Μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί-τρόπος λειτουργίας

Πρόλογος Η εκμετάλλευση της δυναμικής ενέργειας του νερού με τη μετατροπή της σε μηχανική ενέργεια στον στρόβιλο και σε ηλεκτρική ενέργεια στη γεννήτρια αποτελεί την περιγραφή της αρχή λειτουργίας των μικρών υδροηλεκτρικών σταθμών(Μ.Υ.Η.Σ). Η παραγωγή ενέργειας από Μ.Υ.Η.Σ αποτελεί ,στις μέρες μας, μια αξιόπιστη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας που έχει σαν σκοπό να υποκαταστήσει μέρος της παραγωγής ηλεκτρισμού από λιγνίτη. Η χωροθέτηση και ο σχεδιασμός τέτοιων μονάδων καλύπτουν τη νομοθεσία περί περιβαλλοντικών επιπτώσεων και η δημιουργία τέτοιων έργων συμβάλλει στην περιφερειακή ανάπτυξη και στην κάλυψη των αυξανόμενων ενεργειακών μας αναγκών λόγω του σύγχρονου τρόπου ζωής. Περιγραφή λειτουργίας μικρών υδροηλεκτρικών έργων Το πρώτο έργο είναι η κατασκευή υδροληψίας(intake) από την οποία δεσμεύεται η εκμεταλλεύσιμη παροχή της φυσικής πηγής. Υπάρχουν συγκεκριμένοι τύποι υδροληψίας όπως η ορεινή (tyrolean intake), η πλευρική (side intake) και η υδροληψία τύπου σίφωνα (siphon intake). Η θεμελιώδης διαφορά των μικρών υδροηλεκτρικών από τα μεγάλα υδροηλεκτρικά έργα, βασίζεται στον τρόπο που δεσμεύεται το νερό στην υδροληψία. Τα μικρά υδροηλεκτρικά εντάσσονται ομαλά στο φυσικό περιβάλλον αφού α) στην υδροληψία δεν απαιτείται η δημιουργία ταμιευτήρα που προξενεί ποικίλες περιβαλλοντικές επιπτώσεις β) η υδροληψία είναι έτσι σχεδιασμένη ώστε να διατηρείται η απομένουσα ροή αλλά και οι χειμωνιάτικες πλημμυρικές παροχές στην κοίτη του ρέματος ώστε αυτό να συνεχίσει να λειτουργεί φυσικά και χωρίς την αλλοίωση της φυσιογνωμίας του. Η μεταφορά του νερού από την υδροληψία γίνεται μέσω καναλιού ορθογωνικής διατομής ή μέσω κλειστού αγωγού ανάλογα με τις γεωλογικές συνθήκες και την τοπογραφία της περιοχής. Συνηθίζεται ,πάντως, η κατασκευή του καναλιού να γίνεται με φυσικά υλικά π.χ πέτρα και μόνο όπου είναι απαραίτητο χρησιμοποιείται οπλισμένο σκυρόδεμα. Σε συνέχεια του καναλιού/αγωγού προσαγωγής βρίσκεται η δεξαμενή φόρτισης (forebay tank), η οποία σχεδιάζεται ώστε να παρέχει τον απαραίτητο όγκο νερού για την εκκίνηση του σταθμού και να κατακρατά φερτά υλικά. Η δεξαμενή συνήθως απομονώνεται από το κανάλι-αγωγό μεταφοράς με θυρόφραγμα. Εδώ είναι σημαντική η μη εισροή αέρα στον αγωγό προσαγωγής, που μπορεί να επηρεάσει την ομαλή λειτουργία του στροβίλου. Η δεξαμενή συνήθως διαθέτει υπερχειλιστή που παροχετεύει σε έκτακτες περιπτώσεις σε γειτονικό ρέμα. Ένα από τα πιο σημαντικά έργα του συστήματος μεταφοράς του νερού είναι ο αγωγός προσαγωγής-καταθλιπτικός αγωγός(pipeline-penstock pipe),που μεταφέρει την εκμεταλλεύσιμη παροχή στη μονάδα παραγωγής. Υπάρχουν συγκεκριμένα υλικά κατασκευής χάλυβας, συνθετικά υλικά (PVC, GRP), οπλισμένο ή άοπλο σκυρόδεμα(κανάλια μεταφοράς). Για την επιλογή των διαστάσεων του αγωγού λαμβάνονται υπόψη η μέση και η μέγιστη παροχή σε συνδυασμό με τη μέση και τη μέγιστη ταχύτητα του ύδατος. Ενδεικτικά, D =√(4*Q)/π* u) 4 Q, η παροχή του ύδατος(m3/sec) 4 αριθμός π (3,14) 4 u, η ταχύτητα του ύδατος(m/sec) Η όδευση του αγωγού μπορεί να είναι από μέτρα έως χιλιόμετρα επιλέγεται σε συνάρτηση της θέσης της δεξαμενής φόρτισης και του σταθμού παραγωγής και προσοχή δίνεται στον περιορισμό των υδραυλικών απωλειών και των τριβών. Η θέση του αγωγού μπορεί να είναι επί του εδάφους ή στο εσωτερικό του εδάφους ανάλογα με τις συνθήκες εδάφους που επικρατούν σε κάθε περιοχή. Στην περίπτωση της επιφανειακής όδευσης του αγωγού, πρέπει να δοθεί μεγάλη προσοχή στην συγκόλληση των αγωγών(στην επιλογή χάλυβα). Για τον σωστό σχεδιασμό πρέπει να ληφθούν υπόψη οι μεγάλες πιέσεις που παρατηρούνται στον αγωγό και έχουν σαν αποτέλεσμα την ανάπτυξη σημαντικών δυνάμεων στις θέσεις όπου υπάρχουν γωνίες ή αλλαγές στην κατεύθυνση της όδευσης. Για να αποφεύγονται οι καταπονήσεις και να μεταφέρονται οι ωθήσεις στη γη κατασκευάζονται βάσεις-αγκυρώσεις από οπλισμένο σκυρόδεμα. Στην περίπτωση της υπόγειας όδευσης, κρίνεται απαραίτητη η διάστρωση με άμμο και μετά η τοποθέτηση του αγωγού(στην επιλογή αγωγού GRP). Παράλληλα στον αγωγό προσαγωγής μπορούν να τοποθετηθούν και σιδηροσωλήνες που μεταφέρουν τα καλώδια σήματος και ισχύος αντίστοιχα. Άλλα σημαντικά έργα κατά την όδευση του αγωγού είναι οι εξαεριστικές βαλβίδες και οι βάνες εισόδου και εκκένωσης του αγωγού. Σημαντικά ,επίσης, είναι και τα έργα αποστράγγισης και αντιστήριξης κατά την όδευση του αγωγού. Πρέπει να διασφαλίζεται η διοχέτευση των επιφανειακών υδάτων σε μικρότερα γειτονικά υδατορεύματα ή σε ασφαλή εδάφη. Αυτό επιτυγχάνεται με τη κατασκευή κατάλληλων φρεατίων συλλογής ύδατος που συγκεντρώνουν τα επιφανειακά νερά και τα οδηγούν εκεί μέσω αγωγών μικρότερων διαστάσεων. Η κατασκευή τοίχων αντιστήριξης είναι πολλές φορές απαραίτητη για την καλύτερη συμπεριφορά των πρανών. Ο σταθμός παραγωγής(powerhouse) είναι ο χώρος όπου στεγάζεται ο ηλεκτρομηχανολογικός (Η/Μ) εξοπλισμός, δηλαδή ο στρόβιλος, η γεννήτρια, ο μετασχηματιστής, ο κεντρικός πίνακας τροφοδοσίας και αυτοματισμού και ο βοηθητικός εξοπλισμός. Ο τύπος των στροβίλων επιλέγεται ανάλογα με τα δύο θεμελιώδη μεγέθη σχεδιασμού α)παροχή ύδατος, β)μανομετρικό ύψος. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι στροβίλων είναι οι Francis, Kaplan, Pelton, Turgo και crossflow. Η ισχύς στον στρόβιλο δίνεται από τον τύπο P=n*ρ*g*Q*H 4 n, βαθμός απόδοσης στροβίλου 4 ρ, πυκνότητα του νερού(1000kg/m3) 4 g, επιτάχυνση της βαρύτητας(9,81 m/sec2) 4 Q, η παροχή του ύδατος(m3/sec) 4 Η, το ύψος πτώσης(m) Μετά την έξοδο από το στρόβιλο το νερό αποδίδεται στη φυσική ροή του υδατορεύματος μέσω της διώρυγας φυγής (outlet channel). Απαιτείται πάντα απόσταση από το δάπεδο του φρεατίου πριν τη διώρυγα φυγής, ενώ η κατασκευή πρέπει να είναι τέτοια ώστε σε καμία περίπτωση, ακόμη και με τη μέγιστη δυνατή παροχή να μην ανέβει η επιφάνεια του νερού στο φρεάτιο μέχρι το επίπεδο του δρομέα του στροβίλου.

Ηπειρωτική Ενεργειακή ΑΕ   Ζυγομάλλη 21    45332 Ιωάννινα

Τηλ.: 26510 23071   Fax: 26510 23071

info@epirus-hydroenergy.gr

1.60