ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Η υδροηλεκτρική ενέργεια θεωρείται ανανεώσιμη ενεργειακή πηγή. Αυτό σημαίνει ότι όσο υπάρχει βροχή με ποικιλόμορφους καιρικούς σχηματισμούς, η υδροηλεκτρική ενέργεια θα εξακολουθεί να υφίσταται. Συστήματα υδροηλεκτρικής ενέργειας υπάρ­χουν εδώ και πολλά χρόνια. Στην πραγματικότητα, τα υδροηλεκτρικά φράγματα παρέχουν ηλεκτρική ενεργεία εδώ και 60 χρονιά περίπου. Στο σχήμα 1 φαίνεται ένα χαρακτηριστικό υδροηλεκτρικό φράγμα σε λειτουργία.
Η υδροηλεκτρική ενέργεια ορίζεται ως η εκμετάλλευση της ροής του νερού με τη βοήθεια ενός φράγματος, για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Συνήθως το νερό χρησιμοποιείται για την περιστροφή ενός στροβίλου. Ο στρόβιλος περιστρέφει μια γεννή­τρια και έτσι παράγεται ηλεκτρισμός. Περίπου 4-5% της συνολικής ενέργειας που παρέχεται στην κοινω­νία μας προέρχεται από υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Η ποσότητα αυτή έχει αυξηθεί ελάχιστα τα τελευταία χρόνια. Οι περισσότερες από τις ενδεικνυόμε­νες περιοχές έχουν αξιοποιηθεί και ήδη φράγματα και υδροηλεκτρικά εργοστάσια βρίσκονται σε λειτουργία. Μόνο τα τελευταία χρόνια κατασκευάζονται μικρότερα φράγματα ή ανακαινίζονται υπάρχοντα για βελτίωση της λειτουργίας και της αποδόσεως.

Υδροηλεκτρικά φράγματα και υπόδειγμα συστήματος


Όπως και όλες οι άλλες τεχνολογίες που αναπτύχθηκαν, ένα υδροηλεκτρικό φράγμα μπορεί επίσης να μελετηθεί σε σχέση με το υπόδειγμα συστήματος της τεχνολογίας. "Είσοδος" ή στόχος ενός υδροηλε­κτρικού φράγματος είναι η μετατροπή της πτώσεως του νερού σε ηλεκτρισμό. Οι "διαδικασίες" (το πραγ­ματικό εργοστάσιο) απαιτούν διάφορα υλικά, εργα­λεία, μηχανήματα, ανθρώπους, κεφάλαιο κλπ. για την επεξεργασία της ενέργειας. Η "έξοδος" είναι ο ηλεκτρισμός που παράγεται από τις γεννήτριες. Η "ανάδραση" περιλαμβάνει τους ελέγχους για τις πύλες του νερού, τη γεννήτρια και τους ελέγχους της ταχύτητας του στροβίλου. Οι "επιπτώσεις" είναι το χαμηλό κόστος του ηλεκτρισμού, η αδυναμία εκμε­ταλλεύσεως της γης εξαιτίας της τεχνητής λίμνης που δημιουργεί το φράγμα, καθώς και η αυξημένη χρήση του νερού για αναψυχή.

Μέγεθος του φράγματος


Τα υδροηλεκτρικά φράγματα δουλεύουν με βάση ορισμένες πολύ απλές αρχές. Το αποστραγγιζόμενο νερό με φυσικό τρόπο συγκρατείται σε μια τεχνητή λίμνη. Καθώς το νερό πέφτει μέσα από ένα φράγμα σε αυτήν, η δύναμη της βαρύτητας του νερού προκα­λεί την περιστροφή διαφόρων ειδών στροβίλων. Εί­ναι σημαντικό το νερό να πέφτει από μία προκαθορι­σμένη απόσταση. Αυτή η απόσταση, που ονομάζεται ύφος, καθορίζει τη δυνατότητα εκμεταλλεύσεως του φράγματος. Στο σχήμα 2 συγκρίνονται φράγματα με μεγάλο και μικρό ύψος.

ΣΥΣΧΕΤΙΣΜΟΣ


Η ενέργεια παράγεται από ένα υδροηλεκτρικό φράγμα εξαιτίας των βαρυτητικών δυνάμεων. Η ποσότητα ενέργειας του νερού που πέφτει εξαι­τίας βαρυτητικών δυνάμεων εξαρτάται από δύο παράγοντες. Πρώτον, όσο μεγαλύτερη είναι η μά­ζα (περισσότερο νερό), τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα ενέργειας. Δεύτερον, όσο γρηγορότερα πέφτει το νερό (ταχύτητα), τόσο περισσότερη εί­ναι η ενέργεια. Τα υδροηλεκτρικά φράγματα σχε­διάζονται και κατασκευάζονται έτσι, ώστε να εκμε­ταλλεύονται στο έπακρον τόσο τη μάζα όσο και την ταχύτητα του υδάτινου όγκου.
Όσο μεγαλύτερο είναι το ύψος, τόσο περισσότερη είναι η διαθέσιμη ενέργεια. Όσο μικρότερο είναι το ύψος, τόσο λιγότερη είναι η διαθέσιμη ενέργεια. Στις αρχές της δεκαετίας του 70 η τιμή των καυσίμων ήταν τόσο χαμηλή, που κατασκευάζονταν μονό φράγματα με ύψη πάνω από 50 πόδια. Σήμερα όμως κατασκευάζονται πολλά υδροηλεκτρικά φράγματα με μικρότερα ύψη. Η τιμή άλλων καυσίμων έχει αυξη­θεί σε τέτοιο σημείο, που τα φράγματα χαμηλού ύψους και χρησιμοποιούνται και είναι πλέον συμφέ­ρον να κατασκευασθούν και να λειτουργήσουν.

Τμήματα ενός υδροηλεκτρικού φράγματος.

Τα κύρια τμήματα ενός χαρακτηριστικού υδροηλεκτρικού φράγματος φαίνονται στο σχήμα 3.
Το νερό σε μια τεχνητή λίμνη συγκρατείται από ένα φράγμα. Καθώς το νερό περνά από ένα διάφραγμα, συγκρατείται από αυτό κάθε τι άχρηστο. Το νερό τό­τε ρέει μέσα από ολισθαίνουσες θύρες (penstocks). Οι ολισθαίνουσες θύρες (υπάρχουν αρκετές, ανάλο­γα με το μέγεθος του εργοστασίου) κατευθύνουν το νερό στο σημείο όπου είναι ο στρόβιλος Εκεί το νε­ρό περιστρέφει το στρόβιλο και έτσι η γεννήτρια παράγει ηλεκτρισμό.

Υδροηλεκτρικός στρόβιλος


Ο στρόβιλος σε ένα υδροηλεκτρικό εργοστάσιο ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της πτώσεως του νερού σε δυνάμεις περιστροφής (ροπή), οι οποίες περιστρέφουν μια γεννήτρια. Στρόβιλοι κατασκευάζονται με διάφορες τεχνικές και σε διαφόρους τύπους.

ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ



Μια από τις παλαιότερες μεθόδους χρησιμοποιήσεως ανανεώσιμης πηγής ενέργειας, είναι ο υδροτροχός. Σήμερα, όταν ομιλούμε περί εκμεταλλεύσεως της ενέργειας του νερού, εννοού­με κυρίως την παραγωγή ηλεκτρισμού.
Υπάρχουν πολλές μορφές ενέργειας που έχουν σχέση με το νερό:
• Υδροηλεκτρική ισχύς, που παράγεται από νερό που πέφτει.
• Παλιρροϊκή ισχύς ,που παράγεται από παλίρροιες, οι οποίες σημειώνονται λόγω της βαρυτικής έλξεως της σελήνης και του ηλίου (συζητήθηκε προηγουμένως).
• Ισχύς από κύματα, που προκαλούνται από την κίνηση νερού προς τις ακτές λόγω του ανέμου.
Σήμερα, σχεδόν όλη η ισχύς που λαμβάνεται από το νερό, μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια σε εργοστά­σια ηλεκτροπαραγωγής, που βρίσκονται σε καταρρά­κτες ή φράγματα. Η συνήθης μέθοδος είναι η κατα­σκευή φραγμάτων σε ποτάμια, όπου η μορφολογία του εδάφους βοηθά για τη δημιουργία μιας φυσικής αποθήκης.

ΠΟΣΟΣΤΟ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Περίπου το 16% όλης της ηλεκτρικής ισχύος που κα­ταναλώνεται στις ΗΠΑ προέρχεται από υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις.
Αυτό είναι μόνο το 30% αυτού που θα ήταν αν ανα­πτύσσονταν όλες οι προσφερόμενες δυνατότητες. Πι­στεύεται ότι η υδροηλεκτρική παραγωγή μπορεί με το χρόνο να διπλασιασθεί.

ΠΩΣ ΣΧΕΔΙΑΖΟΝΤΑΙ ΤΑ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΑ


Τα υδροηλεκτρικά εργοστάσια απαιτούν υψόμετρο (ύψος στάθμης νερού) τουλάχιστον 6 m. Ως υψόμετρο ορίζουμε την απόσταση μεταξύ Γης στάθμης του νερού και του σημείου, όπου βρίσκεται ο υδροστρόβιλος. Πολ­λά χαμηλού υψομέτρου φράγματα έχουν υψόμετρο όχι μεγαλύτερο από 30 m. Υπάρχουν ψηλά φράγματα, όπου το υψόμετρο είναι 30 m με 300 m (σχ. 4 και σχ. 5)
Η αποθήκευση του νερού είναι ένα άλλο σημαντικό στοιχείο στο σχεδιασμό. Η ποσότητα του νερού, που χρειάζεται να αποθηκευθεί εξαρτάται από τις ανάγκες σε ηλεκτρική ισχύ στο σταθμό ηλεκτροπαραγωγής. Οι ανάγκες αυτές δεν είναι πάντοτε οι ίδιες, Ο ηλεκτρικός φόρτος είναι μεγαλύτερος την ημέρα και σταδιακά μειώ­νεται το απόγευμα, φθάνοντας στο κατώτατο σημείο τη νύκτα. Η χρήση ηλεκτρικής ισχύος είναι επίσης μεγαλύ­τερη κατά τον Ιούνιο, Ιούλιο και Αύγουστο.
Το νερό πρέπει να αποθηκεύεται και να ελευθερώνε­ται σύμφωνα με τις ανάγκες για ηλεκτρική ενέργεια. Όταν οι ανάγκες είναι μεγάλες, ανοίγονται περισσότερο οι θύρες του φράγματος, για να επιτρέψουν σε περισσότε­ρο νερό να περάσει από τον υδροστρόβιλο. Ως αποτέλε­σμα έχομε την παραγωγή περισσότερης ισχύος.

ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ




Σχ,4 Τύποι φραγμάτων. Α - Στα φράγματα τύπου Embankment χρησιμοποιείται χώμα ή βράχοι. Είναι τα απλούστερα και τα φθηνότερα. Β - Τα φράγματα από σκυρόδεμα είναι μεγάλα και ακριβά. Συνήθως κατασκευάζονται σε πλατιές κοιλάδες. Γ - Τα τοξοειδή φράγματα έχουν λεπτό τοίχωμα και είναι κυρτά προς την πλευρά της λίμνης. Δυνάμεις από αποθηκευμένο νερό ασκούνται στο τοίχωμα και στον πυθμένα της δεξαμενής του φράγματος

Το σχήμα 6 είναι ένα απλό διάγραμμα υδροηλεκτρικού εργοστασίου. Το νερό ρέει από το φράγμα από ένα μεγάλο αγωγό (penstock). Στο κάτω μέρος του αγωγού το νερό που κινείται με μεγάλη ταχύτητα κινεί έναν υδροστρόβιλο αντιδράσεως ή έναν υδροστρόβιλο δράσεως.
Οι υδροστρόβιλοι αντιδράσεως λειτουργούν καλά σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς με χαμηλό υψόμετρο.

ΔΥΣΚΟΛΙΕΣ

Υπάρχουν πολλοί λόγοι, για τους οποίους δεν έχουν κατασκευασθεί περισσότερα υδροηλεκτρικά εργοστάσια:
• Το μεγάλο κόστος κατασκευής φραγμάτων, που αποτελούν την αποθήκη του νερού.
• Πρέπει συχνά να γίνονται επεμβάσεις σε εθνικούς δρόμους, σιδηροτροχιές, γραμμές μεταφοράς ηλεκτρισμού, μάλιστα χρειάζεται να μετακινηθούν πόλεις ή χωριά.
• Απαιτεί πολύ χρόνο και χρήμα ο σχεδιασμός και η κατασκευή του εξοπλισμού των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής (υδροστρόβιλοι, γεννήτριες κλπ.).
• Αγροτικές περιοχές, που σκεπάζονται από νερά του φράγματος είναι αυτονόητο ότι δεν μπορούν πλέον να καλλιεργηθούν.
• Συχνά, ειδικές ομάδες αντιτίθενται στην καταστροφή άλλων φυσικών χώρων και άγριας φύσης, η οποία θα προκληθεί από την κατασκευή φραγμάτων σε ποταμούς.

[Πρέπει να είστε εγγεγραμμένοι και συνδεδεμένοι για να δείτε αυτή την εικόνα.]

Φράγμα υδροηλεκτρικού σταθμού[Πρέπει να είστε εγγεγραμμένοι και συνδεδεμένοι για να δείτε αυτή την εικόνα.]