Υδροστρόβιλοι και Υδροηλεκτρικά Έργα: Θεωρία, Σχεδιασμός και Εφαρμογές

Βασικές Αρχές Υδραυλικής Ενέργειας και Υδρολογικός Κύκλος

• Ορισμός και λειτουργία υδροστροβίλων:

  • Οι υδροστρόβιλοι είναι υδραυλικές μηχανές που μετατρέπουν την ενέργεια του νερού σε μηχανική ενέργεια, η οποία εκδηλώνεται υπό τη μορφή κινητήριας ροπής στην περιστρεφόμενη άτρακτο μιας πτερωτής (δρομέα).

  • Το εργαζόμενο μέσο είναι αποκλειστικά το νερό, το οποίο διαθέτει δυνητική (γεωδαιτική) ενέργεια λόγω της υψομετρικής του διαφοράς σε σχέση με την επιφάνεια της θάλασσας, ως αποτέλεσμα του παγκόσμιου υδρολογικού κύκλου.

• Μηχανισμός υδρολογικού κύκλου και φυσική υποβάθμιση ενέργειας:

  • Σε μια υδρολογική λεκάνη, ποσότητα νερού προερχόμενη από κατακρημνίσεις (βροχοπτώσεις και τήξη χιονιού) σχηματίζει επιφανειακή απορροή που διοχετεύεται σε υδατορεύματα και ποταμούς, ρέοντας προς χαμηλότερες στάθμες μέχρι να καταλήξει στη θάλασσα.

  • Κατά τη διάρκεια της φυσικής αυτής ροής, η δυνητική ενέργεια του νερού εκφυλίζεται διαρκώς και μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια εξαιτίας:

  • Απωλειών τριβής με την κοίτη και τα πρανή.

  • Τυρβώδους ροής και εσωτερικών στροβιλισμών του ρευστού.

  • Ενεργειακών απωλειών που δαπανώνται για την παραλαβή, έκπλυση και μεταφορά στερεοπαροχής και φερτών υλικών.

• Θεμελιώδης αρχή ενεργειακής μετατροπής:

  • Εάν το νερό μιας φυσικής επιφανειακής ροής δεσμευτεί σε μια αρχική γεωδαιτική στάθμη $z_E$ και εν συνεχεία οδηγηθεί ελεγχόμενα σε μια χαμηλότερη στάθμη εξόδου $z_A$ διερχόμενο μέσα από έναν υδροστρόβιλο, επιτυγχάνεται η μετατροπή της ειδικής δυνητικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια στον άξονα:     $e = g \times (z_E - z_A)$     όπου $e$ είναι η ενέργεια ανά μονάδα μάζας ($J/kg$) και $g$ είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας ($9.81\,m/s^2$).

  • Ο άξονας του στροβίλου είναι απευθείας συζευγμένος με τον άξονα ηλεκτρογεννήτριας, επιτυγχάνοντας τελική μετατροπή της μηχανικής ισχύος σε ηλεκτρική ισχύ.

Δομή και Συνιστώσες ενός Υδροηλεκτρικού Έργου

• Έννοια και παράγοντες υδατόπτωσης:

  • Η δέσμευση της υδραυλικής ενέργειας σε συγκεκριμένο τμήμα της ροής απαιτεί τη δημιουργία τεχνητής υδατόπτωσης (head), η οποία επιτυγχάνεται μέσω:

  • Υπερύψωσης της στάθμης του νερού εντός της κοίτης με την κατασκευή φράγματος.

  • Παροχέτευσης του νερού εκτός της φυσικής κοίτης μέσω κλειστού ή ανοικτού αγωγού μεταφοράς προς περιοχή χαμηλότερου υψομέτρου.

  • Η διαθέσιμη υδραυλική ισχύς καθορίζεται από δύο βασικούς παράγοντες:

  • Την παροχή όγκου $Q$ ($m^3/s$).

  • Το ύψος υδατόπτωσης $H$ ($m$).

  • Και οι δύο παράγοντες εξαρτώνται από τις κλιματολογικές συνθήκες, τη γεωλογική σύσταση, την τοπογραφία και τη χλωρίδα της λεκάνης απορροής.

  • Στη συντριπτική πλειονότητα των ποτάμιων συστημάτων, η παροχή όγκου $Q$ υπόκειται σε πολύ μεγαλύτερες εποχιακές και ετήσιες αυξομειώσεις σε σύγκριση με το ύψος πτώσης $H$.

• Κύρια έργα αποθήκευσης και διαχείρισης νερού:

  • Φράγμα: Τεχνικό έργο ανακοπής της ροής για τη δημιουργία τεχνητής λίμνης (ταμιευτήρα) και ανύψωση της στάθμης.

  • Αγωγός / Σήραγγα εκτροπής: Υπόγειο ή επιφανειακό υδραυλικό έργο παράκαμψης του ποταμού κατά τη φάση κατασκευής του κυρίως φράγματος.

  • Υπερχειλιστές (κύριοι και δευτερεύοντες): Κατασκευές ασφαλούς παροχέτευσης πλημμυρικών παροχών, με ή χωρίς κινητά θυροφράγματα.

  • Αγωγοί εκκένωσης ταμιευτήρα (εκκενωτές πυθμένα): Συστήματα πλήρους ή μερικής αποστράγγισης για λόγους ασφαλείας ή συντήρησης.

  • Βοηθητικά έργα πολιτικού μηχανικού:

  • Προφράγματα (άνω και κάτω) για την απομόνωση της ζώνης θεμελίωσης.

  • Δίκτυο οδοποιίας και δρόμοι προσπέλασης.

  • Συστήματα αποστράγγισης υπεδάφους και ανακουφιστικές γεωτρήσεις.

  • Τεχνικά έργα στεγανοποίησης (τσιμεντενέσεις, διαφράγματα) για προστασία από διαρροές.

• Κύρια έργα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας:

  • Υδροληψία (intake): Στόμιο εισόδου με εσχάρες συγκράτησης φερτών και θυροφράγματα αποκοπής.

  • Αγωγοί και σήραγγες προσαγωγής: Συστήματα υπό πίεση για τη μεταφορά του νερού στους στροβίλους.

  • Σύστημα προστασίας από υδραυλικό πλήγμα: Πύργοι εκτόνωσης (surge tanks) ή βαλβίδες ανακούφισης.

  • Υδροηλεκτρικός Σταθμός (Powerhouse): Το κτίριο στέγασης που περιλαμβάνει:

  • Υδροστροβίλους με τα ρυθμιστικά τους όργανα (πτερύγια καθοδήγησης, βελόνες ρύθμισης).

  • Σύγχρονες ηλεκτρογεννήτριες.

  • Αγωγούς απαγωγής και διώρυγες φυγής (tailrace).

  • Μετασχηματιστές ανύψωσης τάσης.

  • Γραμμές και διατάξεις σύνδεσης με το ηλεκτρικό δίκτυο μεταφοράς.

• Κατανομή κόστους και διάταξη Υδροηλεκτρικού Σταθμού (ΥΗΣ):

  • Η κατασκευή του ΥΗΣ μπορεί να είναι υπέργεια ή υπόγεια, επιλογή που καθορίζεται από:

  • Τη μορφολογία του αναγλύφου και τη γεωλογία της περιοχής.

  • Τις απαιτήσεις αποφυγής του φαινομένου της σπηλαίωσης στον στρόβιλο (απαιτούμενο βάθος βύθισης σε σχέση με τη στάθμη της διώρυγας φυγής).

  • Σε μεγάλα υδροηλεκτρικά έργα, η κατανομή του συνολικού προϋπολογισμού διαμορφώνεται ως εξής:

  • Έργα πολιτικού μηχανικού: $50\% - 60\%$

  • Ηλεκτρομηχανολογικός (Η/Μ) εξοπλισμός: $30\% - 40\%$

  • Μελέτες, επιβλέψεις και αδειοδοτήσεις: περίπου $10\%$

Τύποι και Κατηγοριοποίηση Υδροηλεκτρικών Εγκαταστάσεων

• Κατηγοριοποίηση βάσει υδρολογικής λειτουργίας:

  • Εγκαταστάσεις υπερυψώσεως (impoundment dams): Διαθέτουν φράγμα μεγάλου ύψους που δημιουργεί εκτεταμένο ταμιευτήρα, επιτρέποντας πλήρη και συνεχή ρύθμιση της παροχής και αποσύνδεση της παραγωγής ενέργειας από τη στιγμιαία φυσική ροή του ποταμού.

  • Χαρακτηριστικό παράδειγμα: Τοξωτό φράγμα Hoover στον ποταμό Colorado (σύνορα Arizona και Nevada, Η.Π.Α.), κατασκευής 1931–1936, με εγκαίνια στις 30 Σεπτεμβρίου 1935.

  • Εγκαταστάσεις παροχετεύσεως (run-of-river ή diversion): Έργα χωρίς σημαντικό ταμιευτήρα (ή με αμελητέα αποθηκευτική ικανότητα), όπου αξιοποιείται άμεσα η φυσική ροή του ποταμού μέσω εκτροπής μέρους της σε διώρυγα ή αγωγό.

  • Μικτή μορφή έργων: Συνδυασμός μικρής κλίμακας ανάσχεσης με μακρύ αγωγό εκτροπής για την επίτευξη υψηλής πτώσης.

• Διάταξη και νομοθετικός ορισμός Μικρών Υδροηλεκτρικών Έργων (ΜΥΗΕ):

  • Σύμφωνα με το ισχύον νομικό πλαίσιο, ως Μικρό Υδροηλεκτρικό Έργο (ΜΥΗΕ) ορίζεται κάθε εγκατάσταση με εγκατεστημένη ισχύ έως και $15\,MW$, ανεξάρτητα από την ύπαρξη ή μη φράγματος.

  • Η τυπική διάταξη ενός ΜΥΗΕ ροής περιλαμβάνει:

  • Έργο επιφανειακής υδροληψίας στην κοίτη του ποταμού.

  • Διώρυγα προσαγωγής χαμηλής κλίσης.

  • Δεξαμενή φόρτισης για κατακάθιση φερτών και διαμόρφωση της εισόδου.

  • Χαλύβδινο αγωγό πτώσης (penstock) υψηλής κλίσης.

  • Σταθμό παραγωγής με στρόβιλο και γεννήτρια.

  • Διώρυγα απαγωγής που επιστρέφει το νερό στην κύρια κοίτη.

  • Μετασχηματιστή και γραμμή διασύνδεσης με το τοπικό δίκτυο μέσης τάσης.

• Ταξινόμηση βάσει ενεργειακών και τεχνικών κριτηρίων:

  • Βάσει ολικού ύψους πτώσης ($H$):

  • Χαμηλής πτώσης (low-head): $H < 20 - 30\,m$

  • Μέσης πτώσης (medium-head): $20 - 30\,m \le H < 180 - 200\,m$

  • Υψηλής πτώσης (high-head): $H \ge 180 - 200\,m$

  • Βάσει ρόλου στο ηλεκτρικό σύστημα:

  • Μονάδες βάσης: Λειτουργούν σχεδόν αδιάλειπτα με σταθερή ισχύ για την κάλυψη του βασικού φορτίου του δικτύου (συνήθως μονάδες run-of-river ή σταθμοί μεγάλων ποταμών).

  • Μονάδες αιχμής: Λειτουργούν επιλεκτικά για περιορισμένο αριθμό ωρών ημερησίως ώστε να καλύψουν τις περιόδους μέγιστης ζήτησης ή έκτακτες ανάγκες ευστάθειας συχνότητας (σταθμοί με μεγάλους ταμιευτήρες ή αντλησιοταμίευση).

  • Βάσει εγκατεστημένης ισχύος:

  • Μεγάλα υδροηλεκτρικά έργα: $P > 10\,MW$

  • Μεσαία υδροηλεκτρικά έργα: $2\,MW \le P \le 10\,MW$

  • Μικρά υδροηλεκτρικά έργα: $0.1\,MW \le P < 2\,MW$

  • Βάσει σκοπιμότητας εκμετάλλευσης:

  • Έργα αποκλειστικού σκοπού (παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας).

  • Έργα πολλαπλής σκοπιμότητας: συνδυασμός ηλεκτροπαραγωγής με ύδρευση αστικών κέντρων, γεωργική άρδευση, αντιπλημμυρική προστασία, ναυσιπλοΐα, τουρισμό-αναψυχή, ανάσχεση ρύπανσης και ιχθυοκαλλιέργειες.

• Τα μεγαλύτερα υδροηλεκτρικά έργα παγκοσμίως:

  • Three Gorges (Τρία Φαράγγια), Κίνα: Εγκατεστημένη ισχύς από $18300\,MW$ έως $22500\,MW$ (το μεγαλύτερο παγκοσμίως).

  • Itaipu, σύνορα Βραζιλίας – Παραγουάης: Εγκατεστημένη ισχύς $14000\,MW$ (αρχικά $12600\,MW$).

  • Xiluodu, Κίνα: Εγκατεστημένη ισχύς $13860\,MW$.

  • Guri (Simón Bolívar), Βενεζουέλα: Εγκατεστημένη ισχύς $10200\,MW$.

  • Tucuruí, Βραζιλία: Εγκατεστημένη ισχύς $8370\,MW$.

Τεχνικά Χαρακτηριστικά και Τύποι Φραγμάτων

• Κριτήρια χωροθέτησης και επιλογής θέσης φράγματος:

  • Δυνατότητα διαμόρφωσης μεγάλου όγκου ταμιευτήρα σε σχέση με το μέγεθος του φράγματος.

  • Ευνοϊκή τοπογραφία στενώματος (ελάχιστο άνοιγμα και ύψος φράγματος για μείωση του όγκου κατασκευής).

  • Κατάλληλη γεωτεχνική θεμελίωση με υψηλή φέρουσα ικανότητα και ελάχιστη διαπερατότητα.

  • Δημιουργία μέγιστης δυνατής υψομετρικής διαφοράς με την ελάχιστη διαδρομή αγωγού προσαγωγής.

  • Σεισμικότητα περιοχής, διαθεσιμότητα και κόστος τοπικών υλικών δόμησης, καθώς και περιβαλλοντικοί περιορισμοί.

• Ορολογία και γεωμετρικά στοιχεία:

  • Λεκάνη απορροής (drainage basin): Η κλειστή γεωγραφική επιφάνεια από την οποία το νερό απορρέει προς μια κοινή διατομή εξόδου (θέση φράγματος).

  • Υδροκρίτης: Η νοητή γραμμή κορυφογραμμής που οριοθετεί τη λεκάνη απορροής.

  • Αντερείσματα: Τα φυσικά πρανή της κοιλάδας (αριστερό και δεξιό, όπως κοιτάμε κατάντη) πάνω στα οποία εδράζεται και στηρίζεται το φράγμα.

  • Στέψη φράγματος: Το υψηλότερο οριζόντιο τμήμα της κατασκευής.

  • Ύψος φράγματος: Η κατακόρυφη απόσταση από το βαθύτερο σημείο θεμελίωσης έως τη στέψη.

• Μηχανικές δράσεις και δυνάμεις:

  • Δυνάμεις βαρύτητας (ίδιον βάρος της κατασκευής).

  • Υδροστατική και υδροδυναμική πίεση του αποθηκευμένου νερού στην ανάντη παρειά.

  • Υποπιέσεις (άνωση υπεδάφους) στη βάση θεμελίωσης.

  • Εσωτερικές τάσεις που μεταφέρονται μέσω του σώματος του φράγματος προς τα αντερείσματα και τη θεμελίωση.

• Άκαμπτα φράγματα (από σκυρόδεμα):

  • Φράγματα βαρύτητας (gravity dams):

  • Στηρίζουν την ευστάθειά τους αποκλειστικά στο ίδιο τους το βάρος, το οποίο υπερνικά την υδροστατική ώθηση του νερού.

  • Κατασκευάζονται από συμβατικό δονητικό σκυρόδεμα, κυλινδρούμενο σκυρόδεμα (Roller Compacted Concrete - RCC) ή κυλινδρούμενο σκληρό επίχωμα.

  • Αντηριδωτά φράγματα (buttress dams):

  • Ελαφρύτερη παραλλαγή των φραγμάτων βαρύτητας με μειωμένο όγκο σκυροδέματος.

  • Αποτελούνται από κεκλιμένη ανάντη πλάκα που στηρίζεται σε σειρά κατακόρυφων τριγωνικών αντηρίδων.

  • Χαρακτηριστικό ελληνικό παράδειγμα: Φράγμα Λάδωνα (κατασκευής 1955).

  • Τοξωτά φράγματα (arch dams):

  • Εφαρμόζονται σε στενά φαράγγια με ισχυρά βραχώδη αντερείσματα.

  • Η κυρτή γεωμετρία τους λειτουργεί υπό θλίψη, μεταφέροντας το μεγαλύτερο ποσοστό των υδροστατικών πιέσεων απευθείας στα βραχώδη πρανή της κοιλάδας.

  • Χαρακτηριστικό ελληνικό παράδειγμα: Φράγμα Ταυρωπού / Ν. Πλαστήρα (κατασκευής 1959).

• Εύκαμπτα φράγματα (γεωφράγματα / embankment dams):

  • Χρησιμοποιούν φυσικά γαιώδη ή βραχώδη υλικά και εξασφαλίζουν στεγανότητα είτε μέσω εσωτερικού πυρήνα είτε μέσω εξωτερικής ανάντη μεμβράνης/πλάκας.

  • Χωμάτινα διαζωνισμένα φράγματα: Αποτελούνται από διακριτές ζώνες υλικών:

  1. Πυρήνας: Λεπτόκοκκο, αργιλικό υλικό εξαιρετικά χαμηλής διαπερατότητας.

  2. Φίλτρα: Αμμοχάλικο διαβαθμισμένης κοκκομετρίας για αποτροπή διάβρωσης του πυρήνα.

  3. Στραγγιστήρια: Χονδρόκοκκο υλικό (χάλικες, κροκάλες) για εκτόνωση των πιέσεων πόρων.

  4. Κελύφη (σώματα στήριξης): Αμμοχάλικα, κορήματα ή κερματισμένος βράχος που προσδίδουν ευστάθεια στα πρανή.

  5. Λιθορριπή προστασίας: Στρώση επιφανειακής προστασίας των πρανών από κυματισμούς και καιρικά φαινόμενα.

  • Χαρακτηριστικά παραδείγματα: Φράγμα Κρεμαστών (1965), κατασκευή φράγματος Ιλαρίωνα.

  • Λιθόρριπτα φράγματα: Σώμα από χονδρόκοκκα βραχώδη υλικά λατομείου με:

  • Αργιλικό ή ασφαλτικό κεντρικό πυρήνα.

  • Ή ανάντη πλάκα οπλισμένου σκυροδέματος (Concrete Face Rockfill Dam - CFRD), όπως το φράγμα Μεσοχώρας (κατασκευής 2009).

Υδραυλικός και Μηχανολογικός Σχεδιασμός Αγωγών Προσαγωγής

• Διατάξεις και υλικά κατασκευής:

  • Το σύστημα προσαγωγής μεταφέρει το νερό υπό πίεση από την υδροληψία στους στροβίλους. Αποτελείται από σήραγγες υπό πίεση, μεταλλικούς αγωγούς πτώσης (penstocks) και πύργους εκτόνωσης.

  • Για μεγάλο μήκος τροφοδοσίας πολλαπλών στροβίλων προτιμάται κοινός αγωγός/σήραγγα με διακλαδώσεις, ενώ για μικρά μήκη επιλέγονται ανεξάρτητοι αγωγοί για κάθε μονάδα.

  • Όρια εφαρμογής υλικών αγωγών:

• Θερμική διαστολή αγωγών:

  • Η αξονική μεταβολή μήκους λόγω θερμοκρασιακών διακυμάνσεων υπολογίζεται από τη σχέση:     $\Delta L = \alpha \times \Delta T \times L$     όπου $\Delta L$ είναι η επιμήκυνση/συστολή ($m$), $\alpha$ ο συντελεστής θερμικής διαστολής ($^\circ C^{-1}$ ή $K^{-1}$), $\Delta T$ η θερμοκρασιακή μεταβολή ($^\circ C$) και $L$ το συνολικό μήκος ($m$).

• Γραμμικές υδραυλικές απώλειες (Εξίσωση Darcy-Weisbach):

  • Οι απώλειες φορτίου $h_f$ ($m$) κατά μήκος του αγωγού υπολογίζονται ως:     $h_f = f \times \frac{L}{D} \times \frac{c^2}{2g}$     όπου $f$ είναι ο αδιάστατος συντελεστής τριβής, $L$ το μήκος ($m$), $D$ η εσωτερική διάμετρος ($m$), $c$ η μέση ταχύτητα ροής ($m/s$) και $g = 9.81\,m/s^2$.

  • Ο συντελεστής $f$ προσδιορίζεται συναρτήσει του αριθμού Reynolds $Re = \frac{c \times D}{\nu}$ και της σχετικής τραχύτητας $\frac{\epsilon}{D}$ μέσω του διαγράμματος Moody:

• Φαινόμενο Υδραυλικού Πλήγματος (Water Hammer - Εξισώσεις Joukowsky):

  • Προκαλείται από απότομη μεταβολή της παροχής (αιφνίδιο κλείσιμο ή άνοιγμα ρυθμιστικών δικλείδων).

  • Κρίσιμος χρόνος φάσης αγωγού: $T_r = \frac{2L}{a}$, όπου $a$ είναι η ταχύτητα διάδοσης του κύματος πίεσης (ταχύτητα ήχου στο ρευστό/αγωγό, σε $m/s$).

  • Απότομο κλείσιμο ($T_C \ll \frac{2L}{a}$):     $\Delta h_{wh} = \frac{a \times c_{\max}}{g}$

  • Βραδύ κλείσιμο ($T_C \ge \frac{2L}{a}$):     $\Delta h_{wh} = \frac{2L \times c_{\max}}{g \times T_C}$     όπου $\Delta h_{wh}$ είναι η ανύψωση πίεσης ($m$ στήλης νερού), $c_{\max}$ η μέγιστη ταχύτητα ροής ($m/s$) και $T_C$ ο χρόνος στραγγαλισμού ($s$).

• Υπολογισμός μέγιστης πίεσης και βέλτιστου πάχους τοιχώματος:

  • Η μέγιστη πίεση σχεδιασμού περιλαμβάνει τη στατική πίεση από το ακαθάριστο ύψος $H_{gr}$ και το υδραυλικό πλήγμα:     $p = \rho \times g \times (H_{gr} + \Delta h_{wh})$

  • Το ελάχιστο απαιτούμενο πάχος τοιχώματος $t$ ($m$) χαλύβδινου αγωγού υπολογίζεται από την ισορροπία εφελκυστικών τάσεων:     $t = \frac{p \times D_i \times C_s}{2 \times \sigma_t}$     όπου $D_i$ η εσωτερική διάμετρος ($m$), $\sigma_t$ η επιτρεπόμενη εφελκυστική τάση του υλικού ($Pa$) και $C_s$ ο συντελεστής ασφαλείας.

• Οικονομική βελτιστοποίηση διαμέτρου:

  • Η επιλογή της διαμέτρου αποτελεί οικονομοτεχνικό συμβιβασμό:

  • Μικρή διάμετρος $D$: μειώνει το αρχικό κόστος κατασκευής αγωγού ($K_c$), αλλά αυξάνει την ταχύτητα ροής, τις τριβές και το λειτουργικό κόστος απωλειών ισχύος ($K_e$).

  • Μεγάλη διάμετρος $D$: ελαχιστοποιεί τις υδραυλικές απώλειες, αλλά αυξάνει ραγδαία το κεφαλαιουχικό κόστος αγοράς, μεταφοράς και έδρασης.

  • Η βέλτιστη διάμετρος προκύπτει από την εξίσωση ελαχιστοποίησης του συνολικού κόστους:     $\frac{dK_{\text{tot}}}{dD} = \frac{d(K_c + K_e)}{dD} = 0$

• Δυνάμεις στα βάθρα αγκύρωσης (αγκυρώματα / thrust blocks):

  • Στις γωνίες αλλαγής διεύθυνσης του αγωγού ασκούνται ισχυρές υδροστατικές και υδροδυναμικές δυνάμεις:

  • Υδροστατικές δυνάμεις πίεσης $F_1, F_2$.

  • Δυνάμεις τριβής της ροής στα ανάντη και κατάντη τμήματα $F_3, F_4$.

  • Συνισταμένη δύναμη ρευστού $F$.

  • Ίδιον βάρος του εγκλεισμένου νερού και του μεταλλικού κελύφους $G$.

  • Συνολική συνισταμένη δύναμη έδρασης: $\mathbf{R} = \mathbf{F} + \mathbf{G}$.

Θυροφράγματα, Βαλβίδες και Ηλεκτρομηχανολογικός Εξοπλισμός

• Θυροφράγματα (Gates):

  • Τοποθετούνται ανάντη και κατάντη του υδροστροβίλου για ανάγκες απομόνωσης κατά την κατασκευή και συντήρηση. Σε κανονική λειτουργία παραμένουν πλήρως ανοικτά.

  • Κύριοι τύποι:

  • Ακτινικού τύπου (radial / Tainter gates): Κυρτή επιφάνεια με ακτινικούς βραχίονες στρέψης (χαμηλή απαιτούμενη δύναμη ανύψωσης, εφαρμογή π.χ. στο Älvkarleby Σουηδίας).

  • Κύλισης (wheel gates): Επίπεδα θυροφράγματα εφοδιασμένα με τροχούς κύλισης για μείωση των τριβών ανύψωσης υπό πίεση.

  • Ολίσθησης (slide gates): Απλά επίπεδα θυροφράγματα που ολισθαίνουν σε πλευρικούς οδηγούς (π.χ. Jhimruk Power Plant, Nepal).

  • Τύπου πτερυγίου (flap gates): Αρθρωτά στον πυθμένα, περιστρεφόμενα γύρω από οριζόντιο άξονα.

  • Κυκλικής διατομής (circular gates): Για κυκλικά στόμια εκκένωσης ή αγωγούς.

  • Ελαστικού τύπου (rubber gates): Ενισχυμένοι ελαστικοί κύλινδροι που πληρούνται με αέρα ή νερό για υπερύψωση της στάθμης και ξεφουσκώνουν πλήρως σε πλημμύρες.

• Βαλβίδες διακοπής και ασφαλείας:

  • Τοποθετούνται ακριβώς ανάντη των υδροστροβίλων για άμεση διακοπή της ροής σε κατάσταση ανάγκης.

  • Σφαιρική βαλβίδα (spherical / ball valve): Προσφέρει μηδενικές απώλειες όταν είναι πλήρως ανοικτή, κατάλληλη για υψηλές πτώσεις.

  • Βαλβίδα πεταλούδας (butterfly valve): Συμπαγής κατασκευή, οικονομική, κατάλληλη για χαμηλές και μέσες πτώσεις.

  • Βάνα συρτού τύπου (gate valve).

  • Κοίλες βαλβίδες jet (hollow-jet valves): Για ελεγχόμενη εκτόνωση και απόρριψη ενέργειας.

  • Σύστημα παράκαμψης (bypass system): Μικρή παράπλευρη βαλβίδα εξισορρόπησης πιέσεων ανάντη και κατάντη πριν από το άνοιγμα της κύριας βαλβίδας.

• Σύνθεση Ηλεκτρομηχανολογικού Εξοπλισμού:

  • Υδροστρόβιλοι (Francis, Kaplan, Pelton κ.ά.).

  • Σύγχρονες ηλεκτρογεννήτριες (συνδεδεμένες στον ίδιο άξονα με τον στρόβιλο, πλην πολύ μικρών μονάδων όπου παρεμβάλλεται μηχανικός μειωτήρας/κιβώτιο ταχυτήτων).

  • Μετασχηματιστές ισχύος ανύψωσης τάσης για ελαχιστοποίηση των ωμικών απωλειών Joule κατά τη μεταφορά.

  • Ασφαλειοαποζεύκτες και διακόπτες ισχύος.

  • Βοηθητικά συστήματα: γερανογέφυρες βαρέος τύπου, ελαιοϋδραυλικά συστήματα ελέγχου, αεροσυμπιεστές, συστήματα ψύξης και διατάξεις αυτοματισμού SCADA.

  • Ο αριθμός των μονάδων (στρόβιλος–γεννήτρια–μετασχηματιστής) επιλέγεται συνήθως $\ge 2$ για εξασφάλιση εφεδρείας, ευελιξίας στο πρόγραμμα παραγωγής και συντήρησης χωρίς διακοπή λειτουργίας του σταθμού.

Εγκαταστάσεις Αντλησιοταμίευσης και Τεχνολογίες Αποθήκευσης Ενέργειας

• Αρχή λειτουργίας συστημάτων αντλησιοταμίευσης (Pumped-Storage):

  • Περιλαμβάνουν δύο ταμιευτήρες σε διαφορετικό γεωδαιτικό υψόμετρο (άνω και κάτω ταμιευτήρας).

  • Φάση φόρτισης (άντληση): Σε περιόδους χαμηλής ζήτησης ή υπερπαραγωγής ΑΠΕ (χαμηλή οριακή τιμή συστήματος), πλεονάζουσα ηλεκτρική ενέργεια οδηγείται στους σταθμούς, όπου οι υδροστρόβιλοι λειτουργούν ως αντλίες (ή χρησιμοποιούνται ανεξάρτητες αντλίες) αντλώντας νερό από τον κάτω στον άνω ταμιευτήρα, αποθηκεύοντας υδραυλική δυνητική ενέργεια.

  • Φάση εκφόρτισης (παραγωγή): Σε περιόδους αιχμής της ζήτησης (υψηλή τιμή ηλεκτρικής ενέργειας), το νερό ρέει ελεγχόμενα από τον άνω στον κάτω ταμιευτήρα, οδηγώντας τους στροβίλους σε ηλεκτροπαραγωγή.

• Τεχνικά και οικονομικά δεδομένα αντλησιοταμίευσης:

  • Η αντλησιοταμίευση αντιπροσωπεύει το $85\%$ της παγκόσμιας δυναμικότητας αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο.

  • Κλίμακα ισχύος εγκαταστάσεων: από $100\,MW$ (μικρής κλίμακας) έως $3000\,MW$.

  • Στην Ευρώπη, η μέση δυναμικότητα ανά μονάδα είναι περίπου $300\,MW$.

  • Το κόστος κατασκευής νέων μεγάλων εγκαταστάσεων αντλησιοταμίευσης εκτιμάται σε περίπου $1$ δισεκατομμύριο ευρώ.

• Σύγκριση τεχνολογιών αποθήκευσης ενέργειας στο ηλεκτρικό δίκτυο:

  • Αντλησιοταμίευση (PHS): Εξαιρετικά κατάλληλη για εποχιακή αποθήκευση (τεράστια χωρητικότητα, αργή έκλυση), ημερήσια αποθήκευση μεταβαλλόμενης αιχμής, και υπηρεσίες υποστήριξης δικτύου (απόκριση συχνότητας από δευτερόλεπτα έως ώρες).

  • Μπαταρίες ιόντων λιθίου (Li-ion): Ημερήσια αποθήκευση, υποστήριξη δικτύου, οικιακές εφαρμογές, οδικές μεταφορές (υψηλή ειδική ισχύς, χαμηλό βάρος).

  • Μπαταρίες μολύβδου-οξέος: Ημερήσια αποθήκευση, υποστήριξη δικτύου, οικιακές εφαρμογές.

  • Μπαταρίες οξειδοαναγωγής (Flow batteries - π.χ. Vanadium redox): Ημερήσια αποθήκευση, υποστήριξη δικτύου, οικιακές εφαρμογές.

  • Μπαταρίες νατρίου-θείου (NaS): Ημερήσια αποθήκευση, υποστήριξη δικτύου.

  • Υπερπυκνωτές (Supercapacitors): Ταχύτατη απόκριση δευτερολέπτων, οδικές μεταφορές, ναυτιλία/αεροπορία.

  • Κυψέλες υδρογόνου ($H_2$): Εποχιακή και ημερήσια αποθήκευση, υποστήριξη δικτύου, μεταφορές (υψηλή ενέργεια κατ' όγκο).

  • Σφόνδυλοι αδράνειας (Flywheels): Ταχύτατη απόκριση υποστήριξης συχνότητας (δευτερόλεπτα έως λεπτά).

  • Πεπιεσμένος/Υγροποιημένος αέρας (CAES): Ημερήσια αποθήκευση μεγάλης κλίμακας.

  • Αποθήκευση θερμότητας: Ημερήσια αποθήκευση, υποστήριξη δικτύου.

• Τύποι μονάδων αντλησιοταμίευσης:

  • Αναστρέψιμες μονάδες (Reversible Pump-Turbines): Η ίδια υδραυλική μηχανή Francis λειτουργεί ως στρόβιλος κατά τη δεξιόστροφη περιστροφή και ως αντλία κατά την αριστερόστροφη (π.χ. TOSHIBA: $P = 115.8\,MW$, $H = 182\,m$).

  • Τετραμερείς / Τριμερείς διατάξεις: Ξεχωριστός στρόβιλος και ανεξάρτητη αντλία στον ίδιο άξονα με τη γεννήτρια/κινητήρα (π.χ. στρόβιλος $P = 325\,MW$, $H = 116.2\,m$ και αντλία $Q = 231\,m^3/s$, $H = 120\,m$).

Ενεργειακοί Υπολογισμοί, Ύψη Πτώσης και Βαθμοί Απόδοσης

• Εξισώσεις ισχύος και απωλειών:

  • Θεωρητική υδραυλική ισχύς εισόδου:     $P_h = \rho \times g \times Q \times (z_E - z_A)$     όπου $\rho = 1000\,kg/m^3$ η πυκνότητα του νερού, $Q$ η παροχή ($m^3/s$), $z_E$ η στάθμη άνω ταμιευτήρα και $z_A$ η κατάντη στάθμη.

  • Υδραυλικές απώλειες συστήματος προσαγωγής $\delta h_{fEe}$ (από ανάντη στάθμη $E$ έως είσοδο στροβίλου $e$):     $\delta h_{fEe} = k_e \times Q^2$

  • Απώλειες κινητικής ενέργειας εξόδου $\delta h_{faA}$ (από έξοδο στροβίλου $a$ έως ελεύθερη επιφάνεια κατάντη $A$):     $\delta h_{faA} = \frac{c_a^2}{2g}$

  • Καθαρό / ωφέλιμο ύψος πτώσης ($H_n$):     $H_n = (z_E - z_A) - \delta h_{fEe} - \delta h_{faA} = h - k_e \times Q^2 - \frac{c_a^2}{2g}$

  • Στους υδροστροβίλους δράσης (Pelton), η εντατική ενέργεια πίεσης στην είσοδο μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια δέσμης ταχύτητας $c$:     $c \approx \sqrt{\frac{2 p_e}{\rho}} \approx \sqrt{2 g H}$

  • Πραγματική αποδιδόμενη ηλεκτρική ισχύς στο δίκτυο:     $P_e = \eta \times \rho \times g \times Q \times H_n$     όπου $\eta$ είναι ο συνολικός βαθμός απόδοσης του σταθμού:     $\eta = \eta_{\text{στρ}} \times \eta_{\text{γεν}} \times \eta_{\text{μετ}}$

• Τυπικοί βαθμοί απόδοσης εξοπλισμού:

  • Βαθμός απόδοσης υδροστροβίλου ($\eta_{\text{στρ}}$) γενικά: $0.70 - 0.94$

  • Στρόβιλοι Kaplan: $0.80 - 0.93$

  • Στρόβιλοι Francis: $0.70 - 0.94$

  • Στρόβιλοι Pelton: $0.82 - 0.91$

  • Βαθμός απόδοσης σύγχρονης γεννήτριας ($\eta_{\text{γεν}}$) : $0.96 - 0.97$

  • Βαθμός απόδοσης μετασχηματιστή ανύψωσης ($\eta_{\text{μετ}}$) : $0.98 - 0.99$

• Ενεργειακοί ορισμοί λειτουργίας:

  • Εγκατεστημένη ισχύς: Η μέγιστη ονομαστική ωφέλιμη ισχύς των γεννητριών του σταθμού.

  • Εγγυημένη ισχύς: Η ελάχιστη ισχύς που είναι διαθέσιμη ανά πάσα στιγμή με καθορισμένη στατιστική βεβαιότητα για την κάλυψη του φορτίου.

  • Πρωτεύουσα ενέργεια: Η ενέργεια που παράγεται από την εγγυημένη ισχύ του έργου.

  • Δευτερεύουσα ενέργεια: Κάθε επιπλέον παραγόμενη ενέργεια πέραν της πρωτεύουσας, εκμεταλλευόμενη υπερβάλλουσες παροχές.

  • Συντελεστής χρησιμοποίησης: Ο λόγος της πραγματικά παραχθείσας ηλεκτρικής ενέργειας σε δεδομένη χρονική περίοδο προς τη μέγιστη θεωρητική ενέργεια που θα παραγόταν εάν ο σταθμός λειτουργούσε συνεχώς στην ονομαστική του ισχύ.

Στάθμες Ταμιευτήρα και Υδρολογική Ανάλυση (FDC & Rippl)

• Χαρακτηριστικές στάθμες και όγκοι ταμιευτήρα:

  • Ανώτατη στάθμη πλημμύρας: Η μέγιστη δυνατή στάθμη κατά τη διέλευση της πλημμύρας σχεδιασμού.

  • Κανονική στάθμη λειτουργίας: Η μέγιστη στάθμη κανονικής πλήρωσης (συμπίπτει με τη στέψη του υπερχειλιστή).

  • Ελάχιστη στάθμη λειτουργίας: Η χαμηλότερη επιτρεπτή στάθμη υδροηλεκτρικής παραγωγής (συμπίπτει με το χείλος της υδροληψίας).

  • Ωφέλιμος όγκος (useful storage): Ο όγκος νερού μεταξύ κανονικής και ελάχιστης στάθμης που διατίθεται για υδροηλεκτρική παραγωγή.

  • Νεκρός όγκος (dead storage): Ο όγκος νερού κάτω από την ελάχιστη στάθμη λειτουργίας, προορισμένος για την παγίδευση φερτών υλών (προσχώσεις) κατά τη διάρκεια ζωής του έργου.

  • Όγκος υπερπληρώσεως: Ο όγκος μεταξύ κανονικής και ανώτατης στάθμης για ανάσχεση πλημμυρών.

  • Ελεύθερο ύψος (freeboard): Η κατακόρυφη απόσταση ασφαλείας μεταξύ ανώτατης στάθμης πλημμύρας και στέψης φράγματος.

  • Μικτή χωρητικότητα: Το άθροισμα ωφέλιμου και νεκρού όγκου.

• Υδρογράφημα παροχής και Καμπύλη Διάρκειας Παροχών (Flow Duration Curve - FDC):

  • Υδρογράφημα: Διάγραμμα μεταβολής της στιγμιαίας παροχής $Q$ συναρτήσει του χρόνου (ημέρες, εβδομάδες, μήνες).

  • Καμπύλη διάρκειας παροχών: Διάγραμμα που παριστάνει στο οριζόντιο άξονα το ποσοστό χρόνου $t\%$ κατά το οποίο η παροχή ισούται ή υπερβαίνει την τιμή $Q$ του κατακόρυφου άξονα.

  • $Q_{30}$: Παροχή που υπερβαίνεται κατά το $30\%$ του χρόνου.

  • $Q_m$: Διάμεση παροχή που υπερβαίνεται κατά το $50\%$ του χρόνου.

  • $Q_{100}$: Η ελάχιστη καταγεγραμμένη παροχή ($100\%$ υπέρβαση).

• Ρύθμιση φυσικής παροχής μέσω ταμιευτήρα:

  • Η κατασκευή ταμιευτήρα επιτρέπει τη ρύθμιση της φυσικής παροχής σε μια σταθερή εγγυημένη τιμή (π.χ. $80\,m^3/s$).

  • Μέθοδος ισοζυγίου εμβαδών στην καμπύλη διάρκειας:

  • Υπολογίζεται το εμβαδόν του ελλείμματος $ΑΒΓ$ κάτω από τη γραμμή της επιθυμητής σταθερής παροχής.

  • Προσδιορίζεται οριζόντια γραμμή στο επίπεδο $E$ τέτοια ώστε το εμβαδόν πλεονάσματος $ΕΖΑ\Delta$ να ισούται με το εμβαδόν $ΑΒΓ$.

  • Αφαιρείται το τμήμα $ΖΖ'$ από την καμπύλη υψηλών παροχών.

  • Η νέα καμπύλη διάρκειας διαμορφώνεται ως $Η'Ζ'ΑΒ$.

  • Η συνολική παραγόμενη ενέργεια παραμένει σταθερή, αλλά αυξάνεται σημαντικά η εγγυημένη ισχύς του συστήματος.

• Αθροιστική καμπύλη παροχών (Διάγραμμα Rippl):

  • Διάγραμμα συσσωρευμένου όγκου εισροών $V = \int Q\,dt$ συναρτήσει του χρόνου.

  • Η μέση παροχή σε διάστημα $[0, T]$ προκύπτει από την κλίση της χορδής/εφαπτομένης.

  • Προσδιορισμός απαιτούμενου ωφέλιμου όγκου ταμιευτήρα:

  • Χαράσσεται η καμπύλη συσσωρευμένης ζήτησης $Z(t)$.

  • Από το σημείο $A$ (έναρξη περιόδου λειψυδρίας) χαράσσεται ευθεία παράλληλη στην καμπύλη ζήτησης.

  • Η μέγιστη κατακόρυφη απόσταση $ΒΓ$ μεταξύ της ευθείας αυτής και της καμπύλης εισροών $E(t)$ αντιστοιχεί στον απαιτούμενο ωφέλιμο όγκο ταμιευτήρα.

Πλεονεκτήματα, Μειονεκτήματα και Επιπτώσεις των Υδροηλεκτρικών Έργων

• Κύρια πλεονεκτήματα:

  • Ευελιξία και ταχύτατη απόκριση: Δυνατότητα ανάληψης ή απόρριψης πλήρους φορτίου εντός ελαχίστων λεπτών ή δευτερολέπτων, καθιστώντας τα υδροηλεκτρικά έργα θεμέλιο λίθο για τη ρύθμιση συχνότητας και την κάλυψη αιχμών.

  • Οικονομική αξία αιχμής: Το κόστος παραγωγής μιας $kWh$ αιχμής είναι πολλαπλάσιο από εκείνο της $kWh$ βάσης.

  • Αξιοπιστία και στιβαρότητα: Οι υδροστρόβιλοι παρουσιάζουν εξαιρετική μηχανική αντοχή, με ανάγκη προληπτικού ελέγχου ανά περίπου $5000$ ώρες λειτουργίας.

  • Ελάχιστο λειτουργικό προσωπικό: Περίπου $30$ άτομα επαρκούν για τη λειτουργία και συντήρηση σταθμού ισχύος $300\,MW$.

  • Πολλαπλές χρήσεις: Συνδυασμένη ύδρευση, άρδευση και αντιπλημμυρική προστασία.

• Μειονεκτήματα:

  • Μακρά περίοδος υλοποίησης: Χρόνος κατασκευής περίπου $10$ έτη για μεγάλα έργα, πλέον των μακροχρόνιων υδρολογικών και γεωλογικών μελετών.

  • Υψηλότατο αρχικό κόστος επένδυσης: Της τάξεως των $2000 - 4000\,\$/kW$.

  • Γεωγραφική απόσταση: Συνήθως χωροθετούνται σε ορεινές, δυσπρόσιτες περιοχές μακριά από τα αστικά κέντρα κατανάλωσης, απαιτώντας ακριβά δίκτυα μεταφοράς υψηλής τάσης.

  • Υδρολογική εξάρτηση: Άμεση διακύμανση της παραγωγής ανάλογα με τις ετήσιες βροχοπτώσεις και περιόδους ξηρασίας.

• Περιβαλλοντικές, οικολογικές και κοινωνικές επιπτώσεις:

  • Διακοπή της φυσικής συνέχειας του ποταμού και αλλαγή του οικοσυστήματος από ποτάμιο (τρεχούμενο νερό) σε λιμναίο (στάσιμο νερό).

  • Μόνιμη παγίδευση φερτών υλών και ιζημάτων στον ταμιευτήρα, προκαλώντας διάβρωση της κοίτης και των ακτών κατάντη.

  • Παρεμπόδιση της μετανάστευσης της ιχθυοπανίδας (ανάγκη ιχθυοδιαδρόμων).

  • Απώλεια δασικών εκτάσεων, γεωργικής γης και καταβύθιση οικισμών/μνημείων με αναγκαστική μετεγκατάσταση πληθυσμών.

  • Εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου (κυρίως μεθανίου $CH_4$) από την αναερόβια αποσύνθεση κατακλυσμένης οργανικής βλάστησης στους ταμιευτήρες.

  • Χημικές μεταβολές του νερού (στρωμάτωση, ανοξικές συνθήκες στον πυθμένα, διαλυτοποίηση ενώσεων βαρέων μετάλλων όπως ο υδράργυρος).

  • Κίνδυνος επαγόμενης σεισμικότητας λόγω του τεράστιου βάρους του νερού και κίνδυνος καταστροφικής δομικής αστοχίας φράγματος.

Υδροηλεκτρική Ενέργεια στην Ελλάδα και Διεθνώς

• Η υδροηλεκτρική ενέργεια στο παγκόσμιο και ελληνικό ενεργειακό μίγμα (2017):

  • Παγκόσμια κατανομή ηλεκτρικής ενέργειας (2017 - REN21):

  • Μη ανανεώσιμες πηγές: $73.5\%$

  • Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ): $26.5\%$

    • Υδροηλεκτρική ενέργεια: $16.4\%$ (αντιπροσωπεύει το $62\%$ της συνολικής παραγωγής ΑΠΕ)

    • Αιολική ενέργεια: $5.6\%$

    • Βιοενέργεια: $2.2\%$

    • Φωτοβολταϊκά (Solar PV): $1.9\%$

    • Ωκεάνια, CSP και Γεωθερμική ενέργεια: $0.4\%$

  • Κατανομή ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα (2017 - Σύνολο $56.9\,TWh$):

  • Λιγνιτικοί σταθμοί: $29\%$ ($16\,TWh$)

  • Σταθμοί φυσικού αερίου: $27\%$ ($15\,TWh$)

  • Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας: $19\%$ ($11\,TWh$)

  • Εισαγωγές ηλεκτρικής ενέργειας: $11\%$ ($6\,TWh$)

  • Πετρελαϊκοί σταθμοί σε Μη Διασυνδεδεμένα (ΜΔ) νησιά: $8\%$ ($5\,TWh$)

  • Υδροηλεκτρικοί σταθμοί: $6\%$ ($4\,TWh$)

• Υδροδυναμικό δυναμικό της Ελλάδας:

  • Ολικό θεωρητικό υδροδυναμικό: $80000\,GWh$

  • Τεχνικά εκμεταλλεύσιμο υδροδυναμικό: $20000\,GWh$

  • Οικονομικά εκμεταλλεύσιμο υδροδυναμικό: $15000\,GWh$

  • Ποσοστό αξιοποίησης υδροδυναμικού: $32\%$

  • Συνολική ισχύς ΥΗΣ στην Ελλάδα: $3200\,MW$ (εκ των οποίων αναστρέψιμα αντλητικά: $700\,MW$)

  • Ιστορικά στοιχεία παραγωγής:

  • Έτος 1995 (μέσο υδρολογικό έτος): $3511\,GWh$

  • Έτος 2001 (ξηρό έτος): $2037\,GWh$

  • Έτος 2010 (υγρό έτος): $6036\,GWh$ (επί συνόλου παραγωγής $52366\,GWh$, ποσοστό συμμετοχής ΥΗΣ $11.5\%$)

• Τα μεγαλύτερα υδροηλεκτρικά έργα στην Ελλάδα:

  • Κρεμαστά (Αχελώος): $437\,MW$

  • Θησαυρός (Νέστος): $384\,MW$

  • Πολύφυτο (Αλιάκμονας): $375\,MW$

  • Καστράκι (Αχελώος): $320\,MW$

• Το υδροηλεκτρικό σύστημα του ποταμού Αχελώου:

(Σημείωση: Το έργο Συκιάς βρίσκεται υπό κατασκευή).

• Το Υδροηλεκτρικό Συγκρότημα του ποταμού Αλιάκμονα:

  • Κλιμακωτή διάταξη σταθμών κατά μήκος της κοίτης:

  • ΥΗΣ Ιλαρίωνα: Στο $Km\,86$ (ανάντη), στάθμη υπερύψωσης στα $400\,m$.

  • ΥΗΣ Πολυφύτου: Στο $Km\,42.5$, Ν. Κοζάνης, έναρξη εμπορικής λειτουργίας 1974/75. Σκοπός: ηλεκτροπαραγωγή, άρδευση, ύδρευση, αντιπλημμυρική προστασία. Ισχύς $375\,MW$ ($3 \times 125\,MW$, στρόβιλοι Francis), μέση ετήσια παραγωγή $420\,GWh$. Λιθόρριπτο φράγμα ύψους $112\,m$, ωφέλιμη χωρητικότητα ταμιευτήρα $1220 \times 10^6\,m^3$.

  • ΥΗΣ Σφηκιάς (Αντλητικός): Στο $Km\,24$, Ν. Ημαθίας, έναρξη λειτουργίας 1985/86. Ισχύς $315\,MW$ ($3 \times 105\,MW$, αναστρέψιμοι στρόβιλοι-αντλίες Francis). Μέση ετήσια παραγωγή $380\,GWh$ (εκ των οποίων τα $200\,GWh$ προέρχονται από άντληση). Χωμάτινο φράγμα ύψους $82\,m$, ωφέλιμη χωρητικότητα $18 \times 10^6\,m^3$.

  • ΥΗΣ Ασωμάτων: Στο $Km\,13$, Ν. Ημαθίας, έναρξη λειτουργίας 1985. Σκοπός: ηλεκτροπαραγωγή και άρδευση. Ισχύς $108\,MW$ ($2 \times 54\,MW$, στρόβιλοι Francis), μέση ετήσια παραγωγή $130\,GWh$. Χωμάτινο φράγμα ύψους $52\,m$, ωφέλιμη χωρητικότητα $10 \times 10^6\,m^3$.

  • Μικρός ΥΗΣ Μακροχωρίου: Στο $Km\,2$, χαμηλής πτώσης (υψόμετρο βάσης $0 - 40\,m$).

  • Συμπληρωματικά έργα περιοχής: Αναρρυθμιστικός ταμιευτήρας και αναρρυθμιστικό έργο Αγίας Βαρβάρας, ΥΗΣ Άγρα, ΥΗΣ Εδεσσαίου και Μικρός ΥΗΣ Βερμίου.