ΜΑΥΡΟΓΙΑΝΝΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ. Ηλεκτρική ενέργεια

ΜΑΥΡΟΓΙΑΝΝΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ ΘΕΜΑ: ΑΠΟΔΟΧΗ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΑΣ ΣΤΟ ΔΙΗΜΕΡΟ <<ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΤΑ ΜΕΣΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΥΦΙΣΤΆΜΕΝΗ ΚΑΤΆΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ>> Ιστορία της Τεχνολογίας: Ηλεκτροκίνηση, Επιστημοποίηση Ηλεκτρική ενέργεια Σήμερα γνωρίζουμε τη μεγάλη σημασία της ηλεκτρικής ενέργειας για την ανάπτυξη της οικονομίας και της κοινωνίας σε όλες τις χώρες του κόσμου. Η ηλεκτρική ενέργεια χαρακτηρίζεται από οικονομικότητα, μεγάλη ασφάλεια, υψηλή ποιότητα και ήπια συμπεριφορά στο περιβάλλον κατά την κατανάλωσή της. Αυτές οι αντιλήψεις άρχισαν να διαμορφώνονται στα τέλη του 19ου αιώνα, όταν η διανομή ηλεκτρικής ενέργειας άρχισε να ξεπερνάει την ευρύτερη γειτονιά του εργοστασίου παραγωγής και να επεκτείνεται σε αστικά διαμερίσματα και ολόκληρες πόλεις, κάποια στιγμή δε και υπεραστικά. Το 1881 άρχισε να λειτουργεί η πρώτη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο Godalming της Αγγλίας, μεταξύ Λονδίνου και Πόρτσμουθ, με ισχύ 746 kw. Η πόλη αυτή απέκτησε και τον πρώτο δημόσιο ηλεκτρικό φωτισμό, αρχικά με 3 λάμπες βολταϊκού τόξου και 7 λάμπες πυρακτώσεως και αργότερα με 4 και 27 λάμπες αντίστοιχα. Η γεννήτρια ήταν μονοφασική της εταιρίας Siemens που παρείχε 250V/12Α με 1.200 στροφές ανά λεπτό. Η κίνηση της γεννήτριας προερχόταν από δύο υδρόμυλους και λειτουργούσε μόνο σε εποχή κανονικών βροχοπτώσεων, γιατί δεν ήταν δυνατόν να ελεγχθεί επαρκώς η ροή νερού στο ποτάμι που διέτρεχε την πόλη. Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 12-13 Ιαν., 2006 1

Στη Γερμανία εγκαταστάθηκε η πρώτη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στη Στουγκάρδη το έτος 1882 και ήταν σε θέση να τροφοδοτήσει μέχρι 30 λάμπες πυρακτώσεως, μπορούμε να εκτιμήσουμε συνολικά περί το 1,5 kw. Το ίδιο έτος άρχισαν να φωτίζουν δρόμους του Βερολίνου ηλεκτρικές λάμπες χαμηλής ισχύος, οι οποίες τροφοδοτούνταν από γειτονικές μονάδες παραγωγής. Το έτος 1885 εγκαταστάθηκε στο Βερολίνο ο πρώτος μεγαλύτερος σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, ο οποίος είχε από την πόλη την άδεια να τροφοδοτεί καταναλωτές σε ακτίνα μέχρι 800 μέτρα. Σ' αυτή την περιοχή είχε η εταιρία παραγωγής της ηλεκτρικής ενέργειας το δικαίωμα να τοποθετεί αγωγούς για την παροχή ρεύματος. Το έτος 1885 κατασκεύασε ο William Stanley (Στάνλυ, 1858-1916) υπάλληλος της εταιρίας Westinghouse, ένα επαγωγικό πηνίο ή όπως λέμε σήμερα, ένα μετασχηματιστή ισχύος, με τον οποίο μετέβαλε κατ' επιθυμία την εναλλασσόμενη τάση. Με την αξιοποίηση του μετασχηματιστή επικράτησε οριστικά το εναλλασσόμενο ρεύμα έναντι του συνεχούς. Την ίδια εποχή πραγματοποιούσε ο Ιταλός Galileo Ferraris (Φεράρις, 1847-1897) πειράματα με ανεξάρτητα εναλλασσόμενα ρεύματα. Στην πορεία αυτών των πειραμάτων ανακάλυψε ότι δύο εναλλασσόμενα ρεύματα ίδιας συχνότητας αλλά διαφορετικής αρχικής φάσης δημιουργούσαν στο χώρο ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Παράλληλα με τον Ferraris πραγματοποιούσε όμοια πειράματα, αλλά με 3 εναλλασσόμενα ρεύματα και ο βοηθός του Edison, ο σερβικής καταγωγής Nicola Tesla (Τέσλα, 1856-1943). Το έτος 1886 εγκαθιστά ο George Westinghouse (Γουέστινγκχάους, 1846-1914), ο οποίος ήδη το 1865 είχε κατασεκευάσει μία περιστρεφόμενη ατμογεννήτρια και το 1881 τελειοποίησε ένα ηλεκτρικό σύστημα ασφάλειας των τραίνων, μία μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας με εναλλασσόμενη τάση στο Barrington της Μασαχουσέτης. Το έτος 1886 κατασκευάστηκε στη Γερμανία μια τριφασική γραμμή που τροφοδοτείτο από 3 μονοφασικούς κινητήρες και ένα χρόνο μετά κατασκεύασε ο Friedrich August Haselwander (Χάζελβάντερ, 1851-1929) την πρώτη τριφασική γεννήτρια (σύγχρονη μηχανή). Αξιοποιώντας τα πειράματα διαφόρων ερευνητών, κατασκεύασε ο Ρωσσο-Γερμανός Michael Dolivo-Dobrowolsky (Ντομπροβόλσκυ, 1862-1919) το έτος 1889 τον πρώτο επαγωγικό τριφασικό κινητήρα με ικανοποιητική συμπεριφορά. Ο κινητήρας αυτός λειτουργούσε με βραχυκυκλωμένο κλωβό του δρομέα και κατασκευάστηκε στα εργαστήρια της εταιρίας AEG στο Βερολίνο. Μέχρι σήμερα δεν άλλαξε ουσιαστικά η βασική κατασκευαστική αρχή αυτών των κινητήρων, οι οποίοι είναι οι περισσότερο διαδεδομένοι σε όλες τις εφαρμογές. Στα επόμενα χρόνια εξελίχθηκε το γερμανικό τριφασικό σύστημα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας σε τέτοιο βαθμό, ώστε το έτος 1891 τροφοδοτήθηκε η Φραγκφούρτη, σε απόσταση 175 km από το εργοστάσιο παραγωγής, με βαθμός αποδόσεως 70%. Το έτος 1893 τροφοδοτούσε η εταιρία Westinghouse περί τις 250.000 λαμπτήρες στην παγκόσμια έκθεση εμπορίου του Σικάγου. Ο Χάζελβάντερ που προαναφέρθηκε είχε δηλώσει την κατασκευή του για απονομή διπλώματος ευρεσιτεχνίας, αλλά κάποιες διαπλοκές των αρμόδιων υπαλλήλων με εταιρίες οδήγησαν στην Ηλεκτροκίνητα εξαπάτησή μέσα μεταφοράς του. Tο στην έτος Ελλάδα 1932, - Υφιστάμενη μετά το θάνατο κατάσταση του και εφευρέτη, προοπτικές, αναγνώρισαν ΤΕΕ, Αθήνα, 12-13 οι εταιρίες Ιαν., 2006Siemens και 2

Η αυξανόμενη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας οδήγησε την παραγωγή σε αδιέξοδο, γιατί η μοναδική κινητήρια μηχανή, η ατμομηχανή, δεν ήταν σε θέση να καλύψει τις τεχνικές απαιτήσεις. Η αναζήτηση για μια νέα κινητήρια μηχανή οδήγησε αρχικά τον Εγγλέζο C.A. Parsons (1854-1931) και αργότερα τον Σουηδό C.G.P. Laval (1845-1915) στην κατασκευή ατμοστροβίλων. Η αρχή λειτουργίας του ατμοστρόβιλου ήταν βέβαια γνωστή ήδη από την εποχή του Ήρωνα και αργότερα από τον 17ο αιώνα. Οι πρώτες μονάδες σταθερής απόδοσης κατασκευάστηκαν όμως το 1884 από τον Parsons και το 1899 από τον Laval, του οποίου ο ατμοστρόβιλος ήταν μια παραλλαγή εκείνου του Parsons. Το έτος 1893 εισήγαγε ο Γερμανο-Αμερικάνος μηχανικός Charles Steinmetz (Στάινμετς, 1865-1923) τη μαθηματική περιγραφή των εναλλασσόμενων μεγεθών του ηλεκτρικού κυκλώματος, χρησιμοποιώντας το μιγαδικό συμβολισμό (παραστατικοί μιγαδικοί αριθμοί) για να απλοποιήσει τις πολύπλοκες τριγωνομετρικές εξισώσεις. Η μελέτη ηλεκτρικών δικτυωμάτων και συστημάτων έγινε πλέον αντικείμενο των ηλεκτρολόγων μηχανικών της εποχής και αυτό έδωσε νέα ώθηση, τόσο στην εκπαίδευση, όσο και στην έρευνα από πανεπιστήμια και εταιρίες. Το έτος 1903 κατασκευάστηκε ο πρώτος υδροηλεκτρικός σταθμός στην πόλη Nexaca του Μεξικού, με ισχύ 6,25 MVA, ο οποίος λειτουργεί ακόμα 100 χρόνια μετά. Το 1905 άρχισε η λειτουργία της γραμμής υψηλής τάσης 50kV στην περιοχή του Μονάχου και το 1909 της γραμμής 100kV με μήκος 290 km στο Sohshona-Boulder των ΗΠΑ. Με την εξάπλωση των δικτύων μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας επήλθε η δεύτερη μεγάλη αλλαγή, μετά το σιδηρόδρομο, στο τοπίο των βιομηχανικά αναπτυγμένων χωρών, τόσο λόγω των εναέριων γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, όσο και λόγω των υπαίθριων μετασχηματιστών και κέντρων μετασχηματισμού της υψηλής τάσης. Οι μεγάλες εταιρίες Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 12-13 Ιαν., 2006 3

Έχει γίνει ήδη αναφορά στην ίδρυση εταιριών για την κατασκευή συσκευών και μηχανών, οι οποίες αναπτύχθηκαν σταδιακά και τον 21ο αιώνα αποτελούν πλέον πολυεθνικά συγκροτήματα, στα οποία μελετώνται και κατασκευάζονται κάθε είδους τεχνικά συστήματα. Τέτοιες εταιρίες ήταν η Bell και η Edison στην Αμερική και η Siemens στην Ευρώπη που ιδρύθηκαν από τους ομώνυμους εφευρέτες. Το έτος 1883 επισκέφτηκε ο Γερμανός μηχανικός Emil Rathenau (Ράτενάου, 1838-1915) μία ηλεκτροτεχνική έκθεση και εντυπωσιάστηκε από τους ηλεκτρικούς λαμπτήρες. Ήταν βέβαιος ότι ο ηλεκτροφωτισμός θα έπαιρνε στα επόμενα χρόνια μεγάλη διάδοση και αποφάσισε να ασχοληθεί με την κατασκευή ηλεκτρικών λαμπτήρων και των συναφών υλικών για ηλεκτρικές εγκαταστάσεις. Μετά από συνεννόηση με την εταιρία Siemens αγόρασε ο Rathenau δικαιώματα ευρεσιτεχνίας από τον Edison και ίδρυσε τη «Γερμανική Εταιρία Edison». Ύστερα από διαφωνίες αποχώρησε όμως ο Rathenau και ίδρυσε το 1887 με διάφορους χρηματοδότες την εταιρία AEG (Γενική Ηλεκτροτεχνική Εταιρία), η οποία εξελίχθηκε σε ανταγωνιστή της Siemens και της Edison. Το έτος 1886 είχε ιδρύσει ο Westinghouse τη γνωστή μέχρι των ημερών μας ομώνυμη ηλεκτρική εταιρία, Westinghouse Electric Company. Οι ηλεκτρικοί λαμπτήρες ήταν αφορμή για την ίδρυση άλλης μιας μεγάλης εταιρίας με παγκόσμια φήμη. Ο Ολλανδός Gerard Philips (Φίλιπς, 1858-1942) αποφάσισε, μετά από επισκέψεις στην Αγγλία, να κατασκευάσει ο ίδιος λαμπτήρες. Το έτος 1891 ξεκίνησε η παραγωγή στην πόλη Eindhoven και σταδιακά η εταιρία αυτή επεκτάθηκε σε πάμπολλους τεχνολογικούς κλάδους. Το έτος 1892 έγινε στην Αμερική η συνένωση δύο ήδη τότε μεγάλων εταιριών, της εταιρίας Edison και της Thomson-Houston. Η νέα εταιρία ονομάστηκε General Electric, η οποία εξελίχθηκε μέχρι σήμερα σε ένα πολυεθνικό κολοσσό. Τέλος, το έτος 1903 ίδρυσαν οι εταιρίες AEG και Siemens την εταιρία τηλεπικοινωνιακών εφαρμογών Telefunken («τηλεσπινθήρες»), η οποία λειτούργησε επί σχεδόν 30 χρόνια, μέχρι το έτος 1932, με την ίδια διοίκηση. Εν όψει της εξάντλησης των αποθεμάτων πετρελαίου κυβερνήσεις και αυτοκινητοβιομηχανίες αναζητούν νέες λύσεις στον τομέα της αυτοκίνησης Κάθε τέσσερις μέρες που περνούν στον ανθρώπινο πληθυσμό προστίθενται περίπου ένα εκατομμύριο νέα πρόσωπα. Το 2001 στην κεντροανατολική Ευρώπη πωλήθηκαν περισσότερα από 2,5 εκατομμύρια αυτοκίνητα, όσα περίπου κυκλοφορούν σε ολόκληρο το Λονδίνο. Στην ελληνική αγορά οι ετήσιες πωλήσεις κυμαίνονται κάτω από τις 300.000 μονάδες ενώ σε κάθε Ελβετό αντιστοιχούν σχεδόν 2,6 αυτοκίνητα. Κανείς δεν μπορεί να αμφισβητήσει πως το αυτοκίνητο αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι της σύγχρονης κοινωνίας και το μέσο στο οποίο βασίζεται η παγκόσμια βιομηχανία. Κάθε πράγμα όμως έχει και το τίμημα του. Η παραγωγή ενέργειας, συγκεκριμένα έργου, από μηχανές που καταναλώνουν ορυκτά καύσιμα, όπως το πετρέλαιο, επιβαρύνουν το περιβάλλον με ρύπους δημιουργώντας διάφορα φαινόμενα όπως αυτό του θερμοκηπίου. Οι κατασκευαστές αυτοκινήτων λαμβάνοντας υπόψη την συγκεκριμένη κατάσταση έχουν στρέψει το ενδιαφέρον τους εδώ και αρκετά χρόνια στην αντικατάσταση του πετρελαίου -και της παράγωγης βενζίνης- από άλλα καύσιμα. Για αυτό το λόγο λοιπόν οι αυτοκινητοβιομηχανίες επενδύουν συνεχώς τεράστια κονδύλια σε προγράμματα έρευνας και εξέλιξης στον τομέα εναλλακτικών καυσίμων. Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 12-13 Ιαν., 2006 4

Από την άλλη, οι περιβαντολλόγοι και οι διάφορες οικολογικές οργανώσεις κρούουν συνεχώς τον κώδικα του κινδύνου εξαιτίας των υπέρογκων ποσοτήτων ρύπων που εκπέμπουν τα αυτοκίνητα και κυριολεκτικά πνίγουν την ατμόσφαιρα του πλανήτη. Τις συνέπειες τις ακούμε καθημερινά από τα μέσα μαζικής ενημέρωσης καθώς περισσότερα από 600 εκατομμύρια αυτοκίνητα που κυκλοφορούν στους δρόμους της Γης συμβάλλουν σημαντικά σε φαινόμενα όπως αυτό του θερμοκηπίου. Αλλά ας μην πάμε τόσο μακριά. Αρκεί να αναλογιστούμε την κατάσταση στην πρωτεύουσα μας η οποία ειδικά την θερινή περίοδο είναι κυριολεκτικά ανυπόφορη. Προσπαθήστε έστω και για μια στιγμή να ξεχάσετε όλη αυτή την δυσάρεστη κατάσταση, κλείστε τα μάτια σας και φανταστείτε μια πόλη όπου θα κινούνται αυτοκίνητα τα οποία θα εκπέμπουν μηδαμινούς ρύπους ενώ τα νεύρα σας θα πάψουν επιτέλους να είναι τεντωμένα καθώς αυτά θα κινούνται εντελώς αθόρυβα. Είτε η επιτακτική ανάγκη εξοικονόμησης ενέργειας είτε η προστασία του περιβάλλοντος το σίγουρο είναι ότι το μελλοντικό αυτοκίνητο δεν θα είναι το ίδιο και οι μηχανές εσωτερικές καύσης να αποτελούν μουσειακά εκθέματα. Μπορεί όλα αυτά να ακούγονται σαν σενάρια από ταινίες επιστημονικής φαντασίας αλλά ο μοναδικός αντίπαλος των κατασκευαστών για τον προορισμό της "καθαρής" αυτοκίνησης από ότι φαίνεται αποτελεί πλέον μόνο ο χρόνος προκειμένου να εξερευνηθούν και να εξελιχθούν διάφορες τεχνολογικοί οδοί. Αλλά να ήταν μόνο αυτό. Οι περισσότεροι επιστήμονες έχουν καταλήξει στο συμπέρασμα πως η παραγωγή πετρελαίου θα έχει κορυφωθεί μέχρι την επόμενη δεκαετία. Τι σημαίνει αυτό; Πως το μεγαλύτερο μέρος του μαύρου χρυσού θα έχει εξαντληθεί και η καμπύλη των αποθεμάτων θα ακολουθήσει την κατιούσα. Οι ειδικοί εκτιμούν πως τα τελευταία κοιτάσματα πετρελαίου θα εξαντληθούν περίπου μέχρι τα μέσα του αιώνα που διανύουμε. Αυτά για να μην νομίζετε πως οι εντάσεις στην Μέση Ανατολή δημιουργούνται με αφορμή διάφορα προσχήματα. Οι περιοχές όπου τα τελευταία χρόνια έχουν αποτελέσει πεδίο πολεμικών επιχειρήσεων για τις ΗΠΑ αποτελούν την μεγαλύτερη δεξαμενή μαζούτ στον πλανήτη. Όποιος λοιπόν "ελέγχει" τα εκατομμύρια βαρέλια πετρελαίου που εξάγονται από εκεί σε μερικά χρόνια θα μπορεί να ρυθμίζει την παγκόσμια οικονομία. Θυμηθείτε την άνοδο των τιμών που προκάλεσε η αύξηση στις τιμές των καυσίμων. Τελικά ο OPEC πείστηκε και αύξησε την ημερήσια παραγωγή των βαρελιών τονώνοντας προς το παρόν την οικονομική κρίση... Ιστορία της Τεχνολογίας: Ηλεκτροκίνηση, Επιστημοποίηση Συστήματα μονάδων Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 12-13 Ιαν., 2006 5

Το μετρικό σύστημα που επελέγη ήδη στα πρώτα χρόνια της γαλλικής επανάστασης έγινε από καθόλου μέχρι λίγο αποδεκτό στο ευρύτερο κοινό, αλλά οι Φυσικοί και Τεχνικοί το υιοθέτησαν, γιατί εξυπηρετούσε τις αυξημένες απαιτήσεις σε επιμετρήσεις και υπολογισμούς. Έτσι άρχισαν και οι αρμόδιες αρχές να υιοθετούν σταδιακά τις δεκαδικές υποδιαιρέσεις στις μονάδες. Το 1830 ψήφισε η σαξωνική Βουλή στη Γερμανία νόμο, σύμφωνα με τον οποίο καθοριζόταν η τοπική μονάδα μήκους (Lachter) στα 2 μέτρα. Το 1831 προτείνει ο Φυσικός Carl Friedrich Gauss (Γκάους, 1777-1855) το λεγόμενο απόλυτο σύστημα μονάδων (absolute) με βασικές μονάδες το χιλιοστόμετρο (mm), το χιλιοστόγραμμο (mg) και το δευτερόλεπτο (sec). Με τη βοήθεια αυτών των μονάδων και με τη χρήση μιας απλής μορφής του νόμου του Coulomb ακολουθούσαν μονάδες για όλα τα ηλεκτρικά και μαγνητικά μεγέθη. Το 1840 νομοθετούνται στη Γαλλία το μέτρο (metre, m) και το χιλιόγραμμο (kilogramme, kg) ως νόμιμες μονάδες για το μήκος και τη μάζα. Το 1875 υπογράφεται στο Παρίσι από 17 χώρες μια διεθνής συμφωνία για τα μέτρα και σταθμά (Conference Generale des Poids et Mesures, CGPM). Ταυτόχρονα ιδρύεται μια «Διεθνής Επιτροπή Σταθμών και Μέτρων» (CIPM), η οποία αναλαμβάνει τη διάδοση της χρήσης του μετρικού συστήματος και την εισαγωγή ενιαίων μονάδων στην παραγωγή και στο εμπόριο. Σε συνδυασμό με την Ηλεκτροτεχνική Έκθεση του Παρισιού το έτος 1881 αποφασίστηκε να πραγματοποιηθεί η πρώτη διεθνής «Σύνοδος Μέτρων και Σταθμών» για ενιαία αντιμετώπιση των προβλημάτων των μονάδων μέτρησης. Ένα χρόνο αργότερα πραγματοποιήθηκε στον ίδιο τόπο αυτή η σύνοδος, κατά την οποία υιοθετήθηκε επίσημα το απόλυτο σύστημα μονάδων (cgs) με δεκαδικές υποδιαιρέσεις, δηλαδή οι βασικές μονάδες εκατοστόμετρο (cm), γραμμάριο (gr) και δευτερόλεπτο (sec). Ο περιορισμός σε τρεις μόνο βασικές μονάδες σχετίζεται με την επικρατούσα ακόμα μηχανοκρατική αντίληψη, σύμφωνα με την οποία, όλα τα φαινόμενα στη φύση μπορούν να περιγραφούν επαρκώς με τους νόμους της Μηχανικής. Αν και το απόλυτο σύστημα αποδείχθηκε ανεπαρκές για τις τεχνικές εφαρμογές, αποτέλεσε ένα πρώτο βήμα τυποποίησης σε παγκόσμια κλίμακα. Βασικές διαστάσεις και μονάδες του Απόλυτου Συστήματος (cgs) μέγεθος/διάσταση: μήκος μάζα χρόνος σύμβολο: l m t μονάδα: εκατοστόμετρο γραμμάριο δευτερόλεπτο σύμβολο: cm gr sec Αυτές οι «μηχανικές» μονάδες είναι δυνατόν να επεκταθούν, μέσω του νόμου του Coulomb στη μορφή στους τομείς του Ηλεκτρισμού και Μαγνητισμού, όπου το φορτίο έχει τη μονάδα, και. Αποτέλεσμα είναι, όλες οι μονάδες των ηλεκτρικών και μαγνητικών μαγεθών να περιλαμβάνουν μη ακέραιες δυνάμεις των βασικών μονάδων. Πέρα από αυτή τη δυσκολία, η οποία περιορίζει την εποπτεία και δυσχεραίνει τη συνεννόηση μεταξύ των επιστημόνων, προκύπτει και το γενικότερο πρόβλημα ότι, άσχετα μεταξύ τους φυσικά μεγέθη έχουν ίδια διάσταση και μονάδα. Συγκεκριμένα, η χωρητικότητα έχει διάσταση μήκους και μονάδα cm! Αυτό οφείλεται στο μικρό αριθμό βασικών μεγεθών που καθιερώθηκε με το σύστημα CGS. Το 1868 εισάγεται στη βόρεια Γερμανία νομοθετικά το μετρικό σύστημα, ενώ το 1871 επεκτείνεται αυτός ο νόμος σε όλη τη γερμανική επικράτεια (Reich). Αντίστοιχη ήταν η αποδοχή του δεκαδικού συστήματος κι από άλλες χώρες, με εξαίρεση τις αγγλοσαξωνικές. Για να αποφευχθεί το πρόβλημα με τις πολύπλοκες μονάδες του Ηλεκτρισμού και Μαγνητισμού, αποφασίστηκε η εισαγωγή ενός τέταρτου μεγέθους ως βασικού. Το έτος 1901 πρότεινε ο Giovanni Giorgi (1871-1950) να εισαχθεί η ηλεκτρική αντίσταση, αλλά αυτό δεν έγινε αποδεκτό και τελικά καθιερώθηκε ως τέταρτο μέγεθος η ένταση ηλεκτρικού ρεύματος, με μονάδα το αμπέρ (A). Ο νόμος Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 12-13 Ιαν., 2006 6

Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 12-13 Ιαν., 2006 7

Το ηλεκτροκίνητο τραμ Κατά το πρώτο μισό του 19ου αιώνα αποτελούσε το «αλογοτράμ», δηλαδή ένα όχημα που εκινείτο σε τροχιές και συρόταν από άλογο, το σημαντικότερο δημόσιο μέσο μεταφοράς στις μεγάλες ευρωπαϊκές και αμερικάνικες πόλεις. Η χωρητικότητα αυτών των οχημάτων ήταν όμως περιορισμένη και το κόστος του εισιτηρίου υψηλό, οπότε οι περισσότεροι κάτοικοι των πόλεων μετακινούνταν με ποδαρόδρομο. Η συνεχής διεύρυνση των πόλεων απαιτούσε διαρκώς την εγκατάσταση νέων τροχιογραμμών και την αύξηση των διαθέσιμων ζώων. Περίπου το μισό κόστος λειτουργίας του αλογοτραμ ήταν η διατροφή και περιποίηση του αλόγου. Κάθε άλογο δεν μπορούσε όμως να αξιοποιηθεί σ' αυτή την εργασία για πάνω από 5 χρόνια και οι ασθένειες στα καταπονημένα ζώα δεν ήταν σπάνιες. Όταν το 1872 παρουσιάστηκε στις ΗΠΑ μια επιδημία, πολλά άλογα ψόφησαν και πολλές πόλεις διέκοψαν τις δημόσιες συγκοινωνίες. Επίσης, τα άλογα τραυματίζονταν συχνά σε ανηφορικούς δρόμους και μια ανατροπή οδηγούσε σε πολύωρη διακοπή της κυκλοφορίας, πέρα από τον συχνά βαρύ τραυματισμό του αλόγου. Πέρα απ' αυτά, οι καβαλλίνες των αλόγων στους δρόμους αποτελούσαν σημαντικό πρόβλημα υγιεινής και απαιτούσε οργάνωση υπηρεσίας περισυλλογής και απομάκρυνσης. Αλογοτράμ σε ευρωπαϊκές πόλεις. Αυτά τα προβλήματα πίεζαν για αναζήτηση άλλων λύσεων στο πρόβλημα των δημόσιων μεταφορικών μέσων. Η κυκλοφορία βαγονιών με ατμοκίνηση δεν έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσματα, όπως περιγράφηκε στο σχετικό άρθρο. Σε ορισμένες πόλεις των ΗΠΑ εγκαταστάθηκαν επίγεια ή υπόγεια τραίνα που έλκονταν από σταθερά τοποθετημένες ατμομηχανές με συρματόσκοινα, περίπου όπως τα εναέρια τραινάκια (τελεφερίκ) χωρίς όμως την εναέρια στήριξη. Το 1873 εγκαινιάστηκε η πρώτη γραμμή στο Σαν Φρανσίσκο, με τους πολλούς λόφους, στο οποίο τελικά το δίκτυο έφτασε τα 85km. Ακολούθησε μια όμοια εγκατάσταση στο επίπεδο Σικάγο με συνολικά 65 km και πάνω από 700 βαγόνια. Αυτά τα δίκτυα μαζικών μεταφορών παρέμειναν σε λειτουργία μέχρι τη δεκαετία του 1880, όταν ήρθε η στιγμή αξιοποίησης των ηλεκτρικών κινητήρων. Το έτος 1879 εγκατέστησε η εταιρία «Siemens & Halske» ένα ηλεκτροκινούμενο τραίνο σε ορυχείο, το οποίο βελτιωμένο παρουσιαζόταν σε διάφορες τεχνολογικές εκθέσεις για ενημέρωση και διασκέδαση των επισκεπτών, περίπου όπως τα σημερινά παιδικά τραινάκια στα λούνα-παρκ. Το έτος 1881 δημιουργήθηκε η πρώτη γραμμή ηλεκτροκίνητου τραμ σε ένα προάστειο του Βερολίνου, της οποίας τα βαγόνια υπερείχαν κατά πολύ των αντίστοιχων του αλογοτράμ. Παρ' όλα αυτά, η επέκταση του ηλεκτροκίνητου τραμ συνάντησε δυσκολίες, λόγω του προβλήματος της παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Η παροχή μέσω ένος επίγειου καλωδίου που στηριζόταν σε μονωτήρες, δίπλα σε μια σιδηροτροχιά (περίπου όπως τροφοδοτείται σήμερα ο ηλεκτρικός σιδηρόδρομος της Αθήνας), απαιτούσε αποκλεισμό των γραμμών από την πρόσβαση των διερχομένων πεζών και διαχωρισμό κάθε γειτονιάς. Η παροχή μέσω εναέριου καλωδίου που στηριζόταν σε κολώνες (περίπου όπως τροφοδοτείται σήμερα το αθηναϊκό τραμ) προκαλούσε σημαντικό κόστος εγκατάστασης και επιβάρυνση του περιβάλλοντος, γιατί ο κόσμος θεωρούσε ήδη επιβαρυμένο το αστικό περιβάλλον από τις κολώνες για το δημόσιο φωτισμό. Λύσεις με υπόγεια ηλεκτρική τροφοδοσία δεν ευδοκίμησαν για διάφορους λόγους τεχνικών προδιαγραφών και ασφάλειας. Ο τεχνικός κόσμος θεωρούσε εκείνα τα χρόνια αυτονόητο ότι σύντομα θα βελτιώνονταν οι δυνατότητες αποθήκευσης του ηλεκτρισμού και τα ηλεκτροκίνητα τραμ θα ήταν εφοδιασμένα με μπαταρίες κατάλληλης χωρητικότητας. Σήμερα γνωρίζουμε ότι αυτό το πρόβλημα δεν έχει λυθεί μέχρι τις αρχές του 21ου αιώνα και μάλλον δεν θα λυθεί σύντομα. Το πρώτο μεγάλο δίκτυο ηλεκτροκίνητων τραμ εγκαταστάθηκε τελικά στο Richmond/Virginia των ΗΠΑ από τον Frank J. Sprague (Σπραγκ, 1857-1934) με αρχικό μήκος γραμμής περί τα 20km. Η επιτυχημένη εγκατάσταση του Σπραγκ οδήγησε στην εκτεταμένη αξιοποίηση αυτών των οχημάτων και μέχρι το έτος 1905 είχαν εγκατασταθεί στη Γερμανία περί τα 3.700 km, στη Μεγάλη Βρετανία περί τα 3.200km γραμμής ηλεκτροκίνητων τραμ Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 12-13 Ιαν., 2006 8

Ηλεκτρικά αυτοκίνητα Το ηλεκτρικό Saxo διατέθηκε στην ευρωπαϊκή αγορά το 1997 και η ισχύς του έφτανε μόλις τους περίπου 27 ίππους ενώ η τελική του ταχύτητα άγγιζε τα 91χλμ/ώρα και η αυτονομία του μόλις τα 80 χιλιόμετρα Αν εξαιρέσει κανείς την μέθοδο με την οποία παράγεται -όπως για παράδειγμα στα ατμοηλεκτρικά ή τα πυρηνικά εργοστάσια- μια από τις καθαρότερες μορφές ενέργειας είναι η ηλεκτρική. Η ιδέα της ηλεκτροκίνησης όσο και αν φανεί παράξενο υπάρχει σχεδόν από την γένεση του αυτοκινήτου. Το όφελος για το περιβάλλον είναι μεγάλο αφού απλά δεν υπάρχουν ρύποι ενώ παράλληλα η ηλεκτροκίνηση συμβάλλει στην εξοικονόμηση του μαύρου χρυσού. Ωστόσο, το βασικότερο πρόβλημα ανέκαθεν εστιάζονταν στην αυτονομία ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου αν αναλογιστείτε ότι τα τρόλεϊ και τα τραμ "ακουμπούν" μόνιμα με κάποιον αγωγό. Στην περίπτωση του αυτοκινήτου, σε γενικότερο πλάνο η διάταξη ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου (EV) δεν διαφέρει σημαντικά από αυτή ενός με μηχανή εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ). Στην θέση του ΜΕΚ υπάρχει ένας ή δυο ηλεκτροκινητήρες οι οποίοι συνδέονται στους κινητήριους τροχούς ενώ το "καύσιμο" στην εν λόγω περίπτωση είναι το ηλεκτρικό ρεύμα το οποίο παρέχεται από τις μπαταρίες αντί του κλασικού ρεζερβουάρ. Το βασικό χαρακτηριστικό των ηλεκτροκινητήρων εντοπίζεται στην αθόρυβη λειτουργίας τους αφού το μοναδικό περιστρεφόμενο μέρος είναι ο ρότορας τους, στην άφθονη ροπή από σχεδόν την έναρξη της λειτουργίας τους με αποτέλεσμα στις περισσότερες των περιπτώσεων να καταργούν το κιβώτιο ταχυτήτων. Τι γίνεται στην περίπτωση της οπισθοπορείας; Απλά αντιστρέφεται η περιστροφή του ρότορα αλλάζοντας την πολικότητα του ρεύματος. Συνήθως για την κίνηση του οχήματος χρησιμοποιούνται ηλεκτροκινητήρες συνεχούς ρεύματος (DC) αν και το EV1 με ενεργειακές κυψέλες της GM εξοπλίζεται με τριφασικό μοτέρ εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) καθώς ένας μετασχηματιστής αναλαμβάνει να μετατρέψει το ρεύμα DC από τις μπαταρίες σε ΑC. Οι περισσότεροι κατασκευαστές χρησιμοποιούν κυρίως τρεις τύπους συσσωρευτών. Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέως (Leadacid) εφαρμόζονται ευρέως λόγω της μεγάλης αξιοπιστίας τους και του χαμηλού κόστους κατασκευής. Ωστόσο, η φόρτιση τους μπορεί να διαρκέσει έως και μια ολόκληρη νύχτα ενώ το μεγάλο βάρος τους επιβαρύνει τον τομέα των επιδόσεων. Για παράδειγμα οι συσσωρευτές του EV1 της GM ζυγίζουν περίπου μισό τόνο! Οι μπαταρίες τύπου Ni-MH (νικελίου-υβριδίου μετάλλου) εμφανίζουν μια φορά μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση από τις μολύβδου-οξέως με αποτέλεσμα η αυτονομία να είναι διπλάσια με το μισό βάρος και ο χρόνος ανεφοδιασμού να μειώνεται επίσης στο ήμισυ. Μειονέκτημα το υψηλός κόστος κατασκευής. Η πιο πρόσφατη διάταξη συσσωρευτών είναι οι Lithium-ion (Λιθίου-ιόντων) η οποία εξελίχθηκε αρχικά από την Sony και έχει μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης από την Ni-MH αλλά και μεγαλύτερο κόστος ενώ η ανακύκλωση τους είναι δύσκολη. Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 12-13 Ιαν., 2006 9

Αν τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα είναι τόσο καλά τότε γιατί δεν έχουν διαδοθεί ευρέως; Αν εξαιρέσει κανείς τις μειωμένες επιδόσεις ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου, η ηλεκτροκίνηση περιορίζονταν πάντα από δυο σοβαρές παραμέτρους: την αποθήκευση και τον ανεφοδιασμό Στην πρώτη περίπτωση, το πρόβλημα αφορά στις μπαταρίες όπου συσσωρεύεται η ηλεκτρική ενέργεια και συγκεκριμένα στην ενεργειακής τους απόδοση, στο κόστος τους, στον όγκο και στο βάρος τους, στην διάρκεια ζωής τους και στον χρόνο τον οποίο χρειάζονται για να επαναφορτισθούν Υβριδικά αυτοκίνητα Σε σχέση με τα συμβατικά αυτοκίνητα, τα υβριδικά διακρίνονται για την μειωμένη κατανάλωσή καυσίμου και εκπομπές ρύπων καθώς συνδυάζουν με έμμεσο τρόπο, εκτός από θερμική, και ηλεκτρική ενέργεια Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 12-13 Ιαν., 2006 10

H μειωμένη αυτονομία και οι μέτριες -προς κακές- επιδόσεις των αμιγώς ηλεκτροκίνητων οχημάτων προσανατόλισαν τις αυτοκινητοβιομηχανίες σε εναλλακτικά σενάρια τα οποία δεν θα χαρακτηρίζονταν από τα παραπάνω μειονεκτήματα. Η Toyota και η Honda είναι δύο εταιρίες που θεωρούνται ειδήμων στην υβριδική τεχνολογία διαθέτοντας μάλιστα και μοντέλα παραγωγής στην ελληνική αγορά όπως οι αντίστοιχες εκδόσεις Prius και Civic. Σε τι διαφέρουν όμως τα υβριδικά αυτοκίνητά; Όπως και στα συμβατικής τεχνολογίας υπάρχει ο παραδοσιακός βενζινοκινητήρας με την βασική διαφορά όμως πως η λειτουργία του συνδυάζεται με ένα ηλεκτροκινητήρα. Αναλυτικά στοιχεία σχετικά με την υβριδική διάταξη μπορείτε να βρείτε στα σχετικά άρθρα της τεχνολογίας της πρώτης γενιάς Prius καθώς και στην παρουσίαση της δεύτερης. Από την αρχή του τρέχων έτους η δεύτερη γενιά Prius διατίθεται κανονικά προς πώληση έναντι 25.650 ευρώ ενώ τα υβριδικά αυτοκίνητα εξαιρούνται από τα περιοριστικά μέτρα κυκλοφορίας στους κάθε λογής "δακτυλίους". Πάντως αξίζει να σημειωθεί ότι το πρώτο υβριδικό μοντέλο που πάτησε στους ελληνικούς δρόμους ήταν το Insight της Honda μολονότι δεν τοποθετήθηκε ποτέ στους τιμοκαταλόγους. Πέντε χρόνια μετά το λανσάρισμα του Insight, του πρώτου υβριδικού μοντέλου που κατασκεύασε η Honda, η ιαπωνική αυτοκινητοβιομηχανία έχει διαθέσει στην παγκόσμια αγορά περισσότερα από 50.000 βενζινοκίνητα υβριδικά αυτοκίνητα. Αξίζει να σημειωθεί πως την περασμένη χρονιά στην βρετανική αγορά το Civic IMA (Integrated Motor Assist)- το οποίο διατίθεται και στην χώρα μας έναντι 23.477 ευρώ- κατείχε το 3% των συνολικών πωλήσεων Civic. Πέρυσι, 1.000 περίπου Βρετανοί έγιναν κάτοχοι ενός υβριδικού Civic παρά το γεγονός πως η συγκεκριμένη έκδοση κοστίζει μόλις 1.000 στερλίνες λιγότερο από το δίλιτρο Civic Type R. Η Honda πάντως προβλέπει αύξηση της ζήτησης των υβριδικών μοντέλων αφού εκτός από την προστασία του περιβάλλοντος, το όφελος αφορά και στην εξοικονόμηση ενέργειας και κατ επέκταση χρήματος. Στον προγραμματισμό της ιαπωνικής εταιρίας περιλαμβάνεται η εξαγωγή, στα τέλη του χρόνου, υβριδικής έκδοσης IMA του Accord, στην αγορά των ΗΠΑ. Ο μεγάλος αντίπαλος της Honda στο υβριδικό παιχνίδια δεν είναι άλλοςαπό την Toyota, η οποία έχει τον πρώτο λόγο στην υβριδική τεχνολογία και στοχεύει μέσα στα επόμενα χρόνια στην παρουσίαση πετρελαιοκίνητου υβριδικού μοντέλου ενώ σταδιακά θα εισάγει υβριδικές διατάξεις-εκδόσεις σε όλη την γκάμα της. Οι ιθύνοντες της Toyota φαίνονται αισιόδοξοι καθώς το αγοραστικό κοινό δείχνει να ξεπερνά με τον καιρό τις αρχικές επιφυλάξεις του σχετικά με τα υβριδικά αυτοκίνητα. Αρκεί να σκεφτεί κανείς πως στον πλανήτη κυκλοφορούν αυτή την στιγμή περισσότερες από 150.000 μονάδες του Prius, του πρώτου υβριδικού αυτοκινήτου μαζικής παραγωγής στον κόσμο. Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 12-13 Ιαν., 2006 11

Στα υβριδικά αυτοκίνητα ένας βενζινοκινητήρας και ένας ηλεκτροκινητήρας συνεργάζονται χωρίς να υπάρχουν "περιορισμοί" όπως στα αμιγώς ηλεκτροκίνητα To Insight της Honda είναι ένα διθέσιο υβριδικό coupe κατασκευασμένο από αλουμίνιο με βάρος που φτάνει τα 835 κιλά. Ο τρικύλινδρος κινητήρας των 995κ.εκ. αποδίδει 68 ίππους, ενώ συνεργάζεται με ηλεκτροκινητήρα των 10kW. Η μέση θεωρητική τιμή κατανάλωσης περιορίζεται στα 3,4 λίτρα/100χλμ., ενώ η τελική του ταχύτητα φτάνει τα 180χλμ./ώρα H υβριδική V6 έκδοση του Accord θα ξεπερνά σε επιδόσεις τις περισσότερες V6 εκδόσεις που κυκλοφορούν με την κατανάλωση ενός μοντέλου με τετρακύλινδρο μοτέρ. Σύμφωνα με την ιαπωνική αυτοκινητοβιομηχανία η ισχύς του υβριδικού Accord θα υπερβαίνει τους 240 ίππους ενώ ο ηλεκτροκινητήρας θα εκτελεί παρόμοια καθήκοντα με έναν μηχανικό υπερσυμπιεστή (περίπου σαν "ηλεκτρικό turbo"). Ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς στην Ελλάδα - Υφιστάμενη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 12-13 Ιαν., 2006 12