2 Υφιστάμενη κατάσταση και θεσμικό πλαίσιο

Transcript

1 Διαχείριση Υδατικών Πόρων και Ενέργεια Αλέξανδρος θ. Γκιόκας Πολιτικός Μηχανικός ΕΜΠ Αθήνα, 2009

2 1 Εισαγωγή Ο όρος «βιώσιμη ανάπτυξη» αποτελεί σήμερα ίσως τον πιο δημοφιλή όρο, που συνοδεύει προτάσεις και σχέδια για την αντιμετώπιση των προβλημάτων, που προκύπτουν από τη στενότητα των φυσικών πόρων και την αναποτελεσματική διαχείριση του ενεργειακού δυναμικού. Η έννοια της βιωσιμότητας είναι άρρηκτα συνυφασμένη με την εκπόνηση βέλτιστων στρατηγικών σχεδίων εξοικονόμησης ή/και παραγωγής ενέργειας. Στην κατεύθυνση αυτή, κυρίαρχο ρόλο διαδραματίζουν οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), οι οποίες σύμφωνα με την οδηγία 2001/77 της Ευρωπαϊκής Κοινότητας νοούνται ως οι μη ορυκτές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (αιολική, ηλιακή και γεωθερμική ενέργεια, ενέργεια κυμάτων, παλιρροϊκή ενέργεια, υδραυλική ενέργεια, βιομάζα, αέρια εκλυόμενα από χώρους υγειονομικής ταφής, από εγκαταστάσεις βιολογικού καθαρισμού και βιοαέρια). Η διαχείριση των υδατικών πόρων συναρτάται άμεσα με πολλές πτυχές της διαχείρισης ενέργειας και συγκεκριμένα με την παραγωγή, την αποθήκευση και την κατανάλωση ενέργειας (Κουτσογιάννης 2007). Είναι, λοιπόν, προφανές ότι σε μια περίοδο ενεργειακής κρίσης η ενσωμάτωση της ενεργειακής συνιστώσας στο στρατηγικό σχεδιασμό της διαχείρισης υδατικών πόρων καθίσταται αναγκαία. 2 Υφιστάμενη κατάσταση και θεσμικό πλαίσιο 2.1 Ευρωπαϊκή πολιτική Οι άξονες της Ευρωπαϊκής πολιτικής για την περιβαλλοντική διαχείριση υπερτονίζουν τη σημασία της βιωσιμότητας και της δημιουργία μιας οικονομίας υψηλής ενεργειακής απόδοσης και χαμηλών εκπομπών CO 2. Η πολιτική αυτή βασίζεται στην υλοποίηση του στόχου για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ σε ποσοστό 20% επί της ακαθάριστης κατανάλωση ενέργειας της ΕΕ έως το 2020, από 8,5% που ήταν το 2005 (Ευρωπαϊκή Επιτροπή 2007). Για να επιτευχθεί αυτός ο κοινός στόχος, κάθε κράτος μέλος πρέπει να αυξήσει την παραγωγή και χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στον ηλεκτρισμό, τη θέρμανση, την ψύξη και τις μεταφορές. Γκιόκας Α. (ΕΜΠ 2009) 1

3 Οι δυσκολίες για την επίτευξη του στόχου οφείλονται κυρίως στο υψηλό αρχικό κόστος των επενδύσεων στις ΑΠΕ, χωρίς μάλιστα να συνυπολογίζεται το κόστος «εξωτερικής οικονομίας» (μακροπρόθεσμες επιπτώσεις στην υγεία ή στο περιβάλλον κλπ). 2.2 Χρήση των ΑΠΕ στον Ελληνικό Χώρο Σύμφωνα με την οδηγία 2001/77 της Ευρωπαϊκής Κοινότητας, η Ελλάδα πρέπει να ικανοποιήσει - έως το τον στόχο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ σε ποσοστό 20,1% επί των αναγκών κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. Για την υλοποίηση του στόχου, οι εξειδικευμένες απαιτήσεις ανά τεχνολογία ΑΠΕ παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα. Πίνακας 1: Απαιτήσεις εγκατάστασης μονάδων ΑΠΕ στον Ελληνικό χώρο για την επίτευξη του στόχου της οδηγίας 2001/77 (ΥΠΑΝ 2005) Το μεγαλύτερο ποσοστό της ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα παράγεται μέσω της καύσης του λιγνίτη στα ατμοηλεκτρικά εργοστάσια. Στο σχήμα 1 απεικονίζεται η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ανά χρησιμοποιούμενη ύλη στον Ελληνικό χώρο για το διάστημα Αξιοσημείωτα στοιχεία είναι η «κυριαρχία» του λιγνίτη, η σχετικά μικρή συμμετοχή των ΑΠΕ και τέλος, η πρόσφατη δυναμική διείσδυση του φυσικού αερίου στην ηλεκτροπαραγωγή από το έτος Γκιόκας Α. (ΕΜΠ 2009) 2

4 Λιγνίτης Πετρέλαιο Φυσικό Αέριο Υ/Η Αιολικά Βιομάζα GWh Σχήμα 1: Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ανά τύπο πρώτης ύλης (ΥΠΑΝ 2007) Η υφιστάμενη κατάσταση στον Ελληνικό χώρο αναφορικά με τη χρήση των διαφόρων τεχνολογιών και ορυκτών καυσίμων για το έτος 2006, παρουσιάζεται στον πίνακα 2. Πίνακας 2: Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ανά πρώτη ύλη / τεχνολογία το έτος 2006 (ΥΠΑΝ 2007) Καύσιμο Σύνολο Καθαρής Παραγωγής(GWh) Ποσοστό % Αιολικά ,02 Βιομάζα 92 0,16 Υδροηλεκτρικά ,08 Φυσικό Αέριο ,13 Πετρέλαιο ,40 Λιγνίτης ,21 Σύνολο Νερό και Ενέργεια 3.1 Παραγωγή Υδροηλεκτρικής Ενέργειας Η υδροηλεκτρική ενέργεια προέρχεται από τη μετατροπή της δυναμικής ενέργειας του νερού σε κινητική και εν συνεχεία σε ηλεκτρική ενέργεια. Η μετατροπή της δυναμικής ενέργειας σε κινητική πραγματοποιείται μέσω της Γκιόκας Α. (ΕΜΠ 2009) 3

5 κίνησης του νερού από υψηλότερες περιοχές (υψηλότερο υδραυλικό φορτίο) προς χαμηλότερες περιοχές (χαμηλότερο υδραυλικό φορτίο). Η παραγόμενη ενέργεια των υδατοπτώσεων αξιοποιείται, εν συνεχεία μέσω των υδροηλετρικών έργων (υδροταμιευτήρας, φράγμα, κλειστός αγωγός πτώσεως, υδροστρόβιλος, ηλεκτρογεννήτρια, διώρυγα φυγής) και παράγεται η ηλεκτρική ενέργεια. Η κατηγοριοποίηση των υδροηλεκτρικών έργων βασίζεται στους ακόλουθους δύο τρόπους παραγωγής κινητικής ενέργειας: Εκμετάλλευση της ροής νερού σε υδραυλικό αγωγό με φυσική κλίση (δημιουργία μικρών υδροηλεκτρικών έργων 1 ) Αποθήκευση νερού σε ταμιευτήρα, με στόχο την αύξηση του υδραυλικού ύψους και κατ επέκταση της δυναμικής ενέργειας (δημιουργία μεγάλων υδροηλεκτρικών έργων) Τα πλεονεκτήματα από τη χρήση της υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι: Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί είναι δυνατό να τεθούν σε λειτουργία αμέσως μόλις απαιτηθεί επιπλέον ηλεκτρική ενέργεια (πχ σε ημέρες αιχμής κατά τη θερινή περίοδο), σε αντίθεση με τους θερμικούς σταθμούς παραγωγής (λιγνίτη, πετρελαίου κλπ), που απαιτούν πολύ περισσότερο χρόνο προετοιμασίας 2 Η υδροηλεκτρική ενέργεια είναι μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και η αξιοποίησή της συμβάλλει στην εξοικονόμηση των φυσικών πόρων και στην περιβαλλοντική βιωσιμότητα Οι ταμιευτήρες των υδροηλεκτρικών έργων δύνανται να χρησιμοποιηθούν και για άλλες ανάγκες, όπως η ύδρευση και άρδευση, η ανάσχεση χειμάρρων, η δημιουργία υγροτόπων υψηλής οικολογικής στάθμης και η αναψυχή μέσω αθλητικών δραστηριοτήτων (πχ κωπηλασία) 1 Ένας σταθμός μικρού υδροηλεκτρικού έργου παράγει ισχύ 1MW-30MW και εξυπηρετεί τοπικές ανάγκες μιας περιοχής. Σταθμοί παραγωγής ισχύος άνω των 30 MW χαρακτηρίζονται ως μεγάλα υδροηλεκτρικά έργα και καλύπτουν διαπεριφερειακές ενεργειακές (Castaldi 2003). 2 Ένας υδροηλεκτρικός σταθμός απαιτεί μόλις μερικά λεπτά της ώρας για να τεθεί σε λειτουργία ενώ ένα θερμικό εργοστάσιο παραγωγής χρειάζεται περίπου 12 ώρες για την πλήρη διαθεσιμότητα στην παραγωγή ενέργειας (Castaldi 2003). Γκιόκας Α. (ΕΜΠ 2009) 4

6 Τα μειονεκτήματα των έργων παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας αφορούν κυρίως τα «μεγάλα υδροηλεκτρικά έργα» και μπορούν να συνοψισθούν ως εξής: Το μεγάλο κόστος κατασκευής φραγμάτων και εξοπλισμού των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, όπως και ο πολύς χρόνος που απαιτείται για την αποπεράτωση των εργασιών Η έντονη περιβαλλοντική αλλοίωση στην περιοχή του ταμιευτήρα (ενδεχόμενη μετακίνηση πληθυσμών, αλλαγές στις χρήσεις γης, στη χλωρίδα και πανίδα της υφιστάμενης περιοχής αλλά και του τοπικού κλίματος, πλήρωση ταμιευτήρων με φερτές ύλες, αύξηση σεισμικής επικινδυνότητας, κ.ά.). Πρόκεται για έργα, που επηρεάζονται καίρια από την ξηρασία. Παρατεταμένα επεισόδια ξηρασίας καθιστούν τη λειτουργία των σταθμών προβληματική. Στον ακόλουθο πίνακα παρατίθενται τα σημαντικότερα γεγονότα στην ιστορία της παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας στον Ελληνικό χώρο. Πίνακας 3: Σημαντικά γεγονότα στην ιστορία της υδροηλεκτρικής ενέργειας Χρονική Περίοδος Έργα / Δράσεις 1950 Ίδρυση της Δημόσιας Επιχείρησης Ηλεκτρισμού (ΔΕΗ) Κατασκευάστηκαν 8 Μεγάλοι Υδροηλεκτρικοί Σταθμοί, συνολικής εγκατεστημένης ισχύος MW (Άγρας, Λάδωνας, Λούρος, Ταυρωπός/Πλαστήρας, Κρεμαστά, Καστράκι, Εδεσσαίος & Πολύφυτο), μεταξύ αυτών και οι 3 μεγαλύτεροι (Κρεμαστά-Καστράκι-Πολύφυτο) Δημιουργία ΥΗΣ ισχύος 437,2 MW στη θέση «Κρεμαστά». Πρόκειται για 1966 το μεγαλύτερο έργο της χώρας με ταμιευτήρα χωρητικότητας 3,3 *10 9 m 3. Κατασκευάστηκαν 11 υδροηλεκτρικοί σταθμοί (8 μεγάλοι & 3 μικροί), Σήμερα συνολικής εγκατεστημένης ισχύος περίπου MW (Πουρνάρι I & II, Σφηκιά, Ασώματα, Στράτος I & II, Πηγές Αώου, Θησαυρός 3, Πλατανόβρυση, ΜΥΗΣ Γκιώνας, ΜΥΗΣ Μακρυχωρίου, ΜΥΗΣ Σμοκόβου). Η ολική εγκατεστημένη εγκατεστημένη ισχύς υπολογίζεται σε 3.060MW (για τα προαναφερθέντα 16 «μεγάλα υδροηλεκτρικά έργα» και τα 3 «μικρά υδροηλεκτρικά έργα»), ενώ η ολική μέση ετήσια παραγωγή 3 Οι επισημασμένες με έντονο χρώμα θέσεις αναφέρονται σε σταθμoύς άντλησης ταμίευσης (pump storage δύο ταμιευτήρων). Γκιόκας Α. (ΕΜΠ 2009) 5

7 υδροηλεκτρικής ενέργειας ανέρχεται περίπου σε GWh (Μιζάν 2006), συνεισφέροντας περίπου στο 10% της ολικής μέσης ετήσιας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η ΔΕΗ έχει προγραμματίσει την κατασκευή έξι ακόμη μεγάλων υδροηλεκτρικών έργων (συνολικής εγκατεστημένης ισχύος 612.1MW), στοιχεία των οποίων παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα. Πίνακας 4: Μεγάλα Υδροηλεκτρικά έργα υπό κατασκευή (ΥΠΑΝ 2005) 3.2 Αποθήκευση Ενέργειας Οι αντιστρεπτοί σταθμοί άντλησης αποθήκευσης ενέργειας, σε αντίθεση με τους συμβατικούς υδροηλεκτρικούς σταθμούς αποθήκευσης, περιλαμβάνουν την «ανακύκλωση» του νερού. Η λειτουργία των έργων αυτών βασίζεται στην κίνηση του νερού εντός ενός συστήματος ταμιευτήρων. Αφού το νερό εξέλθει από τον υψηλότερο ταμιευτήρα και διέλθει από τους υδροστροβίλους (παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια), συνεχίζει τη ροή προς δεύτερο ταμιευτήρα (χαμηλότερου υψομέτρου). Κατά τη διάρκεια της νύχτας, όπου οι ενεργειακές απαιτήσεις είναι μικρότερες, ενεργοποιούνται οι στρόβιλοι με αντίστροφη λειτουργία, πλέον, αντλούν μέρος του νερού του χαμηλότερου ταμιευτήρα και το οδηγούν στον υψηλότερο. Με τη λειτουργία αυτή, είναι δυνατόν να επαναληφθεί νέος κύκλος ηλεκτροπαραγωγής με την εκ νέου πτώση νερού στους υδροστρόβιλους, την εν συνεχεία αποθήκευση στον χαμηλότερο ταμιευτήρα κ.ο.κ. Ο όλος κύκλος (αποθήκευση, άντληση και παραγωγή) έχει βαθμό απόδοσης, που φθάνει το 90%, ποσοστό ασύλληπτα υψηλό σε σύγκριση με άλλες μεθόδους ενεργειακών μετατροπών (Κουτσογιάννης 2007). Γίνεται προφανές ότι η συμβολή τέτοιων έργων στην κάλυψη των Γκιόκας Α. (ΕΜΠ 2009) 6

8 αναγκών, σε θερινές κυρίως περιόδους μεγάλης αιχμής ενεργειακής ζήτησης, είναι τεράστια. Ο ΥΗΣ «Σφηκιάς» ήταν ο πρώτος σταθμός άντλησης αποθήκευσης, που κατασκευάσθηκε στην Ελλάδα (έναρξη λειτουργίας: 1985). O ΥΗΣ βρίσκεται κατάντη του ΥΗΣ Πολυφύτου, σε απόσταση 25 Km από τη Βέροια και η ισχύς του είναι 315 MW. Κατά την αναστρεπτή λειτουργία, ο σταθμός αντλεί τα νερά του ταμιευτήρα Ασωμάτων και τα οδηγεί στον ταμιευτήρα Σφηκιάς (Λέρης 2006). Το 1997 κατασκευάσθηκε και δεύτερος αντιστρεπτός σταθμός άντλησης - ταμίευσης στη θέση «Θησαυρός» του ποταμού Νέστου. Ο σταθμός ισχύος 384 MW, κατά την αντιστρεπτή λειτουργία του αντλεί τα νερά του ταμιευτήρα Πλατανόβρυσης και τα οδηγεί στον ταμιευτήρα Θησαυρού (Λέρης 2006). 3.3 Κατανάλωση Ενέργειας Πολλά από τα έργα διαχείρισης υδατικών πόρων απαιτούν εύλογα την κατανάλωση ενέργειας αντί την παραγωγή ή/και αποθήκευση. Δραστηριότητες όπως η μεταφορά νερού, τα έργα αφαλάτωσης και οι αντλήσεις υπογείων υδάτων είναι μερικά χαρακτηριστικά παραδείγματα, όπου απαιτούνται μεγάλα ποσά ενέργειας για την υλοποίησή τους Μεταφορά νερού Το σύστημα μεταφοράς νερού για τις υδρευτικές ανάγκες της Αθήνας αποτελείται από κύρια υδραγωγεία μήκους 311 km, ενωτικά υδραγωγεία μήκους 105 km και δευτερεύοντα υδραγωγεία μήκους 80 km. Το σύστημα απόληψης και μεταφοράς νερού συμπληρώνεται από μια σειρά αντλιοστασίων κυρίως για την άντληση και μεταφορά του νερού από τη λίμνη Υλίκης. Οι αντλητικές αυτές δραστηριότητες αποτελούν εξαιρετικά ενεργοβόρες και δαπανηρές διαδικασίες. Η απόληψη από την Λίμνη Υλίκη και τις γεωτρήσεις, που επιτυγχάνεται με άντληση, είναι επιβεβλημένη κατά την διάρκεια πτωχών υδρολογικών περιόδων, που τα αποθέματα των Ταμιευτήρων Μόρνου-Ευήνου είναι πενιχρά, παρόλη τη δαπανηρή λειτουργία τους. Συγκεκριμένα κατά τη διάρκεια του υδρολογικού έτους για την άντληση hm 3 δαπανήθηκαν (Νασίκας 2003). Γκιόκας Α. (ΕΜΠ 2009) 7

9 3.3.2 Αφαλάτωση Ο σημαντικότερος παράγοντας κόστους λειτουργίας μιας μονάδας αφαλάτωσης είναι η κατανάλωση ενέργειας. Στον παρακάτω πίνακα δίνονται για εναλλακτικές τεχνικές αφαλάτωσης, οι ενδεικτικές ενεργειακές απαιτήσεις για τη λειτουργία μιας τέτοιας μονάδας. Γίνεται σαφές, ότι οι μεγάλες ενεργειακές απαιτήσεις καθιστούν την αφαλάτωση «λύση ανάγκης» σε περίπτωση μεγάλων προβλημάτων στην ύδρευση (κυρίως για παράκτιες περιοχές). Πίνακας 5: Ενεργειακές απαιτήσεις ανά μέθοδο αφαλάτωσης [(Τζεν 2001) μετά από τροποποιήσεις] Μέθοδος Νερό τροφοδοσίας Κατανάλωση Πολυβάθμια εκτόνωση (MSF) Πολυβάθμια ξάτμιση (MED) Θαλασσινό Θερμική kwh/m 3 Ηλεκτρική 4-6 kwh/m 3 Θαλασσινό Θερμική kwh/m 3 Ηλεκτρική kwh/m 3 Εξάτμιση με επανασυμπίεση ατμών (MVC) Ηλιακή απόσταξη (SD) Αντίστροφη ώσμωση Θαλασσινό Ηλεκτρική 8-15 kwh/m 3 Υφάλμυρο Ηλεκτρική kwh/m 3 Θαλασσινό Ηλεκτρική 3-15 kwh/m 3 (Θ) Υφάλμυρο Ηλεκτρική kwh/m 3 (Υ) Γκιόκας Α. (ΕΜΠ 2009) 8

10 4 Αναφορές Castaldi, D. (2003). A Study of Hydroelectric Power: From a Global Perspective to a Local Application. College of Earth and Mineral Sciences The Pennsylvania State University. Ανακοίνωση της Επιτροπής προς το Συμβούλιο και το Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο της 10ης Ιανουαρίου 2007 με τίτλο «Ενεργειακή πολιτική για την Ευρώπη» ΟΔΗΓΙΑ 2001/77/ΕΚ ΤΟΥ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟΥ ΚΟΙΝΟΒΟΥΛΙΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟΥ της 27ης Σεπτεμβρίου 2001 για την προαγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές στην εσωτερική αγορά ηλεκτρικής ενέργειας. Κουτσογιάννης, Δ. (2007). Ενέργεια και διαχείριση υδατικών πόρων. Energy Point. Αθήνα. τεύχος 3. Λέρης, Γ. (2006). Εκμετάλλεσυη Υδροηλεκτρικών Σταθμών. Διεθνές Συνέδριο «ENERGYTEC 2006» & 1η Διεθνής Έκθεση: Μορφές & Διαχείριση Ενέργειας, Νοεμβρίου 2006, Εκθεσιακό Κέντρο HELEXPO Palace, Μαρούσι. Μιζάν, Α. (2006). Μεγιστοποιώντας τα Οφέλη της Υδροηλεκτρικής Ενέργειας Επισκόπηση της Ελληνικής Υδροηλεκτρικής Ενέργειας. HYDRO 2006, Porto Carras. Νασίκας, Α. (2003). Διαχείριση Εξωτερικού Υδροδοτικού Συστήματος της Αθήνας. ΕΥΔΑΠ Τζεν, Ε. (2001). Μέθοδοι Αφαλάτωσης Συγκριτική Αξιολόγηση και Εφαρμογές στα Νησιά του Αιγαίου. Συμπόσιο Αιγαίο Νερό Βιώσιμη Ανάπτυξη ΥΠΑΝ (2005). 3η Εθνική Έκθεση για το Επίπεδο Διείσδυσης της Ανανεώσιμης Ενέργειας το Αθήνα Γκιόκας Α. (ΕΜΠ 2009) 9

11 ΥΠΑΝ (2007). 1η Έκθεση για το μακροχρόνιο σχεδιασμό της Ελλάδας Αθήνα Γκιόκας Α. (ΕΜΠ 2009) 10