ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ WAVE STAR

Transcript

1 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ WAVE STAR Σπουδαστής: Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: Κόγια Γρ. Φωτεινή Καβάλα, Οκτώβριος 2011

2 Εγκρίνεται η Πτυχιακή Εργασία Καβάλα, / /2011 Η επιβλέπουσα Καθηγήτρια Ο Προϊστάμενος του Τμήματος Κόγια Φωτεινή Αντωνιάδης Παντελής Η Εξεταστική Επιτροπή 1. Κόγια Φωτεινή ii

3 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ WAVE STAR Σπουδαστής Νικολαΐδης Ε. Παναγιώτης Α.Ε.Μ.: 4245 Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: Κόγια Γρ. Φωτεινή Καβάλα, Οκτώβριος 2011 iii

4 Φωτοβολταϊκό πάρκο 6 MW Βαθυχώρι, Μέγαρα Κ.Ε.: RENI-DS

5

6 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η Εργασία αυτή αποτελεί την Πτυχιακή μου Εργασία στα πλαίσια των σπουδών μου στο Τμήμα Ηλεκτρολογίας του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Η εκπόνησή της ξεκίνησε το Μάρτιο του 2011 και ολοκληρώθηκε τον Οκτώβριο του 2011, υπό την επίβλεψη της Καθηγήτριας κας Κόγια Γρ. Φωτεινής, Καθηγήτριας Εφαρμογών του Τομέα Φυσικής, του Γενικού Τμήματος Θετικών Επιστημών, της Σχολής Τεχνολογικών Εφαρμογών, του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Στην Πτυχιακή αυτή Εργασία γίνεται ανάλυση της κυματικής διάταξης Wave Star ως προς την κατασκευή, τη λειτουργία και την αξιοποίηση αυτής. Επίσης γίνεται αναφορά στις Α.Π.Ε. και στη θαλάσσια κυματική ενέργεια. Αισθάνομαι την υποχρέωση να ευχαριστήσω θερμά την Καθηγήτρια κα Κόγια Φωτεινή, τόσο για την ανάθεση του θέματος, όσο και για το αμείωτο ενδιαφέρον και την προθυμία της στην εξεύρεση πληροφοριών, για τις εύστοχες υποδείξεις σχετικά με τον τρόπο χειρισμού του θέματος, καθώς επίσης και για την αμέριστη βοήθεια, καθοδήγηση και συμπαράσταση που μου παρείχε όλο αυτό το διάστημα. Η συμβολή της στην πραγματοποίηση αυτής της εργασίας ήταν καθοριστική. Τελειώνοντας, θα ήταν παράλειψή μου να μην αναφερθώ στους Καθηγητές και στους συμφοιτητές μου, για την προθυμία τους να με βοηθήσουν, καθώς επίσης και σε όλους αυτούς που ανήκουν στο φιλικό μου περιβάλλον, οι οποίοι μου συμπαραστάθηκαν και με ενθάρρυναν κατά την προσπάθεια πραγματοποίησης των στόχων μου. Καβάλα, Οκτώβριος 2011 vi

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΓΚΡΙΝΕΤΑΙ ΕΞΩΦΥΛΛΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΑΦΙΕΡΩΝΕΤΑΙ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ii iii iv v vi viii xii xv xvi vii ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΜΟΛΥΝΣΗ ΤΩΝ ΥΔΑΤΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΖΗΤΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΝΔΕΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΒΙΟΤΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ ΝΕΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η ΕΝΝΟΙΑ ΚΑΙ ΤΟ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΤΩΝ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΒΙΟΜΑΖΑ - ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ 11 vii

8 1.3.3 ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ- ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΥΔΑΤΟΠΤΩΣΕΙΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 2.1 ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΕΡΑΣΤΙΕΣ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΠΡΟΣΦΟΡΑΣ ΤΗΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ ΠΑΛΙΡΡΟΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΑΓΚΟΣΜΙΟ ΚΥΜΑΤΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ 40 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ WAVE STAR 3.1 ΓΕΝΙΚΑ ΚΛΙΜΑΚΑ 1: ΚΛΙΜΑΚΑ 1: ΚΛΙΜΑΚΑ 1:2 45 viii

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΗΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ WAVE STAR 47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ WAVE STAR 60 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ο ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΥΜΑΤΙΚΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ 6.1 ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΚΤΙΑΣ ΖΩΝΗΣ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΚΤΙΑΣ ΖΩΝΗΣ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΠΑΡΑΚΤΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 7.1 ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΕΙΝΑΙ ΣΤΙΣ Α.Π.Ε WAVE STAR: ΑΠΟ ΤΗΝ ΙΣΤΙΟΠΛΟΙΑ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΟ ΠΑΡΟΝ ΚΑΙ ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΤΗΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ WAVE STAR ΕΠΕΝΔΥΣΗ ΣΤΑ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 74 ix

10 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 75 x

11 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1.1 Αιολικό πάρκο με ανεμογεννήτριες τριών (3) πτερυγίων 15 Εικόνα 1.2 Φωτοβολταϊκές συστοιχίες 17 Εικόνα 1.3 Φωτοβολταϊκό πάρκο 18 Εικόνα 1.4 Σύστημα αξιοποίησης κυματικής ενέργειας στον πυθμένα 20 Εικόνα 2.1 Θαλάσσιο κύμα 25 Εικόνα 2.2 Κυματικές διατάξεις Pelamis 27 Εικόνα 2.3 Wave Dragon 28 Εικόνα 2.4 Oyster 28 Εικόνα 2.5 OceanLinx 29 Εικόνα 2.6 OE Buoy 29 Εικόνα 2.7 Wave Star 30 Εικόνα 2.8 Buldra 30 Εικόνα 2.9 Διάταξη αξιοποίησης παλιρροιών και ρευμάτων Seagen 36 Εικόνα 2.10 Εικόνα 2.11 Εικόνα 2.12 Εικόνα 2.13 Εικόνα 2.14 Εικόνα 3.1 Διάταξη αξιοποίησης παλιρροιών και ρευμάτων Kobold Turbine 37 Διάταξη αξιοποίησης παλιρροιών και ρευμάτων Hammerfest StrØm 37 Διάταξη αξιοποίησης παλιρροιών και ρευμάτων Open Hydro 38 Διάταξη αξιοποίησης παλιρροιών και ρευμάτων Clean Current Race Rock Project 38 Διάταξη αξιοποίησης παλιρροιών και ρευμάτων Verdant Power 39 Δοκιμαστικό μοντέλο Wave Star κλίμακας 1:40 στο Aalborg University, το 2004 κύμα στο Aalborg University, το Εικόνα 3.2 Nissum Bredning εγκατάσταση Helligsø Teglværk 44 xi

12 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 3.3 Κυματική διάταξη Wave Star στο Hanstholm Δανίας 45 Εικόνα 4.1 Λειτουργία των πλωτήρων σε φυσιολογικές καιρικές συνθήκες 47 Εικόνα 4.2 Λειτουργία με πιο έντονα θαλάσσια κύματα 48 Εικόνα 4.3 Απεικόνιση κανονικής λειτουργίας 48 Εικόνα 4.4 Απεικόνιση ασφαλούς λειτουργίας με θύελλα 49 Εικόνα 4.5 Εικόνα 4.6 Εικόνα 4.7 Εικόνα 4.8 Εικόνα 4.9 Εικόνα 4.10 Εικόνα 4.11 Προστασία του Wave Star από έντονα καιρικά φαινόμενα 49 Η λειτουργία του Wave Star ανάλογα την κατεύθυνση του ανέμου 50 Οι άξονες χάλυβα που συγκρατούν την κατασκευή και τα επιπλέοντα σώματα 51 Το κουβούκλιο όπου προστατεύονται τα «ζωτικά» μέρη της εγκατάστασης 53 Κατασκευή πλωτήρων στην ξηρά και η μεταφορά τους στην εγκατάσταση 54 Εγκατάσταση του Wave Star στην επιφάνεια της θάλασσας 54 Συντήρηση της κατασκευής από εξειδικευμένο προσωπικό 55 Εικόνα 4.12 Wave Star με κλίμακα 1:10 56 Εικόνα 4.13 Οι 40 πλωτήρες του Wave Star σε κλίμακα 1:10 56 Εικόνα 4.14 Οι 40 πλωτήρες του Wave Star σε κλίμακα 1:10 57 Εικόνα 4.15 Wave Star 1:2 στο Hanstholm 57 Εικόνα 4.16 Wave Star 1:2 59 Εικόνα 4.17 Wave Star 1:2 59 Εικόνα 5.1 Το όραμα της Wave Star για θαλάσσιο ενεργειακό πάρκο 60 xii

13 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 6.1 Χαλύβδινο χωροδικτύωμα 67 Εικόνα 6.2 Όψη της μονάδας από την ακτή(ονομαστική ισχύς 500 kw), Port Kembla, Αυστραλία 68 Εικόνα 6.3 Πιλοτική μονάδα Oyster στη θάλασσα 68 Εικόνα 6.4 Η πιλοτική μονάδα Oyster στη φάση της κατασκευής της, ονομαστικής ισχύος 300 kw, EMEC, Σκωτία 69 Εικόνα 6.5 Δοκιμή του συστήματος Wavestar με τους βραχίονες ανυψωμένους σε καιρικές συνθήκες θύελλας 70 EMEC, Σκωτία EMEC, Σκωτία EMEC, Σκωτία. xiii

14 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1.1 Χρήση ενέργειας από το κατά μέσο όρο Ευρωπαϊκό νοικοκυριό 3 Σχήμα 1.2 Παγκόσμια χρήση ενέργειας το Σχήμα 1.3 Η αυξανόμενη ανάγκη για ενέργεια 5 Σχήμα 1.4 Παγκόσμια Αγορά Κατανάλωσης Ενέργειας, Σχήμα1.5 Διαδικασία της φωτοσύνθεσης 12 Σχήμα 1.6 Χρήσεις βιομάζας 13 Σχήμα 1.7 Κατηγορίες χρήσης ηλιακής ενέργειας 16 Σχήμα 1.8 Μετατροπή ενέργειας υδατοπτώσεων 19 Σχήμα 1.9 Σύστημα αξιοποίησης κυματικής ενέργεια 20 Σχήμα 1.10 Εγκατάσταση Γεωθερμίας σε κτίριο 23 Σχήμα 2.1 Αυξανόμενη ανάπτυξη της τεχνολογίας 33 Σχήμα 2.2 Παγκόσμια αναπτυξιακή κατάσταση των τεχνολογιών θαλάσσιας ενέργειας 34 Σχήμα 2.3 Ο σταθμός στη La Rance 35 Σχήμα 2.4 Χάρτης Παγκόσμιου κυματικού δυναμικού σε kw/m 40 Σχήμα 6.1 Χαρακτηριστικό σύστημα για την παράκτια ζώνη 63 xiv

15 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 2.1 Κατασκευάστριες χώρες των κυματικών διατάξεων Pelamis, Wave Dragon, Oyster, OceanLinx, OE Buoy, Wave Star και Buldra 31 Πίνακας 2.2 Κατασκευάστριες χώρες των διατάξεων αξιοποίησης παλιρροιών και ρευμάτων Seagen, Kobold Turbine, Hammerfest, Open Hydro, Clean Current Race Rock Project και Verdant Power 39 Πίνακας 4.1 Κατασκευές με 40 πλωτήρες 58 xv

16 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Με την κυματική διάταξη Wave Star μπορούμε να έχουμε παραγωγή ενέργειας από τα θαλάσσια κύματα με μια διαδικασία φιλική προς το περιβάλλον όπου δε χρειάζεται τίποτα παραπάνω από θαλάσσια κύματα και τη διάταξη Wave Star εγκατεστημένη σε παράκτια ζώνη. Η κυματική διάταξη Wave Star υπερτερεί έναντι άλλων κυματικών διατάξεων καθώς χρησιμοποιεί λιγότερο χώρο ενώ παράγει περισσότερη ενέργεια. Λειτουργώντας απλά και αθόρυβα προς το περιβάλλον παράγει ενέργεια με ένα υδραυλικό σύστημα που κινείται ανάλογα με το ύψος των κυμάτων, συνδεδεμένο σε μια γεννήτρια. Σύμφωνα με την κατασκευάστρια Εταιρία Wavestar Energy στο μέλλον η αποδοτικότερη αξιοποίηση των Α.Π.Ε. θα έγκειται στην ύπαρξη θαλάσσιων πάρκων τα οποία θα απαρτίζονται από ανεμογεννήτριες και διατάξεις Wave Star. SUMMARY With the wave device Wave Star we can produce energy from sea waves by an environmental friendly procedure where it is not needed anything more than sea waves and the Wave Star device installed in a coastal zone. The Wave Star device is better than other wave devices since it uses less space while producing more energy. Operating simply and quietly to the environment, it produces energy through a hydraulic system, which moves according to the height of waves and is connected to a generator. According to the manufacturing Company Wavestar Energy in the future the most efficient usage of the Renewable Sources Energy lies in the existence of sea parks which will consist of wind generators and Wave Star devices. xvi

17 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΜΟΛΥΝΣΗ ΤΩΝ ΥΔΑΤΩΝ Το νερό, καλύπτει τα τρία τέταρτα της επιφάνειας της γης και αποτελεί το κυρίαρχο συστατικό της ζωής. Παρά τη φαινομενικά απλή χημική του σύσταση είναι προικισμένο με τις πλέον εντυπωσιακές ιδιότητες. Δεν είναι παρά μια απλή χημική ένωση - ένα άτομο οξυγόνου και δύο άτομα υδρογόνου - και ακόμα, είναι η μόνη ουσία η οποία εμφανίζεται και στις τρεις καταστάσεις, στερεά (πάγος), υγρή (νερό), και αέρια (ατμός) στις θερμοκρασίες της γης. Παρόλα αυτά παρουσιάζει περιβαλλοντικές ιδιαιτερότητες. Η ιστορία του ανθρώπου είναι ταυτισμένη με το νερό και τη θάλασσα. Γύρω από αυτό συγκρότησε την κοινωνία του, τον πολιτισμό του, δημιούργησε εμπόριο και επικοινώνησε με ξένους λαούς. Με το νερό ξεδίψασε και πότισε τα χωράφια του προσφέροντάς του τα βασικότερα αγαθά για την ίδια του τη ζωή, την καθημερινή του επιβίωση και το φαγητό του. Οι περίοδοι ξηρασίας στην ιστορία περιγράφονται πάντα με τα μελανότερα χρώματα. Η μόλυνση των υδάτων από τις βιομηχανίες και τους πολέμους, ο περιορισμός του νερού από τη μία πλευρά των συνόρων με το χτίσιμο μεγάλων φραγμάτων, τα καμένα δάση που δεν μπορούν να συγκρατήσουν το νερό της βροχής και η κακή διαχείριση για τη συλλογή και αποθήκευση του νερού της βροχής είναι τα κύρια αίτια της μεγάλης λειψυδρίας που απειλεί τον πλανήτη. Σήμερα, η ρύπανση των υδάτων είναι αχαλίνωτη και η κύρια πηγή ρύπανσης των υδάτων είναι ο ίδιος ο άνθρωπος. Συγκεκριμένα, οι τύποι ρύπων νερού μπορούν να διαχωριστούν σε τέσσερις κύριες ταξινομήσεις: φυσικούς, γεωργικούς, δημοτικούς και βιομηχανικούς. Οι φυσικοί ρύποι νερού θα μπορούσαν να περιλάβουν όλα τα φυσικά φαινόμενα που συμβαίνουν από καιρό σε καιρό, όπως 1

18 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 οι ηφαιστειακές εκρήξεις και οι σεισμοί που προκαλούν σημαντικές αναταραχές στον ωκεανό. Ακόμη και η παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου θα μπορούσε να είναι κατάλληλη ως αιτία της ρύπανσης των υδάτων. Εξάλλου, το περιβάλλον στην εποχή μας υποφέρει από την ύπαρξη και κυρίως από την κακή χρήση των βιομηχανιών καθώς και των διαφόρων μέσων συγκοινωνίας, π.χ. ένα ενδεχόμενο ατύχημα σε πλοίο που μεταφέρει πετρέλαιο δεν έχει μόνο άμεσες ορατές συνέπειες αλλά και απώτερες, που φτάνουν στα όρια του ανεπανόρθωτου, εφόσον τα πετρελαιοειδή γενικά παραμένουν για πολύ καιρό στην επιφάνεια της θάλασσας εμποδίζοντας το φως να φτάσει στους υδάτινους φυτικούς οργανισμούς και να γίνει η φωτοσύνθεση. 1.2 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΖΗΤΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η ενέργεια ορίζεται ως η ικανότητα παραγωγής έργου. Κάπως αφηρημένος ορισμός καθότι η έννοια της ενέργειας έχει εφαρμογή σε τόσες διαφορετικές καταστάσεις και υλικά. Φαίνεται ότι κάθε πτυχή της ζωής μας έχει ένα ενεργειακό τίμημα το οποίο πρέπει να πληρώσουμε ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Η χρήση ενέργειας από το κατά μέσο όρο Ευρωπαϊκό νοικοκυριό φαίνεται στο Σχήμα 1.1. Κατά προσέγγιση το 81% των ενεργειακών μας αναγκών καλύπτονται από τη χημική ενέργεια που εμπεριέχεται στα απολιθωμένα καύσιμα: πετρέλαιο, φυσικό αέριο και άνθρακα. Είναι βασικά η ηλιακή ενέργεια που έχει απορροφηθεί από τα φυτά που αναπτύχθηκαν εκατομμύρια χρόνια πριν. Αφότου τα φυτά πεθαίνουν και θαφτούν κάτω από νέα στρώματα γης, η υπόγεια θερμότητα και πίεση μετατρέπουν τα νεκρά κύτταρα σε πολύ πλούσια σε ενέργεια μόρια. 2

19 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Αποδεικνύεται ότι τα νοικοκυριά ενός Έθνους είναι υπεύθυνα για το ένα τέταρτο της ενεργειακής χρήσης του, με τη μεταφορά και τη βιομηχανία κάθε μία υπεύθυνες χωριστά για το άλλο ένα τρίτο. Οι επιχειρήσεις, η υποδομή και η γεωργία συμπληρώνουν τον κατάλογο των ενεργειακών καταναλωτών. Σχήμα 1.1 Χρήση ενέργειας από το κατά μέσο όρο Ευρωπαϊκό νοικοκυριό Το 2006, η Ευρωπαϊκή Ένωση χρησιμοποίησε 49,2 TJ (TeraJoules) ενέργειας. Αυτό σημαίνει σαράντα εννέα (49) εκατομμύρια εκατομμυρίων Joules, ένα πραγματικά εντυπωσιακό ποσό. Ακόμη και αν αυτό μοιραστεί σε πάνω από πεντακόσια (500) εκατομμύρια Ευρωπαίων, η ετήσια κατανάλωση ενέργειας για μας είναι τεράστια: MJ για καθέναν από εμάς [περίπου δέκα έξι (16) βαρέλια πετρέλαιο]. Για το σύνολο της Ευρώπης, θα έπρεπε να κάψουμε ισοδύναμο των χιλίων εκατόν εβδομήντα έξι (1176) εκατομμυρίων τόνων αργού πετρελαίου για να απελευθερωθεί τόσο μεγάλη ποσότητα ενέργειας, ικανή για να καλύψει μία λίμνη 20 m βάθους και 20 επί 30 km πλάτους. Και αυτό είναι μόνο για να ικανοποιήσει την ετήσια Ευρωπαϊκή ζήτηση για ενέργεια. Αυτό το ίδιο έτος, (2006) οι Η.Π.Α. 3

20 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 χρησιμοποίησαν ισοδύναμο δυο χιλιάδων τριακοσίων σαράντα (2340) εκατομμυρίων τόνων αργού πετρελαίου και η Κίνα έκαψε μέχρι χίλια εφτακόσια δεκαεπτά (1717) εκατομμύρια τόνους. Η χρήση ενέργειας από την Κίνα έχει αυξηθεί θεαματικά από τότε που ξεκίνησε η ταχεία οικονομική της ανάπτυξη. Αλλά υπολογίζοντας ανά πολίτη, η Κίνα εξακολουθεί να μην αποτελεί ενεργοβόρο χρήστη. Κάθε Κινέζος πολίτης χρησιμοποιεί το ισοδύναμο των ένα κόμμα τριών (1,3) τόνων πετρελαίου ετησίως. Ένας αμερικανός πολίτης, ωστόσο, χρησιμοποιεί εφτά κόμμα τέσσερις (7,4) τόνους πετρελαίου και ένας Ευρωπαίος φτάνει κατά μέσο όρο τους τρείς κόμμα επτά (3,7) τόνους ανά έτος. Σχήμα 1.2 Παγκόσμια χρήση ενέργειας το 2006 Κάθε χρόνο, ένας στόλος από τρείς χιλιάδες πεντακόσια (3500) πετρελαιοφόρα, μερικά από αυτά 400 m μήκος, μεταφέρουν δύο (2) δισεκατομμύρια τόνους πετρελαίου σε όλη την Υδρόγειο. Αυτό δεν είναι όλο το πετρέλαιο που χρησιμοποιούμε, γιατί υπάρχουν και οι αγωγοί που μεταφέρουν ένα άλλο μέρος αυτού του φορτίου. Το 2006, η υφήλιος χρησιμοποίησε τρείς χιλιάδες τετρακόσια ογδόντα ένα (3481) εκατομμύρια τόνους πετρελαίου, παρέχοντας το 43% της Παγκόσμιας ζήτησης ενέργειας. 4

21 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Τα νούμερα αυτά είναι τεράστια και δεν αναμένεται να μειωθούν. Σύμφωνα με πρόχειρες εκτιμήσεις, το 2100 ο Κόσμος θα χρειαστεί τέσσερις φορές το ποσό ενέργειας που χρησιμοποιεί σήμερα. Κατά τη διάρκεια αυτού του αιώνα, η Κίνα, η Ινδία και άλλα αναπτυσσόμενα κράτη αναμένεται να αυξηθούν στο μέγεθος του πληθυσμού τους και να φέρουν την ενεργειακή τους κατανάλωση ανά κάτοικο στα Ευρωπαϊκά επίπεδα κατανάλωσης. Αυτό δηλώνει ότι τέσσερα (4) δισεκατομμύρια άνθρωποι θα χρειάζονται τόση ενέργεια όση είναι αυτή που ο μέσος Ευρωπαίος χρησιμοποιεί σήμερα. Σχήμα 1.3 Η αυξανόμενη ανάγκη για ενέργεια Ο Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας, μια «Τράπεζα Σύσκεψης για την ενέργεια», με έδρα το Παρίσι, παρέχει το μοντέλο μελλοντικής χρήσης της ενέργειας. Στο World Energy Outlook 2008, υπολογίζεται πόση ενέργεια θα παράγεται από διάφορες πηγές το 2015 και Η στήλη ποσοστών δεξιά δείχνει πόσο η συνεισφορά της κάθε πηγής αυξάνεται ετησίως από το 2006 έως το Ο άνθρακας γίνεται όλο και πιο σημαντικός και οι βιώσιμες πηγές ενέργειας παρουσιάζουν τον υψηλότερο ρυθμό ανάπτυξης, αλλά έχουμε πολύ δρόμο να διανύσουμε. 5

22 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΣΥΝΔΕΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΒΙΟΤΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ Για την πλειονότητα του κόσμου η ενέργεια δεν είναι κάτι που θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε λιγότερο, αλλά κάτι πολύ επιθυμητό για την εκπλήρωση των βασικών αναγκών. Εύκολη πρόσβαση σε ηλεκτρικό ρεύμα και πόσιμο νερό είναι καθημερινή πραγματικότητα για τους περισσότερους από εμάς. Για τα δύο τρίτα (2/3) της ανθρωπότητας, είναι μία πολύτιμη αλλά δυσβάσταχτη πολυτέλεια. Χωρίς ηλεκτρικό φως προκύπτει πολύ δουλειά να κάνουμε σε μια μέρα. Χωρίς την ενέργεια που απαιτείται για τον καθαρισμό και τη μεταφορά νερού, οι άνθρωποι στις αναπτυσσόμενες χώρες πρέπει να περπατήσουν χιλιόμετρα ως το πλησιέστερο καθαρό πηγάδι. Και πρέπει να περπατήσουν επειδή συχνά δεν υπάρχουν ποδήλατα ή καλοφτιαγμένοι δρόμοι για να ταξιδέψουν γρήγορα. Μπορούμε να βελτιώσουμε το επίπεδο ζωής μας αν έχουμε ενέργεια να καταναλώσουμε. Το ηλεκτρικό φως παρέχει τη δυνατότητα να παρατείνουμε τις εργάσιμες ημέρες, το καύσιμο ντίζελ κινητοποιεί βαριά μηχανήματα για την κατασκευή δρόμων, την κατασκευή κτιρίων ή βοηθά στη γεωργία. Με αρκετή ενέργεια τα εργοστάσια μπορούν να παράγουν καταναλωτικά αγαθά και τα φορτηγά που λειτουργούν με ορυκτά καύσιμα μπορούν να τα μεταφέρουν. Η ενέργεια κάνει τη ζωή ευκολότερη. Αρκεί να δούμε τις φτωχότερες χώρες για να διαπιστώσουμε ότι ο τρόπος ζωής μας εξαρτάται απόλυτα από την εύκολα διαθέσιμη ενέργεια: ενέργεια που χρειαζόμαστε για τη διαχείριση νερού, αλλά επίσης ενέργεια που επιτρέπει την άρδευση και την παραγωγή χημικών λιπασμάτων, τα οποία βοηθούν στον επισιτισμό του πληθυσμού. Χρησιμοποιούμε την ενέργεια για τη θέρμανση ή ψύξη στα σπίτια μας και για την εύκολη μεταφορά. Η ενέργεια κρατά τα εργοστάσια και τις πόλεις σε λειτουργία, προσφέροντας θέσεις εργασίας σε εκατομμύρια ανθρώπους. Όπου η ενέργεια είναι δυσεύρετη, αν και είναι κάτι που θεωρούμε δεδομένο, είναι και ακριβή - προνόμιο των πλουσίων. Και το αντίστροφο είναι επίσης αλήθεια διότι μια χώρα που μπορεί να διαθέσει περισσότερη ενέργεια στον πληθυσμό της μπορεί να βελτιώσει γενικά την ποιότητα ζωής των κατοίκων της. Φυσικά, η ενέργεια δεν είναι η θαυματουργή λύση για τα προβλήματα στην Αφρική, 6

23 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 αλλά το να μην υπάρχει ενέργεια κάνει τα προβλήματα πολύ πιο δύσκολο να επιλυθούν ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ ΝΕΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Ο κόσμος απαιτεί περισσότερη ενέργεια. Βραχυπρόθεσμα, αυτό σημαίνει μεγαλύτερη χρήση των ορυκτών καυσίμων. Ρυπογόνες μονάδες καύσης άνθρακα, μέχρι πρότινος ασήμαντες, χτίζονται σήμερα σε ρυθμό μία ανά εβδομάδα στην Κίνα. Η ζήτηση για πετρέλαιο μόνο προβλέπεται ότι θα αυξηθεί κατά 47% έως το 2030, έτσι οι εταιρείες αναζητούν ακόμα και τις πιο δυσπρόσιτες πηγές του περιβάλλοντος, όπως η βαθιά θάλασσα ή η Αρκτική, για το φυσικό αέριο που θα τροφοδοτήσει σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και εργοστάσια. Σύμφωνα με το Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας (IEA), οι επενδύσεις αυτές θα διατηρήσουν το μερίδιο των ορυκτών καυσίμων περίπου στο 81% του ενεργειακού μείγματος. Σε απόλυτους όρους, οι συνολικές ενεργειακές ανάγκες - και, ως εκ τούτου, η ζήτηση για ορυκτά καύσιμα αναμένεται να αυξηθεί σχεδόν κατά το ήμισυ το Κάποια μέρα τα ορυκτά αποθέματα θα εξαντληθούν. Τα ανθρακωρυχεία μπορεί να έχουν διάρκεια ζωής περίπου διακόσια (200) χρόνια ακόμα με τους σημερινούς ρυθμούς εκμετάλλευσης. Η παραγωγή πετρελαίου, ορισμένοι φοβούνται, έχει ήδη κορυφωθεί. Ο Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας φοβάται ότι οι υπάρχουσες πετρελαιοπηγές έχουν όλο και μικρότερη παραγωγή κάθε χρόνο, και ανακαλύπτονται πολύ λίγες νέες πηγές για να σταματήσει η αργή μείωση της παραγωγής. Θα είμαστε σε ανάγκη βιώσιμων μορφών ενέργειας αν θέλουμε να αποφευχθούν συγκρούσεις όσο θα μειώνονται τα αποθέματα. Εξάλλου, ο τρόπος εκμετάλλευσης των ορυκτών καυσίμων επιταχύνει την αλλαγή του κλίματος μέσω του φαινομένου του θερμοκηπίου και κάνει την κατάσταση πολύ ανησυχητική καλώντας για Α.Π.Ε. Μπορεί να συλλεχθεί ενέργεια που είναι διαθέσιμη σε όλη την Υδρόγειο από τον αέρα, το φως του Ήλιου και τις μονάδες παραγωγής ενέργειας. Τα πυρηνικά εργοστάσια παράγουν συμπυκνωμένη ενέργεια αλλά έχουν το πρόβλημα των ραδιενεργών αποβλήτων. Η ενέργεια σύντηξης, μια τεχνολογία που αναμένεται να δημιουργήσει καθαρή, σχεδόν ανεξάντλητη ενέργεια, με τρόπο όμοιο με την 7

24 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 παραγωγή της ηλιακής ενέργειας στον ίδιο τον Ήλιο, είναι υπό διερεύνηση στις μέρες μας. Με αυτόν τον τρόπο αναμένεται να μεταφερθεί ηλεκτρική ενέργεια στο δίκτυο μέχρι το 2050 περίπου. 1.3 ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η ΕΝΝΟΙΑ ΚΑΙ ΤΟ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΤΩΝ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η παγκόσμια επιτροπή για το περιβάλλον και την ανάπτυξη διατύπωσαν την εξής έννοια της βιώσιμης ή αειφόρου ανάπτυξης, βιώσιμη είναι η ανάπτυξη η οποία ικανοποιεί τις ανάγκες της σημερινής γενιάς χωρίς να χειροτερεύει την ικανότητα των μελλοντικών γενεών να ικανοποιήσουν τις δικές τους ανάγκες. Η δυνατότητα τις βιώσιμης ανάπτυξης είναι υπαρκτή όσο υπάρχουν ανανεώσιμοι πόροι συμπεριλαμβανομένων και των ανανεώσιμων ενεργειακών πηγών και αξιοποιούνται στο μέγιστο δυνατό βαθμό. Η ευρύτερη έννοια των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας αναφέρεται σε κάθε πηγή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και ανανεώνεται μέσω φυσικών φαινομένων μόνιμου κύκλου. Πρόκειται για καθαρές μορφές ενέργειας, πολύ φιλικές στο περιβάλλον, που δεν αποδεσμεύουν υδρογονάνθρακες, διοξείδιο του άνθρακα ή τοξικά και ραδιενεργά απόβλητα όπως οι υπόλοιπες πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται σε μεγάλη κλίμακα. Ενώ για την εκμετάλλευσή τους δεν απαιτείται κάποια ενεργητική παρέμβαση όπως εξόρυξη, άντληση καύσης αλλά απλώς η εκμετάλλευση της ήδη υπάρχουσας ροής ενέργειας στην φύση. Αυτό σημαίνει πως πρόκειται για ανεξάντλητες πηγές ενέργειας που βασίζονται σε διάφορες φυσικές διαδικασίες όπως: Ο ήλιος, ο άνεμος, οι υδατοπτώσεις, η ενέργεια των κυμάτων, των ρευμάτων, των ωκεανών, η βιομάζα και η γεωθερμία. Οι Α.Π.Ε. μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε άμεσα (κυρίως για θέρμανση), είτε μετατρεπόμενες σε άλλες μορφές ενέργειας (κυρίως ηλεκτρισμό ή μηχανική ενέργεια). Υπολογίζεται ότι το τεχνικά εκμεταλλεύσιμο ενεργειακό δυναμικό από τις Α.Π.Ε. είναι πολλαπλάσιο της παγκόσμιας συνολικής κατανάλωσης ενέργειας. Η 8

25 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 υψηλή όμως μέχρι πρόσφατα τιμή των νέων ενεργειακών εφαρμογών, τα τεχνικά προβλήματα εφαρμογής καθώς και οι πολιτικές και οικονομικές σκοπιμότητες που συνδέονται με την διατήρηση του παρόντος επιπέδου ανάπτυξης στον ενεργειακό τομέα, εμπόδισαν την εκμετάλλευση έστω και μέρους αυτού του δυναμικού. Το ενδιαφέρον για την ευρύτερη αξιοποίηση των Α.Π.Ε., καθώς και για την ανάπτυξη αξιόπιστων και οικονομικά αποδοτικών τεχνολογιών που δεσμεύουν το δυναμικό τους, παρουσιάστηκε αρχικά μετά την πρώτη πετρελαϊκή χρήση του 1979 ως αποτέλεσμα κυρίως των απανωτών πετρελαϊκών κρίσεων της εποχής και παγιώθηκε την τελευταία δεκαετία μετά την συνειδητοποίηση των παγκόσμιων περιβαλλοντικών προβλημάτων από την χρήση κλασικών πηγών ενέργειας. Ιδιαίτερα ακριβές στην αρχή, ξεκίνησαν σαν πειραματικές εφαρμογές. Σήμερα όμως λαμβάνονται υπόψη στους επίσημους σχεδιασμούς των ανεπτυγμένων κρατών για την ενέργεια, λόγω της εξέλιξης των τεχνολογιών τους και την διερεύνηση της παραγωγικής βάσης τεχνολογίας σε αναπτυσσόμενες χώρες, με αντίστοιχη μείωση του κόστους επένδυσης και παραγωγής. Αποτελούν επίσης για τα κράτη στρατηγική επιλογή, αφού έχουν ωριμάσει και είναι ασφαλείς, ανταγωνιστικές και ελκυστικές σε ιδιώτες και επενδυτές. Ενώ η εφαρμογή τους συμβάλλει στη βελτίωση των περιβαλλοντικών δεικτών και ειδικότερα στη μείωση των εκπομπών CO2 και την απεξάρτηση από το εισαγόμενο πετρέλαιο. Μπορούν δηλαδή να απαντήσουν αποτελεσματικά στο τρίπτυχο των προβλημάτων που απασχολούν τον τομέα της ενέργειας: 1) Επάρκεια αποθεμάτων 2) Ασφάλεια ανεφοδιασμού 3) Προστασία του περιβάλλοντος. Εξάλλου, στην προώθηση των ΑΠΕ στην παγκόσμια ενεργειακή αγορά συνέβαλε το γεγονός ότι μπορούν να συμβάλλουν στην ενεργειακή αυτάρκεια μικρών και αναπτυσσόμενων χωρών, αποτελώντας την εναλλακτική πρόταση σε σχέση με την οικονομία του πετρελαίου. Είναι προφανές ότι χώρες με μεγάλα αποθέματα στις πρωταρχικές μορφές ενέργειας έχουν συνήθως την τάση να χρησιμοποιούν αυτό το πλεονέκτημα ως μέσο για πολιτικό και οικονομικό έλεγχο των υπολοίπων. Παράδειγμα τέτοιων συνεπειών είναι η πολιτική και οικονομική κατάσταση που έχει εδραιωθεί στη Μέση Ανατολή. Οι Α.Π.Ε όμως, αποτελούν ευέλικτες εφαρμογές που μπορούν να παράγουν ενέργεια ανάλογη με τις ανάγκες του επί τόπου πληθυσμού, καταργώντας παράλληλα την ανάγκη για τεράστιες 9

26 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 μονάδες ενεργειακής παραγωγής, αλλά και για μεταφορά της ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. Ταυτόχρονα, υποβοηθείται η αποκέντρωση και η ανάπτυξη της τοπικής οικονομίας σε κάθε περιοχή όπου εγκαθίστανται τέτοιου είδους μονάδες. Το πιο σημαντικό όφελος που μπορούν να προσφέρουν σε μία οικονομία σχετίζεται με την βελτίωση της απασχόλησης. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας παρουσιάζουν καταπληκτικό δυναμικό ως προς τη δημιουργία και διαφύλαξη θέσεων εργασίας. Μελέτη του WWF για τη βιομάζα εντοπίζει ένα δυναμικό απασχόλησης της τάξεως των θέσεων εργασίας πλήρους απασχόλησης στις χώρες του ΟΟΣΑ μόνο και μόνο από αυτή την συγκεκριμένη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Οι εν λόγω θέσεις εργασίας υπολογίζεται ότι θα δημιουργηθούν κυρίως σε αγροτικές, αδύναμες από πλευράς υποδομών, περιοχές και θα είναι ως εκ τούτου εξαιρετικά σημαντικές. Ένα επιπρόσθετο πλεονέκτημα είναι ο απλός στην κατασκευή και τη συντήρηση εξοπλισμός τους. Εξάλλου, το μηδενικό κόστος πρώτης ύλης, σε συνδυασμό με τις μικρές έως ελάχιστες απαιτήσεις συντήρησης που εμφανίζουν, συνεπάγεται περιορισμένο κόστος λειτουργίας. Έτσι, αντισταθμίζεται σε μεγάλο βαθμό το μέχρι σήμερα μειονέκτημα του αυξημένου κόστους που απαιτείται για την εγκατάσταση των μονάδων εκμετάλλευσης τους. Επιπρόσθετα, στα τεχνικά πλεονεκτήματα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας περιλαμβάνονται: Η δυνατότητα διαφοροποίησης των ενεργειακών φορέων, τεχνολογιών και υποδομώ παραγωγής θερμότητας, καυσίμων και ηλεκτρισμού και η αύξηση της ευελιξίας των συστημάτων ηλεκτροπαραγωγής, ώστε να ανταποκρίνονται στη μεταβαλλόμενη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας. Για κάθε χώρα η επιλογή μεταξύ των διάφορων διαθέσιμων ενεργειακών πόρων εξαρτάται έντονα από τους φυσικούς περιορισμούς που τίθενται για κάθε τύπο πόρου (υδατικό δυναμικό, αιολικό δυναμικό ανά περιοχή, μέγιστη μέση ηλιακή έκθεση ανά μονάδα επιφάνειας κλπ). Για κάθε πόρο λοιπόν υπάρχει ένα κατώφλι της βέλτιστης απόδοσης. Παρακάτω αναφέρονται επιγραμματικά τα οικονομικά και κοινωνικά κριτήρια τα οποία είναι αναγκαία προκειμένου να πραγματοποιηθούν τεχνικά οι ανανεώσιμες πηγές σε μία χώρα: Οικονομικός ανταγωνισμός (κόστος KWh) 10

27 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Επιπτώσεις στην απασχόληση Ευαισθησία στις τιμές των πρώτων υλών (πετρέλαιο και άλλα ορυκτά) Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Κοινωνική αποδοχή Σχήμα 1.4 Παγκόσμια Αγορά Κατανάλωσης Ενέργειας, ΒΙΟΜΑΖΑ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ Με τον όρο βιομάζα ονομάζουμε οποιοδήποτε υλικό παράγεται από ζωντανούς οργανισμούς (όπως είναι το ξύλο και άλλα προϊόντα του δάσους, υπολείμματα καλλιεργειών, κτηνοτροφικά απόβλητα, απόβλητα Βιομηχανιών τροφίμων κ.λπ.) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για παραγωγή Ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, σε αυτήν περιλαμβάνονται: οι φυτικές ύλες που προέρχονται είτε από φυσικά οικοσυστήματα, όπως π.χ. τα αυτοφυή φυτά και δάση, είτε από τις 11

28 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ενεργειακές καλλιέργειες (έτσι ονομάζονται τα φυτά που καλλιεργούνται ειδικά με σκοπό την παραγωγή βιομάζας για παραγωγή ενέργειας) γεωργικών και δασικών ειδών, όπως π.χ. το σόργο, το σακχαρούχο, το καλάμι, ο ευκάλυπτος κ.ά. τα υποπροϊόντα και κατάλοιπα της φυτικής, ζωικής, δασικής και αλιευτικής παραγωγής, όπως π.χ. τα άχυρα, τα στελέχη αραβόσιτου, τα στελέχη βαμβακιάς, τα κλαδοδέματα, τα κλαδιά δένδρων, τα φύκια, τα κτηνοτροφικά απόβλητα, οι κληματίδες κ.ά., τα υποπροϊόντα που προέρχονται από τη μεταποίηση ή επεξεργασία των υλικών αυτών, όπως π.χ. τα ελαιοπυρηνόξυλα, υπολείμματα εκκοκκισμού βαμβακιού, το πριονίδι κ.ά., καθώς και το βιολογικής προέλευσης μέρος των αστικών λυμάτων και σκουπιδιών. Η ενέργεια που είναι δεσμευμένη στις φυτικές ουσίες προέρχεται από τον Ήλιο. Με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, τα φυτά μετασχηματίζουν την ηλιακή ενέργεια σε βιομάζα. Οι ζωικοί οργανισμοί αυτή την ενέργεια την προσλαμβάνουν με την τροφή τους και αποθηκεύουν ένα μέρος της. Αυτή την Ενέργεια αποδίδει τελικά η βιομάζα, μετά την επεξεργασία και τη χρήση της. Είναι μια Α.Π.Ε. γιατί στην πραγματικότητα είναι αποθηκευμένη ηλιακή ενέργεια που δεσμεύτηκε από τα φυτά κατά τη φωτοσύνθεση. Νερό + Διοξείδιο του άνθρακα + Ηλιακή ενέργεια (Φωτόνια) + Ανόργανα στοιχεία Βιομάζα + Οξυγόνο Σχήμα1.5 Διαδικασία της φωτοσύνθεσης Από τη στιγμή που σχηματίζεται η βιομάζα, μπορεί πλέον κάλλιστα να χρησιμοποιηθεί ως πηγή ενέργειας, η οποία μπορεί να αξιοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρισμού όπως επίσης και καυσίμων (βιοκαύσιμα). 12

29 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ιστορικά τα πρώτα καύσιμα που χρησιμοποιήθηκαν από τον άνθρωπο ανήκουν στην κατηγορία των βιοκαυσίμων. Έτσι το ξύλο, το λίπος, τα φυτικά λάδια αλλά και τα αποστάγματα, όντας οργανικής προέλευσης εμπίπτουν στην κατηγορία των βιοκαυσίμων. Η μεγάλη ανάγκη σε φθηνά καύσιμα μεγάλου Ενεργειακού περιεχομένου μετά τη Βιομηχανική Επανάσταση, η οποία συνεχίζει αυξανόμενη έως σήμερα, ενίσχυσε σημαντικά τη χρήση ορυκτών καυσίμων, άνθρακα αρχικά και πετρελαϊκών παραγώγων αργότερα, σε βάρος των παραδοσιακών βιοκαυσίμων. Τα προβλήματα θέρμανσης του Πλανήτη (όπως το φαινόμενο του Θερμοκηπίου), τα οποία σχετίζονται άμεσα με το περιεχόμενο των καυσίμων σε άνθρακα και το εκπεμπόμενο κατά την καύση διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), έχουν δημιουργήσει κατά τα τελευταία χρόνια, ένα κλίμα στροφής προς βιοκαύσιμα τα οποία καλούνται να υποκαταστήσουν σταδιακά τα συμβατικά καύσιμα. Η βιομάζα αποτελεί μια σημαντική, ανεξάντλητη και φιλική προς το περιβάλλον πηγή Ενέργειας, η οποία είναι δυνατό να συμβάλλει σημαντικά στην Ενεργειακή επάρκεια, αντικαθιστώντας τα συνεχώς εξαντλούμενα αποθέματα ορυκτών καυσίμων (πετρέλαιο, άνθρακας, φυσικό αέριο κ.ά.). Σχήμα 1.6 Χρήσεις βιομάζας 13

30 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Βασικό πλεονέκτημα της βιομάζας είναι ότι είναι Α.Π.Ε. και ότι παρέχει ενέργεια αποθηκευμένη με χημική μορφή. Η αξιοποίησή της μπορεί να γίνει με μετατροπή της σε μεγάλη ποικιλία προϊόντων, με διάφορες μεθόδους και τη χρήση σχετικά απλής Τεχνολογίας. Σαν πλεονέκτημά της καταγράφεται και το ότι κατά την παραγωγή και τη μετατροπή της δε δημιουργούνται οικολογικά και περιβαλλοντολογικά προβλήματα. Από την άλλη, τα μειονεκτήματα είναι ότι σαν μορφή ενέργειας η βιομάζα, χαρακτηρίζεται από πολυμορφία, χαμηλό Ενεργειακό περιεχόμενο, σε σύγκριση με τα ορυκτά καύσιμα, λόγω χαμηλής πυκνότητας και ή υψηλής περιεκτικότητας σε νερό, εποχικότητα, μεγάλη διασπορά κ.λπ. Τα χαρακτηριστικά αυτά συνεπάγονται πρόσθετες, σε σχέση με τα ορυκτά καύσιμα, δυσκολίες στη συλλογή, μεταφορά και αποθήκευσή της. Σαν συνέπεια το κόστος μετατροπής της σε πιο εύχρηστες μορφές Ενέργειας να παραμένει υψηλό. Επίσης η βιομάζα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για: Θέρμανση θερμοκηπίων. Ξήρανση γεωργικών και δασικών προϊόντων. Κάλυψη θερμικών αναγκών γεωργικών και κτηνοτροφικών μονάδων ή άλλων Βιομηχανιών. Τηλεθέρμανση και Τηλεψύξη χωριών και πόλεων που βρίσκονται κοντά σε τόπους παραγωγής βιομάζας ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Γενικά αιολική Ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια που παράγεται από την εκμετάλλευση του πνέοντος ανέμου. Η ενέργεια αυτή χαρακτηρίζεται «Ήπια Μορφή Ενέργειας» και περιλαμβάνεται στις «καθαρές» πηγές όπως συνηθίζονται να λέγονται οι πηγές ενέργειας που δεν εκπέμπουν ή δεν προκαλούν ρύπους. Η αρχαιότερη μορφή εκμετάλλευσης της αιολικής ενέργειας ήταν τα ιστία (πανιά) των πρώτων ιστιοφόρων πλοίων και πολύ αργότερα οι ανεμόμυλοι στην ξηρά. 14

31 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Η αιολική ενέργεια αποτελεί σήμερα μια ελκυστική λύση στο πρόβλημα της ηλεκτροπαραγωγής. Το «καύσιμο» είναι άφθονο, αποκεντρωμένο και δωρεάν. Δεν εκλύονται αέρια Θερμοκηπίου και άλλοι ρύποι και οι επιπτώσεις στο περιβάλλον είναι μικρές σε σύγκριση με τα εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής από συμβατικά καύσιμα. Επίσης, τα οικονομικά οφέλη μιας περιοχής από την ανάπτυξη της αιολικής Βιομηχανίας είναι αξιοσημείωτα. Εικόνα 1.1 Αιολικό πάρκο με ανεμογεννήτριες τριών (3) πτερυγίων Οι μηχανές με τις οποίες εκμεταλλευόμαστε το φαινόμενο αυτό, ονομάζονται ανεμογεννήτριες. Η σημερινή τεχνολογία βασίζεται σε ανεμογεννήτριες οριζοντίου άξονα δύο (2) ή τριών (3) πτερυγίων, με αποδιδόμενη ηλεκτρική ισχύ kw. Όταν εντοπιστεί μια ανεμώδης περιοχή και εφόσον βέβαια έχουν προηγηθεί οι απαραίτητες μετρήσεις και μελέτες για την 15

32 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 αξιοποίηση του αιολικού της δυναμικού, τοποθετούνται μερικές δεκάδες ανεμογεννήτριες, οι οποίες απαρτίζουν ένα «αιολικό πάρκο». Οι ανεμογεννήτριες μπορεί να προκαλέσουν τραυματισμούς ή θανατώσεις πουλιών, κυρίως αποδημητικών, γιατί τα ενδημικά «συνηθίζουν» την παρουσία των μηχανών και τις αποφεύγουν. Γι αυτό καλύτερα να μην κατασκευάζονται αιολικά πάρκα σε δρόμους μετανάστευσης πουλιών. Σε κάθε περίπτωση, πριν τη δημιουργία ενός αιολικού πάρκου ή και οποιασδήποτε εγκατάστασης Α.Π.Ε., θα πρέπει να έχει προηγηθεί Μελέτη Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων (ΜΠΕ) ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ Ηλιακή Ενέργεια χαρακτηρίζεται το σύνολο των διαφόρων μορφών Ενέργειας που προέρχονται από τον Ήλιο. Τέτοιες είναι το φως, η φωτεινή ενέργεια, η θερμότητα, η θερμική ενέργεια και οι διάφορες ακτινοβολίες (ενέργεια ακτινοβολίας). Χρησιμοποιείται περισσότερο για θερμικές εφαρμογές ενώ η χρήση της τα τελευταία χρόνια έχει αρχίσει να κερδίζει έδαφος. Η εκμετάλλευσή της χωρίζεται στις εξής τρεις (3) κατηγορίες: Τα Παθητικά Ηλιακά Συστήματα. Τα Ενεργητικά Ηλιακά Συστήματα. Τα Φωτοβολταϊκά Συστήματα. Σχήμα 1.7 Κατηγορίες χρήσης ηλιακής ενέργειας 16

33 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Τα Παθητικά και τα Ενεργητικά Ηλιακά Συστήματα εκμεταλλεύονται τη θερμότητα που εκπέμπεται μέσω της ηλιακής ακτινοβολίας, ενώ τα Φωτοβολταϊκά Συστήματα στηρίζονται στη μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρισμό. Τα Φωτοβολταϊκα Πλαίσια έχουν ως βασικό μέρος το ηλιακό στοιχείο (solar cell) που είναι ένας κατάλληλα επεξεργασμένος ημιαγωγός λεπτού πάχους, σε επίπεδη επιφάνεια. Η πρόσπτωση ηλιακής ακτινοβολίας δημιουργεί ηλεκτρική τάση και με την κατάλληλη σύνδεση σε φορτίο, παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα. Τα Φωτοβολταϊκά Στοιχεία ομαδοποιούνται κατάλληλα και συγκροτούν τα Φωτοβολταϊκά Πλαίσια ή Γεννήτριες (module), τυπικής ισχύος από 20 W έως 300W. Οι Φωτοβολταϊκές Γεννήτριες συνδέονται ηλεκτρολογικά μεταξύ τους και δημιουργούνται οι Φωτοβολταϊκές Συστοιχίες. Εικόνα 1.2 Φωτοβολταϊκές συστοιχίες Στη συνέχεια αναφέρονται κάποια από τα πλεονεκτήματα που μας προσφέρει η ηλιακή ενέργεια. Είναι διαθέσιμη για πάντα και προσφέρεται δωρεάν, είναι απόλυτα φιλική προς το περιβάλλον δηλαδή η εκμετάλλευσή της δεν είναι ρυπογόνα, η μετατροπή της σε ηλεκτρική ενέργεια γίνεται με μηδενική ρύπανση, αθόρυβα και αξιόπιστα. Επίσης υπάρχουν πολλοί τρόποι αξιοποίησης της ηλιακής 17

34 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ενέργειας είτε παθητικά για παράδειγμα ο σχεδιασμός κτιρίων, είτε ενεργητικά μέσω των ηλιακών θερμοσιφώνων και τέλος μέσω των φωτοβολταϊκών. Εικόνα 1.3 Φωτοβολταϊκό πάρκο ΥΔΑΤΟΠΤΩΣΕΙΣ Είναι η πιο διαδεδομένη μορφή ενέργειας σε Παγκόσμιο επίπεδο. Η υδραυλική ενέργεια που αποτελεί κλάδο των υδατοπτώσεων συμβάλλει στην αντιμετώπιση της Παγκόσμιας ζήτησης ενέργειας στο 6% και στο 19% στην Παγκόσμια ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας. Η μετατροπή της ενέργειας των υδατοπτώσεων με τη χρήση υδραυλικών στροβίλων παράγει την υδροηλεκτρική ενέργεια και ταξινομείται σε μεγάλης και μικρής κλίμακας. Η μικρής κλίμακας υδροηλεκτρική ενέργεια δεν επιφέρει τόσο μεγάλες επιπτώσεις στο περιβάλλον όσο η μεγάλης κλίμακας. Οι μεγάλης κλίμακας υδροηλεκτρικές μονάδες απαιτούν τη δημιουργία φραγμάτων και τεράστιων δεξαμενών με αρνητικές επιπτώσεις στο περιβάλλον. Τα μικρής κλίμακας συστήματα τοποθετούνται δίπλα σε ποτάμια και κανάλια και έχουν λιγότερες επιπτώσεις στο περιβάλλον. 18

35 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Σχήμα 1.8 Μετατροπή ενέργειας υδατοπτώσεων Οι υδατοπτώσεις (υδραυλική ενέργεια), μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε νερόμυλους, υδροτριβεία, πριονιστήρια, κλωστοϋφαντουργεία και το σημαντικότερο για παραγωγή ρεύματος για κάλυψη προσωπικών αναγκών ή για πώληση σε άλλους καταναλωτές. Πλεονεκτήματά της είναι η μεγάλη απόδοση 80-85% σε σχέση με τις παραδοσιακές πηγές που έχουν 30-35% απόδοση. Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί είναι δυνατό να τεθούν σε λειτουργία αμέσως μόλις ζητηθεί επιπλέον ηλεκτρική ενέργεια, σε αντίθεση με τους θερμικούς σταθμούς (γαιανθράκων, πετρελαίου), που απαιτούν χρόνο προετοιμασίας. Είναι μία «καθαρή» Α.Π.Ε. Μέσω των υδροταμιευτήρων δίνεται η δυνατότητα να ικανοποιηθούν και άλλες ανάγκες, όπως ύδρευση, άρδευση, ανάσχεση χειμάρρων, δημιουργία υγροτόπων, αναψυχή, αθλητισμός ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ H ενέργεια των κυμάτων παράγεται από την κίνηση των κυμάτων στη θαλάσσια επιφάνεια που προκαλείται από τους κατά τόπους ανέμους, ουσιαστικά είναι Ενέργεια. Οι πλέον ευνοϊκές τοποθεσίες για να συλλεχθεί η ενέργεια των κυμάτων είναι συγχρόνως οι τοποθεσίες όπου ο άνεμος είναι πολύ ισχυρός (ανάμεσα 40 ο και 60 ο Γεωγραφικού Πλάτους) και οι τοποθεσίες όπου η επιφάνεια 19

36 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 του ωκεανού είναι αχανής. Οι Δυτικές ακτές των απέραντων ωκεανών Ατλαντικού και Ειρηνικού είναι σίγουρα προνομιούχες. Σχήμα 1.9 Σύστημα αξιοποίησης κυματικής ενέργειας Εικόνα 1.4 Σύστημα αξιοποίησης κυματικής ενέργειας στον πυθμένα 20

37 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ένα σύστημα κυματικής ενέργειας μπορεί να τοποθετηθεί σε οποιοδήποτε σημείο στον ωκεανό και να παράγει ενέργεια, μπορεί να είναι αγκυροβολημένο στον πυθμένα, ή πλωτό ανοιχτά της θάλασσας ή σύστημα εγκατεστημένο στα παράλια ή στα ρηχά νερά. Ένα τέτοιο σύστημα μπορεί επίσης να είναι ολικά βυθισμένο στο νερό ή να είναι τοποθετημένο πάνω από τη θαλάσσια επιφάνεια σε μια πλωτή πλατφόρμα. Η αισθητική επίδραση ενός συστήματος στο περιβάλλον εξαρτάται από τον τύπο που θα υιοθετηθεί, έτσι ένα σύστημα μερικώς βυθισμένο ή τοποθετημένο λίγα χιλιόμετρα μακριά, δεν επηρεάζει την εναρμόνιση του συστήματος στο περιβάλλον. Αντίθετα, συστήματα κυματικής ενέργειας, τοποθετημένα στις ακτές, μπορεί να επιδράσουν αρνητικά στην όλη αισθητική και να μετατρέψουν ένα φυσικό περιβάλλον σε άκρως Βιομηχανικό ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ένα πλήρως υδροηλεκτρικό σύστημα συμπεριλαμβάνει την πηγή ύδατος, τη σωλήνωση όδευσης του ύδατος από την πηγή στον υδροστρόβιλο, το σύστημα ελέγχου/ρύθμισης της ροής, τον υδροστρόβιλο, τη γεννήτρια ρεύματος, το ρυθμιστή της γεννήτριας και τέλος τις καλωδιώσεις για τη μεταφορά/διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας. Ακόμα μπορούμε να διακρίνουμε δύο συστήματα: Τα ελεύθερα συστήματα δίχως αποθήκευση και τα μεγαλύτερα συστήματα όπου εφαρμόζεται αποθήκευση με φράγμα. Τα εργοστάσια παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι εγκατεστημένα σε περιοχές με τρεχούμενο νερό (φράγματα κοιλάδων, λίμνες, ποτάμια) και εκμεταλλεύονται τη ροή ενός ποταμού ή καναλιού για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η κινητική και δυναμική ενέργεια της ροής του νερού μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια περιστροφής και στη συνέχεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Από την συνολική εκάστοτε ροή, ένα σταθερό τμήμα δεν αξιοποιείται αλλά παρακάμπτει το στρόβιλο ώστε να διασώζεται σε αυτό ο ιχθυοπληθυσμός του υδατορεύματος. Το κόστος του συστήματος ενός υδροηλεκτρικού σταθμού ποικίλει ανάλογα με την υδατόπτωση και την δυναμικότητα του. Το κόστος ανά Kw μειώνεται με την αύξηση του ύψους της υδατόπτωσης και με τη δυναμικότητα της μονάδας. Όσον 21

38 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 αφορά στην ανάλυση του κόστους, τα έργα πολιτικού μηχανικού συνιστούν κατά μέσο όρο το 60% του προϋπολογισμού ενώ το υπόλοιπο 40% αντιστοιχεί στο μηχανολογικό εξοπλισμό. Η υδροηλεκτρική τεχνολογία είναι μία από τις κύριες ενεργειακές τεχνολογίες καθώς καλύπτει περί το 20% των παγκόσμιων αναγκών σε ηλεκτρισμό, ενώ στις αναπτυσσόμενες χώρες φτάνει το 40%. Η δυναμικότητα των μεγάλων υδροηλεκτρικών σχημάτων μπορεί να είναι πολλαπλάσια αυτής των συμβατικών σταθμών. Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί είναι ιδιαίτερα αποδοτικοί, αξιόπιστοι και με μεγάλο χρόνο ζωής. Είναι ρυθμιζόμενοι και εισάγουν ένα στοιχείο αποθήκευσης στο σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Εξ ορισμού, ένας υδροηλεκτρικός σταθμός αποτελεί ένα έργο απόλυτα συμβατό με το περιβάλλον, που μπορεί να συμβάλει ακόμη και στη δημιουργία νέων υδροβιότοπων μικρής κλίμακας. Το σύνολο των επί μέρους συνιστωσών του έργου μπορεί να ενταχθεί αισθητικά και λειτουργικά στα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος αξιοποιώντας τα τοπικά υλικά με παραδοσιακό τρόπο και αναβαθμίζοντας το γύρω χώρο. Άλλωστε το κύριο κριτήριο για την κατασκευή ή όχι ενός υδροηλεκτρικού εργοστασίου δεν είναι μόνο η δυνατότητα παραγωγής φτηνής και καθαρής για το περιβάλλον ενέργειας, αλλά η σωστότερη, οικολογική επέμβαση στη φύση για διατήρηση της φύσης της περιοχής και τη σωστή περιφερειακή ανάπτυξη της χώρας. Τα υδροηλεκτρικά έργα παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα όπως είναι η δυνατότητα άμεσης σύνδεσης - απόζευξης στο δίκτυο ή η αυτόνομη λειτουργία τους, η αξιοπιστία τους, η παραγωγή ενέργειας άριστης ποιότητας χωρίς διακυμάνσεις, η άριστη διαχρονική συμπεριφορά τους, η μεγάλη διάρκεια ζωής, ο προβλέψιμος χρόνος απόσβεσης των αναγκαίων επενδύσεων που οφείλεται στο πολύ χαμηλό κόστος συντήρησης και λειτουργίας και στην ανυπαρξία κόστους πρώτης ύλης. Πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι ενώ η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται τη στιγμή που απαιτείται από τους καταναλωτές, το νερό το οποίο αποταμιεύεται σε ταμιευτήρες για μελλοντική χρήση για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για άρδευση κατά τη διάρκεια ξηρών περιόδων σαν απόθεμα νερού. 22

39 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η Γεωθερμική ενέργεια είναι η θερμότητα που περιέχεται στο εσωτερικό της Γης η οποία προκαλεί διάφορα γεωλογικά φαινόμενα σε Παγκόσμια κλίμακα. Η θερμότητα αυτή παράγεται από τη ραδιενεργό αποσύνθεση των πετρωμάτων της γης. Σχήμα 1.10 Εγκατάσταση Γεωθερμίας σε κτίριο Η εκμετάλλευση της Γεωθερμικής ενέργειας μπορεί να γίνει άμεσα χρησιμοποιώντας το ζεστό νερό για τη θέρμανση κτιρίων. Συγκεκριμένα το ζεστό νερό που βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια της γης οδηγείται μέσω σωλήνων στα κτίρια και στις Επιχειρήσεις για παροχή θερμότητας. Επίσης η Γεωθερμική ενέργεια χρησιμοποιείται για παραγωγή ηλεκτρισμού. 23

40 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Πλεονεκτήματα που προσφέρει η χρήση Γεωθερμικής ενέργειας είναι η χαμηλή παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα που έχει ως αποτέλεσμα την «αποφυγή» στη συνεισφορά της στη δημιουργία όξινης βροχής καθώς και στην αλλαγή του κλίματος. Τα σημερινά Γεωθερμικά Πεδία παράγουν μόνο το ένα έκτο (1/6) CO 2 σε σύγκριση με τις γεννήτριες ηλεκτρισμού και δεν παράγονται καθόλου νιτρικά (NO x ) και θειικά (SΟ x ) αέρια. Επίσης η εκμετάλλευσή της απαιτεί τη χρήση μιας μικρής έκτασης γης, χωρίς να επιβαρύνει το περιβάλλον, με την εκμετάλλευση περιοχών που θα υποβάθμιζαν την ποιότητα του περιβάλλοντος. 24

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 o ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 2.1 ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η κατανάλωση ενέργειας θα αυξηθεί δραματικά κατά τις επόμενες δεκαετίες σε ολόκληρο τον πλανήτη. Μία ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, η οποία μέχρι σήμερα ελάχιστα έχει αξιοποιηθεί, είναι η ενέργεια της θάλασσας. Οι θαλάσσιες μάζες καλύπτουν το 75% της επιφάνειας του πλανήτη και μπορούν να θεωρηθούν ένα κολοσσιαίο, «παγκόσμιο» ενεργειακό ρεζερβουάρ. Η ιδέα για την εκμετάλλευση του θαλάσσιου κυματισμού δεν είναι νέα. Η πρώτη ευρεσιτεχνία χρονολογείται στα 1799, ενώ πλήθος άλλων τεχνολογιών επινοήθηκε και λειτούργησε σε μικρή κλίμακα μέχρι τα μέσα του περασμένου αιώνα. Η συντονισμένη όμως έρευνα στον τομέα αυτό ξεκίνησε στη δεκαετία του 1970, μετά τη μεγάλη πετρελαϊκή κρίση. Σήμερα πλέον οι προσπάθειες των προηγούμενων δεκαετιών έχουν αρχίσει να αποδίδουν καρπούς. Εικόνα 2.1 Θαλάσσιο κύμα 25

42 ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Οι μορφές θαλάσσιας ενέργειας είναι πολλές και οι ποσότητες ενέργειας οι οποίες μπορούν να αξιοποιηθούν τεράστιες. Η θαλάσσια επιφάνεια απορροφά τεράστιες ποσότητες ηλιακής και αιολικής ενέργειας, η οποία εμφανίζεται στη θάλασσα σε διάφορες μορφές, όπως κύματα ή ρεύματα (wave energy). Επιπλέον, διάφορες άλλες πηγές ενέργειας στο θαλάσσιο περιβάλλον είναι το φαινόμενο της παλίρροιας (tidal energy), το θερμικό δυναμικό μεταξύ των ανώτερων (θερμότερων) και των κατώτερων (ψυχρότερων) θαλάσσιων στρωμάτων (ocean thermal energy), ή οι μεταβολές πυκνότητας σε θαλάσσια στρώματα διαφορετικής αλατότητας (salinity power). Κοινή ιδιότητα των μορφών θαλάσσιας ενέργειας είναι η υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, η οποία είναι η υψηλότερη μεταξύ των ανανεώσιμων. Σήμερα, διάφορες τεχνολογίες κυματικής και παλιρροιακής ενέργειας έχουν φτάσει σε τέτοιο τεχνικό στάδιο, ώστε η μαζική αξιοποίηση της θάλασσας για παραγωγή «καθαρής» και «φτηνής» ενέργειας να θεωρείται πλέον εφικτή. Η παραγωγή ενέργειας από τη θάλασσα ενδιαφέρει άμεσα την Ελλάδα, με τον μεγάλο αριθμό νησιών, αλλά και την τεράστια ακτογραμμή της ( km), η οποία είναι η μακρύτερη στην Ε.Ε. Το Αιγαίο Πέλαγος διαθέτει αξιοποιήσιμο θαλάσσιο ενεργειακό δυναμικό, το υψηλότερο της Μεσογείου, με την εκμετάλλευση του οποίου θα μπορούσε να καλυφθεί σημαντικό ποσοστό των ενεργειακών αναγκών μας. 2.2 ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η ενέργεια του θαλάσσιου κυματισμού είναι, όπως όλες οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, ανεξάντλητη. Υπολογίζεται ότι η αξιοποίηση του 1% του κυματικού δυναμικού του πλανήτη μας θα κάλυπτε στο τετραπλάσιο την παγκόσμια ενεργειακή ζήτηση. Παρουσιάζει μεταξύ των ανανεώσιμων την υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα. Για παράδειγμα, σε ημερήσια βάση, η ενέργεια κυματισμού ύψους 1 m μπορεί - σε μέτωπο πλάτους μόλις ενός μέτρου- να ξεπεράσει τις 300 kwh. Από την ενέργεια αυτή θα μπορούσε να μετατραπεί σε ηλεκτρισμό 26

43 ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 τουλάχιστον το 5-10%, δηλαδή kwh ημερησίως. Συγκριτικά αναφέρεται ότι μία τετραμελής οικογένεια καταναλώνει κατά μέσον όρο 10 kwh ημερησίως. Μεταξύ των διάφορων μορφών κυματισμού, τα ανεμογενή κύματα, που δημιουργούνται από την αλληλεπίδραση του ανέμου με τη θαλάσσια επιφάνεια, παρουσιάζουν το μεγαλύτερο ενδιαφέρον για ενεργειακή εκμετάλλευση ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Σήμερα, διάφορες τεχνολογίες κυματικής και παλιρροιακής ενέργειας, έχουν φτάσει σε τέτοιο στάδιο ωρίμανσης, ώστε η μαζική αξιοποίηση της θάλασσας, για παραγωγή «καθαρής» και «φτηνής» ενέργειας, να θεωρείται πλέον εφικτή. Η αρχή λειτουργίας των διατάξεων αξιοποίησης της ενέργειας των κυμάτων είναι η εξής: Εικόνα 2.2 Κυματική διάταξη Pelamis 27

44 ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Η κίνηση του κύματος μετασχηματίζεται σε μια μηχανική ή μια υδραυλική δύναμη. Ένας σύνδεσμος μεταδίδει τη δύναμη σε ένα σύστημα μετατροπής ισχύος που παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Το ποσόν της παραγόμενης ισχύος εξαρτάται από το ύψος του κύματος και από τη φύση του συστήματος μετατροπής. Μερικές από τις σημαντικές τεχνολογίες κυματικής ενέργειας που αναπτύσσονται σήμερα καθιστώντας δυνατή την αξιοποίηση μέρους αυτής της τεράστιας πηγής ισχύος ανά τον Κόσμο φαίνονται στις Εικόνες Εικόνα 2.3 Wave Dragon Εικόνα 2.4 Oyster 28

45 ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Εικόνα 2.5 OceanLinx Εικόνα 2.6 OE Buoy 29

46 ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Εικόνα 2.7 Wave Star Εικόνα 2.8 Buldra 30

47 ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Στον Πίνακα 2.1 φαίνονται οι κατασκευάστριες χώρες των πλέον εμπορεύσιμων κυματικών διατάξεων. Πίνακας 2.1 Κατασκευάστριες χώρες των κυματικών διατάξεων Pelamis, Wave Dragon, Oyster, OceanLinx, OE Buoy, Wave Star και Buldra α/α ΔΙΑΤΑΞΗ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ 1 Pelamis Σκωτία, Ηνωμένο Βασίλειο 2 Wave Dragon Nissum Bredning, Δανία 3 Oyster Orkney, Σκωτία, Ηνωμένο Βασίλειο 4 Oceanlinx Port Kembla, Αυστραλία 5 OE Buoy Galway Bay, Ιρλανδία 6 Wave Star Hanstholm, Δανία 7 Buldra Jomfruland, Νορβηγία Η παραγωγή ενέργειας από τα κύματα συγκεντρώνει τα πλεονεκτήματα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και επιπλέον σε αντίθεση με άλλες ανανεώσιμες, οι εγκαταστάσεις κυματικής ενέργειας δεν δεσμεύουν γη, ενώ η οπτική και ακουστική όχληση είναι μηδαμινή. Οι τεχνολογίες που αναφέρονται πιο κάτω μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ηλεκτροδότηση παράκτιων περιοχών, νησιών κ.λπ. Παλλόμενη στήλη ύδατος: πρόκειται για έναν θάλαμο αέρα, βυθισμένο κατακόρυφα στο μισό μήκος του περίπου, ανοικτό προς την πλευρά του πυθμένα. Η παλινδρομική κίνηση της θαλάσσιας επιφάνειας προκαλεί ρυθμική συμπίεση - αποσυμπίεση της αέριας μάζας μέσα στον θάλαμο, η οποία χρησιμοποιείται για την κίνηση αεροστρόβιλου. Σταθμοί της κατηγορίας αυτής έχουν εγκατασταθεί στις Πορτογαλικές Αζόρες και στη νήσο Islay στη βόρεια Σκοτία. Πλωτήρες: αγκυρωμένοι στον θαλάσσιο πυθμένα, οι οποίοι ακολουθούν την κατακόρυφη κίνηση της θαλάσσιας επιφάνειας. Η παλινδρομική κίνηση του πλωτήρα μετατρέπεται μέσω μηχανικών ή υδραυλικών συστημάτων σε 31

48 ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 περιστροφική για την κίνηση ηλεκτρογεννήτριας. Ένα σύστημα αυτής της κατηγορίας, με πλωτήρες διαμέτρου 2 m, το οποίο εναλλακτικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για αφαλάτωση νερού, έχει κατασκευασθεί και δοκιμασθεί με επιτυχία από την ελληνική εταιρεία Κυματική Ενέργεια Α.Ε. Πλωτές δεξαμενές: οι οποίες περισυλλέγουν το νερό των κυμάτων σε στάθμη υψηλότερη από τη μέση στάθμη της θαλάσσιας επιφάνειας. Η διαφορά στάθμης χρησιμοποιείται για την κίνηση ενός ή περισσότερων υδροστροβίλων. Ο γνωστότερος εκπρόσωπος της κατηγορίας αυτής είναι ο πλωτός σταθμός Wave Dragon, ο οποίος δοκιμάζεται στις ακτές της Δανίας. Πλωτά αρθρωτά συστήματα: τα οποία στις αρθρώσεις φέρουν αντλίες. Με τις κινήσεις του κυματισμού οι αντλίες συμπιέζουν υδραυλικό υγρό και δίνουν κίνηση σε υδραυλικούς κινητήρες. Το σύστημα Pelamis, της βρετανικής εταιρείας Pelamis Wave Power, ονομαστικής ισχύος 750 kw, έχει ήδη δοκιμασθεί με επιτυχία σε διασυνδεδεμένη λειτουργία, και ετοιμάζεται η εγκατάσταση κυματικών πάρκων με πολλές μηχανές Pelamis στις πορτογαλικές, σκοτσέζικες και βρετανικές ακτές. Οι παραπάνω τεχνολογίες έχουν ήδη αποδείξει την αξιοπιστία τους στην ανοικτή θάλασσα. Το ηλεκτροπαραγωγικό κόστος παραμένει συγκριτικά υψηλό (0,08-0,10 /kwh), διπλάσιο από τη μέση τιμή του ηλεκτρισμού σήμερα στην Ε.Ε., ωστόσο η περαιτέρω τεχνολογική εξέλιξη αναμένεται να οδηγήσει στη μείωσή του. Η εταιρία OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) χρησιμοποιεί τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του κρύου, βαθιού νερού και του θερμού, ρηχού νερού της θάλασσας για την τροφοδότηση ενός θερμοδυναμικού κύκλου που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Βασίζεται στους κύκλους Claude ή Rankine. Απαιτείται ελάχιστη διαφορά θερμοκρασίας γύρω στους 20 ο C (κατά προτίμηση 24 ο C) για οικονομική βιωσιμότητα. Η αρχή στην οποία βασίζεται η παραγωγή ενέργειας λόγω της βαθμίδας αλατότητας είναι η εκμετάλλευση της εντροπίας της ανάμιξης γλυκού νερού με αλμυρό νερό. Η διαφορά στην αλατότητα μεταξύ του νερού της θάλασσας και του γλυκού νερού δημιουργεί μια διαφορά πίεσης. Εάν στο όριο μεταξύ του νερού της θάλασσας και του γλυκού νερού τοποθετηθεί μια ημιπερατή μεμβράνη, το γλυκό 32