Υδατικό Περιβάλλον και Ανάπτυξη

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος Υδατικό Περιβάλλον και Ανάπτυξη Υδροηλεκτρική ενέργεια Νίκος Μαμάσης, Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών

Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

Υδατικό Περιβάλλον και Ανάπτυξη Υδροηλεκτρική ενέργεια Νίκος Μαμάσης και Ιωάννης Στεφανάκος Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αθήνα 2014

Εισαγωγικές έννοιες (1/2) Ενέργεια: H ικανότητα ενός φυσικού συστήματος να παράγει έργο. Το μέγεθος αυτό συνδέεται με κάθε μεταβολή στο φυσικό κόσμο. Η λέξη αναφέρεται πρώτη φορά από τον Αριστοτέλη (Ηθικά Νικομάχεια) με την έννοια της «δραστηριότητας που απαιτείται για να γίνει πράξη η δυνατότητα (δύναμις)» Μορφές ενέργειας Μηχανική (δυναμική, κινητική) Ηλεκτρομαγνητική (ηλεκτρική, μαγνητική) Πυρηνική Χημική Θερμική-βιολογική Θερμότητα-Ακτινοβολία Μόνο ο άνθρωπος καταναλώνει ενέργεια για άλλους λόγους εκτός από τροφή Ισχύς: Ο ρυθμός μεταβολής της ενέργειας στη μονάδα του χρόνου 4

Εισαγωγικές έννοιες (2/2) Καύση 1 kg και ενέργεια που αποδίδεται: άνθρακας 34 ΜJ λιγνίτης 10 ΜJ βενζίνη 44 ΜJ πετρέλαιο 42 ΜJ φυσικό αέριο 47 ΜJ ξύλο 15 ΜJ Η ημερήσια ενέργεια μεταβολισμού που χρειάζεται ένας άνθρωπος είναι περίπου 6-7,5 MJ (1400-1800 kcal). Η χημική ενέργεια που παίρνει από τις τροφές μετατρέπεται σε κινητική (κίνηση σώματος), δυναμική (σύσπαση μυών), θερμική (διατήρηση θερμοκρασίας) και ηλεκτρική (επικοινωνία εγκεφάλου με μέρη σώματος) Λαμπτήρας 100 W που λειτουργεί συνεχώς για μια ημέρα αποδίδει 2,4 kwh (8,6 MJ) Η ωριαία ενέργεια που χρειάζεται ένας άνθρωπος 75 kg ο οποίος τρέχει με 13 km/hr είναι περίπου 3,5 MJ (800 kcal) Κινητήρας αυτοκινήτου 1400 cm 3 είναι 56 kw και σε μία ώρα αποδίδει 200 ΜJ Κινητήρας ενός αποδίδει 21 ΜJ Χαρακτηριστικά μεγέθη αεροπλάνου Boeing 707 είναι 21 MW και σε ένα δευτερόλεπτο Η μέση ημερήσια ηλιακή ενέργεια Ιουνίου στο εξωτερικό όριο της ατμόσφαιρας σε 1 m 2 ενός τόπου που βρίσκεται σε γεωγραφικό πλάτος 40 ο είναι 42 MJ Η μέση ημερήσια ηλιακή ενέργεια Δεκεμβρίου στο εξωτερικό όριο της ατμόσφαιρας σε 1 m 2 ενός τόπου που βρίσκεται σε γεωγραφικό πλάτος 40 ο είναι 14 MJ 5

ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Πηγές ηλεκτρικής ενέργειας Στερεά καύσιμα (λιθάνθρακας, λιγνίτης) Υγρά καύσιμα (diesel, μαζούτ) Αέρια καύσιμα (φυσικό αέριο) Ραδιενεργά υλικά (ουράνιο, πλουτώνιο) ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ Οι ανανεώσιμες πηγές είναι διαχρονικές, αλλά συνδεδεμένες με Αιολική φυσικά φαινόμενα που παρουσιάζουν Ηλιακή τυχαιότητα. Οι μορφές αυτές δεν Υδροηλεκτρική αποδεσμεύουν διοξείδιο του Γεωθερμία άνθρακα, τοξικά και ραδιενεργά απόβλητα. Βιομάζα (βιοαέριο, σκουπίδια) Θαλάσσια ενέργεια (κύματα, ρεύματα, παλίρροιες) ΜΕΤΑΦΟΡΑ Τα ορυκτά καύσιμα έχουν σχηματιστεί πριν από εκατοντάδες εκατομμύρια έτη και βρίσκονται αποθηκευμένα στο υπέδαφος. Τα αποθέματα είναι πεπερασμένα και η εκμετάλλευσή τους εξαρτάται από οικονομικούς παράγοντες ΕΞΟΙΚΟΝOΜΙΣΗ 6

Καθορισμός μίγματος καυσίμων στην Ελλάδα Ορυκτά καύσιμα Λιγνίτης: Άφθονα εγχώρια κοιτάσματα, αποτελεί τη βάση του συστήματος Λιθάνθρακας: Εισαγόμενο καύσιμο με σχετικά σταθερές τιμές, καλύτερο από το λιγνίτη Πετρέλαιο: Εισαγόμενο καύσιμο Φυσικό αέριο: Εισαγόμενο καύσιμο, με καλές περιβαλλοντικές επιδόσεις Ανανεώσιμες πηγές Αιολικά: Μεγάλη πυκνότητα ισχύος, μπορούν να συνδυαστούν, ιδανικά για κάλυψη ενεργειακών αναγκών νησιών περιορίζοντας το πετρέλαιο Υδροηλεκτρικά: Σημαντική πηγή ενέργειας με πολλά πλεονεκτήματα. Επιβάλλεται η περεταίρω ανάπτυξή τους Φωτοβολταϊκά Ηλιοθερμικά: Επιδοτούμενη ενέργεια. Σκόπιμη η διάδοσή τους στον οικιακό βιομηχανικό τομέα Βιομάζα: Σημαντική ενεργειακή πηγή, παντελώς αναξιοποίητη Γεωθερμία: Σημαντική πηγή σε συγκεκριμένες περιοχές της Ελλάδας. Η μόνη ΑΠΕ που δεν εξαρτάται από τις μετεωρολογικές συνθήκες 7

Καταλληλότητα περιοχών για παραγωγή ενέργειας Ενεργειακό δυναμικό Ορυκτά καύσιμα Αιολικό δυναμικό Ηλιοφάνεια Υδατοπτώσεις Γεωθερμικό πεδίο Βιομάζα Θαλάσσια ενέργεια Χαρακτηριστικά περιοχής Φυσικό περιβάλλον Ακραία φυσικά φαινόμενα (σεισμός, πλημμύρες) Πυκνότητα πληθυσμού Τουρισμός Τεχνολογική ανάπτυξη Αποδοχή κοινωνίας Το ενεργειακό μείγμα κάθε χώρας εξαρτάται από παράγοντές όπως: τα γεωλογικά και κλιματολογικά χαρακτηριστικά οι διαθέσιμοι τοπικοί ενεργειακοί πόροι το διεθνές περιβάλλον (γεωπολιτική) και η η ενεργειακή πολιτική 8

Μύθοι που επηρεάζουν τις ενεργειακές επιλογές 1. Το CO 2 είναι ρύπος 2. Το CO 2 είναι το κύριο αέριο θερμοκηπίου και άρα υπεύθυνο για την αύξηση της θερμοκρασίας 3. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι πάντα οικονομικά αποδοτικές και μπορούν να λύσουν το ενεργειακό πρόβλημα 4. Τα μεγάλα υδροηλεκτρικά δεν είναι ΑΠΕ 5. Τα μικρά έργα είναι προτιμότερα από τα μεγάλα 9

Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (1/3) Παγκόσμια ηλεκτρική παραγωγή Έτος 2006: 18.930 TWh Ορυκτά καύσιμα 66,2% (12.531 TWh) Πυρηνική ενέργεια 15,0% (2.840 TWh) Υδροηλεκτρική ενέργεια 16,6% (3.142 TWh) Βιομάζα 1,1% (208 TWh) Αιολική ενέργεια 0,6% (114 TWh) Γεωθερμία 0,3% (57 TWh) Μη ανανεώσιμα απορρίμματα 0,2% (38 TWh) 10

Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (2/3) 3.6 8.3 2009 2010 10,9 3,9 9.4 ΛΙΓΝΙΤΙΚΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΚΗ 12,8 ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ 52,4 17.8 57.8 ΑΠΕ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΩΝ -ΕΞΑΓΩΓΩΝ 19,8 3 3.2 Σχήμα 1: Ανάλυση παραγωγής στην Ελλάδα 0,2 57.8 ΛΙΓΝΙΤΙΚΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΚΗ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΠΕ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΩΝ -ΕΞΑΓΩΓΩΝ 11

Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας (GWh) 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (3/3) 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 60.000 Διασυνδεδεμένο Σύστημα 55.000 50.000 45.000 40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 ΑΠΕ πλην Μεγ. ΥΗΕ Φυσικό Αέριο Εισαγωγές-Εξαγωγές Μεγάλα ΥΗΕ Πετρέλαιο Λιγνίτης 0 Έτος Σχήμα 2: Χρονική εξέλιξη παραγωγής (1958-2011) σε GWh 12

Ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας (1/4) Παράγοντες διαμόρφωσης ζήτησης Η ζήτηση ενέργειας από ένα σύστημα (π.χ. κράτος-νησί) εξαρτάται από: Τον πληθυσμό (κάτοικοι-επισκέπτες, μετανάστες) Το είδος των δραστηριοτήτων (βιομηχανία) Τις κλιματολογικές συνθήκες (θερμοκρασία, υγρασία, ηλιακή ακτινοβολία, ταχύτητα ανέμου) Διάφορα οικονομικά μεγέθη (τιμή ενέργειας, μέσο εισόδημα, ΑΕΠ κλπ) Υποδομές (δίκτυα μεταφοράς, κατοχή οικιακών συσκευών κλπ) Κοινωνικές συνθήκες (καταναλωτικές συνήθειες, ημέρες και ώρες που γίνονται διάφορες δραστηριότητες) Πολιτικές συνθήκες (εξοικονόμηση ενέργειας, περιβαλλοντικοί περιορισμοί) 13

Ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας (2/4) Κατανάλωση (kwh ανά κάτοικο ανά έτος) Χώρα 2005 2006 2007 Iceland 27.987 31.328 36.853 Norway 25.083 24.100 24.980 Finland 16.120 17.177 17.162 Canada 17.319 16.724 16.995 Luxembourg 15,681 16,414 16,315 Kuwait 15.345 16.311 16.198 United Arab Emirates 13.759 14.622 16.165 Sweden 15.440 15.231 15.238 Bahrain 11.622 12.527 14.153 United States 13.701 13.582 13.652 Χώρα 2005 2006 2007 Haiti 36 37 30 Ethiopia 34 38 40 Benin 75 74 72 Nepal 79 80 80 Tanzania 69 69 82 Sudan 79 85 90 Cambodia 55 75 94 Myanmar 81 92 94 Togo 102 102 96 Congo 91 94 97 Ελλάδα 5.242 5.372 5.628 14

Ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας (3/4) Γενικά στοιχεία για την Ελλάδα Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα εκτιμάται σε περίπου 5.500 kwh/άτομο/έτος, ενώ το 1990 ήταν 3.000 kwh/άτομο/έτος Η συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας είναι της τάξης των 50 TWh/έτος Η τιμή της kwh για οικιακή χρήση ξεκινά από τα 0,09 ΕURO Καταναλώνεται περισσότερη ενέργεια κατά τους μήνες με ακραίες θερμοκρασίες (χειμώνα, καλοκαίρι) και λιγότερη κατά τους μεταβατικούς μήνες (άνοιξη, φθινόπωρο) Καταναλώνεται περισσότερη ενέργεια τις καθημερινές από ότι τα Σαββατοκύριακα Εκλύονται περίπου 0,875 kg CO 2 ανά παραγόμενη kwh Οι συνθήκες θερμικής άνεσης είναι θερμοκρασία 20 ο C και σχετική υγρασία 40-60% 15

Ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας (4/4) Σχέση αιχμών ζήτησης και θερμοκρασίας Σχήμα 3: Διαγράμματα με τη συσχέτιση των αιχμών ζήτησης και θερμοκρασίας Πηγή: ΔΕΣΜΗΕ, Μελέτη ανάπτυξη συστήματος μεταφοράς (2010-2014) Αθήνα Λονδίνο Σχήμα 4: Διαγράμματα με τη συνολική ημερήσια ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας και την μέση ημερήσια θερμοκρασία στην Αθήνα και το Λονδίνο Πηγή: Factors affecting electricity demand in Athens, Greece and London, UK:A comparative assessment. B.E. Psiloglou, C. Giannakopoulos, S. Majithia, M. Petrakis, Energy 34 (2009) 1855 1863 16

Διαχείριση ηλεκτρικής ενέργειας (1/2) Η τροφοδότηση του ηλεκτρικού δικτύου με ενέργεια, έχει δύο βασικούς περιορισμούς: Το δίκτυο πρέπει συνεχώς να τροφοδοτείται με ακριβώς τόση ενέργεια όση καταναλώνεται για αυτό και η παραγωγή πρέπει να μεταβάλλεται συνεχώς Ο χρόνος ενεργοποίησης και μεταβολής του φορτίου των σταθμών παραγωγής είναι διαφορετικός. Η τάξη μεγέθους του χρόνου αυτού είναι ημέρες για τους λιγνιτικούς, ώρες για τους σταθμούς φυσικού αερίου και λεπτά για τους υδροηλεκτρικούς Οι αιχμές ζήτησης φορτίου καθορίζουν τη συνολική ισχύ που πρέπει να υπάρχει εγκατεστημένη (Μονάδες Αιχμής) ατανάλωση λεκτρικής νέργειας Το κατώφλι ζήτησης φορτίου καθορίζει την τιμή της ισχύος που αδιάλειπτα πρέπει να παρέχεται (Μονάδες Βάσης) 12:00 Ώρες ημέρας 24:00 Σχήμα 5: Διάγραμμα με την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ανά ώρα ημέρας με τις μονάδες βάσης και αιχμής 17

Διαχείριση ηλεκτρικής ενέργειας (2/2) Η μεταβολή της παραγωγής ώστε να ισούται με την κατανάλωση πραγματοποιείται με την παρακάτω διαδικασία: Όταν η ΔΕΗ προγραμματίζει την παραγωγή ενέργειας για τους επόμενους μήνες, με βάση την προηγούμενη εμπειρία για το ποια είναι η κατανάλωση κάθε μήνα, καθώς και τις διεθνείς τιμές ενέργειας, κάνει διεθνείς συμφωνίες για αγορά ή πώληση ενέργειας. Έτσι, άλλους μήνες αγοράζει ενέργεια και άλλους μήνες πουλά ενέργεια, πράγμα που επηρεάζει το ενεργειακό ισοζύγιο. Όταν προγραμματίζει την παραγωγή ενέργειας για τις επόμενες μέρες, με βάση την προηγούμενη εμπειρία και την πρόγνωση του καιρού, μπορεί να μεταβάλλει την «ενέργεια βάσης», δηλαδή την ελάχιστη ισχύ της ημέρας, αυξομειώνοντας την ισχύ των λιγνιτικών σταθμών. Όταν προγραμματίζει την παραγωγή για τις επόμενες ώρες, μπορεί να μεταβάλλει την ισχύ μικρών θερμοηλεκτρικών σταθμών, ιδιαίτερα σταθμών φυσικού αερίου, που έχουν σχετικά γρήγορη απόκριση. Η ρύθμιση της παραγωγής ενέργειας ώστε να προσαρμόζεται στην κατανάλωση από λεπτό σε λεπτό γίνεται μεταβάλλοντας την παραγωγή των υδροηλεκτρικών σταθμών, που έχουν απόκριση λίγων λεπτών Τέλος με τη χρήση αεριοστροβίλων επιτυγχάνεται η κάλυψη των αιχμών 18 σε χρονική κλίμακα λεπτού

Φορτίο (MW) 0 1000 Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Διασυνδεδεμένο Σύστημα 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Αεροστρόβιλοι στην Αιχμή (14 GWh, 542 MW) Ενδιάμεσο Φορτίο (14222GWh, 2250 MW) Υπόλ. Φορτίου Βάσης (31098 GWh, 3550 MW) Υδροηλεκτρικά στην Αιχμή (3453 GWh, 2500 MW) Υδροηλεκτρικά στη Βάση (1752 GWh, 200 MW) Ώρες Σχήμα 6: Καμπύλη Διαρκείας Φορτίου (2003) 19

Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Οι Ήπιες Μορφές Ενέργειας (ΗΜΕ) είναι μορφές εκμεταλλεύσιμης ενέργειας που προέρχεται από διάφορες φυσικές διαδικασίες, όπως ο άνεμος, η γεωθερμία, η κυκλοφορία του νερού και άλλες. Ο όρος "ήπιες" αναφέρεται σε δυο βασικά χαρακτηριστικά τους: Δεν απαιτείται κάποια ενεργητική παρέμβαση για την εκμετάλλευσή τους (εξόρυξη, άντληση, καύση), αλλά απλώς η εκμετάλλευση της ήδη υπάρχουσας ροής ενέργειας στη φύση. Πρόκειται για μορφές ενέργειας οι οποίες που δεν αποδεσμεύουν υδρογονάνθρακες, διοξείδιο του άνθρακα ή τοξικά και ραδιενεργά απόβλητα Οι τεχνολογίες αυτές αναφέρονται και ως Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας δεδομένου ότι το βασικό τους χαρακτηριστικό είναι η διαχρονική τους ανανέωση και η απεριόριστη διαθεσιμότητά τους. Ακόμη είναι γνωστές και σαν Εναλλακτικές Μορφές Ενέργειας γιατί αποτελούν σήμερα εναλλακτικές λύσεις για την παραγωγή ενέργειας αντί των συμβατικών Σήμερα οι Ήπιες Μορφές Ενέργειας χρησιμοποιούνται είτε άμεσα (κυρίως για θέρμανση) είτε μετατρεπόμενες σε άλλες μορφές ενέργειας (κυρίως ηλεκτρισμό ή μηχανική ενέργεια). Υπολογίζεται ότι το τεχνικά εκμεταλλεύσιμο ενεργειακό δυναμικό από τις μορφές αυτές είναι πολλαπλάσιο της παγκόσμιας συνολικής κατανάλωσης. 20

Υδροηλεκτρική ενέργεια 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) Εικόνα 1: Υδρόμυλοι 21

Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων (1/4) Στάθμη Φράγμα Δίκτυο υψηλής τάσης Υψομετρική διαφορά ΥΗΣ Υδροληψία Γεννήτρια Μετασχηματιστής Αγωγός πτώσης I = ρ * g * Q * H * n Στρόβιλος Παροχή 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 % Αγωγός φυγής Σχήμα 7: Συνιστώσες υδροηλεκτρικού σταθμού (ΥΗΣ) I (kw) = 9.81 * Q (m 3 /s) * H (m) * n 22

Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων (2/4) Σχήμα 8: Σχηματική Διάταξη Συστήματος Παραγωγής 23

Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων (3/4) Κυριότερα πλεονεκτήματα των μεγάλων ΥΗΕ Γρήγορη παραλαβή και απόρριψη φορτίου, και κάλυψη των αιχμών της ζήτησης Μεγάλη διάρκεια ζωής Δεν υπάρχει υποβάθμιση του φυσικού πόρου Πολύ χαμηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης Βελτίωση του φυσικού περιβάλλοντος (δημιουργία λίμνης και υδροβιότοπου) Μηδενικές εκπομπές ρύπων Χρήση του νερού και για άλλες ανάγκες (άρδευση, ύδρευση, περιβαλλοντική) 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 Χαμηλή έκθεση σε μεταβολές τιμών ενέργειας 24

Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων (4/4) 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 25

Υδροηλεκτρικά Έργα Επιπτώσεις μεγάλων ΥΗΕ στο περιβάλλον Οπτική όχληση: από τα έργα οδοποιίας, 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. 26

Υδροστρόβιλοι (1/2) 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. 27

Kaplan (ύψη πτώσης < 15 m) Υδροστρόβιλοι (2/2) Pelton (ύψη πτώσης > 150 m) Francis (ύψη πτώσης < 150 m) Εικόνα 2: Είδη υδροστροβίλων 28

Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα (1/11) Όνομα Χώρα Έτος κατασκευής Ισχύς (MW) Three Gorges Κίνα 2011 18.300-22.500 Itaipu Βραζιλία Παραγουά η Guri (Simón Bolívar) Τα 4 μεγαλύτερα του κόσμου Επιφάνεια ταμιευτήρα (km 2 ) 632 2003 14.000 1350 Βενεζουέλα 1986 10.200 4250 Tucurui Βραζιλία 1984 8.370 3014 29

Tucurui dam Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα (2/11) Guri (Simón Bolívar) Itaipu Three Gorges Εικόνα 3: Τα 4 μεγαλύτερα υδροηλεκτρικά έργα του κόσμου 30

Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα (3/11) Η υδροηλεκτρική ενέργεια στην Ελλάδα Συγκρότημα Αλιάκμονα (879,3 MW) Συγκρότημα Αράχθου (553,9 MW) ΥΗΣ Λάδωνα (70 MW) ΥΗΣ Πλαστήρα (129,9 MW) Συγκρότημα Νέστου (500 MW) Συγκρότημα Αχελώου (925,6 MW) Σχήμα 9: Μεγάλα υδροηλεκτρικά έργα της ΔΕΗ Στη δυτική και βόρεια Ελλάδα υπάρχει 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. 31

Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα (4/11) Σημερινή Πραγματικότητα Λειτουργούν δεκαέξι (16) μεγάλα ΥΗΕ Εγκατεστημένη ισχύς υδροηλεκτρικών, 3.060 ΜW (το 22% περίπου της συνολικής ισχύος του διασυνδεδεμένου συστήματος) Η υδροηλεκτρική παραγωγή, όπως προβλεπόταν από τις μελέτες, έπρεπε να είναι 6.400 GWh το χρόνο Πραγματική μέση παραγωγή όλων των υδροηλεκτρικών, 4.000 έως 5.000 GWh (το 10% περίπου της συνολικής ηλεκτρικής παραγωγής) Διαθέσιμος ωφέλιμος όγκος όλων των ταμιευτήρων των υδροηλεκτρικών, 5.300 εκατομμύρια m3 Το 30% περίπου του ωφελίμου όγκου των ταμιευτήρων των υδροηλεκτρικών, διατίθεται κατά πρoτεραιότητα για άλλες, πέραν της ηλεκτροπαραγωγής, χρήσεις Δεν προγραμματίζονται από τη ΔΕΗ νέα μεγάλα ΥΗΕ Δεν ενεργοποιήθηκαν ακόμη οι ιδιώτες επενδυτές 32

Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα (5/11) Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων ΔΕΗ Στρόβιλοι Σταθμός Ενέργεια Συνεχής Ισχύς Iσχύς λειτουργία Ποταμός ΥΗΣ Αριθμός (MW) Τύπος (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 33

Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα (6/11) Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων ΔΕΗ Στρόβιλοι Σταθμός Ενέργεια Συνεχής Ισχύς Iσχύς Ποταμός ΥΗΣ Αριθμός (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 Λούρος Λούρου 2 2.5 Francis Νέστος Θησαυρού (αντλητικός) 3 128 1 1.6 S units 33.6 45 15 1 5.3 Francis 10.3 50 55 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 34 1 2.4 Francis 3.7 11.4 35

Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα (7/11) YHE Πηγών Αώου Λειτουργεί με εκτροπή των νερών από τον ποταμό Αώο (ο οποίος εκβάλλει στην Αδριατική), στον Μετσοβίτικο (παραπόταμο του Αράχθου) Εικόνα 4: YHE Πηγών Αώου 35

Ιδιαίτερα χαρακτηριστικά ΥΣ Πηγών Αώου (210 MW) Η υψηλότερη τεχνητή λίμνη στην Ελλάδα (1.343 m) Η χαμηλότερη θερμοκρασία νερών Τα περισσότερα φράγματα (επτά) Άντληση υδάτων για προσθήκη στον ταμιευτήρα (οροπέδιο Πολιτσών) Μεγαλύτερος εκκενωτής πυθμένα (παροχή 80 m 3 /sec) Μεγαλύτερη πτώση υδάτων (685 m) Ο βαθύτερος υπόγειος σταθμός παραγωγής (130 m) Ο μόνος ΥΗΣ ο οποίος εκτρέπει διασυνοριακό ποτάμι (Αώο) προς τον Άραχθο Εικόνα 5: Χάρτης και φωτογραφία του YHE Πηγών Αώου 36

Ποσοστό Υδροηλεκτρικής Παραγωγής (%) 1958 1960 1962 1964 1966 1968 Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα (8/11) 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 35 30 25 20 15 10 ` 5 0 Έτος Σχήμα 10: Χρονική εξέλιξη ποσοστού της Υδροηλεκτρικής Παραγωγής στο Διασυνδεδεμένο Σύστημα 37

Εγκατεστημένη Ισχύς (MW), Παραγωγή από Εισροές (GWh) 1950 1955 1960 Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα (9/11) 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Παραγωγή από εισροές και ισχύς των ΥΗΕ 6500 6000 5500 5000 4500 4000 Παραγωγή 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Ισχύς 500 0 Έτος 38

Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα (10/11) Σύνοψη Η ΔΕΗ έχει αξιοποιήσει το ένα τρίτο περίπου του Υδροδυναμικού της χώρας Οι ΥΗΣ παράγουν ενέργεια από ανανεώσιμη πηγή (νερό) Οι ΥΗΣ ρυθμίζουν το ηλεκτρικό σύστημα (αιχμή, τάση, συχνότητα, αξιοπιστία) Η ΔΕΗ με τους ταμιευτήρες των ΥΗΕ εξυπηρετεί και πολλές άλλες χρήσεις όπως: ύδρευση, άρδευση, ψυχαγωγία, αντιπλημμυρική προστασία κτλ, αναλαμβάνοντας παράλληλα και το αντίστοιχο κόστος Τα μεγάλα ΥΗΕ επηρεάζουν σημαντικά το περιβάλλον (θετικά και αρνητικά) Τα ΥΗΕ είναι πολλαπλού σκοπού και απόλυτα αναγκαία για τις μεσογειακές χώρες όπως η Ελλάδα για να είναι δυνατή η ορθολογική διαχείριση των υδατικών πόρων χωρίς ταμιευτήρες και φράγματα Οι ταμιευτήρες είναι συνήθως πλούσιοι σε χλωρίδα και πανίδα και εξελίσσονται σε σημαντικούς υγροβιότοπους Τα ΥΗΕ συμβάλλουν στην ήπια ανάπτυξη Με την υπερετήσια εκμετάλλευση των μεγάλων ταμιευτήρων, εξασφαλίζονται τα απαραίτητα αποθέματα για την αντιμετώπιση περιόδων ξηρασίας 39

Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα (11/11) 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 40

Μεγάλα και Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα (1/2) Θεωρητική ισχύς (kw) 100 Θεωρητική ισχύς (ΜW) 10 90 100 10 9 90 80 9 800-900 8 800-900 80 8 700-800 70 7 700-800 600-700 70 7 6 600-700 500-600 60 60 6 500-600 400-500 5 50 50 400-500 5 300-400 4 300-400 200-300 40 40 4 3 200-300 100-200 30 30 3 100-200 2 0-100 20 2 0-100 20 1 10 1 2 3 4 5 6 7 8 91 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Παροχή (m 3 /s) Σχήμα 11: Εκτίμηση βασικών μεγεθών ρ=1000 kg/m 3 g=9.81 m/s 2 n=0.9 Παροχή (m 3 /s) 80-90 70-80 60-70 50-60 40-50 30-40 20-30 10-20 0-10 I (kw) = 9.81 * Q (m 3 /s) * H (m) * n 41

1000 500 200 100 50 Μεγάλα και Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα (2/2)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 20!!!!!!!! I = 300 MW!! 10!!!!!!!!!! 5 2 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!!!!!!!!!! Πουρνάρι ΙΙΙ Q= 12 m 3 /s H=6.5 m I = 660 kw Αώος Q= 44.5 m 3 /s H= 685 m I = 210 MW!!!!!!!!!! 1 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 Παροχή (m 3 /s)!!!!!!!!! Σχήμα 12: Θεωρητική ισχύς (kw) Καστράκι Q= 480 m 3 /s H=75 m I = 320 MW Πουρνάρι ΙΙ Q= 300 m 3 /s H=15 m I = 30 MW Πουρνάρι Ι Q= 500 m 3 /s H=72 m I (kw) = 9.81 * Q (m 3 /s) * H (m) * n ρ=1000 kg/m 3 g=9.81 m/s 2 n=0.9 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 42

Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα (1/6) Σχήμα 13: Συνιστώσες ενός τυπικού ΜΥΗΕ Πηγή ύδατος (ποτάμι ή φράγμα)- υδροληψία (intake) Δεξαμενή καθίζησης ή εξαμμωτής (desilter) και δεξαμενή φόρτισης (forebay) Σύστημα προσαγωγής (penstock). Αγωγός πτώσης που μεταφέρει νερό στο σταθμό (αγωγός, εξαεριστικές βαλβίδες, βαλβίδες εκκένωσης φερτών, βαλβίδες ανακούφισης, δεξαμενές, πύργοι ανάπλασης) Σταθμός παραγωγής (power house). Ο χώρος όπου καταλήγει το σύστημα προσαγωγής και εγκαθίσταται ο ηλεκτρομηχανολογικός (Η/Μ) εξοπλισμός (υδροστρόβιλοι, γεννήτριες, μετασχηματιστές και εξοπλισμός παρακολούθησης του έργου) 43

Υδροληψία-Υπερχείλιση Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα (2/6) Εσχάρα υδροληψίας Διώρυγα προσαγωγής παγίδες φερτών Δεξαμενές εξάμμωσης Αγωγός Προσαγωγής Δεξαμενής φόρτισης Εικόνα 6: ΜΥΗΣ Θερμόρεμα, Σπερχειάδα Φθιώτιδας, Ισχύς 1.95 MW, 2003 Φωτογραφία: ΔΕΛΤΑ Project 44

Παροχή (m 3 /s) Παροχή (m3/s) Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα (3/6) Υδατικό δυναμικό θέσης 14 12 10 8 6 4 2 0 0 365 730 1095 1460 1825 2190 2555 2920 3285 3650 14 12 10 Σχήμα 14: Υδρογράφημα Ημέρα (1/10/1971-30/9/1981) 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Συχνότητα υπέρβασης (%) Σχήμα 15: Καμπύλη διάρκειας 45

Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα (4/6) Οικολογική παροχή Κανονισμός ελάχιστης διατηρητέας παροχής (απόσπασμα από επιγραφή του 5 ου αιώνα π.χ. στη Γόρτυνα της Κρήτης). Την πόλη διέσχιζε ο ποταμός Ληθαίος. «Θιοί τô ποταμô αἴ κα κατὰ τὸ μέττον τὰν ῥοὰν θιθῆι ῥῆν κατὰ το Ϝὸν αυτô, θιθεμένōι ἄπατον ἤμην. Τὰν δὲ ῥοὰν λείπεν ὄττον κατέκει ἀ ἐπ ἀγορᾶι δέπυρα ἤ πλίον, μεῖον δὲ μὴ.» Θεοί. Αν κάποιος κατευθύνει τη ροή του ποταμού στην ιδιοκτησία του δεν τιμωρείται. Πρέπει όμως, να αφήσει τόση ροή ώστε να καλύπτει σε πλάτος τη γέφυρα της αγοράς ή περισσότερη, όχι όμως λιγότερη. 46

Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα (5/6) 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 47

Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα (6/6) Παροχή (m 3 /s) 10 1 στρόβιλος 15.7 ΜW 1 1 στρόβιλος 1.6 ΜW Qmin-Qmax:2-10 m 3 /s Ιmax= 15.7 MW PT= 15 % PV= 49 % Ε= 6.1 GWh Qmin-Qmax: 0.2-1 m 3 /s Ιmax= 1.6 MW PT= 70 % PV= 56 % Ε= 7.0 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 Σχήμα 16: Επιλογή στροβίλων 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 (%) 48 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. Σχήμα 17: Συστήματα άντλησης ταμίευσης και ζήτηση 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 49 ενέργειας

Παραγωγή από Εισροές και Άντληση (GWh) Παραγωγή από: [ Άντληση/Εισροές ] (%) 1985 1985 Συστήματα άντλησης ταμίευσης στην Ελλάδα (1/4) 1990 1990 1995 1995 2000 2000 2005 2005 2010 2010 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 Παραγωγή από εισροές και άντληση Από Εισροές Από Άντληση Σχήμα 18: Παραγωγή από εισροές και άντληση Έτος 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Σχήμα 19: Ποσοστό παραγωγής από άντληση Έτος 50

Συστήματα άντλησης ταμίευσης στην Ελλάδα (2/4) 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% 51

Όγκος νερού hm 3 Ενέργεια GWh 400 300 Συστήματα άντλησης ταμίευσης στην Ελλάδα (3/4) Λειτουργία Σφηκιάς (1986-1995) Φυσική εισροή Εισροή από άντληση Νερό που χρησιμοποιήθηκε για παραγωγή 200 100 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 Σχήμα 20: Λειτουργία Σφηκιάς-Όγκοι νερού 60 50 Παραγωγή σταθμού χωρίς άντληση (GWh) Παραγωγή σταθμού (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 Σχήμα 21: Λειτουργία Σφηκιάς-Παραγωγή ενέργειας 52

Ενέργεια GWh 60 50 Συστήματα άντλησης ταμίευσης στην Ελλάδα (4/4) Κατανάλωση για άντληση (GWh) Παραγωγή νερού που αντλήθηκε (GWh) Λειτουργία Σφηκιάς (1986-1995) 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 Σχήμα 22: Λειτουργία Σφηκιάς-Ενέργεια άντλησης 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 53

Συστήματα άντλησης ταμίευσης (1/3) Ολοκληρώθηκε το 2001 στην περιοχή Yamnashi-Ken της Ιαπωνίας, ισχύος 160 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. Εικόνα 7: Σύστημα άντλησης ταμίευσης Kazunogawa 54

Συστήματα άντλησης ταμίευσης (2/3) 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 Εικόνα 8: Σύστημα άντλησης ταμίευσης Okinawa 55

Συστήματα άντλησης ταμίευσης (3/3) Εικόνα 9: Σύστημα άντλησης ταμίευσης Okinawa-Τομή 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 56

Υβριδικά Συστήματα (1/5) 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 Εικόνα 10: Υβριδικό Ενεργειακό Έργο Ικαρίας Εικόνα 11: Φράγμα Ράχες Νήσος Ικαρία 57

Υβριδικά Συστήματα (2/5) Σχήμα 23: Υβριδικό ενεργειακό έργο Ικαρίας Πηγή: ΔΕΗ Ανανεώσιμες 58

Υβριδικά Συστήματα (3/5) Σχήμα 24: Υβριδικό ενεργειακό έργο Ικαρίας Πηγή: ΔΕΗ Ανανεώσιμες 59

Υβριδικά Συστήματα (4/5) 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 60

Υβριδικά Συστήματα (5/5) Οφέλη υβριδικού ενεργειακού έργου Ικαρίας Ενεργειακή επάρκεια του νησιού ειδικά κατά τους καλοκαιρινούς μήνες όπου η απαιτούμενη ισχύς είναι μεγάλη Μείωση των εκπεμπόμενων ρύπων από την μείωση της λειτουργίας του τοπικού Θερμικού Σταθμού Αύξηση της απασχόλησης στο νησί, μέσα από τη δημιουργία νέων θέσεων εργασίας Βελτίωση και ανάπτυξη ηλεκτρικού και οδικού δικτύου Αύξηση των επισκεπτών (επιστημονικός τουρισμός) 61

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ (1/3) Σχήμα 3: Διαγράμματα με τη συσχέτιση των αιχμών ζήτησης και θερμοκρασίας, ΔΕΣΜΗΕ, Μελέτη ανάπτυξη συστήματος μεταφοράς (2010-2014), CC: BY-NC-SA Σχήμα 4: Διαγράμματα με τη συνολική ημερήσια ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας και την μέση ημερήσια θερμοκρασία στην Αθήνα και το Λονδίνο, Factors affecting electricity demand in Athens, Greece and London, UK:A comparative assessment, B.E. Psiloglou, C. Giannakopoulos, S. Majithia, M. Petrakis, Energy 34 (2009) 1855 1863, CC: BY-NC-SA Εικόνα 1: Υδρόμυλοι, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Εικόνα 2: Είδη υδροστροβίλων, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." 62

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ (2/3) Εικόνα 3: Τα 4 μεγαλύτερα υδροηλεκτρικά έργα του κόσμου, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Εικόνα 6: ΜΥΗΣ Θερμόρεμα, Σπερχειάδα Φθιώτιδας, Ισχύς 1.95 MW, 2003, ΔΕΛΤΑ Project, CC: BY-NC-SA Σχήμα 17: Συστήματα άντλησης ταμίευσης και ζήτηση, www.inforse.org, CC: BY-NC-SA Εικόνα 7: Σύστημα άντλησης ταμίευσης Kazunogawa, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Εικόνα 8: Σύστημα άντλησης ταμίευσης Okinawa, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." 63

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ (3/3) Εικόνα 9: Σύστημα άντλησης ταμίευσης Okinawa-Τομή, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Εικόνα 10: Υβριδικό Ενεργειακό Έργο Ικαρίας, ΔΕΗ, CC: BY-NC-SA Εικόνα 11: Φράγμα Ράχες Νήσος Ικαρία, "Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας." Σχήμα 23: Υβριδικό ενεργειακό έργο Ικαρίας, ΔΕΗ Ανανεώσιμες, CC: BY- NC-SA Σχήμα 24: Υβριδικό ενεργειακό έργο Ικαρίας, ΔΕΗ Ανανεώσιμες, CC: BY- NC-SA 64

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» 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.