ηλεκτροπαραγωγός σταθμός

Εγκατάσταση που προορίζεται για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ύστερα από τον μετασχηματισμό άλλων μορφών ενέργειας που υπάρχουν στη φύση. Για να παραχθεί ηλεκτρική ενέργεια, πρέπει να περιστραφεί με ορισμένη ταχύτητα μια ηλεκτρική γεννήτρια που μπορεί να είναι ένας εναλλάκτης (αν πρόκειται για εναλλασσόμενο ρεύμα) ή μια δυναμοηλεκτρική μηχανή, αν πρόκειται για συνεχές ρεύμα. To σύνολο σχεδόν της ηλεκτρικής ενέργειας παράγεται σε εναλλασσόμενο ρεύμα και γι’ αυτό πρέπει να έχουμε υπόψη μας τον εναλλάκτη. Για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια, η μηχανή αυτή πρέπει να δέχεται μηχανική ενέργεια, που της παρέχεται από έναν κινητήρα που συνδέεται με τον άξονά της, με μια κατάλληλη μετάδοση κίνησης. O κινητήρας αυτός για να λειτουργεί και να διανέμει τη μηχανική ενέργεια που πρέπει να μεταδοθεί στον εναλλάκτη, πρέπει με τη σειρά του να δέχεται ενέργεια με άλλη μορφή. Χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι κινητήρων, που διαφέρουν μεταξύ τους ακριβώς κατά τον τύπο κατά τον οποίο μετατρέπουν την ενέργεια. Οι κυριότεροι κινητήρες είναι οι στρόβιλοι, οι οποίοι διακρίνονται σε: υδροστρόβιλους, των οποίων όργανα με κατάλληλη κατατομή (πτερύγια) δέχονται την ώθηση μιας μάζας νερού που πέφτει και μετασχηματίζουν έτσι την κινητική ενέργεια της μάζας του νερού σε μηχανική ενέργεια· ατμοστρόβιλους, που διαθέτουν έναν ή περισσότερους τροχούς (στροφείς) με πτερύγια, οι οποίοι κινούνται από τη δύναμη που ασκεί ο ατμός υψηλής πίεσης κατά την εκτόνωσή του· αεροστρόβιλους, οι οποίοι ως προς την κατασκευή τους μοιάζουν πολύ με τους ατμοστρόβιλους. Οι στροφείς των αεροστρόβιλων, κινούνται όμως από την ώθηση της εκτόνωσης αερίων που παράγονται από τις εκρήξεις ενός μείγματος αέρα και καυσίμων (βενζίνες, μεθάνιο κλπ.). Χρησιμοποιούνται επίσης κινητήρες εσωτερικής καύσης (ντίζελ) οι οποίοι παίρνουν τη μηχανική ενέργεια από την εναλλασσόμενη έκρηξη στους διάφορους κυλίνδρους μείγματα αέρα-βενζίνης. Ανάλογα ακριβώς με τον τύπο του κινητήρα που κινεί τους εναλλάκτες των η.σ., οι σταθμοί διαιρούνται σε δύο βασικές κατηγορίες: υδροηλεκτρικοί σταθμοί που κινούνται από υδροστρόβιλους· θερμοηλεκτρικοί σταθμοί που κινούνται από θερμικούς κινητήρες – είτε αυτοί είναι κινητήρες ντίζελ είτε ατμοστρόβιλοι ή αεροστρόβιλοι. Η υδραυλική ενέργεια των υδατοπτώσεων επιτυγχάνεται με τη συνεχή πτώση, μέσα από ειδικές κατασκευές, μιας μάζας νερού από ένα oρισμένο ύψος πάνω στον στροφέα του στροβίλου. Στις ορεινές περιοχές κατασκευάζεται ένα φράγμα που επιτρέπει τη συγκέντρωση των υδάτινων ρευμάτων της περιοχής σε μια μικρή λίμνη. Με τα τεχνικά αυτά έργα συγκεντρώνεται το νερό σε περιόδους τήξης του χιονιού, μεγάλης βροχόπτωσης ή μειωμένης κατανάλωσης, για να χρησιμοποιηθεί κατά τις άλλες χρονικές περιόδους. Υδροηλεκτρικοί σταθμοί, που σε αυτή την περίπτωση διακρίνονται σε σταθμούς μεγάλου και μέσου ύψους πτώσης ανάλογα με το μέγεθος της διαφοράς στάθμης, μπορούν να είναι εξωτερικοί και τοποθετημένοι στη βάση του φράγματος ή να βρίσκονται ακόμα και σε σημαντικές αποστάσεις –το νερό τότε φτάνει στον σταθμό υπό πίεση με σωληνώσεις– ή εσωτερικοί, σκαμμένοι μέσα στο ίδιο το φράγμα ή σε ένα τεχνητό σπήλαιο. Στην πεδιάδα, αντίθετα, οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί τροφοδοτούνται από διώρυγες (που δημιουργούνται από τα ποτάμια με φράγματα), οι οποίες έχουν ροή με μικρό ύψος πτώσης, αλλά με σημαντικές μάζες νερού. Δεν προβλέπεται υδραυλικό απόθεμα και το νερό που περισσεύει δεν χρησιμοποιείται. Οι σταθμοί αυτοί λέγονται μικρού ύψους πτώσης. Οι ατμοστρόβιλοι των θερμοηλεκτρικών σταθμών δέχονται τον ατμό υπό υψηλή πίεση (έως 150-200 ατμ.) από τους λέβητες, όπου παράγεται ο ατμός ύστερα από τη θέρμανση του νερού με καύση άνθρακα, πετρελαίου, μεθανίου κλπ. (κλασικοί θερμοηλεκτρικοί σταθμοί) ή από τη θερμική ενέρΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣγεια των πυρηνικών αντιδράσεων (θερμοπυρηνικοί σταθμοί). Οι ατμοστρόβιλοι σε ορισμένες περιπτώσεις τροφοδοτούνται από φυσικά αέρια που βγαίνουν από το έδαφος και οδηγούνται με σωληναγωγούς σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς (που σε αυτήν την περίπτωση ονομάζονται ακριβέστερα γεωθερμοηλεκτρικοί) που έχουν κατασκευαστεί σε μικρές αποστάσεις από το σημείο εξόδου του αερίου. Σε μερικές περιοχές που προσβάλλονται από συνεχείς ανέμους, οι εναλλάκτες των μικρών η.σ. συνδέονται με αεροκινητήρες. Σε μερικές περιπτώσεις γίνεται εκμετάλλευση της σημαντικής διαφοράς στάθμης των παλιρροιών και σήμερα μελετάται σε πειραματικές εγκαταστάσεις η χρήση με ικανοποιητική απόδοση της ηλιακής ενέργειας. Κάθε η.σ. είναι εφοδιασμένος με μία ή περισσότερες ομάδες γεννητριών, των οποίων ο αριθμός και η ισχύς καθορίζονται κατά τη φάση της μελέτης ανάλογα με τις συγκεκριμένες περιπτώσεις του κόστους εγκατάστασης και της απόδοσης σε σχέση με τα χαρακτηριστικά των πηγών ενέργειας και των καταναλωτών που θα τροφοδοτηθούν. Η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από τους εναλλάκτες και έχει μια τάση η οποία για λόγους κατασκευής της μηχανής δεν υπερβαίνει συνήθως τα 20.000 V. Αντίθετα, για να μειωθούν οι απώλειες η μεταφορά αυτής της ενέργειας πρέπει να πραγματοποιείται με τόσο υψηλότερη τάση όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος της γραμμής μεταφοράς (πράγματι, για γραμμές σύνδεσης μεταξύ περιοχών που απέχουν πολύ μεταξύ τους, η τάση μπορεί να φτάσει τα 400.000 V). Είναι συνεπώς αναγκαίο να υψωθεί η τάση της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται, και γι’ αυτό τον σκοπό στους η.σ. κατασκευάζονται υποσταθμοί, οι οποίοι με στατικές ηλεκτρικές μηχανές (που ονομάζονται μετασχηματιστές) πραγματοποιούν τη μετατροπή πριν εισαχθεί η ενέργεια στους ζυγούς. Στον τόπο κατανάλωσης της ενέργειας άλλοι όμοιοι υποσταθμοί προς τους προηγούμενους πραγματοποιούν ύστερα την αντίστροφη μετατροπή, μειώνοντας την τάση της ηλεκτρικής ενέργειας, από την τάση μεταφοράς (υψηλή τάση) στην τάση κατανάλωσης (χαμηλή τάση). Οι μηχανές των η.σ. και των υποσταθμών απαιτούν συνεχή έλεγχο και τη δυνατότητα κεραυνοβόλου επέμβασης, με κατάλληλους χειρισμούς σε περίπτωση κινδύνου ή για να μεταβληθούν τα χαρακτηριστικά λειτουργίας σε σχέση προς τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας. Για τον λόγο αυτό κάθε εγκατάσταση είναι εφοδιασμένη με μηχανικές και ηλεκτρικές συσκευές για τον χειρισμό και τον έλεγχο των οργάνων, για παράδειγμα παροχή μεγαλύτερης ή μικρότερης ποσότητας νερού στους υδροστροβίλους, κατάλληλος προσανατολισμός των κινητών πτερυγίων τους, έλεγχος του αριθμού των στροφών, διατάξεις προειδοποίησης σε περίπτωση υπερβολικής θέρμανσης των εδράνων, ανιχνευτές επιβλαβών ταλαντώσεων, διακόπτες χειρισμού ηλεκτρικών κυκλωμάτων, όργανα διακοπής (όταν η λειτουργία γίνεται επικίνδυνα ανώμαλη), έλεγχοι των χαρακτηριστικών της καύσης στους λέβητες, όργανα ενδείξεων και καταγραφής των παραμέτρων της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται και μετασχηματίζεται για τη μεταφορά, συστήματα τηλεπικοινωνιών με άλλους ηλεκτροπαραγωγούς σταθμούς, με τα συνδεμένα έργα και τα κέντρα διακλάδωσης της ηλεκτρικής ενέργειας. Τα όργανα, οι συσκευές και οι σηματοδότες είναι συγκεντρωμένα στην αίθουσα πινάκων χειρισμού, όπου υπάρχει το κατάλληλο προσωπικό που επιβλέπει τη λειτουργία του σταθμού και εκτελεί τους αναγκαίους χειρισμούς. Οι σύγχρονοι σταθμοί έχουν ανάγκη από περιορισμένο προσωπικό, γιατί το μεγαλύτερο μέρος των ελέγχων και των επεμβάσεων σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης πραγματοποιούνται αυτόματα με τη χρήση ευαίσθητων στοιχείων κατάλληλα τοποθετημένων, τα οποία με τη βοήθεια σερβομηχανισμών προκαλούν τους χειρισμούς και τις σηματοδοτήσεις που είναι αναγκαίες κατά τη διάρκεια της λειτουργίας. Υπάρχουν επίσης παραδείγματα η.σ. τελείως αυτομάτων, χωρίς επίβλεψη, στους οποίους γίνονται μόνο περιοδικοί έλεγχοι και συντήρηση. Η συνεχώς μεγαλύτερη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας έχει καθορίσει και καθορίζει μέχρι σήμερα την αριθμητική αύξηση των η.σ. Το πρώτο βήμα του σχεδιαστή παραγωγής με την έννοια αυτή είναι η επιλογή του τόπου κατασκευής του νέου έργου και τα κυριότερα χαρακτηριστικά του συγκροτήματος. Γι’ αυτό τον σκοπό πρέπει να εξεταστούν κατά βάθος ποιες είναι οι ανάγκες και οι προοπτικές της κατανάλωσης και επίσης ποιες είναι οι τοπικές δυνατότητες εκμετάλλευσης των φυσικών υδάτινων πόρων και του εφοδιασμού σε καύσιμα. Οι διάφοροι υπολογισμοί, στους οποίους οδηγούν αυτές οι έρευνες όταν εκφράζονται κατάλληλα σε αριθμούς και συγκρίνονται ο ένας με τον άλλο, κατευθύνουν προς τη λύση η οποία είναι κάθε φορά τεχνικά και οικονομικά ευνοϊκότερη. Σε ορισμένες περιπτώσεις, για παράδειγμα, μπορεί να είναι προτιμότερο να κατασκευάσουμε υδροηλεκτρικούς σταθμούς μεγάλου ύψους πτώσης σε ορεινές περιοχές και να τροφοδοτήσουμε με γραμμές μεταφοράς υψηλής τάσης τα μακρινά κέντρα κατανάλωσης. Σε άλλες περιπτώσεις μπορεί να είναι προτιμότερη η ίδρυση ενός βιομηχανικού συγκροτήματος, το οποίο θα απορροφά μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας κοντά στον η.σ. Υπάρχει ακόμα και η περίπτωση να είναι καταφανώς πιο συμφέρουσα η κατασκευή ενός θερμοηλεκτρικού σταθμού, ο οποίος εκτός από την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε μια καθορισμένη βιομηχανία θα παρέχει ακόμα και σε ιδιαίτερα τμήματα μεταποίησης (για παράδειγμα, οι χαρτοποιίες) και σε εγκαταστάσεις τηλεθέρμανσης κατοικιών ατμό χαμηλής πίεσης, o οποίος διακλαδίζεται από τις εκκενώσεις των στροβίλων που περιστρέφουν τους εναλλάκτες. Αυτές οι εγκαταστάσεις λέγονται εγκαταστάσεις ανάκτησης. Σε γενικές γραμμές, οι περιοχές που διαθέτουν σημαντικά υδραυλικά αποθέματα έχουν συμφέρον να τα εκμεταλλευτούν ολοκληρωτικά, γιατί όταν εκτελεστούν υδροτεχνικά έργα μεγάλου κόστους (φράγματα, αγωγοί υπό πίεση, διακλαδώσεις, διώρυγες κλπ.) το νερό ρέει φυσικά και παραμένουν μόνο οι δαπάνες λειτουργίας και απόσβεσης. Ακόμα και σε αυτές τις ζώνες είναι όμως αναγκαία η ολοκλήρωση με θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, είτε για να καλυφθούν οι περίοδοι μικρής βροχόπτωσης, είτε για να αντιμετωπιστούν οι απρόβλεπτες ζητήσεις ηλεκτρικής ενέργειας. Πράγματι, οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί επηρεάζονται άμεσα από τις ατμοσφαιρικές και τοπικές συνθήκες (αν και η επίδραση αυτή μειώνεται από το απόθεμα νερούπου δημιουργείται στις τεχνητές λίμνες), ενώ οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί –και ειδικά οι σταθμοί με αεροστρόβιλους– μπορούν να αρχίσουν να λειτουργούν γρήγορα και να έχουν εξασφαλισμένη την τροφοδοσία τους σε καύσιμα, τα οποία μπορούν να εναποθηκευτούν εύκολα. Οι χώρες που το έδαφός τους είναι βασικά ορεινό, παράγουν το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρικής τους ενέργειας (μέχρι και 80% των αναγκών τους) με υδροηλεκτρικούς σταθμούς (π.χ. Ιταλία, Αυστρία, Νορβηγία, Ελβετία), ενώ οι χώρες που είναι φτωχές σε υδάτινα ρεύματα και αντίθετα πλούσιες σε καύσιμα (Γερμανία, Μεγάλη Βρετανία, Πολωνία, Βέλγιο) διαθέτουν κυρίως θερμοηλεκτρικούς σταθμούς. Χρησιμοποιούνται εξάλλου ιδιαίτερες διατάξεις για να είναι όσο το δυνατό σταθερή η διανομή των σταθμών και συνεπώς να μειώνεται το κόστος της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας: παραδείγματος χάριν οι υδατοδεξαμενές εναποθήκευσης που ήδη αναφέραμε, οι μεγάλες γραμμές σύζευξης για τη μετάδοση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας από έναν τόπο σε άλλο, οι εγκαταστάσεις άντλησης για πλήρωση ορισμένων λεκανών, με την εκμετάλλευση περισσεύματος ενέργειας σε ορισμένες ώρες της ημέρας κλπ. Στην Ελλάδα περίπου το 80% της ηλεκτρικής ενέργειας παράγεται σε θερμικούς σταθμούς (λιγνιτικούς, πετρελαϊκούς, φυσικού αερίου), το 15% σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς, ενώ το υπόλοιπο ποσοστό προέρχεται από άλλες πηγές (αιολικά πάρκα, φωτοβολταϊκά, γεωθερμία κλπ.). Άποψη από την αίθουσα εναλλακτών του υπόγειου υδροηλεκτρικού σταθμού του Ροζελάν στο Ιζέρ της Γαλλίας. Ο θερμοηλεκτρικός σταθμός της ΔΕΗ στην Πτολεμαϊδα (φωτ. ΑΠΕ). Τα φράγματα των ποταμών είναι απαραίτητα για τη λειτουργία των υδροηλεκτρικών σταθμών (φωτ. ΑΠΕ).