Εισαγωγή στην Ενεργειακή Τεχνολογία Υδροηλεκτρική ενέργεια

Εισαγωγή στην Ενεργειακή Τεχνολογία Υδροηλεκτρική ενέργεια Νίκος Μαμάσης Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αθήνα 2015 Διάρθρωση παρουσίασης: Υδροηλεκτρική ενέργεια Εισαγωγή Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων Υδροστρόβιλοι Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Μικρά Υδροηλεκτρικά έργα Συστήματα άντλησης-ταμίευσης Υβριδικά συστήματα 1

Εισαγωγή Υδροηλεκτρική ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια του νερού το οποίο, μέσω υδατοπτώσεων κινεί υδροστροβίλους για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Η αξιοποίηση της υδραυλικής ενέργειας πραγματοποιούταν από την αρχαιότητα μέσω των υδρόμυλων για το άλεσμα των δημητριακών και την κοπή ξυλείας (υδροπρίονα) Εισαγωγή Υδροτροχοί http://egaleo.freeservers.com/merh.htm 2

Οριζόντιος Εισαγωγή Υδροτροχοί Κατακόρυφος Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων Συνιστώσες υδροηλεκτρικού σταθμού (ΥΗΣ) Φράγμα Στάθμη Δίκτυο υψηλής τάσης Υψομετρική διαφορά ΥΗΣ Υδροληψία Γεννήτρια Μετασχηματιστής Αγωγός πτώσης I = ρ * g * Q * H * n I: ισχύς (W) ρ: πυκνότητα νερού 1000 kg/m 3 g: επιτάχυνση βαρύτητας 9.81 m/s 2 Q: παροχή m 3 /s H: υψομετρική διαφορά m n: συνολικός βαθμός απόδοσης 85 % Στρόβιλος Παροχή Αγωγός φυγής I (kw) = 9.81 * Q (m 3 /s) * H (m) * n 3

Ταμιευτήρας Ετήσιος εκμεταλλεύσιμος όγκος, V (m 3 ) Ύψος πτώσης, H (m) Ώρες λειτουργίας στο έτος, t (h) Παροχή λειτουργίας, Q (m 3 /s) Υδροηλεκτρικός σταθμός Ισχύς (kw) Μέση ετήσια παροχή λειτουργίας Q (m 3 /h)=v(m 3 )/t(h) Q (m 3 /h)=q(m 3 /s)*3600 Q (m 3 /s)*t(h)=v(m 3 )/3600 Υπολογισμός ετήσιας ενέργειας E (kwh) = g * n* H (m) * Q (m 3 /s) * t(h) Ισχύς (Ι) και Ενέργεια (Ε) I = ρ * g * n * H *Q I: ισχύς (W) ρ: πυκνότητα νερού 1000 kg/m 3 g: επιτάχυνση βαρύτητας 9.81 m/s 2 n: συνολικός βαθμός απόδοσης % I (kw) = g * n* H (m) * Q (m 3 /s) E (kwh) = I (kw) * t (hr) Παράδειγμα (με βάση τα δεδομένα ΥΗΣ Πλαστήρα) Ετήσιος διατιθέμενος όγκος : 150 hm 3 Ύψος πτώσης: 580 m Συνολικός βαθμός απόδοσης: 0.85 Δυνητική ετήσια ενέργεια: 201.5 GWh Ώρες Ποσοστό χρόνου Παροχή Απαιτούμενη λειτουργίας λειτουργίας λειτουργίας (m 3 /s) εγκατεστημένη Ισχύς (MW) 1500 0,17 27,8 134,3 3000 0,34 13,9 67,2 4500 0,51 9,3 44,8 8760 1,00 4,8 23,0 Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων Σχηματική Διάταξη Συστήματος Παραγωγής 4

Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων Γενική διάταξη μεγάλου υδροηλεκτρικού έργου (Κρεμαστά στον Αχελώο) Πηγή: ΔΕΗ Α.Ε., ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗΣ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων Κυριότερα πλεονεκτήματα των μεγάλων ΥΗΕ Γρήγορη παραλαβή και απόρριψη φορτίου, και κάλυψη των αιχμών της ζήτησης Μεγάλη διάρκεια ζωής Πολύ χαμηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης Χρήση του νερού και για άλλες ανάγκες (άρδευση, ύδρευση, περιβαλλοντική) Δεν υπάρχει υποβάθμιση του φυσικού πόρου Βελτίωση του φυσικού περιβάλλοντος (δημιουργία λίμνης και υδροβιότοπου) Μηδενικές εκπομπές ρύπων Έργα υποδομής που συμβάλλουν στην ανάπτυξη της περιοχής Παρουσιάζουν μεγάλο βαθμό ενεργειακής απόδοσης για ΑΠΕ Μεγάλη αξιοπιστία των υδροστροβίλων Παραγωγή ενέργειας χωρίς διακυμάνσεις Θέσεις εργασίας 5

Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων Ταμιευτήρες πολλαπλού σκοπού μεγάλων ΥΗΕ Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, κάλυψη ενεργειακών αιχμών Αρδεύσεις καλλιεργειών (σήμερα διατίθεται το 35% του ωφέλιμου όγκου των υπαρχόντων ταμιευτήρων) Ύδρευση πόλεων Αντιπλημμυρική προστασία Ψύξη μονάδων Θερμοηλεκτρικών Σταθμών Βιομηχανικές χρήσεις Δραστηριότητες στους ταμιευτήρες (αλιεία, αναψυχή, περιβαλλοντική εκπαίδευση, εναλλακτικός τουρισμός) Κατασκευή δρόμων και δημιουργία υποδομών Αναβάθμιση τοπίου, δημιουργία υδροβιότοπου Υδροηλεκτρικά Έργα Επιπτώσεις μεγάλων ΥΗΕ στο περιβάλλον Οπτική όχληση: απόταέργαοδοποιίας, μεγάλα πρανή, κατολισθήσεις σε ασταθή εδάφη, αλόγιστη διάθεση των μπαζών σε κοντινά ρέματα ή χαράδρες, αλλαγή της εμφάνισης κάποιου καταρράκτη στο εκτρεπόμενο τμήμα των νερών, επιπτώσεις από την κατάκλιση της γης, επίδραση στη γεωργία. Επιπτώσεις στη χλωρίδα πανίδα: η παροχή στη φυσική κοίτη του ποταμού μπορεί να μηδενιστεί (επιβάλλεται η εξασφάλιση οικολογικής παροχής), αποψίλωση της βλάστησης κατά τη φάση της κατασκευής και από την κατάληψη του δημιουργουμένου ταμιευτήρα, εμπόδια στην ελεύθερη κίνηση της ιχθυοπανίδας (ειδική τεχνική κατασκευή ιχθυοδρόμου, όμως μόνο για τα μικρού ύψους φράγματα). Έδαφος, επιφανειακά και υπόγεια νερά: η διακοπή της ροής των φερτών από την υδροληψία-φράγμα δημιουργεί μακροπρόθεσμα μεταβολή στην κοίτη και την εκβολή του ποταμού, ανύψωση του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα, αλλαγή στις χρήσεις του νερού κατάντη του έργου υδροληψίας. 6

Η κύρια συνιστώσα ενός υδροηλεκτρικού έργου είναι ο υδροστρόβιλος. Η επιλογή του γίνεται με βάση το ύψος και την παροχή της υδατόπτωσης και τον υπολογιζόμενο αριθμό στροφών. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι υδροστροβίλων: Δράσης. Το υδατόρευμα προσπίπτει μέσω ακροφυσίου με μορφή τζετ στην εσωτερική στεφάνη. Επιλέγεται όταν υπάρχει μεγάλο ύψος υδατόπτωσης (Pelton) Ανάδρασης (Francis και Kaplan). Όλος ο δρομέας είναι βυθισμένος στο νερό και υπάρχει εισροή από όλη την περιφέρεια. Ο Francis χρησιμοποιείται για μεσαίες τιμές υδραυλικού φορτίου (10-150 m) και αποδίδει καλύτερα όταν η ταχύτητα του νερού είναι παραπλήσια με αυτήν των πτερυγίων του. O Kaplan χρησιμοποιείται όταν το ύψος της υδατόπτωσης είναι χαμηλό αλλά η παροχή μεγάλη. Υδροστρόβιλοι Υδροστρόβιλοι Pelton (για ύψη πτώσης > 150 m) Τμήμα εισόδου: Αρχίζει από τη σφαιρική βάνα στο άκρο του αγωγού προσαγωγής και καταλήγει στο ή στα ακροφύσια τροφοδοσίας. Η ρύθμιση της παροχής επιτυγχάνεται μέσω βελόνης, η οποία μετακινείται κατά τον άξονα του ακροφυσίου μέσω υδραυλικού, συνήθως, συστήματος. Πτερωτή: Φέρει κατά την περιφέρεια σκαφίδια (συνήθως μεταξύ 20 και 22), κατασκευάζεται από ανοξείδωτο χάλυβα και είτε ολόσωμη, είτε τα σκαφίδια είναι ανεξάρτητα και προσαρμόζονται στην πτερωτή μέσω κοχλίωσης και κωνικής ασφάλειας. Τμήμα εξόδου: Οδηγεί το νερό που πέφτει από την πτερωτή στη διώρυγα απαγωγής 7

Είναι στρόβιλος μικτού τύπου ροής με ακτινική εισαγωγή νερού και αξονική εκροή. Χρησιμοποιείται για πιεζομετρικά φορτία μεταξύ 10 και 150 m. Το νερό εισέρχεται στη σπείρα, ρέει μεταξύ των σταθερών κατευθυντήριων βανών και στη συνέχεια εισέρχεται στον κινητήρα. Ο κινητήρας αποτελείται από καμπύλα πτερύγια, είναι εντελώς βυθισμένος στο νερό και τόσο η πίεση όσο και η ταχύτητα του νερού μειώνονται από την είσοδο στην έξοδο. Το νερό εκφορτίζεται διαμέσου μιας εξόδου από το κέντρο του στροβίλου. Υδροστρόβιλοι Francis (για ύψη πτώσης < 150 m) Υδροστρόβιλοι Kaplan (για ύψη πτώσης < 15 m) Κατάλληλος στις περιπτώσεις χαμηλών πιεζομετρικών φορτίων (περίπου 3 15 m) και υψηλών τιμών ροής του νερού. Είναι μία προπέλα, η οποία λειτουργεί όπως μία προπέλα πλοίου, αλλά συνήθως κατακόρυφα. Το νερό εισέρχεται πλευρικά στο στρόβιλο, ρέει διαμέσου της προπέλας και θέτει τον έλικα σε περιστροφή. 8

Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Τα 4 μεγαλύτερα του κόσμου Όνομα Χώρα Έτος κατασκευής Ισχύς (MW) Επιφάνεια ταμιευτήρα (km 2 ) Three Gorges Κίνα 2011 18.300-632 22.500 Itaipu Βραζιλία Παραγουάη 2003 14.000 1350 Guri (Simón Bolívar) Βενεζουέλα 1986 10.200 4250 Tucurui Βραζιλία 1984 8.370 3014 Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Tucurui dam Guri (Simón Bolívar) Itaipu Three Gorges 9

Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Η υδροηλεκτρική ενέργεια στην Ελλάδα Συγκρότημα Αράχθου (553,9 MW) Μεγάλα υδροηλεκτρικά έργα της ΔΕΗ Συγκρότημα Αλιάκμονα (879,3 MW) ΥΗΣ Λάδωνα (70 MW) ΥΗΣ Πλαστήρα (129,9 MW) Συγκρότημα Νέστου (500 MW) Συγκρότημα Αχελώου (925,6 MW) ΣτηδυτικήκαιβόρειαΕλλάδαυπάρχει ιδιαίτερα πλούσιο δυναμικό υδατοπτώσεων λόγω της διαμόρφωσης λεκανών απορροής και των σημαντικών βροχοπτώσεων Η συνολική εγκατεστημένη ισχύς είναι 3.060 MW Η Μέση Ετήσια Παραγωγή Ενέργειας είναι 4.000-5.000 GWh Η μέση συνεισφορά στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι 8-10% Η ενέργεια που προέρχεται από ΥΗΣ καλύπτει ηλεκτρικά φορτία αιχμής. Τα τρία μεγαλύτερα υδροηλεκτρικά έργα είναι στα Κρεμαστά (437 MW), στο Θησαυρό (384 MW) και στο Πολύφυτο (375 MW) Υπάρχει μεγάλη δυνατότητα περαιτέρω ανάπτυξης υδροηλεκτρικών σταθμών. Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα 25 υδροηλεκτρικά έργα της ΔΕΗ σε λειτουργία 16 ΜΕΓΑΛΑ ΥΗ ΕΡΓΑ (έτος ένταξης-ωφέλιμος όγκος ταμιευτήρα hm 3 ) 11 ΜΙΚΡΑ ΥΗ ΕΡΓΑ ΛΟΥΡΟΣ (1954-0,035) ΑΓΡΑΣ (1954-3,8) ΛΑΔΩΝΑΣ (1955-46,2) ΠΛΑΣΤΗΡΑΣ (1960-300) ΚΡΕΜΑΣΤΑ (1966-2805) ΚΑΣΤΡΑΚΙ (1969-53) ΕΔΕΣΣΑΙΟΣ (1969-0,46) ΠΟΛΥΦΥΤΟ (1974-1020) ΠΟΥΡΝΑΡΙ (1981-303) ΑΣΩΜΑΤΑ (1985-10) ΣΦΗΚΙΑ (1985-16) ΣΤΡΑΤΟΣ (1989-11) ΠΗΓΕΣ ΑΩΟΥ (1990-145) ΘΗΣΑΥΡΟΣ (1997-570) ΠΟΥΡΝΑΡΙ ΙΙ (1999-3,6) ΠΛΑΤΑΝΟΒΡΥΣΗ (1999-12) ΓΛΑΥΚΟΣ (1927) ΒΕΡΜΙΟ (1929) ΑΓΙΑ ΚΡΗΤΗΣ (1929) ΑΛΜΥΡΟΣ ΚΡΗΤΗΣ (1931) ΑΓ. ΙΩΑΝΝΗΣ ΣΕΡΡΩΝ (1931) ΓΚΙΩΝΑ (1988) ΣΤΡΑΤΟΣ ΙΙ (1988) ΜΑΚΡΟΧΩΡΙ (1992) ΑΓ. ΒΑΡΒΑΡΑ ΑΛΙΑΚΜΟΝΑ (2008) ΣΜΟΚΟΒΟ (2008) ΠΑΠΑΔΙΑ (2010) 10

Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων ΔΕΗ Στρόβιλοι Ποταμός ΥΗΣ Αριθμός Ισχύς (MW) Τύπος Σταθμός Ενέργεια Συνεχής Iσχύς λειτουργία (MW) (GWh) (%) Αχελώος Κρεμαστών 4 109.3 Francis 437.2 848 22 Αχελώος Καστρακίου 4 80 Francis 320 598 21 Αχελώος Στράτος Ι 2 75 Francis 150 237 17 Αχελώος Στράτος ΙΙ 1 6.2 Tube-S type 6.2 16 Αχελώος Πλαστήρα 3 43.3 Pelton 129.9 198 17 Αλιάκμονας Πολυφύτου 3 125 Francis 375 420 13 Αλιάκμονας Σφηκιάς (αντλητικός) 3 105 Francis-pump 315 380 14 Αλιάκμονας Ασωμάτων 2 54 Francis 108 130 14 Αλιάκμονας Μακροχωρίου 3 3.6 Caplan 10.8 30 32 Αλιάκμονας Βερμίου 2 0.75 Francis 1.5 6 46 Αλιάκμονας Άγρα 2 25 Francis 50 35 8 Αλιάκμονας Εδεσσαίου 1 19 Francis 19 25 15 Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων ΔΕΗ Στρόβιλοι Σταθμός Ενέργεια Ποταμός ΥΗΣ Αριθμός Ισχύς Συνεχής Iσχύς (MW) Τύπος (MW) (GWh) λειτουργία (%) Αώος Πηγών Αώου 2 105 Pelton 210 165 9 Άραχθος Πουρναρίου Ι 3 100 Francis 300 235 9 Άραχθος Πουρναρίου ΙΙ 2 16 bulb 1 1.6 S units 33.6 45 15 Λούρος Λούρου 2 2.5 Francis 1 5.3 Francis 10.3 50 55 Νέστος Θησαυρού (αντλητικός) 3 128 Francispump 384 440 13 Νέστος Πλατανόβρυσης 2 58 Francis 116 240 24 Λάδωνας Λάδωνας 2 35 Francis 70 260 42 Υδραγωγείο Μόρνου Γκιώνας 1 8.5 Francis 8.5 40 54 Γλαύκος Γλαύκου 1 1.3 Pelton 1 2.4 Francis 3.7 11.4 35 11

Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα YHE Πηγών Αώου Λειτουργεί με εκτροπή των νερών από τον ποταμό Αώο (ο οποίος εκβάλλει στην Αδριατική), στον Μετσοβίτικο (παραπόταμο του Αράχθου) Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα YHE Πηγών Αώου (με εκτροπή των νερών από τον Αώο στον Άραχθο) 12

Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Παραγωγή από εισροές και ισχύς των ΥΗΕ 6500 Εγκατεστημένη Ισχύς (MW), Παραγωγή από Εισροές (GWh) 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Παραγωγή Ισχύς 0 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Έτος Έργο Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Υπάρχουν θέσεις για νέα ΥΗ; ΥΗΕ (σε διάφορα στάδια μελέτης) Ποταμός Παραγόμενη Ενέργεια Ισχύς (GWh/έτος) (MW) Πρ. Δευ. Συν Διάρκεια κατασκευής (έτη) Προϋπολογισμός 10 9 δραχμές Επιτόκιο 6% 8% 4% 1 Αυλάκι Αχελώος 100 150 99 249 6 60.8 63.7 58 2 Βίνιανη - Μαρκόπουλο Ανατ. Αχελώος 324 195 20 215 6 51.6 54 49.2 3 Αγραφιώτης Ανατ. Αχελώος 40 143 24 167 6 32.1 33.6 30.6 4 Τρικεριώτης Ανατ. Αχελώος 40 99 220 319 6 33.9 35.5 32.3 5 Στενό - Καλλαρίτικο Άραχθος 390 624 78 702 8 189.1 201.7 177.4 6 Άγιος Νικόλαος Άραχθος 140 170 220 390 7 63.8 66.9 60.9 7 Πιστιανά Άραχθος 60 153 51 204 6 45.2 47.4 43.1 8 Βωβούσα Αώος 135 364 0 364 5 38.8 40.6 37 9 Ελεύθερο Αώος 80 205 80 285 6 55.7 58.3 53.1 10 Αγία Βαρβάρα Σαραντάπορος 35 93 59 152 5 26.4 27.6 25.2 11 Γλύζιανη Καλαμάς 86 225 131 356 5 43.7 45.9 41.7 12 Σουλόπουλος Καλαμάς 25 61 36 97 5 21.1 22.2 20.2 13

Έργο Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Υπάρχουν θέσεις για νέα ΥΗΕ; ΥΗΕ (σε διάφορα στάδια μελέτης) Ποταμός Ισχύς (MW) Διάρκεια κατασκευής Παραγόμενη (έτη) Ενέργεια (GWh/έτος) Πρ. Δευ. Συν Προϋπολογισμός 10 9 δραχμές Επιτόκιο 6% 8% 4% 13 Βροσίνα Καλαμάς 70 193 66 259 5 42.7 44.7 40.7 14 Μινίνα Καλαμάς 50 145 66 211 5 43.3 45.3 41.3 15 Γίτανη Καλαμάς 2.4 15 16 Κορομηλιά-Καστοριά Αλιάκμων 6.2 6 11 17 5 12.5 13.1 11.9 17 Μετόχι - Σπήλαιο Αλιάκμων 25 60 34 94 5 18 Τρίκωμο Αλιάκμων 10 22 13 35 5 19 Ελάφι Αλιάκμων 75 206 129 335 6 51.8 54.3 49.5 20 Ιλαρίωνας Αλιάκμων 160 214 199 413 6 61 64 58.2 21 Πύλη-Μουζάκι Πηνειός 130 200 52 252 5 76 79.7 72.5 22 Μαυρομάτι Πηνειός 30 48 8 56 4 14.5 15.2 13.8 23 Ελεούσα Αξιός 4.7 27 ΣΥΝΟΛΟ 2018 3576 1596 5214 Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα Εκτίμηση βασικών μεγεθών Σε θέση ποταμού με μέση ετήσια εισροή Q= 50 m3/s, προγραμματίζεται η κατασκευή φράγματος για την δημιουργία ταμιευτήρα. Το μέσο καθαρό ύψος πτώσης για την παραγωγή ενέργειας είναι 100 m και η μέση ετήσια λειτουργία ΥΗΣ είναι 3000 hr I = ρ * g * Q * H * n I: ισχύς (W) ρ: πυκνότητα νερού 1000 kg/m 3 g: επιτάχυνση βαρύτητας 9.81 m/s 2 Q: παροχή m 3 /s H: υψομετρική διαφορά m, n: συνολικός βαθμός απόδοσης 90 % I = 1000 * 9.81 * 50 * 100 * 0.9= 44.145.000 W = 44.1 MW E= 44.145.000 W * 3.000 hr = 132.4 GWh 14

Θεωρητική ισχύς (kw) 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Μεγάλα και Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα Εκτίμηση βασικών μεγεθών 10 9 8 7 6 5 4 3 2 800-900 700-800 600-700 500-600 400-500 300-400 200-300 100-200 0-100 Θεωρητική ισχύς (ΜW) 100 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 90 80 70 60 50 40 30 20 80-90 70-80 60-70 50-60 40-50 30-40 20-30 10-20 0-10 Παροχή (m 3 /s) Παροχή (m 3 /s) ρ=1000 kg/m 3 g=9.81 m/s 2 n=0.9 I (kw) = 9.81 * Q (m 3 /s) * H (m) * n 1000 500 200 100 50 20 10 5 2 Μεγάλα και Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα Θεωρητική ισχύς (kw)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Θερμόρεμα Q= 1 m 3 /s H= 260 m I = 1.95 MW Πλαστήρας Q= 29 m 3 /s H=577 m I = 130 MW Αώος Q= 44.5 m 3 /s H= 685 m I = 210 MW!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Πουρνάρι ΙΙΙ Q= 12 m 3 /s H=6.5 m I = 660 kw!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1!!!!!!!!! 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 Παροχή (m 3 /s) Καστράκι Q= 480 m 3 /s H=75 m I = 320 MW Πουρνάρι Ι Q= 500 m 3 /s H=72 m I = 300 MW Πουρνάρι ΙΙ Q= 300 m 3 /s H=15 m I = 30 MW 0-10 kw 10-100 kw 100-500 kw 500 kw - 1 MW 1-5 MW 5-10 MW 10-20 MW 20-50 MW 50-100 MW 100-200 MW 200-500 MW 500 MW - 1 GW 1-10 GW 15

Επιλογή στροβίλων Επιλογή στροβίλων Pelton Turgo Υδραυλικό φορτίο (m) Crossflow Kaplan Francis Παροχή (m 3 /s) 16

Ορισμός-Κατηγορίες Μικρών Υδροηλεκτρικών Έργων (ΜΥΗΕ) Σύμφωνα με την Ελληνική Νομοθεσία Μικρό είναι ένα Υδροηλεκτρικό Έργο εγκατεστημένης ισχύος μέχρι 15 MWp. Ένας τυπικός Μικρός Υδροηλεκτρικός Σταθμός (ΜΥΗΣ), εκμεταλλεύεται τη δυναμική ενέργειας του νερού με μετατροπή της αρχικά σε κινητική ενέργεια και στη συνέχεια σε ηλεκτρική. Η εγκατάσταση ενός ΜΥΗΣ, αξιοποιεί την υψομετρική διαφορά της φυσικής πτώσης των νερών και μέσω ενός υπό πίεση υδραυλικού συστήματος, διοχετεύει το νερό σε ένα στρόβιλο. Ένα μικρό υδροηλεκτρικό έργο, συνήθως διαθέτει απλά μία ορεινή υδροληψία, ή και ένα μικρό ταμιευτήρα, για περιορισμένη ρύθμιση της ροής. Ως προς την ονομαστική Ως προς το ύψος ισχύ πτώσης micro (< 0.1 ΜW) μικρού ύψους (< 20 m) mini (0.1-1 ΜW) μέσου ύψους (20-150 m) μικρό (1-10 ΜW) μεγάλου ύψους (> 150 m) Ποιοι οι βασικοί νόμοι που διέπουν την ανάπτυξη των ΜΥΗΕ: ν. 1739/1987 περί διαχείρισης των υδατικών πόρων ν. 3199/2003 περί διαχείρισης των υδατικών πόρων ν. 3468/2006 περί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ ν. 3614/2007 Αναπτυξιακός-Ειδικό χωροταξικό πλαίσιο για τις ΑΠΕ Συνιστώσες ενός τυπικού ΜΥΗΕ Μικρό φράγμα -υδροληψία Δεξαμενή φόρτισης Αγωγός πτώσης Σταθμός παραγωγής- Στρόβιλοι-Γεννήτρια 17

ΜΥΗΕ Γλαύκου Ανάντη λεκάνη απορροής Δεξαμενή φόρτισης Μικρό φράγμα - υδροληψία Αγωγός πτώσης Σταθμός παραγωγής Διώρυγα απαγωγής ΜΥΗΕ Γλαύκου Μέση ετήσια εκτρεπόμενη παροχή (1998-2009) 31.1 hm 3 (0.99 m 3 /s) Υδροληψία Μέση ετήσια παροχή (1994-2009) 39.1 hm 3 (1.24 m 3 /s) Μέση ετήσια παραγόμενη ενέργεια (1998-2009) 10.4 GWh Αγωγός πτώσης Ύψος πτώσης: 150 m Μέσος ετήσιος συντελεστής απόδοσης του συστήματος (1998-2009) 0.82 Μέσος ετήσιος συντελεστής φορτίου (1998-2009) 0.31 ΥΗΣ: εγκατεστημένη ισχύς 3.8 MW 2.2 MW Francis, 1.6 MW Pelton Ύδρευση Πάτρας 18

Υδροληψία-Υπερχείλιση ΜΥΗΣ Θερμόρεμα Εσχάρα υδροληψίας Διώρυγα προσαγωγής παγίδες φερτών Αγωγός Προσαγωγής Δεξαμενές εξάμμωσης Δεξαμενή φόρτισης Φωτογραφίες: ΔΕΛΤΑ Project ΜΥΗΣ Θερμόρεμα, Σπερχειάδα Φθιώτιδας, Ισχύς 1.95 MW, 2003 Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα ΜΥΗΕ Αγ. Βαρβάρας (0.9 ΜW) Έχει κατασκευαστεί στον πόδα του αναρρυθμιστικού φράγματος Αγίας Βαρβάρας της ΔΕΗ και αξιοποιεί την οικολογική παροχή του ποταμού Αλιάκμονα. Περιλαμβάνει μία μονάδα Kaplan S-type οριζοντίου άξονα. Είναι σε λειτουργία από το Μάρτιο του 2008 και έχει μέση ετήσια παραγωγή ενέργειας 4 GWh. Πηγή: ΔΕΗ ανανεώσιμες 19

ΜΥΗΣ Θεοδώριανων Χωρίς αποθήκευση νερού Υπερχειλιστής Υδροληψία Ιχθυόσκαλα Ιανουάριος 2014 Μικρά ΥΗΕ μόνο ή και Μεγάλα; 39 39 ΜΥΗΣ Θεοδώριανων 20

ΜΥΗΣ Θεοδώριανων Υδατικό δυναμικό θέσης Υδρογράφημα (1/10/1971-30/9/1981) Καμπύλη διάρκειας ημερήσιων παροχών 21

Οικολογική παροχή Οι βασικές μεθοδολογίες εκτίμησης της Οικολογικής Παροχής λαμβάνουν υπόψη: τις ιστορικές παροχές του ποταμού τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των διατομών την διατήρηση του ποταμού ως ενδιαίτημα για συγκεκριμένα είδη, υγροβιότοπο και φυσικό τοπίο Έτσι η οικολογική παροχή μπορεί να εκτιμηθεί με βάση τα στατιστικά χαρακτηριστικά της χρονοσειράς παροχών (ως ποσοστό της ετήσιας ή θερινής απορροής ή με βάση την καμπύλη διάρκειας) την υγρή περίμετρο σε συγκεκριμένες διατομές τους όγκους νερού που απαιτούνται για τη διατήρηση συγκεκριμένων ειδών και υγροβιοτόπων.ως ελάχιστη απαιτούμενη οικολογική παροχή νερού που παραμένει στη φυσική κοίτη υδατορεύματος, αμέσως κατάντη του έργου υδροληψίας του υπό χωροθέτηση Μ.ΥΗ.Ε., πρέπει να εκλαμβάνεται το μεγαλύτερο από τα πιο κάτω μεγέθη, εκτός αν απαιτείται τεκμηριωμένα η αύξησή της, λόγω των απαιτήσεων του κατάντη οικοσυστήματος (ύπαρξη σημαντικού οικοσυστήματος): 30% της μέσης παροχής των θερινών μηνών Ιουνίου-Ιουλίου-Αυγούστου ή 50% της μέσης παροχής του μηνός Σεπτεμβρίου ή 30 lt/sec σε κάθε περίπτωση. Ειδικό πλαίσιο χωροταξικού σχεδιασμού και αειφόρου ανάπτυξης για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και της στρατηγικής μελέτης περιβαλλοντικών επιπτώσεων αυτού, ΥΠΕΧΩΔΕ 2008 Κανόνες σχεδιασμού Συνήθως οι στρόβιλοι εκμεταλλεύονται παροχές κατ ελάχιστο μέχρι 10% έως 40% της παροχής που αντιστοιχεί στην ονομαστική παροχή σχεδιασμού τους, ανάλογα με τον τύπο τους (Pelton - Francis αντίστοιχα) Οι όγκοι V1 και V2 δεν αξιοποιούνται ενεργειακά. Ο όγκος V1 εξαρτάται από το ελάχιστο της λειτουργίας του μικρότερου στροβίλου και ο V2 από το μέγιστο της λειτουργίας του μεγαλύτερου στροβίλου Επιδιώκεται ελαχιστοποίηση των όγκων V1 και V2 επιλέγοντας στροβίλους διαφορετικού μεγέθους. Απαιτείται η εκμετάλλευση, για την παραγωγή ενέργειας, τουλάχιστον του 75% του καθαρού διαθέσιμου υδάτινου δυναμικού της θέσης Ο σταθμός παραγωγής απαιτείται να έχει συντελεστή φορτίου (load factor) όχι μικρότερο του 30%, δηλαδή να λειτουργεί τουλάχιστον περί τις 2600 ώρες το χρόνο V2 Όρια παροχών λειτουργίας V1 22

Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα Επιλογή στροβίλων 10 1 στρόβιλος 15.7 ΜW Qmin-Qmax:2-10 m 3 /s Ιmax= 15.7 MW PT= 15 % PV= 49 % Ε= 6.1 GWh 1 1 στρόβιλος 1.6 ΜW Qmin-Qmax: 0.2-1 m 3 /s Ιmax= 1.6 MW PT= 70 % PV= 56 % Ε= 7.0 GWh 0.1 ΔΕΔΟΜΕΝΑ Θεωρητική ισχύς για διάφορες παροχές Q (m 3 /s) I (MW) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4 5 10 0.8 1.6 2.4 3.1 3.9 4.7 6.3 7.8 15.7 Η=200 m ρ=1000 kg/m 3 g=9.81 m/s 2 n=0.8 Παροχή (m 3 /s) 0.01 0.001 0 20 40 60 80 100 Συχνότητα υπέρβασης (%) ΥΠΟΜΝΗΜΑ Qmin, Qmax: Ελάχιστη, μέγιστη παροχή εκμετάλλευσης (m 3 /s) Ιmax: Ισχύς στη μέγιστη παροχή εκμετάλλευσης (MW) PT : Ποσοστό χρόνου λειτουργίας στο έτος (%) PV: Ποσοστό όγκου νερού που χρησιμοποιείται (%) Ε: Συνολική ενέργεια (GWh) 2 στρόβιλοι 3.9 και 0.8 ΜW Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα Επιλογή στροβίλων 10 Qmin-Qmax: 0.5-2.5 m 3 /s Ιmax= 3.9 MW 1 Qmin-Qmax=0.1-0.5 m 3 /s Ιmax= 0.8 MW Qmin-Qmax: 0.1-2.5 m3/s Ιmax= 4.7 MW PT= 90 % PV= 92 % Ε= 11.5 GWh ΔΕΔΟΜΕΝΑ Θεωρητική ισχύς για διάφορες παροχές Q (m 3 /s) I (MW) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4 5 10 0.8 1.6 2.4 3.1 3.9 4.7 6.3 7.8 15.7 Η=200 m ρ=1000 kg/m 3 g=9.81 m/s 2 n=0.8 Παροχή (m 3 /s) 0.1 0.01 0.001 0 20 40 60 80 100 Συχνότητα υπέρβασης (%) ΥΠΟΜΝΗΜΑ Qmin, Qmax: Ελάχιστη, μέγιστη παροχή εκμετάλλευσης (m 3 /s) Ιmax: Ισχύς στη μέγιστη παροχή εκμετάλλευσης (MW) PT : Ποσοστό χρόνου λειτουργίας στο έτος (%) PV: Ποσοστό όγκου νερού που χρησιμοποιείται (%) Ε: Συνολική ενέργεια (GWh) 23

2 στρόβιλοι 3.9 και 0.8 ΜW Qmin-Qmax: 0.4-2 m 3 /s Ιmax= 3.1 MW Qmin-Qmax: 0.2-1 m 3 /s Ιmax= 1.6 MW 2 στρόβιλοι 4.7 και 1.6 ΜW Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα Επιλογή στροβίλων 10 1 Qmin-Qmax: 0.6-3 m 3 /s Ιmax= 4.7 MW Qmin-Qmax: 0.2-1 m 3 /s Ιmax= 1.6 MW Qmin-Qmax: 0.2-2 m3/s Ιmax= 4.7 MW PT= 0.70 % PV= 0.89 % Ε= 11.1 GWh 0.1 Qmin-Qmax: 0.2-3 m 3 /s Ιmax= 6.3 MW PT= 0.70 % PV= 0.95 % Ε= 11.8 GWh ΔΕΔΟΜΕΝΑ Θεωρητική ισχύς για διάφορες παροχές Q (m 3 /s) I (MW) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4 5 10 0.8 1.6 2.4 3.1 3.9 4.7 6.3 7.8 15.7 Η=200 m ρ=1000 kg/m 3 g=9.81 m/s 2 n=0.8 Παροχή (m 3 /s) 0.01 0.001 0 20 40 60 80 100 Συχνότητα υπέρβασης (%) ΥΠΟΜΝΗΜΑ Qmin, Qmax: Ελάχιστη, μέγιστη παροχή εκμετάλλευσης (m 3 /s) Ιmax: Ισχύς στη μέγιστη παροχή εκμετάλλευσης (MW) PT : Ποσοστό χρόνου λειτουργίας στο έτος (%) PV: Ποσοστό όγκου νερού που χρησιμοποιείται (%) Ε: Συνολική ενέργεια (GWh) Συστήματα άντλησης ταμίευσης Εισαγωγή Τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίµακας Περιορισμός χρονικής αναντιστοιχίας της παραγωγής με τη ζήτηση Οι μονάδες μετατροπής ενέργειας είναι αντιστρεπτές Κίνηση του νερού εντός ενός συστήματος ταμιευτήρων. Συνήθης ζήτηση Η αποθήκευση νερού δεν μεταβάλλεται στον πάνω ταμιευτήρα Μικρή ζήτηση Η επιπλέον ενέργεια χρησιμοποιείται για την άντληση νερού στον πάνω ταμιευτήρα Μεγάλη ζήτηση Το νερό στον πάνω ταμιευτήρα χρησιμοποιείται για την παραγωγή πρόσθετης ενέργειας 24

Άντληση-ταμίευση Περίπτωση 1. Έλλειψη ενέργειας στο ηλεκτρικό δίκτυο. Ανάγκη ηλεκτροπαραγωγής. 1000 m 3 μεταφέρονται από τον πάνω ταμιευτήρα στον κάτω και παράγουν περίπου 460 kwh Περίπτωση 2. Περίσσεια ενέργειας στο ηλεκτρικό δίκτυο. Ανάγκη αποθήκευσης ενέργειας. 1000 m 3 αντλούνται από τον κάτω ταμιευτήρα στον πάνω και καταναλώνονται περίπου 650 kwh Πάνω ταμιευτήρας Περίπτωση 2. Περίσσεια ενέργειας. 650 kwh καταναλώνονται για την άντληση 1000 m 3 Ύψος, 200 m Απόδοση: 0.85 Περίπτωση 1. Έλλειψη ενέργειας. 1000 m 3 παράγουν 460 kwh Κάνω ταμιευτήρας Τα συστήματα αντλησοταμίευσης αποθηκεύουν την περίσσεια ενέργειας χάνοντας ένα 30%. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η τιμή της ενέργειας είναι μισή στις περιόδους περίσσεια, υπάρχει οικονομικό όφελος από 49 την όλη διαδικασία Παραγωγή από Εισροές και Άντληση (GWh) 6.500 6.000 5.500 5.000 4.500 4.000 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 500 0 Συστήματα άντλησης ταμίευσης στην Ελλάδα Παραγωγή από εισροές και άντληση Από Εισροές Από Άντληση Παραγωγή από: [ Άντληση/Εισροές ] (%) 1985 1990 1995 2000 2005 2010 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Έτος Ποσοστό παραγωγής από άντληση 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Έτος 25

Συστήματα άντλησης ταμίευσης στην Ελλάδα Σφηκιά-Ασώματα (315 ΜW) Συμβατική Παραγωγή (από τα νερά του ποταμού) 266 GWh Παραγωγή από την αναστρέψιμη λειτουργία 394 GWh Θησαυρός-Πλατανόβρυση (384 MW) Συμβατική Παραγωγή (από τα νερά του ποταμού) 440 GWh Παραγωγή από την αναστρέψιμη λειτουργία 615 GWh Απόδοση κύκλου~ 30% Όγκος νερού hm 3 400 300 200 100 Συστήματα άντλησης ταμίευσης στην Ελλάδα Λειτουργία Σφηκιάς (1986-1995) Φυσική εισροή Εισροή από άντληση Νερό που χρησιμοποιήθηκε για παραγωγή 0 01-86 07-86 01-87 07-87 01-88 07-88 01-89 07-89 01-90 07-90 01-91 07-91 01-92 07-92 01-93 07-93 01-94 07-94 01-95 07-95 60 50 Παραγωγή σταθμού χωρίς άντληση (GWh) Παραγωγή σταθμού (GWh) Ενέργεια GWh 40 30 20 10 0 01-86 07-86 01-87 07-87 01-88 07-88 01-89 07-89 01-90 07-90 01-91 07-91 01-92 07-92 01-93 07-93 01-94 07-94 01-95 07-95 26

Συστήματα άντλησης ταμίευσης στην Ελλάδα Λειτουργία Σφηκιάς (1986-1995) 60 50 Κατανάλωση για άντληση (GWh) Παραγωγή νερού που αντλήθηκε (GWh) Ενέργεια GWh 40 30 20 10 0 01-86 07-86 01-87 07-87 01-88 07-88 01-89 07-89 01-90 07-90 01-91 07-91 01-92 07-92 01-93 07-93 01-94 07-94 01-95 07-95 Μέση κατανάλωση άντλησης: 0.193 kw/m 3 Μέση παραγωγή αντλούμενου νερού: 0.138 kw/m 3 Επανάκτηση του 71.5 % της ενέργειας άντλησης Μέση ετήσια παραγωγή: 358 GWh Μέση ετήσια παραγωγή χωρίς άντληση: 151 GWh Μέση ετήσια κατανάλωση για άντληση: 288 GWh Συστήματα άντλησης ταμίευσης Kazunogawa Ολοκληρώθηκε το 2001 στην περιοχή Yamnashi-Ken της Ιαπωνίας, ισχύος 1600 MW. Αποτελείται από 2 ταμιευτήρες χωρητικότητας 19.2 και 18.4 hm 3 που έχουν υψομετρική διαφορά 685 m. Ο σταθμός παραγωγής ενέργειας βρίσκεται 500 m κάτω από την επιφάνεια του εδάφους και συνδέεται με τον άνω και κάτω ταμιευτήρα με σήραγγες μήκους 5 και 3 km. 27

Συστήματα άντλησης ταμίευσης Okinawa Λειτούργησε το 1999 στο νησί Okinawa της Ιαπωνίας. Tο πρώτο έργο άντλησηςταμίευσης στον κόσμο που χρησιμοποιεί θαλασσινό νερό. Έχει ισχύ 30 MW μέγιστο ύψος πτώσης 140 m και μέγιστη παροχή 26 m 3 /s Συστήματα άντλησης ταμίευσης Okinawa Τα προβλήματα που δημιουργήθηκαν κατά τη λειτουργία ήταν: Η διήθηση του θαλασσινού νερού από τη δεξαμενή στο έδαφος Η προσκόλληση των θαλάσσιων οργανισμών στο εσωτερικό των αγωγών Η διάβρωση των στροβίλων και των άλλων μεταλλικών στοιχείων 28

Υβριδικά Συστήματα Στο Υβριδικό Σύστημα Παραγωγής Ενέργειας ενσωματώνονται περισσότερες από μία πηγές ενέργειας που λειτουργούν συνδυαστικά, ώστε να υπάρχει η δυνατότητα αποθήκευσης της ενέργειας. Υβριδικά Συστήματα Υβριδικό Ενεργειακό Έργο Ικαρίας Στην περιοχή Πέζι του Δήμου Ραχών Ικαρία κατασκευάζεται από τη ΔΕΗ υβριδικό σύστημα παραγωγής ενέργειας. Το έργο αποτελείται από: το υπάρχον φράγμα στο Πέζι χωρητικότητας 1 hm 3 νερού 2 δεξαμενές νερού (με μικρά φράγματα) στις θέσεις Άνω Προεσπέρα και Κάτω Προεσπέρα, χωρητικότητας (0.08 hm 3 ) 2 μικρούς υδροηλεκτρικούς σταθμούς στις παραπάνω θέσεις, ισχύος 1050 και 3100 kw αντίστοιχα 4 ανεμογεννήτριες συνολική ισχύος 2400 kw στη θέση Στραβοκουντούρα με μελλοντική τοποθέτηση άλλων 4 στη θέση Περδίκι συνολικής ισχύος 1835 kw ένα αντλιοστάσιο στην Κάτω Προεσπέρα ισχύος 2000 kw τον υπάρχοντα θερμικό σταθμό παραγωγής Αγίου Κήρυκου το Κέντρο Ελέγχου και Κατανομής Φορτίου Αγίου Κήρυκου 29

Υβριδικά Συστήματα Υβριδικό Ενεργειακό Έργο Ικαρίας Πηγή: ΔΕΗ Ανανεώσιμες Υβριδικά Συστήματα Υβριδικό Ενεργειακό Έργο Ικαρίας Πηγή: ΔΕΗ Ανανεώσιμες 30

Υβριδικά Συστήματα Λειτουργία υβριδικού ενεργειακού έργου Ικαρίας Ο ΜΥΗΣ Άνω Προεσπέρας, εκμεταλλεύεται τις υπερχειλίσεις του υπάρχοντος στο Πέζι για την παραγωγή ενέργειας. To νερό, εξερχόμενο από τον πρώτο Άνω Προεσπέρας ΜΥΗΣ φορτίζει την παρακείμενη δεξαμενή. Στη συνέχεια, κατευθύνεται στον ΜΥΗΣ Κάτω Προεσπέρας, όπου χρησιμοποιείται για την παραγωγή πρόσθετης ενέργειας και καταλήγει στη δεύτερη κατά σειρά δεξαμενή. Το καλοκαίρι το νερό του φράγματος διατίθεται σε μεγάλο βαθμό για ύδρευση και άρδευση, ενώ παράλληλα η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνει την ημέρα. Η απαιτούμενη ισχύς ηλεκτρικής είναι 4MW το χειμώνα και 10 MW το καλοκαίρι. Τότε θα γίνεται άντληση νερού τη νύκτα από την κάτω στην πάνω δεξαμενή με τη χρήση της αιολική ενέργειας Η αιολική ενέργεια θα διοχετεύεται:(α) στο Δίκτυο ηλεκτροδότησης και (β) στο Αντλιοστάσιο, το οποίο χρησιμοποιείται για τη μεταφορά νερού από την κάτω στην επάνω δεξαμενή Το έργο αναμένεται κοστίσει 23 Μ EURO και να έχει ετήσια καθαρή απόδοση ηλεκτρικής ενέργειας περίπου 11 GWh 31