Τα ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη αποτελούν μια σημαντική δικλίδα ασφαλείας για τις βιομηχανικές μονάδες σε περίπτωση διακοπής ρεύματος. Τα τελευταία χρόνια τα συγκεκριμένα συστήματα έχουν αναβαθμιστεί και προσφέρουν σημαντικές λύσεις.
Άρθρο του κ. Νικόλαου Σ. Κορακιανίτη*
Τα ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη είναι ανεξάρτητες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας που αποτελούνται από ένα ζεύγος μηχανών (κινητήρια μηχανή – ηλεκτρογεννήτρια), οι οποίες συνεργάζονται και παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.
Τα ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη χρησιμοποιούνται συμβατικά ως πηγή ηλεκτρικής ενέργειας:
- Εφεδρική, στις εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν ως κύρια πηγή το δίκτυο μιας εταιρείας παρόχου ηλεκτρικής ενέργειας. Στις συγκεκριμένες περιπτώσεις τα ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη τροφοδοτούν μερικώς ή συνολικώς την ηλεκτρική εγκατάσταση ενός κτιρίου, όταν η τάση ή και η συχνότητα γίνουν ακατάλληλες, ή όταν διακοπεί η παροχή από την κύρια πηγή.
- Κύρια, στις εγκαταστάσεις όπου δεν φθάνει το δίκτυο της εταιρείας διανομής.
- Συμπληρωματική, σε ειδικές περιπτώσεις, παράλληλα με το δίκτυο της εταιρείας διανομής, για να καλυφθεί η αυξημένη ζήτηση φορτίου της ηλεκτρικής εγκατάστασης.
Ξεπερνώντας τις παραπάνω συνηθισμένες συμβατικές εφαρμογές, τα ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη χρησιμοποιούνται πλέον ευρύτατα σε μοντέρνες και καινοτόμες ηλεκτροτεχνικές εφαρμογές, υποστηρίζοντας τη λειτουργική αξιοπιστία τους σε ακραίες καταστάσεις.
Δύο τέτοιες περιπτώσεις είναι:
- Τα υβριδικά δίκτυα διεσπαρμένης μικροπαραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
- Τα υβριδικά ή πλήρως εξηλεκτρισμένα πλοία (Π.Ε.Π.).
Υβριδικά δίκτυα
Η μικροπαραγωγή δεν αποτελεί νέα έννοια για τα συστήματα παραγωγής και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, και κατά το παρελθόν αναφερόταν στην παραγωγή ενέργειας χαμηλής κλίμακας, δηλαδή μερικών εκατοντάδων kW. Δεδομένης της διαρκώς αυξανόμενης ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας στην εποχή μας, αλλά και της αδυναμίας των υφιστάμενων δικτύων να ανταπεξέλθουν στις αυξημένες απαιτήσεις με αξιοπιστία, εισήχθη ο όρος «μικροδίκτυα» που αποτελεί μια νέα έννοια.
Τα μικροδίκτυα αποτελούν μικρογραφίες του δημόσιου δικτύου και συμβάλλουν στην κατανεμημένη παραγωγή, παρέχοντας τη δυνατότητα σε απομονωμένους καταναλωτές να έχουν αδιάλειπτη ηλεκτρική παροχή. Το γεγονός ότι για την παραγωγή ενέργειας σε αυτά χρησιμοποιούνται ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, τα θέτει στο επίκεντρο των εξελίξεων της ερευνητικής αλλά και της εμπορικής δραστηριότητας στον εν λόγω τομέα.
Ως μικροδίκτυο (microgrid) ορίζεται ένα υποσύστημα του κεντρικού δικτύου συνδεδεμένο σε ένα σημείο με το δίκτυο διανομής, το οποίο περιλαμβάνει μονάδες παραγωγής, φορτία και στοιχεία αποθήκευσης της ενέργειας, ενώ μπορεί και λειτουργεί είτε συνδεδεμένο με το δημόσιο δίκτυο είτε αυτόνομα.
Τυπικές πηγές ενός μικροδικτύου είναι οι γεννήτριες ντίζελ ή φυσικού αερίου (ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη), μονάδες συμπαραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και ζεστού νερού (γεννήτριες, μικροστρόβιλοι), ανεμογεννήτριες, φωτοβολταϊκά, συστοιχίες κυψελών καυσίμου (fuel cells), γεωθερμικοί και ηλιοθερμικοί σταθμοί, μικρά υδροηλεκτρικά, καθώς και μονάδες που χρησιμοποιούν ως πρώτη ύλη βιομάζα, βιοντίζελ ή οποιαδήποτε άλλη πηγή ενέργειας.
Συνεπώς πρόκειται για υβριδικά (ως προς τον τρόπο παραγωγής) δίκτυα διεσπαρμένης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με ή χωρίς σύστημα αποθήκευσης ενέργειας, τα οποία είναι δυνατό να είναι αυτόνομα, χωρίς διασύνδεση με το κεντρικό δίκτυο, ή και διασυνδεδεμένα με αυτό.
Υβριδικά πλοία Π.Ε.Π.
Η σύγχρονη τάση στον τομέα της ναυτιλίας –η οποία αναζητά τρόπους μείωσης των εκπομπών ρύπων των πλοίων για την προστασία του περιβάλλοντος– είναι ο πλήρης εξηλεκτρισμός όλων των εγκατεστημένων υποσυστημάτων ισχύος των πλοίων.
Το «πλήρως εξηλεκτρισμένο πλοίο» (ΠΕΠ), «All Electric Ship» (AES) βάσει της διεθνούς ορολογίας, αυξάνει τη σημασία του συστήματος ηλεκτρικής ισχύος ενός πλοίου αλλά και της εύρυθμης λειτουργίας του, προκειμένου να διασφαλίζεται η ομαλή και ασφαλής πλεύση του, καθώς επίσης η επιβίωση των επιβαινόντων σε αυτό.
Ένα πλήρως εξηλεκτρισμένο πλοίο μπορεί να χρησιμοποιήσει την αρχιτεκτονική της ολοκληρωμένης πλήρους ηλεκτροπρόωσης (Integrated Full Electric Propulsion [IFEP]), η οποία βασίζεται σε τυπικές μονάδες ηλεκτρικού εξοπλισμού. Αυτές μπορούν να συναρμολογηθούν για τη δόμηση ενός επιθυμητού συστήματος τροφοδοσίας ισχύος με προσαρμοσμένες προδιαγραφές ισχύος και τάσης, χρησιμοποιώντας και ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη, όπως μπορούμε να παρατηρήσουμε στις εικόνες 1-2.
Η αρθρωτή σχεδίαση και η δόμηση της πλήρους ηλεκτροπρόωσης σε συνδυασμό με προηγμένες τεχνικές εκτίμησης ισχύος επιτρέπουν τη βελτιστοποίηση της αρχιτεκτονικής ισχύος του πλοίου, καθώς ταιριάζουν καλύτερα στις προδιαγραφές του τύπου και του σχεδιασμού του εν λόγω πλοίου.
Το Ενσωματωμένο Σύστημα Ισχύος (Ε.Σ.Ι., στα αγγλικά Integrated Power System [I.P.S.]) αποτελεί ένα από τα σημαντικά χαρακτηριστικά όλων των πλήρως εξηλεκτρισμένων πλοίων, καθώς ελαχιστοποιεί το πλήθος των γεννητριών ενσωματώνοντας έξυπνες μεθόδους για την ικανοποίηση των απαιτήσεων των φορτίων, ενώ παρέχει τη δυνατότητα στις γεννήτριες να προσαρμόζονται ανάλογα με τις ανάγκες των φορτίων.
Αποτελείται από το υποσύστημα παραγωγής και αποθήκευσης, το οποίο απαιτεί χρήση μετατροπέων ισχύος τόσο για τη διόρθωση της εναλλασσόμενης τάσης των γεννητριών όσο και για τη σύνδεση των συστημάτων αποθήκευσης με αυτό.
Σε γενικές γραμμές, το ενσωματωμένο σύστημα ισχύος του πλοίου μπορεί να θεωρηθεί ως ένα μικροδίκτυο μεγάλης κλίμακας με ειδικές απαιτήσεις.
*Ο κ. Νικόλαος Σ. Κορακιανίτης είναι ηλεκτρολόγος μηχανικός και τεχνολογίας υπολογιστών, MSc Electrical and Computer Engineering, MSc in Microelectronics, ακαδημαϊκός υπότροφος του Πανεπιστημίου Δυτικής Αττικής, στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων & Ηλεκτρονικών Μηχανικών, καθώς και μέλος του Ερευνητικού Εργαστηρίου Ευφυών Τεχνολογιών, Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας και Ποιότητας
Το συγκεκριμένο άρθρο δημοσιεύτηκε στο τεύχος Ιουλίου-Αυγούστου του περιοδικού “Μετάδοση Ισχύος”
