Υδροηλεκτρικό εργοστάσιο

Διάγραμμα υδροηλεκτρικού εργοστασίου. Α: Ταμιευτήρας Ε: Υδατοφράκτης F: Υδαταγωγός C: Τουρμπίνα D: Γεννήτρια Β: Εγκατάσταση παραγωγής ισχύος G: Γραμμή μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας Η: Συνέχεια ροής ποταμού

Υδροηλεκτρικά εργοστάσια ονομάζονται οι εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με την εκμετάλλευση της δυναμικής ενέργειας του νερού (π.χ ενός ποταμού, μιας λίμνης κτλ.). Δεδομένου ότι παράγουν ενέργεια χωρίς να καταναλώνουν φυσικούς πόρους, θεωρούνται ως τρόποι παραγωγής ενέργειας από ανακυκλώσιμες πηγές.

Τα μέρη ενός υδροηλεκτρικού εργοστασίου

Το υδροηλεκτρικό εργοστάσιο αποτελείται από τα εξής τμήματα:

• Αρχικά κατασκευάζεται ένα φράγμα, το οποίο συγκρατεί το νερό σε μια τεχνητή λίμνη (ταμιευτήρα). Το νερό αυτό πρέπει να μπορεί να ρέει προς τα κάτω, γι' αυτό τα φράγματα κατασκευάζονται σε σημεία με σχετικά απότομες κλίσεις της κοίτης των ποταμών. Με τη ροή αυτή η δυναμική ενέργεια του νερού του ταμιευτήρα μετατρέπεται σε κινητική.
• Στο κάτω μέρος του φράγματος τοποθετούνται υδατοφράκτες. Με τη βοήθειά τους ρυθμίζεται η ποσότητα ροής του νερού από τον ταμιευτήρα προς την τουρμπίνα μέσω του υδαταγωγού.

Α: Γεννήτρια Β: Τουρμπίνα
(1) Στάτορας (2) Ρότορας (3) θυρίδα (4) πτερύγια (5) Είσοδος ρέοντος νερού (6) Άξονας σύνδεσης τουρμπίνας - γεννήτριας

• Τουρμπίνα (ή τουρμπίνες, ανάλογα με το μέγεθος του εργοστασίου): Είναι συσκευές με ειδικά πτερύγια, χάρη στα οποία η κινητική ενέργεια του νερού που ρέει μετατρέπεται σε περιστροφική. Η υψομετρική διαφορά μεταξύ στάθμης του ταμιευτήρα και της θέσης της τουρμπίνας προκαλεί την κίνηση του νερού, το οποίο με τη σειρά του θέτει σε κίνηση την τουρμπίνα.
• Γεννήτρια (γεννήτριες, όπως πιο πάνω): Άμεσα συνδεδεμένη στον άξονα της τουρμπίνας βρίσκεται συνδεδεμένη μια γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος, την οποία θέτει σε κίνηση η τουρμπίνα. Με τον τρόπο αυτό η κινητική ενέργεια του νερού μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα.
• Γραμμές μεταφοράς: Από την εγκατάσταση παραγωγής ισχύος εκκινούν γραμμές μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας προς τους τόπους κατανάλωσής της.

Τύποι υδροηλεκτρικών εργοστασίων

Ανάλογα με το μέγεθος και την παραγόμενη ισχύ, τα υδροηλεκτρικά εργοστάσια διακρίνονται σε:

• Μικρής κλίμακας: Είναι εγκαταστάσεις που, όπως υποδηλώνει το όνομά τους, παράγουν από 1 kW έως 1 MW ισχύος. Η βασική τους χρήση είναι η ηλεκτροδότηση μικρών οικισμών (χωριών, κωμοπόλεων) ή μικρών εργοστασίων δευτερογενούς παραγωγής.
• Μεσαίας κλίμακας: Παράγουν μέχρι 20 MW ισχύος, είναι σχετικά χαμηλού κόστους κατασκευής ενώ είναι ιδιαίτερα αξιόπιστα κατά τη λειτουργία τους. Χρησιμοποιούνται για την ηλεκτροδότηση είτε αστικών περιοχών είτε για τη λειτουργία μεγάλων παραγωγικών μονάδων με πολλές ενεργειακές απαιτήσεις.
• Μεγάλης κλίμακας: Παράγουν περισσότερα από 20 MW ισχύος και απαιτούν την κατασκευή μεγάλων φραγμάτων. Ένα από τα μεγαλύτερα εργοστάσια αυτού του τύπου είναι αυτό που κατασκευάστηκε στο "φράγμα Χούβερ" (Hoover dam) στο Κολοράντο των ΗΠΑ, το οποίο έχει ισχύ 2.000 MW.
• "Επί της κοίτης": Σε αρκετές περιοχές του κόσμου υπάρχουν υδάτινα ρεύματα με ταχεία αλλά και συνεχή ροή καθ' όλη τη διάρκεια του έτους, πράγμα που καθιστά δυνατή την κατασκευή εργοστασίων απευθείας πάνω στην κοίτη του ποταμού, χωρίς να υπάρχει, συνήθως, η ανάγκη κατασκευής φράγματος. Το πλεονέκτημά τους είναι η πολύ μικρή περιβαλλοντική παρέμβαση στις γύρω περιοχές και χωρίς να επηρεάζεται η ροή των υδάτων. Μειονέκτημά τους είναι η παρεμπόδιση της ελεύθερης διακίνησης των υδρόβιων ζώων (ψάρια κτλ).

Πλεονεκτήματα χρήσης

Αν και η αρχή λειτουργίας των υδροηλεκτρικών και των ατμοηλεκτρικών εργοστασίων είναι ακριβώς η ίδια, οι εγκαταστάσεις διαφέρουν ως προς το μέσο περιστροφής της τουρμπίνας: Στα θερμοηλεκτρικά εργοστάσια χρησιμοποιείται ως καύσιμο συνήθως γαιάνθρακας, ο οποίος θερμαίνει νερό μετατρέποντάς το σε ατμό υψηλής πίεσης που κινεί την τουρμπίνα. Αυτός ο τρόπος έχει δύο βασικά μειονεκτήματα: Πρώτον, ο γαιάνθρακας δεν είναι ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και, ανεξάρτητα από την ποσότητά του, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα θα εξαντληθεί (β) Από την καύση του παράγονται πολλά βλαβερά καυσαέρια, τα οποία επιβαρύνουν σημαντικά την ατμόσφαιρα, κυρίως γύρω από την εγκατάσταση, με ό,τι αυτό συνεπάγεται για όλες τις μορφές ζωής της περιοχής, ενώ πρόβλημα δημιουργούν και τα κατάλοιπα της καύσης (στάχτες κτλ.). Οικονομικά είναι, επίσης, πιο δαπανηρά στη συντήρηση.

Αντίθετα, οι υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις στηρίζονται σε ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, την ροή του νερού, η οποία είναι ανανεώσιμη πηγή, στηριζόμενη στον κύκλο του νερού στην Φύση. Δεν παράγουν κανένα απόβλητο, δεν εμφανίζουν εκπομπή κανενός είδους ρύπου και η μόνη περιβαλλοντική επιβάρυνση είναι η κατασκευή του φράγματος και, σε ορισμένες περιπτώσεις, η αδυναμία επικοινωνίας των δύο τμημάτων του ποταμού (που διαχωρίζει το φράγμα) για τις υδρόβιες μορφές ζωής.