Υ ΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Transcript

1 Υ ΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Υδροϊσχύς λέγεται η ισχύς που παράγεται κατά την πτώση νερού ορισμένης παροχής από ορισμένο ύψος. Το φαινόμενο αυτό λέγεται υδατόπτωση. Η ισχύς μιας υδατόπτωσης δίνεται από τη σχέση: N = 9,8 x Q x h x n [kw] όπου Q: παροχή νερού σε m 3 /sec h: ύψος πτώσης σε μέτρα n: ο βαθμός απόδοσης της μηχανικής εκμετάλλευσης της υδατόπτωσης Μικρές υδατοπτώσεις λέγονται εκείνες που έχουν υδροϊσχύ μέχρι 10 MW και μπορεί να τις έχουμε ή όταν το ύψος της υδατόπτωσης είναι μικρό και η παροχή μεγάλη, π.χ. ρεύματα ποταμών, ή όταν έχουμε μεγάλο ύψος πτώσης με μικρή παροχή, ή όταν και το ύψος πτώσης και η παροχή είναι μικρά ή μέσα. Η κύρια χρήση της υδροϊσχύς σήμερα είναι η μετατροπή της σε υδροηλεκτρική ισχύ. ΟΙ Υ ΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΟΝΑ ΕΣ Οι υδροηλεκτρικές μονάδες ως μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παρουσιάζουν γενικά ορισμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα σε σχέση με άλλου είδους ηλεκτροπαραγωγικές μονάδες. Τα βασικά πλεονεκτήματα είναι: 1. Μεγάλη αξιοπιστία λειτουργίας. Οι εγκαταστάσεις είναι απλές, ρωμαλέες, εύκολες και φθηνές στη συντήρηση. 2. Ευκολία και απλότητα στη λειτουργία. Μπορούν να ξεκινήσουν και να συγχρονιστούν σε λίγα λεπτά. Μπορούν εύκολα να αυξήσουν και να μειώσουν το φορτίο και έτσι μπορούν να ανταποκριθούν πολύ γρήγορα και χωρίς δυσκολία σε απότομη ανάληψη φορτίου του διασυνδεδεμένου δικτύου. 3. Συνήθως έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής και η απόδοση δεν μεταβάλλεται με την ηλικία τους, όταν υπάρχει βέβαια και κάποια λογική συντήρησή τους. 4. εν απαιτούν πολύ ειδικευμένο τεχνικό προσωπικό για τη λειτουργία και συντήρηση. Υ Ρ-1

2 ΑΠΘ, Τμ. Μηχανολόγων Μηχ., ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΠΟΡΩΝ - Σημειώσεις, Γ. Τσιλιγκιρίδης 5. Το κόστος παραγωγής είναι πολύ μικρό και μεταβάλλεται ελάχιστα με την πάροδο του χρόνου. 6. εν χρησιμοποιούν καύσιμα και έτσι είναι απαλλαγμένες από τους περιορισμούς και τα μειονεκτήματα που δημιουργεί η χρήση καυσίμων π.χ. ρύπανση, αστάθμητες συνθήκες διεθνούς αγοράς. 7. Τροφοδοτούνται από ανανεώσιμη πηγή ενέργειας που δεν υπόκειται στον κίνδυνο εξάντλησης. 8. Είναι δυνατόν να εξυπηρετούνται και άλλοι σκοποί πλην του ενεργειακού π.χ. άρδευση, ύδρευση, αντιπλημμυρική προστασία, δημιουργία τόπων αναψυχής και άθλησης κτλ. Τα κυριότερα μειονεκτήματα είναι τα εξής: 1. ιακύμανση της υδραυλικότητας μεταξύ υγρής και ξηρής περιόδου και κατ' επέκταση διακύμανση και της παραγόμενης ισχύος εποχιακά. 2. Περιορισμένη ειδική ενεργειακή πυκνότητα του νερού (kw/kg νερού) γεγονός που επιβάλλει μεγάλες εγκαταστάσεις επεξεργασίας και αποθήκευσης νερού (π.χ. φράγματα, υδαταγωγοί κτλ) και απαιτεί μεγάλο αρχικό κεφάλαιο επένδυσης. 3. Πολλαπλά τεχνικά προβλήματα κατασκευής, αρμοδιότητας Πολιτικού Μηχανικού και Μηχανολόγου Μηχανικού από την προμελέτη έως την κατασκευή, λόγω μοναδικότητας κάθε έργου. 4. Σπανιότητα υδατοπτώσεων μεγάλων ισχύων. Τα βασικά μέρη μιας υδροηλεκτρικής μονάδας (Εικ. ΥΗΕ-1) είναι: Εικ. ΥΗΕ-1: Εικονική παράσταση ενός Υδροηλεκτρικού Σταθμού Υ Ρ-2

3 Το φράγμα ή υδατοφράκτης, ο οποίος αυξάνει το ύψος πτώσης και δημιουργεί τον ταμιευτήρα νερού. Το σύστημα προσαγωγής του νερού που περιλαμβάνει τη σύραγγα ή τη σωλήνωση ή και τα δύο. Το εργοστάσιο με τον ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισμό (κτίρια, στρόβιλοι, εναλλακτήρες, βοηθητικός εξοπλισμός). Η διώρυγα φυγής του νερού από το εργοστάσιο στον ποταμό. Οι γραμμές μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας. Ο βαθμός απόδοσης του εργοστασίου παραγωγής είναι 90% (με 95% β.α. των υδροστροβίλων και 95% β.α. των ηλεκτρογεννητριών). Ο συνολικός βαθμός απόδοσης όλης της εγκατάστασης, υπολογιζομένων και των απωλειών στον αγωγό τροφοδοσίας, είναι 75% με 85%. Τα υδροηλεκτρικά εργοστάσια μπορούν να δουλεύουν 365 μέρες το χρόνο επί 24 ώρες τη μέρα, στην πράξη όμως δουλεύουν λιγότερο, λόγω της διακύμανσης της ηλεκτρικής ζήτησης, των περιοδικών συντηρήσεων ή της μειωμένης υδραυλικότητας. Οι απαιτούμενες επενδύσεις κεφαλαίων για την κατασκευή ενός νέου υδροηλεκτρικού έργου ποικίλουν ανάλογα με το μέγεθος και την τοποθεσία του έργου καθώς και το κόστος μετακίνησης κτιρίων ή άλλων αντικειμένων στο πεδίο του έργου. Ειδικότερα, η διαμόρφωση του εδάφους στη θέση του υδροηλεκτρικού έργου αποτελεί «προσωπικό» χαρακτηριστικό του έργου, που εμποδίζει να βρεθεί μία συνάρτηση π.χ. μεταξύ της ισχύος του υδροηλεκτρικού σταθμού και του κόστους του φράγματος ή του ταμιευτήρα γενικότερα. Σαν αποτέλεσμα το κόστος του φράγματος μπορεί να είναι από αμελητέο έως 70% του συνολικού κόστους του υδροηλεκτρικού σταθμού. Ο ΥΗΣ μπορεί να τυποποιηθεί από τη θέση εισόδου στο στρόβιλο και κάτω. ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΤΩΝ Υ ΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ (ΥΗΣ) Ανάλογα με τον τύπο του φράγματος Σταθμοί φράγματος (Εικ. ΥΗΕ-2), που περιλαμβάνουν το ανάντι φράγμα, τη διώρυγα τροφοδοσίας και τον αγωγό πίεσης. Σταθμοί ποτάμιας στάθμης (Εικ. ΥΗΕ-3), που χαρακτηρίζονται από μικρά ύψη και μεγάλες παροχές, ενώ το φράγμα που απαιτείται δεν είναι σημαντικό. Σταθμοί αντλιών (Εικ. ΥΗΕ-4), που κατά την περίοδο που η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας είναι μικρή (π.χ. πρωινές ώρες), η γεννήτρια λειτουργεί ως κινητήρας και οι αντλίες ανεβάζουν το νερό στην ανάντι λίμνη. Στις εγκαταστάσεις αυτές είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν αντιστρεπτές μηχανές που λειτουργούν σαν αντλίες ή στρόβιλοι ανάλογα με τη ρύθμιση των πτερυγίων τους. Ανάλογα με το δυναμικό Μικροσταθμοί, με ισχύ μέχρι 100 kw Μικρού δυναμικού, με ισχύ kw Μέσου δυναμικού με ισχύ kw Μεγάλου δυναμικού με ισχύ > 10 4 kw Ανάλογα με το ύψος πτώσης Μικρής πτώση H < 15 m Μέσης πτώσης 15 m < H < 50 m Μεγάλης πτώσης 50 m < H Υ Ρ-3

4 ΑΠΘ, Τμ. Μηχανολόγων Μηχ., ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΠΟΡΩΝ - Σημειώσεις, Γ. Τσιλιγκιρίδης Εικ. ΥΗΕ-2:ΥΗΣ Φράγματος Εικ. ΥΗΕ-3: ΥΗΣ Ποτάμιας στάθμης Εικ. ΥΗΕ-4: ΥΗΣ Αντλιών Υ Ρ-4

5 ΑΠΘ, Τμ. Μηχανολόγων Μηχ., ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΠΟΡΩΝ - Σημειώσεις, Γ. Τσιλιγκιρίδης Στην Εικ. ΥΗΕ-5 δίνονται σχηματικές παραστάσεις δύο τύπων Υδροστροβιλικών ηλεκτρικών σταθμών. Εικ. ΥΗΕ-5: Υδροστροβιλικοί σταθμοί Υ Ρ-5

6 ΤΟ Υ ΡΟ ΥΝΑΜΙΚΟ ΤΗΣ ΕΛΛΑ ΑΣ Οι παράγοντες που επηρεάζουν το υδροδυναμικό μιας χώρας είναι η υδραυλικότητα (εκφράζει το ποσό των βροχοπτώσεων και χιονοπτώσεων σε ένα χρόνο) και η εδαφική διαμόρφωσή της (είναι ο παράγοντας που αξιοποιεί την υδραυλικότητα). Η υδραυλικότητα της Ελλάδας δεν μπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελεί αξιόλογο παράγοντα σε σύγκριση με άλλες χώρες (Αγγλία, Γαλλία, Γερμανία), αντίθετα ο παράγοντας της μορφολογίας είναι πολύ ευνοϊκός. Έτσι οι υδατοπτώσεις στην Ελλάδα έχουν τα εξής χαρακτηριστικά: σχετικά μεγάλα ή μέσα ύψη πτώσεων σχετικά μικρή συνεχή παροχή νερού ύπαρξη μεγάλων φυσικών ταμιευτήρων ή ευκολία δημιουργίας μεγάλων ταμιευτήρων μεγάλη ετοιμότητα για εκμετάλλευση του υδροδυναμικού χωρίς σοβαρές απαιτήσεις για έργα Πολιτικού Μηχανικού Η ύπαρξη μεγάλων φυσικών ταμιευτήρων προσδίδει στο υδροδυναμικό της Ελλάδας μεγάλη φυσική ρυθμιστική ικανότητα και το κάνει κατάλληλο για την αντιμετώπιση του φορτίου αιχμής του ηλεκτρικού συστήματος. Σε ποσά το υδροδυναμικό της Ελλάδας έχει ως εξής: 1. Συνολικό ετήσιο θεωρητικό επιφανειακό υδροδυναμικό περίπου 84,5 TWh/yr 2. Ειδικό ετήσιο θεωρητικό επιφανειακό υδροδυναμικό 0,75 GWh/km 2 3. Τεχνικά και οικονομικά εκμεταλλεύσιμο υδροδυναμικό 21 TWh/yr 4. Συνολική εγκατεστημένη ισχύς ΥΗΣ ήταν MW το 1992, το 1998 και MW το Η χώρα μας, αν και είναι 6η από πλευράς πυκνότητας υδροδυναμικού, έχει το μικρότερο ποσοστό αξιοποίησης του εκμεταλλεύσιμου υδροδυναμικού σε όλη την Ευρώπη και έναν από τους μικρότερους ετήσιους συντελεστές εκμετάλλευσης της υδροηλεκτρικής ισχύος. Οι Υδροηλεκτρικοί Σταθμοί της ΕΗ σήμερα (2010), (Εικ. ΥΗΕ-6). - Συγκρότημα Αχελώου (Κρεμαστά, Καστράκι, Στράτος I &II, Γκιώνα, Γλαύκος): Σύνολο 925,6 MW - Συγκρότημα Αλιάκμονα (Πολύφυτο, Σφηκιά, Ασώματα, Αγ. Βαρβάρα, Μακροχώρι, Βέρμιο, Άγρας, Εδεσσαίος): Σύνολο 880,2 MW - Συγκρότημα Αράχθου (Π. Αώου, Πουρνάρι I & II, Λούρος): Σύνολο 553,9 MW - Συγκρότημα Νέστου (Θησαυρός, Πλατανόβρυση): Σύνολο 500 MW - ΥΗΣ Ν. Πλαστήρα: 129,9 MW - ΥΗΣ Λάδωνα: 70 MW - Λοιποί Μικροί ΥΗΣ: 1,3 MW ΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. Σύνολο MW Στην Εικ. ΥΗΕ-7 δίνεται το ποσοστό συμμετοχής των ανά ποταμό ΥΗΣ στη συνολική υδροηλεκτρική παραγωγή της Ελλάδας. Υ Ρ-6

7 Εικ. ΥΗΕ-6: Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί της χώρας Εικ. ΥΗΕ-7: Ποσοστό συμμετοχής ποταμού στη συνολική υδροηλεκτρική παραγωγή Υ Ρ-7