Πρότυπες κατασκευές υδροηλεκτρικών σταθμών

Αναλυτική  μελέτη περίπτωσης για τη μελέτη, το σχεδιασμό, την κατασκευή και τη λειτουργία μικρών υδροηλεκτρικών σταθμών από την εταιρεία “Kiefer”

ΑΡΘΡΟ ΤΟΥ Κ. ΙΩΑΝΝΗ ΧΑΡΙΤΟΥ*

Κατασκευάσαμε παράλληλα τέσ­σερις υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Στους δύο εγκαταστήσαμε υδροστρόβιλους τύπου Pelton και στους άλλους δύο τύπου Kaplan.

Η βασική διαφορά των δυο αυτών τύπων αναφορικά πάντα με τον εκάστοτε πίνακα αυτοματισμού που χρειάστηκε να υλοποιήσουμε, είναι το γεγονός ότι στους μεν Pelton έχεις μία ποσότητα νερού με μεγάλη πίεση, την οποία πρέ­πει να κατανείμεις στα πτερύγια του υ­δροστρόβιλου, ανάλογα με τη διαθεσι­μότητα νερού που έχεις την εκάστοτε στιγμή, μεταβάλλοντας μονάχα τον α­ριθμό των εγχυτήρων και τη διάμετρό τους, χωρίς τη μεταβολή των πτερυγίων του στροβίλου.

Αντίθετα στους Kaplan, ανάλογα με τη διαθεσιμότητα του νερού, μεταβάλλουμε τη θέση των πτερυγίων του στρο­βίλου καθώς και των πτερυγίων εισα­γωγής νερού που περιβάλλουν το στρό­βιλο. Για τους στροβίλους τύπου Pelton χρησιμοποιήσαμε δύο υδραυλικές μο­νάδες. Μία για τον έλεγχo της κεντρι­κής βάνας του αγωγού, που οδηγεί το νερό από την υδροληψία του σταθμού στον στρόβιλο, και μία υδραυλική μoνάδα που αυξομειώνει τη διατομή των εγχυτήρων που στέλνουν το νερό στα πτερύγια του στροβίλου.

Εργασίες λειτουργίας

Βασικός ρόλος της κεντρικής βάνας είναι σε περιπτώσεις κατά τις οποίες υπάρχει ανάγκη για διακοπή της παρο­χής νερού, πέρα από το άνοιγμα και κλείσιμο της παροχής ταυ νερού, να ελέγχει και να διατηρεί χαμηλά τις δυνάμεις ταυ υδραυλικού πλήγματος που δέ­χονται ο αγωγός και οι σωλήνες των εγχιπήρων.

Ο γενικό: πίνακας ελέγχου και λειτουργίας του σταθμού πραγματοποιεί τις ακόλουθες εργασίες:

• Θέτει σε λειτουργία την υδραυλική μονάδα ελέγχου εγχυτήρων νερού, α­νάλογα με την ποσότητα νερού που υ­πάρχει στην υδροληψία. Την πληροφο­ρία αυτή την λαμβάνει από αισθητήρα, ο οποίος μετρά το ύψος του νερού, ε­ντός δεξαμενής που βρίσκεται ακριβώς πριν την είσοδο του νερού στον αγωγό τροφοδοσίας του σταθμού. Οι εγχυτήρες νερού στον σταθμό είναι πέντε στο σύνολο. Έχοντας την πληροφορία για την ποσότητα νερού στην υδροληψία, αυτόματα ανοίγουμε και κλείνουμε α­ντίστοιχα εγχυτήρες, ενώ παράλληλα με αναλογικούς αισθητήρες βλέπουμε ποσοστιαία το μέγεθος ανοίγματος/κλεισίματος του εκάστοτε εγχυτήρα. Έτσι αυτόματα σε μειωμένη παροχή νερού μειώνουμε τους ανοιχτούς εγχυ­τήρες, και διατηρούμε ανοιχτούς αυτούς που επαρκούν για τη λειτουργία του σταθμού. Σε περιπτώσεις διακο­πής, η ίδια υδραυλική μονάδα σπρώχνει ένα εμπόδιο σε θέση μπροστά από τους εγχυτήρες. Ένας μεταλλικός ανακλαστήρας αποτρέπει την πρόσκρουση του νερού στα πτερύγια ταυ στροβίλου, μέχρι να σφραγίσουν και οι πέντε εγχυτήρες  επιτυγχάνεται η σταδιακή μείωση των στροφών της γεννήτριας, χωρίς την αύξηση των δυνάμεων του υ­δραυλικού πλήγματος.
• Παράλληλα με τον έλεγχο της υ­δραυλικής μονάδας ελέγχου εγχυτή­ρων νερού, σε περιπτώσεις κατά τις ο­ποίες ο σταθμός πρέπει να σταματήσει, για παράδειγμα διακοπή δικτύου, πολύ χαμηλή παροχή νερού στην υδροληψία, θέτει σε λειτουργία την υδραυλική μο­νάδα ελέγχου της γενικής βάνα: του σταθμού, για την άμεση διακοπή της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, με τη διακοπή της τροφοδοσίας νερού στον στρόβιλο. Συγχρόνως διακόπτει τη λειτουργία της γεννήτριας και μειώ­νει ομαλά την ταχύτητα περιστροφή αυτής.
• Όλες οι υδραυλικές μονάδες έχουν αισθητήρες θερμοκρασίας λαδιού καθώς και άνω και κάτω όρια στάθμης λα­διού. Σε χαμηλές θερμοκρασίες θέτει σε λειτουργία αντιστάσεις θέρμανσης εντός του δοχείου λαδιού των μονάδων. Λαμβάνει πληροφορίες για την πλήρωση λαδιού. Μπορεί ακόμα και να θέσει το σταθμό εκτός, εάν δεν τηρούνται τα όρια των θερμοκρασιών και της στάθμης του λαδιού εντός των επιθυμητών.
• Ελέγχει και θέτει σε λειτουργία μία παρακαμπτήρια ηλεκτρική βάνα η ο­ποία βρίσκεται μεταξύ κεντρικού αγω­γού και των 5 αγωγών εγχυτήρων, σε θέση παράλληλη με την κεντρική βάνα ταυ σταθμού, ο ρόλος της οποίας είναι η εξισορρόπηση της πίεσης ανάμεσα σε αυτά τα δύο σημεία, καθώς και η μέτρηση της πίεσης, η οποία γίνεται από αι­σθητήρα μετά την κεντρική βάνα.
• Συγχρονίζει τη γεννήτρια με το δί­κτυο. Κατά την εκκίνηση της γεννήτριας και αφότου αναπτύξει αυτή τις ο­νομαστικές της στροφές, ο πίνακας α­ναλαμβάνει να κλείσει το γενικό δια­κόπτη χαμηλής τάσης, ο οποίος συνδέει την παραγόμενη ισχύ της γεννήτριας με το δίκτυο, παράλληλα με τη βοήθεια ενός ηλεκτρονόμου στην χαμηλή τάση. Σύμφωνα με όρια που έχουν τεθεί από τον εκάστοτε διαχειριστή δικτύου, α­ντιδρά ανάλογα, επεμβαίνοντας στη λειτουργία της γεννήτριας.
• Λαμβάνει πληροφορίες από το με­τασχηματιστή ανύψωσης, στην προκει­μένη περίπτωση 0,6/20kV, για τη θερ­μοκρασία του, την πίεση και τη στάθμη λαδιού του, και αντίστοιχα επεμβαίνει με διακοπή λειτουργίας της γεννή­τριας, και μέσω του απομακρυσμένου συστήματος παρακολούθησης ενημερωνόμαστε για τυχόν σφάλματα ώστε να επέμβουμε.
• Ελέγχει τις θερμοκρασίες χώρου με­τασχηματιστών και μηχανοστασίου, και θέτει σε λειτουργία εξαναγκασμέ­νη μονάδα ψύξης του εκάστοτε χώρου.

Γεννήτρια και υδροληψία

Σε άμεση συνεργασία με το σταθμό στον οποίο είναι εγκατεστημένη η γεννήτρια, βρίσκεται και η υδροληψία, στην οποία υπάρχουν μία σειρά από ηλεκτρικά και υδραυλικά θυροφράγματα, που σκοπό έχουν τον καθαρισμό του νερού το οποίο φτάνει στο σταθμό.

Τα θυροφράγματα ελέγχονται τοπι­κά, διά μέσου πίνακα ο οποίος ελέγχει την κατάσταση των θυροφραγμάτων (ανοιχτά ή κλειστά), καθώς και τυχόν σφάλματα, όπως εμπλοκή στο άνοιγμα ή κλείσιμο που μπορεί να δημιουργηθεί από φερτά εμπόδια τα οποία δύναται να εισέλθουν εντός του εξαμμωτή.

Εντός οικίσκου στην υδροληψία εί­ναι εγκατεστημένος ένας αυτόματος καθαριστής σχαρών, ο οποίος αποτελείται από ένα μεταλλικό βραχίονα, με μία βούρτσα στην άκρη του διαστάσε­ων ίσων με την τελική σχάρα. Υδραυλικές βάνες ελεγχόμενες ηλεκτρικά πραγματοποιούν μία σειρά από κινή­σεις πάνω στην τελική σχάρα καθαρι­σμού του νερού, το οποίο οδηγείται στον κεντρικό αγωγό του σταθμού, με σκοπό τον καθαρισμό φερτών τα οποία επιπλέουν και μπορούν να αποτελέσουν εμπόδιο ή ακόμα και να εισέλ­θουν στον αγωγό.

Μικρότερο μέρος καταλαμβάνει ο αυτοματισμός που πραγματοποιεί τη ζεύξη και απόζευξη της μέσης τάσης που έρχεται από δίκτυο με τους δύο μετασχηματιστές του σταθμού.

Ο μετασχηματιστής υποβιβασμού service σκοπό έχει να τροφοδοτήσει έ­ναν πίνακα χαμηλής τάσης με δευτερεύοντα φορτία (όπως με το φωτισμό του κτιρίου του σταθμού που βρίσκεται η γεννήτρια, το συναγερμό, τις κάμερες), αλλά και με υψίστης σημασίας φορτία αδιάλειπτης ισχύος (όπως για το σύστημα απομακρυσμένης παρακο­λούθησης και λειτουργίας της παραγω­γικής διαδικασίας, το γενικό πίνακα ε­λέγχου και λειτουργίας του σταθμού, καθώς και τον αυτοματισμό των πινά­κων μέσης τάσης). Ο κύριος μετασχηματιστής ανύψωσης σκοπό έχει τη διά­θεση της παραγόμενης ηλεκτρικής ε­νέργειας από τη γεννήτρια στο δίκτυο μέσης τάσης.

Με τη βοήθεια ενός ηλεκτρονόμου μέσης τάσης, ο αυτόματος γενικός διακόπτης ανοίγε ή κλείνει κατά περίπτω­ση αυτόματα, χωρίς κανένα τοπικό χει­ρισμό. Τα όρια τα οποία είναι εγκατεστημένα στoν ηλεκτρονόμο, έχουν θεσπισθεί από το διαχειριστή του εκάστο­τε τοπικού δικτύου μέσης τάσης.

Σε περιπτώσεις σφαλμάτων των με­τασχηματιστών πραγματοποιείται αυτόματη απόζευξη του εκάστοτε μετασχηματιστή.

Έλεγχος και ανθρώπινη παρέμβαση

Με τη χρήση VPN, μπορούμε να ε­λέγχουμε και να επέμβουμε στην παρα­γωγική διαδικασία, να παρακολουθού­με την κατάσταση των μετασχηματιστών, τις καταστάσεις των αυτόματων διακοπτών μέσης και χαμηλής τάσης, τη λειτουργία των υδραυλικών μονάδων και των θυροφραγμάτωντις ποσότητες του νερού στην υδροληψία, τις θερμοκρασίες των χώρων του σταθ­μού, καθώς την πίεση του νερού που φτάνει στο σταθμό, ενώ παράλληλα λαμβάνουμε μνήματα για οποιοδήπστε πιθανό σφάλμα μπορεί να προκύψει.

Τέλος, η μοναδική διαφορά στους σταθμούς που κατασκευάσαμε, τύπου Kaplan, πάντα αναφορικά με το κομ­μάτι του αυτοματισμού, είναι το γεγο­νός ότι υπάρχει μονάχα μία υδραυλική μονάδα, που σκοπό έχει τη διαχείριση της εισαγωγής του νερού με την αλλαγή της κατάστασης των εξωτερικών πτε­ρυγίων του στροβίλου, και όχι των εγ­χυτήρων νερού, όπως σε αυτή των Pelton, καθώς και μία επιπλέον δυνατότητα: αυτή της ρύθμισης των πτερυ­γίων του στροβίλου, πάντα αναλόγως της διαθέσιμης ποσότητας νερού την ε­κάστοτε στιγμή.        ■

*Ο κ. Ιωάννης Χαρίτος Είναι υπεύθυνος Κατασκευής Έργων της “Κiefer” E.Π.Ε.

Πηγή: Μετάδοση Ισχύος-Τεύχος Μαρτίου-Απριλίου