7. Υ ΡΟΪΣΧΥΣ Υδροϊσχύς (Water Power) λέγεται η ισχύς που παράγεται κατά την πτώση νερού ορισµένης παροχής από ορισµένο ύψος. Το φαινόµενο αυτό λέγεται υδατόπτωση. Η υδροϊσχύς είναι επακόλουθο του φυσικού κύκλου µεταφοράς του νερού από την επιφάνεια της γης στην ατµόσφαιρα. Αυτός ο υδρολογικός κύκλος (εικόνα Υ Ρ-1) περιλαµβάνει την εξάτµιση του νερού που βρίσκεται στην επιφάνεια της γης, όταν αυτό θερµανθεί από τη ακτινοβολία του ήλιου, και στη συνέχεια την κατακρήµνισή του και την καθοδική του πορεία προς την θάλασσα µέσω ποταµών και άλλων ρευµάτων κάτω από την επίδραση της βαρύτητας. Κατά µία έννοια το νερό λειτουργεί ως το εργαζόµενο µέσο µια τεράστιας θερµικής µηχανής που έχει πηγή ενέργειας την ηλιακή ακτινοβολία. Εικόνα Υ Ρ-1: Ο υδρολογικός κύκλος Υ Ρ - 1.
Η διαθέσιµη ενέργεια του νερού που βρίσκεται αποθηκευµένο σε κάποιο θέση υψηλότερα από µία υδραυλική µηχανή είναι δυναµική ενέργεια µέσα στο πεδίο βαρύτητα της γης. Αυτή η αποθηκευµένη για την ανύψωση του νερού ηλιακή ενέργεια µπορεί να αξιοποιηθεί ξανά µέσω, π.χ. της πτώσης του νερού σε ένα υδροτροχό. Η ενέργεια (δυναµική) µιας υδατόπτωσης δίνεται από τη σχέση: E = m g H όπου m είναι η µάζα των υδάτων g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας H είναι το ύψος πτώσης Η παραγόµενη ισχύς από µια υδατόπτωση δίνεται από τη σχέση: Ε m g H ρ V g H P = Π η ολ = ηολ = ηολ = ρ Q g H ηολ t t t όπου ρ είναι η πυκνότητα του νερού Q είναι η παροχή των υδάτων g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας H είναι το ύψος πτώσης η ολ είναι ο ολικός β.α. της εκµετάλλευσης της υδατόπτωσης Μικρές λέγονται εκείνες οι υδατοπτώσεις 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 σχεδίαση των υδραυλικών µηχανών (υδροστρόβιλων) εξαρτάται σε µεγάλο βαθµό από την παροχή, το ύψος πτώσης και το συνδυασµό τους. Η κύρια χρήση της υδροϊσχύος παλαιότερα ήταν η παραγωγή µηχανικού έργου, ενώ σήµερα είναι σχεδόν αποκλειστικά η µετατροπή της σε ηλεκτρική ισχύ. Στις εικόνες Υ Ρ-2, Υ Ρ-3, Υ Ρ-4 και Υ Ρ-5 φαίνονται σχηµατικές παραστάσεις και εικόνες υδροτροχών και υδρόµυλων. Εικόνα Υ Ρ-2: Υδροτροχοί σε παλιά εγκαταλειµµένη βιοµηχανική µονάδα Υ Ρ - 2.
Εικόνα Υ Ρ-3: Υδροτροχοί Εικόνα Υ Ρ-4: Υδρόµυλοι Εικόνα Υ Ρ-5: Σχηµατική παράσταση συστοιχίας υδρόµυλων Υ Ρ - 3.
Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ Υ ΡΟΪΣΧΥΟΣ Η πρώτη εφαρµογή της υδροϊσχύος έγινε γύρω στο 250 π.χ. µε την κατασκευή ενός ρολογιού. Έκτοτε η ισχύς του νερού χρησιµοποιήθηκε σε αλευρόµυλους, πριονιστήρια ξυλείας, κοφτήρια µεταλλικών αντικειµένων, κτλ. Ο πρώτος υδροηλεκτρικός σταθµός κατασκευάσθηκε στο Wisconsin το 1882 δύο χρόνια µετά την ανακάλυψη του ηλεκτρικού λαµπτήρα από τον Thomas Edison. Ακολούθησε ο υδροηλεκτρικός σταθµός στους καταρράκτες του Νιαγάρα, ενώ σταδιακά η υδροϊσχύς άρχισε σε παίζει πολύ σηµαντικό ρόλο τόσο στη Βόρειο Αµερική όσο και τον υπόλοιπο κόσµο. Πρωταρχικά το κύριο πλεονέκτηµα των µικρών υδροηλεκτρικών σταθµών ήταν η αξιοπιστία και αποδοτικότητα τους σε αντίθεση µε τους σταθµούς καυσίµων, γεγονός που στη συνέχεια έπαψε να υφίσταται χάρις στην βελτίωση του βαθµού απόδοσης των δεύτερων. Τα αποθέµατα υδάτων που µπορούν να αξιοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας µε χρήση υδροηλεκτρικών µονάδων είναι θεωρητικά τετραπλάσια από αυτά που χρησιµοποιούνται σήµερα, χωρίς αυτό να σηµαίνει ότι θα αξιοποιηθούν όλα για αυτό το σκοπό. Κάποιοι από τους δεσµευτικούς λόγους οι οποίοι θέτουν περιορισµούς στη παραπάνω χρήση είναι οικονοµικοί (µεγάλο κόστος εγκατάστασης) και περιβαλλοντικοί παράγοντες. Τόσο στη Βόρ. Αµερική, όσο και στην Ευρώπη έχει ήδη αναπτυχθεί σε ικανοποιητικό βαθµό η χρήση υδροηλεκτρικών µονάδων για ηλεκτροπαραγωγή. Αξίζει όµως να σηµειωθεί ότι µεγάλες δυνατότητες αξιοποίησης υδάτινων µαζών παρουσιάζονται στις αναπτυσσόµενες χώρες της Αφρικής και της Ασίας και για το λόγο αυτό υποστηρίζεται ότι τα επόµενα χρόνια θα αυξηθεί το ποσοστό ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από τέτοιους σταθµούς. Στην εικόνα Υ Ρ-6 φαίνεται η κατανοµή και η αξιοποίηση του υδροδυναµικού σε παγκόσµια κλίµακα, ενώ στην εικόνα Υ Ρ-7 φαίνεται η κατανοµή των υδάτινων πόρων ανά χώρα. Εικόνα Υ Ρ-6: Κατανοµή και η αξιοποίηση του υδροδυναµικού σε παγκόσµια κλίµακα (Μέγιστη παραγωγική δυνατότητα 630 GW) Υ Ρ - 4.
Εικόνα Υ Ρ-7: Χώρες µε το σηµαντικότερο µέρος του παγκόσµιου υδροδυναµικού 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 πλεονεκτήµατά τους 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 ηλεκτρικού δικτύου. 3. Έχουν µεγάλη διάρκεια ζωής και η απόδοση δεν µεταβάλλεται µε την ηλικία τους, όταν υπάρχει βέβαια και κάποια λογική συντήρηση. 4. εν απαιτούν πολύ ειδικευµένο τεχνικό προσωπικό για τη λειτουργία και συντήρηση. 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 υπόκεινται στον κίνδυνο εξάντλησης 8. Είναι δυνατόν να εξυπηρετούνται και άλλοι σκοποί πλην του ενεργειακού π.χ. άρδευση, ύδρευση, αντιπληµµυρική προστασία, αλιεία, ποτάµιες µεταφορές, δηµιουργία τόπων αναψυχής και άθλησης, κτλ. Στην εικόνα Υ Ρ-10 φαίνεται η κατανοµή των διάφορων χρήσεων των ταµιευτήρων νερού στην Ευρώπη. Τα σηµαντικότερα µειονεκτήµατά τους είναι τα εξής: 1. ιακύµανση της υδραυλικότητας µεταξύ υγρής και ξηρής περιόδου και κατ' επέκταση εποχιακή διακύµανση και της παραγόµενης ισχύος. 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. 4. Σπανιότητα υδατοπτώσεων µεγάλων ισχύων. Υ Ρ - 5.
Εικόνα Υ Ρ-10: Κατανοµή χρήσεων ταµιευτήρων νερού στην Ευρώπη Τα βασικά µέρη µιας υδροηλεκτρικής µονάδας (εικόνα Υ Ρ-8) είναι συνοπτικά: Το φράγµα ή υδατοφράκτης, ο οποίος αυξάνει το ύψος πτώσης και δηµιουργεί τον ταµιευτήρα νερού. Το σύστηµα προσαγωγής του νερού που περιλαµβάνει τη σήραγγα ή τη σωλήνωση ή και τα δύο. Το εργοστάσιο µε τον ηλεκτροµηχανολογικό εξοπλισµό (κτίρια, στρόβιλοι, γεννήτριες, βοηθητικός εξοπλισµός). Η διώρυγα φυγής του νερού από το εργοστάσιο στον ποταµό. Οι γραµµές µεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας. Σχήµα Υ Ρ-8: Βασικά µέρη µιας υδροηλεκτρικής µονάδας Υ Ρ - 6.
Πιο αναλυτικά, η κατασκευαστική δοµή και η λειτουργία ενός υδροηλεκτρικού σταθµού µε φράγµα (εικόνα Υ Ρ-9) είναι οι εξής: Εικόνα Υ Ρ-9: Υδροστροβιλικοί σταθµοί Φράγµα (Dam): Οι περισσότεροι υδροηλεκτρικοί σταθµοί στηρίζονται στην ύπαρξη ενός φράγµατος -µικρού ή µεγάλου συναρτήσει των απαιτήσεων- το οποίο δηµιουργεί ένα ταµιευτήρα (Reservoir) νερού. Τα φράγµατα είναι υδραυλικά έργα που φράζουν τη ροή του νερού ενός ποταµού στο σηµείο µιας φυσικής κοιλάδας. Κατασκευάζονται συνήθως στις κοίτες των φυσικών ρευµάτων, κάθετα στη διεύθυνση ροής. Καταλαµβάνουν όλο το πλάτος της κοίτης και το ύψος τους εξαρτάται από πολλές παραµέτρους. Συγκρατούν και αποταµιεύουν το νερό ώστε η διαχείρισή του για άρδευση, ύδρευση, παραγωγή ενέργειας ή προστασία από πληµµύρες να γίνεται µε τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Βαλβίδα εισαγωγής (Intake): Η λειτουργία της ταυτίζεται χρονικά µε αυτή της πύλης του φράγµατος (Control Ggate) και εξυπηρετεί στην είσοδο των υδάτων στο διασυνδετικό αγωγό. ιασυνδετικός αγωγός (Penstock): Είναι ο αγωγός στον οποίο εισέρχονται τα ύδατα µετά το άνοιγµα της πύλης και ο οποίος καταλήγει στο στρόβιλο. Εντός του αγωγού αναπτύσσονται µεγάλες πιέσεις στα τοιχώµατα. Στρόβιλος (Turbine): Ο πιο γνωστός υδροστρόβιλος είναι του τύπου Francis και η λειτουργία της στηρίζεται στην µετάδοση κίνησης στον άξονα της γεννήτριας από την πρόσκρουση των υδάτων στα πτερύγια του στροβίλου µετά την έξοδό τους από τα πτερύγια οδήγησης. Γεννήτρια (Generator): Ο ρότορας της γεννήτριας είναι κοµπλαρισµένος µε το στρόβιλο µε αποτέλεσµα την µετάδοση της κίνησης σε αυτόν. Αποτέλεσµα είναι η κίνηση µεγάλων µαγνητών στο εσωτερικό της γεννήτριας και εξαιτίας του µαγνητικού πεδίου του στάτορα έχουµε την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύµατος. Συχνά χρησιµοποιούνται συστοιχίες γεννητριών. Στην εικόνα Υ Ρ-12 φαίνεται συστοιχία γεννητριών υδροηλεκτρικής µονάδας και στην εικόνα Υ Ρ-11 φαίνεται η εσωτερική δοµή µιας γεννήτριας. Υ Ρ - 7.
Εικόνα Υ Ρ-11: Συστοιχία Εικόνα Υ Ρ-12: Εσωτερική δοµή γεννήτριας γεννητριών ΥΗΣ Μετασχηµατιστής (Transformer): Ο µετασχηµατιστής δέχεται το εναλλασσόµενο ρεύµα που παράγεται στη γεννήτρια και το µετατρέπει σε ρεύµα υψηλής τάσης. Γραµµές µεταφοράς (Power lines): Είναι στη ουσία το µέσο µεταφοράς του ηλεκτρικού ρεύµατος από τον τόπο παραγωγής του στους καταναλωτές και ξεκινούν από την έξοδο του µετασχηµατιστή. Εκροή (Outflow): Το νερό που χρησιµοποιήθηκε αποµακρύνεται από τον σταθµό µέσω των εκροών υδάτων και επανοδηγείται στη ποτάµια ροή, ή αξιοποιείτε για άλλους σκοπούς, κτλ. Ο βαθµός απόδοσης του εργοστασίου παραγωγής είναι 90% (µε 95% β.α. των υδροστροβίλων και 95% β.α. των ηλεκτρογεννητριών), όταν ο βέλτιστος βαθµός απόδοσης για τους περισσότερους ΑΗΣ είναι περί το 50%. Ο συνολικός βαθµός απόδοσης όλης της εγκατάστασης, υπολογιζοµένων και των απωλειών στον αγωγό τροφοδοσίας, είναι 75% µε 85%. Η παραγόµενη ισχύς υπολογίζεται από τη σχέση P π = P η = Q ρ g H η η η η ολ Τα υδροηλεκτρικά εργοστάσια µπορούν να λειτουργούν 365 µέρες το χρόνο επί 24 ώρες τη µέρα, στην πράξη όµως τα περισσότερα λειτουργούν λιγότερο, λόγω της διακύµανσης της ηλεκτρικής ζήτησης, των περιοδικών συντηρήσεων ή λόγω της χαµηλής 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 ιδιαίτερο 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. Το κόστος του φράγµατος µπορεί να είναι από αµελητέο έως 70% του συνολικού κόστους του υδροηλεκτρικού σταθµού. Το πρόβληµα µπορεί να τυποποιηθεί από τη θέση εισόδου το στρόβιλο και κάτω. Τέλος, από τη στιγµή που αποφασισθεί ένα υδροηλεκτρικό έργο µέχρις ότου κατασκευαστεί, απαιτείται χρονικό διάστηµα περίπου 5 ετών. αγ στρ γεν µετ Υ Ρ - 8.
Στις εικόνες Υ Ρ-13 και Υ Ρ-14 δίνονται σχηµατικές παραστάσεις υδροηλεκτρικών σταθµών διαφόρων τύπων. Εικόνα Υ Ρ-13: Υδροηλεκτρικοί σταθµοί ρυθµιζόµενης ροής Υ Ρ - 9.
Εικόνα Υ Ρ-14: Υδροηλεκτρικοί σταθµοί ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΤΩΝ Υ ΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ (ΥΗΣ) 1. Ανάλογα µε τον τύπο του φράγµατος (εικόνα Υ Ρ-15) Σταθµοί φράγµατος (εικόνα Υ Ρ-15a), που περιλαµβάνουν το φράγµα, το σύστηµα προσαγωγής του νερού (αγωγός τροφοδοσίας και αγωγός πίεσης), το εργοστάσιο, τη διώρυγα φυγής του νερού από το εργοστάσιο στον ποταµό, και τις γραµµές µεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας. Σταθµοί ποτάµιας στάθµης (εικόναυ Ρ-15β), η λειτουργία των οποίων είναι παρόµοια µε αυτή των ΥΗΣ φράγµατος. Σε αντίθεση µε τους ΥΗΣ φράγµατος χαρακτηρίζονται από µικρά ύψη και µεγάλες παροχές υδάτων, ενώ το φράγµα που απαιτείται δεν είναι σηµαντικό. ιαφέρουν και στους στρόβιλους καθώς χρησιµοποιούν µεγάλους και αργόστροφους στροβίλους, έναντι των µικρότερων και ταχύτερα περιστρεφόµενων των πρώτων. Σταθµοί αντλιών (εικόναυ Ρ-15γ), που λειτουργούν ως εξής: Κατά την διάρκεια της ηµέρας όπου εµφανίζονται οι κύριες καταναλώσεις ηλεκτρικής ενέργειας, ιδιαίτερα στις περιόδους όπου έχουµε την αιχµή της ζήτησης ισχύος (power peak), τίθενται σε λειτουργία οι γεννήτριες, µε σκοπό την αξιοποίηση των ΥΗΣ βάσει των πλεονεκτηµάτων που διαθέτουν. Κατά τη διάρκεια Υ Ρ - 10.
όπου η ζήτηση είναι µικρή (συνήθως νύχτα) η γεννήτρια λειτουργεί σαν κινητήρας και τα ύδατα που έχουν αποταµιευθεί στη δεξαµενή χαµηλής στάθµης, µε την βοήθεια αντλιών, επανοδηγούνται στον υψοµετρικά ψηλότερο αποταµιευτήρα. Συνήθως για το σκοπό αυτό χρησιµοποιούνται αντιστρεπτές µηχανές οι οποίες είναι δυνατό να λειτουργήσουν ως αντλίες ή στρόβιλοι ανάλογα µε τη ρύθµιση των πτερυγίων τους. α) ΥΗΣ Φράγµατος β)υησ Ποτάµιας στάθµης γ) ΥΗΣ Αντλιών Εικόνα Υ Ρ-15: Κατηγορίες υδροηλεκτρικών σταθµών 2. Ανάλογα µε το δυναµικό Μικροσταθµοί, µε ισχύ µέχρι 100 kw Μικρού δυναµικού, µε ισχύ 100-10 3 kw Μέσου δυναµικού µε ισχύ 10 3-10 4 kw Μεγάλου δυναµικού µε ισχύ > 10 4 kw Υ Ρ - 11.
3. Ανάλογα µε το ύψος πτώσης Μικρής πτώσης H < 15 m Μέσης πτώσης 15 m < H < 50 m Μεγάλης πτώσης 50 m < H 4. Ανάλογα µε την υδροηλεκτρική παραγωγή Εποχικοί ΥΗΣ ΥΗΣ συνεχούς λειτουργίας (δεν υπάρχουν στην Ελλάδα) ΥΗΣ αιχµής ΥΗΣ ελαστικής λειτουργίας ΕΙ Η Υ ΡΟΣΤΡΟΒΙΛΩΝ Η κατάταξη των υδροστροβίλων που σήµερα χρησιµοποιούνται µπορεί να γίνει ανάλογα µε το ύψος πτώσης των υδάτων ως εξής: PELTON H 100 m FRANCIS 30 m H 800 m KAPLAN 2 m H 80 m Στην εικόνα Υ Ρ-16 φαίνονται οι περιοχές λειτουργίας των διάφορων στροβίλων, ενώ στις εικόνες Υ Ρ-17 και Υ Ρ-18 δίνονται οι τύποι υδροστροβίλων που χρησιµοποιούνται. Εικόνα Υ Ρ-16: Περιοχές λειτουργίας των υδροστροβίλων. Υ Ρ - 12.
Pelton Francis Kaplan Εικόνα Υ Ρ-17: Τύποι υδροστροβίλων Υ Ρ - 13.
Εικόνα Υ Ρ-18: Σχηµατικές παραστάσεις υδροστροβίλων Υ Ρ - 14.
Pelton Kaplan Francis Βολβού (bulb-type) αξονικής ροής Σωληνωτός (tubular turbine installation) Εικόνα Υ Ρ-19: Σχηµατικές παραστάσεις των υδροστροβίλων που χρησιµοποιούνται Υ Ρ - 15.
ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ Η λειτουργία υδροηλεκτρικών σταθµών επηρεάζει και σε ένα βαθµό επιβαρύνει το περιβάλλον. Μέχρι πρότινος ήταν γενικά αποδεκτό το γεγονός ότι, καθώς ένα υδροηλεκτρικό εργοστάσιο δεν ρυπαίνει το ατµοσφαιρικό περιβάλλον, αποτελούσε ένα ασφαλή και καθαρό τρόπο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Μέχρι ένα βαθµό ο παραπάνω ισχυρισµός είναι αληθής, αφού ο ΥΗΣ δεν απελευθερώνει αέριους ρύπους όπως διοξείδιο ή µονοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του θείου όπως γίνεται σε αντίστοιχες περιπτώσεις ΑΗΣ. Πρόσφατες όµως µελέτες έδειξαν ότι στις φυσικές (ή τεχνητές) λίµνες που σχηµατίζονται πίσω από τα φράγµατα υδροηλεκτρικών σταθµών, η σάπια βλάστηση σε συνδυασµό µε την στασιµότητα του νερού της περιοχής απελευθερώνει αέρια., όπως π.χ. το µεθάνιο. Είναι λοιπόν αντιληπτό ότι οι υδροηλεκτρικοί σταθµοί συµµετέχουν έµµεσα στο φαινόµενο της κλιµατικής αλλαγής. Μια άλλη πολύ σηµαντική περιβαλλοντική επιβάρυνση είναι η δέσµευση και πληµµύρα µεγάλων εκτάσεων όπου προηγούµενα υπήρχαν δασικές εκτάσεις ή αποτελούσαν καλλιεργήσιµες περιοχές. Εγκυµονεί λοιπόν ο κίνδυνος της καταστροφής βιοτόπων και κατ επέκταση της εξαφάνισης σπάνιων ειδών ζώων. Επίσης, πρέπει να αναφερθεί ότι οι παραποτάµιοι υδροηλεκτρικοί σταθµοί χρίζουν ιδιαίτερης προσοχής λόγω της πιθανότητας µεταβολής της στάθµης και των ρευµάτων των ποταµών µε άµεση συνέπεια τη µεταναστευτική δυσχέρεια των ψαριών τα οποία χρησιµοποιούν τους υδάτινους αυτούς δρόµους. Εικόνα Υ Ρ-20: Τοποθεσία πριν και µετά την κατασκευή υδροηλεκτρικού σταθµού (Glen Canyon) Η Υ ΡΟΪΣΧΥΣ ΣΗΜΕΡΑ Σήµερα η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τη χρήση υδροηλεκτρικών σταθµών αγγίζει το ποσοστό του 20% παγκοσµίως, Στην εικόνα εικόναυ Ρ-3 αποτυπώνεται η παραγόµενη ενέργεια από υδροηλεκτρικούς σταθµούς σε διάφορες χώρες, µεταξύ των οποίων ηγετική θέση κατέχει η Νορβηγία, που παράγει πάνω από το 99% της απαιτούµενης ηλεκτρικής ενέργειας από ΥΗΣ, ενώ το αντίστοιχο ποσοστό για τα Νέα Ζηλανδία είναι της τάξης του 75%. Στις ΗΠΑ το ποσοστό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τη χρήση υδροηλεκτρικών σταθµών είναι τα τάξης του 10% (εικόναυ Ρ-2). Το κόστος παραγωγής µιας κιλοβατώρας στις ΗΠΑ είναι 0,85 cents, κόστος το οποίο είναι µόλις το 50 % του αντίστοιχου κόστους των πυρηνικών σταθµών, 40% των ΑΗΣ και 25% των σταθµών φυσικών αερίων (εικόναυ Ρ-4). Υ Ρ - 16.
Εικόνα Υ Ρ-21: Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από υδροϊσχύ σε κρατικό επίπεδο Εικόνα Y Ρ-22: Ποσοστό ηλεκτρικής ενέργειας παραγόµενη από υδροϊσχύ στις ΗΠΑ Εικόνα Y Ρ-23: Κόστος παραγωγής µιας κιλοβατώρας για τους διάφορους σταθµούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στις ΗΠΑ. Υ Ρ - 17.
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. Εικόνα Υ Ρ-24: Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από υδροϊσχύ στην Ε.Ε. 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. 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 2.524 MW το 1992, 2.974. το 1998 και 3.061 MW το 2010. Οι Υδροηλεκτρικοί Σταθµοί της ΕΗ ανά ποταµό σήµερα (2010) είναι: Υ Ρ - 18.
- 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 3.061 MW Στην εικόνα Υ Ρ-25 φαίνεται το ποσοστό συµµετοχής κάθε ποταµού στη συνολική υδροηλεκτρική παραγωγή της Ελλάδας. Εικόνα Υ Ρ-25: Ποσοστό συµµετοχής ποταµού στο σύνολο της υδροηλεκτρικής παραγωγής Το υδροδυναµικό της χώρας µας συγκρινόµενο µε το υδροδυναµικό των χωρών της Ευρώπης έχει από τους µικρότερους βαθµούς εκµετάλλευσης, αν και η χώρα µας είναι 6η από πλευράς πυκνότητας υδροδυναµικού. Επίσης, η χώρα µας έχει έναν από τους µικρότερους ετήσιους συντελεστές εκµετάλλευσης της υδροηλεκτρικής παραγωγής σε όλο τον κόσµο (0,162) και το µικρότερο ποσοστό αξιοποιηθέντος από το εκµεταλλεύσιµο υδροδυναµικό σε όλη την Ευρώπη. Το συµπέρασµα από τα προηγούµενα είναι ότι το µέτρο εκµετάλλευσης του υδροδυναµικού στην Ελλάδα µέχρι τώρα είναι απαράδεκτο σε διεθνές επίπεδο και ότι πρέπει να αυξηθεί ο ρυθµός ανάπτυξης των υδροηλεκτρικών έργων. Υ Ρ - 19.
Στην εικόνα Υ Ρ-26 φαίνεται η γεωγραφική τοποθέτηση των σταθµών παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος στην Ελλάδα, ενώ στην εικόνα Υ Ρ-27 φαίνονται οι υδροηλεκτρικοί σταθµοί της χώρας.. Εικόνα Υ Ρ-26: Γεωγραφική κατανοµή των σταθµών παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος στην Ελλάδα Εικόνα Υ Ρ-27: Οι υδροηλεκτρικοί σταθµοί της χώρας Υ Ρ - 20.
Οι πρώτοι υδροηλεκτρικοί σταθµοί στη χώρα µας λειτούργησαν την δεκαετία του 20 και ήταν πολύ µικρής ισχύος. Μετά τον Β Παγκόσµιο Πόλεµο κατασκευάστηκαν και λειτούργησαν αρκετοί µεγάλοι σταθµοί. Αξίζει να αναφέρουµε το φράγµα του ΥΗΣ Κρεµαστών που είναι χωµάτινο και ένα από τα µεγαλύτερα την Ευρώπης και το φράγµα Καστρακίου που ήταν το πρώτο που κατασκευάστηκε από ελληνικές εταιρίες. Στη συνέχεια οι επόµενες κατασκευές πέρασαν σε ελληνικά χέρια. Ο προγραµµατισµός της ΕΗ αν και προέβλεπε η συµµετοχή της υδροηλεκτρικής ενέργειας στα τέλη της 10ετίας 1990-2000 να είναι περίπου 18% της συνολικής παραγωγής, αυτή το 2009 ήταν 10%. Στον πίνακα Υ Ρ-1 δίνεται το ισοζύγιο ηλεκτροπαραγωγής της Ελλάδας τα έτη 2001, 2002 και 2003, απ όπου φαίνεται ότι αν και η εγκαταστηµένη ισχύς των ΥΗΣ το 2003 ήταν το 25% της συνολικής, συµµετείχε µε ποσοστό µόλις 10% στη συνολική ηλεκτροπαραγωγή. Πίνακας Υ Ρ-1: Ισοζύγιο ηλεκτροπαραγωγής της Ελλάδας Υ Ρ - 21.
Ο υδροηλεκτρικός σταθµός Macagua στον ποταµό Caroni, Venezuela. ITAIPU - largest power plant on Earth - 12600 MW of Hydro Power (Brazil, Paraguay) Υ Ρ - 22.