Διπλωματική Εργασία Τεχνοοικονομική μελέτη και σύγκριση υβριδικών συστημάτων. Εφαρμογή σε αυτόνομη κατοικία.

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Διπλωματική Εργασία Τεχνοοικονομική μελέτη και σύγκριση υβριδικών συστημάτων. Εφαρμογή σε αυτόνομη κατοικία. Σαραφιανός Δημήτριος Σειραγάκης Μιχαήλ Επιβλέποντες: Αλεξιάδης Μηνάς, Λέκτορας Παναπακίδης Ιωάννης, υπ. Διδάκτορας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος 2009

2 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Αρχικά θέλουμε να ευχαριστήσουμε θερμά όλους τους διδάσκοντες καθηγητές μας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, για τις γνώσεις που μας παρείχαν κατά την διάρκεια των σπουδών μας. Ακολούθως ιδιαίτερες ευχαριστίες οφείλουμε στον επιβλέποντα καθηγητή κ. Μηνά Αλεξιάδη και τον εποπτεύοντα υπ. διδάκτορα κ. Ιωάννη Παναπακίδη για την άριστη συνεργασία και για τη βοήθεια και καθοδήγηση που μας παρείχαν σε όλη τη διάρκεια της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Επίσης θερμές ευχαριστίες οφείλουμε στον υπεύθυνο του λογισμικού HOMER, κ. Tom Lambert, για την επικοινωνία που είχαμε και για την επίλυση ενός προβλήματος σε μία έκδοση του λογισμικού.

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ i ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Φωτοβολταϊκή μετατροπή ενεργείας Ιστορική αναδρομή Η κατάσταση σε παγκόσμια κλίμακα Η κατάσταση στην Ελλάδα Υπάρχουσες Τεχνολογίες Λειτουργία και ισοδύναμο κύκλωμα Σύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο Προοπτικές εξέλιξης Αιολική ενέργεια Ιστορική αναδρομή Η κατάσταση σε παγκόσμια κλίμακα Η κατάσταση στην Ελλάδα Αρχή λειτουργίας ανεμογεννητριών Αιολικά χαρακτηριστικά Σύνδεση Α/Γ με το ηλεκτρικό δίκτυο Προοπτικές εξέλιξης Γεννήτρια Diesel Ιστορική αναδρομή Η κατάσταση στην Ελλάδα Υπάρχουσες τεχνολογίες Τεχνικά χαρακτηριστικά Κυψέλες Καυσίμου (ΚΚ) Εισαγωγή στις κυψέλες καυσίμου Ιστορική αναδρομή Κατηγορίες ΚΚ ΚΚ μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων(proton Exchange Membrane-PEΜFC) Απώλειες ΚΚ Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα ΚΚ Εφαρμογές ΚΚ Καύσιμα 48

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΥΒΡΙΔΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Εισαγωγή Πλεονεκτήματα των υβριδικών συστημάτων Υπάρχουσα κατάσταση στην Ελλάδα Υβριδικά συστήματα υπό μελέτη Υβριδικό σύστημα Φωτοβολταϊκών-Ντηζελογεννήτριας Εισαγωγή Περιγραφή του υπό μελέτη συστήματος Υβριδικό σύστημα Ανεμογεννήτριας(Α/Γ) -Κυψελών Καυσίμου(ΚΚ) Εισαγωγή Περιγραφή του υπό μελέτη συστήματος Υβριδικό σύστημα Φωτοβολταϊκών-Ανεμογεννήτριας(Α/Γ) Εισαγωγή Περιγραφή του υπό μελέτη συστήματος Υβριδικό σύστημα Ανεμογεννήτριας(Α/Γ)-Nτηζελογεννήτριας Εισαγωγή Περιγραφή του υπό μελέτη συστήματος Διαμόρφωση σεναρίων Υπό μελέτη φορτίο Μοντέλο προσομοιώσεων Τα υπό μελέτη υβριδικά συστήματα Τεχνολογικά στοιχεία υποσυστημάτων Μεταβλητές που εισήχθηκαν στο HOMER 78 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Οικονομικά μεγέθη Ηλεκτρικά μεγέθη Τεχνοοικονομική αποτίμηση των υβριδικών συστημάτων ανά περιοχή Γενικά συμπεράσματα 102 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 103

5 ΠΡΟΛΟΓΟ Στισ αρχζσ του 20ου αιϊνα, με καταλυτικι εξζλιξθ τθν ανακάλυψθ των μεγάλων κοιταςμάτων πετρελαίου, ο κόςμοσ ςτράφθκε αποφαςιςτικά ςτθ χριςθ μθ ανανεϊςιμων πθγϊν, κυρίωσ άνκρακα και υδρογονανκράκων (πετρζλαιο, φυςικό αζριο, κάρβουνο). Αυτι θ λφςθ του εξαςφάλιηε για μεγάλο χρονικό διάςτθμα μια προςιτι ανάκτθςθ και μετατροπι αυτϊν των πθγϊν ςε θλεκτρικι και κερμικι ενζργεια. Η αφκονία με τθν οποία του προςφζρονταν αυτζσ οι πθγζσ και κυρίωσ όμωσ, ο εφκολοσ ςχετικά τρόποσ μετατροπισ τουσ ςε ζργο, δθμιοφργθςαν μια τεχνικι ενεργειακι ανάπτυξθ που βαςίςτθκε αποκλειςτικά και μόνο ςτθν εκμετάλλευςθ των ενεργειακϊν πθγϊν τθσ γιινθσ φπαρξθσ και όχι του ιλιου ι άλλων ιπιων μορφϊν ενζργειασ. Ακόμα και ςιμερα, το μεγαλφτερο μζροσ τθσ ενζργειασ που χρθςιμοποιοφμε προζρχεται από ορυκτζσ καφςιμεσ φλεσ, οι οποίεσ προζρχονται από τθν αποςφνκεςθ φυτϊν και ηϊων. Αυτά τα καφςιμα βρίςκονται καμμζνα ανάμεςα ςε ςτρϊματα χϊματοσ και πετρωμάτων. Οι ορυκτζσ καφςιμεσ φλεσ χρειάηονται εκατοντάδεσ χρόνια για να δθμιουργθκοφν, καταναλϊνονται όμωσ πιο γριγορα απ ότι δθμιουργοφνται. Γι αυτό το λόγο κεωροφνται μθ-ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ, δθλαδι δεν αντικακίςτανται τόςο γριγορα όςο τισ χρθςιμοποιοφμε. Έτςι μποροφν να εξαντλθκοφν κάποια ςτιγμι ςτο μζλλον. Επειδι ο κόςμοσ μασ, λοιπόν, εξαρτάται τόςο πολφ από τθν ενζργεια, πρζπει να βροφμε πθγζσ ενζργειασ μεγάλθσ διάρκειασ. Τι κα γινόταν αν υπιρχε μια πθγι ενζργειασ που δε κα τελείωνε ποτζ; Πράγματι υπάρχει και ονομάηεται ανανεϊςιμθ ενζργεια. Οι Ανανεϊςιμεσ Πθγζσ Ενζργειασ (ΑΠΕ) είναι πθγζσ, τα αποκζματα των οποίων ανανεϊνονται φυςικά, και οι οποίεσ ςυνεπϊσ κεωροφνται πρακτικά ανεξάντλθτεσ. Είναι θ πρϊτθ μορφι ενζργειασ που χρθςιμοποίθςε ο άνκρωποσ πριν ςτραφεί ζντονα ςτθ χριςθ του άνκρακα και των υδρογονανκράκων. Στθν κατθγορία αυτι, θ ςθμαςία τθσ οποίασ για τθ βιωςιμότθτα του πλανιτθ ζχει πλζον ςυνειδθτοποιθκεί ευρζωσ, ςυγκαταλζγονται ο ιλιοσ, ο άνεμοσ, τα ποτάμια, οι οργανικζσ φλεσ όπωσ το ξφλο και τα απορρίμματα οικιακισ και γεωργικισ προζλευςθσ. Το ενδιαφζρον ςτθ ςφγχρονθ εποχι για τθν ευρφτερθ αξιοποίθςθ των ΑΠΕ και τθν ανάπτυξθ των απαραίτθτων τεχνολογιϊν, παρουςιάςκθκε αρχικά μετά τθν πρϊτθ πετρελαϊκι κρίςθ του 1974 και παγιϊκθκε τθν τελευταία δεκαετία, μετά τθ ςυνειδθτοποίθςθ των παγκόςμιων περιβαλλοντικϊν προβλθμάτων του πλανιτθ. i

6 Ο ενεργειακόσ τομζασ κατζχει μια από τισ ςθμαντικότερεσ κζςεισ των εκνικϊν πολιτικϊν και ταυτόχρονα βρίςκεται ςτθν κορυφι των κυβερνθτικϊν προτεραιοτιτων λόγω τθσ αφξθςθσ των αναγκϊν και ςυνεπϊσ τθσ ολοζνα αυξανόμενθσ κατανάλωςθσ θλεκτρικισ ενζργειασ. Η αδυναμία φπαρξθσ δικτφου ςε απομονωμζνεσ και μικροφ πλθκυςμοφ περιοχζσ, ςε ςυνδυαςμό με τθν οικονομικά αςφμφορθ λφςθ τθσ καταςκευισ θλεκτρικοφ δικτφου μεταφοράσ ι τθσ μεταφοράσ ςυμβατικϊν καυςίμων ςε αυτζσ, δίνει το ζρειςμα ςτθν ςχεδίαςθ και υλοποίθςθ των θλεκτρικά αυτόνομων κατοικιϊν (δθλαδι μθ ςυνδεδεμζνων με το δίκτυο μεταφοράσ) μζςω τθσ εκμετάλλευςθσ διαφόρων μορφϊν ΑΠΕ. Λόγω τθσ ςτοχαςτικισ τουσ φφςθσ οι ΑΠΕ αδυνατοφν να καλφψουν από μόνεσ τουσ περιςςότερουσ τφπουσ του θλεκτρικοφ φορτίου. Ζθτιματα, όπωσ θ μετατροπι τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ και θ αποκικευςι τθσ, ανακφπτουν εξαιτίασ τθσ ζλλειψθσ διακεςιμότθτασ των ΑΠΕ ςε εικοςιτετράωρθ βάςθ. Αυτοί οι παράγοντεσ ζχουν οδθγιςει ςτθν ανάπτυξθ των υβριδικϊν ςυςτθμάτων παραγωγισ ενζργειασ. Τα υβριδικά ςυςτιματα, τα οποία αποτελοφνται από δφο ι περιςςότερεσ μονάδεσ παραγωγισ ενζργειασ, ζχουν αποδειχκεί από μελζτεσ ςαν ζνα αποτελεςματικό μζςο για να τροφοδοτθκοφν οι θλεκτρικά αυτόνομεσ κατοικίεσ που αναφζρκθκαν προθγουμζνωσ. Στθν παροφςα διπλωματικι εργαςία εξετάηεται θ δυνατότθτα διαφόρων αυτόνομων υβριδικϊν ςυςτθμάτων παραγωγισ ενζργειασ να καλφψουν το θλεκτρικό φορτίο μίασ τυπικισ κατοικίασ (μθ διαςυνδεδεμζνθσ ςτο δίκτυο), μίασ τετραμελοφσ οικογζνειασ, ςε τζςςερισ διαφορετικζσ περιοχζσ τθσ Ελλάδοσ. Τα υβριδικά ςυςτιματα που εξετάηονται ζχουν όλα τθ ςυνζργεια αποκθκευτικοφ ςυςτιματοσ μπαταριϊν και είναι τα παρακάτω: Φωτοβολταϊκά-Nτθηελογεννιτρια Ανεμογεννιτρια(Α/Γ)-Κυψζλεσ Καυςίμου(ΚΚ) Φωτοβολταϊκά-Ανεμογεννιτρια(Α/Γ) Ανεμογεννιτρια(Α/Γ)-Nτθηελογεννιτρια Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μία παρουςίαςθ των ΑΠΕ που χρθςιμοποιοφνται ςτα υβριδικά ςυςτιματα. Αρχικά γίνεται μία ιςτορικι αναδρομι ςε κάκε μορφι ενζργειασ, από τθν πρϊτθ χριςθ τθσ μζχρι ςιμερα. Αναλφεται θ παροφςα κατάςταςθ αυτισ τθσ τεχνολογίασ ςε παγκόςμια κλίμακα κακϊσ και ςε Ελλθνικό επίπεδο ενϊ επιχειρείται και μία πρόβλεψθ για τθ μελλοντικι τθσ χριςθ. Τζλοσ ii

7 γίνεται μία εκτεταμζνθ ανάλυςθ ςε κάκε τεχνολογία παραγωγισ ενζργειασ, κυρίωσ ςτα χαρακτθριςτικά και τθ λειτουργία τθσ. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται θ ειςαγωγι ςτα υβριδικά ςυςτιματα παραγωγισ. Αναλφονται οι λόγοι χριςθσ του υβριδικοφ ςυςτιματοσ γενικά κακϊσ και θ υπάρχουςα κατάςταςθ ςτθν Ελλάδα. Ακολουκεί εκτεταμζνθ περιγραφι του κάκε υβριδικοφ ςυςτιματοσ με ςχθματικζσ απεικονίςεισ. Εν ςυνεχεία περιγράφεται θ εγκατάςταςθ κακϊσ και το λογιςμικό HOMER, το οποίο εκτελεί τισ προςομοιϊςεισ των υβριδικϊν ςυςτθμάτων, παρουςιάηοντασ το βζλτιςτο ςυνδυαςμό τεχνικοοικονομικά. Τζλοσ καταγράφονται τα τεχνολογικά ςτοιχεία των εξαρτθμάτων που χρθςιμοποιικθκαν κακϊσ και οι μεταβλθτζσ που ειςάχκθκαν ςτο HOMER. Στο Κεφάλαιο 3 αρχικά επεξθγοφνται οι κωδικζσ ονομαςίεσ των κεμελιωδϊν ςτοιχείων που αποτυπϊνονται ςτα αποτελζςματα του προγράμματοσ για τθν καλφτερθ κατανόθςι τουσ. Στθ ςυνζχεια, αφοφ πραγματοποιθκεί θ προςομοίωςθ παρουςιάηονται τα αποτελζςματα, με ςυγκριτικά για τουσ βζλτιςτουσ ςυνδυαςμοφσ ςε διαφορετικζσ περιοχζσ κακϊσ και για τα διαφορετικά υβριδικά ςυςτιματα. Ακολουκεί ο ςχολιαςμόσ των αποτελεςμάτων και τα ςυμπεράςματα. iii

8 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΟΙΧΕΙΑ ΑΝΑΝΕΩΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 1.1 Φωτοβολταϊκι μετατροπι ενζργειασ Ιςτορικι αναδρομι τα μζςα του 19 ου αιϊνα ο Maxwell απζδειξε ότι το φωσ είναι διάδοςθ θλεκτρομαγνθτικοφ κφματοσ. Σο 1839 ο Γάλλοσ φυςικόσ Alexandre-Edmond Becquerel ( ) ανακάλυψε το φωτοβολταϊκό φαινόμενο, δθλαδι τθ δθμιουργία τάςθσ μεταξφ των δφο άκρων μίασ κρυςταλλοδιόδου όταν προςπίπτει ςε αυτιν θλιακι ακτινοβολία, κατά τθν διάρκεια πειραμάτων του με μια θλεκτρολυτικι επαφι φτιαγμζνθ από δφο μεταλλικά θλεκτρόδια. [1] χιμα 1.1: Σο φωτοβολταικό φαινόμενο [2] Σο επόμενο ςθμαντικό βιμα ζγινε το 1876 όταν οι W.G.Adams και R.E.Day παρατιρθςαν ότι μια ποςότθτα θλεκτρικοφ ρεφματοσ παραγόταν από το ςελινιο (Se) όταν αυτό ιταν εκτεκειμζνο ςτο φωσ. Ιταν οι πρϊτοι που δθμιοφργθςαν κφτταρο από ςελινιο. [3]-[4] Σο 1883 ο Charles Fritz δθμιοφργθςε αυτό το οποίο κεωροφν πολλοί ωσ το πρϊτο φωτοβολταϊκό κφτταρο. Ενςωμάτωςε μία επίςτρωςθ ςτον θμιαγωγό ςελινιο μιασ εξαιρετικά λεπτισ ςτρϊςθσ χρυςοφ, φτιάχνοντασ ζτςι ζνα κφτταρο με απόδοςθ ελάχιςτα κάτω από 1%. [4] Σο 1905 ο Albert Einstein ςτθριηόμενοσ ςτθ κεωρία του Max Planck εξιγθςε το φωτοθλεκτρικό φαινόμενο. φμφωνα με τθ κεωρία του το φωτοθλεκτρικό φαινόμενο είναι μία κβαντικι διεργαςία κατά τθν οποία απελευκερϊνονται θλεκτρόνια από μία επιφάνεια αγωγοφ όταν προςπζςει ςε αυτιν θλεκτρομαγνθτικι ακτινοβολία, τζτοιασ ςυχνότθτασ, 1

9 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας ϊςτε τα θλεκτρόνια να καταφζρουν να υπερπθδιςουν το φράγμα δυναμικισ ενζργειασ που τα εγκλωβίηει ςτθν επιφάνεια αυτι. Σα θλεκτρόνια που εκπζμπονται μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν για να παραχκεί θλεκτρικό ρεφμα. *5]-[6+ Σο γεγονόσ αυτό βοικθςε ςτθ ςταδιακι καταςκευι των πρϊτων φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων. [1] χιμα 1.2: Σο φωτοθλεκτρικό φαινόμενο [5] Σο 1918 ο Πολωνόσ Czochralski ( ) πρόςκεςε τθν μζκοδο παραγωγισ θμιαγωγοφ μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου (Si), με τθν ςχετικι ζρευνα του θ οποία μάλιςτα χρθςιμοποιείται βελτιςτοποιθμζνθ ακόμα και ςιμερα. Μια ςθμαντικι ανακάλυψθ ζγινε επίςθσ το 1949 όταν οι Mott και Schottky ανζπτυξαν τθν κεωρία τθσ διόδου ςτακερισ κατάςταςθσ. το μεταξφ θ κβαντικι κεωρία είχε αναπτυχκεί. Σο πρϊτο θλιακό κελί καταςκευάςτθκε ςτα εργαςτιρια τθσ Bell το 1954 από τουσ Chapin, Fuller και Pearson. Θ απόδοςθ του ζφτανε το 6% όςον αφορά τθν εκμετάλλευςθ τθσ προςπίπτουςασ θλιακισ ακτινοβολίασ. Θ ουςιαςτικι χριςθ του θλιακοφ φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου ςε πρακτικζσ εφαρμογζσ άρχιςε ςτισ αρχζσ τθσ δεκαετίασ του 1950, για να τροφοδοτιςουν τουσ διαςτθμικοφσ ςτακμοφσ με τθν απαραίτθτθ θλεκτρικι ενζργεια που χρειάηονται για τθν λειτουργία των υποςυςτθμάτων τουσ, όταν και επιτεφχκθκε θ παραςκευι κακαροφ πυριτίου με τθ μζκοδο τθσ τθγμζνθσ ηϊνθσ και οι ςχθματιςμοί διόδων πυριτίου με διάχυςθ προςμίξεων. Ζτςι το 1958 θ τεχνολογία των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων προςαρτάται ςτον χϊρο των διαςτθμικϊν εφαρμογϊν όταν τοποκετικθκε ζνα αυτόνομο φωτοβολταϊκό ςφςτθμα ςτον δορυφόρο Vanguard I. Σο ςφςτθμα αυτό λειτοφργθςε επιτυχϊσ για 8 ολόκλθρα χρόνια και ιταν ζνα από τα πρϊτα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα. Από το χρονικό αυτό ςθμείο και μετά, τα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα άρχιςαν να ενςωματϊνονται ςταδιακά ςε διάφορεσ εφαρμογζσ και θ τεχνολογία να βελτιϊνεται ςυνεχϊσ. Σο 1962 θ μεγαλφτερθ φωτοβολταϊκι εγκατάςταςθ ςτον κόςμο γίνεται ςτθν Λαπωνία από εταιρία καταςκευισ θλεκτρονικϊν. Θ εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ του ςυςτιματοσ ιταν 242 Wp. Σα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα ξεκίνθςαν λοιπόν να κάνουν τθν εμφάνιςθ τουσ αλλά λόγω του υψθλοφ κόςτουσ παραγωγισ θ εφαρμογι τουσ ιταν δυνατι μόνο ςε ειδικζσ περιπτϊςεισ 2

10 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας αυτόνομων ςυςτθμάτων. Θ ζρευνα όμωσ προχωροφςε και θ απόδοςθ των φωτοβολταϊκϊν ςυνεχϊσ βελτιωνόταν. Κυριότεροσ αποδζκτθσ των φωτοβολταϊκϊν τισ δεκαετίεσ που ακολοφκθςαν ιταν θ NASA. [1]-[3]-[6] Η κατάςταςθ ςε παγκόςμια κλίμακα Θ ενζργεια που λαμβάνει θ Γθ ετθςίωσ είναι 5.4x10 24 kj από τα οποία το 30% ανακλάται πίςω ςτο χϊρο του διαςτιματοσ. Ζτςι θ ςυνολικά απορροφοφμενθ ενζργεια είναι 3.8x10 24 kj ετθςίωσ, θ οποία είναι διπλάςια τθσ εκτιμϊμενθσ εκμεταλλεφςιμθσ ενζργειασ όλων των διακζςιμων ορυκτϊν καυςίμων του πλανιτθ. [7] Σα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα αποτελοφν μακροπρόκεςμα μια από τισ ςθμαντικότερεσ ανανεϊςιμεσ ενεργειακζσ τεχνολογίεσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ, γιατί ζχουν τθν δυνατότθτα να ενταχκοφν ςε όλουσ τουσ χϊρουσ (αυτόνομα ςυςτιματα, κεντρικά ςυςτιματα, φωτοβολταϊκϊν ενςωματωμζνα ςτα κτίρια παράγοντασ ενζργεια που διοχετεφεται ςτο δίκτυο, κλπ.). θμαντικότερα πλεονεκτιματα αποτελοφν: θ δυνατότθτα εξεφρεςθσ λφςεων που δεν επιβαρφνουν ιδιαίτερα το περιβάλλον και θ επεκταςιμότθτα των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων. Οι δεςμεφςεισ των κρατϊν μετά το Κιότο για τον περιοριςμό των αερίων εκπομπϊν που προκαλοφν τθν αλλαγι του κλίματοσ, αλλά και θ ανάπτυξθ τθσ αγοράσ των Ανανεϊςιμων Πθγϊν Ενζργειασ (ΑΠΕ), μζςω κινιτρων από Ευρωπαϊκά προγράμματα κακϊσ και πρωτοβουλίεσ των εταιριϊν που δραςτθριοποιοφνται ςτισ ΑΠΕ. Όλα αυτά ζχουν ςτόχο να αυξιςουν τθ ηιτθςθ με αντίςτοιχθ μαηικότερθ παραγωγι που κα οδθγιςει ςε οικονομικότερα προϊόντα. *8] Θ χριςθ φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων ςυνδεδεμζνων με το δίκτυο είναι ο πιο αναπτυςςόμενοσ τρόποσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ. Ζτςι θ ςυνολικι ιςχφσ των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων παγκοςμίωσ μζςα ςτθν πενταετία αυξικθκε από 0.16 GW ςτισ αρχζσ του 2000 ςε 1.8 GW ςτα τζλθ του Ζχοντασ ζτςι ζνα ρυκμό ανάπτυξθσ τθσ τάξθσ του 60% μζςα ςε αυτιν τθν πενταετία και ζχοντασ εγκαταςτακεί ςε περιςςότερεσ από 400,000 οικίεσ ςε Λαπωνία, Γερμανία και Θνωμζνεσ Πολιτείεσ Αμερικισ. Κατά τθ διάρκεια των ετϊν 2006 και 2007 υπιρξε αφξθςθ τθσ τάξθσ του 50% ςτθν εγκατεςτθμζνθ ιςχφ των φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων, θ οποία ζφταςε τα 7.8 GW ςτα τζλθ του Θ μεγάλθ αφξθςθ ςυνεχίςτθκε και το 2008 όπου το ποςοςτό τθσ άγγιξε το 70% και ςτα τζλθ του 2008 θ εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ των φωτοβολταϊκϊν που ςυνδζονται με το δίκτυο ζφταςε τα 13 GW. Τπιρξε δθλαδι μία αφξθςθ 5.4 GW ςε ςχζςθ με τα επίπεδα του Αν λθφκεί υπόψθ θ εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ των μθ διαςυνδεδεμζνων φωτοβολταϊκϊν, τότε θ ιςχφσ αυτι αγγίηει τα 16 GW για το ζτοσ [9]-[10] 3

11 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας χιμα 1.3: Αφξθςθ εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων ςε παγκόςμια κλίμακα [11] το παραπάνω χιμα φαίνεται θ ετιςια αφξθςθ τθσ εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ. Αυτι θ μεγάλθ αφξθςθ οφείλεται ςε χϊρεσ όπωσ θ Γερμανία θ οποία κατείχε το 50% τθσ παγκόςμιασ αγοράσ το Σα ςυνδεδεμζνα ςτο δίκτυο φωτοβολταϊκά αυξικθκαν κατά 300 MW ςε Λαπωνία και κατά 100 MW ςε ΘΠΑ και Λςπανία. Κατά τθ διάρκεια του 2007 θ αγορά φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων ςτθν Λςπανία γνϊριςε τθ μεγαλφτερθ άνκιςθ παγκοςμίωσ, ιδιαίτερα λόγω νζων και ανακεωρθμζνων πολιτικϊν προϊκθςθσ των φωτοβολταϊκϊν. Ζτςι εκτιμάται ότι προςτζκθκαν 400 MW το 2007, μία τετραπλάςια αφξθςθ ςε ςχζςθ με τισ αντίςτοιχεσ προςκικεσ το ιμερα θ Λςπανία κατζχει το μεγαλφτερο μερίδιο τθσ αγοράσ με προςκικθ 2.6 GW εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ φωτοβολταϊκϊν το 2008, θ οποία είναι θ μιςι από τισ παγκόςμιεσ προςκικεσ του ζτουσ 2008 και πενταπλάςια από αυτιν των 550 MW του 2007 ςτθν Λςπανία. Όςον αφορά τθ Γερμανία θ εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ ζφταςε τα 1.5 GW το Ακολουκοφν οι ΘΠΑ με 310 MW, θ Νότια Κορζα με MW, θ Λαπωνία με 240 MW και τζλοσ θ Λταλία τα MW. [10]-[12] Θ παραγωγι φωτοβολταϊκϊν παγκοςμίωσ ζχει αυξθκεί κατά 51%, από 2,437 MW το 2006 ςε 3,733 MW το το παρακάτω χιμα παρουςιάηεται θ γεωγραφικι κατανομι τθσ παραγωγισ. Αξίηει να αναφερκεί το μεγάλο ποςοςτό ανάπτυξθσ ςτον τομζα καταςκευισ τθσ Κίνασ, από MW ςε 821 MW, αλλά και τθσ Σαϊβάν, από MW ςε 368 MW. θμαντικοφσ ρυκμοφσ ανάπτυξθσ παρουςιάηουν θ Ευρϊπθ, από MW ςε 1,062.8 MW και οι ΘΠΑ, από MW ςε MW. Σζλοσ θ Κορζα κεωρείται μία πολλά 4

12 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας υποςχόμενθ αγορά ςτον ςυγκεκριμζνο τομζα, ενϊ οριακι πτϊςθ εμφανίηεται για πρϊτθ φορά ςτθν ιαπωνικι αγορά από MW ςε 920 MW. [10] Σαιβάν 9.9% Η.Π.Α. 7.1% Άλλεσ 6.8% Ινδία 1.1% Ευρϊπθ 28.5% Κίνα 22% Ιαπωνία 24.6% χιμα 1.4: Γεωγραφικι κατανομι παραγωγισ φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων [9] Αναφορικά με τθν Ευρϊπθ θ ανάπτυξθ των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων εντάςςεται ςε ζνα υποπρόγραμμα ενόσ ςυνολικοφ προγράμματοσ ανάπτυξθσ και προϊκθςθσ των ΑΠΕ. Ζτςι τα περιςςότερα κράτθ μζλθ εφαρμόηουν πολιτικζσ προϊκθςθσ των ΑΠΕ και δει των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων ςυνδεδεμζνων ςτο δίκτυο μεταφοράσ. Σο 2007 ςτθν Ευρωπαϊκι Ζνωςθ θ ςυνολικι εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ ζφταςε τα 4,689.5 MW. Σο μεγαλφτερο μερίδιο του τομζα των φωτοβολταϊκϊν εγκαταςτάςεων ανικει ςτθ Γερμανία, ςτθν Λταλία και ςτθν Λςπανία. Ζτςι ςφμφωνα με μελζτεσ, το 2007 εγκαταςτάκθκαν 1,541.2 MW. [10]-[13] Οι ςυνολικζσ επενδφςεισ ςτθν ευρωπαϊκι φωτοβολταϊκι βιομθχανία αυξικθκαν από 5.7 δισ ςε 9.2 δισ κατά τα ζτθ 2006 και Αυτό οδιγθςε ςε αφξθςθ των νζων κζςεων εργαςίασ ςτθ βιομθχανία. ιμερα υπάρχουν περιςςότερεσ από 10,000 εταιρίεσ που ςχετίηονται ζμμεςα ι άμεςα με τα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα. *10] Σο ζτοσ 2008 παρατθρικθκαν τρεισ κεντρικζσ τάςεισ ςτθν αγορά. Θ πρϊτθ ζχει να κάνει με τθν όλο και μεγαλφτερθ προςοχι που δίνεται ςτα φωτοβολταϊκά που εγκακίςτανται ςε ςκεπζσ κτιρίων. Ο τομζασ αυτόσ εμφανίηει ταχείσ ρυκμοφσ ανάπτυξθσ ςτθν Ευρϊπθ. Θ δεφτερθ τάςθ αναφζρεται ςτθ χριςθ τθσ τεχνολογίασ των thin-film κατά τθν καταςκευι των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων. Σζλοσ, θ τρίτθ τάςθ αναφζρεται ςτθν αυξανόμενθ καταςκευι φωτοβολταϊκϊν εγκαταςτάςεων μεγάλθσ εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ. [4] 5

13 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Η κατάςταςθ ςτθν Ελλάδα Θ Ελλάδα ςε ςφγκριςθ με άλλεσ Ευρωπαϊκζσ χϊρεσ διακζτει υψθλι θλιακι ακτινοβολία, με μεγάλθ διάρκεια θλιοφάνειασ και επομζνωσ εμφανίηει ςθμαίνον πλεονζκτθμα για αποδοτικζσ θλιακζσ εφαρμογζσ. Λόγω τθσ μορφολογίασ τθσ υπάρχουν περιοχζσ τόςο ςτθν θπειρωτικι όςο και ςτθ νθςιωτικι χϊρα, όπου θ εγκατάςταςθ ςυςτθμάτων αυτοφ του είδουσ είναι θ πλζον ανταγωνιςτικι οικονομικι λφςθ ακόμθ και με τα ςθμερινά δεδομζνα όπου το κόςτοσ αγοράσ των φωτοβολταϊκϊν είναι υψθλό. Θ Ελλάδα υπιρξε πρωτοπόροσ ςτον Ευρωπαϊκό χϊρο ςτθν ανάπτυξθ των θλιακϊν ςυςτθμάτων κζρμανςθσ νεροφ με αξιόλογθ βιομθχανία από τθ δεκαετία του Εν ςυνεχεία παρουςιάςτθκε ςθμαντικι υςτζρθςθ ςτισ φωτοβολταϊκζσ εφαρμογζσ ςε ςχζςθ με άλλεσ χϊρεσ παρ όλων των διακζςιμων ιδανικϊν ςυνκθκϊν αξιοποίθςθσ τθσ θλιακισ ενζργειασ. [14] Σον Λοφνιο του 2006 ψθφίςτθκε ο νόμοσ 3468/2006 για τθν προϊκθςθ των ΑΠΕ. φμφωνα με ςτοιχεία του Τπουργείου Ανάπτυξθσ θ εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ ςτθν Ελλάδα το 2006 ιταν μόλισ 0.68 MW. Με το νζο νόμο προβλζπεται θ εγκατάςταςθ φωτοβολταϊκϊν χωρθτικότθτασ 640 MW ςυνδεδεμζνων με το δίκτυο και τουλάχιςτον 200 MW ςτα αυτόνομα νθςιωτικά ςυςτιματα μζχρι το τζλοσ του Θ θλεκτρικι ενζργεια κα πωλείται ςτο διαχειριςτι του ςυςτιματοσ ςε μία τιμι μεταξφ και /kwh (τιμζσ 2007), εξαρτϊμενθ πάντα από το μζγεκοσ και τθν τοποκεςία τθσ φωτοβολταϊκισ εγκατάςταςθσ. Σο νζο περιβάλλον παρζχει ευνοϊκζσ ςυνκικεσ για τθν εγκατάςταςθ μεγάλων φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων από ιδιωτικζσ εταιρίεσ. Από τθν άλλθ πλευρά θ δυνατότθτα του κάκε ιδιϊτθ να δθμιουργιςει μια μικρι (< 10 kw) φωτοβολταϊκι μονάδα ςαν επιχείρθςθ για τθν πϊλθςθ ενζργειασ δεν είναι κερδοφόρα. τον παρακάτω Πίνακα παρατίκεται ο αρικμόσ των αιτιςεων και θ υποψιφια προσ ζνταξθ εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ που υποβλικθκαν ςτθ ρυκμιςτικι αρχι ενζργειασ (Ρ.Α.Ε.) μζχρι τον Απρίλιο του 2008, όπου και θ διαδικαςία των αιτιςεων για τισ κατθγορίεσ των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων με ιςχφ μεγαλφτερθ από 20 kw αναβλικθκε λόγω του μεγάλου αρικμοφ τουσ. Θ τρίτθ ςτιλθ του πίνακα, που αναφζρεται ςτθν αδειοδότθςθ τθσ ςυγκεκριμζνθσ ιςχφοσ, είναι ςφμφωνα με ανακοίνωςθ τθσ ρυκμιςτικι αρχι ενζργειασ για τθν διανομι τθσ φωτοβολταϊκισ εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ. 6

14 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Πίνακασ 1.1: Τποβλθκισ αρικμόσ αιτιςεων ςε ςχζςθ με τθν εγκατεςτθμζνθ ιςχφ [15] Κατθγορία φωτοβολταϊκοφ ςυςτιματοσ Αρικμόσ αιτιςεων Αιτιςεισ ςε MW Αδειοδότθςθ μζχρι το 2010 (ςε MW) >20kWp και <=150kWp 6, >150kWp και <2MWp 1,004 1, >=2MWp 296 1, φνολο 7,947 3, Μια μελζτθ για το επίπεδο διείςδυςθσ των φωτοβολταϊκϊν και μικρϊν ανεμογεννθτριϊν ςε μθ διαςυνδεδεμζνα νθςιά περατϊκθκε και τα αποτελζςματα ανακοινϊκθκαν από τθ ΡΑΕ. Ο βακμόσ διείςδυςθσ των φωτοβολταϊκϊν ςε κάκε νθςί είναι ςυνάρτθςθ τθσ εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ ςυμβατικισ ενζργειασ, του ετιςιου φορτίου και τθσ αναμενόμενθσ ηιτθςθσ τα επόμενα χρόνια. υγκεκριμζνα για τα φωτοβολταϊκά τα αποτελζςματα υποδεικνφουν ότι ςτθν Κριτθ το όριο είναι MW ενϊ για τισ υπόλοιπεσ νθςιωτικζσ περιοχζσ ςτο βόριο και νότιο αιγαίο θ ςυνολικι εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ υπολογίςτθκε ςε MW. Ζτςι θ ςυνολικι εκμετάλλευςθ φωτοβολταϊκϊν ςε μθ διαςυνδεδεμζνα νθςιά υπολογίςτθκε ςε MW. Θ ετιςια χωρθτικότθτα φωτοβολταϊκϊν που εγκακίςτατο πριν το νζο νόμο (χωρίσ τα εκκεςιακοφ τφπου και τα ερευνθτικά προγράμματα) δεν ξεπερνοφςε τα 200 με 300 kw. Ζτςι το 2007 θ ςυνολικι εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων αυξικθκε κατά 2.3 MW, τα μιςά από τα οποία ςυνδεδεμζνα με το δίκτυο ςε ςυμφωνία με το νόμο 3468/2006. Σο 2008 αναμενόταν μια προςκικθ τθσ τάξθσ 5 με 10 MW κυρίωσ ςε διαςυνδεδεμζνα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα. Για το 2009 οι προβλζψεισ κινοφνται μεταξφ 20 και 80 MW. [15] τθν ελλθνικι επικράτεια ζχουν εγκαταςτακεί και λειτουργοφν αρκετά φωτοβολταϊκά ςυςτιματα ςε διάφορεσ εφαρμογζσ για τισ οποίεσ αποτελοφν τισ πιο ενδεδειγμζνεσ τεχνικά και οικονομικά λφςεισ. Ακόμθ και ςε ςχζςθ με τισ τεχνολογίεσ εκμετάλλευςθσ των άλλων μορφϊν ΑΠΕ είναι βζβαιο ότι θ παραγωγι ενζργειασ από φωτοβολταϊκά ςυςτιματα κα ςυμβάλει ςθμαντικά ςτο ενεργειακό ιςοηφγιο τθσ χϊρασ μειϊνοντασ τθν εξάρτθςθ από το ειςαγόμενο πετρζλαιο και ενιςχφοντασ τθν αςφάλεια του ενεργειακοφ ανεφοδιαςμοφ. Παράλλθλα κα ςυντελζςει κατά πολφ ςτθν προςταςία του περιβάλλοντοσ και ςτθν αξιοποίθςθ των τοπικϊν ενεργειακϊν πόρων, με αντίςτοιχεσ 7

15 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας ευεργετικζσ επιπτϊςεισ ςτθν τοπικι ανάπτυξθ μζςα από μακροπρόκεςμεσ επενδφςεισ, δθμιουργία νζων κζςεων εργαςίασ ςε τοπικό επίπεδο και ενεργειακι αποκζντρωςθ. [16] Θ εταιρία ΔΕΘ ΑΝΑΝΕΩΛΜΕ Α.Ε. ςχεδιάηει τθν δθμιουργία του δεφτερου μεγαλυτζρου φωτοβολταϊκοφ πάρκου ςτθν Ευρϊπθ και ενόσ από τα μεγαλφτερα ςτον κόςμο, ςτθν Μεγαλόπολθ. Σο πάρκο ιςχφοσ 50MW κα παράγει κακαρι θλεκτρικι ενζργεια από τον ιλιο καλφπτοντασ τθν θλεκτρικι κατανάλωςθ νοικοκυριϊν (το 42% του Ν. Αρκαδίασ). [17] Τπάρχουςεσ τεχνολογίεσ Σα φωτοβολταϊκά ςτοιχεία καταςκευάηονται από το υλικό πυρίτιο το οποίο παράγεται με μαηικό τρόπο. Επίςθσ τικεται και μορφοποιείται εφκολα και μπορεί να μετατραπεί ςε μονοκρυςταλλικι μορφι εξίςου εφκολα. Σα φωτοβολταϊκά ςτοιχεία πυριτίου μποροφν να ανταπεξζλκουν ςε ζνα ευρφ φάςμα κερμοκραςιϊν κάτι που οφείλεται ςτθν ικανότθτά τουσ να διατθροφν τισ θλεκτρικζσ τουσ ιδιότθτεσ μζχρι και τουσ 125 ο C. Ζτςι μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν ςε δφςκολεσ περιβαλλοντικζσ ςυνκικεσ. Σζλοσ θ ταχεία ανάπτυξθ των φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων τα τελευταία χρόνια οφείλεται κατά πολφ ςτθν ιδθ αναπτυγμζνθ τεχνολογία ςτθ βιομθχανία τθσ επεξεργαςίασ του πυριτίου, ςτον τομζα τθσ θλεκτρονικισ. Μάλιςτα το 2007 ιταν θ πρϊτθ φορά που υπιρξε μεγαλφτερθ ηιτθςθ ςτθν αγορά φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων ςε ςχζςθ με αυτιν των θμιαγωγϊν θλεκτρονικισ. Σα φωτοβολταϊκά ςτοιχεία μποροφν να κατθγοριοποιθκοφν ςφμφωνα με το πάχοσ του υλικοφ που χρθςιμοποιείται. Ζτςι υπάρχουν τισ παρακάτω κατθγορίεσ: Α) Φωτοβολταϊκά ςυςτιματα πυριτίου μεγάλου πάχουσ. Α1) Φωτοβολταϊκά ςτοιχεία μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου (sc-si). Σο πάχοσ τουσ είναι γφρω ςτα 0.3 mm και θ απόδοςι τουσ ςτθν βιομθχανία κυμαίνεται από 15-18% για το πλαίςιο. ε εργαςτθριακοφσ χϊρουσ ζχουν επιτευχκεί αποδόςεισ ζωσ και 24.7%. Σο κόςτοσ καταςκευισ τουσ είναι υψθλότερο ςε ςχζςθ με τα πολυκρυςταλλικά όμωσ χαρακτθρίηονται από το πλεονζκτθμα τθσ καλφτερθσ ςχζςθσ απόδοςθσ-επιφάνειασ ι αλλιϊσ ενεργειακισ πυκνότθτασ. Α2) Φωτοβολταϊκά κελιά πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου (mc-si). Σο πάχοσ τουσ είναι γφρω ςτα 0.3 mm και θ απόδοςι τουσ ςτο εμπόριο κυμαίνεται από 13-15% για το πλαίςιο. ε εργαςτθριακζσ εφαρμογζσ ζχουν επιτευχκεί αποδόςεισ ζωσ και 20%. Ακόμθ το χαμθλότερο κόςτοσ τθσ μεκόδου παραγωγισ τουσ ζναντι αυτισ των μονοκρυςταλλικϊν τα κακιςτά οικονομικότερα. Επιπλζον οι επιμζρουσ μονοκρυςταλλικζσ 8

16 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας περιοχζσ μποροφν να παρατθρθκοφν δια γυμνοφ οφκαλμοφ και όςο μεγαλφτερεσ είναι ςε ζκταςθ τόςο μεγαλφτερθ είναι και θ απόδοςθ για τα φωτοβολταϊκά κελιά. Α3) Φωτοβολταϊκά ςτοιχεία ταινίασ πυριτίου (Ribbon Silicon). Σο πάχοσ τουσ είναι γφρω ςτα 0.3 χιλιοςτά και θ απόδοςι τουσ ςτο εμπόριο κυμαίνεται από 12-13% για το πλαίςιο. ε εργαςτθριακζσ ςυνκικεσ ζχουν επιτευχκεί αποδόςεισ ζωσ και 18%. Θ μζκοδοσ καταςκευισ τουσ προςφζρει ζωσ και 50% μείωςθ ςτθ χριςθ του πυριτίου ζναντι των τεχνικϊν καταςκευισ των μονοκρυςταλλικϊν και πολυκρυςταλλικϊν φωτοβολταϊκϊν κυψελϊν καυςίμου. Β) Φωτοβολταϊκά υλικά λεπτϊν επιςτρϊςεων (thin film). B1) Διςελθνοινδιοφχοσ χαλκόσ (CuInSe 2 ι CIS, με προςκικθ γαλλίουcigs). Σο υλικό αυτό ζχει εξαιρετικι απορροφθτικότθτα ςτο προςπίπτων φωσ παρόλα αυτά όμωσ θ απόδοςι του πλαιςίου κυμαίνεται ςτο 11%. τον εργαςτθριακό χϊρο ζχει επιτευχκεί απόδοςθ γφρω ςτο 18.8% που αποτελεί και τθ μεγαλφτερθ απόδοςθ μεταξφ των φωτοβολταϊκϊν τεχνολογιϊν λεπτισ επίςτρωςθσ. Β2) Φωτοβολταϊκά ςτοιχεία άμορφου πυριτίου (a-si). Ο χαρακτθριςμόσ τουσ προζρχεται από τον τυχαίο τρόπο με τον οποίο είναι διατεταγμζνα τα άτομα του πυριτίου. Λόγω τθσ χριςθσ μικρότερθσ ποςότθτασ πυριτίου το κόςτοσ τουσ είναι αρκετά χαμθλό. Σο πάχοσ του πυριτίου είναι περίπου mm ενϊ το υπόςτρωμα μπορεί να είναι από 1 ζωσ 3 mm και θ απόδοςθ τουσ κυμαίνεται για το πλαίςιο από 6 ζωσ 8%, ενϊ εργαςτθριακά ζχει επιτευχκεί απόδοςθ μζχρι και 14%. Σο φωτοβολταϊκό ςτοιχείο a-si δεν επθρεάηεται πολφ από τισ υψθλζσ κερμοκραςίεσ και επιπλζον πλεονεκτεί ςτθν αξιοποίθςθ τθσ απόδοςισ του ςε ςχζςθ με τα κρυςταλλικοφ τφπου φωτοβολταϊκά όταν υπάρχει διάχυτθ ακτινοβολία. θμαντικό μειονζκτθμα αποτελεί θ χαμθλι ενεργειακι τουσ πυκνότθτα, ςε βακμό όπου χρειάηεται διπλάςια επιφάνεια για τθν παραγωγι τθσ ίδιασ ενζργειασ ςε ςχζςθ με τα κρυςταλλικά φωτοβολταϊκά ςτοιχεία. Β3)Σελουριοφχο Κάδμιο(CdTe). Σο Σελουριοφχο Κάδμιο ζχει τθ δυνατότθτα να απορροφά το 99% τθσ προςπίπτουςασ ακτινοβολίασ λόγω του γεγονότοσ ότι το ζχει ενεργειακό κενό (1eV) το οποίο είναι πολφ κοντά ςτο θλιακό φάςμα. Οι αποδόςεισ του πλαιςίου είναι γφρω ςτο 6 με 8% ενϊ εργαςτθριακά ζχει φτάςει μζχρι και 16%. Θ ςθμαντικότερθ χριςθ του είναι θ ενκυλάκωςθ του ςτο γυαλί ωσ δομικό ςτοιχείο. Β4)Αρςενιοφχο-Γάλλιο(GaAs). Σο ενεργειακό χάςμα (1,43eV) του αρςενιοφχου γαλλίου είναι ιδανικό για τθν απορρόφθςθ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ. Θ απόδοςθ του ςε μορφι πολλαπλϊν ςυνενϊςεων είναι θ υψθλότερθ που ζχει επιτευχτεί και αγγίηει το 29%. Σα φωτοβολταϊκά ςτοιχεία αυτά αντζχουν ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ και ςε πολφ υψθλζσ ποςότθτεσ θλιακισ 9

17 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας ακτινοβολίασ. Παρ όλα αυτά το κόςτοσ του μονοκρυςταλλικοφ του υποςτρϊματοσ είναι πολφ υψθλό. Γ)Τβριδικά-φωτοβολταϊκά-ςτοιχεία. Ζνα υβριδικό φωτοβολταϊκά ςφςτθμα αποτελείται από ςτρϊςεισ διαφόρων τεχνολογιϊν. Σα πιο γνωςτά εμπορικά φωτοβολταϊκά ςτοιχεία αποτελοφνται από δφο ςτρϊςεισ άμορφου πυριτίου ενϊ ενδιάμεςα υπάρχει μία ςτρϊςθ μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου. Θ τεχνολογία αυτι ζχει υψθλό βακμό απόδοςθσ πλαιςίου που φτάνει ςε εμπορικζσ εφαρμογζσ ςτο 17.2%. Ακόμθ, ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ και ςτθ διαχεόμενθ ακτινοβολία παρουςιάηουν υψθλι απόδοςθ. Ζτςι το υβριδικό πλαίςιο είναι λιγότερο οικονομικό ςε ςχζςθ με το αντίςτοιχο ςυμβατικό φωτοβολταϊκό πλαίςιο. [3] a-si CdTe 4.7% 2.7% CIS 0.2% ribbon-sheet c- Si 2.6% multi c-si 46.5% mono c-si 43.4% χιμα 1.5: Κατανομι ςτθν παραγωγι υπαρχουςϊν τεχνολογιϊν [18] Λειτουργία και ιςοδφναμο κφκλωμα Ζνα φωτοβολταϊκό ςτοιχείο, όπωσ φαίνεται και ςτο παρακάτω χιμα, αποτελείται από ζνα κομμάτι πυριτίου τφπου p ςτο κάτω μζροσ και από ζνα μικρότερο κομμάτι τφπου n ςτο πάνω μζροσ. Ζτςι δθμιουργείται μία θ p-n επαφι. Θ p επιφάνεια επικαλφπτεται πλιρωσ με μεταλλικό ςτρϊμα που δρα ςαν θλεκτρόδιο και θ n επιφάνεια ζρχεται ςε επαφι με θλεκτρόδιο ςχιματοσ Π ι πλεγματικισ μορφισ ϊςτε το μεγαλφτερο μζροσ τθσ επιφάνειασ n-πυριτίου να μζνει ελεφκερο για να δζχεται το φωσ. ε όλθ τθν επιφάνεια του n-ςτρϊματοσ ςυμπεριλαμβανομζνθσ και τθσ επιφάνειασ του θλεκτροδίου τοποκετείται ζνα 10

18 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας ςτρϊμα από κατάλλθλο αντιανακλαςτικό υλικό (S 1 O,Al 2 O 3 ), που περιορίηει τθν ανάκλαςθ και βοθκά ςτθν είςοδο όςο το δυνατόν μεγαλφτερθσ φωτεινισ ενζργειασ. [1]-[4]-[7] χιμα 1.6: χθματικι αναπαράςταςθ φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου [4] Σο φωτοβολταϊκό ςτοιχείο όταν φωτίηεται παράγει ζνα ςυνεχζσ θλεκτρικό ρεφμα. Ζτςι μποροφμε να το προςομοιϊςουμε με μία πθγι ςυνεχοφσ ρεφματοσ ελεγχόμενθ από μία δίοδο παράλλθλα ςυνδεδεμζνθ, όπωσ άλλωςτε φαίνεται και ςτο παρακάτω χιμα. Θ πθγι εντάςεωσ παράγει το φωτόρευμα το οποίο ςχετίηεται άμεςα με τθ ροι φωτονίων ςτθν επιφάνεια του ςτοιχείου και με το μικοσ κφματοσ του φωτόσ. Δθλαδι είναι ανάλογθ τθσ προςπίπτουςασ θλιακισ ακτινοβολίασ. Σο ρεφμα αυτό είναι ανεξάρτθτο από τθν εφαρμοηόμενθ τάςθ, με κάποιεσ μόνο εξαιρζςεισ, όπωσ ςτθν περίπτωςθ του a-si και κάποιων άλλων υλικϊν των thin-films. Σο φωτοβολταϊκό ςτοιχείο παρουςιάηει κάποιεσ απϊλειεσ. Ζτςι θ αντίςταςθ R S αναπαριςτά τθν αντίςταςθ των επαφϊν, των καλωδίων και του ίδιου του υλικοφ του θμιαγωγοφ. Θ αντίςταςθ R sh εκφράηει τισ απϊλειεσ των ρευμάτων διαρροισ διαμζςου του ςϊματοσ του φωτοβολταϊκοφ και δια των εξωτερικϊν επιφανειϊν του. Όταν ζνα φορτίο ςυνδεκεί ςτα άκρα του φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου αυτό κα διαρρζεται από ρεφμα Λ L. Σο ρεφμα αυτό εξαρτάται από τθν τιμι τθσ αντίςταςθσ αυτισ διότι το μζγεκόσ τθσ κακορίηει τον ρυκμό εκφόρτιςθσ των άκρων τθσ επαφισ p-n πάνω τθσ. [4]-[6]-[7]-[19] 11

19 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας χιμα 1.7: Κυκλωματικι αναπαράςταςθ φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου [6] Θ λειτουργία ενόσ φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου χαρακτθρίηεται από τρεισ κφριεσ παραμζτρουσ, οι οποίεσ υπολογίηονται υπό πρότυπεσ ςυνκικεσ φωτιςμοφ STC (κανονικι ζκκεςθ ςτθν θλιακι ακτινοβολία, προςπίπτουςα ενζργεια 1000W/m 2 και κερμοκραςία λειτουργίασ 25 ο C): Από το ρεφμα βραχυκφκλωςθσ, δθλαδι τθν ζνταςθ του ρεφματοσ όταν βραχυκυκλωκοφν τα άκρα του ςτοιχείου, Από τθν τάςθ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ, δθλαδι τθν τάςθ θ οποία αναπτφςςεται ςτουσ δφο ακροδζκτεσ του φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου όταν αυτό είναι ανοιχτοκυκλωμζνο. Και από τον βακμό απόδοςθσ θ c που είναι ο λόγοσ τθσ μζγιςτθσ παραγόμενθσ από το φωτοβολταϊκό ςτοιχείο ιςχφοσ προσ τθν προςπίπτουςα ιςχφ. [1]-[7]-[16] Κάκε ςτοιχείο ι πλαίςιο ι ακόμθ και ςειρά πλαιςίων ζχει τθ χαρακτθριςτικι καμπφλθ του παρακάτω ςχιματοσ, που δίνει τθ ςχζςθ μεταξφ τάςθσ και ζνταςθσ ρεφματοσ για οριςμζνθ ζνταςθ ακτινοβολίασ και κερμοκραςίασ. 12

20 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας χιμα 1.8: Χαρακτθριςτικι καμπφλθ V-I φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου [7] όπου ςτο ςχιμα: V oc είναι θ τάςθ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ I sc είναι το ρεφμα βραχυκφκλωςθσ V m και I m τθν τάςθ και τθν ζνταςθ τθσ μζγιςτθσ ιςχφοσ. [6]-[7] Θ μζγιςτθ παραγόμενθ θλεκτρικι ιςχφσ ενόσ πλαιςίου ονομάηεται ιςχφσ αιχμισ. Θ μζγιςτθ ιςχφσ ιςοφται με P m, θ οποία εκφράηεται με το εμβαδόν του ορκογωνίου. το παραπάνω χιμα φαίνεται και το ςθμείο μζγιςτθσ ιςχφοσ. Αυτόσ ο όροσ μασ βοθκά να εκτιμιςουμε το κόςτοσ των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων, διότι εκφράηει τθν ελάχιςτθ απαιτοφμενθ επιφάνεια του φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ιςχφοσ 1 kw όταν δζχεται ακτινοβολία με πυκνότθτα ιςχφοσ 1 kw/m 2. Θ εξίςωςθ του Shockley για ιδανικζσ διόδουσ περιγράφει τθν χαρακτθριςτικι του φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου. όπου, K B είναι θ ςτακερά Boltzmann Σ είναι θ απόλυτθ κερμοκραςία e είναι το φορτίο του θλεκτρονίου V L είναι θ τάςθ ςτα άκρα του ςτοιχείου e V L Κ I L = I ph I 1 (e Β Τ 1) (1.1) το θλεκτρικό ιςοδφναμο του φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου ςτθ κζςθ τθσ αντίςταςθσ R τοποκετείται θ προσ τροφοδότθςθ θλεκτρικι διάταξθ. Από τθ διάταξθ αυτι μασ ενδιαφζρει θ καμπφλθ φόρτου τθσ I-V. Σο ςθμείο τομισ τθσ χαρακτθριςτικισ καμπφλθσ του 13

21 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου με τθν καμπφλθ φόρτου τθσ διάταξθσ είναι το ςθμείο λειτουργίασ. τόχοσ μασ είναι το ςθμείο λειτουργίασ του ςυςτιματοσ να ςυμπζςει με το ςθμείο λειτουργίασ μζγιςτθσ ιςχφοσ του φωτοβολταϊκοφ. Παρακάτω παρακζτουμε χαρακτθριςτικζσ καμπφλεσ ενόσ φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου για διαφορετικζσ τιμζσ πυκνότθτασ ζνταςθσ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ(για τθν ίδια τιμι κερμοκραςίασ). Παρατθροφμε ότι για διαφορετικι ζνταςθ ακτινοβολίασ αλλάηει το ςθμείο λειτουργίασ κακϊσ και θ μζγιςτθ ιςχφσ που αποδίδει θ διάταξθ του φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου. *4]-[6]- [7]-[19] χιμα 1.9: Χαρακτθριςτικι καμπφλθ V-I για διαφορετικζσ τιμζσ πυκνότθτασ ζνταςθσ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ [7] Θ θλιακι ενζργεια χρθςιμοποιείται ςε μεγάλθ ζκταςθ απ ευκείασ για τθν κζρμανςθ χϊρων, με κατάλλθλο ςχεδιαςμό των κτιρίων, κακϊσ και για τθν κζρμανςθ νεροφ με τουσ θλιακοφσ κερμοςίφωνεσ. Ευρφτερθ όμωσ μπορεί να είναι θ αξιοποίθςι τθσ όταν χρθςιμοποιείται για τθν παραγωγι απ ευκείασ θλεκτρικισ ενζργειασ, θ οποία επιτυγχάνεται ςιμερα ςχεδόν αποκλειςτικά μζςω των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων, τα οποία και εξετάηονται ςτο παρόν Κεφάλαιο. Σα κφρια μζρθ ενόσ φωτοβολταϊκοφ ςυςτιματοσ, που μπορεί και να αναφζρεται και ωσ φωτοβολταϊκόσ ςτακμόσ παραγωγισ, είναι (α) θ φωτοβολταϊκι γεννιτρια (ι φωτοβολταϊκόσ ςυλλζκτθσ) και (β) οι διατάξεισ προςαρμογισ μζςω των οποίων θ φωτοβολταϊκι γεννιτρια ςυνδζεται είτε με το θλεκτρικό δίκτυο διανομισ, είτε με τισ καταναλϊςεισ και τισ διατάξεισ αποκικευςθσ όταν πρόκειται για αυτόνομθ εγκατάςταςθ. Εγκαταςτάςεισ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ από κερμικι, 14

22 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας που προζρχεται από τον ιλιο, αποτελοφν γενικά ειδικζσ εφαρμογζσ, βρίςκονται ςε δοκιμαςτικό ςτάδιο και για το λόγο αυτό κα γίνει μόνο απλι παρουςίαςι τουσ ςτο τζλοσ του Κεφαλαίου. το παρακάτω χιμα δείχνεται ενδεικτικά ζνα φωτοβολταϊκό πλαίςιο (module), το οποίο περιλαμβάνει 12 φωτοβολταϊκά ςτοιχεία (cells) και ακολοφκωσ τρία όμοια πλαίςια που ςτθρίηονται ςτθν ίδια μεταλλικι καταςκευι και ςχθματίηουν ζνα φωτοβολταϊκό πάνελ (panel). Περιςςότερα του ενόσ πάνελ ςχθματίηουν τθν φωτοβολταϊκι ςυςτοιχία (array). Σο φωτοβολταϊκό πλαίςιο διαμορφϊνεται ςτο εργοςτάςιο και αποτελεί τθν μονάδα θ οποία διατίκεται ςτο εμπόριο. Θ φωτοβολταϊκι γεννιτρια μπορεί να περιλαμβάνει ζνα μόνο πλαίςιο ζωσ περιςςότερεσ τθσ μιασ ςυςτοιχίεσ, οπότε μπορεί να αναφζρεται και ωσ το φωτοβολταϊκό πάρκο του ςτακμοφ. χιμα 1.10: Απεικόνιςθ φωτοβολταϊκοφ πλαιςίου [20] φνδεςθ με το θλεκτρικό δίκτυο Όπωσ ζχει αποδειχκεί από μελζτθ τθσ IEA (Report IEA PVPS T5-10:2002) υπάρχει μεγάλθ δυνατότθτα διείςδυςθσ των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων και άλλων μονάδων διεςπαρμζνθσ παραγωγισ ςτο θλεκτρικό ςφςτθμα, κακϊσ κατ ελάχιςτον είναι δυνατόν να ςυνειςφζρουν το 25% του ελάχιςτου φορτίου τισ ϊρεσ λειτουργίασ των, χωρίσ να αναδφεται κάποιο πρόβλθμα. Για διειςδφςεισ μεγαλφτερεσ του 25%, για τθν αποφυγι υπερτάςεων ςτθ γραμμι που είναι ςυνδεδεμζνα τα φωτοβολταϊκά κα μποροφςε να εφαρμοςκεί περιοριςμόσ ςτθν παραγωγι ιςχφοσ από αυτά. Ζνα τζτοιο μζτρο δεν εκτιμάται ότι προςκζτει ςθμαντικό κόςτοσ ςτα θλεκτρονικά ιςχφοσ αλλά ίςωσ δθμιουργιςει προβλιματα ςτθ λειτουργία των μετατροπζων όταν παρουςιάηονται διαταραχζσ ςτθν τάςθ του δικτφου. Θ ιδζα αυτι ιδθ εφαρμόηεται ςε αυτόνομα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα με 15

23 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας 100% διείςδυςθ, αλλά με βάςθ τθν απόκλιςθ τθσ ςυχνότθτασ λειτουργίασ του δικτφου από τα 50 Hz. [13] Μια εναλλακτικι λφςθ είναι θ αλλαγι του λόγου υπό-πολλαπλαςιαςμοφ (ρφκμιςθ τάςθσ ςτισ επαφζσ του μεταςχθματιςτι τάςθσ) ςτθν είςοδο των μεταςχθματιςτϊν μζςθσ προσ χαμθλι τάςθ, ϊςτε να υπάρχει θ δυνατότθτα μεγαλφτερθσ διείςδυςθσ φωτοβολταϊκϊν ςε περιόδουσ όπου ςυςτθματικά εμφανίηεται χαμθλι ηιτθςθ όταν υπάρχει μεγάλθ παραγωγι ενζργειασ από φωτοβολταϊκά. Αυτό ςτθν Ελλάδα κα μποροφςε να ςυμβεί τον Αφγουςτο ςτισ αςτικζσ περιοχζσ ι και ςε τουριςτικζσ περιοχζσ εκτόσ τουριςτικισ περιόδου. Οι δαπάνεσ για τθν υλοποίθςθ αυτοφ του μζτρου είναι μάλλον χαμθλζσ. Για τθν διαςφνδεςθ των διαφόρων μονάδων παραγωγισ ςθμαντικι είναι θ ανάπτυξθ προτφπων για αποτελεςματικι και αςφαλι ενςωμάτωςθ των μονάδων ςτο δίκτυο. Σα πρότυπα που υπάρχουν (εγκεκριμζνα και μθ) και διζπουν τισ προδιαγραφζσ ςχετικά με τθν λειτουργία, δοκιμι, αςφαλιςτικά μζτρα και ςυντιρθςθ ςτο ςθμείο ςφνδεςθσ είναι: IEEE Recommended practice for utility interface of PV systems. IEEE P1547 Draft10. Standard for interconnecting distributed resources with electric power systems. Τπάρχουν και άλλα πρότυπα που αφοροφν ςτθν ανταλλαγι πλθροφορίασ για λόγουσ επιτιρθςθσ και ελζγχου των μονάδων διανεμθμζνθσ παραγωγισ ςτα θλεκτρικά δίκτυα και είναι τα εξισ: ΛΕΕΕ P1614 (τϊρα P1547.3) Guide for monitoring, information exchange and control of distributed resources interconnected with EPS. IEC Wind turbine generator systems. Part 25: Communication for monitoring and control of wind power plants. IEC Communication networks and systems in substations. Όςον αφορά τθν διαςφνδεςθ μικρϊν φωτοβολταϊκϊν μονάδων μζχρι 10 kw το πρότυπο ΛΕΕΕ περιζχει ςυμβουλζσ για τον παραλλθλιςμό τουσ ςτο δίκτυο και αφορά μόνο των μετατροπζα ιςχφοσ κακϊσ είναι θ ςυςκευι που πρζπει να διακζτει τισ απαραίτθτεσ λειτουργίεσ και προςταςίεσ. υνεπϊσ, το πρότυπο είναι ανεξάρτθτο από τθν πθγι ενζργειασ θ οποία κα μποροφςε να είναι φωτοβολταϊκά, μπαταρίεσ, ενεργειακζσ κυψζλεσ κλπ. Σο πρότυπο καλφπτει κυρίωσ κζματα ποιότθτασ ιςχφοσ, αςφάλειασ και προςταςίασ. Οι οδθγίεσ ποιότθτασ ιςχφοσ είναι ςθμαντικζσ για τον διαχειριςτι του δικτφου ϊςτε να ζχει τθν διαβεβαίωςθ ότι θ εξάπλωςθ των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων δεν κα ζχει αρνθτικζσ ςυνζπειεσ ςτουσ πελάτεσ του. Οι καταςτάςεισ λειτουργίασ εκτόσ των προςδιοριςμζνων ορίων προκαλοφν τθν διακοπι μεταφοράσ ενζργειασ ςτο δίκτυο από το ςφςτθμα μζχρι αυτζσ να επανζλκουν ςτα κανονικά όρια. Ζνα από τα προβλιματα που 16

24 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας μπορεί να αντιμετωπίςουν οι εταιρίεσ θλεκτριςμοφ είναι θ πικανότθτα δθμιουργίασ ενεργοποιθμζνθσ νθςίδασ (Islanding) μετά από κάποιο ςφάλμα και διακοπι ςτο δίκτυο. Αυτό ςθμαίνει ότι κάποια γραμμι είναι θλεκτροφόροσ ενϊ δεν κα ζπρεπε να είναι. Οι νθςίδεσ αποτελοφν κίνδυνο για τουσ τεχνικοφσ που κεωροφν ότι θ γραμμι δεν είναι θλεκτροφόροσ μετά από κάποια διακοπι. Μελζτεσ ζχουν αποδείξει ότι θ πικανότθτα δθμιουργίασ είναι εξαιρετικά μικρι και όταν ςυμβαίνει ςυνικωσ δεν διαρκεί πάνω από 60 δευτερόλεπτα, ζνα χρονικό διάςτθμα κατά τθν διάρκεια του οποίου κάκε αντιμετϊπιςθ είναι ανζφικτθ. Σα εμπόδια ςτθ διαδεδομζνθ χριςθ των φωτοβολταϊκϊν ςτθ διανεμθμζνθ παραγωγι είναι κοινά ςε μεγάλο βακμό με άλλεσ τεχνολογίεσ που ςυνδζονται ςτο δίκτυο μζςω μετατροπζων ιςχφοσ, όπωσ: 1. υγκεκριμζνα τεχνικά προβλιματα ςχετικά με τα παρελκόμενα (όπωσ οι αντιςτροφείσ ιςχφοσ) και τθν ςφνκεςθ ολοκλθρωμζνων ςυςτθμάτων. 2. Ζλλειψθ τυποποιθμζνων προςεγγίςεων για τθν διαςφνδεςθ ςτο θλεκτρικό δίκτυο. 3. Ζλλειψθ ςυνειδθτοποίθςθσ και εμπειρίασ με τθν τεχνολογία από τουσ δυνθτικοφσ χριςτεσ. 4. Λςτορικζσ αντιλιψεισ για τθν τεχνολογία που μπορεί να είναι αρνθτικζσ και υποκειμενικζσ. 5. Ζλλειψθ αξιόπιςτων ςτοιχείων ςχετικά με τθν απόδοςθ ςε πραγματικζσ ςυνκικεσ λειτουργίασ και τισ πραγματικζσ δαπάνεσ ςτον χρόνο ηωισ του ςυςτιματοσ. 6. Ζλλειψθ τθσ ποιοτικά εγγυθμζνθσ εγκατάςταςθσ και διαχείριςθσ του ςυςτιματοσ. 7. Κατανόθςθ των κινιτρων για τθν εγκατάςταςθ φωτοβολταϊκϊν που ζχουν υψθλότερθ αξιοπιςτία. *6] Θ ενςωμάτωςθ πολλϊν μικρϊν μονάδων διαςπαρμζνθσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ ςτισ υπάρχουςεσ δομζσ εφοδιαςμοφ επιτάςςει τθν χριςθ νζων τεχνολογικϊν λφςεων. Οι βελτιωμζνεσ διαδικαςίεσ διαχείριςθσ τθσ ενζργειασ και οι προθγμζνεσ τεχνολογίεσ επικοινωνιϊν είναι απαραίτθτεσ για να υποςτθρίξουν μια αξιόπιςτθ, οικονομικι και αςφαλι λειτουργία όλων των εγκαταςτάςεων παραγωγισ ενζργειασ. Προςοχι εςτιάηεται ςτισ νζεσ προςεγγίςεισ ςτθν τεχνολογία ςυςτθμάτων ςχετικά με τθν διαςπαρμζνθ παραγωγι, τθ ςτακερότθτα και τθν ποιότθτα του θλεκτριςμοφ, τθν αξιοπιςτία παροχισ θλεκτριςμοφ, τον προγραμματιςμό ανάπτυξθσ του δικτφου, κζματα αςφάλειασ και επικοινωνίασ δεδομζνων και μεκόδουσ πρόγνωςθσ τθσ ηιτθςθσ και τθσ παραγωγισ ιςχφοσ. [8] 17

25 υνολικι εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ (MW) Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Προοπτικζσ εξζλιξθσ Προβλζπεται μεγάλθ διείςδυςθ των φωτοβολταϊκϊν ςτθν ελλθνικι επικράτεια κάτι το οποίο μπορεί να επιτευχκεί με ειςαγωγι φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων ςτον κτιριακό τομζα. Θ τεχνολογία των φωτοβολταϊκϊν κεωρείται κατάλλθλθ για τον κτιριακό τομζα κακϊσ αποτελεί το κυρίαρχο εξάρτθμα για το μοντζλο τθσ αποκεντρωμζνθσ ενεργειακισ παραγωγισ από ΑΠΕ. Για τον λόγο αυτό ζνα τζτοιο πρόγραμμα κα πρζπει να λαμβάνει υπόψθ οικονομικζσ, τεχνικζσ και περιβαλλοντικζσ παραμζτρουσ των καιρϊν μασ. Επιπρόςκετα κα πρζπει να υπάρχει ςυνζχεια ςτθν αγορά των φωτοβολταϊκϊν. Ζτςι κα ζχουμε πλεονεκτιματα από τζτοιου είδουσ προγράμματα ςτθν ανάπτυξθ νζων κζςεων εργαςίασ και ςτθν οικονομία του κράτουσ. υμφϊνα με μελζτθ του Τπουργείου Ανάπτυξθσ προβλζπεται θ ειςαγωγι 2,400 MW μζχρι το ζτοσ 2020, ιςχφσ θ οποία κα αντιπροςωπεφει το 3.2% τθσ ςυνολικισ ελλθνικισ θλεκτρικισ ηιτθςθσ για το ίδιο ζτοσ. [15] Ζτθ χιμα 1.10:Πρόβλεψθ εγκατάςταςθσ φωτοβολταϊκϊν μζχρι το ζτοσ 2020 [15] 18

26 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας 1.2 Αιολικι ενζργεια Ιςτορικι αναδρομι Θ αιολικι ενζργεια είναι θ ενζργεια του ανζμου που προζρχεται από τθ μετακίνθςθ αερίων μαηϊν τθσ ατμόςφαιρασ. Σο ςυνολικό εκμεταλλεφςιμο αιολικό δυναμικό τθσ Ελλάδασ μπορεί να καλφψει ζνα μεγάλο μζροσ των θλεκτρικϊν αναγκϊν τθσ. Είναι από τισ πλζον γνωςτζσ και από τισ παλαιότερεσ χρθςιμοποιοφμενεσ μορφζσ ενζργειασ. Θ πρϊτθ χριςθ τθσ δφναμθσ του αζρα χρονολογείται ςτα 5000 χρόνια πριν, ςε πλοία ςτο Νείλο. Θ τεχνολογία των ανεμόμυλων, με τθν βοικεια των οποίων θ ενζργεια του ανζμου μετατρεπόταν ςε μθχανικι ενζργεια, ιταν αρκετά γνωςτι από αιϊνεσ. Είναι ακόμα γνωςτό ότι οι αρχαίοι Ζλλθνεσ ανζπτυξαν τουσ πολιτιςμοφσ τουσ βαςιςμζνοι ςτθ δφναμθ του ανζμου, ο οποίοσ κινοφςε τα πλοία με τα οποία ζκαναν το εμπόριο. [21] ιμερα θ αιολικι ενζργεια είναι θ ευρφτερα αξιοποιοφμενθ ΑΠΕ και θ μόνθ με τθν οποία παράγεται θλεκτρικι ενζργεια ςε τιμζσ ςυγκρίςιμεσ με αυτζσ των ςυμβατικϊν πθγϊν και ςε μεγαλφτερεσ ςχετικά ιςχείσ. Πολλοί παράγοντεσ ζχουν ςυμβάλλει ς αυτιν τθν μείωςθ του κόςτουσ παραγωγισ τθσ kwh από αιολικι ενζργεια κακϊσ και ςτθν ολοζνα αυξανόμενθ χριςθ τθσ. Μερικοί απ αυτοφσ παρουςιάηονται παρακάτω: Σα υψθλισ αντοχισ και ανκεκτικότθτασ ςτοιχεία που χρθςιμοποιοφνται για τθν καταςκευι των ανεμογεννθτριϊν. Θ μείωςθ των τιμϊν των θλεκτρονικϊν ιςχφοσ. Οι προθγμζνεσ τεχνολογίεσ ςτθν αεροδυναμικι των υλικϊν. Οι αυξθμζνεσ δυνατότθτεσ εγκατάςταςθσ των ανεμογεννθτριϊν που φτάνει ςε επίπεδα διακεςιμότθτασ το 95%. Θ δυνατότθτα αυξομείωςθσ τθσ ταχφτθτάσ τουσ ϊςτε να εξαςφαλίηεται μζγιςτθ ενζργεια. Θ δυνατότθτα αποκικευςθσ τθσ πλεονάηουςασ ενζργειασ ςε μπαταρίεσ. Οι προθγμζνεσ τεχνολογίεσ ςτθ μετεωρολογία. Θ φιλικότθτα προσ το περιβάλλον. Ο περιοριςμόσ των ςυμβατικϊν καυςίμων. Σο αυξθμζνο αιολικό δυναμικό τθσ χϊρασ μασ. *21] Θ αιολικι ενζργεια είναι από τισ πιο υποςχόμενεσ ΑΠΕ και μάλιςτα χρθματοδοτείται από διεκνι προγράμματα, κρατικζσ επιχορθγιςεισ ι από άλλου είδουσ εταιρίεσ. Αποτελεί ςιμερα μια ελκυςτικι λφςθ ςτο πρόβλθμα τθσ θλεκτροπαραγωγισ λόγω τθσ αφκονίασ τθσ 19

27 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας πθγισ ενζργειασ. Επιπλζον δεν εκλφονται αζρια του κερμοκθπίου και άλλοι ρφποι, και οι αρνθτικζσ επιπτϊςεισ ςτο περιβάλλον είναι μικρζσ ςε ςφγκριςθ με τα ςυμβατικά εργοςτάςια παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ. Επίςθσ, τα οικονομικά οφζλθ μιασ περιοχισ από τθν ανάπτυξθ τθσ αιολικισ βιομθχανίασ είναι αξιοςθμείωτα. Μετά τθν απελευκζρωςθ τθσ αγοράσ τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ, υποβλικθκαν 350 αιτιςεισ για άδεια αιολικϊν εγκαταςτάςεων. Θ παραγωγι θλεκτριςμοφ από τον άνεμο είναι ςιμερα ελκυςτικι για πολλοφσ λόγουσ. Κατ αρχιν πρόκειται για μια κακαρι μορφι ενζργειασ. Θ χριςθ μιασ ανεμογεννιτριασ 600 KW, ςε κανονικζσ ςυνκικεσ, αποτρζπει τθν αποβολι 1,200 τόνων CO 2 ετθςίωσ, που κα αποβάλλονταν ςτο περιβάλλον αν χρθςιμοποιείτο ςυμβατικι πθγι ενζργειασ για θλεκτροπαραγωγι. Θ αιολικι ενζργεια είναι ανεξάντλθτθ ςτθ φφςθ ςε ςχζςθ με τισ υπόλοιπεσ ιπιεσ μορφζσ ενζργειασ. Θ παραγωγι ενζργειασ από μια ανεμογεννιτρια κατά τα 20 χρόνια λειτουργίασ τθσ ιςοδυναμεί με τθν 80πλάςια ποςότθτα ενζργειασ που απαιτείται για τθν καταςκευι, λειτουργία και καταςτροφι τθσ όταν αυτι κρικεί ανενεργι. *22] Ζνα ςθμαντικό μειονζκτθμα τθσ αιολικισ ενζργειασ είναι ότι εξαρτάται άμεςα από τθν φπαρξθ ικανοποιθτικϊν ταχυτιτων ανζμου. Επειδι δεν υπάρχουν δυνατότθτεσ για οικονομικι αποκικευςθ μεγάλων ποςοτιτων ενζργειασ, επιβάλλεται να υπάρχει εφεδρεία ςυμβατικϊν ςτακμϊν για το ςφνολο τθσ εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ των ανεμογεννθτριϊν. Για θλεκτρικά ςυςτιματα, όπωσ το ςφςτθμα τθσ Κριτθσ, όπου οι αιχμζσ φορτίου καλφπτονται με αεριοςτρόβιλουσ ντιηελ και με υψθλό κόςτοσ παραγωγισ, κα μποροφςε να εξεταςτεί θ περίπτωςθ ςυνδυαςμοφ ανεμογεννθτριϊν με αντλθτικά υδροθλεκτρικά ζργα. *22] Σο μζςο μζγεκοσ μίασ ανεμογεννιτριασ κυμαινόταν γφρω ςτα 300kW ςτο πρόςφατο παρελκόν. ιμερα υπάρχουν γεννιτριεσ kw ενϊ ςε μερικζσ χϊρεσ βρίςκονται υπό δοκιμι γεννιτριεσ τθσ τάξθσ μερικϊν ΜW. Σο κόςτοσ παραγωγισ μίασ kwh θλεκτρικισ ενζργειασ με χριςθ αιολικισ ενζργειασ ζχει μειωκεί από τα 35 cents το 1980, ςτα 5 cents το 1997 ςτθν Αμερικι. ιμερα, ςτθ γενικι τουσ μορφι οι ανεμογεννιτριεσ μετατρζπουν τθν κινθτικι ενζργεια του ανζμου ςε άλλεσ πιο χριςιμεσ μορφζσ ενζργειασ, όπωσ κερμικι και θλεκτρικι. Θ απόφαςθ, όμωσ τθσ Δ.Ε.Θ. να εκμεταλλευτεί ςε ςθμαντικό βακμό τθ αιολικι ενζργεια και θ αναμενόμενθ απελευκζρωςθ τθσ αγοράσ ενζργειασ, δθμιουργοφν πολφ καλζσ προοπτικζσ ςτθν αγορά των ανεμογεννθτριϊν. *21] Η κατάςταςθ ςε παγκόςμια κλίμακα Εξαιτίασ τθσ προςκικθσ νζων εγκαταςτάςεων αξιοποίθςθσ τθσ αιολικισ ενζργειασ, θ παραγόμενθ θλεκτρικι ενζργεια αυξικθκε κατά 28.8% το ζτοσ Ζτςι οι ΘΠΑ παριγαγαν το μεγαλφτερο ποςοςτό θλεκτρικισ ενζργειασ παγκοςμίωσ για το ζτοσ 2008, 20

28 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας ακολουκεί θ Γερμανία ενϊ θ Κίνα διπλαςίαςε τθ ςυνολικι τθσ παραγωγι για τζταρτο ςυνεχόμενο χρόνο. Θ παγκόςμια αιολικι παραγωγι ζφταςε τα GW το 2008, από τα οποία τα 27 ενςωματϊκθκαν ςτο δίκτυο το Παρατθρικθκε δθλαδι ετιςια αφξθςθ τθσ τάξεωσ του 36%. Αυτά τα ςτοιχεία δείχνουν ότι υπάρχει μία αυξανόμενθ παγκόςμια ηιτθςθ για τθ φκθνι και κακαρι αιολικι ενζργεια, θ οποία εγκακίςταται γριγορα και εφκολα ςε οποιοδιποτε ςθμείο του κόςμου. [23] Θ αιολικι ενζργεια εξελίχκθκε ςε ςθμαντικό μζροσ τθσ παγκόςμιασ αγοράσ θλεκτρικισ ενζργειασ αφοφ το 2008 οι εγκαταςτάςεισ ανεμογεννθτριϊν κόςτιςαν περίπου 36.5 δισ. Θ βιομθχανία τθσ αιολικισ ενζργειασ επίςθσ δθμιουργεί νζεσ κζςεισ εργαςίασ αφοφ απαςχολεί πάνω από 400,000 ανκρϊπουσ. Θ αιολικι ενζργεια είναι μια από τισ τεχνολογίεσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ που μπορεί να περιορίςει τθν εκπομπι επιβλαβϊν καυςαερίων. Οι περιοχζσ που οδθγοφν τθν παγκόςμια ανάπτυξθ τθσ αιολικισ ενζργειασ είναι θ Βόρεια Αμερικι, θ Ευρϊπθ και θ Αςία. Σα 120,8 GW εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ μζχρι το 2008 παράγουν 260 TWh θλεκτρικισ ενζργειασ εξοικονομϊντασ 158 εκατ. τόνουσ CO 2 κάκε χρόνο. το παρακάτω χιμα παρουςιάηονται οι χϊρεσ με τθν μεγαλφτερθ δυνατότθτα παραγωγισ αιολικισ ενζργειασ μζχρι το *23] Τπόλοιπεσ 14% Πορτογαλία 2% Δανία 2% Μ.Βρετανία 3% Γαλλία 3% Ιταλία 3% Ινδία 8% Κίνα 10% Η.Π.Α. 21% Ιςπανία 14% Γερμανία 20% χιμα 1.11: φνολο εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ μζχρι το 2008 [23] 21

29 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Πορτογαλία 2% Μ.Βρετανία 3% Γαλλία 4% Δανία 3% Τπόλοιπεσ 12% Η.Π.Α. 31% Ιταλία 4% Ινδία 6% Κίνα 6% Ιςπανία 7% Γερμανία 23% χιμα 1.12: φνολο εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ κατά το 2008 [23] Πίνακασ 1.2: φνολο εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ ςε παγκόςμια κλίμακα [23] φνολο εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ μζχρι το 2008 φνολο εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ το 2008 Χϊρεσ ιςχφσ (MW) ποςοςτά (%) ιςχφσ (MW) ποςοςτά (%) Θ.Π.Α. 25, , Γερμανία 23, , Λςπανία 16, , Κίνα 12, , Λνδία 9, , Λταλία 3, , Γαλλία 3, Μ.Βρετανία 3, Δανία 3, Πορτογαλία 2, Τπόλοιπεσ 16, , φνολο 10 πρϊτων φνολο Παγκοςμίωσ 104, , , ,

30 φνολο εγκαυεςτθμζνθσ ιςχφοσ (MW) Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας 140, , , ,000 80,000 60,000 40,000 20,000 0,000 6,100 7,600 10,20013,60017,400 47,620 39,431 23,900 31,100 59,091 74,052 93, Ζτοσ χιμα 1.13:Εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ αιολικοφ δυναμικοφ μζχρι και το ζτοσ 2008 [23] Αν και ςτθν Ευρϊπθ πραγματοποιικθκε μόλισ το 1/3 των ςυνολικϊν νζων εγκαταςτάςεων αιολικισ ενζργειασ παγκοςμίωσ για το 2008, θ αγορά τθσ ςυνεχίηει τθν ςταδιακι τθσ αφξθςθ και θ αιολικι ενζργεια είναι θ πιο γριγορα αναπτυςςόμενθ τεχνολογία παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ ςτθν Ευρωπαϊκι Ζνωςθ. Πάνω απ το 35% των νζων εγκαταςτάςεων παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ ςτθν Ευρϊπθ αφοροφςε ςτθν αιολικι ενζργεια, ενϊ πάνω απ το 50% ιταν ΑΠΕ. Περίπου 8.9 GW νζων ανεμογεννθτριϊν ανζβαςαν τθ ςυνολικι παραγωγι αιολικισ ενζργειασ ςτα 66 GW. ιμερα υπάρχει μία ςαφισ διαφοροποίθςθ ςτθν ανάπτυξθ των αγορϊν αιολικισ ενζργειασ, αφοφ μειϊκθκαν οι ρυκμοί ανάπτυξθσ αυτισ ςε χϊρεσ που παραδοςιακά ιταν απ τισ πρωτοπόρεσ ςτον τομζα αυτό όπωσ θ Γερμανία, θ Λςπανία και θ Δανία. Σο 2008 υπιρχε μια πιο ιςορροπθμζνθ ανάπτυξθ κυρίωσ από χϊρεσ όπωσ θ Λταλία, θ Γαλλία και θ Αγγλία. Πάνω από 1 GW εγκατεςτθμζνθ ιςχφ ςτο ζδαφόσ τουσ ζχουν ςιμερα 10 μζλθ τθσ ΕΕ. Σο 2008 ςτθν αγορά αιολικισ ενζργειασ κινικθκαν 11 δισ. Παράχκθκαν 142 TWh, περίπου το 4.2% τθσ ςυνολικισ ηιτθςθσ θλεκτρικισ ενζργειασ τθσ Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ, ενϊ εξοικονομικθκαν περίπου 100 εκατ. τόνοι CO 2. Θ Γερμανία ςτθν Ευρϊπθ παραμζνει πρωτοπόρα, τόςο ςτθν νζα όςο και ςτθν ιδθ εγκαταςτθμζνθ ιςχφ. Πάνω από 1.6 GW νζασ ιςχφοσ προςτζκθκε το 2008, ενϊ ςυνολικά ζφταςε περίπου τα 24 GW. Θ αιολικι ενζργεια ςυνεχίηει να παίηει ζνα ςθμαντικό ρόλο ςτο ενεργειακό ιςοηφγιο τθσ Γερμανίασ. Σο

31 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας 40.4 TWh αιολικισ ενζργειασ παράχκθκαν, που αντιςτοιχοφν ςτο 7.5% τθσ ςυνολικισ ενεργειακισ κατανάλωςθσ τθσ χϊρασ. Σζλοσ, θ αιολικι ενζργεια απαςχολεί ςτθ Γερμανία περίπου 100,000 ανκρϊπουσ. Θ Λςπανία είναι θ δεφτερθ μεγαλφτερθ αγορά αιολικισ ενζργειασ ςτθν Ευρϊπθ. Σο 2008 προςτζκθκαν 1.6 GW ςτθν ιδθ εγκατεςτθμζνθ ιςχφ και ζφταςε ζτςι τα 16.8 GW. Θ ολοζνα αυξανόμενθ ανάπτυξι τθσ επαλθκεφεται και από τον ςτόχο των 20 GW που ζχει κζςει θ ιςπανικι κυβζρνθςθ μζχρι το Σο 2008 παράχκθκαν ςτθ χϊρα 31 TWh, καλφπτοντασ ζτςι το 11% τθσ ςυνολικισ ηιτθςθσ ενζργειασ. Σζλοσ μία απ τισ αναπτυςςόμενεσ χϊρεσ ςτον τομζα τθσ αιολικισ ενζργειασ είναι θ Λταλία. Πάνω από 1 GW νζων ανεμογεννθτριϊν προςτζκθκαν ςτο δίκτυο το 2008 φτάνοντασ τθ ςυνολικι εγκατεςτθμζνθ ιςχφ ςτα 3.7 GW. [23] Η κατάςταςθ ςτθν Ελλάδα Θ Ελλάδα είναι μια χϊρα με μεγάλθ ακτογραμμι και τεράςτιο πλικοσ νθςιϊν. Ωσ εκ τοφτου, οι ιςχυροί άνεμοι που πνζουν κυρίωσ ςτισ νθςιωτικζσ και παράκτιεσ περιοχζσ προςδίδουν ιδιαίτερθ ςθμαςία ςτθν ανάπτυξθ τθσ αιολικισ ενζργειασ ςτθ χϊρα. Σο εκμεταλλεφςιμο αιολικό δυναμικό εκτιμάται ότι αντιπροςωπεφει το 13.6% του ςυνόλου των θλεκτρικϊν αναγκϊν τθσ χϊρασ. Ενζργειεσ για τθν ανάπτυξθ τθσ αιολικισ ενζργειασ ζχουν γίνει ςε ολόκλθρθ τθ χϊρα, ενϊ ςτο γεγονόσ αυτό ζχει ςυμβάλλει και θ πολιτικι τθσ Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ για τισ ΑΠΕ, θ οποία ενκαρρφνει και επιδοτεί επενδφςεισ πάνω ςτισ Ιπιεσ μορφζσ ενζργειασ. Αλλά και ςε εκνικι κλίμακα, ο νζοσ αναπτυξιακόσ νόμοσ 3299/04, ςε ςυνδυαςμό με το νόμο για τθσ ΑΠΕ 3468/06, παρζχει ιςχυρά κίνθτρα ακόμα και για επενδφςεισ μικρισ κλίμακασ. Θ περιφζρεια τθσ Δυτικισ Ελλάδασ αν και ζχει μικρότερο αιολικό δυναμικό ςε ςφγκριςθ με άλλεσ περιοχζσ, διακζτει ζνα ιςχυρό θλεκτρικό δίκτυο και το γεγονόσ αυτό ςε ςυνδυαςμό με τθν φπαρξθ ανεμωδϊν «νθςίδων» (λόφοι, υψϊματα κλπ. με εκμεταλλεφςιμο αιολικό δυναμικό) τθν κακιςτοφν κατάλλθλθ για τθν ανάπτυξθ αιολικϊν πάρκων. Σο ςυνολικό εκμεταλλεφςιμο αιολικό δυναμικό τθσ Ελλάδασ μπορεί να καλφψει ζνα μεγάλο μζροσ των θλεκτρικϊν αναγκϊν τθσ. Είναι γνωςτό ότι θ κάλυψθ του 15% των θλεκτρικϊν αναγκϊν τθσ χϊρασ, που αντιςτοιχεί ςε 6.45 ΣWh, το 2001 μπορεί να επιτευχκεί οικονομικά με τθν ανάπτυξθ των Αιολικϊν Πάρκων. [22] To 2006 εγκαταςτάκθκαν 173 MW, κακιςτϊντασ τθν 9 θ ςτθν Ευρϊπθ και 15 θ ςε παγκόςμια κλίμακα ενϊ το ςφνολο τθσ εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ των ανεμογεννθτριϊν ςτθν Ελλάδα ζφταςε τα 746MW, γεγονόσ το οποίο μασ κατατάςςει δζκατουσ ςτθν Ευρϊπθ και 24

32 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας 15 ουσ παγκοςμίωσ. Σα προβλιματα που ζχουν να κάνουν με τθ ςχετικι νομοκεςία, τθ γραφειοκρατία αλλά και τθν ζλλειψθ χωροταξικοφ ςχεδιαςμοφ φαίνονται να επιλφονται, κάτι που ίςωσ βοθκιςει πάρα πολφ ςτθν εκμετάλλευςθ μεγαλφτερου μζρουσ τθσ διακζςιμθσ αιολικισ ενζργειασ θ οποία εκτιμάται ότι μπορεί να αξιοποιθκεί με τθν εγκατάςταςθ ανεμογεννθτριϊν ςυνολικισ ιςχφοσ 6 GW. [24] Βεβαίωσ επειδι το μεγαλφτερο μζροσ του διακζςιμου αιολικοφ δυναμικοφ βρίςκεται ςτα νθςιά, τα οποία ςτθν πλειοψθφία τουσ δεν είναι ςυνδεδεμζνα με τθν θπειρωτικι χϊρα και όπου θλεκτρικισ ενζργειασ. πρζπει να γίνουν μεγάλεσ επενδφςεισ για δθμιουργία γραμμϊν μεταφοράσ Πίνακασ 1.3: Ιςχφσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ από ΑΠΕ τα ζτθ 2001 μζχρι και 2006 (MW) [25] Σεχνολογία ΑΠΕ Τδροθλεκτρικά (<10MW) Αιολικά Φωτοβολταϊκά ,7 0,8 0,8 Βιομάηα φνολο Θ ενεργειακι πολιτικι ςτθν Ελλάδα αςκείται από το Τπουργείο Ανάπτυξθσ, του οποίου οι πρόςφατεσ προςπάκειεσ αφοροφν ςτθ διαμόρφωςθ του ρυκμιςτικοφ και νομικοφ κακεςτϊτοσ των ενεργειακϊν αγορϊν, ςτθν εκπλιρωςθ των περιβαλλοντικϊν δεςμεφςεων τθσ χϊρασ μζςω τθσ προϊκθςθσ των ΑΠΕ, τθσ ςυμπαραγωγισ θλεκτριςμοφ και κερμότθτασ και τθσ εξοικονόμθςθσ ενζργειασ, κακϊσ επίςθσ και ςτα μεγάλα ζργα διεκνϊν ενεργειακϊν διαςυνδζςεων. Ζνασ από τουσ ςαφείσ ςτόχουσ τθσ ενεργειακισ πολιτικισ τθσ χϊρασ μασ είναι θ αφξθςθ τθσ ςυμμετοχισ των ΑΠΕ και των βιοκαυςίμων ςτο ενεργειακό ςφςτθμα κακϊσ και θ μείωςθ τθσ πετρελαϊκισ εξάρτθςθσ. [25] Αρχι λειτουργίασ ανεμογεννθτριϊν Οι μθχανζσ με τισ οποίεσ εκμεταλλευόμαςτε το αιολικό δυναμικό, ονομάηονται ανεμογεννιτριεσ (Α/Γ). Διακρίνουμε δφο είδθ γεννθτριϊν ανάλογα με τον αρικμό των πτερυγίων τουσ: τισ δίπτερεσ και τισ τρίπτερεσ. Οι τρίπτερεσ, με ρότορα μικρότερο των 10 μζτρων, ζχουν τθ δυνατότθτα εκμετάλλευςθσ αςκενοφσ αιολικοφ δυναμικοφ. τισ μθχανζσ 25

33 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας μεγάλου μεγζκουσ επικρατοφν οι δίπτερεσ, με κόςτοσ καταςκευισ και ςυντιρθςθσ μικρότερο απ' αυτό των τρίπτερων αντίςτοιχου μεγζκουσ. Θ ςφγχρονθ τεχνολογία χριςθσ τθσ αιολικισ ενζργειασ ξεκίνθςε με μικρζσ Α/Γ δυναμικότθτασ 20 ωσ 75 kw. ιμερα χρθςιμοποιοφνται Α/Γ δυναμικότθτασ από 200 ωσ 2,000 kw. το παρακάτω χιμα παρουςιάηεται μία τυπικι καμπφλθ λειτουργίασ μίασ Α/Γ 1.65 ΜW. χιμα 1.15: Καμπφλθ ιςχφοσ-ταχφτθτασ ανζμου [23] Από τθν καμπφλθ παρατθρείται ότι κακϊσ θ ταχφτθτα του ανζμου αυξάνει, όλεσ οι Α/Γ χρειάηεται να περιορίςουν τθν ιςχφ που βγάηουν ςτθν ζξοδό του ςε υψθλοφσ ανζμουσ. Θ διάμετροσ τθσ ςυγκεκριμζνθσ είναι 63m. Οι περιςςότερεσ γεννιτριεσ αρχίηουν τθ λειτουργία τουσ ςε μια ταχφτθτα τθσ τάξθσ των 3-5m/s και τθ διακόπτουν ςε ανζμουσ τθσ τάξθσ των 20-25m/s. [22+ Θ διακοπι αυτι γίνεται με τον κατάλλθλο προςανατολιςμό των πτερυγίων τθσ Α/Γ κακϊσ και με ζνα είδοσ μθχανικοφ φρζνου, που είναι ενςωματωμζνο ςτο μθχανιςμό πζδθςθσ. Θ ετιςια παραγωγι ενζργειασ τθσ ςυγκεκριμζνθσ Α/Γ φτάνει τισ 1,500 MWh ςε μία περιοχι όπου ο άνεμοσ φτάνει τα 5 m/s ςτα 60 m φψοσ, τισ 3,700 MWh ςε 7 m/s, τισ 4,800 ΜWh ςτα 8m/s. Άνεμοι τθσ τάξθσ των 5 m/s ςυναντϊνται εφκολα μακριά απ τισ παράκτιεσ περιοχζσ και ςτισ 5 θπείρουσ. Άνεμοι ταχφτθτασ 7m/s ςυναντϊνται ςε πολλά παράκτια κράτθ όπωσ θ Δανία. Ακόμα ιςχυρότεροι άνεμοι ςυναντϊνται ςε πολλά ελλθνικά νθςιά, ςτα παράλια τθσ Καλιφόρνια, ςτθν Καραϊβικι, Λρλανδία, ουθδία, Ανταρκτικι και ςτθν Νζα Ηθλανδία. 26

34 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Ενδιαφζρον, για τθν εκμετάλλευςθ του αιολικοφ δυναμικοφ ζχουν οι περιοχζσ με μζςεσ ταχφτθτεσ ανζμου. Ζνα αιολικό πάρκο, το οποίο ςε ταχφτθτα 8m/sec αποδίδει 1,600 kw, ςε ταχφτθτα 4m/s αποδίδει μόνο 200 kw. θμαντικό ρόλο παίηει ο τόποσ εγκατάςταςθσ των A/Γ. Θ φπαρξθ ανωμαλιϊν του εδάφουσ, κτιρίων, δζντρων ι εμποδίων γενικά μπορεί να δθμιουργιςει ςτροβιλιςμοφσ και να μειϊςει τθν αποδοτικότθτα. Πριν τθν επιλογι τθσ περιοχισ απαιτείται μελζτθ ςτατιςτικϊν και μετεωρολογικϊν δεδομζνων για τισ κατευκφνςεισ του ανζμου για περίοδο ενόσ ζτουσ. *12] τα νθςιά του Αιγαίου, ςτθν Κριτθ και ςτθν Ανατολικι τερεά Ελλάδα οι μζςεσ ταχφτθτεσ ανζμου είναι 6-7 m/s, με αποτζλεςμα το κόςτοσ τθσ παραγόμενθσ ενζργειασ να είναι ιδιαίτερα ικανοποιθτικό, γι' αυτό παρατθρείται πλθκϊρα ζργων εκμετάλλευςθσ ςτισ περιοχζσ αυτζσ. [22] χιμα 1.16: Δφο είδθ ανεμογεννθτριϊν (δίπτερεσ, τρίπτερεσ) [22] Σρίπτερεσ ανεμογεννιτριεσ με ρότορα μικουσ μικρότερου των 10 μζτρων ζχουν τθ δυνατότθτα εκμετάλλευςθσ αςκενοφσ αιολικοφ ανζμου (ευρφ φάςμα ταχυτιτων ανζμου) και κόςτοσ καταςκευισ και ςυντιρθςθσ χαμθλό κακϊσ τα προβλιματα αντοχισ και δυναμικισ καταπόνθςθσ μθχανικϊν μερϊν είναι περιοριςμζνα ςτισ μθχανζσ αυτισ τθσ κατθγορίασ. τισ μθχανζσ μεγάλου μεγζκουσ επικρατοφν οι δίπτερεσ, με κόςτοσ καταςκευισ και ςυντιρθςθσ ςαφϊσ μικρότερο, από αυτό των τρίπτερων αντιςτοίχου μεγζκουσ. *22] Άλλθ μία διαφοροποίθςθ των Α/Γ είναι ςε οριηοντίου και κατακόρυφου άξονα. Σα βαςικότερα ςτοιχεία τθσ Α/Γ είναι (ανάλογα και με τθ μορφι τθσ) ο πφργοσ, ο δρομζασ, το ςφςτθμα εδράςεωσ του δρομζα ςτον πφργο, ο πολλαπλαςιαςτισ ςτροφϊν, θ γεννιτρια, το φρζνο και το ςφςτθμα περιςτροφισ, Οι βαςικζσ λειτουργίεσ ελζγχου των Α/Γ είναι κυρίωσ οι ακόλουκεσ: 27

35 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Λειτουργίεσ που αφοροφν τθν εκκίνθςθ και το ςταμάτθμά τουσ. Λειτουργίεσ ελζγχου για τθν υπζρβαςθ τθσ ονομαςτικισ ιςχφοσ τθσ Α/Γ, όταν θ ταχφτθτα του ανζμου περάςει μία οριςμζνθ τιμι. Λειτουργίεσ ελζγχου για τον προςανατολιςμό τθσ Α/Γ ϊςτε το επίπεδο περιςτροφισ τθσ ζλικασ να βρίςκεται ςυνεχϊσ κάκετα προσ τθ διεφκυνςθ του ανζμου. Αυτόσ ο ζλεγχοσ γίνεται μόνο ςτισ Α/Γ οριηόντιου άξονα. Λειτουργίεσ των ςυςτθμάτων αςφαλείασ για τθν πζδθςθσ. Λειτουργίεσ ελζγχου ςτροφϊν για Α/Γ μεταβλθτϊν ςτροφϊν. [6] Θ καταςκευι μθχανϊν τθσ τάξεωσ MW δεν κατάφερε να ενταχκεί ςτο οικονομικά και καταςκευαςτικά βιϊςιμο κατεςτθμζνο. Θ οικονομικι υποςτιριξθ τθσ καταςκευισ μθχανϊν αυτισ τθσ κατθγορίασ είναι πλζον εφικτι μόνο μζςα από ευρωπαϊκά προγράμματα. [22] Αιολικά χαρακτθριςτικά Οι άνεμοι αποτελοφν κίνθςθ αερίων μαηϊν, θ οποία προκαλείται κυρίωσ από διαφορζσ κερμοκραςιϊν εντόσ τθσ ατμόςφαιρασ. Οι διαφορετικζσ κερμοκραςίεσ και οι αντίςτοιχοι άνεμοι οφείλονται: τθ διαφορά γεωγραφικοφ πλάτουσ, οπότε οι άνεμοι είναι ςχετικά ςτακεροί (εποχικοί άνεμοι, με μεγάλθ περίοδο μεταβολισ). τθ διαφορετικι φφςθ και επιφάνεια του εδάφουσ (βουνά, πεδιάδεσ, κάλαςςα κλπ.) και χαρακτθρίηονται από μικρι χρονικι διάρκεια (θμεριςια ι ωριαία). [6] Σο κατϊτερο μζροσ τθσ ατμόςφαιρασ, μζςα ςτο οποίο υπάρχουν οι ανκρϊπινεσ καταςκευζσ, ονομάηεται Ατμοςφαιρικό Οριακό τρϊμα. Θ ςχετικι ταχφτθτα του αζρα μζςα ςτο ςτρϊμα αυτό ωσ προσ τθ γθ, μεταβάλλεται ανάλογα με τα εμπόδια που υπάρχουν ςτθν επιφάνεια τθσ γθσ. Δθλαδι αυξάνεται ςυνεχϊσ από το μθδζν ςτθν επιφάνεια τθσ γθσ, μζχρι μια ςτακερι τιμι ςτο άνω όριο του ςτρϊματοσ, όπου θ ροι μπορεί να κεωρθκεί ωσ ελεφκερθ. Σο φψοσ του ςτρϊματοσ εξαρτάται εκτόσ από το μζγεκοσ και τθ φφςθ των εμποδίων και από τθν «ευςτάκεια» τθσ ατμόςφαιρασ. Π.χ. για ομαλό ζδαφοσ και αδφναμο άνεμο είναι περί τα 200 μζτρα ενϊ για ανϊμαλο και ζντονο άνεμο μπορεί να φτάνει τα 1,200 μζτρα. Μπορεί όμωσ να φτάνει και τα 2-3 km αν υπάρχουν και ανοδικά-κακοδικά ρεφματα. 28

36 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Εντόσ του ατμοςφαιρικοφ οριακοφ ςτρϊματοσ θ κίνθςθ του ανζμου δεν είναι «ςτρωτι» αλλά «τυρβϊδθσ». Γενικά θ ταχφτθτα του ανζμου δεν είναι ςτακερι αλλά παρουςιάηει διακυμάνςεισ οι οποίεσ περιλαμβάνουν ζνα ευρφ φάςμα ςυχνοτιτων. Κάποια χαρακτθριςτικά του ανζμου τα οποία λαμβάνονται υπ όψθ είναι: ταχφτθτα του ανζμου (μζςθ τιμι, μεταβολι τθσ ανάλογα με το φψοσ, διακυμάνςεισ), τφρβθ, ριπζσ του ανζμου, φάςμα ςυχνοτιτων, ιςχφσ και ενζργεια του ανζμου. [6] φνδεςθ Α/Γ με το θλεκτρικό δίκτυο Οι διαταραχζσ που προκαλοφν οι Α/Γ ςτο δίκτυο είναι ανάλογεσ εκείνων που προκαλοφνται από τα ςυνικθ φορτία και αναφζρονται ςτο ςθμείο ςυνδζςεωσ του ςτο δίκτυο διανομισ (ΧΣ ι ΜΣ). Διακρίνουμε τισ εξισ περιπτϊςεισ: φνδεςθ Α/Γ ςτο δίκτυο ΧΣ απ το οποίο τροφοδοτοφνται και άλλοι καταναλωτζσ ΧΣ. φνδεςθ ςτο δίκτυο ΜΣ μζςω ιδιαίτερου Μ ανυψϊςεωσ. φνδεςθ αιολικϊν πάρκων, δθλαδι πολλϊν Α/Γ εγκατεςτθμζνων ςε μικρζσ αποςτάςεισ μεταξφ τουσ, οι οποίεσ μποροφν να ςυνδζονται προσ το δίκτυο μζςω Μ ανυψϊςεωσ ανά μία ι ανά μονάδεσ Α/Γ. [6] Ανεξάρτθτα του ςθμείου ςυνδζςεωσ οι διαταραχζσ που προκαλοφν μποροφν να διακρικοφν ωσ εξισ: 1. Διαταραχζσ κατά τθν κανονικι λειτουργία Αυτζσ οι διαταραχζσ ζχουν επίπτωςθ ςτθν ςτακερότθτα τθσ τάςεωσ του δικτφου και χωρίηονται ςτισ εξισ: Αργζσ μεταβολζσ. Σαχείεσ μεταβολζσ. Διακυμάνςεισ. 2. Επιπτϊςεισ κατά τθ διάρκεια μθ ομαλισ λειτουργίασ του δικτφου Ανωμαλίεσ ςτθ λειτουργία των προςταςιϊν του δικτφου. Απαράδεκτεσ καταπονιςεισ των ςτοιχείων του δικτφου. Επικίνδυνεσ ςυνκικεσ λόγω απομονωμζνθσ λειτουργίασ. τμιματοσ του δικτφου. [6] Προοπτικζσ εξζλιξθσ 29

37 υνολικι εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ (MW) Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας το ςθμείο αυτό επιχειρείται να γίνει μία πρόγνωςθ για τθν αγορά τθσ αιολικισ ενζργειασ ςτθν Ελλάδα. Προβλζψεισ φυςικά είναι ιδιαίτερα δφςκολεσ, ειδικά ςε περιόδουσ οικονομικισ και ενεργειακισ αβεβαιότθτασ. Παρά τθν οικονομικι κρίςθ και τισ επιπτϊςεισ τθσ ςτθν πραγματικι οικονομία, που περιζχει και τθν αιολικι ενζργεια, οι προβλζψεισ αναφζρονται ςε αφξθςθ τθσ παραγωγισ τθσ. ε ςυμβοφλιο τθσ Ελλθνικισ Ομοςπονδίασ για τθν Αιολικι ενζργεια, το οποίο πραγματοποιικθκε το Φεβρουάριο του 2008, θ Ρ.Α.Ε., ανακοίνωςε για πρϊτθ φορά ότι θ εγκεκριμζνθ μελζτθ Ανάπτυξθσ του υςτιματοσ Μεταφοράσ διαβεβαιϊνει τθν ανεμπόδιςτθ ειςαγωγι αιολικϊν πάρκων, ςυνολικισ ιςχφοσ 5.5 GW, ςτο διαςυνδεδεμζνο ςφςτθμα, χωρίσ οικονομικζσ ι άλλου είδουσ ςυνζπειεσ για αυτά. Εάν ς αυτό το ποςό προςτεκοφν τα αυτόνομα ςυςτιματα των νθςιϊν, τότε θ ςυνολικι ιςχφσ φτάνει τα GW. τα πλαίςια τθσ ίδιασ μελζτθσ, θ ςυνολικι εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ αιολικϊν πάρκων ςτθν Ελλάδα υπολογίηεται να φτάςει το 2020 τα 6 GWp. Θ ςυγκεκριμζνθ ιςχφσ κα μπορεί να καλφψει, εκείνθ τθ χρονικι ςτιγμι το 13.5% τθσ κατανάλωςθσ θλεκτρικισ ενζργειασ. Αν ςε αυτό το ποςοςτό προςτεκεί και αυτό των φωτοβολταϊκϊν (3.2%), το ςυνολικό ποςοςτό φτάνει το 16.7%. Σζλοσ, θ μζςθ ετιςια παραγόμενθ αιολικι ενζργεια το 2020 υπολογίηεται ςτισ 2200 kwh ανά kw εγκατεςτθμζνθσ ιςχφοσ. Θ αναλυτικι πρόβλεψθ παραγωγισ αιολικισ ενζργειασ ςτθν Ελλάδα παρουςιάηεται ςτο παρακάτω χιμα. *15] Ζτοσ χιμα 1.14: Πρόβλεψθ εγκατάςταςθσ Α/Γ μζχρι το ζτοσ 2020 [15] 30

38 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας 1.3 Γεννιτρια Diesel Ιςτορικι αναδρομι Πρόδρομοσ του βενηινοκινθτιρα κεωρείται θ ατμομθχανι, που πρωτοεμφανίςτθκε τον 18 ο αιϊνα. Θ μθχανι εςωτερικισ καφςθσ (ΜΕΚ), που ακολοφκθςε τον 19 ο αιϊνα ωσ βελτίωςθ για πολλζσ εφαρμογζσ, δε μπορεί να αποδοκεί μόνο ςε ζναν εφευρζτθ διότι γίνονταν πολλζσ παράλλθλεσ προςπάκειεσ καταςκευισ μίασ ΜΕΚ. Θ κεντρικι ιδζα του κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ ιταν να πυροδοτθκεί ζνα μίγμα εφφλεκτων αερίων ι υγρϊν, το οποίο κα εκριγνυται μζςα ςε ζναν κφλινδρο και κα κινοφςε ζνα ζμβολο. Σο 1820 ςτθν Αγγλία ζνασ κινθτιρασ λειτουργοφςε με βάςθ τθν ζκρθξθ μίγματοσ αζρα-υδρογόνου. Ζτςι το 1816 παρουςιάςτθκε ωσ ευρεςιτεχνία ο παλαιότεροσ κινθτιρασ εςωτερικισ καφςθσ, γνωςτόσ ωσ κινθτιρασ Stirling που λειτουργεί με υπζρκερμο αζρα και μπορεί να αξιοποιιςει οποιοδιποτε καφςιμο μζχρι και τθν θλιακι ενζργεια. Τςτερεί βζβαια ζναντι των άλλων για τεχνικοφσ και οικονομικοφσ λόγουσ. Σο 1824, ο Γάλλοσ φυςικόσ Santi Carnot δθμοςίευςε το ςφγγραμμα, «κζψεισ πάνω ςτθν Ωςτικι δφναμθ τθσ κερμότθτασ», ςτο οποίο περιζγραψε τισ βαςικζσ αρχζσ τθσ κεωρίασ εςωτερικισ καφςθσ. Σο ζτοσ 1860 ο Γάλλοσ εφευρζτθσ Jean-Josef-Etien-Lenouar ( ) καταςκεφαςε τον πρϊτο πρακτικά χρθςιμοποιιςιμο κινθτιρα από τον οποίο προζρχονται όλοι οι άλλοι κινθτιρεσ εςωτερικισ καφςθσ. Σθ χρονιά εκείνθ ο Lenouar παρουςίαςε ζνα μικρό όχθμα το οποίο εκκινείτο με τθν μθχανι του. Σο καφςιμο που χρθςιμοποιοφςε ιταν το φωταζριο το οποίο ειςάγεται ςτον κφλινδρο αναμεμειγμζνο με αζρα ςτο πρϊτο ςτάδιο λειτουργίασ, κατά το πρϊτο μιςό τθσ διαδρομισ του εμβόλου. Σο μίγμα αυτό πυροδοτείται με θλεκτρικό ςπινκιρα και ωκεί το ζμβολο ςτο υπόλοιπο κομμάτι τθσ διαδρομισ του. Κατά τθν επιςτροφι του εμβόλου, ςτθ μία πλευρά του απωκοφνταν τα καυςαζρια, ενϊ ςτα άλλα επαναλαμβανόταν θ διαδικαςία ειςαγωγισ του μίγματοσ φωταερίου-αζρα. Όμωσ ο βακμόσ απόδοςθσ του κινθτιρα του Lenouar ιταν πολφ χαμθλόσ αφοφ το προσ καφςθ μίγμα ςυμπιεηόταν ελάχιςτα πριν τθν ανάφλεξθ πράγμα που δυςκόλεψε τθν οικονομικι του αξιοποίθςθ. [26]-[27] Μια ςθμαντικότατθ εξζλιξθ πραγματοποιικθκε ςτο Παρίςι το 1862, όταν δθμοςιεφτθκε θ περιγραφι του ιδανικοφ κφκλου λειτουργίασ μιασ μθχανισ εςωτερικισ καφςθσ από τον Alphonse Eugène Beau de Rochas ( ), ο οποίοσ ιταν και ο πρϊτοσ που διατφπωςε τισ ςυνκικεσ για τθν άριςτθ απόδοςθ. Ο κινθτιρασ του προζβλεπε τετράχρονο κφκλο, ςε αντίκεςθ με το δίχρονο κφκλο (είςοδοσ-ανάφλεξθ και ιςχφσ-ζξοδοσ) του Lenouar. Όμωσ ςτα επόμενα 14 χρόνια ο τετράχρονοσ κινθτιρασ ζμεινε ςτα χαρτιά. 31

39 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Σο 1876 από τθ μθχανι του Lenouar ξεκίνθςε ο Γερμανόσ Nikolaus August Otto ( ) και καταςκεφαςε ζνα τετράχρονο βενηινοκινθτιρα, αφοφ προθγουμζνωσ είχε καταςκευάςει ζναν ατμοςφαιρικό δίχρονο κινθτιρα με ελεφκερο ζμβολο. Σο 1867 ο δίχρονοσ αυτόσ κινθτιρασ παρουςιάςτθκε ςτθν ζκκεςθ του Παριςιοφ και πιρε το χρυςό βραβείο γιατί είχε κατά 60% μειωμζνθ κατανάλωςθ καυςίμου. Σο 1892 από τον Γερμανό μθχανικό Rudolf Christian Karl Diesel ( )ανακοινϊκθκε ωσ ευρεςιτεχνία ο ομϊνυμοσ κινθτιρασ και μελετικθκε από το 1893 μζχρι το τον κινθτιρα ντιηελ διαχζεται το καφςιμο με ιςχυρό περίςςευμα αζρα, το οποίο ςυμπυκνϊνεται με μία ςχζςθ 25:1 και αυτοαναφλζγεται ςε κερμοκραςία 700 με 9,000 ο C. [5]-[27]-[28]-[29] Από περιβαλλοντικισ απόψεωσ τα ςυςτιματα αυτά παρουςιάηουν υψθλζσ εκπομπζσ ρφπων, ιδιαίτερα ςε οξείδια του αηϊτου. Οι εκπομπζσ αυτζσ μποροφν να περιοριςτοφν με τθν εφαρμογι καταλυτικϊν μετατροπζων ι με τθν τροποποίθςθ των λειτουργικϊν χαρακτθριςτικϊν τθσ ΜΕΚ. Και οι δφο όμωσ αυτζσ τεχνικζσ ζχουν ςαν αποτζλεςμα τθν ελάττωςθ του ςυντελεςτι απόδοςθσ. Θ χριςθ παγίδων αικάλθσ είναι επίςθσ υποχρεωτικι ςε κινθτιρεσ ντιηελ ι άλλων βαρζων κλαςμάτων πετρελαίου. τα μειονεκτιματα των ςυςτθμάτων αυτϊν πρζπει να ςυμπεριλθφκεί επίςθσ το υψθλό κόςτοσ ςυντιρθςθσ και τα υψθλά επίπεδα κορφβου, ιδιαίτερα ςτισ χαμθλζσ ςυχνότθτεσ. Μια παγκόςμια ζρευνα τθσ ΛΕΑ για παραγγελίεσ ςε ςυςτιματα θλεκτροπαραγωγισ ςτο διάςτθμα από 6/2000 μζχρι 5/2001, ζδειξε ότι ζγιναν παραγγελίεσ ςυςτθμάτων ΜΕΚ 1MW-30MW για ςυνολικι ιςχφ 16.2MW. Σο 80% των παραγγελιϊν αυτϊν προζρχεται από χϊρεσ του ΟΟΑ, ενϊ πάνω από τα μιςά ςυςτιματα προορίηονται για εφαρμογζσ εφεδρικισ ιςχφοσ. [30] Η κατάςταςθ ςτθν Ελλάδα φμφωνα με ςτατιςτικι μελζτθ τθσ Eurostat θ εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ πετρελαϊκϊν ςτακμϊν ςτθν Ελλάδα το 2006 για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ ιταν 775 MW. Θ ςυνολικι παραχκείςα ενζργεια από τουσ ςτακμοφσ αυτοφσ ιταν, για το ίδιο ζτοσ, 9,601 GWh. [31] Σο ςφνολο αυτϊν των ςτακμϊν βρίςκεται ςτα μικρά αυτόνομα δίκτυα των νθςιϊν και ςτα ςυςτιματα τθσ Κριτθσ και τθσ Ρόδου, τα οποία ωσ γνωςτόν δεν ζχουν διαςφνδεςθ με το θπειρωτικό δίκτυο διανομισ θλεκτρικισ ενζργειασ. Ζτςι βλζπουμε τθν άμεςθ εξάρτθςθ των ελλθνικϊν νθςιϊν από το πετρζλαιο πράγμα το οποίο επιβαρφνει οικονομικά το κράτοσ και περιβαλλοντικά τισ περιοχζσ εγκατάςταςθσ αυτϊν των ςτακμϊν. [30]-[32]-[33] 32

40 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Πίνακασ 1.4: ΜΕΚ και ντθηελομθχανζσ που υπάρχουν ςτο μθ διαςυνδεδεμζνο δίκτυο το τακμόσ ζτοσ 2005 για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ. [34] Σφποσ Μθχανισ Αρικμόσ Μθχανϊν Καφςιμο Ονομ. Ιςχφσ (kw) ΑΘ Λινοπεραμάτων Diesel 4 Μαηοφτ 49, ΑΘ Ακερινολακκου Diesel 2 Μαηοφτ 102, ΑΘ Ρόδου Diesel 5 Μαηοφτ 94, ΣΠ Αγακονθςίου ΜΕΚ 7 Diesel 509 ΣΠ Αγ. Ευςτρατίου ΜΕΚ 5 Diesel 580 ΣΠ Αμοργοφ ΜΕΚ 8 Diesel 4,930 ΣΠ Ανάφθσ ΜΕΚ 5 Diesel 400 ΑΠ Άνδρου ΜΕΚ 6 Μαηοφτ 15,480 ΣΠ Αντικυκιρων ΜΕΚ 7 Diesel 429 ΣΠ Αςτυπάλαιασ ΜΕΚ 7 Diesel 4,657 ΣΠ Δονοφςασ ΜΕΚ 6 Diesel 348 ΣΠ Ερεικοφςασ ΜΕΚ 4 Diesel 373 ΑΠ Κιρασ ΜΕΚ 8 Μαηοφτ 33,646 ΣΠ Λκαρίασ ΜΕΚ 3 Diesel 3,600 ΜΕΚ 8 Diesel/Μαηοφτ 11,824 ΣΠ Μου ΜΕΚ 3 Diesel 2,280 ΑΠ Καλφμνου ΑΠ Καρπάκου ΜΕΚ 5 Μαηοφτ 13,720 ΜΕΚ 2 Diesel 4,200 ΜΕΚ 1 Diesel/Μαηοφτ 5,326.8 ΜΕΚ 3 Diesel 5 ΣΠ Κφκνου ΜΕΚ 4 Diesel 2,120 ΑΠ Κω ΜΕΚ 3 Diesel 18,750 ΜΕΚ 5 Μαηοφτ 62,020 ΑΠ Λζςβου ΜΕΚ 11 Μαηοφτ 72,234 ΑΠ Λιμνου ΜΕΚ 5 Μαηοφτ 21,128 ΜΕΚ 1 Diesel 1,000 ΣΠ Μεγίςτθσ ΜΕΚ 6 Diesel 830 ΑΠ Μιλου ΑΠ Μυκόνου ΜΕΚ 4 Μαηοφτ 9,600 ΜΕΚ 1 Diesel 2,217 ΜΕΚ 2 Diesel 12,800 ΜΕΚ 9 Diesel/Μαηοφτ 24,864 ΣΠ Νιςιρου ΜΕΚ 5 Diesel 850 ΣΠ Οκϊνων ΜΕΚ 4 Diesel 373 ΑΠ Πάρου ΜΕΚ 9 Μαηοφτ 62,780 33

41 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας ΜΕΚ 1 Diesel 11,800 ΣΠ Πάτμου ΜΕΚ 8 Diesel 6,792 ΣΠ αμοκράκθσ ΜΕΚ 7 Diesel 1,800 ΑΠ άμου ΜΕΚ 5 Μαηοφτ 32,720 ΣΠ ερίφου ΜΕΚ 6 Diesel 5,140 ΣΠ ίφνου ΜΕΚ 4 Diesel 5,417 ΣΠ κφρου ΜΕΚ 2 Diesel 1,600 ΣΠ φμθσ ΜΕΚ 6 Diesel 5,500 ΜΕΚ 2 Diesel 1,480 ΑΠ φρου ΜΕΚ 6 Μαηοφτ 28,600 ΜΕΚ 1 Diesel/Μαηοφτ 2,217 ΣΠ Σιλου ΜΕΚ 5 Diesel 380 ΑΠ Χίου ΜΕΚ 8 Μαηοφτ 63,306 ΣΠ Ψαρρϊν ΜΕΚ 5 Diesel 490 Μαράκι ΜΕΚ 1 Diesel 50 ΣΠ Αρκιοί ΜΕΚ 3 Diesel ΣΠ Γάβδου ΜΕΚ 2 Diesel 105 υνολικι ιςχφσ 806, Τπάρχουςεσ τεχνολογίεσ Οι ςυμβατικοί κερμικοί ςτακμοί χρθςιμοποιοφν καφςιμα όπωσ οι λικάνκρακεσ, ο λιγνίτθσ, θ τφρφθ, το πετρζλαιο (ντιηελ και Μαηοφτ) και το φυςικό αζριο. Οι κερμικοί ςτακμοί κατατάςςονται ανάλογα με το μζςο και τισ μθχανζσ που χρθςιμοποιοφν για το κερμοδυναμικό τουσ κφκλο. τθν προκειμζνθ περίπτωςθ οι ντθηελοθλεκτρικοί κάνουν χριςθ εμβολοφόρων μθχανϊν. [33] Οι εμβολοφόρεσ ΜΕΚ, γνωςτζσ και ςαν θλεκτροπαραγωγά ηεφγθ, αποτελοφν τθν πιο διαδεδομζνθ τεχνολογία διανεμθμζνθσ παραγωγισ. Πρόκειται για μια παραδοςιακι και δοκιμαςμζνθ τεχνολογία που ςυνδυάηει χαμθλό κόςτοσ προμικειασ ανά εγκατεςτθμζνο kw, μεγάλθ διακεςιμότθτα ςε μεγζκθ, δυνατότθτα γριγορθσ εκκίνθςθσ, υψθλοφσ ςυντελεςτζσ απόδοςθσ και υψθλι λειτουργικι αξιοπιςτία. Σα παραπάνω χαρακτθριςτικά ςε ςυνδυαςμό με τθν ικανότθτα των ςυςτθμάτων αυτϊν να εκκινοφν χωρίσ θλεκτρικι τροφοδότθςθ από το δίκτυο, το κακιςτοφν πρωταρχικι επιλογι ςε εφαρμογζσ εφεδρικισ ιςχφοσ (emergency stand-bypower). Επιπλζον αποτελοφν ςιμερα τθν πιο διαδεδομζνθ μορφι ςυςτθμάτων θλεκτροπαραγωγισ για ιςχείσ μικρότερεσ από 1 MW. Οι κινθτιριεσ μθχανζσ λειτουργοφν με αζριο ι με υγρά καφςιμα. Οι μθχανζσ υγρϊν καυςίμων χρθςιμοποιοφν ςυνικωσ 34

42 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας πετρζλαιο αν και υπάρχουν ςυςτιματα βενηίνθσ ι βαρζων κλαςμάτων πετρελαίου (τα βαρφτερα χρθςιμοποιοφνται για τουσ μεγαλφτερουσ κινθτιρεσ) και βιοκαυςίμων. [30]-[33] Θ ταξινόμθςθ των μθχανϊν Ντιηελ μπορεί να γίνει ανάλογα με το μζγιςτο αρικμό ςτροφϊν που αναπτφςςονται ανά λεπτό,διακρίνονται ςε αργόςτροφεσ, μζχρι 350ς.α.λ., ςε μεςαίων ςτροφϊν, μζχρι 1200 ς.α.λ., και ςε πολφςτροφεσ που φτάνουν τισ 5000 ς.α.λ. Ανάλογα με τθν ιςχφ που αποδίδουν ςτισ κανονικζσ ςτροφζσ λειτουργίασ τουσ τισ διακρίνουμε ςε: μθχανζσ μικρισ ιςχφοσ (μζχρι 25 ίππουσ ανά κφλινδρο), ςε μθχανζσ μζςθσ ιςχφοσ (από ίππουσ ανά κφλινδρο) και ςε μθχανζσ υψθλισ ιςχφοσ (πάνω από 200 ίππουσ ανά κφλινδρο). Επιπλζον ανάλογα με τον αρικμό των κυλίνδρων διακρίνονται ςε μθχανζσ μονοκφλινδρεσ μζχρι και 24κφλινδρεσ. Ακόμθ ανάλογα με τον αρικμό των χρόνων του κφκλου λειτουργίασ τουσ χωρίηονται ςε τετράχρονεσ και δίχρονεσ. [26] Σεχνικά χαρακτθριςτικά Οι διατάξεισ κινθτιρων Ντιηελ ποικίλουν. Ζτςι υπάρχουν: Μθχανζσ ςειράσ όπου υπάρχουν μζχρι 12 κατακόρυφοι κφλινδροι ςε μία γραμμι και αποτελοφν τον πιο ςυνθκιςμζνο τφπο μθχανισ ςτισ εφαρμογζσ. Μθχανζσ τφπου V όπου οι κφλινδροι βρίςκονται υπό γωνία 45 ο, 50 ο, 55 ο, 60 ο ι 90 ο. Θ γωνία αυτι εξαρτάται από τον αρικμό των κυλίνδρων και από τθν καταςκευι του ςτροφαλοφόρου άξονα. Μθχανζσ επίπεδεσ όπου ζχουν τουσ κυλίνδρουσ τουσ ςε μία πλευρά ι ςε γωνία 180 ο και χρθςιμοποιοφνται λόγω του μικροφ τουσ φψουσ ςτα φορτθγά, ςτα λεωφορεία και ςτισ μθχανζσ τρζνων. Μθχανζσ επίπεδεσ όπου ζχουν τουσ κυλίνδρουσ τουσ ςτισ ακτίνεσ ενόσ κφκλου, ςτο κζντρο του οποίου βρίςκεται ο ςτροφαλοφόροσ άξονασ. Μθχανζσ με ειδικι διάταξθ κυλίνδρων οι οποίεσ ζχουν τουσ κυλίνδρουσ τουσ ςε ςχιμα «Χ», «W» ι και «Δ» και χρθςιμοποιοφνται ςε ειδικζσ εφαρμογζσ όπου ο χϊροσ είναι περιοριςμζνοσ. τισ μθχανζσ ντιηελ θ ςχζςθ ςυμπίεςθσ είναι ςυνικωσ 17:1 μζχρι 24:1. Λόγω τθσ υψθλισ ςυμπίεςθσ θ πίεςθ ςτο χϊρο καφςθσ των κυλίνδρων τθσ μθχανισ ντιηελ φτάνει τισ ατμόςφαιρεσ ενϊ θ κερμοκραςία ςτουσ ο C. Από τθν υψθλι πίεςθ του αζρα ςτουσ κυλίνδρουσ, αυξάνεται θ ιςχφσ του κινθτιρα ντιηελ ενϊ από τθν υψθλι κερμοκραςία αναφλζγεται το μίγμα αζρα-καυςίμου. Επιπρόςκετα ςε μία ντθηελομθχανι θ αναλογία βάρουσ ανά ίππο είναι περίπου κιλά/ίππο, θ οποία είναι αρκετά υψθλι, ςυγκρινόμενθ με μία βενηινομθχανι θ οποία ζχει αναλογία περίπου 1,3 κιλά/ίππο και 35

43 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας οφείλεται ςτθν αναγκαία αφξθςθ του κυβιςμοφ τθσ μθχανισ ντιηελ και ςτθ μεγαλφτερθ αντοχι των μερϊν τθσ ςτισ υψθλζσ πιζςεισ των κυλίνδρων τθσ. Θ μθχανι ντιηελ επιπλζον ζχει αρικμό ςτροφϊν περίπου ίςο με τα 5/8 μίασ βενηινομθχανισ πράγμα που οφείλεται ςτθ μικρι μζςθ ταχφτθτα των εμβόλων τθσ. Όπωσ αναφζρκθκε παραπάνω ςτθ μθχανι ντιηελ το καφςιμο αυτοαναφλζγεται κατά τον ψεκαςμό του ςτουσ κυλίνδρουσ από τθν υψθλι κερμοκραςία του πεπιεςμζνου αζρα χωρίσ τθ βοικεια ςπινκιρα. Θ μθχανι ντιηελ ακολουκεί κατά τθ λειτουργία τθσ το κερμικό κφκλο του Ντιηελ ο οποίοσ χρειάηεται τζςςερισ ι δφο χρόνουσ για τθν ολοκλιρωςι του και τθν επιτυχία μίασ εκτόνωςθσ. Ζχουμε λοιπόν τισ φάςεισ τθσ: Ειςαγωγισ-υμπίεςθσ-Εκτόνωςθσ-Εξαγωγισ. Παρακάτω αναλφεται ο κφκλοσ λειτουργίασ του τετράχρονου κινθτιρα ντιηελ: 1 οσ Χρόνοσ-Ειςαγωγι: ε αυτι τθ χρονικι διάρκεια θ βαλβίδα ειςαγωγισ ανοίγει πριν το άνω νεκρό ςθμείο (ΑΝ) και κλείνει μετά το κάτω νεκρό ςθμείο (ΚΝ), κατά μία οριςμζνθ γωνία που είναι ανάλογθ τθσ καταςκευισ του κινθτιρα. Με το κατζβαςμα του εμβόλου από το ΑΝ ςτο ΚΝ ειςζρχεται ςτον κφλινδρο αζρασ με πίεςθ μικρότερθ τθσ ατμοςφαιρικισ. 2 οσ Χρόνοσ-υμπίεςθ: το χρόνο αυτό το ζμβολο κινείται από το ΚΝ προσ το ΑΝ. Θ βαλβίδα ειςαγωγισ κλείνει και ο παγιδευμζνοσ ςτον κφλινδρο αζρασ ςυμπιζηεται μζχρι τισ 30 με 50 ατμόςφαιρεσ. Από τθ ςυμπίεςθ αυτι κερμαίνεται ο αζρασ ςτουσ 600 με 900 ο C, όμωσ ζνα ποςό κερμότθτασ διαφεφγει από τα τοιχϊματα των κυλίνδρων. 3 οσ Χρόνοσ-Καφςθ--Εκτόνωςθ: τον χρόνο αυτό γίνεται ο ψεκαςμόσ του καυςίμου ςτον υπζρκερμο αζρα του χϊρου καφςθσ, θ καφςθ του καυςίμου και θ ενεργθτικι μετακίνθςθ του εμβόλου προσ τα κάτω από τθν εκτόνωςθ των αερίων. Θ καφςθ του πετρελαίου ςτον κφλινδρο δεν είναι απότομθ αλλά προοδευτικι. Πραγματοποιείται ςε τρία ςτάδια των οποίων ο διαχωριςμόσ εξαρτάται από τθν καταςκευι τθσ μθχανισ. Ο χρόνοσ λοιπόν τθσ καφςθσ αρχίηει όταν το ζμβολο βρίςκεται λίγεσ μοίρεσ προ του ΑΝ τθσ ςυμπίεςθσ. Σότε ειςάγεται το πετρζλαιο ςτο χϊρο καφςθσ με μορφι ςταγονιδίων τα οποία ψεκάηονται από τον ψεκαςτιρα. Σα μικρά ςταγονίδια ειςερχόμενα ςτον πυκνό υπζρκερμο αζρα ατμοποιοφνται και αφοφ ζλκουν ςε επαφι με το οξυγόνο αναφλζγονται χωρίσ τθν παραγωγι κερμότθτασ. Θ διάρκεια αυτισ τθσ ανάμειξθσ του καυςίμου με το οξυγόνο ονομάηεται χρόνοσ κακυςτζρθςθσ τθσ ανάφλεξθσ. τθ ςυνζχεια και ενϊ ο ψεκαςμόσ ςυνεχίηεται, αρχίηει θ καφςθ με αποτζλεςμα τθν παραγωγι κερμότθτασ και τθν αφξθςθ τθσ πίεςθσ των αερίων. Από τθν πίεςθ αυτι το ζμβολο μετακινείται 36

44 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας προσ τα κάτω. Κατά τθν κίνθςθ του εμβόλου προσ το ΚΝ διακόπτεται ο ψεκαςμόσ καυςίμου και μειϊνεται ομαλά θ πίεςθ του κυλίνδρου, λόγω τθσ αφξθςθσ του όγκου του. Μετά τθν καφςθ των τελευταίων ςταγονιδίων ο χρόνοσ τελειϊνει. 4 οσ Χρόνοσ-Καφςθ--Εξαγωγι: Περίπου ςτο τζλοσ τθσ εκτόνωςθσ και προτοφ το ζμβολο φτάςει ςτο ΚΝ ανοίγει θ βαλβίδα εξαγωγισ και βγαίνουν τα καυςαζρια ςτθν ατμόςφαιρα. Θ πίεςθ ςτον κφλινδρο κατεβαίνει απότομα ςτισ 3 με 4 ατμόςφαιρεσ και μετά φτάνει προοδευτικά ςε πίεςθ μίασ ατμόςφαιρασ. Σο ζμβολο πλζον ανεβαίνει προσ το ΑΝ για τον κακαριςμό του κυλίνδρου από τα καυςαζρια. [26] 37

45 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας 1.4 Κυψζλεσ Καυςίμου Ειςαγωγι ςτισ κυψζλεσ καυςίμου Οι Κυψζλεσ Καυςίμου(ΚΚ) είναι θλεκτροχθμικζσ ςυςκευζσ που μετατρζπουν τθ χθμικι ενζργεια του καυςίμου απ ευκείασ ςε θλεκτρικι ενζργεια. Επειδι τα ενδιάμεςα ςτάδια τθσ παραγωγισ κερμότθτασ και μθχανικοφ ζργου αποφεφγονται, θ απόδοςθ των KK δεν περιορίηεται από τθν απόδοςθ του κερμοδυναμικοφ κφκλου Carnot. Ζτςι επιτυγχάνονται υψθλότερεσ αποδόςεισ και επομζνωσ μειωμζνοι ρφποι και μειωμζνο κόςτοσ καυςίμου. Ο θλεκτριςμόσ παράγεται με τθ μορφι ςυνεχοφσ ρεφματοσ. Σα βαςικά μζρθ μιασ KK είναι ο θλεκτρολφτθσ, ο οποίοσ είναι ικανόσ να επιτρζπει ςε ιόντα να τον διαπερνοφν και τα θλεκτρόδια (άνοδοσ και κάκοδοσ), τα οποία καταςκευάηονται από πορϊδθ αγϊγιμα υλικά με ςτόχο τθ διάχυςθ του καυςίμου (π.χ. H 2 ) και τθσ οξειδωτικισ ουςίασ (π.χ. Ο 2 ) κακϊσ και τθν αγωγι των θλεκτρονίων. Οι λειτουργίεσ του θλεκτρολφτθ είναι να διευκολφνει τθν θλεκτροχθμικι αντίδραςθ, να επιτρζπει ςτα ιόντα, είτε αρνθτικά είτε κετικά, ανάλογα με το είδοσ τθσ κυψζλθσ και του καυςίμου, να τον διαπερνοφν, να διευκολφνει τθ μεταφορά των αντιδρϊντων ουςιϊν από και προσ τα θλεκτρόδια και ταυτόχρονα να αποτελεί ζνα φυςικό εμπόδιο που να αποτρζπει τθν απευκείασ ανάμιξθ του καυςίμου με τθν οξειδωτικι ουςία Οι λειτουργίεσ των θλεκτροδίων είναι να παρζχουν τθν επιφάνεια ςτθν οποία πραγματοποιείται θ θλεκτροχθμικι αντίδραςθ, να παρζχουν θλεκτρικι ςφνδεςθ με το φορτίο, να μοιράηουν τισ ουςίεσ που αντιδροφν ομοιόμορφα και να οδθγοφν τα προϊόντα τθσ αντίδραςθσ ςτθν ζξοδο τθσ KK. Για τουσ παραπάνω λόγουσ καταςκευάηονται από πορϊδθ και αγϊγιμα υλικά. [35]-[36] τα παρακάτω χιματα παρουςιάηονται θ εξζλιξθ του κόςτουσ εγκατάςταςθσ κατά τθ διάρκεια των ετϊν κακϊσ και θ υπάρχουςα και μελλοντικι κατάςταςθ τθσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ από ΚΚ. 38

46 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας χιμα 1.18: Πρόβλεψθ κόςτουσ εγκατάςταςθσ ΚΚ [37] χιμα 1.19: Πρόβλεψθ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ από ΚΚ [37] Ιςτορικι αναδρομι Αν και το επιςτθμονικό ενδιαφζρον πάνω ςτθν ΚΚ, ωσ εναλλακτικι πθγι θλεκτρικισ ενζργειασ, είναι πολφ πρόςφατο, το ζναυςμα για τθ μελζτθ δόκθκε από τουσ W. Nicholson και Α. Carlisle, οι οποίοι μελζτθςαν το φαινόμενο τθσ θλεκτρόλυςθσ (Θλεκτρόλυςθ είναι το φαινόμενο ςφμφωνα με το οποίο χρθςιμοποιείται θλεκτρικό ρεφμα για τθ διάςπαςθ του μορίου του νεροφ (Θ 2 Ο) ςε υδρογόνο (H 2 ) και οξυγόνο (O 2 ), φαινόμενο το οποίο 39

47 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας πραγματοποιείται ςτθν ΚΚ. Σο 1838, ο Γερμανoελβετόσ χθμικόσ Cristian Friedrich Schönbein παρουςίαςε για πρϊτθ φορά τθν ιδζα ςτθν οποία ςτθρίηονται οι ΚΚ, ωςτόςο, ο εφευρζτθσ τθσ ΚΚ κεωρείται ο Άγγλοσ William Grove, o οποίοσ εφθφρε τθν πρϊτθ ΚΚ το 1839, με τθ ςυνεργαςία του Schönbein. Θ κυψζλθ αυτι είχε τθ δυνατότθτα να παράγει θλεκτρικό ρεφμα, κακϊσ το υδρογόνο αντιδροφςε με το οξυγόνο. Θ κυψζλθ του Grove απαρτίηονταν από δφο θλεκτρόδια, βυκιςμζνα ςε διάλυμα κειικοφ οξζοσ και εμπλουτιςμζνα από υδρογόνο και οξυγόνο. Για να επιτευχκεί μεγαλφτερθ τάςθ, o Grove, ζνωςε ςε ςειρά πολλζσ ςυςτοιχίεσ, όπωσ αποτυπϊνεται ςτο παρακάτω χιμα. [38]-[39] χιμα 1.17: χθματικι αναπαράςταςθ τθσ πρϊτθσ ΚΚ τθ ςυνζχεια ο F. Ostwald ανζπτυξε το κεωρθτικό υπόβακρο για τθν κατανόθςθ τθσ λειτουργίασ τθσ ΚΚ και το 1893, πειραματικά, επεξιγθςε τθ λειτουργία των διαφόρων τμθμάτων που τθν απαρτίηουν. Ακολοφκθςε διάςτθμα ςτο οποίο μελετικθκαν διάφοροι τφποι ΚΚ, τόςο χαμθλισ όςο και υψθλισ κερμοκραςιακισ λειτουργίασ. τισ αρχζσ τθσ δεκαετίασ του 1960 ο T. Grubb και ο L. Niedrach εφθφραν τθν ΚΚ τφπου μεμβράνθσ ανταλλαγισ πρωτονίων με επακόλουκο τθν αναηωπφρωςθ τθσ μελζτθσ πάνω ςτισ ΚΚ, θ οποία ςυνεχίηεται μζχρι ςιμερα, με ερευνθτικά κζντρα τισ ΘΠΑ, Λαπωνία και Ευρϊπθ. [38]- [39] Όςον αφορά τθν Ελλάδα ςτθν Ακινα, ςτισ 2 Λουνίου 2006 το Κζντρο Ανανεϊςιμων Πθγϊν Ενζργειασ (ΚΑΠΕ), μετά τθ λειτουργία τθσ πρϊτθσ ευρωπαϊκισ μονάδασ παραγωγισ υδρογόνου από αιολικι ενζργεια ςτο αιολικό πάρκο του ΚΑΠΕ ςτθν Κερατζα Αττικισ τον περαςμζνο Νοζμβριο, προχϊρθςε ςτθν εγκατάςταςθ και λειτουργία ΚΚ με ονομαςτικι δυνατότθτα παραγωγισ θλεκτρικισ ιςχφοσ 5 kw, θ οποία χρθςιμοποιεί ωσ καφςιμο κακαρό 40

48 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας υδρογόνο. Θ ΚΚ του ΚΑΠΕ αποτελεί τθ μεγαλφτερθ μονάδα παραγωγισ θλεκτριςμοφ με χριςθ υδρογόνου ωσ καφςιμο που ζχει εγκαταςτακεί ςτθν Ελλάδα. [36] Κατθγορίεσ ΚΚ Ανάλογα με τθν περιοχι χρθςιμοποίθςθσ, οι ΚΚ διακρίνονται ςε πζντε κφριουσ τφπουσ. Σα ονόματα των ΚΚ προςδιορίηουν το είδοσ του μεταφερόμενου ιόντοσ που διζρχεται από τον θλεκτρολφτθ. Θ βαςικι δομι των κυψελϊν αυτϊν είναι όμοια, διαφοροποιοφνται όμωσ ωσ προσ το είδοσ του θλεκτρολφτθ που χρθςιμοποιοφν, τθ κερμοκραςία λειτουργίασ, τουσ καταλφτεσ, τθν κακαρότθτα των αντιδρϊντων και τισ επιμζρουσ χθμικζσ αντιδράςεισ που πραγματοποιοφνται. [38] Οι κφριοι τφποι ΚΚ είναι: Αλκαλικι ΚΚ (Alkaline Fuel Cell-AFC). ΚΚ μεμβράνθσ ανταλλαγισ πρωτονίων (Proton Exchange Membrane-PEΜFC). ΚΚ φωςφορικοφ οξζοσ (Phosphoric Acid Fuel Cell-PAFC). ΚΚ τιγματοσ ανκρακικϊν αλάτων (Molten Carbonate Fuel Cell-MCFC). ΚΚ ςτερεϊν οξειδίων (Solid Oxide Fuel Cell-SOFC). Για τθν εμπορικι χριςθ ςε επίπεδο χαμθλισ κερμοκραςιακισ λειτουργίασ (όπωσ ςτθν περίπτωςθ του υβριδικοφ ςυςτιματοσ τθσ παροφςασ διπλωματικισ) ζχει προτακεί θ ΚΚ μεμβράνθσ ανταλλαγισ πρωτονίων (PEMFC), ενϊ ςε υψθλι κερμοκραςιακι λειτουργία θ ΚΚ τιγματοσ ανκρακικϊν αλάτων (MCFC) και θ ςτερεϊν οξειδίων (SOFC). *40+ 41

49 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Είδοσ Κυψζλθσ Καυςίμου Θλεκτρολφτθσ Proton exchange membrane (PEMFC) Πολυμερισ μεμβράνθ Alkaline (AFC) Πίνακασ 1.5: Είδθ ΚΚ [40] Phosphoric Acid (PAFC) 30-50% ΚΟΘ Φωςφορικό οξφ Molten Carbonate (MCFC) Σιγματα ανκρακικϊν αλάτων Solid Oxide (SOFC) Αγϊγιμο κεραμικό υλικό Κερμοκραςία ο C ο C ο C ο C ο C Καφςιμο H 2,CH 4, CH 3 OH H 2 H 2, CH 4 CH 4 H 2, CH 4 Αντίδραςθ Ανόδου H 2 2H + +2e - H 2 +2OH - 2H 2 O+2e - H 2 2H + +2e - H 2 +CO 2 3 H2O+ CO2+ 2e- H 2 +O 2- H 2 O+2e - Αντίδραςθ Κακόδου Βακμόσ Απόδοςθσ Δυναμικι Απόκριςθ 1/2O 2 +2H + +2e - H 2 O 1/2O2+H2O +2e- 2OH- 1/2O2+2H+2e- H2O 1/2O 2 +CO 2 +2e - CO 3 2-1/2O 2 +2e - O % 50-60% 55% 60-65% 55-65% γριγορθ γριγορθ αργι αργι γριγορθ(όταν είναι ηεςτι) Χρόνοσ Εκκίνθςθσ άμεςα άμεςα Περίπου 30min αρκετζσ ϊρεσ αρκετζσ ϊρεσ Εφαρμογζσ διαςτθμικι τεχνολογία, οχιματα, υποβρφχια, κινθτζσ εφαρμογζσ διαςτθμικι τεχνολογία, οχιματα, υποβρφχια παραγωγι ΘΕ, ςυμπαραγωγι κερμότθτασ, οχιματα παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ Πλεονεκτιματα απλι δομι, χαμθλι κερμοκραςία, μικρόσ χρόνοσ εκκίνθςθσ γριγορθ αντίδραςθ κακόδου λόγω υψθλισ κερμοκραςίασ μεγάλοσ βακμόσ απόδοςθσ (ςυμπαραγωγι κερμότθτασ) υψθλι κερμοκραςία, ευελιξία ςτθν επιλογι του καυςίμου υψθλι κερμοκραςία Μειονεκτιματα ακριβόσ καταλφτθσ(pt) πολφπλοκθ απομάκρυνςθ του CO 2 καταλφτθσ(pt), μικρι ιςχφσ, ογκϊδεσ και βαρφ μικρι βιωςιμότθτα μικρι βιωςιμότθτα 42

50 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας ΚΚ μεμβράνθσ ανταλλαγισ πρωτονίων (Proton Exchange Membrane - PEΜFC) Πρόκειται για τθν ΚΚ που χρθςιμοποιείται ςτθ παροφςα διπλωματικι εργαςία. Ο θλεκτρολφτθσ είναι μια μεμβράνθ από κάποιο πολυμερζσ που είναι πολφ καλόσ αγωγόσ πρωτονίων. Σα θλεκτρόδια, ςτθν άνοδο και ςτθν κάκοδο, είναι ςυνικωσ καταςκευαςμζνα από άνκρακα, με θλεκτρο-καταλφτθ Λευκόχρυςο (Pt), για να παρζχει περιοχζσ για τθν αντίδραςθ. Σο μόνο υγρό ςτο εςωτερικό τθσ ΚΚ είναι το νερό που προκφπτει ωσ προϊόν τθσ αντίδραςθσ, λόγοσ για τον οποίο υπάρχουν ελάχιςτα προβλιματα διάβρωςθσ. Θ διαχείριςθ του νεροφ που προκφπτει ωσ προϊόν είναι πολφ ςθμαντικό ςτοιχείο. Πρζπει το νερό να μθν εξατμίηεται με τον ίδιο ρυκμό που παράγεται γιατί θ μεμβράνθ πρζπει να παραμζνει «ενυδατωμζνθ» για να λειτουργεί ςωςτά θ κυψζλθ. Θ κερμοκραςία λειτουργίασ είναι κάτω από 100 C, ςυνικωσ γφρω ςτουσ C. Σο καφςιμο που χρθςιμοποιείται είναι αζριο υψθλισ περιεκτικότθτασ ςε υδρογόνο και με ελάχιςτεσ ποςότθτεσ μονοξειδίου του άνκρακα (CO) γιατί είναι «δθλθτιριο» για τον καταλφτθ(pt). Επιπλζον κατά τθν επεξεργαςία του καυςίμου πρζπει να αφαιρεκοφν τυχόν υπολείμματα κείου και αλογόνων. Οι PEΜFC είναι από τισ ευρζωσ χρθςιμοποιοφμενεσ ΚΚ ωσ πθγι ενζργειασ για αυτοκίνθτα, ωσ ςτατικζσ μονάδεσ παραγωγισ ενζργειασ κακϊσ και ωσ πθγζσ ενζργειασ για φορθτζσ ςυςκευζσ. Μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν επίςθσ και ςτθ Διανεμθμζνθ Παραγωγι. Πλεονεκτήματα: 1. Ο ςτερεόσ θλεκτρολφτθσ παρζχει καλό διαχωριςμό του καυςίμου από τθν οξειδωτικι ουςία. 2. Θ χαμθλι κερμοκραςία λειτουργίασ επιτρζπει γριγορο ξεκίνθμα. 3. Δεν απαιτοφνται ιδιαίτερα και ακριβά υλικά για τθν καταςκευι τουσ. 4. Παρουςιάηουν υψθλι πυκνότθτα ιςχφοσ θ οποία φτάνει τα 2W/cm Είναι κατάλλθλεσ για εφαρμογι όπου είναι διακζςιμο κακαρό υδρογόνο. Μειονεκτήματα: 1. Θ χαμθλι κερμοκραςία δθμιουργεί προβλιματα ςτθν απαγωγι κερμότθτασ ιδιαίτερα ςε υψθλζσ πυκνότθτεσ ρεφματοσ και δε διευκολφνει τθ χριςθ τθσ κερμότθτασ για ςυμπαραγωγι ι για παραγωγι ατμοφ ςε κάποιο υβριδικό ςφςτθμα. 2. Θ διαχείριςθ του νεροφ είναι πολφπλοκθ γιατί πρζπει να διαςφαλίηεται ςωςτι «ενυδάτωςθ» τθσ μεμβράνθσ αλλά ταυτόχρονα να αποφεφγεται τυχόν υπερχείλιςθ 43

51 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (flooding). Δθλαδι πρζπει να υπάρχει ιςορροπία ςτθν ποςότθτα νεροφ που υπάρχει ςτο εςωτερικό τθσ ΚΚ. 3. Σο καφςιμο πρζπει να είναι ιδιαίτερα κακαρό με ελάχιςτθ ι μθδενικι περιεκτικότθτα ςε κείο, μονοξείδιο του άνκρακα και αμμωνία. 4. Για να μειωκοφν τα παραπάνω προβλιματα πρζπει να αυξθκεί θ περιεκτικότθτα των θλεκτροδίων ςε λευκόχρυςο (Pt) και να μειωκεί θ πυκνότθτα του ρεφματοσ, με αποτζλεςμα όμωσ τθν αφξθςθ του κόςτουσ. 5. Όταν δεν υπάρχει ωσ διακζςιμο καφςιμο κακαρό υδρογόνο (άλλωςτε τα ευρζωσ χρθςιμοποιοφμενα καφςιμα είναι διάφοροι άλλοι υδρογονάνκρακεσ), ο επεξεργαςτισ καυςίμου που πρζπει να χρθςιμοποιθκεί αυξάνει το μζγεκοσ, το κόςτοσ και τθν πολυπλοκότθτα και μειϊνει τθν απόδοςθ του τελικοφ ςυςτιματοσ γφρω ςτο 30%. Επιπλζον για τθ χριςθ τζτοιων κυψελϊν υπάρχει ανάγκθ οι υπάρχουςεσ υποδομζσ για τθ μεταφορά καυςίμων να μετατραποφν ϊςτε να είναι δυνατι θ μεταφορά υδρογόνου. [35] Απϊλειεσ ΚΚ Σα κυριότερα είδθ απωλειϊν των ΚΚ είναι: Απϊλειεσ ενεργοποίθςθσ ( activation losses ι polarization): Οφείλονται ςτθν ενζργεια ενεργοποίθςθσ τθσ αντίδραςθσ ςτα θλεκτρόδια. Θ ενζργεια ενεργοποίθςθσ τθσ αντίδραςθσ είναι το κατϊφλι ενζργειασ που πρζπει να ξεπεραςτεί ϊςτε να ξεκινιςει θ αντίδραςθ. Οι απϊλειεσ αυτζσ εξαρτϊνται από τθν ίδια τθν αντίδραςθ, από το υλικό και τθ δομι του θλεκτρολφτθ, από τισ ςυγκεντρϊςεισ των αντιδρϊντων και τζλοσ από τθν πυκνότθτα του ρεφματοσ. Ωμικζσ απϊλειεσ(ohmic losses polarization): Προκαλοφνται από τθν ιοντικι αντίςταςθ του θλεκτρολφτθ και των θλεκτροδίων, τθν αντίςταςθ των θλεκτροδίων, των ςυλλεκτϊν ρεφματοσ και των εςωτερικϊν ςυνδζςμων και από τισ αντιςτάςεισ επαφισ. Είναι ανάλογεσ με τθν πυκνότθτα του ρεφματοσ και εξαρτϊνται από τα υλικά που χρθςιμοποιοφνται, από το ςχιμα τθσ κυψζλθσ και από τθ κερμοκραςία λειτουργίασ. Απϊλειεσ ςυγκζντρωςθσ (concentration losses ι polarization ι mass transport related losses): Οφείλονται ςτθν περιοριςμζνθ μεταφορά μάηασ ςτο εςωτερικό τθσ ΚΚ και εξαρτϊνται από τθν πυκνότθτα του ρεφματοσ, από τθ ςυγκζντρωςθ των αντιδρϊντων και από τθ δομι των θλεκτροδίων. Θ φυςικι εξιγθςθ είναι ότι τα μόρια δεν διαχζονται ομοιόμορφα και δεν ζρχονται ομοιόμορφα ςε επαφι με τον θλεκτρολφτθ και τθ μεμβράνθ. [35] 44

52 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Πλεονεκτιματα και Μειονεκτιματα των ΚΚ Οι ΚΚ παρουςιάηουν κάποια γενικά πλεονεκτιματα: 1. Απ ευκείασ μετατροπι από χθμικι ςε θλεκτρικι ενζργεια χωρίσ να προθγείται καφςθ του καυςίμου και μετατροπι τθσ κερμικισ ςε μθχανικι ενζργεια. 2. Τψθλζσ αποδόςεισ από 30 ωσ 55%. 3. Τψθλζσ αποδόςεισ ακόμα και ςε κατάςταςθ λειτουργίασ όπου το φορτίο δεν είναι πλιρεσ. Θ απόδοςθ αυξάνεται ςε κατάςταςθ μερικισ λειτουργίασ τθσ ΚΚ. 4. Δεν ζχουν κινοφμενα μζρθ, επομζνωσ είναι και ακόρυβθ θ λειτουργία τουσ. Βζβαια μπορεί να υπάρχει κόρυβοσ από τα υπόλοιπα μζρθ του ςυνολικοφ ςυςτιματοσ όπωσ για παράδειγμα ςυμπιεςτζσ ςυςτιματα ψφξθσ κτλ. 5. Τπάρχουν είδθ κυψελϊν που μποροφν να λειτουργιςουν και ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ. 6. Μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν διάφορα καφςιμα. 7. Οι μονάδεσ χαμθλισ κερμοκραςίασ παρουςιάηουν αντοχι. 8. Τπάρχει ευκολία ςτθ ςφνδεςθ ςε ςειρά και παράλλθλα πολλϊν κυψελϊν ανάλογα με τισ ανάγκεσ του φορτίου και με τθν αξιοπιςτία που απαιτείται. 9. χετικά γριγορθ απόκριςθ ςτισ αλλαγζσ φορτίου. ε μερικά δευτερόλεπτα θ τάςθ και θ ιςχφσ τθσ ΚΚ ζρχονται ςτθν κατάςταςθ ιςορροπίασ. Με τθν χριςθ θλεκτρονικϊν ιςχφοσ και μπαταριϊν παράλλθλα με τθν ΚΚ είναι δυνατι ακόμα γρθγορότερθ απόκριςθ μζςα ςε δεκάδεσ ι εκατοντάδεσ ms. *35] Επίςθσ ςε ςχζςθ με τισ μπαταρίεσ πλεονεκτοφν λόγω του ότι: 1. Οι ΚΚ παράγουν ενζργεια όςο τροφοδοτοφνται με υδρογόνο και οξυγόνο. Αντίκετα οι μπαταρίεσ χρειάηονται φόρτιςθ. 2. Σα ςυςτιματα ΚΚ είναι ελαφρφτερα ςε ςχζςθ με τα αντίςτοιχα ςυςτιματα με μπαταρίεσ. 3. Οι ΚΚ είναι πιο αξιόπιςτεσ, χρειάηονται λιγότερο τακτικά ςυντιρθςθ και ζχουν μεγαλφτερθ διάρκεια ηωισ. [38] Σζλοσ παρουςιάηονται τα πλεονεκτιματα των ςυςτθμάτων ΚΚ ςε ςχζςθ με τισ μθχανζσ εςωτερικισ καφςθσ : 1. Αποτελοφν πθγι ενζργειασ χωρίσ εκπομπι ρφπων. Οι ΚΚ παράγουν μόνο θλεκτρικι ενζργεια, κερμότθτα και νερό. Σο υδρογόνο όμωσ δεν απαντάται μόνο του ςτθ 45

53 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας φφςθ, οπότε πρζπει να παραχκεί. Θ παραγωγι υδρογόνου γίνεται βαςικά με τρεισ τρόπουσ: με τθ χριςθ ορυκτϊν καυςίμων, με τθ βοικεια ΑΠΕ, όπωσ θ φωτοβολταϊκι, θ αιολικι, θ υδραυλικι, θ γεωκερμικι και θ βιομάηα, και τζλοσ με θλεκτρόλυςθ. Επικρατζςτερθ μζκοδοσ παραγωγισ υδρογόνου αυτι τθ ςτιγμι είναι θ αναμόρφωςθ του φυςικοφ αερίου. Ακόμα πάντωσ και ςε αυτιν τθν περίπτωςθ, που το υδρογόνο παράγεται από ορυκτό καφςιμο, θ ρφπανςθ που προκαλείται είναι αρκετά μικρότερθ ςε ςφγκριςθ με τισ μθχανζσ που λειτουργοφν με ορυκτά καφςιμα. 2. Ζχουν μεγαλφτερθ απόδοςθ. Οι ΚΚ δε λειτουργοφν ςε κερμοδυναμικό κφκλο, επομζνωσ δεν ζχουν το αντίςτοιχο αυςτθρό όριο για τθν απόδοςθ, αλλά ιςχφει για αυτζσ το όριο απόδοςθσ τθσ χθμικισ αντίδραςθσ, το οποίο όμωσ είναι υψθλότερο. Ακόμα, τα μθχανικά μζρθ που χρειάηονται, για παράδειγμα οι αντλίεσ, ζχουν πολφ λιγότερεσ απϊλειεσ από τα κινοφμενα μζρθ μιασ μθχανισ. Με ςυμπαραγωγι θλεκτριςμοφ και κερμότθτασ, θ απόδοςθ μπορεί να ξεπεράςει το 90%. 3. Είναι πολφ πιο ακόρυβα, κακϊσ τα κινοφμενα μθχανικά μζρθ είναι ελάχιςτα. 4. Είναι πιο αξιόπιςτα, για τον ίδιο λόγο. 5. Θ ςυντιρθςι τουσ είναι ευκολότερθ. 6. Λειτουργοφν ςε χαμθλότερεσ κερμοκραςίεσ. 7. Ανταποκρίνονται πιο γριγορα ςτισ μεταβολζσ του φορτίου. 8. Ευνοοφν τθν κατανεμθμζνθ παραγωγι ενζργειασ. [38] Ωςτόςο υπάρχουν και κάποια γενικά μειονεκτιματα των ΚΚ τα οποία ςυγκαταλζγονται παρακάτω: 1. Τψθλό αρχικό κόςτοσ επζνδυςθσ. 2. Δεν υπάρχουν πολλά ςτοιχεία αντοχισ και διάρκειασ ηωισ για ΚΚ υψθλισ κερμοκραςίασ. 3. χετικά νζα τεχνολογία επομζνωσ δεν είναι δοκιμαςμζνθ ςε μεγάλο βακμό. Χρειάηεται ζρευνα ςε οριςμζνουσ τομείσ όπωσ για παράδειγμα ςτθ βελτίωςθ των υλικϊν. *35] 4. Θ παραγωγι, θ μεταφορά, θ διανομι και θ αποκικευςθ του υδρογόνου παρουςιάηουν πολλζσ δυςκολίεσ. Ακόμα, θ δθμιουργία των κατάλλθλων υποδομϊν για το δίκτυο μεταφοράσ και διανομισ του υδρογόνου απαιτεί τεράςτια κεφάλαια. [38] 5. Σο αζριο υδρογόνο ζχει πολφ μεγάλο όγκο και αποκθκεφεται δφςκολα. Ακόμα και το υγρό υδρογόνο ζχει πολφ μεγαλφτερο όγκο από ποςότθτα πετρελαίου που αποδίδει τθν ίδια ποςότθτα ενζργειασ. 46

54 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας 6. υνυπολογίηοντασ όλο τον εξοπλιςμό που χρειάηονται για τθ λειτουργία τουσ, τα ςυςτιματα ΚΚ είναι βαρφτερα και πιο ογκϊδθ από μθχανζσ εςωτερικισ καφςθσ, που είναι ικανζσ να παράγουν αντίςτοιχθ ποςότθτα ενζργειασ. * Εφαρμογζσ ΚΚ Οι εφαρμογζσ των ΚΚ εντοπίηονται κυρίωσ ςε 5 τομείσ: Αυτοκίνθςθ Θλεκτροπαραγωγι Οικιακι ενζργεια «Φορθτι» ενζργεια Αποκικευςθ ενζργειασ [37] Αυτοκίνθςθ: το παρακάτω χιμα φαίνεται θ ςφγκριςθ του βακμοφ απόδοςθσ 3 οχθμάτων, ενόσ θλεκτρικοφ που χρθςιμοποιεί ΚΚ, ενόσ βενηινοκίνθτου και ενόσ θλεκτρικοφ με μπαταρίεσ. [37] χιμα 1.20: υγκριτικι παρουςίαςθ βακμοφ απόδοςθσ 3 οχθμάτων [37] Θλεκτροπαραγωγι: Ο βακμόσ απόδοςθσ των ΚΚ είναι ανεξάρτθτοσ του μεγζκουσ τουσ και γι αυτό χρθςιμοποιοφνται ευρφτατα ςτθ διανεμθμζνθ παραγωγι, ενϊ κεωροφνται ιδανικζσ για ςυμπαραγωγι. Θ διαςφνδεςθ ςτο δίκτυο γίνεται με μετατροπζα DC-AC. 47

55 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Οικιακι ενζργεια: Μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν είτε ςε απομονωμζνο ςφςτθμα, είτε ςε ςφςτθμα ςυνδεδεμζνο παράλλθλα με το δίκτυο χωρίσ ανταλλαγι ιςχφοσ, είτε ςε ςφςτθμα ςυνδεδεμζνο παράλλθλα με το δίκτυο με δυνατότθτα ανταλλαγι ιςχφοσ. Σα πλεονεκτιματα τθσ οικιακισ παραγωγισ είναι: Τψθλότερθ απόδοςθ Μεγαλφτερθ αξιοπιςτία ςτθν παροχι ενζργειασ Μικρότερο κόςτοσ κατανάλωςθσ ενζργειασ Μικρότερθ επίδραςθ από βλάβεσ Καλφτερθ ποιότθτα ιςχφοσ Χριςθ μιασ κακαρότερθσ μεκόδου παραγωγισ Σα μειονεκτιματα είναι: υμβατότθτα του ςυςτιματοσ ΚΚ με το δίκτυο διανομισ Ροι ιςχφοσ προσ το δίκτυο ςε περίπτωςθ αποςυνδεδεμζνθσ γραμμισ «Φορθτι» ενζργεια: Ζχει πλικοσ εφαρμογϊν και μεγεκϊν κακϊσ και πολλαπλάςια διάρκεια ηωισ ςε ςχζςθ με τισ μπαταρίεσ. Επίςθσ ζχει δυνατότθτα κάλυψθσ μεγαλφτερων ενεργειακϊν αναγκϊν. Αποκικευςθ ενζργειασ: Τπάρχει δυνατότθτα αποκικευςθσ ενζργειασ μζςω θλεκτρόλυςθσ ςε περιόδουσ χαμθλισ ηιτθςθσ. [37] Καφςιμα ΚΚ Πίνακασ 1.6: Καφςιμα που χρθςιμοποιοφνται [37] Καφςιμα: Παράγονται από: Εφαρμογζσ: Μεκανόλθ Αικανόλθ Τγραζριο, βιομάηα (65%) Τγραζριο, βιομάηα (65%) μεταφορζσ Φορθτζσ FC Φυςικό αζριο Παράγωγο πετρελαίου τακερζσ FC Τδρογόνο. παντοφ 48

56 Κεφάλαιο 1: Στοιχεία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Πίνακασ 1.7: Καφςιμα που χρθςιμοποιοφνται ςε διάφορα είδθ ΚΚ [41] Αζριεσ ουςίεσ PEMFC AFC PAFC MCFC SOFC Θ 2 Καφςιμο Καφςιμο Καφςιμο Καφςιμο Καφςιμο CO Δθλθτιριο (αναςτρζψιμο) Μζγιςτο 50ppm Δθλθτιριο Δθλθτιριο (πρζπει <0.5%) Καφςιμο Καφςιμο CH 4 Διαλφτθσ Δθλθτιριο Διαλφτθσ Διαλφτθσ Καφςιμο CO 2 +H 2 O Διαλφτθσ Δθλθτιριο Διαλφτθσ Διαλφτθσ Διαλφτθσ S ωσ (H 2 S+COS) Δθλθτιριο (ανεπαρκείσ μελζτεσ) Δθλθτιριο Δθλθτιριο (πρζπει <50ppm) Δθλθτιριο (πρζπει <0.5ppm) Δθλθτιριο (πρζπει <1ppm) 49

57 Κεφάλαιο 2: Υβριδικά Συστήματα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΤΒΡΙΔΙΚΑ ΤΣΘΜΑΣΑ ΠΑΡΑΓΩΓΘ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 2.1 Ειςαγωγι τθν ςθμερινι εποχι θ ηιτθςθ ενζργειασ ςε παγκόςμιο επίπεδο ζχει φτάςει ςε υψθλά επίπεδα. Θ ενεργειακι εξάρτθςθ από τα ορυκτά καφςιμα για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ, όπωσ το πετρζλαιο και το φυςικό αζριο, φζρνει ςτθν επιφάνεια ηθτιματα όπωσ θ αναμενόμενθ εξάντλθςθ τουσ και τα κζματα πολιτικισ που ςχετίηονται με τθν εξόρυξθ και εκμετάλλευςθ τουσ. Επιπρόςκετα, θ καφςθ των ορυκτϊν καυςίμων είναι θ κφρια αιτία πίςω από τθν διατάραξθ τθσ οικολογικισ ιςορροπίασ. Αυτοί είναι οι βαςικοί παράγοντεσ που τισ τελευταίεσ δεκαετίεσ οι ΑΠΕ ζχουν ςυγκεντρϊςει το ενδιαφζρον των ςπουδϊν ζρευνασ και ανάπτυξθσ. Οι δφο κφριεσ τεχνολογίεσ που χρθςιμοποιοφνται για μαηικι παραγωγι και διάκεςθ θλεκτρικισ ενζργειασ είναι θ αιολικι και θ θλιακι ενζργεια. Ο ςτοχαςτικόσ χαρακτιρασ πολλϊν μορφϊν ΑΠΕ κζτει οριςμζνουσ τεχνικοοικονομικοφσ και λειτουργικοφσ περιοριςμοφσ κατά τθ χριςθ τουσ για τθν κάλυψθ των ενεργειακϊν αναγκϊν. Για παράδειγμα θ αξιοποίθςθ τθσ θλιακισ ενζργειασ προχποκζτει τθ χριςθ αποκθκευτικϊν μζςων εξαιτίασ των διακυμάνςεων ςτθ διάκεςθ τθσ. Σο ίδιο ιςχφει και για τθν αιολικι ενζργεια. Παρ όλα αυτά, υπάρχουν άλλεσ μορφζσ ΑΠΕ που παρουςιάηουν μεγαλφτερθ ςτακερότθτα και υπάρχει καλφτερθ προβλεψιμότθτά τουσ, όπωσ θ γεωκερμία και θ βιομάηα. Σα παραπάνω ζχουν οδθγιςει ςτθν ζρευνα και ανάπτυξθ των υβριδικϊν ςυςτθμάτων παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ τα οποία γενικά ορίηονται ωσ εκείνα τα ςυςτιματα παραγωγισ ενζργειασ όπου υπάρχουν περιςςότερεσ από μία θλεκτρικζσ γεννιτριεσ διαφορετικισ τεχνολογίασ ωσ προσ το εν χριςει καφςιμο. [41]-[42]-[43] Σα μθ διαςυνδεδεμζνα ςυςτιματα παραγωγισ ενζργειασ από ΑΠΕ ικανοποιοφν τθ ηιτθςθ για ενζργεια άμεςα χωρίσ τθν χριςθ μεγάλων γραμμϊν μεταφοράσ. Ο ςυνδυαςμόσ διαφορετικϊν, αλλά ςυμπλθρωματικϊν ςυςτθμάτων παραγωγισ ενζργειασ βαςιηόμενων ςε ΑΠΕ ι και ςυνδυαςμόσ ανανεϊςιμων και μθ (όπωσ θλεκτροπαραγωγά ηεφγθ) πθγϊν ενζργειασ είναι γνωςτόσ ςαν υβριδικό ςφςτθμα ενζργειασ. υνικωσ, τα υβριδικά ςυςτιματα περιλαμβάνουν δφο ι και περιςςότερεσ ΑΠΕ ςυνδυαςμζνεσ με ςυμβατικζσ τεχνολογίεσ παραγωγισ ενζργειασ όπωσ είναι οι ντθηελογεννιτριεσ. Ο ςχεδιαςμόσ ενόσ υβριδικοφ ςυςτιματοσ πρζπει να λαμβάνει υπόψθ ζνα αρικμό παραγόντων όπωσ: 50

58 Κεφάλαιο 2: Υβριδικά Συστήματα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας Σθν εκνικι πολιτικι για τθν προϊκθςθ των υβριδικϊν ςυςτθμάτων παραγωγισ ενζργειασ και γενικότερα για τθν προϊκθςθ των ΑΠΕ Σα χαρακτθριςτικά του φορτίου και θ τοποκεςία ςτθν οποία βρίςκεται (θμεριςιεσ kwh, peak). Σθ διακεςιμότθτα και τθν εκμετάλλευςθ των δυνατοτιτων τθσ ΑΠΕ. Σο ποςοςτό διείςδυςθσ τθσ τεχνολογίασ τθσ ΑΠΕ ςτο υβριδικό ςφςτθμα. Σο κόςτοσ εγκατάςταςθσ και το κόςτοσ λειτουργίασ-ςυντιρθςθσ, κακϊσ και τθν αξιοπιςτία και τθ επίδραςθ ςτο περιβάλλον. *44] Πλεονεκτιματα των υβριδικϊν ςυςτθμάτων Σα υβριδικά ςυςτιματα εκμεταλλεφονται τα καλφτερα χαρακτθριςτικά τθσ κάκε τεχνολογίασ και παρζχουν ενζργεια τζτοιασ ποιότθτοσ όπωσ αυτισ του δικτφου, με ζνα εφροσ από 1 kw μζχρι πολλζσ εκατοντάδεσ kw. Ζτςι μποροφν να αναπτυχκοφν ςαν αυτόνομα καινοφρια και ανεξάρτθτα ςυςτιματα μζςα ςε μικρά ςυςτιματα διανομισ ενζργειασ (mini-grids) ι να ενταχκοφν ςε υπάρχουςεσ κερμικζσ μονάδεσ βαςιηόμενεσ ςτο πετρζλαιο μετά από τισ απαραίτθτεσ επεμβάςεισ ςτο υπάρχον ςφςτθμα. Σα υβριδικά ςυςτιματα βρίςκουν εφαρμογι ςε περιοχζσ όπου θ ςφνδεςθ τουσ με το θλεκτρικό δίκτυο αλλά και θ μεταφορά του καφςιμου κεωροφνται αντιοικονομικζσ επιλογζσ. Παρζχουν επίςθσ τθν δυνατότθτα μελλοντικισ ςφνδεςθσ με το δίκτυο ςτισ περιοχζσ που γίνεται θ εγκατάςταςθ τουσ. Επιπλζον λόγω τθσ υψθλισ αποδοτικότθτασ τουσ και τθσ αξιοπιςτίασ τουσ, τζτοιου τφπου ςυςτιματα μποροφν να φανοφν χριςιμα ςαν μία αποτελεςματικι λφςθ παροχισ ιςχφοσ ςε περιπτϊςεισ διακοπϊν παροχισ ι ακόμθ και ςε εξειδικευμζνουσ καταναλωτζσ, όπωσ οι τθλεπικοινωνιακοί ςτακμοί και οι νοςοκομειακζσ μονάδεσ. Όπωσ προαναφζρκθκε, ζνα τυπικό υβριδικό ςφςτθμα ςυνδυάηει δφο ι και περιςςότερεσ τεχνολογίεσ παραγωγισ ενζργειασ. Από ΑΠΕ υπάρχει θ χριςθ φωτοβολταϊκϊν, ανεμογεννθτριϊν (Α/Γ) ι μικρϊν υδροθλεκτρικϊν ςυςτθμάτων και από τισ ςυμβατικζσ τεχνολογίεσ, υπάρχει θ χριςθ ςυνικωσ ντθηελογεννθτριϊν, μονάδεσ όπου παράγουν ενζργεια από τθ χριςθ βιομάηασ (όπου αυτό είναι εφικτό) και οι κυψζλεσ καυςίμου(κκ). υν τοισ άλλοισ, περιλαμβάνονται θλεκτρονικά ιςχφοσ (όπωσ ανορκωτζσ, αντιςτροφείσ, ρυκμιςτζσ τάςθσ) και μπαταρίεσ αποκικευςθσ ενζργειασ. Σα υβριδικά ςυςτιματα που περιζχουν τεχνολογία με καφςιμο λειτουργοφν με τθν ελάχιςτθ δυνατι κατανάλωςθ, επειδι προβλζπεται παραγωγι ενζργειασ από αυτό μόνο ςε περιόδουσ υψθλισ ηιτθςθσ φορτίου ι χαμθλοφ ανανεϊςιμου δυναμικοφ. Σο γεγονόσ 51

59 Κεφάλαιο 2: Υβριδικά Συστήματα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας αυτό υποδθλϊνει τθ μειωμζνθ κατανάλωςθ καυςίμου ςε ςχζςθ με μία αυτόνομθ μονάδα ςυμβατικισ τεχνολογίασ μόνθ τθσ. χετικά με τουσ παράγοντεσ που κακορίηουν το κόςτοσ θλεκτροδότθςθσ μιασ περιοχισ είναι: θ εγκατάςταςθ γραμμϊν μεταφοράσ ενζργειασ υψθλισ και μζςθσ τάςθσ, θ δθμιουργία υποςτακμϊν, θ δθμιουργία δικτφου διανομισ, το μζγεκοσ του φορτίου που πρζπει να καλυφκεί, θ απόςταςθ του φορτίου από τθν υπάρχουςα γραμμι μεταφοράσ και το είδοσ του εδάφουσ που πρζπει να διαςχιςτεί. Σα υβριδικά ςυςτιματα ςυνικωσ εφαρμόηονται ςε αγροτικζσ περιοχζσ αποκομμζνεσ απ το δίκτυο. Επειδι οι περιοχζσ αυτζσ δεν παρουςιάηουν μεγάλο φορτίο και ςυνικωσ βρίςκονται μακριά από το υπάρχον δίκτυο κακίςταται αντιοικονομικι θ δθμιουργία δικτφου για τθν θλεκτροδότθςθ τζτοιων κοινοτιτων ι ακόμθ και κατοικιϊν. Ζτςι θ παροχι ενζργειασ από υβριδικά ςυςτιματα, βαςιηόμενα ςε ΑΠΕ είναι πιο οικονομικι ςε αυτζσ τισ περιπτϊςεισ και φιλικι προσ το περιβάλλον. Θ αφξθςθ τθσ αξιοπιςτίασ αυτϊν των ςυςτθμάτων, οι αςιμαντεσ απϊλειεσ μεταφοράσ και θ χριςθ αειφόρων πθγϊν ενζργειασ παίηουν ςθμαντικό ρόλο για να αποτελζςουν τα υβριδικά ςυςτιματα τθν καλφτερθ αποκεντρωμζνθ λφςθ. Σα διαςυνδεδεμζνα με το δίκτυο υβριδικά ςυςτιματα θλεκτροπαραγωγισ μπορεί να εγκακίςτανται είτε αποκλειςτικά για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ, είτε ωσ ςυςτιματα υποςτιριξθσ ςε περιπτϊςεισ διακοπισ του θλεκτρικοφ δικτφου, είτε μπαίνουν ςε λειτουργία τισ ϊρεσ αιχμισ όταν θ τιμι τθσ kwh είναι υψθλι. Σα ςυςτιματα αυτά περιλαμβάνουν μονάδεσ ΑΠΕ οι οποίεσ είτε διαςυνδζονται απευκείασ ςτο δίκτυο, είτε αποκθκεφουν τθν ενζργειά τουσ ςε μζςα αποκικευςθσ ϊςτε αυτι να χρθςιμοποιθκεί όταν αυτό κρικεί απαραίτθτο. υνικωσ οι παράγοντεσ που επθρεάηουν τθν επιλογι αυτι είναι θ τιμι τθσ παραγόμενθσ kwh από τθν κάκε μορφι ΑΠΕ και το φορτίο που πρζπει να καλυφκεί όταν αυτό κρικεί απαραίτθτο. Σζτοια μικρισ κλίμακασ ςυςτιματα χρθςιμοποιοφνται τα τελευταία χρόνια ευρζωσ ςτισ αναπτυςςόμενεσ χϊρεσ, όπου θ ταχεία αφξθςθ τθσ ηιτθςθσ ςε ιςχφ προκαλεί ςυχνά προβλιματα αςτάκειασ δικτφου που μποροφν να οδθγιςουν μζχρι τθν κατάρρευςι του. Ακόμθ θ χρθςιμοποίθςθ ςυμβατικϊν πθγϊν ενζργειασ επιβαρφνει το περιβάλλον κοντά ςε κατοικθμζνεσ περιοχζσ. *41]-[45] Τπάρχουςα κατάςταςθ ςτθν Ελλάδα. φμφωνα με το νόμο υπ αρικμόν 3468/2006*46+ ςτθν Ελλάδα ωσ υβριδικόσ ςτακμόσ ζνασ ςτακμόσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ που: α) Χρθςιμοποιεί μία, τουλάχιςτον, μορφι ΑΠΕ. 52

60 Κεφάλαιο 2: Υβριδικά Συστήματα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας β) Θ ςυνολικι ενζργεια που απορροφά από το δίκτυο, ςε ετιςια βάςθ, δεν υπερβαίνει το 30% τθσ ςυνολικισ ενζργειασ που καταναλϊνεται για τθν πλιρωςθ του ςυςτιματοσ αποκικευςθσ του ςτακμοφ αυτοφ. Ωσ ενζργεια που απορροφά ο υβριδικόσ ςτακμόσ από το δίκτυο, κατά το προθγοφμενο εδάφιο, ορίηεται θ διαφορά μεταξφ τθσ ενζργειασ που μετράται κατά τθν είςοδό τθσ ςτο ςτακμό και τθσ ενζργειασ που αποδίδεται απευκείασ ςτο δίκτυο από τισ μονάδεσ ΑΠΕ του υβριδικοφ ςτακμοφ. Θ διαφορά αυτι υπολογίηεται, για τα μθ Διαςυνδεδεμζνα νθςιά, ςε ωριαία βάςθ. Αν για τθν αξιοποίθςθ τθσ θλιακισ ενζργειασ εφαρμόηεται τεχνολογία διαφορετικι από αυτι των φωτοβολταϊκϊν, μπορεί να χρθςιμοποιείται και ςυμβατικι ενζργεια που δεν απορροφάται ςτο δίκτυο, εφόςον θ χριςθ τθσ ενζργειασ αυτισ κρίνεται αναγκαία για τθν αξιοποίθςθ τθσ θλιακισ ενζργειασ. Θ χρθςιμοποιοφμενθ ςυμβατικι ενζργεια δεν μπορεί να υπερβαίνει το 10% τθσ ςυνολικισ ενζργειασ που παράγεται, ςε ετιςια βάςθ, από τισ μονάδεσ αξιοποίθςθσ τθσ θλιακισ ενζργειασ. γ) Θ μζγιςτθ ιςχφσ παραγωγισ των μονάδων του ςτακμοφ ΑΠΕ δεν μπορεί να υπερβαίνει τθν εγκατεςτθμζνθ ιςχφ των μονάδων αποκικευςθσ του ςτακμοφ αυτοφ, προςαυξθμζνθ κατά ποςοςτό μζχρι 20%. Επίςθσ για τθ παραχϊρθςθ άδεια παραγωγισ για υβριδικοφσ ςτακμοφσ ΑΠΕ επιγραμματικά αναφζρουμε κάποια κομμάτια του Άρκρου 6 του νόμου 3468/2006*56]: Α) Οι αιτιςεισ για χοριγθςθ άδειασ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ από υβριδικοφσ ςτακμοφσ ςυνοδεφονται και από αναλυτικι μελζτθ ςτθν οποία περιγράφονται ο τρόποσ ζνταξθσ και λειτουργίασ των υβριδικϊν ςτακμϊν ςτο θλεκτρικό δίκτυο του μθ διαςυνδεδεμζνου νθςιοφ, ςε ετιςια βάςθ, θ υποχρζωςθ για εγγυθμζνθ παροχι ιςχφοσ και οι όροι και προχποκζςεισ λειτουργίασ τουσ. Ωσ εγγυθμζνθ ιςχφσ νοείται θ μζγιςτθ θλεκτρικι ιςχφσ που υποχρεοφται ο υβριδικόσ ςτακμόσ να διακζτει ςτο δίκτυο κατά ςυγκεκριμζνεσ χρονικζσ περιόδουσ. τισ υποβαλλόμενεσ αιτιςεισ περιλαμβάνεται και πρόταςθ τιμολόγθςθσ τθσ διακεςιμότθτασ τθσ ιςχφοσ των μονάδων ελεγχόμενθσ παραγωγισ του υβριδικοφ ςτακμοφ, τθσ παραγόμενθσ θλεκτρικισ ενζργειασ από τισ μονάδεσ αυτζσ, θ οποία απορροφάται από το δίκτυο του μθ διαςυνδεδεμζνου νθςιοφ, κακϊσ και τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ τθν οποία απορροφά ο ςτακμόσ από το δίκτυο για τθν πλιρωςθ των ςυςτθμάτων αποκικευςισ του. Β) Θ Ρυκμιςτικι Αρχι Ενζργειασ (Ρ.Α.Ε.), κατά τθν αξιολόγθςθ των υποβαλλόμενων αιτιςεων, λαμβάνει υπόψθ τθσ, το κόςτοσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ του υβριδικοφ ςτακμοφ, ςφμφωνα με τθν υποβαλλόμενθ πρόταςθ, κακϊσ και τθ μείωςθ, ςε ετιςια βάςθ λειτουργίασ του αυτόνομου θλεκτρικοφ ςυςτιματοσ του μθ διαςυνδεδεμζνου νθςιοφ, τθσ 53

61 Κεφάλαιο 2: Υβριδικά Συστήματα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ που παράγεται από ςυμβατικζσ μονάδεσ, λόγω υποκατάςταςισ τθσ από τθν θλεκτρικι ενζργεια που παράγεται από μονάδεσ ΑΠΕ. Γ) Σα τεχνικά και λοιπά ςτοιχεία τα οποία είναι απαραίτθτα για τθν εκπόνθςθ τθσ μελζτθσ που προβλζπεται ςτθν παράγραφο 1 κακορίηονται από τθ ΡΑΕ για κάκε μθ διαςυνδεδεμζνο νθςί και γνωςτοποιοφνται, από τον διαχειριςτι του δικτφου των μθ διαςυνδεδεμζνων νθςιϊν, ςε κάκε ενδιαφερόμενο για εγκατάςταςθ υβριδικοφ ςτακμοφ. Δ) τθν άδεια παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ από υβριδικοφσ ςτακμοφσ περιγράφονται, λεπτομερϊσ, οι όροι τθσ ςφμβαςθσ πϊλθςθσ, ςτον διαχειριςτι μθ διαςυνδεδεμζνων νθςιϊν, τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ που παράγεται από τον υβριδικό ςτακμό, κακϊσ και οι όροι τθσ απορρόφθςθσ, από το δίκτυο, τθσ αναγκαίασ θλεκτρικισ ενζργειασ. τθν άδεια αυτι κακορίηεται, επίςθσ, θ περίοδοσ κατά τθν οποία ο ςτακμόσ υποχρεοφται να διακζτει τθν εγγυθμζνθ ιςχφ του. Ε) Ο κάτοχοσ άδειασ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ από υβριδικό ςτακμό ΑΠΕ, εγκατεςτθμζνο ςε μθ διαςυνδεδεμζνο νθςί, υποχρεοφται να πωλεί τθν παραγόμενθ θλεκτρικι ενζργεια μόνο ςτον διαχειριςτι μθ διαςυνδεδεμζνων νθςιϊν, ο οποίοσ υποχρεοφται, εντόσ τθσ προκεςμίασ που ορίηεται ςτθν άδεια παραγωγισ, να ςυνάπτει τισ αναγκαίεσ ςυμβάςεισ με τον κάτοχο τθσ άδειασ, ςυμπεριλαμβανομζνθσ τθσ ςφμβαςθσ πϊλθςθσ θλεκτρικισ ενζργειασ. Σ) Για τθ χοριγθςθ άδειασ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ από υβριδικοφσ ςτακμοφσ που εγκακίςτανται ςτο ςφςτθμα ι ςτο διαςυνδεδεμζνο δίκτυο, εφαρμόηεται, αναλόγωσ, θ διαδικαςία που προβλζπεται ςτα άρκρα 3, 4 και 5. Η) Οι υβριδικοί ςτακμοί με εγγυθμζνθ διακεςιμότθτα ιςχφοσ μποροφν να προμθκεφονται θλεκτρικι ενζργεια από το δίκτυο ι το ςφςτθμα, ςε ποςότθτα που κρίνεται αναγκαία για τθν εξαςφάλιςθ τθσ διακεςιμότθτασ ιςχφοσ τουσ.[41] Από τα πρϊτα υβριδικά μοντζλα Α/Γ-Ντθηελογεννιτριεσ-μπαταρίεσ που δθμιουργικθκαν ςτθν Ελλάδα ιταν ςτο νθςί Κφκνοσ, ζνα νθςί με υψθλοφ κόςτουσ παραγωγι ενζργειασ από ντθηελογεννιτριεσ και ικανοποιθτικό αιολικό δυναμικό. Πρόκειται για ζνα ςφςτθμα με ςυνολικι εγκατεςτθμζνθ ιςχφ 1.7 MW. Οι ντθηελογεννιτριεσ ποικίλουν από kw. Τπάρχουν 5 Α/Γ από 20 kw (ςφνολο 100 kw). Σα επίπεδα τθσ μπαταρίασ κυμαίνονται από 600-2,400 kwh. Σα αποτελζςματα τθσ εξοικονόμθςθσ καυςίμου φαίνονται ςτο χιμα 2.1. Μετά τα 1,800 kwh υπάρχει μία αςιμαντθ βελτίωςθ ενϊ μζχρι τα 1,200 kwh είναι περίπου γραμμικι. [47] 54

62 Κεφάλαιο 2: Υβριδικά Συστήματα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας χιμα 2.1: Διάγραμμα εξοικονόμθςθσ καυςίμου ςυναρτιςει τθσ χωρθτικότθτασ των μπαταριϊν [47] Πίνακασ 2.1: Αποτελζςματα τθσ επιρροισ ςτο ςφςτθμα των μπαταριϊν [47] Εξοικονόμθςθ καυςίμου Ζτοσ 1 Ζτοσ 2 Κατανάλωςθ καυςίμου Εξοικονόμθςθ καυςίμου Κατανάλωςθ καυςίμου Περίπτωςθ kg % kg kg % kg Οι περιπτϊςεισ 1, 2, 3 αντιςτοιχοφν ςε ςυςτιματα με ντθηελογεννιτρια, ντθηελογεννιτρια και Α/Γ, ντθηελογεννιτρια-α/γ και μπαταρίεσ αντίςτοιχα. Εξετάηονται 2 διαφορετικά ζτθ. Χαρακτθριςτικό είναι ότι τα αποτελζςματα διαφζρουν μεταξφ τουσ. Πίνακασ 2.2: Κζρδοσ από μπαταρίεσ ςτθν εξοικονόμθςθ καυςίμου [47] Ζτοσ 1 Ζτοσ 2 Εξοικονόμθςθ Καυςίμου (Α/Γ) Εξοικονόμθςθ Καυςίμου(Α/Γμπαταρίεσ) Κζρδοσ από μπαταρίεσ 29.32% 47.43% 42.23% 51.76% 12.91% 4.33% 55

63 Κεφάλαιο 2: Υβριδικά Συστήματα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας Θ προςκικθ των μπαταριϊν επιδροφν ςθμαντικά τον πρϊτο ζτοσ και λιγότερο το δεφτερο όταν ο βακμόσ διείςδυςθσ τθσ Α/Γ χωρίσ μπαταρίεσ ιταν ιδθ ςτο 47.43%. [47] τθν Ελλάδα τα υβριδικά ςυςτιματα παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ χρθςιμοποιοφνται κυρίωσ ςε αυτόνομεσ περιοχζσ (αυτόνομο υβριδικό ςφςτθμα θλεκτροπαραγωγισ Α.Τ..Θ). θμαντικζσ εφαρμογζσ Α.Τ..Θ. ςυναντϊνται κυρίωσ ςτισ μονζσ του Αγίου Όρουσ όπου θ απομονωμζνθ κζςθ τθσ χερςονιςου κακιςτά αςφμφορθ τθ ςφνδεςθ των μονϊν με το δίκτυο. Οριςμζνεσ από τισ μονζσ αυτζσ ζχουν επαρκι τροφοδοςία και ζχουν εγκαταςτακεί μικροί υδροθλεκτρικοί ςτακμοί. Ιδιαίτερθσ ςθμαςίασ είναι το Α.Τ..Θ. τθσ Ιεράσ Μονισ ίμωνοσ Πζτρασ, όπου ζχει εγκαταςτακεί Α.Τ..Θ. αποτελοφμενο από μικρό υδροθλεκτρικό ςτακμό, φωτοβολταϊκά και ντθηελογεννιτρια πετρελαίου. Πριν τθν εγκατάςταςθ του φωτοβολταϊκοφ ςτακμοφ θ ντθηελογεννιτρια πετρελαίου κάλυπτε περίπου το 40% των ετιςιων αναγκϊν τθσ μονισ ςε ενζργεια και το 71% των αντίςτοιχων αναγκϊν κατά τθ διάρκεια του καλοκαιριοφ ενϊ με τθν εγκατάςταςθ του φωτοβολταϊκοφ ςτακμοφ τα αντίςτοιχα ποςοςτά ζπεςαν ςτο 5.5% και 9% αντίςτοιχα. [41] Σα τελευταία 2 ζτθ εγκαταςτάκθκαν περίπου 160 αυτόνομα υβριδικά ςυςτιματα φωτοβολταϊκϊν ςε απομονωμζνουσ ςτακμοφσ βάςθσ εταιριϊν κινθτισ τθλεφωνίασ με ςυνολικι ιςχφ φωτοβολταϊκϊν 1.2 ΜW, ενϊ απομζνουν προσ εγκατάςταςθ 80 παρόμοια ςυςτιματα με ιςχφ περίπου 1 MW. Οι ςτακμοί λειτουργοφν με γεννιτριεσ και βρίςκονται ςε απομακρυςμζνεσ επαρχιακζσ και αγροτικζσ περιοχζσ τθσ χϊρασ. Βαςικόσ ςτόχοσ τθσ ςυγκεκριμζνθσ ενζργειασ ιταν θ αξιοςθμείωτθ μείωςθ του χρόνου λειτουργίασ τθσ γεννιτριασ, με αποτζλεςμα να επιτυγχάνεται ςθμαντικι εξοικονόμθςθ καυςίμου (με αντίςτοιχο περιβαλλοντικό όφελοσ), δεδομζνου ότι αντικακίςταται θ καφςθ ντιηελ από φωτοβολταϊκι ενζργεια. Παράλλθλα, υπάρχει μεγαλφτερθ ευελιξία και αξιοπιςτία ςτθν παροχι ενζργειασ ςτουσ τθλεπικοινωνιακοφσ ςτακμοφσ με αυξθμζνθ αυτονομία λόγω τθσ μεγάλθσ μείωςθσ ςτθν κατανάλωςθ καυςίμου. *8] 56

64 Κεφάλαιο 2: Υβριδικά Συστήματα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας 2.2 Τπό μελζτθ υβριδικά ςυςτιματα Τβριδικό ςφςτθμα Φωτοβολταϊκϊν - Ντθηελογεννιτριασ Ειςαγωγι Ζνασ πολφ ςθμαντικόσ παράγοντασ ςτο κόςτοσ μίασ αυτόνομθσ ντθηελογεννιτριασ είναι το γεγονόσ ότι θ τιμι του αργοφ πετρελαίου αυξάνεται και ςαν ςυνζπεια αυτοφ και θ τιμι ςε εκνικό επίπεδο του πετρελαίου ζχει αυξθκεί κατά 400% τα τελευταία 10 ζτθ. [48] Επιπλζον θ χριςθ μιασ ντθηελογεννιτριασ για τθν παραγωγι ενζργειασ όλο το 24ωρο ςθμαίνει ότι αυτι κα πρζπει να αντικακίςταται κάκε ζτοσ ι να απαιτεί γενικι επιςκευι. Επιπλζον τα τρζχοντα ζξοδα τθσ επζνδυςθσ αυτισ αυξάνουν το ςυνολικό κόςτοσ λειτουργίασ τθσ. Ακόμθ ςθμαντικι οικονομικι επιβάρυνςθ αποτελοφν και τα λειτουργικά ζξοδα τθσ ντθηελογεννιτριασ τα οποία και είναι θ μθνιαία ςυντιρθςθ, τα ανταλλακτικά, το κόςτοσ καυςίμων αλλά και θ μεταφορά τουσ και τζλοσ ο κακαριςμόσ και το λάδι τθσ μθχανισ. *48] Μία γεννιτρια ντιηελ, αν και ζχει μικρό κόςτοσ αγοράσ, ζχει γενικά υψθλό κόςτοσ λειτουργίασ και ςυντιρθςθσ, ενϊ είναι επιβαρυντικι για το περιβάλλον λόγω των αερίων που παράγονται από τθν καφςθ του πετρελαίου. Χαρακτθριςτικό είναι ότι ςε χαμθλό, ςχεδόν μθδενικό φορτίο, θ ντθηελογεννιτρια χρθςιμοποιεί το 30% του καυςίμου που κα χρθςιμοποιοφςε ςε πλιρεσ φορτίο. Αυτά τα προβλιματα εξαλείφονται με τθν ςυνεργαςία φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων με ντθηελογεννιτρια και μπαταρίεσ ζτςι ϊςτε να ομαλοποιείται θ παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ και να μειϊνεται το κόςτοσ τθσ. Θ βζλτιςτθ επιλογι τθσ ιςχφοσ των φωτοβολταϊκϊν λαμβάνει πρωτίςτωσ υπόψθ τθν αξιολόγθςθ του ποςοφ τθσ προςπίπτουςασ ολικισ θλιακισ ακτινοβολίασ ςτο οριηόντιο επίπεδο, με μονάδα μετριςεισ τα W/m 2. υνικωσ ενδιαφζρει θ ολικι θλιακι ακτινοβολία ςτθ διάρκεια μίασ ϊρασ, θ οποία οδθγεί ςτθν εκτίμθςθ τθσ ωριαίασ ολικισ θλιακισ ακτινοβολίασ, ενϊ επίςθσ ςθμαντικζσ πλθροφορίεσ είναι θ θμεριςια ολικι θλιακι ακτινοβολία και θ μθνιαία ολικι ακτινοβολία. [41] τθ ςυνζχεια πρζπει να επιλεχκεί ο τφποσ και θ ιςχφσ τθσ ντθηελογεννιτριασ που κα ενςωματωκεί ςτον υβριδικό ςτακμό. Μία γεννιτρια βενηίνθσ είναι πιο οικονομικι από μία ντθηελογεννιτρια, αλλά ζχει μικρότερθ διάρκεια ηωισ και μεγαλφτερο κόςτοσ λειτουργίασ. υνικωσ γεννιτριεσ βενηίνθσ χρθςιμοποιοφνται όταν το ςφςτθμα ζχει διαςταςιολογθκεί ζτςι ϊςτε οι ΑΠΕ να καλφπτουν εξολοκλιρου το φορτίο και το χρόνο που δεν μποροφν να ανταποκρικοφν, οι γεννιτριεσ βενηίνθσ τροφοδοτοφν με ιςχφ τα φορτία και αποκθκεφουν 57

65 Κεφάλαιο 2: Υβριδικά Συστήματα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας ενζργεια ςτα μζςα αποκικευςθσ, τα οποία είναι κατά κφριο λόγο μπαταρίεσ. Αν υπάρχουν όμωσ μεγάλεσ διακυμάνςεισ ςτθν καμπφλθ του φορτίου τότε καταλλθλότερθ είναι θ ντθηελογεννιτρια, ζτςι ϊςτε να καλφπτει με μικρό κόςτοσ τισ αιχμζσ του θμεριςιου φορτίου, ι γενικά όταν θ διαςταςιολόγθςθ είναι τζτοια ϊςτε οι ΑΠΕ να καλφπτουν μερικϊσ το φορτίο. Εφόςον επιλεγεί το είδοσ τθσ γεννιτριασ που κα χρθςιμοποιθκεί κα πρζπει να γίνει θ διαςταςιολόγθςι του, θ οποία εξαρτάται από διάφορουσ παράγοντεσ. Ο κυριότεροσ από αυτοφσ είναι θ αιχμι του φορτίου. Δθλαδι κα πρζπει θ γεννιτρια να ζχει τθν ικανότθτα να καλφπτει τθν αιχμι του φορτίου. Επόμενοσ παράγοντασ είναι το είδοσ του φορτίου που πρζπει να καλυφκεί. Ζτςι, αν το φορτίο είναι για παράδειγμα ωμικό τότε δεν υπάρχουν ιδιαίτερεσ απαιτιςεισ από τθ γεννιτρια για ςτακερι ςυχνότθτα του δικτφου, του οποίου αποτελεί πθγι. τθν περίπτωςθ αυτι μπορεί να χρθςιμοποιθκεί θ τεχνικι ςχεδιαςμοφ του υβριδικοφ ςυςτιματοσ όπου ο αντιςτροφζασ ςυνικωσ δεν λειτουργεί ταυτόχρονα με τθ ντθηελογεννιτρια και θ διαςταςιολόγθςθ του ανορκωτι ςυνικωσ κακορίηεται από τθ χωρθτικότθτα των μπαταριϊν. Μια άλλθ λφςθ είναι οι δφο μετατροπείσ ιςχφοσ να αποτελοφν ζναν μετατροπζα διπλισ κατεφκυνςθσ που χρθςιμοποιοφνται ευρζωσ ςε ζνα τζτοιο ςφςτθμα. Για λόγουσ οικονομίασ και εάν θ χωρθτικότθτα των μπαταριϊν είναι τζτοια που είναι αδφνατον να καλυφκεί το φορτίο αιχμισ μζςω του αντιςτροφζα, τότε ο αντιςτροφζασ μπορεί να είναι χαμθλότερθσ ιςχφοσ και το φορτίο αιχμισ να καλφπτεται απευκείασ από τθ ντθηελογεννιτρια. τθν περίπτωςθ που οι απαιτιςεισ του φορτίου είναι τζτοιεσ που να απαιτείται όςο το δυνατόν ςτακερι ςυχνότθτα, τότε κα πρζπει θ ςυχνότθτα του φορτίου να κακορίηεται από τθν ζξοδο του αντιςτροφζα. Θ τελευταία περίπτωςθ είναι και θ πιο δαπανθρι. [41] Περιγραφι του υπό μελζτθ ςυςτιματοσ Θ λειτουργία του υβριδικοφ ςυςτιματοσ ςτθν κανονικι του λειτουργία είναι θ εξισ: Σα φωτοβολταϊκά παρζχουν τθν απαιτοφμενθ ιςχφ ςτο φορτίο μζςω του μετατροπζα ιςχφοσ. Θ πρόςκετθ ενζργεια από τα φωτοβολταϊκά φορτίηει τισ μπαταρίεσ μζςω του ρυκμιςτι φόρτιςθσ μζχρι θ μπαταρίεσ φτάςουν ςτο μζγιςτο επιτρεπτό επίπεδο φόρτιςθσ τουσ. Ο κφριοσ ςκοπόσ τθσ χριςθσ μπαταριϊν ςαν αποκθκευτικό μζςο ενζργειασ είναι για να παρζχει ι να αποκθκεφει ενζργεια ανάλογα με τθν ηιτθςθ. Θ ντθηελογεννιτρια μπαίνει ςε λειτουργία εάν τθ ηιτθςθ του φορτίου δεν μποροφν να τθν καλφψουν τα φωτοβολταϊκά, αλλά οφτε και οι μπαταρίεσ. [42] 58

66 Κεφάλαιο 2: Υβριδικά Συστήματα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας χιμα 2.2: Σοπολογία υβριδικοφ ςυςτιματοσ Φωτοβολταϊκϊν-Ντθηελογεννιτριασ [42] Τβριδικό ςφςτθμα Ανεμογεννιτριασ(Α/Γ)-Κυψελϊν Καυςίμου(ΚΚ) Ειςαγωγι το ςυγκεκριμζνο τμιμα τθσ διπλωματικισ εργαςίασ κα μελετθκεί ζνα υβριδικό ςφςτθμα ανεμογεννιτριασ(α/γ) με κυψζλεσ καυςίμου(κκ). κοπόσ του υβριδικοφ ςυςτιματοσ είναι να βελτιςτοποιιςει τθ χριςθ τθσ αιολικισ ενζργειασ ςε ζνα αυτόνομο ςφςτθμα. Θ ςτακερότθτα του δικτφου επιβάλλει κάποιουσ περιοριςμοφσ ςτθ ςυνειςφορά τθσ αιολικισ ενζργειασ ςτο ςυνολικό ενεργειακό ιςοηφγιο. Σζτοιοι περιοριςμοί του δικτφου μποροφν να αποφευχκοφν κάνοντασ αποκικευςθ τθσ ενζργειασ. Προτείνεται θ αποκικευςθ ςε μορφι υδρογόνου και θ μετζπειτα παράδοςι τθσ ςτθ κατανάλωςθ ςε ςτακερι ιςχφ μζςω ΚΚ. Σα ονομαςτικά μεγζκθ των διαφόρων ςυςκευϊν (θλεκτρολφτθσ, ΚΚ, αποκθκευτικοί χϊροι υδρογόνου) επιλζχκθκαν ανάλογα με το επίπεδο «υβριδιςμοφ», δθλαδι τθν αναλογία τθσ ενζργειασ που παραδίνεται απευκείασ από τθν Α/Γ προσ τθν ενζργεια που παραδίνεται από τθν ΚΚ. Αποτελζςματα από μελζτεσ δείχνουν ότι είναι δυνατό να αντικαταςτακοφν ςυμβατικοί ςτακμοί παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ με υβριδικά ςυςτιματα, που παρζχουν ςτακερι ιςχφ, και ΚΚ ιςχφοσ που φτάνει ςχεδόν το 1/3 τθσ ονομαςτικισ ιςχφοσ τθσ Α/Γ, ενϊ θ ςυνολικι αποδοτικότθτα φτάνει και το 60%. 59

67 Κεφάλαιο 2: Υβριδικά Συστήματα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας Παλαιότερα κεωροφταν ότι όταν θ Α/Γ παρζχει ιςχφ απευκείασ ςτο δίκτυο, παρακάμπτοντασ το υβριδικό ςφςτθμα, αυτι θ ιςχφσ απορροφάται πάντα. Αυτό όμωσ ςπάνια ςυμβαίνει. ε ζνα πραγματικό αυτόνομο δίκτυο θ Α/Γ δεν επιτρζπεται πάντα να προμθκεφει με ιςχφ το δίκτυο, λόγω των προαναφερκζντων περιοριςμϊν ςτακερότθτασ του δικτφου. Αυτόσ είναι και ο πρωταρχικόσ λόγοσ που προτείνεται ζνα τζτοιο ςφςτθμα. Σα αποτελζςματα που προκφπτουν, όταν ενςωματϊνονται αυτοί οι περιοριςμοί, διαφζρουν ςθμαντικά ανάλογα με το μζγεκοσ αυτϊν των περιοριςμϊν. Αν και το υβριδικό ςφςτθμα παράγει μεγαλφτερο ετιςιο ποςό ενζργειασ από μία Α/Γ, ίδιου μεγζκουσ, ςε ζνα ςφςτθμα αυςτθρϊν περιοριςμϊν, δε ςυμβαίνει το ίδιο ςε ζνα ςφςτθμα όχι τόςο αυςτθρϊν περιοριςμϊν, αν και θ παραγόμενθ ενζργεια και ςε αυτι τθ περίπτωςθ είναι πιο ςτακερι. Επίςθσ το κόςτοσ ενόσ τζτοιου ςυςτιματοσ είναι αρκετά μεγάλο, ζτςι ϊςτε να είναι οικονομικά εφικτό μόνο ςε περιπτϊςεισ υψθλισ τιμισ τθσ kwh. Σο κζμα που προκφπτει είναι ότι θ αιολικι ενζργεια δε διατίκεται ςε ςτακερό ρυκμό, αλλά εξαρτάται από τισ καιρικζσ ςυνκικεσ που επικρατοφν ςτο ςθμείο εγκατάςταςθσ τθσ Α/Γ. Αυτό ζχει ωσ αποτζλεςμα, θ παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ να μθν ςυμπίπτει με τθ ηιτθςθ, αλλά να εξαρτάται από τα τρζχοντα αιολικά δεδομζνα. Ακόμθ, θ παροχι τθσ διακόπτεται ςε περιόδουσ που δεν υπάρχει δυνατότθτα απορρόφθςθσ τθσ λόγω χαμθλισ ηιτθςθσ. Επομζνωσ οι Α/Γ αλλά και γενικότερα όλεσ οι μονάδεσ παραγωγισ ιςχφοσ βαςιηόμενεσ ςε ΑΠΕ, αποδίδουν μόνο μικρό τμιμα τθσ διακζςιμθσ ενζργειασ, ακριβϊσ λόγω τθσ υψθλισ διακφμανςθσ ςτθν αποδιδόμενθ ιςχφ και τον ετεροχρονιςμό μεταξφ παραγωγισ και κατανάλωςθσ. τθν παροφςα διπλωματικι εργαςία επιτυγχάνεται, μζςω τθσ προςομοίωςθσ, ςθμαντικι ςτακεροποίθςθ τθσ ιςχφοσ που αποδίδει μία εγκατάςταςθ Α/Γ, ϊςτε θ παραγωγι ενζργειασ να μπορεί να προγραμματιςτεί και να απορροφθκεί απ τθν κατανάλωςθ μζςω του υβριδικοφ ςυςτιματοσ που χρθςιμοποιείται. Θ ςτακεροποίθςθ τθσ ιςχφοσ βαςίηεται ςτθν αποκικευςθ τμιματοσ τθσ ενζργειασ που παράγεται από τθν Α/Γ και απόδοςισ τθσ κατά τισ περιόδουσ μεγάλθσ ηιτθςθσ ι νθνεμίασ. Σο υβριδικό ςφςτθμα που παρουςιάηεται παρακάτω και που ζχει χρθςιμοποιθκεί είναι θ ςφνδεςθ τθσ Α/Γ με εγκατάςταςθ ΚΚ. Με τθ βοικεια τθσ εγκατάςταςθσ αυτισ δίνεται θ δυνατότθτα αποκικευςθσ τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ. [49] Σα πλεονεκτιματα του ςυγκεκριμζνου υβριδικοφ ςυςτιματοσ είναι θ υψθλι μερικι και ολικι αποδοτικότθτα και οι ςχεδόν μθδαμινζσ εκπομπζσ αερίων. Θ πλεονάηουςα κερμότθτα απ τθ ΚΚ μπορεί επίςθσ να χρθςιμοποιθκεί για κζρμανςθ δωματίου ι τθν παραγωγι ηεςτοφ νεροφ για μία οικία. Εφόςον θ Α/Γ παράγει αρκετι ενζργεια, το φορτίο καλφπτεται ολόκλθρο απ αυτι. ε περίπτωςθ μθ επαρκοφσ ανζμου θ ενζργεια παρζχεται απ τισ ΚΚ. Εάν θ ενζργεια που παράγει θ Α/Γ είναι περιςςότερθ απ τθ ηιτθςθ, θ πλεονάηουςα ενζργεια, είτε 60

68 Κεφάλαιο 2: Υβριδικά Συστήματα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας αποκθκεφεται προςωρινά ςτισ μπαταρίεσ, είτε χρθςιμοποιείται ςτον θλεκτρολφτθreformer, για παραγωγι Θ 2, για μετζπειτα χριςθ ςτισ ΚΚ. Παρακάτω γίνεται πιο αναλυτικι περιγραφι του ςυςτιματοσ. τισ μζχρι τϊρα ζρευνεσ και εφαρμογζσ ζχει χρθςιμοποιθκεί θ ΚΚ ωσ μοναδικι πθγι παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ. Επίςθσ ζχει μελετθκεί θ παραγωγι Θ 2 μζςω αιολικισ ενζργειασ. Ζχει αποδειχκεί ότι το υβριδικό ςφςτθμα που προαναφζρκθκε, είναι πιο αποδοτικό, χαμθλοφ κόςτουσ και μθδαμινϊν εκπομπϊν. [50] Περιγραφι του υπό μελζτθ ςυςτιματοσ Θ παραγωγι του Θ 2 γίνεται μζςω τθσ διαδικαςίασ τθσ διάςπαςθσ του φυςικοφ αερίου που παρζχεται ςτθν εγκατάςταςθ. Ο reformer χρθςιμοποιεί θλεκτρικι ενζργεια απ τθν Α/Γ, ενϊ το παραγόμενο Θ 2 αποκθκεφεται ςε υψθλι πίεςθ ςε δεξαμενζσ Θ 2. ε περίπτωςθ νθνεμίασ, το Θ 2 μετατρζπεται ςε θλεκτρικι ενζργεια μζςω τθσ ΚΚ. Ζτςι εξαςφαλίηεται ςυνεχόμενθ παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ, κάτι το οποίο είναι αδφνατο αν ζχουμε μόνο Α/Γ. χιμα 2.3: Σοπολογία υβριδικοφ ςυςτιματοσ Α/Γ-ΚΚ Θ ΚΚ παρζχει θλεκτρικι ενζργεια υπό ςτακερι ιςχφ, ανεξάρτθτθ των καιρικϊν ςυνκθκϊν και τθσ λειτουργίασ τθσ Α/Γ, που μπορεί να διατεκεί απρόςκοπτα ςτθν αναμενόμενθ κατανάλωςθ. Τπάρχει θ δυνατότθτα ταυτόχρονθσ παραγωγισ μζςω ατμοςτρόβιλου (ςυμπαραγωγι) ςε περίπτωςθ που θ κερμοκραςία λειτουργίασ τθσ ΚΚ επιτρζπει τθν παραγωγι ατμοφ, ικανοποιθτικοφ ενεργειακοφ περιεχομζνου. [49] τθν υπό εξζταςθ περίπτωςθ δεν υπάρχει τζτοια δυνατότθτα επειδι θ ΚΚ που χρθςιμοποιείται για το ςπίτι ζχει χαμθλι κερμοκραςία λειτουργίασ. 61