Μαθηματική προσομοίωση για τον ολοκληρωμένο σχεδιασμό μικρών υδροηλεκτρικών/αρδευτικών έργων με εφαρμογές στον ελληνικό χώρο
Authors: Πατσιαλής Θωμάς 
Published: August 2021

Στις ορεινές και ημιορεινές περιοχές του Ελλαδικού χώρου, κατασκευάζονται μικρά χωμάτινα εσωχειμάρρια φράγματα για να καλύψουν τις ανάγκες των κοντινών οικισμών. Οι ανάγκες των οικισμών είναι κυρίως αρδευτικές, αντιπλημμυρικές και πιο σπάνια τουριστικές και υδρευτικές. Τα χωμάτινα φράγματα κατασκευάζονται με μικρό κόστος εντός του χειμάρρου και λειτουργούν τους θερινούς μήνες, τότε δηλαδή που οι ανάγκες για νερό αυξάνονται. Τους χειμερινούς μήνες, το φράγμα, αφού αποθηκεύσει τη μέγιστη ποσότητα νερού, ενσωματώνεται στη λειτουργία του χειμάρρου και προστατεύει την περιοχή από έντονα πλημμυρικά φαινόμενα. Τα μικρά χωμάτινα φράγματα, μπορούν τη μη αρδευτική περίοδο να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια και να την προσφέρουν άμεσα στο ηλεκτρικό δίκτυο της χώρας. Μπορεί να γίνει αξιοποίηση του πλεονάζοντος νερού της λεκάνης απορροής σε συνδυασμό με την αξιοποίηση του υφιστάμενου αρδευτικού έργου αναπτύσσοντας ένα μικρό υδροηλεκτρικό σταθμό. Ο σταθμός, μπορεί να αξιοποιήσει την υφιστάμενη υψομετρική διαφορά του φράγματος, καθώς επίσης και τον υφιστάμενο αγωγό άρδευσης, ο οποίος την συγκεκριμένη χρονική περίοδο είναι ανενεργός και παράλληλα να προσφέρει στο ηλεκτρικό δίκτυο της χώρας χαμηλή τάση, κατανεμημένη και άμεσα διαθέσιμη και προβλέψιμη. Πιο αναλυτικά, οι απομακρυσμένες ορεινές περιοχές, ηλεκτροδοτούνται από δίκτυα μέσης τάσης, τα οποία διανύουν πολλά χιλιόμετρα μέχρι να φτάσουν σε όλους τους καταναλωτές. Η ποιότητα και η αξιοπιστία του ηλεκτρικού ρεύματος που καταλήγει στους οικισμούς είναι αρκετά υποβαθμισμένη και οφείλεται στο μεγάλο μήκος της γραμμής μέσης τάσης και στις δύσβατες περιοχές. Η αξιοποίηση των μικρών φραγμάτων έχει ένα μεγάλο πλεονέκτημα. Μπορεί να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα χαμηλής τάσης, το οποίο να συνδέεται άμεσα στο τοπικό δίκτυο χαμηλής και μέσης τάσης προς κατανάλωση, βελτιώνοντας την ποιότητα του ηλεκτρικού ρεύματος και την αξιοπιστία του δικτύου.Στη συγκεκριμένη διατριβή, γίνεται μία ολοκληρωμένη αριθμητική προσομοίωση ανάπτυξης ενός μικρού υδροηλεκτρικού σταθμού, αξιοποιώντας ένα υφιστάμενο αρδευτικό φράγμα και του πλεονάζοντος νερού. Η προσομοίωση της υδρολογικής λεκάνης γίνεται με υδρολογικό μοντέλο – εργαλείο. Λαμβάνονται και αναλύονται όλοι οι παράμετροι (περιβαλλοντικοί και οικονομικοί) που επιδρούν στη λειτουργία του υδροηλεκτρικού και γίνεται ανάλυση, εφαρμογή και σύγκριση τιμών της οικολογικής παροχής, εφαρμόζοντας διάφορες μεθόδους υπολογισμού και τη μέθοδο που προβλέπει ο ελληνικός νόμος. Έπειτα, με μία μέθοδο βελτιστοποίησης (μέθοδος αρμονίας), περιγράφεται η διαδικασία εύρεσης της βέλτιστης θέσης του υδροστροβίλου πάνω στον υφιστάμενο αρδευτικό αγωγό. Παρουσιάζεται ένα οικονομικό μοντέλο, το οποίο δείχνει αναλυτικά όλα τα οικονομικά μεγέθη και καταλήγει σαν αποτέλεσμα με τους οικονομικούς δείκτες που προκύπτουν από τη συγκεκριμένη επένδυση. Έπειτα, εφαρμόζεται η παραπάνω διαδικασία μαθηματικής προσομοίωσης σε μία δεύτερη περιοχή μελέτης και εξάγονται τα ίδια αναμενόμενα αποτελέσματα. Γίνεται ένα είδος γενίκευσης της εφαρμογής σε όλα τα φράγματα του ελλαδικού χώρου (του ιδίου τύπου) και παρουσιάζεται η νέα παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια και πως αυτή είναι κατανεμημένη σε όλη την ορεινή έκταση της χώρας. Το ηλεκτρικό ρεύμα συνδέεται άμεσα στη χαμηλή τάση που βρίσκεται εντός των απομακρυσμένων περιοχών, είναι διαθέσιμο άμεσα προς κατανάλωση, δεν απαιτεί νέα δίκτυα ή υποσταθμούς, δεν έχει απώλειες, είναι προβλέψιμο στη λειτουργία του, αναβαθμίζει ποιοτικά τα τοπικά ηλεκτρικά δίκτυα, είναι οικονομικά βιώσιμο και είναι διαθέσιμο να ενσωματωθεί στο μέλλον σε ένα δίκτυο παρακολούθησης και διαχείρισης ηλεκτρικού δικτύου.