Υδροηλεκτρικά

Η μελέτη μιας υδροηλεκτρικής εγκατάστασης περιλαμβάνει διάφορες φάσεις, η έκταση και η εμβάθυνση των οποίων εξαρτάται σημαντικά από το χαρακτήρα και το μέγεθος της εγκατάστασης. Για την ολοκλήρωση ενός υδροηλεκτρικού έργου απαιτούνται τρία είδη μελετών. Πρώτα γίνεται η μελέτη σκοπιμότητας με σκοπό να διαπιστωθεί εάν η εξεταζόμενη θέση χρήζει περισσότερης διερεύνησης.Η μελέτη αυτή περιλαμβάνει τα εξής: Προσδιορισμό του ύψους πτώσης και αρχική επιλογή της θέσης υδροληψίας, καθώς και της θέσης του σταθμού παραγωγής. Χάραξη της καμπύλης διάρκειας παροχής της θέσης, για την εκτίμηση της ετήσιας παραγωγής ενέργειας και τον υπολογισμό των ετήσιων εσόδων του έργου. Εκτίμηση του κόστους κατασκευής του έργου µε βάση τη μορφολογία της περιοχής, το μήκος του αγωγού πτώσης, τον τύπο του ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού και την απόσταση της διασύνδεσης µε το δίκτυο του ΔΕΔΔΗΕ. Προσδιορισμό της οικονομικής βιωσιμότητας του έργου, µε τον υπολογισμό των απαραίτητων οικονομικών δεικτών και εξαγωγή συμπερασμάτων.

Στην περίπτωση που το αποτέλεσμα της μελέτης σκοπιμότητας αποβεί θετικό και ο ενδιαφερόμενος επιθυμεί να προχωρήσει στην εκπόνηση του έργου, πραγματοποιείται στη συνέχεια η προμελέτη εγκατάστασης. Σκοπός της είναι η διαμόρφωση και η διαστασιολόγηση του έργου, όπως προκύπτει από την εξέταση και ανάλυση διαφόρων εναλλακτικών λύσεων. Το επίπεδο ανάλυσης της προμελέτης είναι τέτοιο ώστε να είναι επαρκές για την έκδοση των διαφόρων αδειών που απαιτούνται για την κατασκευή του έργου.

Η σχεδίαση βασίζεται στα αποτελέσματα της μελέτης σκοπιμότητας και περιλαμβάνει: Την επιλογή των υδροστροβίλων και τον καθορισμό των υδραυλικών χαρακτηριστικών τους. Την επιλογή των γεννητριών με τα χαρακτηριστικά τους και όλο το συνακόλουθο ηλεκτρολογικό εξοπλισμό. Τον καθορισμό των χαρακτηριστικών του συστήματος αυτοματισμού και λειτουργίας της εγκατάστασης. Τον καθορισμό του συστήματος προσαγωγής του νερού στο σταθμό, δηλαδή την υδροληψία, τον αγωγό προσαγωγής (ανοικτό ή κλειστό), τη δεξαμενή φόρτισης και τις υπόλοιπες βοηθητικές εγκαταστάσεις. Την κτιριακή υποδομή για την εγκατάσταση του μηχανολογικού εξοπλισμού (φροντίζοντας η διάταξη των υδροστροβίλων – γεννητριών να επιτρέπει την εύκολη πρόσβαση και συντήρηση χωρίς τη διακοπή της λειτουργίας των υπολοίπων μονάδων), των αυτοματισμών, όλου του βοηθητικού εξοπλισμού και του υποσταθμού, καθώς και για τηδιασύνδεση με το δίκτυο.   Αν και το αποτέλεσμα της προμελέτης εγκατάστασης είναι θετικό, τότε γίνεται πλέον η τελική μελέτη εγκατάστασης, στην οποία συντάσσονται όλα τα σχέδια, οι υπολογισμοί, τα αποτελέσματα της οικονομικής ανάλυσης και οι προδιαγραφές του απαραίτητου εξοπλισμού, καθώς επίσης και η μελέτη περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Με το τέλος της μελέτης εγκατάστασης, αρχίζει πλέον και η κατασκευή του έργου.   Για την εκπόνηση της μελέτης μιας υδροηλεκτρικής εγκατάστασης ακολουθούνται τα παρακάτω βήματα:

1. Αναγνώριση της περιοχής. Περιλαμβάνει την αρχική διάταξη και χωροθέτησητου έργου, την καταγραφή των τοπικών συνθηκών, των δυσκολιών, της υποδομής, των άλλων ανταγωνιστικών χρήσεων του νερού, τη μελέτη των γεωλογικών συνθηκών καθώς και τον καθορισμό της ζήτησης ηλεκτρικού ρευματος στην περιοχή.

2. Συλλογή και αξιολόγηση των υπαρχόντων υδρολογικών στοιχείων και χάραξητης καμπύλης διάρκειας παροχής.

3. Έρευνα αγοράς και διαθεσιμότητας. Εξετάζεται το κόστος του υδροστροβίλου, της γεννήτριας, του ελεγκτή της γεννήτριας και των σωλήνων της εγκατάστασης, αφού αυτά θα αποτελέσουν τα πιο ακριβά της στοιχεία.

4. Υπολογισμός της παραγόμενης ισχύος. Ανάλογα με τους δυνατούς συνδυασμούς των υδραυλικών υψών και παροχών, που είναι δυνατόν να επιτευχθούν, υπολογίζεται η παραγόμενη ηλεκτρική ισχύς της εγκατάστασης και κρίνεται αν είναι επαρκής ή όχι για τη λειτουργία μιας υδροηλεκτρικής εγκατάστασης.Η ισχύς της εγκατάστασης υπολογίζεται από τον ακόλουθο τύπο: P = nxρxgxQxH Όπου: P: η παραγόμενη ηλεκτρική ισχύς λειτουργίας (kW). n: ο ολικός βαθμός απόδοσης της εγκατάστασης. ρ: η πυκνότητα του νερού (≈1000 kg/m³). g: η επιτάχυνση της βαρύτητας (≈9.81 m/s²). Q: η διερχόμενη εκ του στροβίλου παροχή (m³/s). H: το διαθέσιμο ύψος πτώσης (m). Ο υπολογισμός με τον παραπάνω τύπο γίνεται προσεγγιστικά. Θεωρείται, δηλαδή, ένας συνολικός βαθμός απόδοσης για την εγκατάσταση (μια τιμή μέσα στο εύρος 55 – 75% είναι αρκετά κοντά στην πραγματικότητα), και στη συνέχεια, με γνωστές τις τιμές της παροχής και του ύψους, υπολογίζεται η παραγόμενη ηλεκτρική ισχύς. Oσυνολικός βαθμός απόδοσης της εγκατάστασης εξαρτάται από τους βαθμούς απόδοσης των επιμέρους στοιχείων που την απαρτίζουν και ο οποίος υπολογίζεται ως εξής: n = n_{υδροστροβίλου}x n_{γεννήτριας} x n_{μετασχηματιστή} Oβαθμός απόδοσης του υδροστροβίλου, αποτελείται και αυτός από επιμέρους βαθμούς απόδοσης και προκύπτει από την εξής σχέση: n_{υδροστροβίλου} = n_{μηχανικός} x n_{υδραυλικός}x n_{ογκομετρικός} Τα δεδομένα που συνήθως είναι διαθέσιμα κατά τους υπολογισμούς, είναι ο ονομαστικός βαθμός απόδοσης του υδροστροβίλου και η ονομαστική απόδοση της γεννήτριας και του μετασχηματιστή. Συνεπώς μπορεί να υπολογιστεί ο ολικός ονομαστικός βαθμός απόδοσης της εγκατάστασης.

5. Υπολογισμός απαιτήσεων εγκατάστασης. Στο στάδιο αυτό υπολογίζεται η ελάχιστη ηλεκτρική ισχύς που πρέπει να παράγεται από τη γεννήτρια της εγκατάστασης, ώστε να λειτουργούν στο επιθυμητό επίπεδο όλες οι συσκευές, οι οποίες σχεδιάζεται να συνδεθούν και να τροφοδοτηθούν από αυτή.

6. Υπολογισμός του μεγέθους της γεννήτριαςανάλογα με τις απαιτήσεις της εγκατάστασης και του αναμενόμενου κόστουςτης.

7. Προκαταρκτικός έλεγχος οικονομικής βιωσιμότητας. Ανάλογα με την εκτίμηση της παραγόμενης ισχύος και των απαιτήσεων της εγκατάστασης, επιλέγεται ο βέλτιστος σχεδιασμός και συγκρίνονται τα ετήσια έσοδα με το κόστος του κεφαλαίου της επένδυσης.

8. Επιλογή του κατάλληλου συνδυασμού (ή συνδυασμών) των τιμών παροχής και υδραυλικού ύψους, ώστε να παράγεται η απαιτούμενη ισχύς από το σύστημα υδροστρόβιλου – γεννήτριας και εκτιμήσεις για το βαθμό απόδοσης της εγκατάστασης.

9. Επιλογή τελικής τιμής ισχύος εξόδου. Εκτιμάται το οριστικό μέγεθος της γεννήτριας που θα χρησιμοποιηθεί, βάσει των δεδομένων του υδραυλικού δυναμικού και της παροχής της εγκατάστασης που υπολογίστηκαν με ακρίβεια

10. Σχεδιασμός της εγκατάστασης. Κατασκευάζονται τα σχέδια και ο χάρτης της εγκατάστασης όπου συμπεριλαμβάνονται όλα τα στοιχεία της εγκατάστασης, οι διαστάσεις τους και η διάταξή τους.
11. Έλεγχος του αν κάποιες εναλλακτικές λύσεις στο σχεδιασμό της εγκατάστασης θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε χαμηλότερο κόστος ή σε ευνοϊκότερη λειτουργία.

12. Λεπτομερής υπολογισμός κόστους. Υπολογίζεται αναλυτικά το κόστος κάθε στοιχείου της υδροηλεκτρικής εγκατάστασης και βρίσκεται στη συνέχεια το συνολικό αρχικό της κόστος.

13. Έλεγχος οικονομικής βιωσιμότητας με βάσητη νέα τιμή του κόστους της εγκατάστασης που υπολογίστηκε. Εάν η επένδυση δεν εξακολουθεί να είναι οικονομικά βιώσιμη, πρέπει να αλλαχθούν τα στοιχεία της εγκατάστασης που προκάλεσαν την επιπλέον οικονομική επιβάρυνση με νέα φθηνότερα.

14. Παραγγελία υλικών και γενικά ολόκληρου του απαραίτητου εξοπλισμού για τη λειτουργία του έργου,σύμφωνα με τους υπολογισμούς που έχουν γίνει,και εγκατάσταση τους σύμφωνα με το σχεδιασμό της εγκατάστασης.

15. Εκπαίδευση του προσωπικού που θα αναλάβει την επίβλεψη, συντήρηση και γενικά τη λειτουργία της μονάδας.

16. Θέση σε λειτουργία αφού πρώτα ελεγχθεί η σωστή τοποθέτηση και σύνδεση όλων των επιμέρους στοιχείων.