Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.)

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) Ενότητα 7: Μικρά Yδροηλεκτρικά Σπύρος Τσιώλης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί Ενότητας Ο στόχος της 7ης ενότητας είναι η εξοικείωση του φοιτητή με τις τεχνολογίες μικρών υδροηλεκτρικών εγκαταστάσεων, του δυναμικού τους, και να αποκτήσει την ικανότητα να σχεδιάζει και να κάνει ενεργειακούς υπολογισμούς σε εν λόγω μονάδες καθώς και να ενημερώνεται σχετικά με την ισχύουσα νομοθεσία που διέπει τις ΑΠΕ αλλά και τη διαδικασία αδειοδότησης που ακολουθείται στις διαφορετικές τεχνολογίες και ανάλογα με την εγκατεστημένη ισχύ καθώς και σχετικά με την τιμολογιακή πολιτική. 4

5 Περιεχόμενα Ενότητας Εισαγωγή Υδάτινος Πόρος και το Δυναμικό του Καμπύλη Διάρκειας Ροής Έργα Πολιτικού Μηχανικού Ηλεκτρομηχανολογικός Εξοπλισμός Μικρά Υδροηλεκτρικά Συστήματα 5

6 Εισαγωγή 1 Ανανεώσιμη Πηγή 6

7 Εισαγωγή 2 7

8 Εισαγωγή 3 Εξάτμιση: ¼ της ηλιακής ενέργειας Αποθήκευση: Φράγμα Μεγάλα Υ.Η.Σ. Ανανεώσιμη πηγή 8

9 Εισαγωγή 4 Ροή: Εκτροπή μέρους της ροής Δυναμική ή Βαρυτική Ενέργεια: Η ισχύς είναι ανάλογη της υψομετρικής διαφοράς και της παροχής του νερού P = k * Q* h [kw] Q [m 3 /s], h[m], k<10 9

10 Εισαγωγή 5 Μετατροπή σε ηλεκτρική ενέργεια: Υδροστρόβιλος Ηλεκτρογεννήτρια Η μεγαλύτερη και ώριμη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας: Παγκόσμια MW εγκατεστημένη ισχύς το TWh -16% της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Ευρώπη των TWh ή 11% Περιθώρια ανάπτυξης 10% του δυναμικού 10

11 Εισαγωγή 6 ΜΥΗΣ: Ισχύς μικρότερη των 10 MW Συνεχούς ροής 5 MW 1400 τόνοι πετρέλαιο CO οικογένειες 11

12 Υδάτινος Πόρος και το Δυναμικό του - 1 P = k * Q* h [kw], Q σε [m3/s], h σε [m], k=10 Η παροχή εξαρτάται από τις βροχοπτώσεις, φύση του εδάφους, βλάστηση, θερμοκρασία, χρήση κ.τ.λ. Εκτίμηση δυναμικού θέσης Μέτρηση (δύσκολο) Επιστήμη υδρολογίας, βροχοπτώσεις, λεκάνη απορροής Στοιχεία συλλέγονται από κάθε χώρα κα δημοσιεύονται Καμπύλη διάρκειας της ροής 12

13 Υδάτινος Πόρος και το Δυναμικό του - 2 Επιλογή Θέσης: Προκαταρτική μελέτη, δυναμικό, εργασίες, περιβαλλοντικά, οικονομική βιωσιμότητα Μεγάλου ή μικρού ύψους Με ή χωρίς μικρό φράγμα (υδροληψία) 13

14 Καμπύλη Διάρκειας Ροής 14

15 Έργα Πολιτικού Μηχανικού - 1 Φράγμα, Υδατοφράκτης (Σπάνια το φράγμα στα ΜΥΗΣ) Στόμιο Εισόδου: Ελεγχόμενη ποσότητα ροής νερού Ελαχιστοποίηση Φερτών Υλικών Μηχανικά Χτένια Κανάλια: Σωλήνας κατάθλιψης ή κανάλι 15

16 Έργα Πολιτικού Μηχανικού - 2 Αγωγός Πτώσης: Σωλήνας κατάθλιψης πάνω ή κάτω από το έδαφος Χαλύβδινοι η πλαστικοί Αυλάκι Απαγωγής: Επαρκές ώστε να μην ανέβει στάθμη και εμποδίζει 16

17 Ηλεκτρομηχανολογικός Εξοπλισμός - 1 Υδροστρόβιλοι: Μετατροπέας δυναμικής σε μηχανική ενέργεια Κατηγορίες: Ώσης: δυναμική σε κινητική δέσμης νερού, ακροφύσιο Αντίδρασης: χρησιμοποιεί την πίεση και την ταχύτητα του νερού 17

18 Ηλεκτρομηχανολογικός Εξοπλισμός - 2 Τύποι: Kaplan ή Έλικας: Αντίδρασης, αξονικής ροής, μικρές πτώσεις <16 m, ρυθμιζόμενα πτερύγια Francis: Αντίδρασης, ακτινικής ροής, Pelton: Ώσης, μεσαία ή μεγάλα ύψη Άλλοι: Turgo ( m υψόμετρο) 18

19 Ηλεκτρομηχανολογικός Στρόβιλος τύπου Kaplan: Εξοπλισμός

20 Ηλεκτρομηχανολογικός Εξοπλισμός - 4 Σχηματική παράσταση ενός στροβίλου Francis: 20

21 Ηλεκτρομηχανολογικός Εξοπλισμός - 5 Κατακόρυφος στρόβιλος Pelton: 21

22 Ηλεκτρομηχανολογικός Εξοπλισμός - 6 Επιλογή Υδροστρόβιλου: Εξαρτάται από το ύψος πτώσης και την παροχή 22

23 Ηλεκτρομηχανολογικός Εξοπλισμός - 7 Εύρος λειτουργίας των διάφορων τύπων στροβίλων. 23

24 Ηλεκτρομηχανολογικός Εξοπλισμός - 8 Μέση Αποδοτικότητα Διάφορων Τύπων Στροβίλων 24

25 Ηλεκτρομηχανολογικός Εξοπλισμός - 9 Γεννήτριες: Σύγχρονες, αυτόνομη λειτουργία, ασύγχρονες, ύπαρξη δικτύου Κιβώτιο Ταχυτήτων: Συνήθως δεν υπάρχει εκτός από μικρά έργα Εξοπλισμός Ελέγχου: Ρυθμιστής στροφών 25

26 Ηλεκτρομηχανολογικός Εξοπλισμός - 10 Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις: Φράγμα Έργα τοποθέτησης αγωγού πτώσης Επιπτώσεις στη χλωρίδα και στη πανίδα στο ποτάμι, ψάρια Θόρυβος 26

27 Ηλεκτρομηχανολογικός Εξοπλισμός - 11 Οικονομικά Ακριβά λόγω του αρχικού κόστους (10 20 χρόνια απόσβεση) Διάρκεια ζωής 50 χρόνια χωρίς σημαντικό κόστος αντικατάστασης Τυπικό κόστος 0,07 / kwh τα πρώτα δέκα χρόνια και 0,007 / kwh μετά Μεγάλα ΥΗΣ φθηνότερα, εξαρτάται από την απόσταση της κατανάλωσης 27

28 Ηλεκτρομηχανολογικός Εξοπλισμός - 12 Εμπόδια Θεωρείται ώριμη τεχνολογία, δεν προωθείται ανάλογα Μεγάλο αρχικό κόστος Αποτρεπτικό Θεσμικά εμπόδια Άδεια απόληψης νερού 28

29 Μικρά Υδροηλεκτρικά Συστήματα

30 Μικρά Υδροηλεκτρικά Συστήματα

31 Μικρά Υδροηλεκτρικά Συστήματα

32 Μικρά Υδροηλεκτρικά Συστήματα

33 Μικρά Υδροηλεκτρικά Συστήματα

34 Μικρά Υδροηλεκτρικά Συστήματα

35 Μικρά Υδροηλεκτρικά Συστήματα

36 Μικρά Υδροηλεκτρικά Συστήματα

37 Μικρά Υδροηλεκτρικά Συστήματα - 9 Υδροφράκτης ενός μικρού υδροηλεκτρικού σχήματος εκτροπής 37

38 Μικρά Υδροηλεκτρικά Συστήματα - 10 Μηχανικό χτένι στο στόμιο εισόδου ενός μικρού υδροηλεκτρικού 38

39 Μικρά Υδροηλεκτρικά Κατακόρυφος στρόβιλος Pelton Συστήματα 11 39

40 Μικρά Υδροηλεκτρικά Συστήματα 12 Κατακόρυφος στρόβιλος Pelton 40

41 Μικρά Υδροηλεκτρικά Συστήματα 13 (1) Ο στρόβιλος εγκάρσιας ροής, (2) Εγκάρσια τομή του στροβίλου, (3) Διάταξη των πτερυγίων του στροβίλου 41

42 Τέλος Ενότητας