη ηνπ χςνπο θαη ηεο παξνρήο. 40

47 Σρήκα Μέγηζηε απόδνζε δηάθνξσλ ηύπσλ πδξνζηξνβίισλ Σρήκα Πεξηνρέο ιεηηνπξγίαο δηάθνξσλ ηύπσλ πδξνζηξνβίισλ ΠΡΟΘΔΣΑ ΔΡΓΑ Ο ηππηθφο πδξνειεθηξηθφο ζηαζκφο απνηειείηαη επίζεο θαη απφ ηα εμήο ζπλνδεπηηθά έξγα: Τπεξρεηιηζηήο: Ο ππεξρεηιηζηήο είλαη έλα έξγν απαξαίηεην γηα ηελ αζθάιεηα ηνπ θξάγκαηνο θαη εμαζθαιίδεη ηελ εθθφξηηζε ηνπ πιεκκπξηθνχ λεξνχ ζε πεξίπησζε μαθληθήο πιεκκχξαο. Τδξνιεςία: Με ηνλ φξν πδξνιεςία ελλνείηαη ε είζνδνο ηνπ λεξνχ ζηε ζήξαγγα πξνζαγσγήο. ηελ είζνδν ηεο πδξνιεςίαο βξίζθεηαη ην ζχζηεκα ηεο ζράξαο, ην νπνίν ζπγθξαηεί ηηο θεξηέο χιεο θαη άιια ζηεξεά 41

48 ζψκαηα πνπ ζα κπνξνχζαλ λα εηζέιζνπλ ζηε ζήξαγγα πξνζαγσγήο θαη ζηε ζπλέρεηα λα θηάζνπλ ζην ζηξφβηιν πξνμελψληαο ζνβαξέο δεκηέο. πλήζσο ζηελ πδξνιεςία είλαη εγθαηεζηεκέλνο έλαο θαζαξηζηήο ν νπνίνο απαιιάζεη πεξηνδηθψο ην ζχζηεκα ηεο ζράξαο απφ ηηο ζπζζσξεπκέλεο χιεο. Θύξα Τδξνιεςίαο: βξίζθεηαη ζε θάπνηα απφζηαζε απφ ηελ είζνδν ηεο ζήξαγγαο θαη ρξεζηκεχεη ζην λα ηελ απνκνλψλεη απφ ηε ιίκλε γηα ιφγνπο πξνζηαζίαο θαη γηα επηζεσξήζεηο. ήξαγγα Πξνζαγσγήο: Ζ ζήξαγγα πξνζαγσγήο (θπθιηθήο ή πεηαινεηδνχο δηαηνκήο) πξνζάγεη ην λεξφ ππφ πίεζε, απφ ηελ πδξνιεςία κέρξη ηνλ πχξγν εθηφλσζεο. Πύξγνο Δθηόλσζεο: Όηαλ απαηηείηαη, ν πχξγνο εθηφλσζεο, ή ηζνξξνπίαο, απνζβέλεη ηηο πδξαπιηθέο ηαιαληψζεηο πνπ είλαη δπλαηφ λα δεκηνπξγεζνχλ ζηνπο ζηξνβίινπο. Έηζη, ην πδξαπιηθφ πιήγκα εθηνλψλεηαη ζηνλ πχξγν θαη δελ πξνθαινχληαη ππεξπηέζεηο ζηε ζήξαγγα. Αγσγόο Πηώζεο(θαηαζιηπηηθόο ζσιήλαο): Οδεγεί ην λεξφ απφ ηνλ ηακηεπηήξα ζηνλ ζηαζκφ παξαγσγήο. Γηθιείδα Αζθαιείαο (πεηαινύδα): Μεηά ηνλ πχξγν εθηφλσζεο ηνπνζεηείηαη ε δηθιείδα αζθαιείαο πεηαινχδα, γηα ηελ πξνζηαζία θαη επηζεψξεζε ηνπ αγσγνχ πηψζεο. Δθθελσηήο Ππζκέλα: Πξφθεηηαη γηα κηα ζήξαγγα ε νπνία θαηαζθεπάδεηαη κε ζθνπφ ηελ ηαρεία εθθέλσζε ελφο ηακηεπηήξα ζε πεξίπησζε ζνβαξήο αζηνρίαο ηνπ θξάγκαηνο ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ Έλαο πδξνειεθηξηθφο ζηαζκφο (ΤΖ) παξνπζηάδεη νξηζκέλα πιενλεθηήκαηα. Έλα απφ ηα ζεκαληηθφηεξα είλαη ε θαζαξηφηεηα θαη ε έιιεηςε θάζε είδνπο ξχπαλζεο θαη κφιπλζεο ηνπ πεξηβάιινληνο θαζψο ηα πδξνειεθηξηθά έξγα δελ έρνπλ απφβιεηα ή θαηάινηπα. Σα θχξηα πιενλεθηήκαηα πνπ έρνπλ νη πδξνειεθηξηθνί ζηαζκνί είλαη ηα αθφινπζα: νη πδαηνπηψζεηο είλαη αλαλεψζηκε πεγή ελέξγεηαο θαη δελ ππάξρεη νξαηφο θίλδπλνο εμαληιήζεσο ηνπο. ε θαηαζθεπή ελφο πδξνειεθηξηθνχ έξγνπ ζπλδπάδεηαη ζπρλά θαη κε άιιεο δηεπζεηήζεηο φπσο άξδεπζε, χδξεπζε, ξχζκηζε πιεκκχξαο, αιιηεία, αλαςπρή, θιπ. έλαο πδξνειεθηξηθφο ζηαζκφο έρεη κεδεληθφ θφζηνο θαπζίκνπ θαη απαηηεί κηθξή απαζρφιεζε πξνζσπηθνχ θαη κηθξφηεξε ζπληήξεζε. Δπηπιένλ, ην θφζηνο ηεο παξαγφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο δελ παξνπζηάδεη κεγάιεο δηαθπκάλζεηο θαη αληηζηνηρεί νπζηαζηηθά ζηηο απνζβέζεηο ηνπ έξγνπ. νη πδξνζηξφβηινη είλαη ζηηβαξέο θαη αμηφπηζηεο κεραλέο πνπ απαηηνχλ κηθξή ζπληήξεζε θαη επίβιεςε. γηα ηηο αλάγθεο θαηαζθεπήο ελφο πδξνειεθηξηθνχ έξγνπ θαηαζθεπάδνληαη έξγα ππνδνκήο (δξφκνη, γέθπξεο) ηα νπνία βνεζνχλ ζηελ αμηνπνίεζε απνκαθξπζκέλσλ πεξηνρψλ. ε δηάξθεηα δσήο ησλ πδξνειεθηξηθψλ έξγσλ είλαη κεγάιε θαη κπνξεί λα γίλεη αθφκε κεγαιχηεξε κε θαηάιιειε αλαλέσζε ηνπ ειεθηξνκεραλνινγηθνχ εμνπιηζκνχ. νη πδξνειεθηξηθνί ζηαζκνί έρνπλ ηε δπλαηφηεηα πνιχ γξήγνξεο παξαιαβήο θαη απφξξηςεο θνξηίνπ έηζη ψζηε λα γίλεηαη δπλαηή ε παξαθνινχζεζε ηεο κεηαβνιήο ηεο δήηεζεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο 42

49 θαη ε θάιπςε ησλ αηρκψλ ηνπ δηαζπλδεδεκέλνπ δηθηχνπ. Σνλ ξφιν απηφ αλαιακβάλνπλ ηα κεγάιεο ηζρχνο πδξνειεθηξηθά έξγα απνζήθεπζεο, δειαδή απηά ησλ νπνίσλ ην θξάγκα δεκηνπξγεί δεμακελή (ηακηεπηήξα) κεγάιεο ρσξεηηθφηεηαο. Ζ δπλαηφηεηα θάιπςεο ησλ αηρκψλ ηζρχνο ηνπ ζηζηήκαηνο είλαη πνιχ ζεκαληηθή απφ ηερληθήο θαη νηθνλνκηθήο άπνςεο θαζψο ε αμία ηεο ΚWh αηρκήο είλαη πνιιαπιάζηα ηεο KWh βάζεσο. απηφ αθξηβψο ην πιενλέθηεκα ησλ πδξνειεθηξηθψλ ζηαζκψλ βαζίδεηαη ε θαηαζθεπή αλαζηξέςηκσλ κνλάδσλ νη νπνίεο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο ρακειήο δήηεζεο (λχρηα) ιεηηνπξγνχλ αληιψληαο λεξφ απφ ηνλ θάησ ηακηεπηήξα πξνο ησλ άλσ, δειαδή απνηακηεχνληαο ελέξγεηα ηελ νπνία ζα απνδψζνπλ θαηά ηηο ψξεο αηρκήο. Σα πδξνειεθηξηθά έξγα παξνπζηάδνπλ θαη θάπνηα ζνβαξά κεηνλεθηήκαηα: έρνπλ κεγάιε δηάξθεηα θαηαζθεπήο (ηεο ηάμεσο ησλ 5-10 εηψλ γηα κεγάιν πδξνειεθηξηθφ έξγν θαη 1-2 ρξφληα γηα κηθξφ) ελψ επίζεο κεγάιε είλαη θαη ε δηάξθεηα ζπιινγήο θαη επεμεξγαζίαο πδξνινγηθψλ θαη γεσινγηθψλ ζηνηρείσλ ηα νπνία πξέπεη λα είλαη ηφζν πην πιήξε θαη αμηφπηζηα φζν κεγαιχηεξν είλαη ην έξγν. ε εηήζηα παξαγσγή ελέξγεηαο πθίζηαηαη δηαθπκάλζεηο πνπ ζρεηίδνληαη κε ηελ πνζφηεηα βξνρνπηψζεσλ θαη ρηνλνπηψζεσλ. νη δαπάλεο ελφο πδξνειεθηξηθνχ έξγνπ είλαη κεγάιεο ιφγσ ησλ κεγάισλ δνκηθψλ έξγσλ πνπ απαηηεί ε δηακφξθσζε νιφθιεξεο ηεο πδξαπιηθήο εγθαηάζηαζεο θαη γη απηφ απαηηνχλ ηε δηάζεζε πνιχ κεγάισλ θεθαιαίσλ. ε θαηαζθεπή ελφο πδξνειεθηξηθνχ έξγνπ πξνυπνζέηεη ηελ χπαξμε θαηάιιεισλ πδαηνπηψζεσλ θαη κεγάισλ παξνρψλ. Γηα ηνλ ιφγν απηφ ε ζέζε ηνπο είλαη πνιιέο θνξέο πνιχ καθξπά απφ ηελ θαηαλάισζε κε απνηέιεζκα λα επηβαξχλεηαη ζεκαληηθά ην θφζηνο θαηαζθεπήο ηνπο απφ ην θφζηνο ησλ έξγσλ κεηαθνξάο ηεο παξαγφκελεο ελέξγεηαο ΠΔΡΗΒΑΛΛΟΝΣΗΚΔ ΔΠΗΠΣΧΔΗ Έλαο πδξνειεθηξηθφο ζηαζµφο δελ εθπέκπεη αέξηνπο ξχπνπο ή άιια αέξηα, αιιά ε θαηαζθεπή θαη ιεηηνπξγία ηνπ έρνπλ ζνβαξέο επηπηψζεηο ζε αλζξψπνπο, δψα, θπηά θαη νιφθιεξα νηθνζπζηήκαηα. αλ ζπλέπεηα, νη πεξηβαιινληηθέο εθηηµήζεηο ζα πξέπεη λα θαιχπηνπλ έλα επξχηεξν πεδίν ηφζν πεξηβαιινληηθψλ πηέζεσλ φζν θαη θνηλσληθψλ επηπηψζεσλ. Απηέο νη επηπηψζεηο αθνξνχλ ηελ πδξνινγία θαη ιηµλνινγία ηεο πεξηνρήο, ηελ πνηφηεηα ηνπ λεξνχ, ηελ δηαρείξηζε ηεο ιεθάλεο ζπιινγήο ησλ λεξψλ, ηηο πηζαλέο ζεηζµηθέο επηπηψζεηο, ηα δψα θαη ηα αιηεχµαηα, θαη βέβαηα ηηο επηπηψζεηο απφ ηελ ίδηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ έξγνπ. Γηα ηελ δέζκεπζε ηνπ πδξνειεθηξηθνχ δπλαµηθνχ απαηηείηαη, φπσο αλαθέξζεθε, µηά ηξνπνπνίεζε ηεο ξνήο ηνπ λεξνχ θαη, ηηο πεξηζζφηεξεο θνξέο, ε θαηαζθεπή ελφο θξάγκαηνο. Απηφ έρεη ζαλ απνηέιεζµα ηελ δεκηνπξγία ή µκεηαβνιή, ιηµλψλ, πνηαµψλ, ρεηκάξξσλ, ή παιηξξνηαθψλ ξεπµάησλ. Μπνξεί αθφµα λα απαηηεζεί λα αλνηρζνχλ ηνχλει, γηα λα εθηξαπεί ε ξνή πξνο θάπνηα ιίµλε ή θαηεπζείαλ πξνο ηελ πδξνειεθηξηθή εγθαηάζηαζε. Ζ θπζηθή ξνή ηνπ λεξνχ αιιάδεη ζεµαληηθά θαη νη πεξίνδνη πιεκπξψλ 43

50 µκεηψλνληαη. Αληίζεηα, πεξίνδνη ραµειήο ξνήο ησλ λεξψλ ίζσο επεθηαζνχλ ζεµαληηθά κε απνηέιεζκα λα επεξεάδνπλ ηηο θαιιηέξγεηεο, ηελ θπηηθή δσή, θαη ην αλζξψπηλν πεξηβάιινλ. Αλ δελ ιεθζεί µέξηµλα, ε δηάβξσζε µκεηαβάιιεη ηνπο πδάηηλνπο δξφµνπο, απνγπκλψλνληαο ηηο φρζεο ησλ πνηαµψλ ή/θαη δηαηαξάζζνληαο ηελ θνίηε, µε αιιαγή ηνπ ραξαθηήξα ηνπο θαη ππάξρεη πηζαλφηεηα λα επέιζεη δηαζηξσκάησζε ηνπ λεξνχ. Ζ δηαζηξσκάησζε είλαη έλα δπλαµηθφ θαηλφκελν ζην νπνίν αληηηίζεληαη ε ζέξκαλζε ηεο επηθάλεηαο ηνπ λεξνχ απφ ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία (πνπ απμάλεη ηηο αλσζηηθέο θηλήζεηο θαη θαζπζηεξεί ηελ αλάµημε) θαη ε θαηαθφξπθε αλάµημε ιφγσ αλέµσλ θαη θπµαηηζµψλ. Δπίζεο, παξνπζηάδνληαη πξνβιήκαηα επηξνθηζκνχ. Δπηξνθηζκφο είλαη ε δηαδηθαζία ζπζζψξεπζεο ησλ ζξεπηηθψλ νπζηψλ θαη νη ζπλεπαθφινπζεο µκεηαβνιέο ζηελ ηξνθηθή θαηάζηαζε θαη ζηελ βηνινγηθή παξαγσγηθφηεηα ηνπ ηακηεπηήξα. Γηαθξίλνληαη ηξείο θαηεγνξίεο: νιηγνηξνθηθφο, µεζνηξνθηθφο θαη επηξνθηθφο. Ζ δηάζεζε ηεο γεο γηα ηηο εξγαζίεο θαηαζθεπήο είλαη αλαπφθεπθηε, γηα ηελ κείσζε ησλ επηπηψζεσλ ζπλεπψο ζα πξέπεη λα ιεθζεί πξφλνηα ψζηε λα επηιέγεηαη ε πιένλ θαηάιιειε ηνπνζεζία θαη λα ειαρηζηνπνηείηαη ε ζπλνιηθή έθηαζε πνπ πξνζβάιιεηαη, ελψ ηδηαίηεξε µέξηµλα ζα πξέπεη λα δίλεηαη ζηνλ πεξηνξηζµφ ησλ αξλεηηθψλ επηπηψζεσλ απφ πιεπξάο αηζζεηηθήο. Όπσο: ρσκαηνπξγηθέο εξγαζίεο, πξνζηαζία ηνπ ρψµαηνο, δηάζεζε απνβιήησλ, απνζήθεπζε θαπζίµσλ, ζφξπβνο θαη εθπνκπέο ζθφλεο, μχιεπζε δέλδξσλ θ.ά., ε πδξνινγηθή ηζνξξνπία, θαη ν ηξφπνο απνζηξάγγηζεο, πνπ νδεγνχλ ζε: δηαηάξαμε ησλ θαλαιηψλ εθξνήο, ηεο ηξνθνδνζίαο λεξνχ γηα δψα, ςάξηα θαη αλζξψπνπο, µηά αχμεζε ησλ θνξηίσλ ηδήκαηνο απφ δηάβξσζε ηνπ εδάθνπο θαη επηβιαβείο θαηαζηάζεηο απφ πηζαλέο δηαξξνέο ιαδηψλ θαη θαπζίµσλ. Σν πιένλ ζεµαληηθφ ζέµα είλαη απηφ πνπ ζρεηίδεηαη µε ηηο ρσκαηνπξγηθέο εξγαζίεο πνπ επεξεάδνπλ ηα γεηηνληθά ξέµαηα θαη πδξνθφξν νξίδνληα. Ζ κέζνδνο εθζθαθήο (αθφµα θαη γηα ηελ θαηαζθεπή δξφµσλ) δίπια ζε πνηάµηα ή ξπάθηα ζα πξέπεη λα µελ νδεγεί ρψµαηα ή άιια πιηθά µέζα ζην πνηάµη, λα επηβάιιεη αλαρψκαηα µε βξάρηα ψζηε λα απνθεχγεηαη δηάβξσζε, λα εμαζθαιίδεη ηελ χπαξμε παγίδσλ ιάζπεο ψζηε λα κεηψλεηαη ε ξχπαλζε πνηαµηψλ. Γηα ηελ πεξίπησζε ιαηνκείσλ ζα πξέπεη λα επηιέγεηαη πξνζεθηηθά ε ηνπνζεζία, λα αθαηξείηαη ην επηθαλεηαθφ ζηξψµα ηνπ ρνχµνπο θαη λα επαλαρξεζηκνπνηείηαη, λα εμαζθαιίδεηαη ε απνζηξάγγηζε θαη ε απνκάθξπλζεο άρξεζησλ πιηθψλ, ελψ ε θιίζε ησλ πιεπξψλ ζα πξέπεη λα επηηξέπεη έξγα επαλάθακςεο µε δελδξνθχηεπζε θιπ. Ο ζφξπβνο θαη ε εθπνκπή ζθφλεο είλαη επηβιαβήο ζηνπο αλζξψπνπο, αιιά έρεη θαη επηπηψζεηο θαη ζηελ ηνπηθή παλίδα, ε νπνία µπνξεί λα απνκαθξπλζεί θαη λα µελ επαλέιζεη. 44

51 1.8. ΠΤΡΖΝΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Οη ππξεληθνί ζηαζκνί παξαγσγήο ελέξγεηαο δηαδξακαηίδνπλ ζεκαληηθφ ξφιν ζηελ παγθφζκηα παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο θαζψο ππάξρνπλ πάλσ απφ 400 ππξεληθνί αληηδξαζηήξεο πνπ παξάγνπλ ην 17% ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο παγθνζκίσο. Ζ παξαγσγή βαζίδεηαη ζην θαηλφκελν ηεο ζράζεο ηνπ ππξήλα. Σρήκα Ππξεληθόο ζηαζκόο ελέξγεηαο ΠΤΡΖΝΗΚΖ ΥΑΖ Ππξεληθή ζράζε νλνκάδεηαη ε δηαδηθαζία θαηά ηελ νπνία έλαο αζηαζήο αηνκηθφο ππξήλαο ρσξίδεηαη (ζράηαη) ζε δπν ή πεξηζζφηεξνπο (κηθξφηεξνπο) ππξήλεο θαη ζε κεξηθά παξαπξντφληα ζσκάηηα (φπσο λεηξφληα). Ζ ζράζε απνηειεί κηα πεξίπησζε κεηαζηνηρείσζεο θαηά ηελ νπνία παξάγνληαη δχν ζξαχζκαηα κε ζπγθξίζηκεο κάδεο. ηα βαξχηεξα ζηνηρεία ε ζράζε είλαη εμψζεξκε αληίδξαζε απνδίδνληαο ζην πεξηβάιινλ ελέξγεηα σο αθηηλνβνιία γάκκα θαη σο θηλεηηθή ελέξγεηα ησλ ζξαπζκάησλ. Σρήκα Ππξεληθή ζράζε ηα παξαπξντφληα ηεο ζράζεο πεξηιακβάλνληαη θαη λεηξφληα, ηα νπνία κπνξνχλ λα πξνθαιέζνπλ πεξαηηέξσ ζράζεηο δεκηνπξγψληαο έηζη κηα απηνζπληεξνχκελε αιπζηδσηή αληίδξαζε ε νπνία ζε ειεγρφκελε, ρακειή ηαρχηεηα παξάγεη εθκεηαιιεχζηκε ελέξγεηα. ε κε ειεγρφκελε κεγάιε ηαρχηεηα πξνθαιεί έθξεμε ηεο 45

52 νπνίαο ε ηζρχο είλαη κεγαιχηεξε απφ θάζε έθξεμε πνπ πξνέξρεηαη απφ ρεκηθέο αληηδξάζεηο, γεγνλφο πνπ βξίζθεη ρξήζε ζηελ θαηαζθεπή ππξεληθψλ φπισλ. Ζ ζράζε κπνξεί λα είλαη απζφξκεηε ή λα πξνθιεζεί απφ άιιε αληίδξαζε. Έλαο βαξχο ππξήλαο κπνξεί λα θαηεβάζεη ηελ ζπλνιηθή ηνπ ελέξγεηα αλ ρσξηζηεί ζε κηθξφηεξνπο ππξήλεο αιιά ην θξάγκα δπλακηθνχ πνπ πξέπεη λα πεξάζεη γηα λα ην επηηχρεη είλαη ηφζν κεγάιν πνπ θαζηζηά ηέηνηα γεγνλφηα πνιχ ζπάληα. Σν γλσζηφηεξν παξάδεηγκα είλαη ηνχ 235 U πνπ αληηδξά κε ζεξκηθά λεηξφληα. πληίζεηαη έλαο ππξήλαο 236 U* (ν αζηεξίζθνο δειψλεη φηη βξίζθεηαη ζε δηεγεξκέλε θαηάζηαζε). Ζ ελέξγεηα ηεο δηέγεξζεο πνπ απνθηήζεθε απφ ηελ ζχιιεςε ηνχ λεηξνλίνπ ζέηεη νιφθιεξν ηνλ ππξήλα ζε ηαιάλησζε θαη σο απνηέιεζκα πξνθαιείηαη ζράζε ζε πιήζνο δηαθνξεηηθψλ πξντφλησλ. Έλα ηππηθφ θαλάιη είλαη ε αληίδξαζε: Ζ ελέξγεηα πνπ απειεπζεξψλεηαη ζε απηφ ην παξάδεηγκα είλαη θάπνπ 180 MeV. Σα δχν λεηξφληα πνπ παξάγνληαη ζε απηφ ην παξάδεηγκα (ηελ ζηηγκή ηεο ζράζεο) ιέγνληαη άκεζα λεηξφληα θαη ζε αληηδηαζηνιή κε ηα θαζπζηεξεκέλα λεηξφληα πνπ ζα παξαρζνχλ κέζσ ησλ ζπγαηξηθψλ 92 Kr 142 Ba (ή παξαγψγσλ ηνπο) νη νπνίνη έρνπλ πιεφλαζκα λεηξνλίσλ (ηα βαξχηεξα ζηαζεξά ηζφηνπά ηνπο είλαη ηα ηζφηνπα ηνπ Κξππηνχ 86 Kr θαη ηνπ Βαξίνπ 138 Ba) ΠΤΡΖΝΗΚΟ ΑΝΣΗΓΡΑΣΖΡΑ Ππξεληθφο αληηδξαζηήξαο νλνκάδεηαη ε δηάηαμε εθείλε εληφο ηεο νπνίαο παξάγεηαη ελέξγεηα κε ειεγρφκελε αληίδξαζε ζράζεο. Ο ππξεληθφο αληηδξαζηήξαο ζα κπνξνχζε λα ραξαθηεξηζζεί ζαλ κηα κεγάιε δεμακελή φπνπ ην ππξεληθφ θαχζηκν πθίζηαηαη ππξεληθή ζράζε απειεπζεξψλνληαο έηζη ζεξκφηεηα. Σα άηνκα ηνπ ελ ιφγσ θαπζίκνπ ππφ νξηζκέλεο ζπλζήθεο δηαζπψληαη απζφξκεηα εθπέκπνληαο λεηξφληα, ηα νπνία ζηε ζπλέρεηα πξνθαινχλ ηε δηάζπαζε άιισλ αηφκσλ, κε ηειηθφ απνηέιεζκα κηα γεσκεηξηθά απμαλφκελε αιπζηδσηή αληίδξαζε. ηελ "θαξδηά ηνπ αληηδξαζηήξα" θέξνληαη επηβξαδπληηθφ πιηθφ θαη ξπζκηζηηθέο ξάβδνη (ή "ξάβδνη ειέγρνπ" ή "ξάβδνη ξχζκηζεο") πνπ ζπγθξαηνχλ ηελ αιπζηδσηή αληίδξαζε ζε ζηαζεξφ ξπζκφ αλάπηπμεο έηζη ψζηε λα επηηπγράλεηαη ε νκαιή ξνή ηεο ζεξκφηεηαο. Έλα "ςπθηηθφ κέζν" (πνπ κπνξεί λα είλαη αέξην ή πγξφ φπσο ην λεξφ) θπθινθνξεί κέζα ζηνλ αληηδξαζηήξα θαη ζεξκαίλεηαη. ηε ζπλέρεηα απηφ νδεγείηαη ζε έλα "ελαιιάθηε ζεξκφηεηαο" φπνπ πξνθαιεί βξαζκφ ζε λεξφ πνπ ππάξρεη εθεί. Ο παξαγφκελνο αηκφο ζηε ζπλέρεηα ζέηεη ζε θίλεζε ζηξνβίινπο πνπ παξάγνπλ ειεθηξηθφ ξεχκα αιιά θαη θηλεηηθή ελέξγεηα (π.ρ. ππξελνθίλεηα πινία). Ο Ππξεληθφο αληηδξαζηήξαο εθπέκπεη έληνλε αθηηλνβνιία πνπ αμηνπνηείηαη ζηε παξαγσγή ξαδηντζνηφπσλ. Ζ δηαξξνή ηεο αθηηλνβνιίαο απηήο εκπνδίδεηαη απφ ηα πξνζηαηεπηηθά ζηξψκαηα ηεο "ζσξάθηζεο" ηνπ αληηδξαζηήξα. Όινη φζνη εξγάδνληαη ζε ηέηνηνπο ρψξνπο ππνρξενχληαη λα είλαη εθνδηαζκέλνη κε εηδηθνχο θνξεηνχο αληρλεπηέο ξαδηελέξγεηαο. 46

53 Σρήκα Σθαηξίδηα ππξεληθνύ θαπζίκνπ θαη ξάβδνο θαπζίκνπ. πλνπηηθά, ζε έλαλ ππξεληθφ αληηδξαζηήξα ζράζεο ε ελέξγεηα πνπ απειεπζεξψλεηαη απφ ηε ζράζε ηνπ ππξεληθνχ θαπζίκνπ, ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ παξαγσγή αηκνχ, κε ηνλ νπνίν ηίζεηαη ζε ιεηηνπξγία έλαο ζηξφβηινο πνπ κε ηε ζεηξά ηνπ πεξηζηξέθεη κηα γελλήηξηα ειεθηξηζκνχ. ηελ πιεηνςεθία ηνπο, νη ζχγρξνλνη ππξεληθνί αληηδξαζηήξεο ρξεζηκνπνηνχλ σο θαχζηκν εκπινπηηζκέλν νπξάλην ή κεηθηφ νμείδην, ελψ θάπνηνη ρξεζηκνπνηνχλ θπζηθφ νπξάλην (U). Σν εκπινπηηζκέλν νπξάλην, πεξηέρεη ην ηζφηνπν U 235 ζε κεγαιχηεξν πνζνζηφ απφ φηη ην θπζηθφ νπξάλην, ελψ ην κεηθηφ νμείδην εθηφο απφ νπξάλην πεξηέρεη θαη ηα ηζφηνπα Pu 239 θαη Pu 240 ηνπ πινπησλίνπ. Τπάξρνπλ θαη αληηδξαζηήξεο ζράζεο πνπ ρξεζηκνπνηνχλ σο θαχζηκα είηε ην πινπηψλην είηε ην ηζφηνπν U 233 ηνπ νπξαλίνπ. Σν θαχζηκν βξίζθεηαη ζε εηδηθνχο θνξείο (containers), ζε κνξθή ξάβδσλ θαπζίκνπ (fuel pins). Απηέο νη ξάβδνη ηνπνζεηνχληαη κε θαζνξηζκέλε δηάηαμε κέζα ζηνλ επηβξαδπληή (moderator), ν νπνίνο είλαη γξαθίηεο ή λεξφ θαη ζθνπφο ηνπ είλαη λα επηβξαδχλεη ηα λεηξφληα πνπ παξάγνληαη απφ ηηο ζράζεηο. Οη ξπζκηζηηθέο ξάβδνη, πνπ ρξεζηκεχνπλ ζηε δηαηήξεζε ελφο ζηαζεξνχ ξπζκνχ ζράζεο, εηζέξρνληαη ζηνλ ππξήλα ηνπ επηβξαδπληή θαη ε ζέζε ηνπο κεηαβάιιεηαη έηζη ψζηε λα επηηεπρζεί ν επηζπκεηφο ξπζκφο ζράζεο φηαλ νη ξάβδνη είλαη βαζχηεξα κέζα ζηνλ ππξήλα, επηβξαδχλνπλ πεξηζζφηεξα λεηξφληα θη έηζη κεηψλεηαη ν ξπζκφο ζράζεσλ. Σν αληίζεην ζπκβαίλεη φηαλ νη ξάβδνη απνζχξνληαη. Έλα ςπθηηθφ πιηθφ θπθινθνξεί ππφ πίεζε κέζα ζηα ιεγφκελα "θαλάιηα" ηνπ επηβξαδπληή. θνπφο ηεο θπθινθνξίαο ηνπ ςπθηηθνχ είλαη ε απαγσγή ηεο ζεξκηθήο ελέξγεηαο θαη ε κεηαθνξά ηεο ζε ελαιιάθηε ζεξκφηεηαο. Ο επηβξαδπληήο βξίζθεηαη ζην εζσηεξηθφ ραιχβδηλνπ πξνζηαηεπηηθνχ πεξηβιήκαηνο, θαηαζθεπαζκέλν έηζη ψζηε λα αληέρεη ζηηο πςειέο πηέζεηο θαη ζεξκνθξαζίεο ζην εζσηεξηθφ ηνπ αληηδξαζηήξα. Γχξσ απφ ην ραιχβδηλν πεξίβιεκα, ππάξρεη ζσξάθηζε απφ ζθπξφδεκα πνπ εκπνδίδεη ηε ξαδηελέξγεηα λα θηάζεη ζηνπο ρεηξηζηέο ηνπ αληηδξαζηήξα θαη ην πεξηβάιινλ, ηφζν ζε ζπλζήθεο θαλνληθήο ιεηηνπξγίαο φζν θαη ζε πεξίπησζε αηπρήκαηνο ΑΡΥΖ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ Ζ δηαδηθαζία πνπ ιακβάλεη ρψξα ζην εζσηεξηθφ ελφο ππξεληθνχ αληηδξαζηήξα θαηά ηε δηάξθεηα παξαγσγήο ζηαζεξνχ πνζνχ ηζρχνο κπνξεί λα ζπλνςηζηεί ζηα παξαθάησ ζηάδηα: 47

54 Ζ ζράζε θάζε ππξήλα U 235 παξάγεη ζξαχζκαηα ζράζεο κεηαμχ ησλ νπνίσλ θαη λεηξφληα. Σα ζξαχζκαηα ηεο ζράζεο κεηαθέξνπλ ην κεγαιχηεξν πνζνζηφ ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο πνπ απειεπζεξψλεηαη απφ ηνλ ππξήλα ηνπ νπξαλίνπ. Απηήλ ηελ θηλεηηθή ελέξγεηα ηελ απνδίδνπλ ζε άιια άηνκα κε ηα νπνία ζπγθξνχνληαη θαη έηζη νη ξάβδνη ησλ θαπζίκσλ ζεξκαίλνληαη. Σα λεηξφληα ηεο ζράζεο εμέξρνληαη ησλ ξάβδσλ θαπζίκνπ κε θηλεηηθή ελέξγεηα ηεο ηάμεο ησλ MeV. Δηζέξρνληαη ζηνλ ρψξν ηνπ επηβξαδπληή θαη ζπγθξνχνληαη κε ηα άηνκά ηνπ, κεηαθέξνληαο έηζη ηελ θηλεηηθή ηνπο ελέξγεηα ζε απηά. Έηζη ηα άηνκα ηνπ επηβξαδπληή απνθηνχλ ελέξγεηα θαη ηα λεηξφληα επηβξαδχλνληαη έσο φηνπ ε κέζε θηλεηηθή ελέξγεηά ηνπο είλαη πεξίπνπ ίζε κε απηήλ ησλ αηφκσλ ηνπ επηβξαδπληή θαζψο απηά ηαιαληψλνληαη ζην θξπζηαιιηθφ ηνπ πιέγκα. Απηά ηα λεηξφληα ιέγνληαη ζεξκηθά λεηξφληα επεηδή δελ ράλνπλ (θαηά κέζν φξν) άιιε ελέξγεηα, κνηξάδνληάο ηελ ζηα άηνκα ηνπ επηβξαδπληή. Σα λεηξφληα πνπ έρνπλ επηβξαδπλζεί πιένλ εηζέξρνληαη μαλά ζηηο ξάβδνπο ηνπ θαπζίκνπ θαη πξνθαινχλ λέεο ζράζεηο ππξήλσλ U 235 θαη έηζη επαλαιακβάλεηαη ε δηαδηθαζία. Σρήκα Σρεκαηηθό δηάγξακκα ιεηηνπξγίαο ΔΗΓΖ ΠΤΡΖΝΗΚΧΝ ΑΝΣΗΓΡΑΣΖΡΧΝ Οη ππξεληθνί αληηδξαζηήξεο παξαγσγήο ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο νλνκάδνληαη ππξεληθνί αληηδξαζηήξεο ηζρύνο ή ππξεληθνί ζηαζκνί ηζρύνο θαη δηαθξίλνληαη ζε ηέζζεξηο βαζηθνχο ηχπνπο ζηνπο νπνίνπο φινη ρξεζηκνπνηνχλ λεξφ σο ςπθηηθφ κέζν θαη θαηεγνξηνπνηνχληαη αλάινγα κε ην είδνο ηνπ λεξνχ πνπ ρξεζηκνπνηνχλ σο επηβξαδπληή. Απηνί νη ηχπνη είλαη: Αληηδξαζηήξεο ειαθξνύ ύδαηνο (LWR - Light-Water Reactors). Απηνί δηαθξίλνληαη ζηνπο δχν επηκέξνπο ηχπνπο: Πηεζκέλνπ χδαηνο (PWR - Pressurized-Water Reactors) θαη Εένληνο χδαηνο (BWR - Boilling-Water Reactors). Αληηδξαζηήξεο βαξέσο ύδαηνο (HWR - Heavy-Water Reactors) πνπ κε ηε ζεηξά ηνπο δηαθξίλνληαη ζε: Πηεζκέλνπ χδαηνο (HPWR - θαη Heavy Pressurized-Water Reactors) Εένληνο χδαηνο (HBWR - Heavy Boilling-Water Reactors). 48

55 Ζ πξψηε νκάδα αληηδξαζηήξσλ απνηειεί ην 72% ησλ εγθαηεζηεκέλσλ ππξεληθψλ ζηαζκψλ ηζρχνο. Οη πηεζκέλνπ χδαηνο είλαη κηθξφηεξνπ φγθνπ θαη ρξεζηκνπνηνχληε ζηα ππξελνθίλεηα πινία. Τπάξρνπλ επίζεο νη αεξηόςπθηνη ππξεληθνί αληηδξαζηήξεο πνπ ρξεζηκνπνηνχλ σο επηβξαδπληή γξαθίηε θαη σο ςπθηηθφ κέζν δηνμείδην ηνπ άλζξαθα. Γε ρξεζηκνπνηνχληαη εθηεηακέλα πιένλ θαη γίλνληαη πξνζπάζεηεο ψζηε λα εγθαηαιεηθζεί ε ρξήζε ηνπο γηα ιφγνπο αζθάιεηαο θαη ειαρηζηνπνίεζεο ηνπ θηλδχλνπ επηβάξπλζεο ηνπ πεξηβάιινληνο. Έλαο άιινο ηχπνο ππξεληθψλ αληηδξαζηήξσλ πνπ έρνπλ θαηαζθεπαζηεί είλαη νη αλαπαξαγσγηθνί αληηδξαζηήξεο (breeder reactors). Απηνί δε ρξεζηκνπνηνχληαη γηα παξαγσγή ελέξγεηαο, αιιά ν ζθνπφο ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπο είλαη ε παξαγσγή ζράζηκσλ ηζνηφπσλ γηα ρξήζε απφ ηνπο ππξεληθνχο αληηδξαζηήξεο ηζρχνο. ε απηνχο ρξεζηκνπνηείηαη ην Th 232, γηα παξαγσγή U 233, θαη ην U 238, γηα παξαγσγή Pu 239 θαη αλαπφθεπθηα Pu ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ Οη ππξεληθνί ζηαζκνί, φπσο θαη νη πεξηζζφηεξνη ζηαζκνί παξνπζηάδνπλ κηα ζεηξά απφ πιενλεθηήκαηα θαη κεηνλεθηήκαηα. Σα ζεκαληηθφηεξα πιενλεθηήκαηα είλαη: Οη ππξεληθνί ζηαζκνί δελ κνιχλνπλ ην πεξηβάιινλ φπσο νη ζεξκηθνί ζηαζκνί. Σν βάξνο θαη ν φγθνο ηνπ θαχζηκνπ πιηθνχ ηνπ είλαη αζπγθξίησο κηθξφηεξα απφ ηα αληίζηνηρα ησλ ζεξκηθψλ ζηαζκψλ θαη γη απηφ ε θαηαζθεπή ηνπο δελ είλαη απαξαίηεην λα γίλεηαη θνληά ζηα νξπρεία εμφξπμεο ηνπ θαπζίκνπ ηνπ. Σα ζεκαληηθφηεξα κεηνλεθηήκαηα είλαη: Οη ππξεληθνί ζηαζκνί παξάγνπλ ξαδηελεξγά απφβιεηα, νπ ε δηάζεζή ηνπο πξνθαιεί ζνβαξνχο πεξηβαιινληηθνχο θηλδχλνπο Ο ξπζκφο ηεο ππξεληθήο αληίδξαζεο ειέγρεηαη ζε ζηελά φξην, γηα απηφ θαη ε παξαγφκελε ειεθηξηθή ηζρχ κεηαβάιιεηαη πνιχ ιίγν ζε ζρέζε κε ην πιήξεο θνξηίν. Απηφ ζεκαίλεη φηη ε πξέπεη ε ζχλδεζε ηνπο κε ην δίθηπν λα είλαη πάληα εμαζθαιηζκέλε, γηαηί μαθληθή απνζχλδεζε κηαο γξακκήο ηνπο λα κπνξεί λα νδεγήζεη ζε ζνβαξά πξνβιήκαηα, κέρξη δηαθνπή ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπο κε φιεο ηηο ζπλέπεηεο(γηα πνιινχο ιφγνπο ην κέγεζνο απηψλ ησλ ζηαζκψλ είλαη ηεο ηάμεο ησλ 1000ΜW). Λφγσ ηνπ πςεινχ θφζηνπο θαηαζθεπήο ηνπο θαη ηνπ ρακεινχ θφζηνπο ιεηηνπξγίαο ηνπο, πξέπεη πάληα λα ιεηηνπξγνχλ ζαλ ζηαζκνί βάζεο. Ζ ζπλεξγαζία ηνπο, φπνπ είλαη δπλαηφλ, κε πδξνειεθηξηθνχο ζηαζκνχο βνεζάεη ζηελ θαιχηεξε εθκεηάιιεπζή ηνπο. νβαξέο ακθηβνιίεο έρνπλ εθθξαζηεί γηα ηελ αζθάιεηα ησλ ππξεληθψλ ζηαζκψλ, παξά ηα πνιιαπιά κέηξα αζθαιείαο πνπ έρνπλ ζεζπηζηεί. 49

56 1.9.ΑΗΟΛΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Αηνιηθή ελέξγεηα νλνκάδεηαη ε ελέξγεηα πνπ παξάγεηαη απφ ηελ εθκεηάιιεπζε ηνπ αλέκνπ. Ζ θηλεηηθή ελέξγεηα ηνπ αλέκνπ κεηαηξέπεηαη αξρηθά ζε κεραληθή θαη αθνινχζσο ζε ειεθηξηθή κέζσ ησλ αλεκνγελλεηξηψλ(α/γ). Σρήκα Αλεκνγελλήηξηεο αηνιηθνύ πάξθνπ Γηα ηελ επηινγή ηεο θαηάιιειεο ζέζεο εγθαηάζηαζεο κηαο αλεκνγελλήηξηαο απαηηείηαη ε γλψζε ηεο ηαρχηεηαο θαη ηεο δηεχζπλζεο ηνπ αλέκνπ, ε θαηαγξαθή ησλ επηθξαηέζηεξσλ δηεπζχλζεσλ ζηελ πεξηνρή, νη αλαηαξάμεηο, ν ζηξνβηιηζκφο θαη ε ηχξβε ηνπ αλέκνπ, θαζψο θαη ε κεηαβνιή ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ ζπλαξηήζεη ηνπ χςνπο απφ ην έδαθνο ΑΝΔΜΟ ηαρύηεηα Ζ ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ είλαη έλα κεηαβιεηφ κέγεζνο. Ζ ζηηγκηαία ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ δίλεηαη ζαλ ην άζξνηζκα ηεο κέζεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ Vw θαη ηεο δηαθχκαλζεο V w(t): VW (t)=vw +V w (t) H κέγηζηε ηηκή ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ επεξεάδεη ζεκαληηθά ηελ θαηαζθεπαζηηθή αληνρή ηνπ πχξγνπ ζηήξημεο ηεο Α/Γ, θαζψο θαη ηε κέγηζηε θαηαπφλεζε ησλ πηεξπγίσλ ηεο κεραλήο. Οη κέγηζηεο απηέο ηαρχηεηεο εμαξηψληαη απφ ηε γεσγξαθηθή ζέζε ηεο πεξηνρήο, θαζψο θαη απφ ην ηνπνγξαθηθφ ηεο αλάγιπθν. Γηα ηνλ πξνζδηνξηζκφ ηεο ξηπήο ηνπ αλέκνπ Vwt ρξνληθήο δηάξθεηαο t δεπηεξνιέπησλ, ζπλαξηήζεη ηεο κέζεο σξηαίαο ηαρχηεηαο ζην χςνο κειέηεο z,κε ζπληειεζηή ηξαρχηεηαο z0 κηαο πεξηνρήο θαη ελφο ρξνληθνχ ζπληειεζηή Ca(t) έρνπκε ηελ ζρέζε: Vwt(z)=Vw (z)*[1+0,98*ca(t)/ln(z/z0)] 50

57 To z0 κπνξεί λα πάξεη ηηο αθφινπζεο ηηκέο: 5*10-4 m, γηα ζάιαζζεο θαη ιίκλεο, 1*10-3 m, γηα επίπεδεο επηθάλεηεο,5*10-1 m, γηα ππθλφθπηεο πεξηνρέο θαη πξνάζηηα πφιεσλ. Ζ κέζε ηηκή ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ είλαη απαξαίηεηε γηα ελεξγεηαθνχο ζθνπνχο ελψ ε ηηκή ηεο ηχξβεο ηεο ξνήο απαηηείηαη γηα ηνλ ππνινγηζκφ ησλ κεηαβαιιφκελσλ θνξηίσλ πνπ επηδξνχλ ζηελ Α/Γ θαη πνπ νδεγνχλ ζε γήξαλζε ησλ πιηθψλ. Γηα ηε κέηξεζε ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ηα αλεκφκεηξα ή νη αλεκνγξάθνη. δηεύζπλζε Ζ δηεχζπλζε ηνπ αλέκνπ δελ είλαη ζηαζεξή θαη κεηαβάιιεηαη ζπλερψο. Κχξηα δηεχζπλζε ηνπ αλέκνπ ζε κηα πεξηνρή είλαη θάζε δηεχζπλζε ε νπνία ζπλεηζθέξεη ηνπιάρηζηνλ 10% ζηε ζπλνιηθή δηαζέζηκε αηνιηθή ελέξγεηα. Οη θχξηεο δηεπζχλζεηο ηνπ αλέκνπ είλαη δηαθνξεηηθέο γηα θάζε ηνπνζεζία, ιφγσ ηεο αλάγιπθεο πνηθηιφηεηαο ηεο θάζε πεξηνρήο. Ζ δηεχζπλζε ηνπ αλέκνπ, ε νπνία ζηελ ππφ κειέηε πεξηνρή έρεη ηε κεγαιχηεξε ζπρλφηεηα εκθάληζεο, νλνκάδεηαη επηθξαηνχζα δηεχζπλζε. Ζ επηθξαηνχζα δηεχζπλζε κεηαβάιιεηαη ζπλήζσο κε ηελ επνρή ηνπ ρξφλνπ. ηζρύο Ο άλεκνο είλαη θίλεζε καδψλ αέξα. Αλ αέξηα κάδα m θηλείηαη κε κέζε ηαρχηεηα Vw ε θηλεηηθή ελέξγεηα ηνπ αλέκνπ είλαη : 2 KE = 1/2mV w Όκσο ε κάδα ηνπ αέξα πνπ έρεη ππθλφηεηα ξ θαη ππάξρεη ζε κία επηθάλεηα Α είλαη: m = ξax νπφηε θαηαιήγνπκε ζηελ ζρέζε : 2 KE = 1/2ξΑρV w Παξαγσγίδνληαο ηελ ζρέζε σο πξνο ηνλ ρξφλν βξίζθνπκε ηελ ηζρχ ηνπ αλέκνπ πνπ είλαη: 3 Ρ=1/2ξΑV w Απηή είλαη ε βαζηθή εμίζσζε γηα ηνπο ππνινγηζκνχο ηζρχνο θαη αηνιηθήο ελέξγεηαο. Παξαηεξνχκε φηη ε ηζρχο ηνπ αλέκνπ είλαη αλάινγε ηεο ηξίηεο δχλακεο ηεο ηαρχηεηάο ηνπ (ε ππθλφηεηα ηνπ αέξα είλαη ζε θαλνληθέο ζπλζήθεο ξ = 1,201 kg/m3 ). Δπνκέλσο ε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ ζε κηα πεξηνρή είλαη θξίζηκν κέγεζνο γηα ηελ εγθαηάζηαζε ή φρη ηεο Α/Γ. Απηή ε ηζρχο είλαη ε ηζρχο ηελ νπνία κπνξεί λα δεζκεχζεη κηα αηνιηθή κεραλή. ηελ πξάμε φκσο δελ δεζκεχεηαη φιε ε ελέξγεηα αιιά κφλν έλα κέξνο ηεο (Pαλ). Απηφ ζπκβαίλεη επεηδή ν αέξαο πξέπεη λα απνκαθξχλεηαη κε θάπνηα ηαρχηεηα θαη επεηδή ε θηεξσηή ηνπ Α/Κ πξνθαιεί εθηξνπή κέξνπο ηνπ αέξα ην νπνίν ηελ παξαθάκπηεη ρσξίο λα ηελ δηαπεξάζεη. χκθσλα κε ηα παξαπάλσ ε ηειηθή ηζρχο πνπ ιακβάλνπκε είλαη: 51

58 3 Ρ w max =Cp 1/2ξΑV w1 όπνπ V w1 :ηαρχηεηα αλέκνπ πνπ πξνζπίπηεη ζηελ Α/Γ θαη Cp: αδηάζηαηε παξάκεηξνο πνπ εμαξηάηαη απφ ηελ γεσκεηξία, ηελ γσληαθή ηαρχηεηα θαη ηελ ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ θαη δίλεηαη απφ ηε ζρέζε: Cp=1/2[1+V w2 /V w1 ][1-(V w2 /V w1 ) 2 ] Σρήκα Ταρύηεηεο αλέκνπ πξηλ θαη κεηά ηνλ δξνκέα ε ηδαληθέο πεξηπηψζεηο φηαλ V w2 /V w1 =1/3 ν παξαπάλσ παξάγνληαο έρεη ηηκή ίζε κε 16/27 ή 0,593 πνπ είλαη ε κέγηζηε ηηκή ηνπ θαη ιέγεηαη λόκνο Betz. ηελ πξαγκαηηθφηεηα δελ ππεξβαίλεη ην 0, ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΑ ΜΔΓΔΘΖ Σαρύηεηα αθξνπηεξπγίνπ (Tip-speed- ratio) Πξνθεηκέλνπ λα εθθξάζνπκε ην ζπληειεζηή αεξνδπλακηθήο απφδνζεο ζε ζπλάξηεζε κε ηελ ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ Vw θαη ηε γσληαθή ηαρχηεηα πεξηζηξνθήο ησλ πηεξπγίσλ Χ νξίδνπκε ην ζπληειεζηή ι ή TSR πνπ θαιείηαη (ιόγνο) ηαρύηεηαο αθξνπηεξπγίνπ (tip-speed-ratio). Ζ ζρέζε πνπ δίλεη ην ι είλαη: ι=ωr/v w φπνπ: Χ είλαη ε γσληαθή ηαρχηεηα πεξηζηξνθήο ηνπ πηεξπγίνπ ζε (rad/sec), r είλαη ην κήθνο ηνπ πηεξπγίνπ ή δηαθνξεηηθά ην ήκηζπ ηεο δηακέηξνπ ηεο Α/Γ θαη δίλεηαη ζε m ελψ Vw είλαη ε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ ζε m/s. 52

59 Σρήκα Γξνκέαο αλεκνγελλήηξηαο. ηηβαξόηεηα Χο ζηηβαξφηεηα S(Sodility) νξίδεηαη ν ιφγνο ηνπ εκβαδνχ φισλ ησλ πηεξπγίσλ πξνο ην εκβαδφλ ηεο επηθάλεηαο πνπ δηαγξάθνπλ ηα πηεξχγηα θαηά ηελ πεξηζηξνθή ηνπο. Οη ηχπνη πνπ δίλνπλ ηε ζηηβαξφηεηα είλαη : St=Nc/(πr) (Α/Κ νξηδφληηνπ άμνλα) St=Nc/r (Α/Κ θαηαθφξπθνπ άμνλα) φπνπ: Ν : ν αξηζκφο πηεξπγίσλ c: κήθνο ρνξδήο ησλ πηεξπγίσλ Απόδνζε πληειεζηήο αεξνδπλακηθήο απόδνζεο Αλαθέξεηαη ζην δξνκέα ηνπ αλεκνθηλεηήξα θαη δίλεηαη απφ ηε ζρέζε: Ο ζπληειεζηήο αεξνδπλακηθήο απφδνζεο εθθξάδεη ην πνζνζηφ ηεο ηζρχνο ηνπ αλέκνπ ιίγν πξηλ ηνλ αλεκνθηλεηήξα (PW) ην νπνίν κεηαηξέπεηαη ζε κεραληθή ηζρχ ζηνλ άμνλα ηνπ δξνκέα (Pm). Βαζκόο απόδνζεο κεηαηξνπέα αηνιηθήο ελέξγεηαο Ο ζπλνιηθφο βαζκφο απφδνζεο ηνπ κεηαηξνπέα αηνιηθήο ελέξγεηαο ζα ηζνχηαη κε: n=ειεθηξηθή ηζρχο εμφδνπ/ηζρχο αλέκνπ= 53

60 =P/P w =(P m /P w )(P mg /P m )(P/P mg )=C p n gb n g φπνπ: n gb είλαη ν βαζκφο απφδνζεο ηνπ θηβσηίνπ ηαρπηήησλ n g ν βαζκφο απφδνζεο ηεο ειεθηξηθήο γελλήηξηαο P m ε κεραληθή ηζρχο πνπ απνκαζηεχεη ν Α/Κ P w ε ηζρχο ηνπ αλέκνπ P mg ε ηζρχο ζηελ έμνδν ηνπ θηβσηίνπ ηαρπηήησλ P ε ειεθηξηθή ηζρχο ζηελ έμνδν ηεο γελλήηξηαο Σρήκα Βαζκόο απόδνζεο κεηαηξνπέα κε θηβώηην ηαρπηήησλ Γηαθξίλνπκε 3 πεξηνρέο ηαρηπηήησλ: Σαρύηεηα έλαξμεο Vi(cut in speed):ειάρηζηε ηαρχηεηα πνπ ε κεραλή παξάγεη ηζρχ. Ολακαζηηθή ηαρύηεηα VR(Rated speed):ε ηαρχηεηα πνπ ε κεραλή παξάγεη νλνκαζηηθή(κέγηζηε) ηζρχ. Σαρύηεηα απνζύδεπμεο Vo(cut out speed):ε ηαρχηεηα φπνπ πέξαλ ηεο ηηκήο απηήο ε παξαγσγή ελέξγεηαο δηαθφπηεηαη γηα λα πξνζηαηεπζεί ε εγθαηάζηαζε. Αλεκνγελλήηξηεο Μέρξη ζήκεξα έρνπλ επηλνεζεί θαη ιεηηνπξγήζεη απφ αξραηφηαησλ ρξφλσλ πεξηζζφηεξνη ηχπνη αλεκνκεραλψλ απφ νπνηαδήπνηε άιιν ηχπν εθεχξεζεο. Οη αλεκνθηλεηήξεο κπνξνχλ λα ηαμηλνκεζνχλ ζχκθσλα κε ηνλ πξνζαλαηνιηζκφ ησλ αμφλσλ ηνπο ζε ζρέζε κε ηε ξνή ηνπ αλέκνπ ζε: 1) Οξηδνληίνπ άμνλα (Head on) ζηνπο νπνίνπο ν άμνλαο πεξηζηξνθήο ηνπ δξνκέα είλαη παξάιιεινο πξνο ηελ θαηεχζπλζε ηνπ αλέκνπ. 2) Οξηδνληίνπ άμνλα (Cross Wind) ζηνπο νπνίνπο ν άμνλαο πεξηζηξνθήο είλαη παξάιιεινο πξνο ηελ επηθάλεηα ηεο Γεο αιιά θάζεηνο ζηελ θαηεχζπλζε ηνπ αλέκνπ. 3) Καηαθόξπθνπ άμνλα ζηνπο νπνίνπο ν άμνλαο πεξηζηξνθήο είλαη θάζεηνο ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο φπσο θαη ζηελ ξνή ηνπ αλέκνπ (Savonius, Darrieus, Giromill θ.α). Δπίζεο έρνπλ επηλνεζεί θαη άιινη ηχπνη αλεκνκεραλψλ φπσο απηνί ηνπ ειηαθνχ θσηφο, Venturi, κε δηάρπην ή ζπγθεληξσηή, αεξνηνκήο θαη Magnus θ.α. 54

61 1.9.3.ΓΟΜΖ ΑΝΔΜΟΓΔΝΝΖΣΡΗΑ Σρήκα Βαζηθά δνκηθά ζηνηρεία αλεκνγελλήηξηαο Σα βαζηθά δνκηθά ραξαθηεξηζηηθά ηεο αλεκνγελλήηξηαο πνπ απεηθνλίδεηαη ζην ζρήκα είλαη ηα εμήο : 1. Κνπβνύθιην: Σν θνπβνχθιην πεξηέρεη φια ηα βαζηθά ζηνηρεία ηεο αλεκνγελλήηξηαο, ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ ηνπ θηβσηίνπ ηαρπηήησλ, θαη ηεο ειεθηξηθήο γελλήηξηαο. Πξφζβαζε ζην εζσηεξηθφ ηεο αλεκνγελλήηξηαο επηηξέπεηαη κέζσ ηνπ πχξγνπ. Αξηζηεξά απφ ην θνπβνχθιην θαίλνληαη ηα θηλνχκελα κέξε ηεο αλεκνγελλήηξηαο (ηα πηεξχγηα θαη ε θεθαιή). 2. Πηεξύγηα: Σα πηεξχγηα ζπιιακβάλνπλ ηνλ αέξα θαη κεηαθέξνπλ ηελ ηζρχ ηνπ ζηελ θεθαιή ηνπ ξφηνξα. ε κηα κνληέξλα αλεκνγελλήηξηα 1000kW θάζε πηεξχγην έρεη κήθνο 27 m θαη είλαη ζρεδηαζκέλν πεξίπνπ φπσο έλα θηεξφ αεξνπιάλνπ. 3. Κεθαιή: H θεθαιή ηνπ ξφηνξα είλαη ζπλδεδεκέλε κε ην δηαθνξηθφ ρακειήο ηαρχηεηαο ηεο αλεκνγελλήηξηαο. Σρήκα Κεθαιή αλεκνγελλήηξηαο 4. Γηαθνξηθό ρακειώλ ηαρπηήησλ: Σν δηαθνξηθφ ρακειψλ ηαρπηήησλ ζπλδέεη ηελ θεθαιή ηνπ ξφηνξα κε ην θηβψηην ηαρπηήησλ. ε αλεκνγελλήηξηα 1000 kw ν ξφηνξαο πεξηζηξέθεηαη ζρεηηθά αξγά, πεξίπνπ 19 κε 55

62 30 πεξηζηξνθέο αλά ιεπηφ (rpm). Σν δηαθνξηθφ πεξηέρεη ζσιήλεο γηα ην πδξαπιηθφ ζχζηεκα ψζηε λα κπνξεί λα ιεηηνπξγήζεη ην αεξνδπλακηθφ θξέλν. 5. Κηβώηην ηαρπηήησλ: Σν θηβψηην ηαρπηήησλ έρεη ην δηαθνξηθφ ρακειψλ ζηξνθψλ απφ αξηζηεξά θαη κεηαθέξεη ηελ θίλεζε ζην δηαθνξηθφ πςειψλ ζηξνθψλ (απφ δεμηά) θάλνληάο ην λα πεξηζηξέθεηαη κε ηαρχηεηα 50 θνξέο κεγαιχηεξε απφ απηή ηνπ δηαθνξηθνχ ρακειψλ ζηξνθψλ. 6. Γηαθνξηθό πςειώλ ηαρπηήησλ: Σν δηαθνξηθφ πςειψλ ηαρπηήησλ πεξηζηξέθεηαη πεξίπνπ κε 1500 ζηξνθέο αλά ιεπηφ (rpm) θαη νδεγεί ηελ ειεθηξηθή γελλήηξηα. Σν δηαθνξηθφ είλαη εμνπιηζκέλν κε έλα δηζθφθξελν ζε πεξίπησζε έθηαθηεο αλάγθεο. Σν κεραληθφ θξέλν ρξεζηκνπνηείηαη ζε πεξίπησζε πνπ ην αεξνδπλακηθφ θξέλν ππνζηεί βιάβε ή ε αλεκνγελλήηξηα επηζθεπάδεηαη. 7. Ζιεθηξηθή γελλήηξηα: Ζ ειεθηξηθή γελλήηξηα είλαη κηα ζχγρξνλε ή κηα αζχγρξνλε γελλήηξηα. ηηο ηειεπηαίεο αλεκνγελλήηξηεο ε κέγηζηε ειεθηξηθή ηζρχο είλαη κεηαμχ 600 θαη 3000 kw. 8. Μεραληζκόο πεξηζηξνθήο: Ο κεραληζκφο πεξηζηξνθήο ρξεζηκνπνηεί ειεθηξηθέο κεραλέο (θηλεηήξαο πεξηζηξνθήο) γηα λα ζηξέθεη ην θνπβνχθιην απέλαληη ζηνλ άλεκν. 9. Ζιεθηξνληθόο ειεγθηήο: Πεξηέρεη έλα ππνινγηζηή πνπ παξαθνινπζεί δηαξθψο ηελ θαηάζηαζε ηεο αλεκνγελλήηξηαο θαη ειέγρεη ηνλ κεραληζκφ πεξηζηξνθήο. 10. Αλεκόκεηξν & αλεκνδείθηεο: Σν αλεκφκεηξν θαη ν αλεκνδείθηεο ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα κεηξνχλ ηελ έληαζε θαη ηε δηεχζπλζε ηνπ αλέκνπ. Σα ειεθηξηθά ζήκαηα ηνπ αλεκφκεηξνπ ρξεζηκνπνηνχληαη απφ ηνλ ειεθηξνληθφ ειεγθηή ηεο αλεκνγελλήηξηαο γηα λα αξρίζεη ηελ ιεηηνπξγία ηεο φηαλ ε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ μεπεξάζεη κηα ειάρηζηε ηηκή θαη γηα λα ηελ ζηακαηήζεη φηαλ ε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ ππεξβεί έλα αλψηαην φξην πξνθεηκέλνπ λα πξνζηαηεχζεη ηελ αλεκνγελλήηξηα θαη ην πεξηβάιινλ απηήο. 11. Πύξγνο: Ο πχξγνο ηεο αλεκνγελλήηξηαο ζηεξίδεη ην θνπβνχθιην θαη ηα θηλνχκελα κέξε ηεο. Γεληθά είλαη πιενλέθηεκα ν πχξγνο λα είλαη ςειφο, αθνχ νη ηαρχηεηεο ηνπ αλέκνπ απμάλνληαη φζν απνκαθξχλεηαη απφ ην έδαθνο. Μηα ζχγρξνλε αλεκνγελλήηξηα 1000 kw ζα έρεη έλα πχξγν κεηαμχ 50 θαη 80 κέηξσλ (ην χςνο ελφο θηηξίνπ 17 έσο 27 νξφθσλ).μπνξεί λα είλαη ραιχβδηλνη ή δηθηπσηνη. Σρήκα Τύπνη πύξγσλ Οη ραιχβδηλνη πχξγνη είλαη θσληθνί, ε δηάκεηξφο ηνπο δειαδή απμάλεη πξνο ηε βάζε, πξνθεηκέλνπ λα είλαη επζηαζείο θαη λα κεησζεί ην ρξεζηκνπνηνχκελν πιηθφ. Οη δηθηπσηνί πχξγνη θαηαζθεπάδνληαη κε ραιχβδηλα δηθηπψκαηα. Έρνπλ κεησκέλν θφζηνο, αθνχ απαηηεί ην κηζφ πιηθφ απφ ηνπο ραιχβδηλνπο, αιιά γηα αηζζεηηθνχο ιφγνπο έρνπλ εθιείςεη. 56

63 12. Μνλάδα ςύμεο: Ζ κνλάδα ςχμεο πεξηέρεη έλα ειεθηξηθφ αλεκηζηήξα πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα ςχρεη ηελ ειεθηξηθή γελλήηξηα. Δπηπιένλ πεξηέρεη κηα κνλάδα ςχμεο κε ιάδη ε νπνία ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα ςχρεη ην ιάδη ζην θηβψηην ηαρπηήησλ Τδξαπιηθό ζύζηεκα: Σν πδξαπιηθφ ζχζηεκα ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα επαλαθέξεη ηα αεξνδπλακηθά θξέλα ηεο αλεκνγελλήηξηαο ΤΣΖΜΑΣΑ ΔΛΔΓΥΟΤ Διέγρνπ ηαρύηεηαο: ρξεζηκεχεη γηα λα δηαηεξεί ηελ απαηηνχκελε ηαρχηεηα πεξηζηξνθήο θαη γηα λα πξνζηαηεχεη ην ζχζηεκα απφ ππεξβνιηθέο ηαρχηεηεο. Πξνζαλαηνιηζκνύ ηεο έιηθαο: ρξεζηκεχεη γηα λα πξνζαλαηνιίδεη ηελ έιηθα φηαλ αιιάδεη ε δηεχζπλζε ηνπ αλέκνπ. Διέγρνπ εμόδνπ/θνξηίνπ: Δάλ ην θνξηίν είλαη κηθξφηεξν απφ ηελ παξερφκελε ηζρχ, ε πξφζζεηε ηζρχο νδεγείηαη ζε θάπνην ςεπδνθνξηίν. Αληίζεηα, αλ ην θνξηίν είλαη κεγαιχηεξν απφ ηελ παξερφκελε ηζρχ, ην πξφζζεην θνξηίν απνξξίπηεηαη, δηαθνξεηηθά ζηακαηάεη ε ιεηηνπξγία ηνπ θηλεηήξα ΜΔΓΔΘΟ ΑΝΔΜΟΓΔΝΝΖΣΡΗΧΝ Ζ ηζρχο εμφδνπ απμάλεηαη φζν απμάλεη ε επηθάλεηα πνπ θαιχπηεη ν δξνκέαο ηεο αλεκνγελλήηξηαο. Ζ επηθάλεηα ηνπ δίζθνπ πνπ θαιχπηεη ν ξφηνξαο, θαζψο θαη ε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ θαζνξίδνπλ ηελ ελέξγεηα πνπ παξάγεη ε αλεκνγελλήηξηα. ην ζρήκα δίλεηαη κηα εηθφλα ησλ ζπλήζσλ κεγεζψλ ησλ αλεκνγελλεηξηψλ: Παξαηεξνχκε φηη αλ δηπιαζηαζηεί ε δηάκεηξνο ηνπ ξφηνξα, ηεηξαπιαζηάδεηαη ε επηθάλεηα πνπ θαιχπηεη, άξα ηεηξαπιαζηάδεηαη θαη ε ηζρχο εμφδνπ. Σρήκα Μεγέζε αλεκνγελλεηξηώλ Ζ δηάκεηξνο ηνπ ξφηνξα κπνξεί λα δηαθέξεη ιίγν απφ ηα κεγέζε πνπ δίλνληαη ζην ζρήκα, γηαηί αξθεηνί θαηαζθεπαζηέο πξνζαξκφδνπλ ηηο κεραλέο ηνπο ζηηο αηνιηθέο ζπλζήθεο θάζε πεξηνρήο: Γηα λα 57

64 κεγηζηνπνηεζεί ε εηήζηα παξαγσγή ελέξγεηαο κπνξνχκε λα εγθαηαζηήζνπκε ζε κία πεξηνρή κε ρακειφ δπλακηθφ κία αλεκνγελλήηξηα κε δεδνκέλν κέγεζνο ξφηνξα θαη κηθξφηεξε γελλήηξηα(ή αληίζηξνθα γηα δεδνκέλε ηζρχ γελλήηξηαο λα ρξεζηκνπνηεζεί κεγαιχηεξνο δξνκέαο). Με απηφλ ηνλ ηξφπν ζα απμεζεί ε παξαγσγή ελέξγεηαο απφ κηα ζρεηηθά κηθξφηεξε κεραλή ζε πεξηνρέο κε ρακειφ αηνιηθφ δπλακηθφ, δηφηη ε αλεκνγελλήηξηα ζα δνπιεχεη γηα πεξηζζφηεξεο ψξεο θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ρξφλνπ ΜΔΘΟΓΟΗ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΑΝΔΜΟΓΔΝΝΖΣΡΗΧΝ Τπάξρνπλ δχν βαζηθέο κέζνδνη ιεηηνπξγίαο ησλ ζπζηεκάησλ κεηαηξνπήο ηεο αηνιηθήο ελέξγεηαο ζε ειεθηξηθή. Ζ κέζνδνο ιεηηνπξγίαο ζηαζεξήο ηαρχηεηαο (fixed speed) θαη ε κέζνδνο ιεηηνπξγίαο κεηαβιεηήο ηαρχηεηαο (variable speed). ηαζεξήο ηαρύηεηαο αλεκνγελλήηξηεο Λεηηνπξγία ζηαζεξήο ηαρχηεηαο ζεκαίλεη φηη ν δξνκέαο ηεο αλεκνγελλήηξηαο ζηξέθεηαη κε ζηαζεξφ αξηζκφ ζηξνθψλ αλεμάξηεηα ηεο ηαρχηεηαο ηνπ αλέκνπ. Ο ηξφπνο ζχλδεζεο ηεο γελλήηξηαο κε ην δίθηπν, είλαη ν ίδηνο κε ηνλ ηξφπν ζχλδεζεο γελλεηξηψλ πνπ ηξνθνδνηνχληαη απφ ζπκβαηηθέο πεγέο ελέξγεηαο. Γειαδή ε ζχλδεζε γίλεηαη απεπζείαο, ρξεζηκνπνηψληαο έλα κεηαζρεκαηηζηή πξνζαξκνγήο ηνπ επηπέδνπ ηάζεο ηεο γελλήηξηαο, ζε απηφ ηνπ ζπζηήκαηνο κεηαθνξάο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Σρήκα Αλεκνγελλήηξηα ζηαζεξήο ηαρύηεηαο Αλεκνγελλήηξηεο κεηαβιεηήο ηαρύηεηαο ηελ ιεηηνπξγία κεηαβιεηήο ηαρχηεηαο, ε ηαρχηεηα ηνπ δξνκέα ηεο αλεκνγελλήηξηαο κεηαβάιιεηαη θαηά ειεγρφκελν ηξφπν, αλάινγα κε ηελ ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ. Γηα ηελ ζχλδεζε ηεο αλεκνγελλήηξηαο κε ην δίθηπν ζηαζεξήο ζπρλφηεηαο ρξεζηκνπνηείηαη κεηαηξνπέαο ζπρλφηεηαο Με ηνλ ηξφπν απηφ ε ηαρχηεηα πεξηζηξνθήο απνδεζκεχεηαη απφ ηε ζηαζεξή ζπρλφηεηα ηνπ δηθηχνπ θαη είλαη δπλαηή ε κεηαβνιή ηεο. ην ζρήκα παξνπζηάδεηαη ην δηάγξακκα ελφο ζπζηήκαηνο κεηαβιεηήο ηαρχηεηαο. 58

65 Σρήκα Αλεκνγελλήηξηεο κεηαβιεηήο ηαρύηεηαο ηελ έμνδν ηεο γελλήηξηαο ζπλδέεηαη έλαο ηξηθαζηθφο αλνξζσηήο ειεγρφκελνο ή κε, πνπ κεηαηξέπεη ηα ελαιιαζζφκελα ειεθηξηθά κεγέζε ζε ζπλερή. Ζ ζχλδεζε ζην δίθηπν γίλεηαη κέζσ ελφο αληηζηξνθέα, ν νπνίνο κεηαηξέπεη ηα ζπλερή ειεθηξηθά κεγέζε ζε ελαιιαζζφκελα, ζπρλφηεηαο ίδηαο κε απηήλ ηνπ δηθηχνπ ΔΗΓΖ ΑΗΟΛΗΚΧΝ ΠΑΡΚΧΝ Γεληθά αηνιηθφ πάξθν νλνκάδεηαη κηα νκάδα αλεκνγελλεηξηψλ εγθαηεζηεκέλεο ζηελ ίδηα ηνπνζεζία. Κάζε αλεκνγελλήηξηα είλαη ζπλδεδεκέλε ζε έλα εζσηεξηθφ δίθηπν ρακειήο ή κέζεο ηάζεο, ην νπνίν ζπλδέεηαη κε ην δηαζπλδεδεκέλν ειεθηξηθφ δίθηπν κέζσ ελφο κεηαζρεκαηηζηή αλχςσζεο ηεο ηάζεο.τπάξρνπλ ηξία βαζηθά είδε αηνιηθψλ πάξθσλ: ηα ρεξζαία αηνιηθά πάξθα(onshore), απηά πνπ θαηαζθεπάδνληαη ζηηο θνξπθνγξακκέο πεξηνρψλ κε κεγάιν ζρεηηθά πςφκεηξν ηνπιάρηζηνλ ηξία ρηιηφκεηξα πξνο ην εζσηεξηθφ απφ ηελ πιεζηέζηεξε αθηνγξακκή. Απηφ ζπκβαίλεη γηα ηελ εθκεηάιιεπζε ηεο ιεγφκελεο ηνπνγξαθηθήο επηηάρπλζεο, ηελ επηηάρπλζε δειαδή ηνπ αλέκνπ θαζψο δηαζρίδεη κηα θνξπθνγξακκή. Ηδηαίηεξε ζεκαζία δίλεηαη ζηελ αθξηβή ηνπνζέηεζε ησλ αλεκνγελλεηξηψλ, ε νπνία γίλεηαη κεηά απφ αλαιπηηθή παξαθνινχζεζε ησλ ηνπηθψλ αλέκσλ γηα έλα κεγάιν ρξνληθφ δηάζηεκα πξηλ ηελ εγθαηάζηαζε. Αηνιηθά πάξθα θνληά ζηελ αθηή (nearshore), βξίζθνληαη ζηελ μεξά εληφο ηεο δψλεο ησλ ηξηψλ ρηιηνκέηξσλ απφ ηελ αθηνγξακκή ή ζηελ ζάιαζζα εληφο ηεο δψλεο ησλ δέθα ρηιηνκέηξσλ απφ ηελ αθηνγξακκή. Απηέο νη ηνπνζεζίεο είλαη απνδνηηθέο γηα εγθαηάζηαζε ιφγσ ηνπ αλέκνπ πνπ δεκηνπξγείηαη απφ ηελ ζεξκνθξαζηαθή δηαθνξά κεηαμχ ζάιαζζαο θαη μεξάο θαζεκεξηλά. Παξάθηηα αηνιηθά πάξθα(offshore). Δίλαη εγθαηεζηεκέλα ζε ζαιάζζηεο πεξηνρέο πέξαλ ησλ δέθα ρηιηνκέηξσλ απφ ηελ αθηή. Αθξηβψο επεηδή ε επηθάλεηα ηνπ λεξνχ είλαη νκαιφηεξε απηήο ηνπ εδάθνπο, ε ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ είλαη πςειφηεξε απφ ηελ μεξά. Έρνπλ κεγάιν θφζηνο εγθαηάζηαζεο θαη ζπληήξεζεο γηαηί νη πχξγνη είλαη ςειφηεξνη ησλ ρεξζαίσλ. Ζ κεηαθνξά ηεο ελέξγεηαο γίλεηαη κε ππνζαιάζζην θαιψδην, ζε πεξηπηψζεηο κεγάισλ απνζηάζεσλ απφ ηελ αθηή ρξεζηκνπνηείηαη κεηαθνξά κε ζπλερέο ξεχκα πςειήο ηάζεο (HVDC) γηα ειαρηζηνπνίεζε ησλ απσιεηψλ θαηά ηελ κεηαθνξά. 59

66 Σρήκα Δίδε αηνιηθώλ πάξθσλ 60

67 1.10.ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΗΚΑ Ζ ειηαθή ελέξγεηα είλαη θαζαξή, αλεμάληιεηε, ήπηα θαη αλαλεψζηκε. Ζ ειηαθή αθηηλνβνιία δελ ειέγρεηαη απφ θαλέλαλ θαη απνηειεί έλα αλεμάληιεην εγρψξην ελεξγεηαθφ πφξν, πνπ παξέρεη αλεμαξηεζία θαη αζθάιεηα ζηελ ελεξγεηαθή ηξνθνδνζία. Γηα απηφ ηνλ ιφγν ηα θσηνβνιηατθά ηα ηειεπηαία ρξφληα έρνπλ αλαπηπρζεί ξαγδαία. Σα πεξηβαιινληηθά πιενλεθηήκαηα ησλ θσηνβνιηατθψλ είλαη αδηακθηζβήηεηα. Κάζε θηινβαηψξα πνπ παξάγεηαη απφ θσηνβνιηατθά, θαη άξα φρη απφ ζπκβαηηθά θαχζηκα, ζπλεπάγεηαη ηελ απνθπγή έθιπζεο 1,1 θηιψλ δηνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα ζηελ αηκφζθαηξα (κε βάζε ην ζεκεξηλφ ελεξγεηαθφ κείγκα ζηελ Διιάδα θαη ηηο κέζεο απψιεηεο ηνπ δηθηχνπ). Έλα ηππηθφ θσηνβνιηατθφ ζχζηεκα ηνπ ελφο θηινβάη, απνηξέπεη θάζε ρξφλν ηελ έθιπζε 1,4 ηφλσλ δηνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα, φζν δειαδή ζα απνξξνθνχζαλ δχν ζηξέκκαηα δάζνπο. Δπηπιένλ, ζπλεπάγεηαη ιηγφηεξεο εθπνκπέο άιισλ επηθίλδπλσλ ξχπσλ (φπσο ηα αησξνχκελα κηθξνζσκαηίδηα, ηα νμείδηα ηνπ αδψηνπ, νη ελψζεηο ηνπ ζείνπ, θ.ι.π.). Ζ βαζκηαία αχμεζε ησλ θσηνβνιηατθψλ ζπζηεκάησλ κπνξεί λα θαιχςεη απνηειεζκαηηθά ηελ απμαλφκελε δήηεζε ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Σρήκα Φσηνβνιηατθά ΑΡΥΖ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ Ζ κεηαηξνπή ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο ζε ειεθηξηθή νθείιεηαη ζην θσηνβνιηατθφ θαηλφκελν. Οη ειηαθέο θπςέιεο απνηεινχληαη απφ εκηαγσγηθά ζηνηρεία, φπσο είλαη ην ππξίηην. Ζ θπςέιε απνηειέηηαη απφ ηελ έλσζε δχν δηαθνξεηηθά λνζεπκέλσλ εκηαγσγηθψλ πιαθψλ, ζπλήζσο ππξίηην p-ηχπνπ θαη n-ηχπνπ. Σν εζσηεξηθφ πεδίν πνπ παξάγεηαη απφ ηελ επαθή ξ-ε δεκηνπξγεί έλα θξάγκα δπλακηθνχ ην νπνίν θάλεη δχζθνιε ηελ θίλεζε ησλ ειεθηξνλίσλ απφ ηελ n-πιεπξά ζηελ p-πιεπξά (δίνδνο).ε ζπγθεθξηκέλα κήθε θχκαηνο φκσο ην θσο είλαη ζε ζέζε λα ηνλίζεη ηα άηνκα ηνπ ππξηηίνπ. Όηαλ ην θσο πέθηεη πάλσ ζην ζηνηρείν κε ηελ κνξθή θσηνλίνπ, ε ελέξγεηα απνξξνθάηαη απφ ηνλ εκηαγσγφ. Ζ ελέξγεηα απηή απειεπζεξψλεη δεχγε νπψλ-ειεθηξνλίσλ. Κάζε θσηφλην κε ελέξγεηα κεγαιχηεξε ηνπ ελεξγεηαθνχ ράζκαηνο(γηα ην ππξίηην 1.1eV) απειεπζεξψλεη αθξηβψο έλα ειεθηξφλην, νπφηε δεκηνπξγείηαη θαη κία νπή. πλδένληαο έλα εμσηεξηθφ θχθισκα έρνπκε ηελ δεκηνπξγία ξεχκαηνο, ειεθηξφληα θηλνχληαη πξνο ηελ p-πιεπξά γηα λα ελσζνχλ κε νπέο Έηζη, θαηαζθεπάδνληαο έλα θχθισκα, φπσο ην παξαθάησ, είλαη 61

68 δπλαηφ λα παξαρζεί ειεθηξηθή ηζρχο απφ ηηο θπςέιεο.ζ δηαδηθαζία απηή απνηειεί ην θσηνβνιηατθφ θαηλφκελν. Σρήκα Τν θσηνβνιηατθό θαηλόκελν ζε κία ειηαθή θπςέιε. Ζ απφδνζε απφ πιεπξάο ηζρχνο είλαη ηεο ηάμεο ηνπ 15% ΠΔΡΗΓΡΑΦΖ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΗΚΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ Σν βαζηθφ δνκηθφ ζηνηρείν ελφο θσηνβνιηατθνχ ζπζηήκαηνο είλαη ε ειηαθή θπςέιε (solar cell). Μηα ειηαθή θπςέιε παξάγεη κηθξή πνζφηεηα ηζρχνο πνπ είλαη 1 κε 2W. Γηα λα απμεζεί ε ηζρχο ζηελ έμνδν ησλ θπςειψλ, ηνπνζεηνχκε πνιιέο θπςέιεο καδί (ελψλνληαο ηελ ζεηηθή επαθή ηνπ ελφο κε ηελ αξλεηηθή ηνπ επφκελνπ, δειαδή ελ ζεηξά, απμάλνπκε ηελ ηάζε, ελψ ελψλνληαο ηηο ζεηηθέο κεηαμχ ηνπο θαη ηηο αξλεηηθέο κεηαμχ ηνπο, δειαδή παξάιιεια, απμάλνπκε ην ξεχκα) θαη έηζη δεκηνπξγνχληαη ηα θσηνβνιηατθά πιαίζηα. Με ηελ ζπλέλσζε πνιιψλ πιαηζίσλ καδί δεκηνπξγνχληαη κνλάδεο κεγαιχηεξεο ηζρχνο πνπ ιέγνληαη ζπζηνηρίεο. πλερίδνληαο απηήλ ηελ δηαδηθαζία κπνξεί λα επηηεπρζεί νπνηαδήπνηε ειεθηξηθή ηζρχο καο ρξεηάδεηαη φζν κηθξή ή κεγάιε θη αλ είλαη. Σν βαζηθφ ζηνηρείν ζην εκπφξην είλαη ην θσηνβνιηατθφ (PV) πιαίζην (module). Σν κέγεζνο ελφο PV πιαηζίνπ ραξαθηεξίδεηαη απφ ηελ ηζρχ πνπ κπνξεί λα παξάγεη θαη ζπγθεθξηκέλα κε βάζε ηελ ηζρχ πνπ δίλεη ππφ θαζνξηζκέλεο ζπλζήθεο ζεξκνθξαζίαο PV θπηηάξνπ (25 ν C) θαη αθηηλνβνιίαο (1000W/m 2 ) θαη είλαη γλσζηή σο «ηζρχο αηρκήο» (peak Watt, Wp). Γηα παξάδεηγκα, φηαλ κηα θσηνβνιηατθή γελλήηξηα δχλαηαη λα παξάγεη 10 Wp απηφ ζεκαίλεη φηη παξάγεη 10W γηα ειηαθή αθηηλνβνιία 1000W/m 2 θαη ζεξκνθξαζία θπηηάξνπ 25 ν C. 62

69 Έλα ηππηθφ θσηνβνιηατθφ πιαίζην ππξηηίνπ απνηειείηαη απφ 36 ειηαθά θχηηαξα ζε ζεηξά, έρεη έμνδν κε ζπλερέο ξεχκα θαη ζπλερή ηάζε. πλήζσο ηξνθνδνηεί ζπζζσξεπηή ηάζεο 12V. Όπσο θαίλεηαη θαη ζην ζρήκα ζηελ επηθάλεηα πνπ είλαη πξνο ηνλ ήιην θαιχπηεηαη απφ γπάιηλν θάιπκκα πνπ είλαη αλζεθηηθφ ζηηο θαηξηθέο ζπλζήθεο θαη ζηελ ππεξηψδε αθηηλνβνιία, πξνθπιάζζεη ηηο θπςέιεο θαη ηηο ειεθηξηθέο επαθέο απφ ηελ βξνρή, ην ραιάδη θαη ην ρηφλη πνπ κπνξνχλ λα πξνθαιέζνπλ δηάβξσζε. Κάησ απφ ην γπάιηλν θάιπκκα ππάξρεη αληί-αλαθιαζηηθή κεκβξάλε, ψζηε λα κεησζεί ην πνζνζηφ ηεο αλαθινχκελεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Πάλσ θαη θάησ απφ ηελ επηθάλεηα ηνπ ππξηηίνπ ππάξρνπλ ειεθηξηθέο επαθέο απφ πιηθφ κηθξήο ζεξκηθήο αληίζηαζεο πνπ ην ζπλδένπλ κε ην εμσηεξηθφ θχθισκα. Σέινο, ην θσηνβνιηατθφ πιαίζην αζθαιίδεηαη κέζα ζε κηα κεηαιιηθή ζήθε αινπκηλίνπ. Σρήκα Φσηνβνιηατθό πιαίζην. Σα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα ρσξίδνληαη ζε δχν βαζηθέο θαηεγνξίεο: πζηήκαηα Δπίπεδσλ Φσηνβνιηατθώλ Πιαηζίσλ Σα ζπζηήκαηα απηά είλαη ηα πην δηαδεδνκέλα. Σα πιαίζηα κπνξνχλ είηε λα είλαη ζηαζεξά ή λα είλαη θηλεηά. Σα ζηαζεξά πιαίζηα είλαη κφληκα ζε κία ζπγθεθξηκέλε γσλία θιίζεο. Ο πξνζαλαηνιηζκφο ηνπο ψζηε λα έρνπλ βέιηηζηε απφδνζε είλαη πξνο ην Νφην θαη ε θιίζε ηνπο πξέπεη λα είλαη (θ+15 )±5 φπνπ θ είλαη ην γεσγξαθηθφ πιάηνο ηεο πεξηνρήο. Σα επίπεδα πιαίζηα κε κεραληζκφ θίλεζεο επηηπγράλνπλ κεγαιχηεξε απνξξφθεζε αθηηλνβνιίαο αλά κνλάδα επηθάλεηαο αθνχ κπνξνχλ θαη έρνπλ ηελ βέιηηζηε γσλία θιίζεο θαη πξνζαλαηνιηζκνχ θάζε ρξνληθή ζηηγκή. Όκσο έρνπλ επηπιένλ θφζηνο θαη βάξνο ιφγσ ηνπ κεραληζκνχ θίλεζεο. πζηήκαηα πγθεληξσηηθώλ Φσηνβνιηατθώλ Πιαηζίσλ 63

70 Σα ζπζηήκαηα απηά ρξεηάδνληαη ιηγφηεξεο ειηαθέο θπςέιεο απφ ηα επίπεδα ζπζηήκαηα γηα ηελ παξαγσγή ηεο ίδηαο ηζρχνο. Οη θπςέιεο έρνπλ κεγάιν θφζηνο θαη ηα πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ ζπγθέληξσζε ηεο αθηηλνβνιίαο ζηελ πξνθεηκέλε πεξίπησζε είλαη θζελά, φπσο πιαζηηθά θάηνπηξα θαη κεηαιιηθέο ζήθεο, πνπ ζπιιέγνπλ ηελ ειηαθή ελέξγεηα απφ κηα ζπγθξηηηθά κεγάιε επηθάλεηα θαη ηελ εζηηάδνπλ ζε κηα κηθξφηεξε επηθάλεηα ζηελ νπνία βξίζθεηαη ε θπςέιε ΓΟΜΖ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΗΚΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ Σα θσηνβνιηατθά πιαίζηα απνηεινχλ έλα κέξνο ηνπ θσηνβνιηατθνχ ζπζηήκαηνο, ην νπνίν είλαη θάζε θνξά ζρεδηαζκέλν γηα ζπγθεθξηκέλεο ιεηηνπξγίεο. Δπηπιένλ ζπζθεπέο πνπ πξνζηίζεληαη είλαη: πζζσξεπηέο, πνπ ρξεζηκεχνπλ ζηελ απνζήθεπζε ελέξγεηαο θαη ζηελ απφδνζή ηεο φηαλ απηφ απαηηείηαη (ην βξάδπ ή ηηο βξνρεξέο κέξεο). Αληηζηξνθείο, πνπ απαηηνχληαη γηα ηελ αληηζηξνθή ηνπ ζπλερνχο ξεχκαηνο (DC) πνπ παξάγεηαη ζην θσηνβνιηατθφ ζε ελαιιαζζφκελν (AC). Ρπζκηζηέο, πνπ δηαρεηξίδνληαη ηελ απνζεθεπκέλε ελέξγεηα ζηνλ ζπζζσξεπηή θαη δηνρεηεχνπλ ελέξγεηα ζην θνξηίν. Μεραληζκόο Κίλεζεο Ο κεραληζκφο θίλεζεο ηνπ θσηνβνιηατθνχ πιαηζίνπ κπνξεί λα επηηξέπεη ηελ θίλεζε ζε έλαλ ή ζε δχν άμνλεο. Καηαζθεπέο, πνπ απαηηνχληαη γηα ηελ εγθαηάζηαζε ησλ θσηνβνιηατθψλ θαη ησλ ινηπψλ ζπζθεπψλ. Πξαθηηθά δελ είλαη απαξαίηεην λα ππάξρνπλ φιεο νη παξαπάλσ ζπζθεπέο ζε φια ηα ζπζηήκαηα. πζζσξεπηέο Σα απνκνλσκέλα ζπζηήκαηα πξέπεη λα δηαζέηνπλ νπνηαδήπνηε ζηηγκή ηεο εκέξαο ελέξγεηα. Απηφ επηηπγράλεηαη κε ηνπο ζπζζσξεπηέο, πνπ απνζεθεχνπλ ηελ πεξίζζεηα ελέξγεηαο. Οη πην ζπρλά ρξεζηκνπνηνχκελνη ηχπνη κπαηαξηψλ είλαη νη κνιχβδνπ-αζβεζηίνπ θαη κνιχβδνπ-αληηκνλίνπ. Δμαηηίαο ηεο ζπλερψο κεηαβαιιφκελεο ηηκήο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαη ηνπ θνξηίνπ, νη ζπζζσξεπηέο πξέπεη λα πεξλνχλ απφ πνιινχο θχθινπο θφξηηζεο θαη εθθφξηηζεο ρσξίο λα ράλνπλ ηηο ηδηφηεηέο ηνπο γξήγνξα. Σν πνζνζηφ ηεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ ζπζζσξεπηή πνπ κπνξεί λα εθθνξηηζηεί ρσξίο λα θαηαζηξαθεί νλνκάδεηαη βάζνο εθθφξηηζεο θαη εμαξηάηαη απφ ηνλ ηχπν ηνπ.. Οη ζπζζσξεπηέο ρξεηάδνληαη αιιαγή θάζε 5 κε 10 ρξφληα αλάινγα κε ηνλ αξηζκφ ησλ θχθισλ θφξηηζεο θαη εθθφξηηζεο πνπ θάλνπλ. Οη ζπζζσξεπηέο κπνξνχλ λα παξέρνπλ απηνλνκία ζην ζχζηεκα απφ κεξηθέο κέξεο κέρξη δχν βδνκάδεο θαη εμαξηάηαη απφ ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ θάζε ζπζηήκαηνο, δειαδή απφ ηελ ηνπνζεζία ηνπ θαη ηελ χπαξμε ή φρη γελλήηξηαο. Υαξαθηεξίδνληαη απφ ηελ ηάζε ηνπο, ε νπνία ζπλήζσο είλαη πνιιαπιάζην ησλ 12 V, θαη απφ 64

71 ηελ ρσξεηηθφηεηά ηνπο, πνπ κεηξηέηαη ζε ακπεξψξηα (Ah). Γηα παξάδεηγκα ζπζζσξεπηήο 50Ah, 48V ζα απνζεθεχζεη ππφ νλνκαζηηθέο ζπλζήθεο 2400Wh. Οη ζπζζσξεπηέο, πέξαλ ηεο κείσζεο ηεο απφδνζεο πνπ πξνθαινχλ, ρξεηάδνληαη πεξηνδηθή ζπληήξεζε (έιεγρν πγξψλ) θαη έλαλ κεγάιν ρψξν γηα λα απνζεθεπηνχλ. Ο ζσζηφο ππνινγηζκφο ηνπ κεγέζνπο ηνπ ζπζζσξεπηή ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη θαζνξηζηηθφο γηα ηελ επίηεπμε κεγάιεο δηάξθεηαο δσήο ηνπ, γηα ηελ ηδαληθή απφδνζε θαη γηα ηελ επίηεπμε νλνκαζηηθνχ θφζηνπο θχθινπ δσήο ηνπ ζπζηήκαηνο (LCC). Μεραληζκόο Κίλεζεο. Σα ζπζηήκαηα ελόο άμνλα είλαη ζρεδηαζκέλα λα αθνινπζνχλ ηελ πνξεία ηνπ ήιηνπ απφ ηελ αλαηνιή ζηε δχζε. Υξεζηκνπνηνχληαη θπξίσο κε ζπζηήκαηα επίπεδσλ θσηνβνιηατθψλ πιαηζίσλ θαη κεξηθέο θνξέο κε ζπζηήκαηα ζπγθεληξσηηθψλ θσηνβνιηατθψλ πιαηζίσλ. Σα ζπζηήκαηα δύν αμόλσλ επηηεινχλ ηελ ίδηα ιεηηνπξγία κε ηα ζπζηήκαηα ελφο άμνλα αιιά επηπιένλ παξαθνινπζνχλ θαη ηελ κεηαβνιή ηεο απφθιηζεο ηνπ ήιηνπ θαηά ηελ δηάξθεηα ηνπ έηνπο. Υξεζηκνπνηνχληαη θπξίσο κε ζπγθεληξσηηθά πιαίζηα. Σα ζπζηήκαηα δχν αμφλσλ είλαη πην πνιχπινθα, πην αθξηβά θαη ρξεηάδνληαη κεγαιχηεξε ζπληήξεζε ΑΠΟΓΟΖ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΗΚΖ ΤΣΟΗΥΗΑ Ζ θσηνβνιηατθή ζπζηνηρία ραξαθηεξίδεηαη απφ ηελ κέζε απφδνζή ηεο ε p, θαη δίδεηαη απφ ηε ζρέζε: φπνπ np nr[1 P( TC T R)] n R : είλαη ε απφδνζε ηνπ θσηνβνιηατθνχ πιαηζίνπ γηα νλνκαζηηθή ζεξκνθξαζία (25 C) β p :είλαη ην πνζνζηφ πηψζεο ηεο ηζρχνο ηνπ Φ/Β πιαηζίνπ ιφγσ αχμεζεο ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ θαη Σc: είλαη ε κέζε ζεξκνθξαζία ηνπ πιαηζίνπ. Ζ ελέξγεηα Ep πνπ παξάγεηαη ζηε θσηνβνιηατθή ζπζηνηρία είλαη: φπνπ S ε επηθάλεηα ηεο ζπζηνηρίαο. EP SnP H T Όκσο ε ελέξγεηα, πνπ είλαη δηαζέζηκε ζην θνξηίν θαη ζηνλ ζπζζσξεπηή είλαη ιηγφηεξε αθνχ ππάξρνπλ απψιεηεο ιc ζην ζχζηεκα ξχζκηζεο ηζρχνο θαη δηάθνξεο άιιεο απψιεηεο ιp νπφηε : p(1 c)(1 p ). 65

72 Άξα ε ζπλνιηθή απφδνζε ηεο ζπζηνηρίαο είλαη: SH T ΚΑΣΖΓΟΡΗΔ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΗΚΧΝ ΤΣΖΜΑΣΧΝ Σα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα ρσξίδνληαη ζε δχν θαηεγνξίεο: πζηήκαηα πνπ είλαη δηαζπλδεδεκέλα κε ην δίθηπν. πζηήκαηα πνπ είλαη απνκνλσκέλα απφ ην δίθηπν. ΤΣΖΜΑΣΑ ΓΗΑΤΝΓΔΜΔΝΑ ΜΔ ΣΟ ΓΗΚΣΤΟ ηα δηαζπλδεδεκέλα ζπζηήκαηα ε θσηνβνιηατθή ζπζηνηρία ηξνθνδνηεί απεπζείαο κε ειεθηξηθή ελέξγεηα ην δίθηπν, νπφηε δελ είλαη απαξαίηεηε ε χπαξμε ζπζζσξεπηή. Σα ζπζηήκαηα απηά κπνξνχλ λα ρσξηζηνχλ ζε δχν θαηεγνξίεο: ηα ζπζηήκαηα κε θαηαλεκεκέλεο θσηνβνιηατθέο ζπζηνηρίεο φπνπ νη ζπζηνηρίεο είλαη ηνπνζεηεκέλεο ζηηο ζθεπέο ζπηηηψλ θαη εκπνξηθψλ θέληξσλ. ηηο θεληξηθέο κνλάδεο παξαγσγήο ελέξγεηαο φπνπ νη θσηνβνιηατθέο ζπζηνηρίεο ζπλδένληαη κε ππνζηαζκνχο θαη κεηά κε ην δίθηπν. ηα δηαζπλδεδεκέλα ζπζηήκαηα δελ είλαη απαξαίηεηνο ν ππνινγηζκφο ηνπ θνξηίνπ θαη ην κέγεζνο ηεο θσηνβνιηατθήο ζπζηνηρίαο. Ο αληηζηξνθέαο πνπ πξνηείλεηαη λα ρξεζηκνπνηείηαη είλαη νλνκαζηηθήο ηζρχνο ίζεο κε ηελ νλνκαζηηθή ηζρχ ηεο Φ/Β ζπζηνηρίαο. Ζ ελέξγεηα πνπ δηαηίζεηαη ζην δίθηπν είλαη ε ελέξγεηα ( ελέξγεηα δηαζέζηκε ζην θνξηίν θαη ζηνλ ζπζζσξεπηή) κεησκέλε θαηά ηηο απψιεηεο ζηνλ αληηζηξνθέα. Άξα: φπνπ n inv ε απφδνζε ηνπ αληηζηξνθέα. Egrid EAn inv Ζ ελέξγεηα πνπ ζα απνξξνθεζεί απφ ην δίθηπν είλαη πνζνζηφ (n abs ) ηεο ελέξγεηαο πνπ παξάγεηαη ζηε ζπζηνηρία. Οπφηε έρνπκε: Edlvd Egrid n abs. ΤΣΖΜΑΣΑ ΑΠΟΜΟΝΧΜΔΝΑ ΑΠΟ ΣΟ ΓΗΚΣΤΟ Σα απνκνλσκέλα ζπζηήκαηα ρξεζηκνπνηνχληαη θπξίσο ζε πεξηπηψζεηο φπνπ δελ ππάξρεη AC δίθηπν είηε επεηδή έρεη κεγάιν θφζηνο λα εγθαηαζηαζεί γξακκή δηαζχλδεζεο ηνπ θσηνβνιηατθνχ ζπζηήκαηνο κεηαμχ 66

73 ηεο πεξηνρήο θαη ηνπ AC δηθηχνπ είηε επεηδή ε ζχλδεζε δελ είλαη εθηθηή ιφγσ κεγάιεο απφζηαζεο απφ ηηο κνλάδεο παξαγσγήο. Σα ζπζηήκαηα απηά είλαη κηθξήο ηζρχνο, ζπλήζσο ιηγφηεξν απφ 10 kwp. ηα ζπζηήκαηα απηά θχξην ξφιν παίδνπλ ν ζπζζσξεπηήο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη αθνχ είλαη ππεχζπλνο γηα ηελ απνζεθεπκέλε ελέξγεηα θαη ην κέγεζνο ηεο ζπζηνηρίαο. ζπζζσξεπηήο Ζ αμηνπνηήζηκε πνζφηεηα ηεο ρσξεηηθφηεηαο ηνπ ζπζζσξεπηή ζρεηίδεηαη κε ηελ νλνκαζηηθή ρσξεηηθφηεηά ηνπ κε ηελ ζρέζε: Qu QB f B, φπνπ f B είλαη ζπλάξηεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ ζπζζσξεπηή θαη ηνπ ξπζκνχ εθθφξηηζεο. Ο κέζνο ξπζκφο εθθφξηηζεο ιακβάλεηαη σο 24n φπνπ n νη επηζπκεηέο εκέξεο απηνλνκίαο. Σν κέγεζνο ηνπ ζπζζσξεπηή εμαξηάηαη απφ ην πφζεο εκέξεο απηνλνκίαο ηνπ ζπζηήκαηνο ζέινπκε. Αλ έρνπκε ζηαζεξφ θνξηίν L(Ah/days) γηα n κέξεο(days )απηνλνκίαο ηφηε ε ελέξγεηα πνπ ζα πξέπεη λα δψζεη ν ζπζζσξεπηήο είλαη: Q u L n DOD n B Όπνπ DOD:βάζνο εθθφξηηζεο (DOD depth of discharge) θαη Bε: ε απφδνζε ηνπ ζπζζσξεπηή. Οπφηε ε νλνκαζηηθή ρσξεηηθόηεηα ηνπ ζπζζσξεπηή ζα είλαη: Q b Q f u B. Ζ πνζφηεηα απηή ππνινγίδεηαη κε ηα ζηνηρεία θάζε κήλα ηνπ έηνπο θαη ηειηθά ε νλνκαζηηθή ρσξεηηθφηεηα ηνπ ζπζζσξεπηή ζα είλαη ε κέγηζηε απηψλ. ηελ πεξίπησζε πνπ δελ έρνπκε ζηνηρεία γηα ηελ f B ηφηε γηα ηελ ρσξεηηθφηεηα πνπ πξέπεη λα έρεη ν ζπζζσξεπηήο έρνπκε: C[ Ah] Q B Ln (1 DOD) n B ζπζηνηρία (S) Ζ επηθάλεηα ηεο ζπζηνηρίαο ζα είλαη κεηαμχ δχν ηηκψλ θαη. Smin θαη Smax. Ζ ειάρηζηε ηηκή Smin είλαη εθείλε πνπ αμηνπνηψληαο ηελ ειηαθή είλαη ηθαλή λα παξάγεη φιε ηελ ελέξγεηα πνπ απαηηείηαη απφ ην θνξηίν (ζπλ ηηο απψιεηεο) ζε φιε ηελ δηάξθεηα ηνπ έηνπο. Δθφζνλ ζεσξήζνπκε φηη ε πεξίζζεηα ελέξγεηαο απφ ηνπο ζεξηλνχο κήλεο κεηαθέξεηαη ζηνπο ρεηκεξηλνχο, δειαδή έρνπκε ζεσξήζεη άπεηξε δπλαηφηεηα απνζήθεπζεο. Οπφηε έρνπκε: 67

74 S 12 1 ' ( L ) i ( H ) n n 12 min 12 1 T i i d φπνπ ()'ilείλαη ην εκεξήζην κέζν κεληαίν θνξηίν ζπλ ηηο απψιεηεο ηνπ i-νζηνχ κήλα θαη δίδεηαη απφ ηε ζρέζε: L ' dl (1 dl ) nb n Γηα ηηο παξακέηξνπο ησλ εμηζψζεσλ έρνπκε: L :Ζκεξήζην κέζν κεληαίν θνξηίν d :Πνζνζηφ ηνπ θνξηίνπ πνπ ηξνθνδνηείηαη απεπζείαο απφ ηελ ζπζηνηρία. Σν ππφινηπν ηξνθνδνηείηαη απφ ηνλ ζπζζσξεπηή (αλ δελ ππάξρνπλ ζηνηρεία ζεσξνχκε 8h απεπζείαο ηξνθνδφηεζε θαη 16h κέζσ ηνπ ζπζζσξεπηή). ε B :Βαζκφο απφδνζεο ζπζζσξεπηή ε PCU :Βαζκφο απφδνζεο ησλ κνλάδσλ κεηαηξνπήο ηζρχνο ( H ) :Ζκεξήζηα κέζε κεληαία αθηηλνβνιία πνπ πξνζπίπηεη ζηελ θεθιηκέλε επηθάλεηα ηεο ζπζηνηρίαο ηνλ i- T i νζηφ κήλα. ε i :Ο κέζνο κεληαίνο βαζκφο απφδνζεο ηεο ζπζηνηρίαο γηα ηνλ κήλα i. ε d :Βαζκφο απφδνζεο γηα απψιεηεο ιφγσ ζθφλεο ζηε γπάιηλε επηθάιπςε ηεο ζπζηνηρίαο. PCU Ζ κέγηζηε ηηκή Smax είλαη εθείλε πνπ είλαη ηθαλή λα θαιχςεη ην θνξηίν ζπλ ηηο απψιεηεο ηνλ ρεηξφηεξν κήλα απφ άπνςε ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Απηφ ζεκαίλεη φηη νη ζπζζσξεπηέο ζα είλαη ζε πιήξε θφξηηζε γηα ζρεδφλ φιν ην έηνο. Δπνκέλσο έρνπκε: Ζ βέιηηζηε επηθάλεηα S βξίζθεηαη ζην δηάζηεκαsmin S Smax θαη είλαη ε ηηκή εθείλε πνπ ζα εμαζθαιίδεη φηη δελ ζα ππάξμεη εθθφξηηζε ηνπ ζπζζσξεπηή θάησ απφ ην DOD πνπ έρνπκε επηιέμεη. Σν κέγεζνο ηεο Φ/Β ζπζηνηρίαο πεξηγξάθεηαη απφ ηα αηρκήο πνπ παξάγεη ζε νλνκαζηηθέο ζπλζήθεο (ζεξκνθξαζίαο PV θπηηάξνπ (25 Watt ν C) θαη αθηηλνβνιίαο (1000W/m 2 )) θαη εθθξάδεηαη απφ ηε ζρέζε: 2 2 P[ Wp] S[ m ] 1000[ W / m ] n R Ζ παξαγόκελε ελέξγεηα γηα ηνλ κήλα i ππνινγίδεηαη απφ ηελ ζρέζε: 68

75 E[ Ah] S[ m ] ( H ) [ Wh / m ] n n (# ώ _ ή ) [ n ] n ά _ ό T i pi d CPU ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ Ζ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο κε γελλήηξηεο θσηνβνιηατθψλ πιαηζίσλ ζπλνδεχεηαη απφ πνιιά πιενλεθηήκαηα, ηα ζεκαληηθφηεξα εθ ησλ νπνίσλ είλαη : Ζ ειηαθή ελέξγεηα είλαη αλεμάληιεηε θαη δελ ζηνηρίδεη. Σν θφζηνο ιεηηνπξγίαο είλαη ρακειφ(δελ απαηηείηαη θαχζηκν). Ζ ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη αζφξπβε. Έρνπλ κεγάιε δηάξθεηα δσήο. Λεηηνπξγνχλ ρσξίο θηλεηά κέξε θαη είλαη απιά, απαηηνχλ ειάρηζηε ζπληήξεζε θαη έρνπλ κεγάιε αμηνπηζηία. Λεηηνπξγνχλ αζφξπβα θαη ρσξίο ηελ ρξήζε θαπζίκσλ πνπ ηα θαζηζηά θηιηθά πξνο ην πεξηβάιινλ. Δίλαη επέιηθηα. Δχθνια κπνξεί λα επηηεπρζεί νπνηαδήπνηε ειεθηξηθή ηζρχο φζν κηθξή ή κεγάιε θη αλ είλαη (απφ mw κέρξη MW). Λεηηνπξγνχλ αθφκα θαη κε λεθειψδε νπξαλφ αμηνπνηψληαο ηελ δηάρπηε αθηηλνβνιία. Τπάξρεη πάληα ε δπλαηφηεηα επέθηαζεο ηνπο. Σα ζεκαληηθφηεξα κεηνλεθηήκαηα είλαη: Ζ έιιεηςε νηθνλνκηθήο θαη απνδνηηθήο απνζήθεπζεο ηεο ελέξγεηαο. Σν πςειφ θφζηνο εγθαηάζηαζεο. 69

76 1.11.ΚΤΦΔΛΔ ΚΑΤΗΜΟΤ Ζ θπςέιε θαπζίκσλ είλαη κηα ειεθηξνρεκηθή ζπζθεπή ελεξγεηαθήο κεηαηξνπήο. Απνηειείηαη απφ δχν ειεθηξφδηα, κηα άλνδν θαη κηα θάζνδν, πνπ δηαρσξίδνληαη απφ κία κεκβξάλε, ε νπνία έρεη ην ξφιν ηνπ ειεθηξνιχηε. Μεηαμχ απηήο ηεο κεκβξάλεο θαη ησλ ειεθηξνδίσλ ππάξρεη έλα ζηξψκα θαηαιχηε. Ζ ηζρχο παξάγεηαη ειεθηξνρεκηθά κε ηε δηάβαζε ησλ ηφλησλ (θνξηηζκέλα ζσκαηίδηα), πνπ δηακνξθψλνληαη απφ ηε κία πιεπξά ησλ ειεθηξνδίσλ κε ηε βνήζεηα ηνπ θαηαιχηε, δηα κέζσ ηνπ ειεθηξνιχηε. Σν ξεχκα πνπ παξάγεηαη κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηελ παξνρή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Σν πην γλσζηφ είδνο είλαη ε θπςέιε πνιπκεξηζκέλεο κεκβξάλεο(θπςέιεο θαπζίκνπ αληαιιαγήο πξσηνλίσλ, proton exchange membrane fuel cells, PEM). Σρήκα Κπςέιε Καπζίκνπ(Ο πξαγκαηηθόο αξηζκόο θπηηάξσλ θαπζίκσλ είλαη ε βαικέλε ζε ζηξώζεηο θπβηθή δνκή ζην θέληξν ηεο εηθόλαο). Σν πδξνγφλν ηξνθνδνηεί ηελ άλνδν ηεο θπςέιεο, ην αξλεηηθφ ειεθηξφδην, ην νπνίν εξρφκελν ζε επαθή κε ηνλ θαηαιχηε δηαρσξίδεηαη ζε ζεηηθά θνξηηζκέλα ηφληα πδξνγφλνπ θαη ειεθηξφληα. Σα ειεθηξφληα ηα νπνία απειεπζεξσζήθαλ κεηαθέξνληαη κέζσ εμσηεξηθνχ ειεθηξηθνχ θπθιψκαηνο πξνο ηελ άλνδν δεκηνπξγψληαο ειεθηξηζκφ αθνχ ε κεκβξάλε απνηξέπεη ηε δηέιεπζε ηνπο κέζσ απηήο. Σα ζεηηθά θνξηηζκέλα ηφληα ηνπ πδξνγφλνπ (ζηελ νπζία αλαθεξφκαζηε ζε κεκνλσκέλα πξσηφληα) δηαπεξλνχλ ηε κεκβξάλε θαη ελψλνληαη κε ην νμπγφλνπ ην νπνίν ηξνθνδνηεί ηελ θάζνδν, ην ζεηηθά θνξηηζκέλν ειεθηξφδην, θαη παξάγεηαη λεξφ. Ο θαηαιχηεο αλαιακβάλεη ηελ επηηάρπλζε ηεο δεκηνπξγίαο ηνπ λεξνχ απφ ηα ζπζηαηηθά ηνπ, επηηαρχλεη δειαδή ηηο αληίδξαζεο δηάζπαζεο ηνπ κνξίνπ ηνπ πδξνγφλνπ θαη ηεο έλσζεο πδξνγφλνπ νμπγφλνπ γηα ηε δεκηνπξγία λεξνχ, ζηελ άλνδν θαη ζηελ θάζνδν αληίζηνηρα. ην ζρεκαηηζκφ ηνπ λεξνχ ζπκκεηέρνπλ εθηφο ησλ κνξίσλ ηνπ νμπγφλνπ θαη ησλ ηφλησλ ηνπ πδξνγφλνπ, ηα ειεθηξφληα ηα νπνία δηνρεηεχηεθαλ κέζσ ηνπ εμσηεξηθνχ ειεθηξηθνχ θπθιψκαηνο ζηελ θάζνδν, ζηελ αξρή ηεο δηαδηθαζίαο. Οη ρεκηθέο αληηδξάζεηο νη νπνίεο ραξαθηεξίδνπλ ηα παξαπάλσ βήκαηα, ζπλνςίδνληαη παξαθάησ. ηελ άλνδν: 2H 2 4H + ηελ θάζνδν: O 2 + 4H + + 4e - 2H 2 O 70

77 Οη παξαπάλσ αληηδξάζεηο ζε κία απιή θπςέιε θαπζίκνπ παξάγνπλ πεξίπνπ 0,7 Volts. Σρήκα Αξρή ιεηηνπξγίαο ΒΑΜΟ ΑΠΟΓΟΖ Όιεο νη ζεξκηθέο κεραλέο πεξηνξίδνληαη απφ ηελ απφδνζε ηνπ θχθινπ Carnot. Οη κεραλέο δελ κπνξνχλ λα κεηαηξέςνπλ ηελ φιε ζεξκηθή ελέξγεηα ζε κεραληθή θαη ζηελ ζπλέρεηα ζε ειεθηξηθή κε απνηέιεζκα ν βαζκφο απφδνζεο ηνπο λα είλαη: n 1-T 2 /T 1 Οη θπςέιεο θαχζηκνπ ζε αληίζεζε φκσο κπνξνχλ θ κεηαηξέπνπλ απεπζείαο ηελ ρεκηθή ελέξγεηα ηνπ θαπζίκνπ ζε ειεθηξηθή, ρσξίο λα πεξηιακβάλνπλ ην ζηάδην ηεο κεηαηξνπήο ζε κεραληθή ελέξγεηα. Γηα απηφλ ηνλ ιφγν ε απφδνζε ησλ θπςειψλ θαπζίκνπ ππεξβαίλεη ην φξην ηνπ θχθινπ Carnot θαη ηζνχηαη κε: n=γg/γζ Όπνπ ΓG:είλαη ε ειεχζεξε ελέξγεηα ηνπ Gibbs, πνπ απειεπζεξψλεηαη θαηά ηελ αληίδξαζε θαη ΓΖ: είλαη ε κεηαβνιή ηεο ελζαιπίαο. Όηαλ ην παξαγφκελν λεξφ είλαη ζε πγξή κνξθή ΓG=273.13kJ/mol, ΓΖ=238.13kJ/mol θαη φηαλ είλαη ζε αέξηα ΓG=228.57kJ/mol, ΓΖ=241.82kJ/mol. Οπφηε ν κέγηζηνο ζεσξεηηθφο βαζκφο απφδνζεο είλαη 83% γηα ηελ αέξηα θαη 94.5% γηα ηελ πγξή κνξθή ηνπ λεξνχ. ηελ πξάμε ν βαζκφο απφδνζεο είλαη κηθξφηεξνο, ιφγσ ηεο εζσηεξηθήο αληίζηαζεο ησλ θπςέισλ θαπζίκνπ. Έηζη θαηαιήγνπκε φηη ν βαζκφο απφδνζεο είλαη n el =V cell /(ΓΖ/2F) φπνπ V cell :είλαη ε ηάζε ηεο θπςέιεο θαπζίκνπ(v) θαη F:ε ζηαζεξά ηνπ Faraday(Cb/mol). 71

78 ΔΗΓΖ ΚΤΦΔΛΧΝ ΚΑΤΗΜΟΤ Οη δηάθνξνη ηχπνη θπςειψλ θαπζίκνπ ραξαθηεξίδνληαη απφ ηνλ ειεθηξνιχηε πνπ ρξεζηκνπνηνχλ θαη είλαη: PAFC Φσζθνξηθφ νμχ MCFC Σεγκέλα αλζξαθηθά άιαηα SOFC ηαζεξνπνηεκέλα νμείδηα PEMFC Μεκβξάλε αληαιιαγήο πξσηνλίσλ AFC Αιθάιηα Πίλαθαο Τύπνη θπςειώλ θαπζίκνπ Σν επηζπκεηφ θαχζηκν είλαη θαζαξφ πδξνγφλν, κπνξεί φκσο λα παξαρζεί θαη απφ θάπνην άιιν θαχζηκν, θνξέα πδξνγφλνπ, κεηά απφ θαηάιιειε επεμεξγαζία, φπσο ε ακκσλία, ην θπζηθφ αέξην, παξάγσγα ηνπ πεηξειαίνπ, ην πγξφ πξνπάλην ε βηνκάδα θαζψο θαη κε ηελ κέζνδν ηεο ειεθηξφιπζεο λεξνχ. Απηή ηε ζηηγκή ην θαηάιιειν είλαη ην θπζηθφ αέξην ΣΖΛΖ ΚΤΦΔΛΧΝ ΚΑΤΗΜΟΤ Ζ ζπλεζηζκέλε ηηκή ηάζεο εμφδνπ κηαο θπςέιεο θαπζίκνπ φπσο αλαθέξακε ηζνχηαη πεξίπνπ κε 0,7V. Δπεηδή φκσο ε ηάζε απηή είλαη πνιχ κηθξή γηα θάπνηα εθαξκνγή ηεο, ζπλδένπκε πνιιέο θπςέιεο κεηαμχ ηνπο ζε ζεηξά πνπ νλνκάδεηαη ζηήιε θπςέιεο θαπζίκνπ (fuel cell stack). Αλάινγα κε ηε ρξήζε πνπ πξννξίδεηαη ε θπςέιε, ε ζηήιε κπνξεί λα απνηειείηαη απφ κεξηθέο έσο θαη εθαηνληάδεο θπςέιεο. Δηδηθά ζε πεξηπηψζεηο φπνπ απαηηείηαη εθηφο απφ κεγάιε ηάζε θαη 72

79 κεγάιε ηζρχ ρξεζηκνπνηνχληαη πεξηζζφηεξεο απφ κία ζηήιεο ζε ζεηξά ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ Παξφιν ηνλ κηθξφ φγθν πνπ θαηαιακβάλνπλ θαη ηελ κεγάιε δηαξθεηα δσήο ηνπο νη θπςέιεο θαπζίκνπ παξνπζηάδνπλ έλα ζεκαληηθφ κεηνλέθηεκα. Δλψ ην νμπγφλν είλαη άκεζα δηαζέζηκα, ην πδξνγφλν είλαη δχζθνιν λα απνζεθεπηεί θαη λα δηαλεκεζεί(είλαη αζηαζέο θαη εχθιεθην). Μία πξνζέγγηζε είλαη ε ρξήζε άιισλ θαπζίκσλ γηα ηελ παξαγσγή πδξνγφλνπ εληφο ηνπ θειηνχ, ρξεζηκνπνηψληαο κηα ζπζθεπή πνπ νλνκάδεηαη αλακνξθσηήξαο. Μεηαμχ ησλ θαπζίκσλ ππφ δνθηκή είλαη κεζαλφιε θαη ην πξνπάλην φκσο ε κεηαηξνπή ηνπο ζε πδξνγφλν είλαη αλαπνηειεζκαηηθή, γηαηί ην πδξνγφλν είλαη ζπρλά αθάζαξην θαη απαηηεί κηα άιιε ζπζθεπή γηα ηνλ θαζαξηζκφ ηνπ. Παξφια απηά ηα εκπφδηα φκσο νη θπςέιεο θαπζίκνπ ππφζρνληαη λα παξάγνπλ ηελ θαιχηεξε ελεξγεηαθή απφδνζε κε ηελ ειάρηζηε ξχπαλζε. 73

80 1.12.ΠΑΛΛΗΡΟΨΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Ζ αμηνπνίεζε ηεο παιηξξντθήο ελέξγεηαο ρξνλνινγείηαη απφ εθαηνληάδεο ρξφληα πξηλ, αθνχ κε ηα λεξά πνπ δεζκεχνληαλ ζηηο εθβνιέο πνηακψλ απφ ηελ παιίξξνηα, θηλνχληαλ λεξφκπινη. Ο ηξφπνο είλαη απιφο: Σα εηζεξρφκελα λεξά ηεο παιίξξνηαο ζηελ αθηή θαηά ηελ πιεκκπξίδα κπνξνχλ λα παγηδεπηνχλ ζε θξάγκαηα, νπφηε θαηά ηελ άκπσηε ηα απνζεθεπκέλα λεξά ειεπζεξψλνληαη θαη θηλνχλ πδξνζηξφβηιν, φπσο ζηα πδξνειεθηξηθά εξγνζηάζηα. Σα πιένλ θαηάιιεια κέξε γηα ηελ θαηαζθεπή ζηαζκψλ ειεθηξνπαξαγσγήο είλαη νη ζηελέο εθβνιέο πνηακψλ. Ζ δηαθνξά κεηαμχ ηεο ζηάζκεο ηνπ λεξνχ θαηά ηελ άκπσηε θαη ηελ πιεκκπξίδα πξέπεη λα είλαη ηνπιάρηζηνλ 10 κέηξα. ήκεξα νη κηθξνί ζηαζκνί παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απφ ην ζαιαζζηλφ λεξφ βξίζθνληαη ζε πεηξακαηηθφ ζηάδην. Σρήκα Δγθαηάζηαζε αμηνπνίεζεο παιηξξντθήο ελέξγεηαο Δπίζεο ππάξρνπλ νη παιηξξντθνί θξάρηεο πνπ κνηάδνπλ κε ηεξάζηηεο πεξηζηξεθφκελεο πφξηεο πνπ κπινθάξνπλ εληειψο ηελ είζνδν ελφο θαλαιηνχ έηζη ψζηε φιν ην λεξφ ηεο παιίξξνηαο λα πεξλάεη απφ απηέο. Σρήκα Παιηξξντθνί θξάρηεο Μφιηο ηα ηειεπηαία ρξφληα άξρηζε ε θαηαζθεπή ησλ παιηξξντθψλ γελλεηξηψλ. Μνηάδoπλ κε αλεκνγελλήηξηεο αιιά πξνζθέξνπλ ζεκαληηθά πιενλεθηήκαηα ζε ζρέζε κε ηηο πξνεγνχκελεο, κέζα ζηα νπνία είλαη θαη νη κεησκέλεο αξλεηηθέο πεξηβαιινληηθέο επηπηψζεηο. Οη παιηξξντθέο γελλήηξηεο εθκεηαιιεχνληαη ηα παιηξξντθά ξεχκαηα πνπ θηλνχληαη κε ηαρχηεηα 2-3 m/s γηα λα παξάγνπλ ειεθηξηζκφ κεηαμχ 4 θαη 13 KW/m 2. 74

81 Σρήκα Παιηξξντθέο γελλήηξηεο Δλψ ε παιηξξντθή ελέξγεηα πξνζθέξεη αξθεηά πιενλεθηήκαηα, φπσο ηεο νηθνλνκηθήο θαη ηερληθήο αλάπηπμεο θνληά ζηηο εθβνιέο ησλ πνηακψλ θαζψο επίζεο θαη ηηο κεησκέλεο εθπνκπέο αεξίσλ ζεξκνθεπίνπ αθνχ δελ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηεξεά θαχζηκα, ππάξρνπλ σζηφζν ζεκαληηθά πεξηβαιινληηθά κεηνλεθηήκαηα. Ζ θαηαζθεπή δεμακελψλ ζηηο εθβνιέο πνηακψλ κπνξεί λα απμήζεη ην ίδεκα θαη ηε ζνιεξφηεηα ηνπ λεξνχ ζηε δεμακελή κε απνηέιεζκα λα επεξεαζηεί ε ρισξίδα θαη ε παλίδα ηεο πεξηνρήο. Δπηπιένλ,ε αχμεζε ηνπ ηδήκαηνο ζα κπνξνχζε λα έρεη επηπηψζεηο ζηε λαπζηπινΐα θαη ηνλ ηνπξηζκφ αθνχ ην βάζνο ηεο ζαιάζζηαο πεξηνρήο ζα κεησλφηαλ. Πξνο ην παξφλ πνιχ ιίγεο κνλάδεο είλαη ζε ιεηηνπξγία γηα λα κπνξέζνπκε λα θαηαλνήζνπκε φιεο ηηο ζπλέπεηεο πνπ έρνπλ ζην πεξηβάιινλ. 75

82 2. ΠΖΓΔ ΔΝΔΡΓΔΗΑ 76

83 ήκεξα, ηα νξπθηά θαχζηκα θπξηαξρνχλ παγθνζκίσο ζηελ παξαγσγή ελέξγεηαο. χκθσλα κε κειέηεο ηεο ΗΔΑ (World Energy Outlook), ηα νξπθηά θαχζηκα ζα ζπλερίζνπλ λα απνηεινχλ ηελ θχξηα ελεξγεηαθή πεγή έσο ην 2030, ζεκεηψλνληαο κάιηζηα αχμεζε παξαγσγήο ηνπο κεηαμχ 1,5-2,5%. ηε ρψξα καο ε κφλε αμηνζεκείσηε εγρψξηα πεγή νξπθηψλ θαπζίκσλ είλαη ν ιηγλίηεο. Σα βηνκεραληθά αμηνπνηήζηκα θνηηάζκαηα ιηγλίηε ππνινγίδνληαη ζε 4 δηζεθαηνκκχξηα ηφλνπο ή 550 εθαηνκκχξηα ηφλνπο ηζνδχλακνπ πεηξειαίνπ. Παξφιν πνπ ν Διιεληθφο ιηγλίηεο είλαη έλα θησρήο πνηφηεηαο θαχζηκν, απνηειεί ηελ θχξηα ελεξγεηαθή πεγή ηεο ρψξαο θαη ρξεζηκνπνηείηαη ζρεδφλ εμ' νινθιήξνπ ζηελ παξαγσγή ειεθηξηζκνχ. Σρήκα 2.1. Παξαγσγή ειεθηξηζκνύ ζηελ Διιάδα αλά ηύπν κνλάδσλ. Καηά ηα ηειεπηαία ρξφληα πνιιέο βηνκεραληθέο κνλάδεο ηεο ρψξαο έρνπλ ζηξαθεί ζην θπζηθφ αέξην γηα ηελ παξαγσγή ελέξγεηαο θαη ηελ θάιπςε ησλ αλαγθψλ ηνπο. Παξακέλεη φκσο κεγάινο αξηζκφο κνλάδσλ πνπ παξάγνπλ ζεξκφηεηα ή ειεθηξηζκφ κε ιέβεηεο πγξψλ θαη ζηεξεψλ θαπζίκσλ. ηελ ζπλέρεηα παξνπζηάδνληαη ηα θπξηφηεξα νξπθηά θαχζηκα θαη δίλεηαη κία πιεξέζηεξε πεξηγξαθή γηα ηνλ ιηγλίηε ιφγσ ηνπ ελδηαθέξνληνο πνπ παξνπζηάδεη γηα ηελ ρψξα καο. Σν ελεξγεηαθφ πεξηερφκελν ελφο θαπζίκνπ πξνζδηνξίδεηαη κε ηνλ φξν ζεξκνγφλνο ηζρχο, ε νπνία δηαθξίλεηαη ζε αλψηεξε θαη θαηψηεξε. Ζ ηειεπηαία ρξεζηκνπνηείηαη ζηελ κειέηε ησλ ελεξγεηαθψλ ζπζηεκάησλ. ηνλ πίλαθα πνπ αθνινπζεί δίλνληαη ελδεηθηηθά νη ηηκέο ησλ πην δηαδεδνκέλσλ ελεξγεηαθψλ πφξσλ. 77

84 Δλεξγεηαθφο πφξνο Καηψηεξε ζεξκνγφλνο ηζρχο H u (MJ/Kg) Ξπιεία(μεξή) 15,3 Ληγλίηεο 8 Ληζάλζξαθαο 30 Πεηξέιαην S(βαξχ) 40 Πεηξέιαην El(ειαθξχ) 42,7 Πεηξέιαην θίλεζεο 42,7 Βελδίλε 43,1 Φπζηθφ αέξην ζέξκαλζεο 47,6 Πίλαθαο 2.1. Οη πην δηαδεδνκέλνη ελεξγεηαθνί πόξνη Ζ πην επνπηηθή δπλαηφηεηα παξνπζίαζεο ηνπ ελεξγεηαθνχ ζπζηήκαηνο είλαη πηνζεηψληαο ηελ θαηεγνξηνπνίεζε ζχκθσλα κε ηνλ ελεξγεηαθφ πφξν, εμεηάδνληαο ηα απνζέκαηα, ηε δήηεζε θαη ηελ παξαγσγή ηνπ. 2.1.ΠΔΣΡΔΛΑΗΟ Σν πεηξέιαην έρεη ην ζεκαληηθφηεξν κεξίδην ζηελ αγνξά ελέξγεηαο απφ θάζε άιιν θαχζηκν, κνινλφηη ε αλαινγία απηή κεηψλεηαη. Έηζη, ελψ ην 1970 ην πεηξέιαην απνηεινχζε ην 60% ηεο βαζηθήο παξνρήο ελέξγεηαο, ζήκεξα ην απηφ πνζνζηφ αλέξρεηαη ζην 44%. Ζ δήηεζε πεηξειαίνπ απμάλεηαη θπξίσο ζηνλ ηνκέα ησλ κεηαθνξψλ, θαζψο νη κεηαθνξέο εμαξηψληαη απνθιεηζηηθά απφ ην πεηξέιαην θαη απνηεινχλ ηνλ θπξηφηεξν θαηαλαισηή ηνπ. Γη απηφ ην ιφγν κία θξίζε ζηε παξνρή πεηξειαίνπ ζ απηφ ηνλ ηνκέα είλαη δπζθνιφηεξν λα ραιηλαγσγεζεί απφ νπνηαδήπνηε άιιε δηαθνπή παξνρήο νπνηνπδήπνηε άιινπ θαπζίκνπ. Σα πεξηζζφηεξα παγθφζκηα απνδεδεηγκέλα απνζέκαηα πεηξειαίνπ βξίζθνληαη ζηελ πεξηνρή ηεο Μέζεο Αλαηνιήο θαη αληηζηνηρνχλ ζην 64% ηνπ ζπλφινπ. Άιιεο ζεκαληηθέο πνζφηεηεο απνζεκάησλ πεηξειαίνπ εληνπίδνληαη ζηελ Ακεξηθή θαη ηελ πξψελ νβηεηηθή Έλσζε, νη νπνίεο φκσο θαηαλαιψλνληαη απφ ηηο εγγχηεξεο πεξηνρέο. Οη γεληθέο εθηηκήζεηο γηα ηα απνζέκαηα είλαη ζπληεξεηηθέο, φκσο λέα απνζέκαηα πξνζηίζεληαη ζηα ππάξρνληα. Δπηπιένλ λέεο ηερλνινγίεο, φπσο ε νξηδφληηα δηάηξεζε, επεθηείλνπλ ηηο δπλαηφηεηεο εμαγσγήο πεηξειαίνπ είηε απφ παιηφηεξεο ή κηθξέο πεγέο είηε απφ δπζθνιφηεξεο πεξηνρέο, φπσο ε ζαιάζζηα άληιεζε ζε κεγάια βάζε. Δπηπξφζζεηα ηα κε ζπκβαηηθά πεηξέιαηα σο απνηέιεζκα ηεο ηερλνινγηθήο πξνφδνπ πξνζθέξνπλ κία αθφκε πεγή. Γηα ηνπο παξαπάλσ ιφγνπο είλαη βέβαην πσο ηα εθηηκψκελα απνζέκαηα πεηξειαίνπ ζα απμεζνχλ. Σέινο έλαο αθφκε παξάγνληαο πνπ ζα πξέπεη λα ιεθζεί ππφςε είλαη επίδξαζε ηεο θαχζεο ηνπ πεηξειαίνπ ζηελ αηκφζθαηξα θαη ζηελ αιιαγή ηνπ παγθφζκηνπ θιίκαηνο. 78

85 Σρήκα 2.2. Παξαγσγή, εηζαγσγέο θαη θαηαλάισζε πεηξειαίνπ ζηελ Δπξώπε κέρξη ην2030. Ζ ηηκή ηνπ πεηξειαίνπ, κε εμαίξεζε ηε δεθαεηία ηνπ 1970, έρεη κηθξή επίδξαζε ζηελ ηάζε αχμεζε ηεο δήηεζήο ηνπ. Ζ δήηεζε εμαθνινπζεί λα απμάλεηαη παξά ην γεγνλφο φηη ε ηηκή ηνπ πεηξειαίνπ ηα ηειεπηαία 30 ρξφληα είλαη πεξηζζφηεξν επκεηάβνιε απφ φηη ηα 100 πξνεγνχκελα έηε. Σα δεηήκαηα πνπ θαζνξίδνπλ ηηο εηζαγσγέο πεηξειαίνπ πνηθίινπλ. Πξψηα έξρεηαη ε ζηξαηεγηθή δηαρείξηζε ησλ επξσπατθψλ απνζεκάησλ θαη θπξίσο απηψλ ηεο Βφξεηαο Θάιαζζαο. Γεχηεξνλ νη ππνδνκέο ζχλδεζεο πξέπεη λα είλαη επαξθείο ηδηαίηεξα κε ηελ Μέζε Αλαηνιή πνπ αλακέλεηαη λα απνηειέζεη ηνλ θπξηφηεξν πξνκεζεπηή καθξνπξφζεζκα. Οη ζπλδέζεηο κε αγσγνχο είλαη ειθπζηηθφηεξεο απφ φηη ε κεηαθνξά ηνπ πεηξειαίνπ κε πεηξειαηνθφξα πινία. Σέινο ε ηθαλφηεηα παξνρήο θαη ε πνιηηηθή βνχιεζε ησλ εμαγσγηθψλ ρσξψλ ζα πξέπεη λα ηθαλνπνηεί ηελ απμαλφκελε δήηεζε παγθνζκίσο. Απηή ίζσο είλαη πην αβέβαηε πιεπξά ηνπ ζέκαηνο θαη ε ζεκαληηθφηεξε φζνλ αθνξά ζηε δηακφξθσζε ησλ ηηκψλ ηνπ πεηξειαίνπ. 2.2.ΦΤΗΚΟ ΑΔΡΗΟ Ζ ζχζηαζε ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ φπσο απηφ εληνπίδεηαη ζηε θχζε πνηθίιεη ζεκαληηθά ζηα δηάθνξα θνηηάζκαηα. Απνηειείηαη θπξίσο απφ κεζάλην θαη αηζάλην θαζψο θαη απφ πξνπάλην, βνπηάληα θαη πεληάληα. Δπίζεο πεξηέρεη θαη θάπνηα αλφξγαλα αέξηα φπσο δηνμείδην ηνπ άλζξαθα, πδξφζεην, άδσην θαη ήιην. Όηαλ ην θπζηθφ αέξην δελ πεξηέρεη ζπκππθλψζηκνπο πδξνγνλάλζξαθεο (βνπηάληα, πεληάληα ή θαη βαξχηεξνπο πδξνγνλάλζξαθεο) νλνκάδεηαη μεξφ ελψ αληίζεηα αλ πεξηέρεη ζεκαληηθέο πνζφηεηεο ζπκππθλψζηκσλ πδξνγνλαλζξάθσλ νλνκάδεηαη πγξφ. Όηαλ πεξηέρεη ζεκαληηθέο πνζφηεηεο δηνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα θαη πδξφζεηνπ νλνκάδεηαη φμηλν. Σν θπζηθφ αέξην κεηαθέξεηαη θπξίσο, ππφ πςειή πίεζε (έσο θαη 70 atm), κέζσ κεγάισλ δηθηχσλ αγσγψλ. Σα δίθηπα απηά είλαη δπλαηφλ λα θαιχπηνπλ αξθεηέο ρηιηάδεο ρηιηφκεηξα θαη απνηεινχληαη απφ αγσγνχο κεγάιεο δηαηνκήο (έσο θαη 0,9 m) θαη ελδηάκεζνπο ζηαζκνχο ζπκπίεζεο. Όπνπ δελ είλαη δπλαηή ε θαηαζθεπή αγσγψλ κεηαθνξάο ην θπζηθφ αέξην κεηαθέξεηαη πγξνπνηεκέλν κέζσ εηδηθά δηακνξθσκέλσλ δεμακελφπινησλ. 79

86 Αλαιφγσο ηεο ζχζηαζήο ηνπ ην θπζηθφ αέξην πθίζηαηαη δηάθνξεο θαηεξγαζίεο ακέζσο κεηά ηελ εμφξπμή ηνπ. Έηζη επεηδή ην θπζηθφ αέξην ην νπνίν είλαη πινχζην ζε δηνμείδην ηνπ άλζξαθα θαη πδξφζεην, είλαη δειαδή φμηλν, κπνξεί λα δηαβξψζεη ην δίθηπν κεηαθνξάο θαη ηνπο ζαιάκνπο θαχζεο, είλαη απαξαίηεηε ε απνκάθξπλζε ησλ δχν απηψλ αεξίσλ πξηλ ηε κεηαθνξά θαη ηε ρξεζηκνπνίεζή ηνπ. Μηα αθφκε δηεξγαζία πνπ πθίζηαηαη ην θπζηθφ αέξην είλαη ν θαζνξηζκφο ηεο πγξαζίαο ηνπ δηφηη ζε αέξην κε πςειή πγξαζία είλαη δπλαηφλ λα δεκηνπξγεζνχλ αλεπηζχκεηεο έλπδξεο ελψζεηο. Οη ελψζεηο απηέο είλαη πξντφληα ηεο αληίδξαζεο ηνπ λεξνχ κε ηνπο πδξνγνλάλζξαθεο ζηηο ζπλζήθεο πςειήο πίεζεο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη θαηά ηε κεηαθνξά ηνπ. Σέινο, απνκαθξχλνληαη νη ζπκππθλψζηκνη πδξνγνλάλζξαθεο δηφηη πγξνπνηνχληαη ζηηο πςειέο πηέζεηο θαη έηζη δεκηνπξγνχλ πξνβιήκαηα ζηε κεηαθνξά. Σν θπζηθφ αέξην είλαη εμαηξεηηθφ θαχζηκν θαζψο θαηά ηελ θαχζε ηνπ απνδίδεη κεγαιχηεξα πνζά ελέξγεηαο απφ φηη ην πεηξέιαην θαη ν άλζξαθαο. Έηζη έλα ρηιηφγξακκν θπζηθνχ αεξίνπ απνδίδεη KJ ζεξκφηεηαο ελψ έλα ρηιηφγξακκν πεηξειαίνπ θαη άλζξαθα απνδίδεη KJ θαη KJ ζεξκφηεηαο αληίζηνηρα. ήκεξα ζεσξείηαη φηη θαιχπηεη πεξίπνπ ην 25% ησλ παγθφζκησλ ελεξγεηαθψλ αλαγθψλ θαη ρξεζηκνπνηείηαη ζηε παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, ζηε βηνκεραλία γηα ζεξκηθέο ρξήζεηο θαζψο θαη ζηνλ νηθηαθφ ηνκέα Σν θπζηθφ αέξην είλαη έλα ηδηαίηεξεο ζεκαζίαο θαχζηκν γηα ηελ αζθάιεηα παξνρήο ελέξγεηαο γηα ηξεηο ιφγνπο. 1.Απμάλεηαη ζεκαληηθά ε ρξήζε ηνπ θαη απνθηάεη ηδηαίηεξε πξνηίκεζε ζηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο (ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ ηεο ζπκπαξαγσγήο) αληηθαζηζηψληαο ζηαδηαθά ην πεηξέιαην θαη ηνλ άλζξαθα. Σα εξγνζηάζηα παξαγσγήο ειεθηξηθή ελέξγεηαο κε θπζηθφ αέξην απαηηνχλ ρακειφηεξν θφζηνο επέλδπζεο πνπ ζεκαίλεη ζχληνκε πεξίνδν απνπιεξσκήο θαη κεγαιχηεξε απφδνζε. 2.Λφγσ ηεο ρεκηθήο ηνπ ζχζηαζεο ην θπζηθφ αέξην εθπέκπεη κηθξφηεξεο πνζφηεηεο ησλ αεξίσλ ηνπ ζεξκνθεπίνπ ζε ζχγθξηζε κε ην πεηξέιαην θαη ηνλ άλζξαθα ζε πνιιά είδε ελεξγεηαθψλ εθαξκνγψλ. 3.Σέινο, πιενλεθηεί κε ην λα είλαη εχθνια δηαζέζηκν απφ ηα απνζέκαηα εληφο ηεο ΔΔ θαη θνληά ζηα ζχλνξά ηεο (Αιγεξία, Ρσζία θαη Ννξβεγία). Σα απνζέκαηα θπζηθνχ αεξίνπ ζπγθξηλφκελα κε απηά ηνπ πεηξειαίνπ είλαη παγθνζκίσο ζρεηηθά θαιά θαηαλεκεκέλα. Ζ πξψελ νβηεηηθή Έλσζε δηαζέηεη ηα πεξηζζφηεξα απνζέκαηα θπζηθνχ αεξίνπ θαη ε Μέζε Αλαηνιή θαηαιακβάλεη ηε δεχηεξε ζέζε. εκαληηθέο πνζφηεηεο θπζηθνχ αεξίνπ ππάξρνπλ επίζεο ζηελ Ακεξηθή, ηελ Αθξηθή θαη ηελ Δπξψπε. Ζ παξαγσγή θπζηθνχ αεξίνπ έρεη απμεζεί ηα ηειεπηαία 10 ρξφληα, ψζηε λα αληαπεμέιζεη ζηελ απμεκέλε δήηεζε. 80

87 Σρήκα 2.3. Παξαγσγή, εηζαγσγέο θαη θαηαλάισζε θπζηθνύ αεξίνπ ζηελ Δπξώπε κέρξη ην2030. Σν θφζηνο παξνρήο θπζηθνχ αεξίνπ, ην νπνίν ζπλήζσο δηακνξθψλεηαη απφ ην θφζηνο παξαγσγήο θαη κεηαθνξάο, ίζσο απμεζεί σο απνηέιεζκα ηνπ γεγνλφηνο φηη νη απνζηάζεηο κειινληηθά ζα απμεζνχλ, παξφιν πνπ ην ρακειφ θφζηνο ηεο α χιεο ίζσο εμηζνξξνπήζεη απηέο ηηο απμήζεηο. Ζ έθηαζε ηεο επηξξνήο ηνπ παξαπάλσ ιφγνπ ζηε ζέζε ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ ζηελ αγνξά ζα θαζνξηζηεί δπλακηθά απφ ηε δήηεζε θαη ηελ παξνρή ζε κία αληαγσληζηηθή αγνξά ελέξγεηαο. Πξνο ην παξφλ νη ηηκέο ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ θαζνξίδνληαη απφ απηέο ηνπ πεηξειαίνπ θαη δελ αληηθαηνπηξίδνπλ ην πεξηερφκελν θφζηνο ηξνθνδνζίαο. Ζ δήηεζε θπζηθνχ αεξίνπ ζηελ ΔΔ απμήζεθε ηα ηειεπηαία 10 ρξφληα κεγαιψλνληαο ην κεξίδην ηνπ ζηελ αγνξά ελέξγεηαο απφ 16% ζε 21%, έζησ θη αλ απηφ ζπλέβε κε αλνκνηφκνξθν ξπζκφ αχμεζεο. Ζ αχμεζε ηεο δήηεζεο εθηηκάηαη λα ζπλερηζηεί θαη κάιηζηα ξαγδαία γηα δχν ιφγνπο: α) ην θπζηθφ αέξην έρεη ρακειφηεξεο εθπνκπέο φζνλ αθνξά ζηα αέξηα ηνπ ζεξκνθεπίνπ ζε ζχγθξηζε κε ην πεηξέιαην θαη ηνλ άλζξαθα θαη β) έρεη απμεζεί ν βαζκφο απφδνζεο ησλ ζπλδπαζκέλσλ θχθισλ ζηελ παξαγσγή ειεθηξηζκνχ. Καηά κέζν φξν ην κεξίδην ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ εθηηκάηαη φηη ζα απμεζεί απφ 21% ην 1998 ζε 27% ην έηνο Σα 2/3 απηήο ηεο αχμεζεο ππνινγίδεηαη φηη ζα αθνξνχλ ζηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, ζπκπεξηιακβάλνληαο ηε ζπκπαξαγσγή ζεξκφηεηαο θαη ειεθηξηζκνχ. Σν θφζηνο κεηαθνξάο ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ απμάλεηαη αλάινγα κε ηελ απφζηαζε πνπ πξέπεη λα θαιπθζεί θαη ζηελ πεξίπησζε ησλ ππνζαιάζζησλ αγσγψλ ην θφζηνο απμάλεηαη ζεκαληηθά κεηά ηα ρηιηφκεηξα. Αλ θαη δελ ππάξρνπλ αθξηβείο εθηηκήζεηο, ην θφζηνο εηζαγφκελνπ αεξίνπ ζηελ Δπξψπε, γηα παξάδεηγκα απφ ηελ ηβεξία (4000 km), ζα κπνξνχζε λα έρεη ζνβαξφ αληίθηππν ζηηο ηηκέο αγνξάο γεληθά, ίζσο θαη ηνλ δηπιαζηαζκφ ηνπο. Σν θφζηνο επίζεο είλαη πηζαλφ λα απμεζεί ιφγσ ηεο παξαγσγήο ηνπ θάησ απφ δπζθνιφηεξεο ηερληθά απνζηάζεηο (ππνζαιάζζηνη αγσγνί ζε κεγάιν βάζνο, πεξηνρέο κε κφληκν ζηξψκα πάγνπ). Απηφ ην θφζηνο ζα κπνξνχζε λα ειεγρζεί κε ηερλνινγίεο πην αμηφπηζηεο άληιεζεο, κε πςειφηεξνπο ξπζκνχο εθκεηάιιεπζεο ησλ ππαξρφλησλ απνζεκάησλ θαη κε πςειφηεξε πίεζε ιεηηνπξγίαο ζηνπο αγσγνχο. ε θνληηλέο απνζηάζεηο ε κεηαθνξά ηνπ πγξνπνηεκέλνπ θπζηθνχ αεξίνπ είλαη ζρεηηθά αθξηβή, αιιά αξρίδεη 81

88 λα γίλεηαη νηθνλνκηθά ειθπζηηθφηεξε απφ ηε κεηαθνξά κε αγσγνχο γηα απνζηάζεηο κεγαιχηεξεο απφ ρικ. 2.3.ΑΝΘΡΑΚΑ ηα ζηεξεά θαχζηκα πεξηιακβάλνληαη ν ιηζάλζξαθαο, ν αζθαιηνχρνο άλζξαθαο θαη ν ιηγλίηεο. Δίλαη ειθπζηηθά δηφηη παξέρνπλ αζθάιεηα ηξνθνδνζίαο ζηελ ΔΔ ιφγσ ησλ κεγάισλ εγρψξησλ απνζεκάησλ, ηδηαίηεξα ηνπ ιηζάλζξαθα. Ζ ηερλνινγηθή πξφνδνο ζα κπνξνχζε λα θηλήζεη ην ελδηαθέξνλ μαλά πξνο ηνλ άλζξαθα, κε ηε κνξθή ησλ θαζαξψλ ηερλνινγηψλ άλζξαθα. Σα θπξηφηεξα απνζέκαηα βξίζθνληαη ζηελ Βφξεηα Ακεξηθή, ζηηο αζηαηηθέο ρψξεο ηνπ Δηξεληθνχ θαη ζηελ πξψελ νβηεηηθή Έλσζε. εκαληηθφο παξάγνληαο ζηελ παξαγσγή άλζξαθα είλαη ην θφζηνο. Παξφηη ππάξρνπλ κεγάια απνζέκαηα, ηα νξπρεία άλζξαθα βξίζθνληαη ζε κεγάια βάζε, γεγνλφο πνπ θαζηζηά ηελ εθκεηάιιεπζή ηνπο δαπαλεξή. Ο άλζξαθαο έρεη θαηεγνξεζεί ζην παξειζφλ φηη ζρεηίδεηαη κε ηελ κφιπλζε θαη εμαθνινπζεί λα απνηειεί ζεκαληηθή πεγή εθπνκπψλ CO 2. Ζ βηνκεραλία άλζξαθα εηζήγαγε κέηξα γηα ηε κείσζε ηεο κφιπλζεο θαη λέεο ηερλνινγίεο αλαπηχζζνληαη γηα ηελ πεξαηηέξσ ειάηησζε ησλ επηδήκησλ εθπνκπψλ απφ ηελ παξαγσγή άλζξαθα, ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ θαη ηνπ CO 2. Απηέο νη εμειίμεηο κπνξνχλ λα μαλαθάλνπλ ηνλ άλζξαθα ειθπζηηθφ θαη λα σθειήζνπλ ηελ αζθάιεηα ηξνθνδνζίαο. Απφ νηθνλνκηθή ζθνπηά, ν άλζξαθαο πξνζθέξεη ην πιενλέθηεκα έλαληη ηνπ πεηξειαίνπ θαη ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ ηεο ζρεηηθά ζηαζεξήο ηηκήο, πνπ ελ κέξεη νθείιεηαη ζην γεγνλφο φηη ε παξνρή ππεξβαίλεη ηελ θαηαλάισζε. Σα ηειεπηαία 15 ρξφληα ε κέζε ηηκή ηνπ εηζαγφκελνπ άλζξαθα έρεη δηαθπκαλζεί ιηγφηεξν απφ 20 $/tce, ζπγθξηλφκελν κε ηε δηαθχκαλζε πνπ παξνπζίαζε ην αξγφ πεηξέιαην (κεγαιχηεξε απφ 120$/tce). Ζ δήηεζε άλζξαθα ζηελ ΔΔ αθνινπζεί κία πησηηθή ηάζε πνπ νθείιεηαη ζηελ επξεία απνκάθξπλζε ηνπ άλζξαθα απφ ηνλ νηθηαθφ ηνκέα, ηελ αληηθαηάζηαζή ηνπ απφ ην θπζηθφ αέξην ζηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο θαη ζηελ αιιαγή ηεο δνκήο ηεο βηνκεραλίαο ράιπβα. Άκνξθα είδε άλζξαθα Οη πνηθηιίεο ηνπ άκνξθνπ άλζξαθα θαηαηάζζνληαη ζε 2 κεγάιεο θαηεγνξίεο: ζ' εθείλεο πνπ βξίζθνληαη ζηε θχζε - γαηάλζξαθεο - θαη ζ' εθείλεο πνπ παξαζθεπάδνληαη ηερλεηά. Γαηάλζξαθεο. ηελ θαηεγνξία απηή αλήθνπλ νη νξπθηνί άλζξαθεο πνπ βξίζθνληαη ζε εθηεηακέλα θνηηάζκαηα ζ' νιφθιεξν ηνλ θφζκν. Οη γαηάλζξαθεο ζρεκαηίζηεθαλ ζηα έγθαηα ηεο γεο ζε δηάθνξεο γεσινγηθέο πεξηφδνπο, κε αξγή απαλζξάθσζε ησλ θπηηθψλ νξγαληζκψλ, κε απνπζία αέξα θαη κε ηελ επίδξαζε πςειψλ ζεξκνθξαζηψλ θαη κεγάισλ πηέζεσλ. ην ηέινο ηεο απαλζξάθσζεο απέκεηλε κείγκα απφ ζπκπαγείο ελψζεηο ηνπ άλζξαθα κε ηα ζηνηρεία νμπγφλνπ, πδξνγφλνπ, αδψηνπ θαη ζείνπ θαη κε νξπθηά απηψλ, πνπ απνηεινχλ ηε ζηάρηε πνπ απνκέλεη κεηά ηελ θαχζε ηνπο. 82

89 Όζν παιαηφηεξα άξρηζε ε απαλζξάθσζε ησλ θπηηθψλ νξγαληζκψλ, ηφζν κεγαιχηεξν είλαη ην πνζνζηφ ηνπ άλζξαθα ζηνπο γαηάλζξαθεο πνπ ζρεκαηίζηεθαλ. Έηζη, κε βάζε ηελ πεξηεθηηθφηεηα ησλ γαηαλζξάθσλ ζε άλζξαθα, δηαθξίλνληαη ζε: Αλζξαθίηεο: Δίλαη ν αξραηφηεξνο θαη θαζαξφηεξνο γαηάλζξαθαο. Πεξηέρεη 90% πεξίπνπ άλζξαθα. Δίλαη ζψκα ζηεξεφ, καχξν, ζθιεξφ θαη γπαιηζηεξφ. Καίγεηαη εχθνια κε κηθξή θαη πνιχ ζεξκαληηθή θιφγα. Υξεζηκνπνηείηαη θχξηα ζαλ θαχζηκν πιηθφ θαη έλα κηθξφ πνζνζηφ ηνπ γηα ηελ παξαζθεπή πδξαεξίνπ θαη γξαθίηε. Ληζάλζξαθαο: ρεκαηίζηεθε κεηά ηνλ αλζξαθίηε θαη είλαη θαηψηεξνο ζε πνηφηεηα. Πεξηέρεη 75% πεξίπνπ άλζξαθα. Δίλαη ζψκα ζηεξεφ, καχξν θαη ηξίβεηαη εχθνια. Καίγεηαη κε κηα γαιάδηα θιφγα θαη ρξεζηκνπνηείηαη επξχηαηα ζαλ θαχζηκν πιηθφ. Με μεξή απφζηαμε ηνπ ιηζάλζξαθα παίξλνπκε ην θνθ, ηελ ιηζαλζξαθφπηζζα, ηελ ακκσλία θαη αέξηεο ελψζεηο πνπ απνηεινχλ ην θσηαέξην. Ληγλίηεο: Δίλαη ν γαηάλζξαθαο κε ηελ λεφηεξε ειηθία. Πεξηέρεη 65% πεξίπνπ άλζξαθα. Δίλαη ζψκα ζηεξεφ, θαζηαλφ έσο καχξν θαη εχζξππην. πρλά έρεη ηε κνξθή ηνπ μχινπ απφ ην νπνίν πξνέξρεηαη (μπιίηεο). ηελ Διιάδα βξίζθεηαη ζε πνιιέο πεξηνρέο (Δχβνηα, Αηηηθή, Πεινπφλλεζν, Θεζζαιία, Μαθεδνλία, Θξάθε) θαη απνηειεί ην κνλαδηθφ γαηάλζξαθα ηεο ρψξαο καο. Υξεζηκνπνηείηαη ζ' εξγνζηάζηα θαη ζηελ παξαγσγή ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο. Σύξθε: Δίλαη λεφηαηνο γαηάλζξαθαο πνπ πξνέξρεηαη απφ ηελ απαλζξάθσζε πδξφβησλ θπηψλ. Πεξηέρεη 55% πεξίπνπ άλζξαθα. Έρεη ρξψκα θαζηαλφ, είλαη πνξψδεο θαη θαίγεηαη δχζθνια. Υξεζηκνπνηείηαη ζαλ θαχζηκε χιε θαηψηεξεο πνηφηεηαο. Σερλεηνί άλζξαθεο: Κνθ ή νπηάλζξαθαο: Δίλαη ην ππφιεηκκα ηεο μεξήο απφζηαμεο ησλ ιηζαλζξάθσλ. Έρεη ρξψκα ραιπβφηεθξν θαη είλαη ζθιεξφ, πνξψδεο, ζηεξεφ. Καίγεηαη γξήγνξα ζηνλ αέξα, κε κηθξή γαιάδηα θιφγα. Απνδίλεη κεγάια πνζά ζεξκφηεηαο θαη έηζη ρξεζηκνπνηείηαη ζαλ άξηζην θαχζηκν. Υξεζηκνπνηείηαη αθφκα ζαλ αλαγσγηθφ κέζν ζηε κεηαιινπξγία θαη ζηε βηνκεραλία γηα ηελ παξαζθεπή ηνπ αλζξαθνππξίηηνπ, ηνπ αλζξαθαζβέζηηνπ θαη ηνπ πδξαεξίνπ. Άλζξαθαο απνζηαθηήξσλ: Δίλαη ζρεδφλ θαζαξφο άλζξαθαο πνπ ζρεκαηίδεηαη ζην εζσηεξηθφ ησλ ηνηρσκάησλ ησλ απνζηαθηήξσλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ απφζηαμε ησλ ιηζαλζξάθσλ. Πξνέξρεηαη απφ ηε δηάζπαζε αεξίσλ, πδξνγνλαλζξάθσλ, πνπ παξάγνληαη θαηά ηελ μεξή απφζηαμε ησλ ιηζαλζξάθσλ. Δίλαη ζψκα ζηεξεφ, ζηαρηφκαπξν, ζθιεξφ, θαιφο αγσγφο ηεο ζεξκφηεηαο θαη ηνπ ειεθηξηζκνχ θαη βξίζθεη εθαξκνγή ζηελ θαηαζθεπή ειεθηξνδίσλ. Ξπιάλζξαθαο: Σνλ παίξλνπκε κε ηελ μεξή απφζηαμε ησλ μχισλ (ζέξκαλζε ρσξίο αέξα). Απηφ γίλεηαη, είηε κε ζέξκαλζε ησλ μχισλ κέζα ζε θιεηζηά δνρεία φπνπ απνκέλεη, φπσο ην ηνμηθφ νμχ, ην 83

90 μπιφπλεπκα θαη ε αθεηφλε είηε κε ζρεκαηηζκφ ζσξψλ απφ μχια (μπινθάκηλνη) θαη επηθάιπςε απηψλ κε ρψκα. ' απηνχο αλνίγνληαη κηθξέο ηξχπεο, γηα λα θπθινθνξεί εχθνια ν αέξαο θαη κηα κεγάιε θεληξηθή ηξχπα, πνπ ρξεζηκεχεη ζαλ θαπλνδφρνο. Απφ ηελ θαπλνδφρν ξίρλνπκε ζπλερψο αλακκέλα θάξβνπλα: νπφηε θαίγεηαη έλα κέξνο ησλ μχισλ θαη απαλζξαθψλνληαη ηα ππφινηπα. Εσηθόο άλζξαθαο :Πξνέξρεηαη απφ ηελ απαλζξάθσζε δσηθψλ νπζηψλ (θφθαια, αίκα θιπ.). Δίλαη πνξψδεο, φπσο ν μπιάλζξαθαο θαη έρεη ηελ ηδηφηεηα λα απνξξνθά αέξηα θαη ρξσζηηθέο νπζίεο. Έηζη ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηνλ απνρξσκαηηζκφ ηεο δάραξεο, ζαλ απνζκεηηθφ θαη απνξξνθεηηθφ ησλ αεξίσλ ηνπ ζηνκάρνπ θιπ. Αηζάιε (θαπληά, θνύκν): Πξνέξρεηαη απφ ηελ αηειή θαχζε νξγαληθψλ νπζηψλ, πινχζησλ ζε άλζξαθα. Καηά ηελ θαχζε καδεχνπκε ηελ θαπληά πάλσ ζε εηδηθή επηθάλεηα πνπ πξέπεη λα δηαηεξείηαη θξχα. Δίλαη ιεπηή, καχξε ζθφλε θαη απνηειείηαη απφ θαζαξφ άλζξαθα. Υξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ θαηαζθεπή ηεο ζηληθήο θαη ηεο ηππνγξαθηθήο κειάλεο, βεξληθηψλ, ζηε δσγξαθηθή θαη γηα ηελ θαηαζθεπή ειαζηηθψλ. Ληγλίηεο: Οη ιηγλίηεο αλήθνπλ ζηηο ζηεξεέο νξπθηέο θαχζηκεο χιεο κε ηε γεληθή νλνκαζία γαηάλζξαθεο θαη πξνήιζαλ απφ θπηηθά ππνιείκκαηα κέζσ κηαο ζεηξάο δηεξγαζηψλ ελαλζξάθσζεο. Οη δηεξγαζίεο απηέο είραλ σο απνηέιεζκα ηνλ εκπινπηηζκφ ησλ θπηηθψλ ππνιεηκκάησλ ζε άλζξαθα. Ζ κεηαηξνπή ησλ θπηψλ ζε ηχξθε θαη ε κεηάβαζε απφ ηελ ηχξθε, ζην αξρηθφ ζηάδην ηεο ελαλζξάθσζεο, ζηνλ αλζξαθίηε ζην ηειηθφ ζηάδην ελαλζξάθσζεο, είλαη ζπλάξηεζε ηεο επίδξαζεο ηνπ ρξφλνπ, ηεο ζεξκνθξαζίαο θαη ηεο πίεζεο. Ζ αχμεζε ηνπ βαζκνχ ελαλζξάθσζεο επεξεάδεη ηα θπζηθνρεκηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ γαηαλζξάθσλ. Οη ιηγλίηεο ζρεκαηίζηεθαλ θαηά ηα πξψηα ζηάδηα ηεο ελαλζξάθσζεο ακέζσο κεηά ηελ ηχξθε.. Ζ ζεξκνγφλνο ηζρχο ησλ ιηγληηψλ είλαη απφ 3 έσο 7 θνξέο ρακειφηεξε απφ απηήλ ηνπ ιηζάλζξαθα θαη 5 έσο 10 θνξέο κηθξφηεξε απφ απηήλ ηνπ πεηξειαίνπ. Γεληθά ε πνηφηεηα ησλ ειιεληθψλ ιηγληηψλ είλαη ρακειή. Ζ ζεξκνγφλνο δχλακε θπκαίλεηαη απφ 4 4,5 ΜJ/kg ( kcal/kg) ζηηο πεξηνρέο Μεγαιφπνιεο, Ακπληαίνπ θαη Γξάκαο, απφ 5,2-5,6 ΜJ/kg ( kcal/kg) ζηελ πεξηνρή Πηνιεκαίδαο θαη 7,5-9,5 ΜJ/kg ( kcal/kg) ζηηο πεξηνρέο Φιψξηλαο θαη Διαζζφλαο. εκαληηθφ ζπγθξηηηθφ πιενλέθηεκα ησλ ιηγληηψλ ηεο ρψξαο είλαη ε ρακειή πεξηεθηηθφηεηα ζε θαχζηκν ζείν. Ζ εθκεηάιιεπζε ησλ ιηγληηηθψλ θνηηαζκάησλ γίλεηαη επηθαλεηαθά κε νξζέο βαζκίδεο. Οη απαηηήζεηο γηα εθιεθηηθή εμφξπμε ηνπ ιηγλίηε ή ησλ αγφλσλ πιηθψλ θαη πςειή παξαγσγή νδήγεζαλ ζηελ επηινγή ηεο «γεξκαληθήο κεζφδνπ» εθζθαθήο, κεηαθνξάο θαη απφζεζεο. 84

91 Σρήκα2.4. Σρεκαηηθή παξάζηαζε εμόξπμεο ιηγλίηε κε ηε «γεξκαληθή» κέζνδν πνπ αθνινπζείηαη θαη ζηελ Διιάδα. ηε κέζνδν απηή ρξεζηκνπνηείηαη σο θχξηνο εμνπιηζκφο έλα ζχζηεκα ζπλερνχο ιεηηνπξγίαο πνπ απνηειείηαη απφ ειεθηξνθίλεηνπο θαδνθφξνπο εθζθαθείο, ηαηληφδξνκνπο θαη απνζέηεο. Γηα ηελ εμφξπμε ηνπ θνηηάζκαηνο ρσξίδνληαη ηα ππεξθείκελα άγνλα πιηθά θαη ηα ιηγληηηθά ζηξψκαηα ζε βαζκίδεο χςνπο 10 έσο 30 κέηξσλ αλάινγα κε ηνλ ηχπν ηνπ θαδνθφξνπ εθζθαθέα. Σν θνίηαζκα εθζθάπηεηαη θαηά ζηξψζεηο θαη ηα κελ άγνλα πιηθά (ππεξθείκελα ή ελδηάκεζα) κεηαθέξνληαη κε ηνπο ηαηληφδξνκνπο ζηνπο απνζέηεο, ν δε ιηγλίηεο κεηαθέξεηαη ζηηο απιέο ησλ αηκνειεθηξηθψλ ζηαζκψλ ή ζε άιινπο θαηαλαισηέο ή ζε ππαίζξηεο απνζήθεο ησλ ιηγληησξπρείσλ. 2.4.ΛΗΓΝΗΣΗΚΟΗ ΘΔΡΜΟΖΛΔΚΣΡΗΚΟΗ ΣΑΘΜΟΗ Οη ιηγληηθνί ζεξκνειεθηξηθνί ζηαζκνί θαιχπηνπλ ην θνξηίν βάζεο ηνπ ειιεληθνχ ζπζηήκαηνο. Ζ ιεηηνπξγία ηνπο θαίλεηαη δηαγξακκαηηθά ζην ζρήκα πνπ αθνινπζεί. 85

92 Σρήκα2.5.. Σρεκαηηθή ιεηηνπξγία ιηγληηηθήο κνλάδαο Ο ιηγλίηεο νδεγείηαη κε ηαηληφδξνκνπο ζην ζηιφ ησλ κχισλ, απ φπνπ κε ηξνθνδφηεο θαηαιήγεη ζηνπο κχινπο φπνπ αιέζεηαη. Ο ιηγλίηεο ππφ κνξθή ζθφλεο νδεγείηαη γηα θαχζε ζε εηδηθνχο θαπζηήξεο νη νπνίνη ζεξκαίλνπλ ηνπο αηκνιέβεηεο γηα αηκνπνίεζε ηνπ λεξνχ. Ο αηκνιέβεηαο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ παξαγσγή αηκνχ χδαηνο ιεηηνπξγεί ζε 540 βαζκνχο Κειζίνπ θαη πίεζε 170 αηκνζθαηξψλ, παξάγνληαο ππέξζεξκν αηκφ. Ο αηκφο απηφο νδεγείηαη κε αηκαγσγνχο ζην ζηξφβηιν ηνλ νπνίν θαη ζηξέθεη κε ζηξνθέο ην ιεπηφ. Ο αηκφο κεηά ηελ εθηφλσζή ηνπ ζην ζηξφβηιν, ζπκππθλψλεηαη ζην ζπκππθλσηή θαη κέζσ πξνζεξκαληψλ λεξνχ νδεγείηαη μαλά ζην ιέβεηα γηα λα ζπλερίζεη ηελ ίδηα δηαδηθαζία. Ο αηκνζηξφβηινο ζηξέθεη ηε γελλήηξηα, ε νπνία παξάγεη ειεθηξηθφ ξεχκα. Ζ παξαγφκελε ειεθηξηθή ελέξγεηα, έρεη ηάζε 20kV, αλπςψλεηαη κέζσ ηνπ κεηαζρεκαηηζηή αλχςσζεο ζηα 400 kv, θαηαιήγεη ζην Δζληθφ Γίθηπν δηακέζνπ ησλ Κέληξσλ Τπεξπςειήο Σάζεο (ΚΤΣ). 2.5.ΠΤΡΖΝΗΚΑ ΚΑΤΗΜΑ Απφ έλα κηθξφ πνζνζηφ ην 1970 ε Δπξσπατθή Έλσζε ζήκεξα παξάγεη ην 35% ηνπ ειεθηξηζκνχ απφ ππξεληθή ελέξγεηα. Ζ ζπκβαηηθή ππξεληθή ελέξγεηα βαζίδεηαη ζην νπξάλην, νπφηε νπνηαδήπνηε αλάιπζε ησλ πξννπηηθψλ ηεο ππξεληθήο ελέξγεηαο εζηηάδεηαη ζηε δηαζεζηκφηεηα ηνπ νπξαλίνπ. Κάζε αλάιπζε ζηελ ππξεληθή ελέξγεηα αλεγείξεη δηάθνξνπο ζρεηηθνχο παξάγνληεο, θπξίσο ζέκαηα πνπ αθνξνχλ ζηελ αζθάιεηα ησλ κνλάδσλ, ζηελ επαλεπεμεξγαζία ησλ θαπζίκσλ, ζηελ απνζήθεπζε θαη δηάζεζε ησλ πςειήο επηθηλδπλφηεηαο απνβιήησλ θαη ζηε κε εμάπισζή ηνπο. Αλ θαη πνιιέο ρψξεο έρνπλ ιάβεη πνιηηηθέο απνθάζεηο απνθιεηζκνχ ηεο ππξεληθήο ελέξγεηαο, ε αληηθαηάζηαζή ηεο δελ είλαη κηα εχθνιε θαη θζελή δηαδηθαζία φηαλ αθνξά κεγάιεο πνζφηεηεο. Μηα 86

93 πξφζζεηε δπζθνιία ζρεηίδεηαη κε ηηο ζεκαληηθά κεγαιχηεξεο εθπνκπέο ξππνγφλσλ αεξίσλ ησλ ελαιιαθηηθψλ ζπκβαηηθψλ θαπζίκσλ. ε παγθφζκην επίπεδν, ηα ζπκβαηηθά απνζέκαηα νπξαλίνπ κπνξνχλ λα θαιχςνπλ έλα ρξνληθφ δηάζηεκα θαη ζε ζπλδπαζκφ κε ηα ζηξαηησηηθά απνζέκαηα ππάξρεη κηα θαηάζηαζε ππεξπξνζθνξάο θαη κηα ζεκαληηθή θαη εθηεηακέλε κείσζε ηεο ηηκήο. Απηή ε θξίζε ησλ ηηκψλ πξνθάιεζε ην θιείζηκν πνιιψλ νξπρείσλ νπξαλίνπ ζηνλ θφζκν, φκσο ε δηαζεζηκφηεηα δεπηεξνγελψλ πεγψλ νπξαλίνπ δελ είλαη εγγπεκέλε. Οη ηξέρνπζεο ηηκέο ηνπ νπξαλίνπ είλαη πνιχ ρακειέο (7-10$/lb U308 ή $/kg U), ιφγσ ηεο κεγάιεο πξνζθνξάο έλαληη ηεο δήηεζεο, ελψ εθηηκεηέο πξνβιέπνπλ φηη νη ηηκέο ζα ζπγθξαηεζνχλ θάησ απφ ηα 20$/lb σο ην Σν ζπλνιηθφ θφζηνο ηνπ θχθινπ ησλ θαπζίκσλ ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ ηεο δηάζεζεο ησλ απνβιήησλ αληηπξνζσπεχεη κφλν ην 20 κε 25% ηνπ θφζηνπο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Απφ ην πνζνζηφ απηφ ην θφζηνο ηνπ νξπθηνχ νπξαλίνπ αληηπξνζσπεχεη πεξίπνπ ην 26-30% ήηνη πεξίπνπ 6% ηνπ ζπλνιηθνχ θφζηνπο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Χο απνηέιεζκα, ην θφζηνο παξαγσγήο ειεθηξηζκνχ απφ ππξεληθή ελέξγεηα δελ είλαη σο κέγεζνο επαίζζεην ζην θφζηνο θαπζίκνπ ζε ζχγθξηζε κε ηελ παξαγσγή ειεθηξηζκνχ απφ άλζξαθα, αέξην ή πεηξέιαην. Ζ παξαγσγή νπξαλίνπ θπξηαξρείηαη απφ έλα ζρεηηθά κηθξφ αξηζκφ παξαγσγψλ. 87

94 3. ΥΔΓΗΑΜΟ ΒΔΛΣΗΣΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ 88

95 Οη θχξηνη παξάκεηξνη πνπ πξέπεη λα ιεθζνχλ ππφςε ζηνλ ζρεδηαζκφ ελφο λένπ έξγνπ παξαγσγήο ελέξγεηαο πεξηιακβάλνπλ ηελ επηινγή ηεο πεγήο ελέξγεηαο(θαπζίκνπ), ηνπ ηχπνπ ηνπ ελεξγεηαθνχ ζπζηήκαηνο, ηελ εθηίκεζε ηνπ θφζηνπο κνλάδαο θαη ησλ εγθαηαζηάζεσλ θαη ηελ επηινγή ηεο ηνπνζεζίαο. Απηέο νη απνθάζεηο πξέπεη λα βαζηζηνχλ πάλσ ζε έλαλ αξηζκφ απφ ηερληθνχο, νηθνλνκηθνχο θαη πεξηβαιινληηθνχο παξάγνληεο πνπ είλαη ζε κεγάιν βαζκφ άζρεηνη κεηαμχ ηνπο. Παξάκεηξνο Δλαιιαθηηθέο Πεγή ελέξγεηαο(θαχζηκν) θνηλά νξπθηά θαχζηκα(άλζξαθα,πεηξέιαην θαη θπζηθφ αέξην ππξεληθά θαχζηκα(νπξάλην θαη ζφξην) θαηαξξάθηεο(πδξνειεθηξηζκφο) γεσζεξκηθφο αηκφο ελαιιαθηηθέο πεγέο ελέξγεηαο Σχπνο ελεξγεηαθνχ ζπζηήκαηνο αηκνειεθηξηθά ζπζηήκαηα πδξνειεθηξηθά ζπζηήκαηα ζηξνβηιινγελλήηξηεο ζπλδπαζκέλνπ θχθινπ εζσηεξηθήο θαχζεο λέεο ηερλνινγίεο θαη κε ζπκβαηηθέο πεγέο Δθηίκεζε κνλάδαο θαη εγθαηαζηάζεσλ Δπηινγή ηνπνζεζίαο ηθαλφ λα παξάγεη ην κέγηζην ηξέρνλ ειεθηξηθφ θνξηίν θαη λα παξέρεη αληηζηξνθή πεξηζηξνθήο γηα αμηνπηζηία θαη κειινληηθή επέθηαζε θνξηίνπ ηθαλφ λα παξάγεη ην κέγηζην ηξέρνλ ειεθηξηθφ θνξηίν ηθαλφ λα παξάγεη ην κεγαιχηεξν κέξνο ηνπ κέγηζηνπ ηξέρνληνο ειεθηξηθνχ θνξηίνπ. θνληά ζε ειεθηξηθφ θνξηίν Κνληά ζε πεγή θαπζίκσλ Κνληά ζε πεγή λεξνχ Κνληά ζε ήδε ππάξρνλ δίθηπν 89

96 κεηαθνξάο ελέξγεηαο Κνληά ζε ήδε ππάξρνλ δίθηπν κεηαθνξψλ Κνληά ή ζε ήδε ππάξρνλ πεξηνρή εγθαηαζηάζεσλ παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Πίλαθαο 3.1. Κύξηνη παξάκεηξνη απόθαζεο ελόο λένπ ζρεδίνπ 3.1.ΔΠΗΛΟΓΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ Όπσο παξνπζηάδεηαη θαη ζηνλ αθφινπζν πίλαθα 2 κία κφλν πεγή ελέξγεηαο ή έλαο ηχπνο θαπζίκνπ είλαη δπλαηφλ λα ρξεζηκνπνηεζεί ζε κία πιεηάδα δηαθνξεηηθψλ ηχπσλ παξαγσγήο ελέξγεηαο. 90

97 91 Αλνηρηνχ θχθινπ αηκνχ ή θιεηζηνχ θχθινπ ακκσλίαο Υ Θεξκνη νληθά Υ Υ Υ Υ Υ Υ Θεξκνειεθηξη θά Υ Υ Υ Υ Υ Υ Μαγλ εηνπδ ξνδπλ ακηθά Υ Υ Υ Υ Υ Υ Κπςέιεο θαπζίκνπ Υ Υ Υ Υ Υ Υ Αλεκν γελλή ηξηεο Υ Φσηνβν ιηαίθά Υ Diesel 1% Υ Υ Υ Αεξηνζηξ φβηινη θαχζεο 1% Υ Υ Υ Υ πλδπα ζκέλνπ θχθινπ 1% Υ Υ Υ Υ Τδξνειεθ ηξηθφο 13% Υ Υ Υ Υ Κχθινο αηκνχ 85% Υ Υ Υ Υ Υ Υ Υ Υ Υ Υ Υ Υ Πνζνζηφ ζπλνιηθήο ειεθηξηθήο παξαγσγήο Πεγή ελέξγεηαο ή θαχζηκν Άλζξαθαο Πεηξέιαην Φπζηθφ αέξην Νεξφ Ππξεληθφ θαχζηκν (νπξάλην ή ζφξην) Γεσζεξκηθή Απνβαιιφκελ α παξάγσγα θαχζηκα Αξγφ πεηξέιαην Παξάγσγα άλζξαθα Ξχιν Βιάζηεζε(βη νκάδα) Τδξνγφλν Ζιηαθή αθηηλνβνιία Άλεκνο Παιίξξνηεο Κχκαηα Θαιάζζηα ξεχκαηα Ππξεληθή ζράζε Πίλαθαο 3.2. Τύπνη ζπζηεκάησλ παξαγσγήο ελέξγεηαο

98 Παξφκνηα, επηιέγνληαο έλαλ ζπγθεθξηκέλν ηξφπν παξαγσγήο ελέξγεηαο κπνξνχκε λα ζρεδηάζνπκε λα εξγάδεηαη απφ έλαλ αξηζκφ θαπζίκσλ. Ζ κεηαηξνπή φκσο απφ έλα θαχζηκν ζε άιιν κεηά ηελ θαηαζθεπή εγθαηαζηάζεσλ ζπλεπάγεηαη ζεκαληηθέο θχξηεο δαπάλεο θαη ιεηηνπξγηθέο δπζθνιίεο. Όπσο παξνπζηάδεηαη θαη ζηνλ πίλαθα 3 θάζε ζπλδπαζκφο πεγήο ελέξγεηαο θαη ηχπνπ ζπζηήκαηνο παξαγσγήο ελέξγεηαο έρεη ηερληθά, νηθνλνκηθά, θαη πεξηβαιινληηθά πιενλεθηήκαηα θαη κεηνλεθηήκαηα πνπ είλαη κνλαδηθά. Γηα λα βξεζεί ε βέιηηζηε ιχζε είλαη απαξαίηεηε ε πνζνηηθνπνίεζε θαη ε αμηνιφγεζε φισλ ησλ παξαγφλησλ. πλήζσο, απηή πεξηιακβάλεη κία πνιχπινθή δηαδηθαζία πνπ απαηηεί κεγάιε πείξα θαη αληηθεηκεληθφηεηα. Γεληθφηεξα φκσο θαλέλα ζχζηεκα δελ απνηειεί ηελ βέιηηζηε ιχζε φισλ ησλ θξηηεξίσλ πνπ πξέπεη λα ιεθζνχλ ππφςε. 92

99 Πεγή ελέξγεηαο θαη ηχπνο ζπζηήκαηνο Αηκνειεθηξηθ φ κε άλζξαθα Αηκνειεθηξηθ φ κε πεηξέιαην Αηκνειεθηξηθ φ κε θπζηθφ αέξην Ππξεληθφ Αεξηνζηξνβίινπ κε πεηξέιαην Αεξηνζηξνβηινπ κε θπζηθφ αέξην πλδπαζκέλν π θχθινπ κε πεηξέιαην πλδπαζκέλν π θχθινπ κε θπζηθφ αέξην Τδξνειεθηξηθ φ Γεσζεξκηθφ ζχζηεκα αηκνχ Κφζηνο θαπζίκσλ Μέζν Μέγηζην Τςειφ Υακειφ Μέγηζην Τςειφ Μέγηζην Τςειφ Διάρηζην Υακειφ Απφδνζε Τςειή Τςειή Τςειή Μέζε Υακειή Υακειή Πνιχ πςειή Πνιχ πςειή Μέγηζηε Διάρηζηε Κφζηνο εγθαηάζηαζεο, $/kw Πνιχ πςειφ Τςειφ Τςειφ Μέγηζην Διάρηζην Διάρηζην Μέζν Μέζν Μέζν πξνο κέγηζην Μέζν Κφζηε ιεηηνπξγίαο θαη ζπληήξεζεο( εθηφο θαπζίκσλ), $/MWh Υακειφ πξνο κέζν Διάρηζην Διάρηζην Μέζν Μέγηζην Μέγηζην Μέζν Μέζν Υακειφ Μέζν Πνιππνινθφηεηα Γηαζεζηκφηεηα κέγηζησλ κνλάδσλ Μεγάιε Μεγάιε Μεγάιε Μέγηζηε Διάρηζηε Διάρηζηε Μέζε Μέζε Μεγάιε Μέζε Αμηνπηζηία θαη δηαζεζηκφηεη α ζπζηήκαηνο Τςειή Πνιχ πςειή Πνιχ πςειή Τςειή Διάρηζηε Διάρηζηε Μέζε Μέζε Μέγηζηε εάλ ππάξρεη δηαζεζηκφηεη α λεξνχ Τςειή Πνιχ πςειή Τςειή Τςειή Μέγηζηε Μέηξηα Μέηξηα Μέηξηα Μέηξηα Διάρηζηε Μηθξή Γηαζεζηκφηεηα θαπζίκσλ Μέγηζηε Δπαξθήο Δπαξθήο Καιή Δπαξθήο Δπαξθήο Δπαξθήο Δπαξθήο Πεξηνξηζκέ λε αλά πεξηνρή Πνιχ πεξηνξηζκέλε αλά πεξηνρή Απαηηήζεηο λεξνχ ςχμεσο Μεγάιεο Μεγάιεο Μεγάιεο Μέγηζηεο Διάρηζηεο Διάρηζηεο Μέηξηεο Μέηξηεο Μηθξέο Μηθξέο Πεξηβαιινληηθφο αληίθηππνο SO2 θαη νμείδηα ηνπ αδψηνπ(νου) ζε θαπζαέξηα, απφξξηςε ιάζπεο πιχζεο αεξίσλ θαη ζηάρηεο SO2 θαη ΝΟΥ ζε θαπζαέξηα κνξθή, απφξξηςε ιάζπεο πιχζεο αεξίσλ ΝΟ Υ ζε θαπζαέξηα κνξθή Ραδηελεξγά απφβιεηα SO 2 θαη ΝΟ Υ ζε θαπζαέξηα κνξθή ΝΟ Υ ζε θαπζαέξηα κνξθή SO 2 θαη ΝΟ Υ ζε θαπζαέξηα κνξθή ΝΟ Υ ζε θαπζαέξηα κνξθή Πξνυπνζέηεη ηελ δεκηνπξγίαο θξάγκαηνο Δθπνκπέο Ζ 2 S 93

100 Πίλαθαο 3.3. Αληηπαξάζεζε θαπζίκσλ θαη ελεξγεηαθώλ ζπζηεκάησλ Γηα παξάδεηγκα, ζπγθξίλνληαο ηνλ άλζξαθα κε ηελ ππξεληθή ελέξγεηα, ε ππξεληθή ελέξγεηα θνζηίδεη ιηγφηεξν ζπγθξηηηθά κε ηνλ άλζξαθα αιιά ρξεηάδεηαη κεγαιχηεξν θεθάιαην. Οπφηε ε νηθνλνκηθή επηινγή βαζίδεηαη ζε κεγάιν βαζκφ απφ ην παξαγφκελν εηήζην θνξηίν ιεηηνπξγίαο γηα ηελ κνλάδα. Δπίζεο, απηνί νη ζπγθεθξηκέλνη ηχπνη θαπζίκσλ έρνπλ ζεκαληηθφ θαη εληειψο δηαθνξεηηθφ αληίθηππν ζην πεξηβάιινλ. Οκνίσο, έλα θαηλνκεληθά επηζπκεηφ θαη νηθνλνκηθά δηθαηνινγεκέλν πδξνειεθηξηθφ πξφγξακκα, πνπ έρεη ηα πξφζζεηα ειθπζηηθά ραξαθηεξηζηηθά γλσξίζκαηα ηεο ρξεζηκνπνίεζεο κηαο αλαλεσκέλεο πεγήο ελέξγεηαο, κε πςειή δηαζεζηκφηεηα θαη αμηνπηζηία, κπνξεί λα κελ πξαγκαηνπνηεζεί ιφγσ ησλ δπζκελψλ πεξηβαιινληηθψλ επηδξάζεσλ πνπ ζπλδένληαη κε ηελ θαηαζθεπή ελφο θξάγκαηνο. ΔΓΚΑΣΑΣΑΔΗ Ζ επηινγή ησλ εγθαηαζηάζεσλ, ηεο εθηίκεζεο ηνπ κεγέζνπο ησλ κνλάδσλ θαη ηεο πεξηνρήο ησλ εγθαηαζηάζεσλ είλαη νκνίσο κηα ζχλζεηε θαη αιιειέλδεηε δηαδηθαζία. Όπσο ππνδεηθλχεηαη ζηνλ πίλαθα 3 θαη 4, ην εχξνο ησλ εθηηκήζεσλ κνλάδσλ πνπ είλαη δηαζέζηκα ζην εκπφξην δηαθέξνπλ αξθεηά γηα θάζε έλα απφ ηα δηάθνξα ζπζηήκαηα. Δάλ παξαδείγκαηνο ράξηλ, απαηηνχληαη εγθαηαζηάζεηο ρσξεηηθφηεηαο απφ 100 MW θαη πάλσ, νη ζηξφβηινη εζσηεξηθήο θαχζεο, ηα diesel θαη νη γεσζεξκηθέο κνλάδεο δελ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ εθηφο αλ εμεηαζηεί ε πηζαλφηεηα εγθαηάζηαζεο πνιιαπιάζησλ κνλάδσλ. Σχπνο ζπζηήκαηνο Γηάηαμε Γηαθχκαλζε Αηκνειεθηξηθφ κε νξπθηά θαχζηκα Γίδπκνπ ζηξνβίινπ Παξάιιειε ζχλδεζε ΜW MW Ππξεληθφ Γίδπκνπ ζηξνβίινπ MW πλδπαζκέλνπ θχθινπ Γηπινχ ή ηξηπινχ άμνλα MW Αεξηνζηξνβηιηθφ Μνλνχ άμνλα <1-110 MW Τδξνειεθηξηθφ Μνλνχ άμνλα <1-800 MW Γεσζεξκηθφ Μνλνχ άμνλα < MW Diesel Μνλνχ άμνλα 1-20 MW Πίλαθαο Δκπνξηθά δηαζέζηκεο ηππνπνηεκέλεο κνλάδεο Οη δηαζέζηκεο πεξηνρέο εγθαηαζηάζεσλ κπνξνχλ λα αζθήζνπλ ζεκαληηθή επίδξαζε ζηελ επηινγή ησλ θαπζίκσλ, ζηελ ελέξγεηα πνπ ζα παξάγεη ην ζχζηεκα θαη ζην κέγεζφο ηνπο. Ο θχθινο αηκνχ γεσζεξκηθψλ θαπζίκσλ ή ππξεληθήο ελέξγεηαο απαηηεί ηεξάζηηεο πνζφηεηεο λεξνχ ςχμεσο ( m 3 /s) γηα κηα ραξαθηεξηζηηθή κνλάδα 1000 MW, ελψ νη κνλάδεο αεξηνζηξνβίισλ δελ απαηηνχλ νπζηαζηηθά θαζφινπ. Οη κνλάδεο κε άλζξαθα πνπ εθηηκψληαη ζε 1000 MW ζα απαηηνχζαλ ραξαθηεξηζηηθά πάλσ απφ 2.7 εθαηνκκχξηα ηφλνπο (3 εθαηνκκχξηα ηφλνη) άλζξαθα εηεζίσο, ελψ νη ππξεληθέο κνλάδεο πνπ εθηηκψληαη ζε 1000 MW ζα απαηηνχζαλ ραξαθηεξηζηηθά κφλν 32.9 ηφλνπο (36.2 ηφλνη) εκπινπηηζκέλνπ θαπζίκνπ δηνμεηδίνπ ηνπ νπξάληνπ (UO 2 ) εηεζίσο. Οη κνλάδεο κε άλζξαθα απαηηνχλ ηε δηάζεζε ησλ κεγάισλ 94

101 πνζνηήησλ ηέθξαο θαη ιάζπεο, ελψ νη κνλάδεο θπζηθνχ αεξίνπ δελ απαηηνχλ θακία δηάζεζε ζηεξεψλ απνβιήησλ. Απφ ηηο παξαπάλσ ζπγθξίζεηο είλαη εχθνιν λα θαηαιάβνπκε πψο ε επηινγή ηεο πεγήο ελέξγεηαο θαη ηεο δχλακεο πνπ ζα παξάγεη ην ζχζηεκα κπνξεί λα έρεη αληίθηππν ζηα θαηάιιεια θξηηήξηα πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηελ επηινγή κηαο πεξηνρήο εγθαηαζηάζεσλ. Ζ ζέζε θαη ηα θπζηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ δηαζέζηκσλ πεξηνρψλ εγθαηαζηάζεσλ (φπσο ε εγγχηεηα θαη ε δηαζεζηκφηεηα ηνπ λεξνχ, εγγχηεηα γηα ηξνθνδφηεζε ή γηα ηελ κεηαθνξά ηξνθνδνηήζεσλ θαη ηα εδαθνινγηθά ραξαθηεξηζηηθά) αζθνχλ ζεκαληηθή επίδξαζε ζηελ επηινγή ησλ θαπζίκσλ θαη ηεο δχλακεο πνπ ζα παξάγεη ην ζχζηεκα. 3.2.ΖΛΔΚΣΡΗΚΟ ΦΟΡΣΗΟ Σν ειεθηξηθφ θνξηίν, ζε έλα ζχζηεκα θπκαίλεηαη αξθεηά ζε θαζεκεξηλή βάζε, (φπσο παξνπζηάδεηαη θαη ζην παξαθάησ ζρήκα ζηηο θακπχιεο γηα ηνπο κήλεο Απξίιην, Αχγνπζην θαη Γεθέκβξην(ζρήκα 1). Δπηπιένλ, ζε εηήζηα βάζε ην ειεθηξηθφ θνξηίν θπκαίλεηαη απφ έλα ειάρηζην επίπεδν, θάησ απφ ην νπνίν ε δήηεζε δελ πέθηεη πνηέ, κέρξη έλα κέγηζην, πνπ ζπκβαίλεη κφλν γηα ιίγεο ψξεο ηνλ ρξφλν. Ζ εηήζηα θακπχιε δηάξθεηαο θνξηίνπ καο παξνπζηάδεη ηνλ αξηζκφ σξψλ ην ρξφλν φπνπ ην θνξηίν ελφο ζπγθεθξηκέλνπ ζπζηήκαηνο ππεξβαίλεη έλα νξηζκέλν επίπεδν. Απξίιηνο Αχγνπζηνο Γεθέκβξεο Δηήζην Παξάγνληαο θνξηίνπ Διάρηζην θνξηίν/ κέγηζηνο παξάγνληαο θνξηίνπ 95

102 Σρήκα Παξάδεηγκα θακππιώλ εηήζηνπ θαη εκεξήζηνπ θνξηίνπ ελόο ζπζηήκαηνο. Παξαδείγκαηνο ράξηλ, εάλ ην θνξηίν αηρκήο κηαο ρξνληάο είλαη 8100 MW(100% θνξηίν), ε θακπχιε δηάξθεηαο θνξηίνπ καο δείρλεη φηη θάπνηνο ζα αλακέλεη ην θνξηίν λα είλαη πάλσ απφ 70% ηνπ θνξηίνπ αηρκήο(δειαδή πάλσ απφ 0.7*8100=5760 MW) πεξίπνπ γηα ην 40% ηνπ έηνπο. Σν ειάρηζην θνξηίν(δειαδή ην θνξηίν πνπ έρνπκε ζε φιε ηελ ρξνληθή δηάξθεηα) είλαη πεξίπνπ ην 33% ηεο ηηκήο θνξπθήο. Γεληθά, ην επίπεδν θνξηίσλ ππεξβαίλεη ην 90% ηεο ηηκήο θνξπθήο γηα 1%-5% ηνπ ρξφλνπ θαη ππεξβαίλεη ην 33%-45% ηεο θνξπθήο ην 95% ηνπ ρξφλνπ. Δηήζηνη παξάγνληεο θνξηίσλ [(κέζν θνξηίν/κέγηζην εηήζην θνξηίν) *100%] ηππηθά θπκαίλνληαη κεηαμχ 55%-65%. Γεληθά, θαιχηεξε νηθνλνκηθή δηαρείξηζε επηηπγράλεηαη κε ηε ρξεζηκνπνίεζε πςειφηεξνπ θεθαιαίνπ κε κνλάδεο ρακεινχ θφζηνπο ιεηηνπξγίαο (φπσο αηκνειεθηξηθέο κνλάδεο) γηα ηελ θάιπςε ηνπ θνξηίνπ βάζεο (ζρήκα 1) θαη κε ηε ρξεζηκνπνίεζε ρακειφηεξνπ θεθαιαίνπ κε κνλάδεο πςειφηεξνπ θφζηνπο ιεηηνπξγίαο(φπσο νη ζηξφβηινη εζσηεξηθήο θαχζεο) γηα ηελ θάιπςε ηνπ θνξηίνπ αηρκήο. Σα κέζα θνξηία εμππεξεηνχληαη θαιχηεξα απφ έλαλ ζπλδπαζκφ κνλάδσλ θνξηίνπ βάζεο θαη αηρκήο φπσο γηα παξάδεηγκα απφ ζπλδπαζκέλνπ θχθινπ θαη πδξνειεθηξηθψλ κνλάδσλ πνπ έρνπλ ελδηάκεζν θεθάιαην θαη ιεηηνπξγηθέο δαπάλεο θαη επηηξέπνπλ ηηο δηαθπκάλζεηο θνξηίνπ. 3.3.ΒΔΛΣΗΣΖ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Γηα ηνλ θαζνξηζκφ ελφο βέιηηζηνπ ζπζηήκαηνο παξαγσγήο ελδεηθηηθά αλαθέξνπκε νξηζκέλα βήκαηα πνπ πξέπεη λα αθνινπζήζνπκε. Πξνζδηνξηζκφο φισλ ησλ δπλαηψλ πεγψλ ελέξγεηαο (θαπζίκσλ) θαη ησλ ελαιιαθηηθψλ ζπλδπαζκψλ ζπζηεκάησλ παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Τπάξρνπλ πάλσ απφ 60 πηζαλνί ζπλδπαζκνί θαπζίκσλ θαη ζπζηεκάησλ ειεθηξηθήο ελέξγεηαο πνπ έρνπλ ήδε αλαπηπρζεί ή βξίζθνληαη ζην ζηάδην ηεο αλάπηπμεο. Δίλαη απαξαίηεην λα κεησζεί απηφο ν κεγάινο 96

103 αξηζκφο ελαιιαθηηθψλ ιχζεσλ ζε έλαλ ινγηθφ θαη εθαξκφζηκν αξηζκφ λσξίο ζηε δηαδηθαζία ηνπ πξνγξακκαηηζκνχ. Δμάιεηςε ησλ ελαιιαθηηθψλ ιχζεσλ πνπ απνηπγράλνπλ λα ηθαλνπνηήζνπλ ηα εκπνξηθά θξηηήξηα δηαζεζηκφηεηαο ζπζηεκάησλ. Ζ κείσζε ηνπ αξηζκνχ ελαιιαθηηθψλ ιχζεσλ αξρίδεη κε ηελ απνβνιή φισλ εθείλσλ ησλ ζπζηεκάησλ πνπ απιά δελ αλαπηχζζνληαη γηαηί δελ είλαη δηαζέζηκα γηα εγθαηάζηαζε ζε έλα ιεηηνπξγηθφ ζχζηεκα ζηελ απαηηνχκελε πεξίνδν. Οη ελαιιαθηηθέο ιχζεηο πνπ κπνξνχλ ραξαθηεξηζηηθά λα απνβιεζνχλ ππνδεηθλχνληαη ζηνλ παξαθάησ πίλαθα. Λφγνο απνβνιήο Απνθιεηφκελα ζπζηήκαηα πζηήκαηα πνπ δελ είλαη δηαζέζηκα ζην εκπφξην γηα ηελ εγθαηάζηαζε ζε έλα ιεηηνπξγηθφ ζχζηεκα Κπςέιεο θαπζίκνπ Μαγλεην-πδξνδπλακηθά ζπζηήκαηα Θεξκνειεθηξηθά ζπζηήκαηα Θεξκντνληθά ζπζηήκαηα Φσηνβνιηατθά ή ζεξκηθνχ θχθινπ ζπζηήκαηα Χθεάληα ζεξκηθά αλνηθηνχ αηκνχ ή θιεηζηνχ θχθινπ ζπζηήκαηα ακκσλίαο Παιηξξντθά ζπζηήκαηα πζηήκαηα ππξεληθήο ηήμεο Πεγή ελέξγεηαο (θαχζηκα) πνπ δελ είλαη δηαζέζηκε ζην εκπφξην ζηηο απαξαίηεηεο πνζφηεηεο Πεηξέιαην ζρηζηφιηζνπ Αζθαιηηθή άκκνο Παξαγφκελα απφ ηνλ άλζξαθα πγξά θαη αέξηα Ξπιεία Βηνκάδα Τδξνγφλν Καχζηκα πξνεξρφκελα απφ απφβιεηα πζηήκαηα πνπ ραξαθηεξηζηηθά δελ Αλεκνγελλήηξηεο ηθαλνπνηνχλ άιια ιεηηνπξγηθά, εθηθηά ή εηδηθά θξηηήξηα πεξηνρψλ Γεσζεξκηθά ζπζηήκαηα Τδξνειεθηξηθά ζπζηήκαηα Παιηξξντθά πδξνειεθηξηθά ζπζηήκαηα Πίλαθαο 3.5. Λόγνη απόθιηζεο ζπζηεκάησλ. 97

104 Δμάιεηςε ησλ ελαιιαθηηθψλ πνπ απνηπγράλνπλ λα ηθαλνπνηήζνπλ ηα εκπνξηθά θξηηήξηα δηαζεζηκφηεηαο πεγψλ ελέξγεηαο (θαπζίκσλ). ε απηφ ην ζεκείν, ν αξηζκφο ελαιιαθηηθψλ ιχζεσλ κεηψλεηαη πεξαηηέξσ απφ ηελ απνβνιή φισλ εθείλσλ ησλ ζπζηεκάησλ πνπ απαηηνχλ θαχζηκα πνπ δελ είλαη δηαζέζηκα ζην εκπφξην ζηηο απαξαίηεηεο πνζφηεηεο. Υαξαθηεξηζηηθέο ιχζεηο πνπ κπνξνχλ λα απνβιεζνχλ γηα απηφλ ηνλ ιφγν ππνδεηθλχνληαη ζηνλ παξαπάλσ πίλαθα. Δμάιεηςε ησλ ελαιιαθηηθψλ πνπ απνηπγράλνπλ λα ηθαλνπνηήζνπλ άιια ιεηηνπξγηθά ή εηδηθά θξηηήξηα πεξηνρψλ. Δμάιεηςε ησλ ελαιιαθηηθψλ πνπ είλαη πάληα δαπαλεξφηεξεο απφ άιιεο εθηθηέο ιχζεηο. Τπνινγηζκφο ηνπ θαηάιιεινπ εηήζηνπ ζηαζεξνχ πνζνζηνχ δαπαλψλ. Τπνινγηζκφο ηνπ θφζηνπο θαπζίκσλ ζε δνιάξηα αλά εθαηνκκχξην Btu βάζε. Τπνινγηζκφο ησλ κέζσλ θαζαξψλ πνζνζηψλ ζεξκφηεηαο ησλ κνλάδσλ παξαγσγήο. Καηαζθεπή ησλ θακππιψλ δηαινγήο γηα ην θάζε ζχζηεκα. Υξήζε ησλ απνηειεζκάησλ ησλ θακππιψλ δηαινγήο γηα ηελ επηινγή ελαιιαθηηθψλ ιχζεσλ γηα πεξαηηέξσ αμηνιφγεζε. Καηαζθεπή θακππιψλ δηαινγήο γηα ηηο εθηθηά πξαγκαηνπνηήζηκεο αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο θαη ζχγθξηζε κε ηηο ιχζεηο πνπ πξνθχπηνπλ ζην πξνεγνχκελν βήκα. Καζνξηζκφο ησλ ζπκπηπηφλησλ κέγηζησλ πξνβιεπφκελσλ εηήζησλ θνξηίσλ θαηά ηελ δηάξθεηα νιφθιεξεο ηεο πεξηφδνπ πξνγξακκαηηζκνχ. Καζνξηζκφο ηνπ απαξαίηεηνπ πεξηζσξίνπ απνζέκαηνο. Αμηνιφγεζε ησλ κεηνλεθηεκάησλ θαη ησλ πιενλεθηεκάησλ ησλ κηθξφηεξσλ θαη κεγαιχηεξσλ καλάδσλ παξαγσγήο ελέξγεηαο. Έιεγρνο ηεο θιίκαθαο νηθνλνκίαο απνηακηεχζεσλ πνπ ζπλδένληαη κε ηηο κνλάδεο. Έιεγρνο ησλ ιεηηνπξγηθψλ δπζθνιηψλ. Θεψξεζε ησλ εθηηκήζεσλ πνπ θπθινθνξνχλ ζην εκπφξην. Έιεγρνο ηεο δπλαηφηεηαο δεκηνπξγίαο απφ θνηλνχ θχξησλ εγθαηαζηάζεσλ. Πξφβιεςε πηζαλήο αχμεζεο θνξηίνπ. Δθηίκεζε κνλάδσλ θαη εγθαηαζηάζεσλ πνπ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα επέθηαζε παξαγσγήο. Αλάπηπμε ελαιιαθηηθψλ ζρεδίσλ επέθηαζεο παξαγσγήο. χγθξηζε ησλ ζρεδίσλ επέθηαζεο παξαγσγήο. Καζνξηζκφο ηνπ βέιηηζηνπ ζρεδίνπ επέθηαζεο. Καζνξηζκφο ηνπ κεγέζνπο ησλ γελλεηξηψλ. Καζνξηζκφο ηνπ βέιηηζηνπ ζρεδίνπ εγθαηαζηάζεσλ. Αμηνιφγεζε ησλ εηήζησλ θνζηψλ ιεηηνπξγίαο θαη ζπληήξεζεο ζπγθξηηηθά κε ην εγθαηεζηεκέλν θφζηνο. 98

105 ΔΣΖΗΟ ΤΝΣΔΛΔΣΖ ΥΧΡΖΣΗΚΟΣΖΣΑ(ANNUAL CAPACITY FACTOR) Καζνξίζηε ηνλ εηήζην ζπληειεζηή ρσξεηηθφηεηαο ζε κηα κνλάδα πνπ εθηηκάηαη ζε 100 MW πνπ παξάγεη MWh ην ρξφλν. Γηαδηθαζία Τπνινγηζκψλ 1.Τπνινγίζηε ηνλ εηήζην ζπληειεζηή ρσξεηηθφηεηαο σο πνζνζηφ Ο ζπληειεζηήο είλαη MWh /100MW 100% 62.7% 8760 h / yr 2.Τπνινγίζηε ηνλ εηήζην ζπληειεζηή ρσξεηηθφηεηαο ζε ψξεο αλά έηνο Ο ζπληειεζηήο είλαη (62,7%)(8760h / yr) 5500 h / yr. 3.4.ΚΟΣΖ ΚΑΤΗΜΧΝ Τπνινγίζηε ηα θφζηε θαπζίκσλ ζε βάζε δνιαξίσλ αλά ΜJ( θαη ζε εθαηνκκχξηα Btu). Γηαδηθαζία Τπνινγηζκψλ 1.Τπνινγίζηε ην θφζηνο ηνπ άλζξαθα ε βάζε δνιαξίσλ αλά ΜJ( θαη ζε εθαηνκκχξηα Btu) ην θφζηνο ηνπ άλζξαθα ζηα δνιάξηα/ηφλν ($36/ton) κε παξάγνληα ζέξκαλζεο MJ/Kg(12.000Btu/lb) είλαη ($39.68/ton)(1000Kg/ton)( MJ/Kg)= $ /MJ=$1.50/million Btu. 2.Τπνινγίζηε ην θφζηνο ηνπ πεηξειαίνπ ε βάζε δνιαξίσλ αλά ΜJ( θαη ζε εθαηνκκχξηα Btu) ην θφζηνο ηνπ πεηξειαίνπ ζηα 28 δνιάξηα/βαξέιη(42 γαιφληα)( $ /L) κε παξάγνληα ζέξκαλζεο MJ/Kg(18.800Btu/lb) θαη εηδηθφ βάξνο 0.91 είλαη ( $ /L) ( MJ/Kg)( 0.91Kg/L) = $ /MJ=$4.67/million Btu. 3.Τπνινγίζηε ην θφζηνο ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ ε βάζε δνιαξίσλ αλά ΜJ( θαη ζε εθαηνκκχξηα Btu) ην θφζηνο ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ ζηα $0.1201/m 3 ($3.40/1000 feet 3 ) κε παξάγνληα ζέξκαλζεο MJ m 3 /(12.000Btu/1000 feet 3 ) είλαη ($0.1201/m 3 )( MJ /m 3 )= $ /MJ=$3.24/million Btu. 4.Τπνινγίζηε ην θφζηνο ησλ ππξεληθψλ θαπζίκσλ ε βάζε δνιαξίσλ αλά ΜJ( θαη ζε εθαηνκκχξηα Btu) ην θφζηνο ησλ ππξεληθψλ θαπζίκσλ ζηα $75.36/MWday είλαη ($75.36/MWday)(1.0J/MW)(3.600s/h)(24h/d)= $ /MJ=$0.92/million Btu. 99

106 Παξάδεηγκα κέζνπ θαζαξνχ πνζνζηνχ ζεξκφηεηαο. Μηα κνλάδα απαηηεί kg/h ( lb/h) άλζξαθα κε αμία ζέξκαλζεο MJ/kg ( Btu/lb) γηα λα παξάγεη KW απφ ηε γελλήηξηα. Δπηπιένλ, ε κνλάδα έρεη θνξηίν KW απφ ηηο βνεζεηηθέο εγθαηαζηάζεηο παξαγσγήο ελέξγεηαο, φπσο νη αληιίεο ηξνθνδφηεζεο ησλ ιεβήησλ. Τπνινγίζηε ην κέζν θαζαξφ ξπζκφ παξαγσγήο. Γηαδηθαζία Τπνινγηζκψλ 1.Τπνινγίζηε ην θαζαξφ πνζνζηφ ζεξκφηεηαο Σν κέζν θαζαξφ πνζνζηφ ζεξκφηεηαο (ζε Btu/kWh ή J/kWh) ελφο ειεθηξηθνχ ζπζηήκαηνο παξαγσγήο ελέξγεηαο ππνινγίδεηαη δηαηξψληαο ηελ ζπλνιηθή εηζεξρφκελε ελέξγεηα (ζε κνλάδεο Btu/h ή MJ/h) κε ηελ θαζαξή ειεθηξηθή δχλακε πνπ παξάγεηαη απφ ηηο εγθαηαζηάζεηο (ζε θηινβάη), ιακβάλνληαο ππφςε ηηο απνδνηηθφηεηεο ζηξνβίισλ, γελλεηξηψλ θαη ιεβήησλ θαη νπνηεζδήπνηε απαηηήζεηο βνεζεηηθήο δχλακεο. 2.Τπνινγίζηε ηελ ζπλνιηθή εηζεξρφκελε ελέξγεηα Ζ ζπλνιηθή εηζεξρφκελε ελέξγεηα ζηνλ ιέβεηα ηζνχηαη κε ( kg/h)( MJ/kg)=4.43*10 6 MJ/h=4200*10 6 Btu/h. 3.Τπνινγίζηε ηελ θαζαξή παξαγσγή δχλακεο ηεο κνλάδαο H θαζαξή παξαγσγή δχλακεο ηεο κνλάδαο είλαη kw kw= kw. 4.Καζνξίζηε ην θαζαξφ πνζνζηφ ζεξκφηεηαο ηεο κνλάδαο To θαζαξφ πνζνζηφ ζεξκφηεηαο ηεο κνλάδαο είλαη (4.43*10 6 MJ/h)/ kW= MJ/kWh= Btu/kWh. 3.5.ΚΑΣΑΚΔΤΖ ΣΖ ΚΑΜΠΤΛΖ ΓΗΑΛΟΓΖ Μηα θακπχιε δηαινγήο παξέρεη κηα εηθφλα ηνπ θφζηνπο αλά kilowattyear. Έλα παξάδεηγκα είλαη ην ζρήκα 2 γηα έλα ζχζηεκα κε άλζξαθα θαη θχθινπ αηκνχ, βαζηζκέλν ζηα ζηνηρεία ζηνπ πίλαθα

107 Σρήκα 2.Κακπύιε κηαο αηκνειεθηξηθήο κνλάδαο κε άλζξαθα. Τπνζέζηε φηη ην εγθαηεζηεκέλν ζπλνιηθφ θχξην θφζηνο γηα έλα ζχζηεκα 600 MW είλαη 450 εθαηνκκχξηα δνιάξηα θαη ην ζηαζεξφ πνζνζηφ δαπαλψλ είλαη 16%. Δπηπιένλ, ππνζέζηε φηη ην θφζηνο γηα ηε ζπλνιηθή ζηαζεξή ιεηηνπξγία θαη γηα ηελ ζπληήξεζε είλαη δνιάξηα ην ρξφλν γηα ηε κνλάδα. Διέγμηε ηνπο αξηζκνχο πνπ δίλνληαη ζην ζρήκα 2. Γηαδηθαζία Τπνινγηζκψλ 1.Καζνξίζηε ην ζηαζεξφ εηήζην θχξην θφζηνο. Σν εγθαηεζηεκέλν θφζηνο αλά θηινβάη είλαη ($450*10 6 )/( kw)=$750/kw. Πνιιαπιαζηάδνληαο κε ην ζηαζεξφ πνζνζηφ δαπαλψλ βξίζθνπκε ην ζηαζεξφ εηήζην θχξην θφζηνο: ($750/kW)(0.16)=$120 kwyr. 2.Τπνινγίζηε ηε ζηαζεξά ιεηηνπξγίαο θαη ηα θφζηε ζπληήξεζεο. Ζ ζηαζεξά ιεηηνπξγίαο θαη ηα θφζηε ζπληήξεζεο ζε βάζε αλά θηινβάη είλαη: ($ /yr)/( kw)=$6.25/kwyr. 3.Τπνινγίζηε ην θφζηνο αλά ρξφλν κε κεδεληθφ παξάγνληα ηθαλφηεηαο. Σν θφζηνο αλά ρξφλν κε κεδεληθφ παξάγνληα ηθαλφηεηαο είλαη $126.25/kWyr, ην νπνίν πξνθχπηεη απφ ην ζηαζεξφ εηήζην θχξην θφζηνο $120 kwyr θαη ηε ζηαζεξά ιεηηνπξγία θαη ηα θφζηε ζπληήξεζεο $6.25 kwyr. 101

108 4.Καζνξίζηε ην θφζηνο θαπζίκσλ. Ο άλζξαθαο ζηα $39.68 /ηφλν κε παξάγνληα ζέξκαλζεο MJ/Kg θνζηίδεη $ /MJ, ζχκθσλα κε ην πξνεγνχκελν παξάδεηγκα. Με έλα κέζν πνζνζηφ ζεξκφηεηαο MJ/kWh, ην θφζηνο θαπζίκσλ γηα ηε κνλάδα ζε βάζε δνιάξηα αλά θηινβαηψξα είλαη ($ /MJ)( MJ/kWh)=$ /kWh. Με κία κεηαβιεηή ιεηηνπξγία θαη θφζηνο ζπληήξεζεο γηα ην ζχζηεκα $ /kWh (πίλαθαο 6), ην ζπλνιηθφ κεηαβιεηφ θφζηνο παξαγσγήο γηα ηελ κε άλζξαθα θαη θχθινπ αηκνχ είλαη $ /kWh(δει. ην θφζηνο θαπζίκσλ,$ /kwh ζπλ ηε κεηαβιεηή ιεηηνπξγία θαη ην θφζηνο ζπληήξεζεο $ /kWh ή $ /kWh). Χο εθ ηνχηνπ, ηα ζπλνιηθά εηήζηα ζηαζεξά θαη κεηαβιεηά θφζηε αλά θηινβάη γηα ηελ ηδηνθηεζία θαη ιεηηνπξγία κηαο κνλάδαο κε άλζξαθα θαη θχθινπ αηκνχ κε 8760 ψξεο ην ρξφλν (παξάγνληαο ηθαλφηεηαο 100%) ζα ήηαλ $126.25/kWh+($ /kWh)(8760h/y)= $126.25/kWh +$151.11/kWh= =$277.36/kWh ρεηηθνί ππνινγηζκνί: Όπσο ππνδεηθλχεηαη ζην ζρήκα 2, ε θακπχιε δηαινγήο είλαη γξακκηθή. Ζ ηνκή ηνπ άμνλα Τ είλαη ην άζξνηζκα ηνπ εηήζηνπ ζηαζεξνχ θεθαιαίνπ, ηεο ιεηηνπξγίαο θαη ησλ θνζηψλ ζπληήξεζεο θαη είλαη ζπλάξηεζε ηνπ θχξηνπ θφζηνπο, ηνπ ζηαζεξνχ πνζνζηνχ δαπαλψλ θαη ησλ θνζηψλ ζηαζεξήο ιεηηνπξγίαο θαη ζπληήξεζεο. Ζ θιίζε ηεο θακπχιεο δηαινγήο είλαη ηα ζπλνιηθά κεηαβιεηά θαχζηκα, ε ιεηηνπξγία θαη ην θφζηνο ζπληήξεζεο γηα ην ζχζηεκα(δειαδή /kWh) θαη είλαη ζπλάξηεζε ηνπ θφζηνπο θαπζίκσλ, ηνπ πνζνζηνχ ζεξκφηεηαο θαη ησλ θνζηψλ κεηαβιεηήο ιεηηνπξγίαο θαη ζπληήξεζεο. Ο πίλαθαο 6 παξνπζηάδεη ραξαθηεξηζηηθά ζηνηρεία θαη παξακέηξνπο θακππιψλ δηαινγήο γηα φινπο εθείλνπο ηνπο ζπλδπαζκνχο πεγήο ελέξγεηαο θαη κνλάδσλ παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο (πνπ απαξηζκείηαη ζηνλ πίλαθα 2) πνπ δελ απνβιήζεθαλ βάζεη θάπνηνπ θξηηεξίνπ ηνπ πίλαθα 5. Ο πίλαθαο 6 αληηπξνζσπεχεη εθείλα ηα ζπζηήκαηα πνπ ζα ήηαλ γεληθά δηαζέζηκα ζήκεξα σο επηινγέο γηα κηα εγθαηάζηαζε ελφο ζπζηήκαηνο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. 102

109 χζηεκα Αηκνειεθηξηθφ κε άλζξαθα Αηκνειεθηξηθφ κε πεηξέιαην Αηκνειεθηξηθφ κε θπζηθφ αέξην πλνιηθφ θφζηνο εγθαηάζηα ζεο (ζε εθαηνκκχξ ηα $) Μέγεζνο κνλάδ αο, (MW) Κφζηνο εγθαηάζ ηαζεο ζε $/kw Δηήζηνο ηζνθαηα λεκεκέλ νο (πάγηνο) ζπληε ιεζηήο θφζηνπο επέλδπζ εο,% Δηήζην θφζηνο $/kwyr πλνιηθά εηήζηα ζηαζεξά θφζηε ιεηηνπξγί αο θαη ζπληήξε ζεο (εθαηνκκ χξηα $) Δηήζηα ζηαζεξ ά θφζηε ιεηηνπξ γίαο θαη ζπληήξ εζεο, $/kwyr Δηήζην ζηαζεξφ θφζηνο εγθαηάζηαζ εο, ιεηηνπξγίαο θαη ζπληήξεζεο, $/kwyr Ππξεληθφ πλδπαζκέλ νπ θχθινπ κε πεηξέιαην πλδπαζκέλ νπ θχθινπ κε θπζηθφ αέξην Αεξηνζηξνβη ιηθφ κε πεηξέιαην Αεξηνζηξνβη ιηθφ κε θπζηθφ αέξην diesel *$/t=$/ton MJ/m 3 =( million Btu/bbl) 6636 $/L=($/42-gal-barrel) MJ/m 3 =( million Btu/MCF) $/m 3 =($/MCF) MJ/MWday=(million Btu/MWday) 1055 MJ/Kg=(Btu/lb) $/MJ=($/million Btu) MJ/m 3 =(Btu/SCF) MJ/kWh=(Btu/kWh) MJ/t=(million Btu/ton) 1163 J/kWh=(Btu/kWh)

110 Κφζηνο θαπζίκσλ *$/standard κνλάδα Δλέξγεηα θαπζίκσλ Δλέξγεηα θαπζίκσλ/ ζηαζεξή κνλάδα (Btu/standard unit) Κφζηνο θαπζίκσλ ($/millions Btu) Μέζνο ξπζκφο ελέξγεηαο (Btu/kWh) Κφζηνο θαπζίκσλ ($/kwh) Μεηαβιεηά θφζηε ιεηηνπξγίαο θαη ζπληήξεζεο ($/kwh) πλνιηθά κεηαβιεηά θφζηε (θαχζηκα+ κεηαβιεηά θφζηε ιεηηνπξγίαο θαη ζπληήξεζεο($/kwh) $36/ton $28/bbl $3.40 /1000ft 3 (MFC) $75.36/ MWday $28/bbl 12,000Btu/lb 18,8000Btu/lb Με ζπληειεζηή βαξχηεηαο Btu/θπβηθφ πφδη (standard cubic feet,scf) 18,8000Btu/lb Με ζπληειεζηή βαξχηεηαο εθαηνκκχξηα Btu/ton 6 εθαηνκκχξηα Btu/barrel 1.05 εθαηνκκχξηα Btu/MFC εθαηνκκχξηα Btu/MWday 6 εθαηνκκχξηα Btu/barrel , , , , , $3.40 /MFC 1050 Btu/SCF 1.05 εθαηνκκχξηα Btu/MFC , $28/bbl 18,8000Btu/lb Με ζπληειεζηή βαξχηεηαο εθαηνκκχξηα Btu/barrel , $3.40 /MFC 1050 Btu/SCF 1.05 εθαηνκκχξηα Btu/MFC , $28/bbl 18,8000Btu/lb Με ζπληειεζηή βαξχηεηαο εθαηνκκχξηα Btu/barrel , Πίλαθαο 3.6. Τηκέο δεδνκέλσλ. Σν ζρήκα 3 επεμεγεί ηηο θακπχιεο δηαινγήο πνπ ζρεδηάδνληαη γηα φια ηα κε πεηξειαηνθίλεηα ζπζηήκαηα ηνπ πίλαθα 6. Γηα ζπληειεζηή ρσξεηηθφηεηαο θάησ απφ 23.3% (2039 ηζνδχλακεο πιήξεηο ιεηηνπξγνχζεο ψξεο θνξηίνπ ην ρξφλν), ν ζηξφβηινο θαχζεο κε θπζηθφ αέξην είλαη ε ιηγφηεξε δαπαλεξή ελαιιαθηηθή 104

111 ιχζε. ε ζπληειεζηέο απφ 23.3% κε 42.7%, ηα ζπλδπαζκέλνπ θχθινπ κε θπζηθφ αέξην ζπζηήκαηα είλαη ηα πην νηθνλνκηθά. Καη γηα 42.7% κε 77.4%, ηα ζπζηήκαηα κε άλζξαθα θαη θχθινπ αηκνχ παξέρνπλ ην ρακειφηεξν ζπλνιηθφ θφζηνο θαη άλσ ηνπ 77.4%, νη ππξεληθέο εγθαηαζηάζεηο πξνζθέξνπλ ηα νηθνλνκηθφηεξα πιενλεθηήκαηα. Απφ απηφ κπνξεί λα ζπλαρζεί ην ζπκπέξαζκα φηη ην βέιηηζην παξαγσγηθφ ζρέδην γηα έλα ζχζηεκα παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ζα απνηεινχηαλ απφ θάπνην ζπλδπαζκφ απηψλ ησλ ηεζζάξσλ ζπζηεκάησλ. Σρήκα 3.3. Κακπύιεο ελαιιαθηηθώλ ζπζηεκάησλ, όηαλ ζπζηήκαηα θπζηθνύ αεξίνπ είλαη δηαζέζηκα. Σα αηκνειεθηξηθά ζπζηήκαηα, ηα ζπζηήκαηα ζπλδπαζκέλνπ θχθινπ θαη ηα αεξηνζηξνβηιηθά ζπζηήκαηα κπνξνχλ γεληθά λα ιεηηνπξγήζνπλ είηε κε θπζηθφ αέξην είηε κε πεηξέιαην. Όπσο ππνδεηθλχεηαη ζηνλ πίλαθα 6, θάζε ιεηηνπξγία κε πεηξέιαην παξά κε θπζηθφ αέξην νδεγεί ζε πςειφηεξν εηήζην θφζηνο ζηαζεξνχ θεθαιαίνπ θαη πςειφηεξε ζηαζεξή θαη κεηαβιεηή ιεηηνπξγία, ζπληήξεζε θαη θφζηε θαπζίκσλ. πλεπψο, ηα πεηξειαηνθίλεηα ζπζηήκαηα έρνπλ ζπλήζσο θαη πςειφηεξεο ζπλνιηθέο ζηαζεξέο δαπάλεο θαη πςειφηεξεο ζπλνιηθέο κεηαβιεηέο δαπάλεο απφ ηα ζπζηήκαηα θπζηθνχ αεξίνπ. Γηα απηφλ ηνλ ιφγν, ε ιεηηνπξγία κε πεηξέιαην αληί θπζηθνχ αεξίνπ νδεγεί ζε πςειφηεξν ζπλνιηθφ θφζηνο ζε φινπο ηνπο παξάγνληεο ηθαλφηεηαο. 105

112 Δάλ ην θπζηθφ αέξην δελ ήηαλ δηαζέζηκν, νη ελαιιαθηηθέο ιχζεηο ζα πεξηνξίδνληαλ ζηα ζπζηήκαηα κε θπζηθνχ αεξίνπ ηνπ πίλαθα 6. Οη θακπχιεο δηαινγήο γηα απηά ηα ζπζηήκαηα ζρεδηάδνληαη ζην ζρήκα 4. Απφ ηηο θακπχιεο, εάλ ην θπζηθφ αέξην δελ είλαη δηαζέζηκν, ζε ζπληειεζηή ρσξεηηθφηεηαο θάησ απφ 16.3% νη ζηξφβηινη θαχζεο πεηξειαίνπ είλαη ε ιηγφηεξε δαπαλεξή ελαιιαθηηθή ιχζε. Γηα ζπληειεζηή ρσξεηηθφηεηαο απφ 16.3% κε 20.0%, ηα ζπζηήκαηα ζπλδπαζκέλνπ θχθινπ κε πεηξέιαην είλαη ηα πην νηθνλνκηθά θαη απφ 20.0% κε 77.4% ηα αηκνειεθηξηθά ζπζηήκαηα κε άλζξαθα παξέρνπλ ην ρακειφηεξν ζπλνιηθφ θφζηνο θαη πάλσ απφ 77.4% ηα ππξεληθά είλαη ηα θαιχηεξα. Σρήκα 3.4. Κακπύιεο ελαιιαθηηθώλ ζπζηεκάησλ, όηαλ ζπζηήκαηα θπζηθνύ αεξίνπ δελ είλαη δηαζέζηκα. Δάλ νπνηαδήπνηε απφ εθείλα ηα ζπζηήκαηα ηνπ πίλαθα 5 (πνπ απνξξίθζεθαλ αξρηθά απφ ηελ πεξαηηέξσ ζθέςε βάζεη ηεο εκπνξηθήο δηαζεζηκφηεηαο ή ησλ ιεηηνπξγηθψλ ή εηδηθψλ θξηηεξίσλ πεξηνρψλ) είλαη δπλαηφλ λα πξαγκαηνπνηεζνχλ γηα κηα ηδηαίηεξε εθαξκνγή, κηα θακπχιε δηαινγήο πξέπεη επίζεο λα θαηαζθεπαζηεί γηα απηά ζπζηήκαηα. Σα ζπζηήκαηα πξέπεη λα αμηνινγεζνχλ κε ηνλ ίδην ηξφπν κε ηα ζπζηήκαηα πνπ ππνδεηθλχνληαη ζηα ζρήκαηα 3 θαη 4. Οη θακπχιεο δηαινγήο γηα ηηο αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο φπσο ε πδξνειεθηξηθή, ηα θσηνβνιηατθά, νη αλεκνγελλήηξηεο θ.ιπ. είλαη νπζηαζηηθά νξηδφληηεο γξακκέο επεηδή ηα θαχζηκα, ην κεηαβιεηφ θφζηνο ιεηηνπξγίαο θαη ζπληήξεζεο γηα ηέηνηα ζπζηήκαηα είλαη ακειεηέα. 106