ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ-ΑΝΤΛΗΣΙΟΤΑΜΙΕΥΣΗ

Abstract

Η παρούσα Διπλωματική Εργασία εξετάζει τις δυνατότητες και τις προοπτικές των υδροηλεκτρικών εγκαταστάσεων, τόσο σε επίπεδο παραγωγής ενέργειας όσο και αποθήκευσης, μέσω της αντλησιοταμίευσης. Συγκεκριμένα, γίνεται αναλυτική περιγραφή των βασικών μερών των υδροηλεκτρικών σταθμών και αναφορά στις τεχνολογικές καινοτομίες, στις περιβαλλοντικές επιπτώσεις και στις κοινωνικοοικονομικές πτυχές που σχετίζονται με τη λειτουργία τους. Σκοπός της εργασίας είναι να αναδείξει τη σημασία των υδροηλεκτρικών έργων και της αντλησιοταμίευσης ως πυλώνες μιας βιώσιμης και ισορροπημένης ενεργειακής πολιτικής, που διασφαλίζει την ενεργειακή αυτάρκεια και μειώνει το περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Η ανάπτυξη του θέματος γίνεται σε πέντε Κεφάλαια. Στο πρώτο Κεφάλαιο αναλύεται ο υδροηλεκτρικός σταθμός ως μια υποδομή εκμετάλλευσης της κινητικής ενέργειας του νερού. Αναφέρονται οι βασικοί παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη για την κατασκευή ενός υδροηλεκτρικού σταθμού καθώς και τα υπολογιστικά ενεργειακά μεγέθη τέτοιων συστημάτων. Έπειτα, παρουσιάζονται οι κύριες κατηγορίες των υδροηλεκτρικών έργων επισημαίνοντας τα χαρακτηριστικά και τις ιδιαιτερότητές τους. Επιπλέον παρατίθενται οφέλη και επιπτώσεις αλλά και μια σύντομη περιγραφή των υδροηλεκτρικών σταθμών της Ελλάδας. Στο δεύτερο Κεφάλαιο περιγράφονται αναλυτικά τα κύρια τμήματα ενός υδροηλεκτρικού σταθμού και οι λειτουργίες τους. Στο τρίτο Κεφάλαιο γίνεται μια ειδικότερη περιγραφή τον υδροστροβίλων και ταξινόμηση αυτών σύμφωνα με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Στη συνέχεια δίνεται έμφαση στους γνωστότερους ευρέως υδροστρόβιλους, στην αποδοτικότητά τους και στις προϋποθέσεις επιλογής κάθε τύπου. Τέλος, αναφέρεται το φαινόμενο της σπηλαίωσης και οι σημαντικές επιπτώσεις του για τους υδροστρόβιλους. Στο τέταρτο Κεφάλαιο τονίζεται η αυξημένη ανάγκη αποθήκευσης ανανεώσιμης ενέργειας για την αξιοποίηση της πλεονάζουσας παραγωγής και τη διατήρηση της σταθερότητος του δικτύου. Συγκεκριμένα, παρουσιάζεται η λειτουργία και τα βασικά μέρη των συστημάτων αντλησοταμίευσης αλλά και η κατηγοριοποίηση αυτών με βάση κάποιους παράγοντες. Επιπλέον, αναλύονται προτερήματα και επιπτώσεις των συγκεκριμένων συστημάτων αλλά και η περίπτωση αντλησιοταμίευσης με θαλασσινό νερό. Ακόμη, δίνεται έμφαση στα συστήματα αντλησοταμίευσης της Ελλάδας αλλά και τις προοπτικές εξέλιξής τους. Στο πέμπτο Κεφάλαιο πραγματοποιείται μια πρακτική εφαρμογή μέσω διάφορων παραδειγμάτων που καθένα από αυτά αντίστοιχα ,αφορούν τον υπολογισμό για την κατασκευή μιας καμπύλης διάρκειας παροχής, τον υπολογισμό των λειτουργικών μεγεθών υδροστροβίλου ,τον υπολογισμό ενεργειακών μεγεθών ενός υδροηλεκτρικού σταθμού με κύριο σκοπό την εύρεση της παραγόμενης ενέργειας, και τέλος τον υπολογισμό κάποιων μεγεθών ενός υδροστροβίλου για την επιλογή του καταλληλότερου τύπου. Τα σπουδαιότερα συμπεράσματα που προκύπτουν από την παρούσα εργασία συντείνουν στο ότι οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας και τα συστήματα αντλησιοταμίευσης προσφέρουν μια βιώσιμη λύση για την παραγωγή ενέργειας. Τα υδροηλεκτρικά συστήματα είναι η πιο αξιόπιστη μορφή ανανεώσιμης ενέργειας και ii εξέχουσας σημασίας για το ενεργειακό μείγμα παραγωγής της Ελλάδας. Επιπλέον,η μελέτη τους απαιτεί ενδελεχή ανάλυση των μορφολογικών και υδρολογικών δεδομένων της περιοχής, ενώ η επιλογή κατάλληλου εξοπλισμού είναι κρίσιμη για τη βιωσιμότητα του έργου. Τέλος, η διατομεακή συνεργασία μηχανικών είναι απαραίτητη για την επιτυχή υλοποίηση τέτοιων συστημάτων. ABSTRACT This thesis examines the potential and the prospects of hydroelectric plants, both in terms of energy production and storage, through pumped storage. In particular, a detailed description of the main parts of hydropower plants is given, with reference to the technological innovations, environmental impacts and socio-economic aspects related to their operation. The aim of the paper is to highlight the importance of hydropower and pumped storage as pillars of a sustainable and balanced energy policy, ensuring energy self-sufficiency and reducing the environmental footprint. The topic is developed in five chapters. The first chapter analyses the hydropower plant as an infrastructure for harnessing the kinetic energy of water. The main factors to be considered for the construction of a hydropower plant are mentioned as well as the calculated energy quantities of such systems. Then, the main categories of hydropower projects are presented, highlighting their characteristics and peculiarities. In addition, benefits and impacts as well as a brief description of hydropower plants in Greece are presented. The second chapter describes in detail the main parts of a hydropower plant and their functions. In the third chapter a more specific description of the hydro turbines and their classification according to specific characteristics is given. The emphasis is then placed on the most widely known hydro turbines, their efficiency and the conditions for selecting each type. Finally, the phenomenon of cavitation and its important implications for hydro turbines are mentioned. The fourth chapter highlights the increasing need for renewable energy storage to make use of surplus generation and maintain grid stability. In particular, the operation and the main parts of pumped storage systems are presented and their categorization based on some factors. In addition, the advantages and implications of these systems and the case of pumped storage with seawater are analysed. Furthermore, emphasis is given to the pumped storage systems in Greece and their development prospects. In the fifth chapter, a practical application is carried out through various examples, each of which respectively ,concern the calculation for the construction of a flow duration curve, the calculation of the operational sizes of a hydro turbine , the calculation of energy sizes of a hydroelectric power plant with the main purpose of finding the energy produced, and finally the calculation of some sizes of a hydro turbine for the selection of the most suitable type. The main conclusions drawn from this paper are that hydropower plants and pumped storage systems offer a viable solution for energy production. Hydropower systems are the most reliable form of renewable energy and of outstanding importance for the energy production mix of Greece. Moreover, their study requires a thorough analysis of the morphological and hydrological data of the region, while the selection of appropriate equipment is crucial for the sustainability of the project. Finally, cross sectoral engineering cooperation is essential for the successful implementation of such systems.