Εγκρίνεται η Πτυχιακή Εργασία Καβάλα, / /2012 Η Εξεταστική Επιτροπή

Transcript

1 Εγκρίνεται η Πτυχιακή Εργασία Καβάλα, / /2012 Η επιβλέπουσα Καθηγήτρια Ο Προϊστάμενος του Τμήματος Κόγια Φωτεινή Σαράφης Ηλίας Η Εξεταστική Επιτροπή 1. Κόγια Φωτεινή ii

2 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Σπουδαστές: Παπαδημητρίου Απόστολος Α.Ε.Μ.: 4742 Σικόλας Βασίλειος Α.Ε.Μ.: 4789 Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: Κόγια Γρ. Φωτεινή Καβάλα, Σεπτέμβριος 2012 iii

3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η εργασία αυτή αποτελεί την Πτυχιακή μας Εργασία στα πλαίσια των σπουδών μας στο Τμήμα Μηχανολογίας του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Η εκπόνησή της ξεκίνησε τον Οκτώβριο του 2011 και ολοκληρώθηκε τον Σεπτέμβριο του 2012, υπό την επίβλεψη της Καθηγήτριας κας Κόγια Γρ. Φωτεινής, Καθηγήτριας Εφαρμογών του Τομέα Φυσικής, του Γενικού Τμήματος Θετικών Επιστημών, της Σχολής Τεχνολογικών Εφαρμογών, του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Η παρούσα εργασία, είχε ως σκοπό τη μελέτη της δυνατότητας αξιοποίησης της ενέργειας των κυμάτων με τη διάταξη Buldra. Ο τελικός στόχος αυτής ήταν η συγκέντρωση στοιχείων, η διατύπωση παρατηρήσεων και η εξαγωγή συμπερασμάτων τα οποία πιθανό να φανούν χρήσιμα στη μελλοντική αξιοποίηση της ενέργειας των κυμάτων. Η εργασία αποτελείται από οχτώ κεφάλαια. Το πρώτο κεφάλαιο αποτελεί την εισαγωγή της εργασίας μας και αναφέρουμε τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύουμε την κυματική ενέργεια περιγράφοντας την ενέργεια που περικλείει ένα κύμα καθώς και την κυματική ροή. Συνεχίζουμε στο τρίτο κεφάλαιο όπου αναλύουμε τις διατάξεις αξιοποίησης της κυματικής ενέργειας καθώς και τις ζώνες λειτουργίας αυτών με τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μία αναλυτική ιστορική αναδρομή και περιγραφή της διάταξης Buldra. Συνεχίζουμε με το πέμπτο κεφάλαιο της εργασίας, το οποίο είναι το πιο σημαντικό. Εδώ περιγράφουμε και αναλύουμε τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τη λειτουργία της διάταξης Buldra. Στο έκτο κεφάλαιο μελετούμε την ενεργειακή απόδοση και το κόστος της κυματικής ενέργειας καθώς και πως θα μπορούσαν να δημιουργηθούν νέες θέσεις εργασίας. Στη συνέχεια στο έβδομο κεφάλαιο περιγράφουμε κάποιες περιβαλλοντικές επιπτώσεις της διάταξης. Τέλος η εργασία μας κλείνει με το όγδοο κεφάλαιο το οποίο περιλαμβάνει τα συμπεράσματά μας. iv

4 Αισθανόμαστε την υποχρέωση να ευχαριστήσουμε θερμά την Καθηγήτρια κα Κόγια Φωτεινή, τόσο για την ανάθεση του θέματος, όσο και για το αμείωτο ενδιαφέρον και την προθυμία της στην εξεύρεση πληροφοριών, για τις εύστοχες υποδείξεις σχετικά με τον τρόπο χειρισμού του θέματος, καθώς επίσης και για την αμέριστη βοήθεια, καθοδήγηση και συμπαράσταση που μας παρείχε όλο αυτό το διάστημα. Η συμβολή της στην πραγματοποίηση αυτής της εργασίας ήταν καθοριστική. Καβάλα, Σεπτέμβριος 2012 v

5 Πίνακας περιεχομένων Πρόλογος v Ευρετήριο εικόνων.x Ευρετήριο σχημάτων.xi Ευρετήριο πινάκων...xii Περίληψη.xiii Abstract....xiv ΚΕΦΑΛΑΙΟ1 o : EΙΣΑΓΩΓH Γενικά για τις Ήπιες Μορφές Ενέργειας Ηλιακή ενέργεια Υδροηλεκτρική ενέργεια Αιολική ενέργεια Βιομάζα Γεωθερμική ενέργεια Η ενέργεια της θάλασσα.10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 o : ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Γενικά για την κυματική ενέργεια Ενέργεια που περικλείει ένα κύμα Κυματική ενέργεια και ενέργεια κυματικής ροής 20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο : ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ Γενικά για τις διατάξεις κυματικής ενέργειας Χερσαία Ζώνη (βάθος νερού < 15 m) Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα 26 vi

6 3.2.3 Διατάξεις χερσαίων συστημάτων Παράκτια ζώνη (βάθος νερού < 25 m) Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Διατάξεις παράκτιων συστημάτων Υπεράκτια ζώνη (βάθος νερού > 25 m) Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Παραδείγματα υπεράκτιων συστημάτων μικρού βυθίσματος (βάθος νερού m) Παραδείγματα υπεράκτιων συστημάτων μεγάλου βυθίσματος (βάθος νερού < 75 m).41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο : ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA Γενικά Ιστορική αναδρομή...44 Η τρέχουσα κατάσταση του προγράμματος.48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο : ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA Γενικά Επιστημονικά επιτεύγματα και αποτελέσματα.51 Προσδιορισμός κατάλληλων περιοχών για ανάπτυξη κυματικής ενέργειας...52 Δημιουργία υλικού για την κατασκευή των σημείων απορρόφησης της εξέδρας...53 Βασικά χαρακτηριστικά 55 Συνολικός σχεδιασμός της εξέδρας και του πλωτήρα.55 Συστήματα συλλογής ενέργειας Παραγωγή ρεύματος με ηλεκτρομαγνητισμό..57 vii

7 Μεταφορά ενέργειας στην ξηρά με την χρήση της πλήμνης κυμάτων 59 Συμπεράσματα.59 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ο : ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΣ Γενικά Κοινωνικοοικονομική σημασία και συνέπειες Κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις του έργου Χρηματοδότηση : Η επένδυση στην κυματική ενέργεια..63 Η κυματική ενέργεια και οι τεράστιες δυνατότητες προσφοράς.64 Δημιουργία θέσεων εργασίας.65 Γενική ανάλυση κόστους της ενέργειας Προβλέψεις προσφοράς της κυματικής ενέργειας Διείσδυση της πράσινης ενέργειας στην αγορά Οι τιμές πώλησης για την κυματική ενέργεια 71 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ο : ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA 7.1 Γενικά για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις Περιβαλλοντικές επιπτώσεις της διάταξης Buldra Στάδιο κατασκευής Στάδιο λειτουργίας και συντήρησης Στάδιο παροπλισμού 79 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ο : ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Γενικά Προτάσεις για σωστή αξιοποίηση της ενέργειας της θάλασσας Τοποθεσίες μέγιστης εκμετάλλευσης του θαλάσσιου δυναμικού Αναφορά στις Ελληνικές θάλασσες Η δυνατότητα αξιοποίησης της διάταξης Buldra σε διάφορες Ευρωπαϊκές περιοχές...89 viii

8 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 93 ix

9 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1.1 Φωτοβολταϊκά σε κατοικίες 4 Εικόνα 1.2 Αιολικό πάρκο 7 Εικόνα 1.3 Θαλάσσιο κύμα 11 Εικόνα 2.1 Θαλάσσιο κύμα 16 Εικόνα 2.2 Κύμα 18 Εικόνα 3.1 Η διάταξη WaveStar 33 Εικόνα 3.2 Η κυματική διάταξη Oceanlinx 33 Εικόνα 3.3 Η κυματική διάταξη Πηλαμύς 38 Εικόνα 3.4 Η κυματική διάταξη Wave Dragon 39 Εικόνα 3.5 Η κυματική διάταξη Buldra 40 Εικόνα 4.1 Το μοντέλο της κατασκευής (FO 3 ) με 21 πλωτήρες 45 Εικόνα 4.2 Η κατασκευή ξεκίνησε σαν ανάπτυξη ιδεών το Εικόνα 4.3 Εικόνα 4.4 Τα πρώτα τεστ της εξέδρας έγιναν τον Φεβρουάριο του 2004 σε κλίμακα 1:20 Η πρώτη δοκιμή σαν σύστημα παραγωγής έγινε τον Απρίλιο του 2004 σε κλίμακα 1: Εικόνα 4.5 Ο πρώτος έλεγχος στον ωκεανό έγινε τον χειμώνα του 2005 σε κλίμακα 1:3 Εικόνα 5.1 Εξέδρα διάταξης Buldra με 4 πλωτήρες 52 Εικόνα 5.2 Πλήμνη Κυμάτων, Wave Hub, Cornwall, 20MW, Εικόνα 7.1 Θέα διατάξεων Buldra 3 μίλια από την ακτή 76 Εικόνα 7.2 Επιπτώσεις από το μέγεθος της διάταξης x

10 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1.1 Υδροηλεκτρικό φράγμα και εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας 5 Σχήμα 1.2 Χρήση γεωθερμικής ενέργειας για την παράγωγη ηλεκτρικού ρεύματος 9 Σχήμα 2.1 Αυξανόμενη Ανάπτυξη της Τεχνολογίας 14 Σχήμα 2.2 Παγκόσμια αναπτυξιακή κατάσταση των τεχνολογιών θαλάσσιας ενέργειας (Ιανουάριος 2008) 14 Σχήμα 2.3 Κίνηση σωματιδίου στην επιφάνεια της θάλασσας 21 Σχήμα 2.4 Σχήμα 2.5 Διαφοροποίηση ελλειπτικής τροχιάς για περίπτωση βαθιάς και ρηχής θάλασσας Μορφή τροχιάς ταλαντευόμενου σωματιδίου σε πολύ βαθύ και σε πολύ ρηχό νερό Σχήμα 3.1 Λειτουργία συσκευής Aquamarine Power/Oyster 32 Σχήμα 5.1 Επίπεδα κυματικής ενέργειας σε KW/h 53 Σχήμα 5.2 Δοκιμές πτώσης μικρής κλίμακας 54 Σχήμα 5.3 Δοκιμές πτώσης μεγάλης κλίμακας 54 Σχήμα 5.4 Δύο διαφορετικά κελύφη έχουν αξιολογηθεί 55 Σχήμα 5.5 Δύο θέσεις εναλλακτικές για τους πλωτήρες 55 Σχήμα 5.6 Σκίτσο πειράματος 56 Σχήμα 5.7 Μοντέλο προσομοίωσης 56 Σχήμα 5.8 Ηλεκτρογεννήτρια 58 Σχήμα 6.1 Προβλεπόμενη δημιουργία θέσεων εργασίας 66 Σχήμα 6.2 Κόστος ανα kw 67 Σχήμα 6.3 Εκτιμώμενη εγκατεστημένη ισχύς 68 Σχήμα 6.4 Μελλοντικοί στόχοι στις Ευρωπαικές χώρες 69 Σχήμα 7.1 Επιπτώσεις στο φυσικό περιβάλλον 75 xi

11 Σχήμα 8.1 Αύξηση τιμής πετρελαίου 85 Σχήμα 8.2 Παγκόσμιος Άτλας με τις εύκρατες ζώνες 88 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 4.1 Χαρακτηρισμός της θαλάσσιας κατάστασης 19 Πίνακας 4.2 Χαρακτηριστικά γνωρίσματα της φουσκοθαλασσιάς 20 Πίνακας 6.1 Εθνικοί στόχοι των χωρών της Ευρωπαϊκής ένωσης για το Πίνακας 6.2 Τρέχουσες τιμές πώλησης για την κυματική ενέργεια στις Ευρωπαϊκές χώρες 71 xii

12 Περίληψη Στην παρούσα Πτυχιακή Εργασία εξετάζεται η εφαρμογή της θαλάσσιας διάταξης Buldra στους ωκεανούς, μια διάταξη αξιοποίησης της ενέργειας των κυμάτων με στόχο την αύξηση παραγωγής της ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές πιο φιλικές προς το περιβάλλον με σκοπό την προστασία του. Αναλυτικότερα, γίνεται μια εκτενέστερη αναφορά στις διατάξεις κυματικής ενέργειας περιγράφοντας τις λειτουργίες τους δείχνοντας έτσι τους λόγους ζήτησής τους. Έπειτα γίνεται μια περιγραφή των τεχνικών χαρακτηριστικών και λειτουργιών της διάταξης Buldra αναφέροντας τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες θαλάσσιες διατάξεις ώστε να γίνει κατανοητό το πόσο σημαντική και ζωτικής σημασίας είναι η εγκατάσταση και η χρήση της για τη μέγιστη παραγωγή ενέργειας με φιλικό τρόπο προς το περιβάλλον. Τέλος αξίζει να σημειωθεί ότι η λειτουργία της διάταξης αυτής θα προσφέρει νέες θέσεις εργασίας και η τιμή πώλησης του κόστους παραγόμενης ενέργειας θα μειωθεί με αποτέλεσμα να δημιουργήσει ανταγωνιστικότητα στην παγκόσμια οικονομία. Abstract In this project work is examined the application of marine Buldra device in oceans, a device that utilizes wave energy to increase production of electricity from renewable sources, more friendly to the environment in order to protect it. Specifically, there is an extensive reference to the provisions of wave energy, describing their features that indicate the reasons for their demand. Then there is a description of the technical features and functions of the device Buldra mentioning the most important advantages xiii

13 compared with other marine devices to understand how important and vital it is to install and use for maximum energy in a friendly way to environment. Finally it is worth noting that the operation of this provision will provide new jobs and the price of the cost of energy produced will be reduced, to create competitiveness in the global economy. xiv

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Εισαγωγή στις ήπιες μορφές ενέργειας Η συμφωνία του Κυότο ήταν ότι μέχρι το 2012 μια σημαντική μείωση των αερίων του θερμοκηπίου (GHG), όπως το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), πρέπει να έχει επιτευχθεί. Η χρήση των παραδοσιακών ορυκτών καυσίμων μπορεί και θα οδηγήσει στην υπερθέρμανση του πλανήτη με πιθανές κλιματικές αλλαγές ως συνέπεια. Συνεπώς η περιβαλλοντική ρύπανση αποκτά μεγαλύτερη σημασία. Σε αυτό το κεφάλαιο θα γνωρίσουμε αναλυτικά τις ήπιες μορφές ενέργειας, θα μάθουμε για τον τρόπο χρήσης τους ανά τον κόσμο καθώς και ότι έχουν μικρότερη επίδραση στο περιβάλλον. Είναι γενικά αποδεκτό ότι στη σύγχρονη εποχή η εισαγωγή πηγών ενέργειας στις χώρες αποτελείται σχεδόν αποκλειστικά από ορυκτά καύσιμα (πετρέλαιο, φυσικό αέριο και άνθρακα), τα οποία είναι υπεύθυνα για την παραγωγή αερίων του θερμοκηπίου. Δεδομένου ότι η παροχή αυτών των πόρων είναι πεπερασμένη, άλλες πηγές ενέργειας θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν. Τα αποθέματα πετρελαίου εκτιμάται ότι θα διαρκέσουν για σαράντα (40) χρόνια από τώρα, του φυσικού αερίου για εξήντα (60) χρόνια και του κάρβουνου για λίγο περισσότερα από διακόσια (200) χρόνια. Σε κάθε περίπτωση, οι τιμές θα αυξηθούν ταυτόχρονα με την μείωση των πόρων. Το γεγονός αυτό καθιστά την Ευρωπαϊκή Ένωση οικονομικά ευάλωτη. Ως εκ τούτου, η Ευρωπαϊκή Ένωση έκανε μια προσπάθεια να προωθήσει τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Κατά τη διάσκεψη για το κλίμα το 1997 στο Κυότο, η Ευρωπαϊκή Ένωση αποφάσισε να αυξήσει το μερίδιό της σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας εως και 12% μέχρι το Η παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ) όπως η ηλιακή, αιολική, γεωθερμική, ενέργεια βιομάζας και ενέργεια ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:4789 1

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ ωκεανών έχουν μικρότερη επίδραση στο περιβάλλον. Αυτές οι «φιλικές προς το περιβάλλον» πηγές ενέργειας δίνουν στον καταναλωτή έναν εναλλακτικό τρόπο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από αυτόν με τη χρήση άνθρακα, πυρηνικής ενέργειας, φυσικού αερίου, πετρελαίου και μεγάλων υδροηλεκτρικών μονάδων. Σήμερα οι μονάδες παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος που λειτουργούν με άνθρακα, παράγουν το μεγαλύτερο ποσοστό ηλεκτρικής ενέργειας στον κόσμο. Όμως αυτή η φτηνή μέθοδος προκαλεί τη μεγαλύτερη καταστροφή στο περιβάλλον με την εκπομπή τοξικών αερίων. Αυτά τα τοξικά αέρια, διοξείδιο του θείου και οξείδια του αζώτου, σε συνδυασμό με το νερό της βροχής, δημιουργούν την όξινη βροχή και συμβάλλουν στη αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη. Ενώ τα αποθέματα των συμβατικών μορφών ενέργειας φαίνεται να αποκτούν με τον καιρό ημερομηνία λήξης, οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) ανανεώνονται μέσω του κύκλου της φύσης και θεωρούνται πρακτικά ανεξάντλητες. Εξάλλου οι τελευταίες ήταν και οι πρώτες μορφές ενέργειας που χρησιμοποίησε ο άνθρωπος μέχρι τις αρχές του 20 ου αιώνα, οπότε και εντατικοποιήθηκε η χρήση του άνθρακα και των υδρογονανθράκων, με δυσμενείς για το περιβάλλον συνέπειες, γεγονός που αντιμετωπίζουμε σήμερα σε μεγαλύτερη πλέον κλίμακα. Η χρήση των ΑΠΕ, όχι μόνο δεν επιφέρει περιβαλλοντικές αλλαγές αλλά η αξιοποίησή τους μπορεί να αποφέρει και οικονομικά οφέλη σε αυτόν που θα δεσμεύσει το ενεργειακό τους δυναμικό. Απαραίτητη προϋπόθεση αποτελεί η αξιόπιστη σύνδεση μεταξύ της υπάρχουσας τεχνολογίας και των ΑΠΕ, ώστε να αποφέρουν το μεγαλύτερο δυνατό ενεργειακό κέρδος, όπου αυτό είναι εφικτό. Μεγάλο πλήθος χωρών έχει ενσωματώσει τις ΑΠΕ στη λίστα με τις σημαντικότερες εγχώριες πηγές ενέργειας, ποσά της οποίας είτε δύναται να απορροφηθούν σε τοπικό επίπεδο είτε να διοχετευθούν στο ευρύτερο εθνικό δίκτυο. Η συνεισφορά τους αλλάζει το μέχρι πρότινος ενεργειακό ισοζύγιο αφού με τη χρήση τους μειώνεται αισθητά η εξάρτηση από το πετρέλαιο, ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:4789 2

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ καύσιμο προερχόμενο, ως επί το πλείστον, από χώρες της Σαουδικής Αραβίας και παράλληλα ιδιαιτέρως ευαίσθητο σε αυξομειώσεις τιμών. Στη χρήση του πετρελαίου και των υπολοίπων συμβατικών καυσίμων αποδίδεται το 95% της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, καθιστώντας έτσι τον ενεργειακό τομέα πρωταρχικό υπεύθυνο για τη ρύπανση του περιβάλλοντος. Η Ελλάδα ανάμεσα στο σύνολο των χωρών διαθέτει αξιόλογο δυναμικό ΑΠΕ, οι οποίες μπορούν να προσφέρουν μια πραγματική εναλλακτική λύση για την κάλυψη των ενεργειακών μας αναγκών. Οι κυριότερες μορφές ΑΠΕ που απαντώνται στον Ελλαδικό χώρο αναλύονται στις παραγράφους 1.2 έως Ηλιακή ενέργεια Ο Ήλιος εκπέμπει τεράστια ποσότητα ενέργειας ημερησίως. Η ηλιακή ακτινοβολία αξιοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρισμού με δύο τρόπους: Θερμικές και φωτοβολταϊκές εφαρμογές. Η πρώτη είναι η συλλογή της ηλιακής ενέργειας για να παραχθεί θερμότητα, κυρίως για τη θέρμανση του νερού και τη μετατροπή του σε ατμό για την κίνηση στροβίλων. Στη δεύτερη εφαρμογή τα φωτοβολταϊκά συστήματα μετατρέπουν το φως του Ήλιου σε ηλεκτρισμό με τη χρήση φωτοβολταϊκών κυψελών ή συστοιχιών. Αυτή η τεχνολογία που εμφανίστηκε στις αρχές του 1970 στα διαστημικά προγράμματα των ΗΠΑ έχει μειώσει το κόστος παραγωγής ηλεκτρισμού με αυτόν τον τρόπο από $300 σε $4 ανά Watt. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα χρησιμοποιούνται κυρίως σε αγροτικές και απομακρυσμένες περιοχές όπου η σύνδεση με το δίκτυο είναι πολύ ακριβή. Αν και όλη η Γη δέχεται την ηλιακή ακτινοβολία, η ποσότητά της εξαρτάται κυρίως από τη γεωγραφική θέση, την ημέρα, την εποχή και τη νεφοκάλυψη. Η έρημος δέχεται περίπου το διπλάσιο ποσό ηλιακής ενέργειας από άλλες περιοχές. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:4789 3

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εικόνα 1.1 Φωτοβολταϊκά σε κατοικίες 1.3 Υδροηλεκτρική ενέργεια Το νερό κάνοντας τον «κύκλο του» στη φύση έχει δυναμική ενέργεια, όταν βρίσκεται σε περιοχές με μεγάλο υψόμετρο, η οποία μετατρέπεται σε κινητική, όταν το νερό ρέει προς χαμηλότερες περιοχές. Με τα υδροηλεκτρικά έργα (υδροταμιευτήρας, φράγμα, κλειστός αγωγός πτώσεως, υδροστρόβιλος, ηλεκτρογεννήτρια, διώρυγα φυγής) εκμεταλλευόμαστε την ενέργεια του νερού για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος το οποίο διοχετεύεται στην κατανάλωση με το ηλεκτρικό δίκτυο. Η μετατροπή της ενέργειας των υδατοπτώσεων με τη χρήση υδραυλικών στροβίλων παράγει την υδροηλεκτρική ενέργεια. Η υδροηλεκτρική ενέργεια ταξινομείται σε μεγάλης και μικρής κλίμακας. Η μικρής κλίμακας υδροηλεκτρική ενέργεια διαφέρει σημαντικά από τη μεγάλης κλίμακας σε ότι αφορά τις επιπτώσεις στο περιβάλλον. Οι μεγάλης κλίμακας υδροηλεκτρικές μονάδες απαιτούν τη δημιουργία φραγμάτων και τεράστιων δεξαμενών με σημαντικές επιπτώσεις στο άμεσο περιβάλλον. Η κατασκευή φραγμάτων για τη συγκέντρωση νερού περιορίζει τη μετακίνηση των ψαριών, της άγριας ζωής και επηρεάζει ολόκληρο το ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:4789 4

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ οικοσύστημα. Τα μικρής κλίμακας συστήματα τοποθετούνται δίπλα σε ποτάμια και κανάλια και έχουν λιγότερες επιπτώσεις στο οικοσύστημα. Υδροηλεκτρικές μονάδες λιγότερες των 30 MW σε μέγεθος χαρακτηρίζονται μικρής κλίμακας και θεωρούνται ανανεώσιμες πηγές. Το γρήγορα κινούμενο νερό οδηγείται μέσα από τούνελ για να περιστρέψει τους στροβίλους, δημιουργώντας έτσι μηχανική ενέργεια. Μια γεννήτρια μετατρέπει αυτήν την ενέργεια σε ηλεκτρική. Διαφορετικά από ότι συμβαίνει με τα ορυκτά καύσιμα, το νερό δεν αχρηστεύεται κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για άλλους σκοπούς. Σχήμα 1.1 Υδροηλεκτρικό φράγμα και εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Φυσικά, μόνο σε περιοχές με σημαντικές υδατοπτώσεις, πλούσιες πηγές και κατάλληλη γεωλογική διαμόρφωση είναι δυνατόν να κατασκευασθούν υδατοταμιευτήρες. Συνήθως η ενέργεια που τελικώς παράγεται, χρησιμοποιείται μόνο συμπληρωματικά με άλλες συμβατικές πηγές ενέργειας, σε ώρες αιχμής. Στη χώρα μας η υδροηλεκτρική ενέργεια ικανοποιεί το 10% των ενεργειακών μας αναγκών. Τα πλεονεκτήματα από τη χρήση της υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι: ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:4789 5

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί είναι δυνατό να τεθούν σε λειτουργία αμέσως μόλις ζητηθεί επιπλέον ηλεκτρική ενέργεια, σε αντίθεση με τους θερμικούς σταθμούς (γαιανθράκων, πετρελαίου), που απαιτούν χρόνο προετοιμασίας. Είναι μία «καθαρή» και ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, με τα γνωστά ευεργετήματα (εξοικονόμηση συναλλάγματος, φυσικών πόρων, προστασία περιβάλλοντος). Μέσω των υδροταμιευτήρων δίνεται η δυνατότητα να ικανοποιηθούν και άλλες ανάγκες, όπως ύδρευση, άρδευση, ανάσχεση χειμάρρων, δημιουργία υγροτόπων, αναψυχή, αθλητισμός. Τα μειονεκτήματα που συνήθως εμφανίζονται είναι: Το μεγάλο κόστος κατασκευής φραγμάτων και εξοπλισμού των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, όπως και ο πολύς χρόνος που απαιτείται μέχρι την αποπεράτωση του έργου. Η έντονη περιβαλλοντική αλλοίωση στην περιοχή του ταμιευτήρα (ενδεχόμενη μετακίνηση πληθυσμών, υποβάθμιση περιοχών, αλλαγή στη χρήση γης, στη χλωρίδα και πανίδα περιοχών αλλά και του τοπικού κλίματος, πλήρωση ταμιευτήρων με φερτές ύλες, αύξηση σεισμικής επικινδυνότητας, κ.ά.). Η διεθνής πρακτική σήμερα προσανατολίζεται στην κατασκευή μικρών φραγμάτων. 1.4 Αιολική ενέργεια Η αιολική ενέργεια δημιουργείται έμμεσα από την ηλιακή ακτινοβολία, γιατί η ανομοιόμορφη θέρμανση της επιφάνειας της Γης προκαλεί τη μετακίνηση μεγάλων μαζών αέρα από τη μια περιοχή στην άλλη, δημιουργώντας έτσι τους ανέμους. Είναι μια ήπια μορφή ενέργειας, φιλική προς το περιβάλλον, πρακτικά ανεξάντλητη. Αν υπήρχε η δυνατότητα, με τη σημερινή τεχνολογία, να καταστεί εκμεταλλεύσιμο το συνολικό αιολικό δυναμικό της Γης, εκτιμάται ότι η ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:4789 6

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ παραγόμενη σε ένα χρόνο ηλεκτρική ενέργεια θα ήταν υπερδιπλάσια από τις ανάγκες της ανθρωπότητας στο ίδιο διάστημα (Αιολική ενέργεια, ΚΑΠΕ 1998). Υπολογίζεται ότι στο 25% της επιφάνειας της Γης επικρατούν άνεμοι μέσης ετήσιας ταχύτητας πάνω από 5,1 m/sec, σε ύψος 10 m πάνω από το έδαφος. Όταν οι άνεμοι πνέουν με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτήν την τιμή, τότε το αιολικό δυναμικό του τόπου θεωρείται εκμεταλλεύσιμο και οι απαιτούμενες εγκαταστάσεις μπορούν να καταστούν οικονομικά βιώσιμες, σύμφωνα με τα σημερινά δεδομένα. Άλλωστε το κόστος κατασκευής των ανεμογεννητριών έχει μειωθεί σημαντικά και μπορεί να θεωρηθεί ότι η αιολική ενέργεια διανύει την «πρώτη» περίοδο ωριμότητας, καθώς είναι πλέον ανταγωνιστική των συμβατικών μορφών ενέργειας. Εικόνα 1.2 Αιολικό πάρκο Η Ελλάδα διαθέτει εξαιρετικά πλούσιο αιολικό δυναμικό και η αιολική ενέργεια μπορεί να γίνει σημαντικός μοχλός ανάπτυξής της. Από το 1982, οπότε εγκαταστάθηκε από τη ΔΕΗ το πρώτο αιολικό πάρκο στην Κύθνο, μέχρι και σήμερα έχουν κατασκευασθεί στην Άνδρο, στην Εύβοια, στη Λήμνο, στη Λέσβο, στη Χίο, στη Σάμο και στην Κρήτη εγκαταστάσεις ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:4789 7

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τον άνεμο, συνολικής ισχύος πάνω από 30 MW. Μεγάλο ενδιαφέρον επίσης δείχνει και ο ιδιωτικός τομέας για την εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας, ιδιαίτερα στην Κρήτη, όπου το Υπουργείο Ανάπτυξης έχει εκδώσει άδειες εγκατάστασης για νέα αιολικά πάρκα συνολικής ισχύος δεκάδων MW. Σήμερα η εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας γίνεται σχεδόν αποκλειστικά με μηχανές που μετατρέπουν την ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική και ονομάζονται ανεμογεννήτριες. Η ισχύς τους μπορεί να ξεπερνά τα 500 kw και μπορούν να συνδεθούν κατευθείαν στο ηλεκτρικό δίκτυο της χώρας. Έτσι μια συστοιχία πολλών ανεμογεννητριών, που ονομάζεται αιολικό πάρκο, μπορεί να λειτουργήσει σαν μια μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. 1.5 Βιομάζα Η βιομάζα είναι θερμική ή χημική ενέργεια που προκύπτει με την παραγωγή βιοκαυσίμων, τη χρήση υπολειμμάτων δασικής εκμετάλλευσης και την αξιοποίηση βιομηχανικών αγροτικών (φυτικών και ζωικών) και αστικών αποβλήτων. Βασικό πλεονέκτημα της βιομάζας είναι ότι είναι ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και ότι παρέχει ενέργεια αποθηκευμένη με χημική μορφή. Η αξιοποίησή της μπορεί να γίνει μετατρέποντας μεγάλη ποικιλία προϊόντων, με διάφορες μεθόδους και με τη χρήση απλής τεχνολογίας. Σαν πλεονέκτημά της καταγράφεται ότι κατά την παραγωγή και την μετατροπή της δε δημιουργούνται οικολογικά και περιβαλλοντολογικά προβλήματα. Από την άλλη, σαν μορφή ενέργειας η βιομάζα χαρακτηρίζεται από πολυμορφία με χαμηλό ενεργειακό περιεχόμενο, σε σύγκριση με τα ορυκτά καύσιμα, λόγω χαμηλής πυκνότητας και υψηλής περιεκτικότητας σε νερό. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:4789 8

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα χαρακτηριστικά αυτά συνεπάγονται πρόσθετες δυσκολίες, σε σχέση με τα ορυκτά καύσιμα, στη συλλογή, τη μεταφορά και την αποθήκευσή της. Σαν συνέπεια το κόστος μετατροπής της σε πιο εύχρηστες μορφές ενέργειας παραμένει υψηλό. 1.6 Γεωθερμική ενέργεια Σχήμα 1.2 Χρήση γεωθερμικής ενέργειας για την παράγωγη ηλεκτρικού ρεύματος Βαθιά κάτω από την επιφάνεια της Γης το θερμό μάγμα ζεσταίνει το νερό και ο ατμός που παράγεται χρησιμοποιείται για να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα (σχήμα 1.2). Οι γεωθερμικές πηγές διαφέρουν στη θερμοκρασία. Πηγές χαμηλής ή μέτριας θερμοκρασίας ( C) χρησιμοποιούνται για να παρέχουν άμεσα θερμότητα στα σπίτια και στις βιομηχανίες, ενώ οι υψηλής θερμοκρασίας (πάνω από 150 C) γεωθερμικές πηγές χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Οι γεωθερμικές μονάδες παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος είναι πολύ οικονομικές και έχουν πολύ μικρή αρνητική επίδραση στο περιβάλλον ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:4789 9

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ καθώς παράγουν μόνο το 1/6 του διοξειδίου του άνθρακα από ότι θα παρήγαγε μια μονάδα που λειτουργεί με φυσικό αέριο. 1.7 Ενέργεια της θάλασσας Μία ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, η οποία μέχρι σήμερα ελάχιστα έχει αξιοποιηθεί, είναι η ενέργεια της θάλασσας. Οι θαλάσσιες μάζες καλύπτουν το 75% της επιφάνειας του πλανήτη. Η κατανάλωση ενέργειας θα αυξηθεί δραματικά κατά τις επόμενες δεκαετίες σε ολόκληρο τον πλανήτη και είναι πολύ σημαντικό να αξιοποιηθούν στο μέγιστο τέτοιες πηγές ενέργειας, όπως η θαλάσσια. Η ιδέα για την εκμετάλλευση του θαλάσσιου κυματισμού δεν είναι νέα. Η πρώτη ευρεσιτεχνία χρονολογείται στα 1799, ενώ πλήθος άλλων τεχνολογιών επινοήθηκε και λειτούργησε σε μικρή κλίμακα μέχρι τα μέσα του περασμένου αιώνα. Η συντονισμένη όμως έρευνα στον τομέα αυτό ξεκίνησε στη δεκαετία του 1970, μετά τη μεγάλη πετρελαϊκή κρίση. Σήμερα πλέον οι προσπάθειες των προηγούμενων δεκαετιών έχουν αρχίσει να αποδίδουν καρπούς. Οι μορφές θαλάσσιας ενέργειας είναι πολλές και οι ποσότητες ενέργειας οι οποίες μπορούν να αξιοποιηθούν τεράστιες. Η θαλάσσια επιφάνεια απορροφά τεράστιες ποσότητες ηλιακής και αιολικής ενέργειας, η οποία εμφανίζεται στη θάλασσα σε διάφορες μορφές, όπως ενέργεια των κυμάτων ή ενέργεια των ρευμάτων. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εικόνα 1.3 Θαλάσσιο κύμα Επιπλέον, άλλες πηγές ενέργειας στο θαλάσσιο περιβάλλον είναι το φαινόμενο της παλίρροιας (Tidal Energy), το θερμικό δυναμικό μεταξύ των ανώτερων (θερμότερων) και των κατώτερων (ψυχρότερων) θαλάσσιων στρωμάτων (Ocean Thermal Energy), ή οι μεταβολές πυκνότητας σε θαλάσσια στρώματα διαφορετικής αλατότητας (Salinity Power). Κοινή ιδιότητα των μορφών θαλάσσιας ενέργειας είναι η υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, η οποία είναι η υψηλότερη μεταξύ των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Τέλος αξίζει να αναφέρουμε ότι σήμερα διάφορες τεχνολογίες κυματικής και παλιρροιακής ενέργειας, έχουν φτάσει σε τέτοιο τεχνικό στάδιο, ώστε η μαζική αξιοποίηση της θάλασσας για παραγωγή «καθαρής» και «φθηνής» ενέργειας να θεωρείται πλέον εφικτή. Επίσης στο επόμενο κεφάλαιο θα ασχοληθούμε σε βάθος για την περιγραφή της κυματικής ενέργειας,τις σύγχρονες αναπτυσσόμενες τεχνολογίες της θαλάσσιας ενέργειας και τον υπολογισμό της ενέργειας που περικλείει ένα κύμα με μαθηματικές σχέσεις. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 2.1 Γενικά Μία ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, η οποία μέχρι σήμερα ελάχιστα έχει αξιοποιηθεί, είναι η θάλασσα. Οι εκτάσεις των θαλάσσιων μαζών καλύπτουν το 75% της επιφάνειας του πλανήτη,όπως αναφέραμε εισαγωγικά στο πρώτο κεφάλαιο και μπορούν να θεωρηθούν ένα κολοσσιαίο, «παγκόσμιο» ενεργειακό ρεζερβουάρ. Στη συνέχεια θα αναλύσουμε τις σύγχρονες αναπτυσσόμενες τεχνολογίες της θαλάσσιας ενέργειας καθώς και την παγκόσμια αναπτυξιακή κατάσταση των θαλάσσιων διατάξεων. Η θαλάσσια επιφάνεια απορροφά τεράστιες ποσότητες ηλιακής και αιολικής ενέργειας, η οποία εμφανίζεται στη θάλασσα σε διάφορες μορφές, όπως κύματα ή ρεύματα. Επιπλέον, το θαλάσσιο σύστημα επηρεάζεται από τις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις του πλανήτη μας με τον Ήλιο και τη Σελήνη. Ο μηχανισμός αυτός, αργά αλλά ρυθμικά, κινητοποιεί ασύλληπτες ποσότητες ύδατος, δημιουργώντας το φαινόμενο της παλίρροιας. Διάφορες άλλες μορφές ενέργειας, που προέρχονται από το θαλάσσιο περιβάλλον, είναι η ενέργεια που οφείλεται στο θερμοκλινές των ωκεανών, δηλαδή στη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των ανώτερων και των κατώτερων ψυχρότερων θαλάσσιων στρωμάτων, καθώς και η ενέργεια που οφείλεται στις διαφορετικές πυκνότητες των θαλάσσιων στρωμάτων διαφορετικής αλατότητας. Η παραγωγή ενέργειας από τη θάλασσα ενδιαφέρει άμεσα τη χώρα μας, με το μεγάλο αριθμό νησιών, αλλά και την τεράστια ακτογραμμή της (περίπου km), η οποία είναι η μακρύτερη στην Ευρωπαϊκή Ένωση. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Το Αιγαίο Πέλαγος διαθέτει αξιοποιήσιμο θαλάσσιο ενεργειακό δυναμικό, το υψηλότερο της Μεσογείου, με την εκμετάλλευση του οποίου θα μπορούσε να καλυφθεί σημαντικό ποσοστό των ενεργειακών αναγκών μας. Στην πραγματικότητα τα ορυκτά καύσιμα δεν έχουν να κάνουν μόνο με τον κίνδυνο εξάντλησης, ούτε με την ανησυχία της ανασφάλειας του ανεφοδιασμού, αλλά υπάρχουν και άλλοι λόγοι, κυρίως περιβαλλοντικοί, που ωθούν στην ανάπτυξη των Α.Π.Ε. τον 21 ο αιώνα. Οι υψηλές τιμές του πετρελαίου, η μείωση της προσφοράς καυσίμων και οι αυξανόμενες πιέσεις για τον έλεγχο του φαινόμενου του θερμοκηπίου καθιστούν ιδιαίτερα δημοφιλή την προοπτική της θαλάσσιας ενέργειας τόσο στις εθνικές κυβερνήσεις όσο και στις εταιρείες παροχής υπηρεσιών κοινής ωφέλειας. Η πρόκληση σήμερα έγκειται στην επιτυχή εκμετάλλευση της συσσωρευμένης πλέον γνώσης, η οποία δεν κατέστη εφικτή τα προηγούμενα χρόνια. Ουδείς υποστηρίζει ότι η εκμετάλλευση της κίνησης των κυμάτων για την παραγωγή ενέργειας δεν αποτελεί μια καλή ιδέα. Στο κάτω κάτω, το «καύσιμο» αυτό θα παράγεται δωρεάν και συνεχώς, ενώ η διαδικασία της παραγωγής δεν είναι ρυπογόνος. Η ενέργεια από τη θάλασσα είναι προφανώς αξιοπρόσεκτη, αλλά είναι αρκετά διασκορπισμένη και επομένως πολύ δύσκολη ως προς τη συλλογή της. Επίσης βρίσκεται συνήθως μακριά από τους τόπους κατανάλωσης. Η μόνη μορφή που έχει ως τώρα αποτελέσματα και είναι συγκεντρωμένη σε ορισμένες περιοχές της Γης, είναι η ενέργεια των παλιρροιών. Άλλες μορφές οι οποίες βρίσκονται σε πλήρη εξέλιξη και εφαρμόζονται σήμερα σε μικρή κλίμακα, αλλά έχουν μεγάλες προοπτικές εξέλιξης, είναι η ενέργεια των κυμάτων, η θερμική ενέργεια των ωκεανών και η ενέργεια λόγω της διαφοράς αλατότητας του γλυκού από το θαλασσινό νερό. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Σχήμα 2.1. Αυξανόμενη Ανάπτυξη της Τεχνολογίας Σχήμα 2.2. Παγκόσμια αναπτυξιακή κατάσταση των τεχνολογιών θαλάσσιας ενέργειας (Ιανουάριος 2008) ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Στο σχήμα 2.1 φαίνεται η αυξανόμενη ανάπτυξη της τεχνολογίας για την αξιοποίηση της ενέργειας της θάλασσας, ενώ στο σχήμα 2.2 φαίνεται η παγκόσμια αναπτυξιακή κατάσταση των τεχνολογιών θαλάσσιας ενέργειας. Τα ποσά ενέργειας που εμπεριέχονται στη θάλασσα είναι τεράστια. Η δυσκολία έγκειται στο πώς να τα ανακτήσουμε. 2.2 Υπολογισμός της ενέργειας που περικλείει ένα κύμα Η ισχύς των κυμάτων αναφέρεται στην ενέργεια των ωκεάνιων κυμάτων επιφάνειας και τη σύλληψη αυτής της ενέργειας για την παραγωγή χρήσιμου έργου, συμπεριλαμβανομένων της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, της αφαλάτωσης και της άντλησης του νερού σε δεξαμενές. Τα κύματα παράγονται από τον άνεμο που περνά πάνω από τη θάλασσα: καθόσον τα κύματα διαδίδονται με μικρότερη ταχύτητα από την ταχύτητα του αέρα που κινείται ακριβώς πάνω από τα κύματα, υπάρχει μια μεταφορά ενέργειας από τον αέρα προς τα πιο ενεργητικά κύματα. Και οι διαφορές πίεσης αέρα ανάμεσα στην αντίθετη στον άνεμο πλευρά και στην υπήνεμη πλευρά ενός κυματικού λόφου, καθώς επίσης και η τριβή στην επιφάνεια του νερού από τη διατμητική τάση του ανέμου,προκαλούν το θέριεμα των κυμάτων. Το ύψος των κυμάτων αυξάνεται με την αυξανόμενη ταχύτητα του ανέμου. Γενικά, τα μεγάλα κύματα περικλείουν μεγαλύτερη ισχύ. Συγκεκριμένα, η κυματική ισχύς καθορίζεται από το ύψος του κύματος, την ταχύτητα του κύματος, το μήκος του κύματος και την πυκνότητα του νερού. Το μέγεθος του κύματος καθορίζεται από την ταχύτητα και την ευρύτητα του αέρα (η απόσταση καθόλη την έκταση της οποίας ο αέρας διεγείρει τα κύματα) και από το βάθος και την τοπογραφία του θαλάσσιου πυθμένα (που μπορεί να συγκεντρώσει ή να διασκορπίσει την ενέργεια των κυμάτων). ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Μια δεδομένη ταχύτητα αέρα έχει ένα ταιριαστό όριο πέρα από το οποίο ο χρόνος ή η απόσταση δε θα παραγάγουν μεγαλύτερα κύματα. Αυτό το όριο καλείται «πλήρως αναπτυγμένη θάλασσα». Η κίνηση με ταλάντωση είναι η ύψιστη στην επιφάνεια και μειώνεται εκθετικά με το βάθος. Εντούτοις, για τα στάσιμα κύματα κοντά σε μια ανακλώσα ακτή, η ενέργεια των κυμάτων εμφανίζεται και πάλι σαν διακυμάνσεις πίεσης σε μεγάλο βάθος, παράγοντας μικροσεισμούς. Αυτές οι διακυμάνσεις πίεσης σε μεγαλύτερο βάθος είναι πάρα πολύ μικρές για να είναι ενδιαφέρουσες από άποψη κυματικής ισχύος. Εικόνα 2.1 Θαλάσσιο Κύμα Τα κύματα διαδίδονται στην επιφάνεια του ωκεανού και η κυματική ενέργεια μεταφέρεται επίσης οριζόντια με την ταχύτητα ομάδας. Το μέσο ποσοστό μεταφοράς της κυματικής ενέργειας διαμέσου ενός κάθετου επιπέδου μοναδιαίου πλάτους, παράλληλου σε ένα λόφο κύματος, καλείται ροή κυματικής ενέργειας (ή κυματική ισχύς, η οποία δε θα πρέπει να συγχέεται με την πραγματική ισχύ που παράγεται από μια διάταξη κυματικής ισχύος). Στα μεγάλα θαλάσσια βάθη, εάν το βάθος του νερού είναι μεγαλύτερο από το μισό μήκος κύματος, η ροή κυματικής ενέργειας είναι: ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ P 2 g H 32 2 m0 kw T 1,0 H 3 m s 2 m0 T (σχέση 2.1) Όπου P είναι η ροή κυματικής ενέργειας ανά μονάδα μήκους λόφου κύματος (kw/m), H m0 είναι το σημαντικό ύψος κύματος (m), που ορίζεται σαν το τετραπλάσιο της τυπικής απόκλισης της στιγμιαίας μετατόπισης από τη μέση επιφάνεια της θάλασσας, όπως μετρήθηκε από τους σημαντήρες των κυμάτων και προβλέφτηκε από πρότυπα κυματικών μοντέλων. Εξ ορισμού το H m0 είναι το τετραπλάσιο της τυπικής απόκλισης της ανύψωσης της επιφάνειας του νερού. T είναι η περίοδος του κύματος (s) είναι η πυκνότητα του νερού (kg/m 3) και g είναι η επιτάχυνση που οφείλεται στη βαρύτητα (m/s 2 ). Η εξίσωση (σχέση 2.1) εκφράζει ότι η κυματική ισχύς είναι ανάλογη προς την περίοδο του κύματος και προς το τετράγωνο του ύψους του κύματος.όταν το σημαντικό ύψος του κύματος δίνεται σε m και η περίοδος του κύματος σε sec, το αποτέλεσμα που προκύπτει από την εξίσωση (σχέση 2.1) είναι η κυματική ισχύς σε kw (κιλοβάτ) ανά μέτρο μήκους κύματος. Σε σημαντικές καταιγίδες τα μεγαλύτερα παράκτια κύματα έχουν περίπου δεκαπέντε (15) m ύψος και έχουν περίοδο περίπου δεκαπέντε (15) sec. Σύμφωνα με την εξίσωση (σχέση 2.1) η οποία αναφέρεται σε βαθύ νερό, τέτοια κύματα μεταφέρουν περίπου 3,2MW/m ισχύος κατά πλάτος κάθε μέτρου κύματος. Σε συνθήκες λίγο ταραγμένης θάλασσας, για ένα ύψος κύματος περίπου τριών (3) m και μια περίοδο κύματος οκτώ (8) sec, η κυματική ισχύς θα έχει μια κατά μέσον όρο ροή πολύ λιγότερη από την προηγούμενη, περίπου 70kW/m. Σαν αποτέλεσμα τα κύματα θα είναι χαμηλότερου ύψους στην περιοχή πίσω από τη διάταξη εκμετάλλευσης της κυματικής ισχύος. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Εικόνα 2.2 Κύμα Στον Πίνακα 2.1 φαίνεται ο χαρακτηρισμός της θαλάσσιας κατάστασης βάσει του παγκοσμίως χρησιμοποιούμενου κώδικα θαλάσσιας κατάστασης. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Πίνακας 2.1 Κώδικας και χαρακτηρισμός θαλάσσιας κατάστασης Κώδικας Θαλάσσιας Κατάστασης Σημαντικό Ύψος Κύματος (m) Χαρακτηριστικά 0 0 Ήρεμη θάλασσα (καθρέφτης) 1 0 έως 0,1 Ήρεμη θάλασσα (με ελαφρύ κυματισμό ) 2 0,1 έως 0,5 Ακύμαντη θάλασσα (κυματάκια) 3 0,5 έως 1,25 Ελαφρά κυματιστή θάλασσα 4 1,25 έως 2,5 Μέτρια κυματιστή θάλασσα 5 2,5 έως 4 Αγριεμένη θάλασσα 6 4 έως 6 Πολύ αγριεμένη θάλασσα 7 6 έως 9 Υψηλός κυματισμός 8 9 έως 14 Πολύ ψηλός κυματισμός 9 Πάνω από 14 Εκπληκτικός κυματισμός ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Στον Πίνακα 2.2 φαίνονται τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα της φουσκοθαλασσιάς σε σχέση με τον κώδικα του Πίνακα 2.1. Πίνακας 2.2 Χαρακτηριστικά γνωρίσματα της φουσκοθαλασσιάς 0. Κανένα Χαμηλή Μέτρια Υψηλή 1. Μικρή ή μέση 2. Μεγάλη 3. Μικρή 4.Μέση 5. Μεγάλη 6. Μικρή 7. Μέση 8. Μεγάλη 9. Συγκεχυμένη 2.3 Η κυματική ενέργεια και η ενέργεια κυματικής ροής Σε μια θαλάσσια κατάσταση η ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας των βαρυτικών κυμάτων στην επιφάνεια του νερού είναι ανάλογη προς το τετράγωνο του ύψους κύματος, σύμφωνα με τη γραμμική κυματική θεωρία: E 1 8 g ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ 2 0 H m Α.Ε.Μ.:4742 (σχέση 2.2) Όπου Ε είναι η μέση κυματική ενέργεια ανά μονάδα οριζόντιας επιφάνειας (J/m 2 ) και ισούται με το άθροισμα της κινητικής ενέργειας και της δυναμικής ενέργειας. Η δυναμική ενέργεια είναι ίση με την κινητική ενέργεια, συνεισφέροντας και οι δύο κατά το ήμισυ στην κυματική ενέργεια Ε, καθώς αναμένεται από το θεώρημα ισοκατανομής. ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Καθώς τα κύματα προχωρούν, η ενέργειά τους μεταφέρεται. Η ταχύτητα μεταφοράς της ενέργειας είναι η ομαδική ταχύτητα. Σαν αποτέλεσμα, η ροή κυματικής ενέργειας, διαμέσου ενός κατακόρυφου επιπέδου, μοναδιαίου πλάτους κάθετου στη διεύθυνση διάδοσης του κύματος, ισούται με: όπου c g είναι η ομαδική ταχύτητα (m/s). P E c g (σχέση 2.3) Εξαιτίας της σχέσης διασποράς για τα υδάτινα κύματα κάτω από την επίδραση της βαρύτητας, η ομαδική ταχύτητα εξαρτάται από το μήκος κύματος, ή ισοδύναμα, από την περίοδο του κύματος Τ. Επιπροσθέτως, η σχέση διασποράς είναι συνάρτηση του βάθους νερού. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα, η ομαδική ταχύτητα να συμπεριφέρεται διαφορετικά στα όρια του βαθύ και του ρηχού νερού και σε ενδιάμεσα βάθη, σύμφωνα με τη γραμμική κυματική θεωρία. Σχήμα 2.3 Κίνηση σωματιδίου στην επιφάνεια της θάλασσας Το βαθύ νερό αντιστοιχεί με μήκη κύματος μικρότερα από δύο φορές το βάθος του νερού, το οποίο είναι η κοινή κατάσταση στη θάλασσα και τον ωκεανό. Στα μεγάλα θαλάσσια βάθη, τα κύματα μακρύτερης περιόδου διαδίδονται γρηγορότερα και μεταφέρουν την ενέργειά τους ταχύτερα. Η ταχύτητα ομάδας του βαθύ νερού είναι το μισό της ταχύτητας φάσης. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Στο ρηχό νερό, για μήκη κύματος μεγαλύτερα από δέκα φορές το βάθος του νερού, γεγονός που συμβαίνει αρκετά συχνά κοντά στην ακτή, η ταχύτητα ομάδας είναι ίση με την ταχύτητα φάσης. Όταν ένα σωματίδιο ανεβοκατεβαίνει πάνω σε ένα κυματάκι στην επιφάνεια του νερού, οδηγείται να διαγράψει μια ελλειπτική τροχιά όπως φαίνεται στο σχήμα 2.3. Στο σχήμα 2.4 φαίνεται η κίνηση ενός μορίου του ρευστού μέσα σε ένα ωκεάνιο κύμα. Το σημείο Α αναφέρεται σε βαθύ νερό. Η τροχιακή κίνηση των σωματιδίων του ρευστού ελαττώνεται γρήγορα κάτω από την επιφάνεια. Το σημείο Β αναφέρεται σε ρηχό νερό. Ο ωκεάνιος πυθμένας τώρα βρίσκεται στο σημείο Β. Η ελλειπτική κίνηση ενός μορίου του ρευστού γίνεται πιο πλατειά καθώς πλησιάζουμε προς τον πυθμένα. Το βέλος 1 δείχνει την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Το σημείο 2 δείχνει ένα λόφο κύματος. Το σημείο 3 δείχνει ένα κοίλο κύματος. Σχήμα 2.4 Διαφοροποίηση ελλειπτικής τροχιάς για βαθιά και ρηχή θάλασσα ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Σχήμα 2.5 Μορφή τροχιάς ταλαντευόμενου σωματιδίου σε πολύ βαθύ και σε πολύ ρηχό νερό Στο σχήμα 2.5 φαίνεται η μορφή της τροχιάς ενός ταλαντευόμενου σωματιδίου σε πολύ βαθύ και σε πολύ ρηχό νερό. Στο πολύ βαθύ νερό η τροχιά του σωματιδίου είναι κυκλική με ακτίνα που φθίνει με το βάθος. Στο πολύ ρηχό νερό η τροχιά είναι ελλειπτική με αύξουσα πλάτυνση με το βάθος. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 3.1 Γενικά Κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών τα συστήματα κυματικής ενέργειας έχουν κατηγοριοποιηθεί με διάφορους τρόπους, με σκοπό να πληρούν συγκεκριμένες απαιτήσεις. Στο πλαίσιο αυτού του κεφαλαίου, η πιο χρήσιμη προσέγγιση έχει στόχο στην κατηγοριοποίηση των συστημάτων με βάση τη ζώνη για την οποία έχουν σχεδιαστεί, καθώς τόσο οι ζώνες όσο και τα συστήματα παρουσιάζουν σημαντικές διαφορές. Η προσέγγιση αυτή μας οδηγεί σε τρεις χαρακτηριστικές ζώνες, καθεμιά από τις οποίες παρουσιάζει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα: 1) Χερσαία ζώνη: το σύστημα προσδένεται με κάποιον τρόπο στο έδαφος, και η πρόσβαση σε αυτό δεν προϋποθέτει τη χρήση πλοίου. Η εγκατάσταση μπορεί να γίνει είτε επί της ακτογραμμής είτε σε κάποια υπάρχουσα τεχνητή δομή, όπως ένας κυματοθραύστης. Το βάθος νερού είναι συνήθως μικρότερο των 15 m. 2) Παράκτια ζώνη: το βάθος νερού είναι πολύ μικρό για την εγκατάσταση συστημάτων μεγάλης ονομαστικής ισχύος (500kW 1Mw), τα οποία απαιτούν αγκύρωση. Επομένως, για την αξιοποίηση της συγκεκριμένης ζώνης αναπτύχθηκαν ειδικές δομές που εδράζονται στον πυθμένα. Το βάθος νερού είναι συνήθως μικρότερο των 25 m. 3) Υπεράκτια ζώνη: το βάθος νερού είναι πολύ μεγάλο για την εγκατάσταση συστημάτων τα οποία εδράζονται στον πυθμένα, γι' αυτό και σε αυτή τη ζώνη εγκαθίστανται πλωτά συστήματα που απαιτούν αγκύρωση. Το βάθος νερού είναι συνήθως μεγαλύτερο των 25 m. Μετατροπείς κυματικής ενέργειας μικρού βυθίσματος (για βάθος νερού μεταξύ 25 και 75 m). Μετατροπείς κυματικής ενέργειας μεγάλου βυθίσματος (για βάθος νερού μεγαλύτερο των 75 m). ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Για καθεμιά από τις ζώνες αυτές απαιτείται η ανάπτυξη ειδικών συστημάτων, βάσει των χαρακτηριστικών της ενεργειακής ροής της περιοχής, των φυσικών περιορισμών, των χαρακτηριστικών τοπογραφίας και βαθυμετρίας και άλλων παραγόντων που σχετίζονται με την εκάστοτε θέση επιλογής. 3.2 Χερσαία Ζώνη (βάθος νερού < 15 m) Οι μετατροπείς κυματικής ενέργειας (ΜΚΕ) που προορίζονται για εγκατάσταση στη χερσαία ζώνη έχουν τη δυνατότητα να αξιοποιούν τα τοπογραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής για την υποβοήθηση της διαδικασίας δέσμευσης της ενέργειας των κυμάτων. Η επιμελής επιλογή της θέσης εγκατάστασης είναι πρωταρχικής σημασίας, καθώς τα φυσικά χαρακτηριστικά της περιοχής μπορεί επίσης να έχουν επιζήμια αποτελέσματα για την ικανότητα του συστήματος να δεσμεύει την ενέργεια. Οι ΜΚΕ που προορίζονται για τη χερσαία ζώνη μπορούν επίσης να σχεδιαστούν για εγκατάσταση σε τεχνητές δομές, όπως κυματοθραύστες, προβλήτες, ή συστήματα παράκτιας προστασίας, έτσι ώστε να μειωθεί το κόστος των εργασιών του πολιτικού μηχανικού Πλεονεκτήματα Τα βασικά πλεονεκτήματα της χερσαίας ζώνης προκύπτουν από την προσβασιμότητα του σταθμού παραγωγής. Το πλεονέκτημα αυτό ισχύει τόσο κατά τη φάση της κατασκευής όσο και στη διάρκεια της λειτουργίας της μονάδας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ανάλογα με τη θέση εγκατάστασης και τις επικρατούσες κυματικές συνθήκες, θα μπορούσε να διατυπωθεί η υπόθεση ότι σε κάθε περίπτωση, οι εγκαταστάσεις επί της ακτής παρουσιάζουν το πλεονέκτημα της εύκολης πρόσβασης. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Αυτό σημαίνει ότι η εγκατάσταση του μηχανολογικού και του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού μπορεί να προχωρήσει σχεδόν ανεμπόδιστα υπό μέσες περιβαλλοντικές συνθήκες και το σημαντικότερο, τα έξοδα λειτουργίας και συντήρησης διατηρούνται σε πολύ χαμηλά επίπεδα αφού δεν απαιτείται η ενοικίαση πλοίων για τη μεταφορά της μονάδας στην ξηρά. Επίσης να αναφέρουμε ότι η καλωδίωση και η σύνδεση με το δίκτυο είναι επίσης πολύ πιο απλές στις εγκαταστάσεις επί της ακτής και δεν υπάρχει απαίτηση για εύκαμπτες γραμμές τροφοδοσίας ή υποθαλάσσιους συνδέσμους. Το κόστος των υποθαλάσσιων καλωδίων μεγάλου μήκους μπορεί να αποτελέσει ένα σημαντικό μέρος του συνολικού κόστους εγκατάστασης στα υπεράκτια πάρκα Μειονεκτήματα Όπως σε κάθε σχεδιαστικό εγχείρημα, τα περισσότερα πλεονεκτήματα συνοδεύονται από κάποιο μειονέκτημα, το οποίο πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη. Επειδή τα συστήματα αυτού του τύπου είναι σταθερά, δεν εναρμονίζονται με τις επικρατούσες συνθήκες. Κατ' επέκταση, πρέπει να είναι αρκετά εύρωστα ώστε να μπορούν να αντέξουν το σύνολο των περιβαλλοντικών δυνάμεων που δέχονται, ειδικά των δυνάμεων των επερχόμενων κυμάτων. Αυτό σημαίνει ότι η κατασκευή πρέπει να είναι ογκώδης κυρίως από ανάγκη και όχι λόγω σχεδιαστικής επιλογής.ο όγκος των υλικών συνδέεται άμεσα με το κόστος της εγκατάστασης, γι' αυτό και στα περισσότερα συστήματα της χερσαίας ζώνης χρησιμοποιούνται συμβατικά υλικά που στοιχίζουν λιγότερο, όπως το σκυρόδεμα. Το βασικότερο μειονέκτημα της χερσαίας ζώνης σχετίζεται με τις κυματικές συνθήκες. Κατά την είσοδο των κυμάτων σε περιοχές με μικρότερο βάθος νερού, το μέτωπο του κύματος σταδιακά κάμπτεται, με αποτέλεσμα η ενεργειακή ροή να κατανέμεται σε μεγαλύτερο μήκος. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

40 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Έτσι όμως μειώνεται η συγκέντρωση της κυματικής ενέργειας που είναι διαθέσιμη για το σύστημα. Η επιμελής επιλογή της θέσης εγκατάστασης μπορεί να ελαχιστοποιήσει αυτή την επίδραση. Ένας παράγοντας που μπορεί να έχει ακόμη μεγαλύτερη σημασία είναι η ασαφής φύση των κυμάτων κοντά σε εμπόδια όπως οι κρημνοί και οι τεχνητοί τοίχοι, η οποία δυσκολεύει ακόμη περισσότερο την πρόβλεψη της κυματομορφής και, κατά συνέπεια, τις βραχυπρόθεσμες προβλέψεις της ενεργειακής απόδοσης των ΜΚΕ. Επειδή οι ΜΚΕ αυτού του τύπου είναι σταθερά συστήματα,ο χρόνος υλοποίησης περιλαμβάνει τις εργασίες κατασκευής και είναι σημαντικός. Ένας ακόμη παράγοντας που πρέπει να εξεταστεί για τα χερσαία συστήματα είναι η στάθμη της παλίρροιας. Οι μεταβολές στη στάθμη του νερού επηρεάζουν τόσο τη δράση των κυμάτων όσο και την απόκριση των ΜΚΕ σε αυτή. Στα συστήματα με στατικές δομές, όπως οι μονάδες Ταλαντευόμενης Στήλης Ύδατος και Υπερπήδησης του Νερού, οι μεταβολές της στάθμης του νερού θα πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τον σχεδιασμό, έτσι ώστε να ελαχιστοποιηθούν οι οποιεσδήποτε ανεπιθύμητες ενέργειες Διατάξεις χερσαίων συστημάτων Ορισμένες διατάξεις αξιοποίησης της θαλάσσιας κυματικής ενέργειας που εγκαθίστανται στη χερσαία ζώνη είναι: Η διάταξη παλλόμενης στήλης νερού (Oscillating Water Column, OWC) Η διάταξη Limpet Η διάταξη Wavegen ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Έχουν σχεδιαστεί πολλά συστήματα για λειτουργία στη χερσαία ζώνη. Αυτά ποικίλλουν από πλωτές κατασκευές και μηχανικές συνδέσεις που προσδένονται σε προβλήτες και κυματοθραύστες μέχρι συστήματα διωρύγων με βαθμίδες. Στα τελευταία, το στένωμα της διώρυγας αυξάνει το ύψος των κυμάτων, κι έτσι το νερό υπερχειλίζει από τον τοίχο αντιστήριξης σε μια δεξαμενή. Η τελευταία διεργασία παράγει ένα ύψος πτώσης, με αποτέλεσμα το εγκλωβισμένο νερό να μπορεί να επιστρέψει στη θάλασσα μέσω ενός συμβατικού υδροστροβίλου. Δυστυχώς, το συγκεκριμένο σύστημα απαιτεί δεξαμενές μεγάλης χωρητικότητας, γεγονός που μεταφράζεται σε ανάγκη για περιβαλλοντική εξέταση. Αν και οι προσπάθειες για την ανάπτυξη συστημάτων όπως τα παραπάνω συνεχίζονται, το δημοφιλέστερο σύστημα για λειτουργία στη χερσαία ζώνη είναι η ταλαντευόμενη στήλη ύδατος [Oscillating water column-owc]. Η μονάδα Limpet, η οποία κατασκευάστηκε από την εταιρεία το 2000 στο νησί Islay της δυτικής ακτής της Σκωτίας, αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα της τεχνολογίας OWC σε εφαρμογή επί της ακτογραμμής. Η τρέχουσα διαμόρφωση της Limpet αποδίδει μέγιστη ισχύ 130 kw από δύο στροβίλους. Παρόλα αυτά, η ισχύς κυμαίνεται, καθώς η μονάδα είναι συνδεδεμένη με το δίκτυο και χρησιμοποιείται παράλληλα για έρευνα και δοκιμές. Η αρχή της ταλαντευόμενης στήλης ύδατος είναι ιδανική για τη χερσαία ζώνη, καθώς το βασικό τμήμα της κατασκευής μπορεί να είναι ένας σταθερός στεγανοθάλαμος. Ένας ένθερμος υποστηρικτής αυτής της τεχνολογίας είναι η εταιρεία Voith hydro Wavegen. Οι διατάξεις αυτού του τύπου επιτρέπουν την εγκατάσταση των συστημάτων στη σειρά, χωρίς την απαίτηση ύπαρξης κενού χώρου μεταξύ τους ώστε να επιτρέπεται η ελεύθερη κίνηση των σωμάτων, και επομένως αποδίδουν ένα καλό ποσοστό ενεργειακής απορρόφησης (όπως κάθε σταθερό σύστημα). Το συγκεκριμένο έργο αποτελείται από 16 μικρούς στεγανοθαλάμους, καθένας από τους οποίους έχει ονομαστική ισχύ περίπου 16 kw, που ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ λειτουργούν με βάση την αρχή της ταλαντευόμενης στήλης ύδατος. Οι στεγανοθάλαμοι τοποθετήθηκαν στον εξωτερικό βραχίονα ενός κυματοθραύστη στο Mutriku στη Χώρα των Βάσκων (Ισπανία), κοντά στο Μπιλμπάο. Οι μονάδες λειτουργούν με βάση τις ίδιες αρχές φυσικής όπως στο Limpet και θα παρέχουν στο τοπικό δίκτυο περίπου 300 kw ηλεκτρικής ενέργειας. Το συγκεκριμένο σύστημα αποτελεί ένα επιδεικτικό πρόγραμμα του 6ου Ευρωπαϊκού Προγράμματος-Πλαισίου και συντονίζεται από τη Βασκική Υπηρεσία Ενέργειας και μια τοπική μη κυβερνητική οργάνωση, τη Roboticker Technalia. Αποτελεί την πρώτη σημαντική μελέτη σειράς συσκευών Ταλαντευόμενης Στήλης Ύδατος (OWC). Αν και υπάρχει έντονη συζήτηση σχετικά με το χαμηλότερο κυματικό δυναμικό του χερσαίου περιβάλλοντος, η σύγχρονη τεχνολογία επιτρέπει τη δέσμευση ενός πολύ μεγαλύτερου ποσοστού αυτής της ενέργειας σε σχέση με το υπεράκτιο δυναμικό. Αυτό σημαίνει ότι η διαφορά ανάμεσα στην ενέργεια που παράγεται στις χερσαίες εγκαταστάσεις και την ενέργεια που παράγεται στις υπεράκτιες εγκαταστάσεις είναι μικρή. Παρόλα αυτά, η εφαρμογή της ίδιας τεχνολογίας σε παράκτιο περιβάλλον διατηρεί τα περισσότερα πλεονεκτήματα του χερσαίου περιβάλλοντος, με τα πρόσθετα οφέλη που προσφέρει το παράκτιο περιβάλλον. 3.3 Παράκτια ζώνη (βάθος νερού < 25 m) Τα συστήματα που προορίζονται για εγκατάσταση στην παράκτια ζώνη είναι ειδικά σχεδιασμένα ώστε να λειτουργούν αυτόνομα σε σχετικά μικρά βάθη νερού. Ως αποτέλεσμα, οι αγκυρώσεις δεν είναι χρήσιμες από πρακτική άποψη, γι' αυτό και τα συστήματα συνήθως εδράζονται στον πυθμένα, είτε με τη μορφή κατασκευών που στηρίζονται σε πασσάλους είτε με τη μορφή δομών βαρύτητας. Η πραγματική απόσταση μέχρι την ακτή θα εξαρτηθεί από τη φύση πυθμένα. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Γενικά πάντως, προτιμώνται σημεία όπου ο πυθμένας είναι επίπεδος ή παρουσιάζει μικρή κλίση επειδή δημιουργούν την ελάχιστη δυνατή όχληση στο κυματικό πεδίο Πλεονεκτήματα Η σχετική απομάκρυνση από τη φυσική ακτογραμμή προσφέρει το πλεονέκτημα των λιγότερο ασαφών κυματικών συνθηκών σε ότι αφορά την παραγωγικότητα του συστήματος. Ωστόσο, η θέση εγκατάστασης βρίσκεται και πάλι εντός του πεδίου θραύσης των κυμάτων, κάτι που συνεπάγεται μεγαλύτερα φορτία για τα συστήματα και τις θεμελιώσεις. Στις περισσότερες θέσεις τα επίπεδα κυματικής ενέργειας είναι παρεμφερή, ή ελαφρώς υψηλότερα, απ' ότι κατά μήκος της φυσικής ακτογραμμής. Το γεγονός ότι η απόσταση ανάμεσα στην ξηρά και το πάρκο κυματικής ενέργειας είναι μικρή συμβάλλει στον έλεγχο του κόστους των υποθαλάσσιων καλωδίων και μπορεί ακόμη να επιτρέψει την εγκατάσταση του πολυδάπανου και ευάλωτου συστήματος ανάκτησης της ενέργειας επί της ακτής Μειονεκτήματα Αν και η απόσταση μέχρι την ακτή είναι μικρή, ο χρόνος παραμονής στη θάλασσα για ορισμένες λειτουργίες είναι αναπόφευκτος κατά τη διάρκεια ζωής του κυματικού πάρκου. Όπως περιγράψαμε νωρίτερα η απαίτηση αυτή εισάγει έναν πρόσθετο παράγοντα κινδύνου στο έργο, ο οποίος θα πρέπει να ληφθεί υπόψη από τον φορέα υλοποίησης κατά τις οικονομικές και επιχειρηματικές προβλέψεις. Βέβαια, το μικρό βάθος νερού θα μπορούσε να επιτρέψει τη χρήση διαφόρων ειδών πλοίων, όπως μικρά ανυψωτικά συστήματα, που δεν επηρεάζονται τόσο από τις καιρικές ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ συνθήκες όσο τα πλωτά συστήματα, όμως οι αποφάσεις αυτές θα εξαρτηθούν σε έναν βαθμό από τη θέση επιλογής. Τα γεωλογικά χαρακτηριστικά του πυθμένα είναι μια σημαντική παράμετρος προς εξέταση στα παράκτια συστήματα, δεδομένου ότι η ύπαρξη μαλακού ιζήματος ή βραχώδους εδάφους μπορεί να προκαλέσει σημαντικά προβλήματα ή ακόμη και να αποκλείσει ορισμένες θέσεις ανάλογα με τον σχεδιασμό θεμελίωσης του συστήματος. Οι κατασκευές βαρύτητας είναι λιγότερο ευπαθείς στον βραχώδη τύπο πυθμένα, όμως σε αυτή την περίπτωση ο πυθμένας θα πρέπει να μπορεί να αντέξει τα υψηλά φορτία. Επειδή οι δομές βαρύτητας κατασκευάζονται συχνά από σκυρόδεμα έχουν συνήθως μεγάλο αποτύπωμα στον πυθμένα, γεγονός που μπορεί να δημιουργήσει τεχνικά και περιβαλλοντικά ζητήματα. Μια ακόμη απαίτηση για τα συστήματα αυτού του τύπου είναι η σταθερότητα του πυθμένα που, λόγω του μικρού βάθους, και θα πρέπει επίσης να μπορεί να αντέξει τη διάβρωση λόγω κυματισμού. Η τοποθέτηση του συστήματος τροφοδότησης και του υποσταθμού επί της ακτής θα απαιτήσει πρόσθετες οικοδομικές άδειες, ειδικά σε περιπτώσεις όπου οι δεξαμενές αποθήκευσης της ενέργειας αποτελούν τμήμα του συστήματος. Τα δύο συστήματα συχνά αφορούν διαφορετικές χωροταξικές αρχές. Λόγω του ότι είναι σταθερές κατασκευές, η αυξομείωση της στάθμης της θάλασσας λόγω παλίρροιας πρέπει να προσαρμοστεί στη σχεδίαση και τη λειτουργία του έργου Διατάξεις παράκτιων συστημάτων Oyster WaveStar Oceanlinx ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Ένα παράδειγμα παράκτιου Οριζόντια Ταλαντευόμενου Κυματικού Μετατροπέα είναι το σύστημα Oyster (εταιρεία Aquamarine Power) (σχήμα 3.1), το οποίο εδράζεται στον πυθμένα και χρησιμοποιεί μια διάταξη τύπου πτερυγίου. Η παλινδρομική κίνηση του πτερυγίου (η οποία προκαλείται από τον θαλάσσιο κυματισμό) θέτει σε κίνηση ένα έμβολο που αντλεί το νερό από τη θάλασσα στην ξηρά. Σχήμα 3.1 Λειτουργία συσκευής Aquamarine Power/Oyster Στη συνέχεια, το υψηλής πίεσης νερό χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενέργειας μέσω ενός στροβίλου τύπου Pelton. Αυτή τη στιγμή το σύστημα υποβάλλεται σε δοκιμές στη θάλασσα, στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Θαλάσσιας Ενέργειας το οποίο έχει τη βάση του στο Orkney της Σκωτίας. Η ιδανική τοποθεσία για πολλούς λόγους είναι στα 500 m από τη στεριά. Επιπλέον, αποδίδει καλύτερα σε βάθος 10 m. Δύο αδέρφια με πάθος για την ιστιοπλοΐα, ο Niels και ο Keld Hansen από το λιμάνι του Esbjerg στη Δανία, επινόησαν τη βασική αρχή λειτουργίας της μηχανής WaveStar το Η μηχανή αποτελείται από μια διπλή σειρά 20 πλαστικών πλωτήρων, οι οποίοι ανεβοκατεβαίνουν με τη βοήθεια των κυμάτων που εισρέουν ανά τακτά διαστήματα των 5-10 ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ sec. Έτσι με την κίνηση αυτή παράγεται κινητική ενέργεια, η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται σε περιστροφική και έπειτα σε ηλεκτρική. Εικόνα 3.1 Διάταξη WaveStar Εικόνα 3.2 Η κυματική διάταξη Oceanlinx ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η διάταξη Oceanlinx μεταφέρει ένα σύστημα που χρησιμοποιεί ροή συμπιεσμένου αέρα, ο οποίος δημιουργείται με την κρούση των κυμάτων κάτω από την πλατφόρμα, κινώντας μια ανεμογεννήτρια, η οποία στη συνέχεια με την κίνηση αυτή ενεργοποιεί μια ηλεκτρογεννήτρια. Δεδομένου ότι κινείται εμπρός και πίσω, η τουρμπίνα είναι επίσης σε θέση να παράγει ενέργεια με αέρα που κινείται σε δύο κατευθύνσεις. Η αναμενόμενη διάρκεια ζωής της κάθε διάταξης είναι περίπου 20 χρόνια. Η στιβαρή σχεδίαση καθιστά τις γεννήτριες να αντέχουν πολύ στις δύσκολες συνθήκες στον ανοικτό ωκεανό. 3.4 Υπεράκτια ζώνη (βάθος νερού > 25 m) Τα σύγχρονα συστήματα κυματικής ενέργειας έχουν σχεδιαστεί, στην πλειοψηφία τους για λειτουργία στην υπεράκτια ζώνη. Η ζώνη αυτή ξεκινά στο σημείο όπου το βάθος νερού είναι πολύ μεγάλο για την εγκατάσταση μονάδων που εδράζονται στον πυθμένα, αλλά κατάλληλο για την αγκύρωση μεγαλύτερων συστημάτων. Αν και οι τύποι των συστημάτων που προορίζονται για τη συγκεκριμένη ζώνη ποικίλλουν, μπορεί να γίνει μια γενικότερη κατηγοριοποίηση σε συστήματα μικρού βυθίσματος και συστήματα μεγάλου βυθίσματος. Η αρχή λειτουργίας των περισσότερων συστημάτων παραμένει ίδια: ένα σύστημα λήψης ισχύος τοποθετείται ανάμεσα σε δύο αδρανειακά σώματα με διαφορετική κίνηση για να δεσμεύσει την ενέργεια που παράγεται από αυτή τη διαφορά. Υπάρχουν βέβαια και άλλα συστήματα, όπως τα συστήματα υπερπήδησης του νερού και τα βυθισμένα συστήματα διαφοράς πίεσης, τα οποία εξετάζονται παρακάτω Πλεονεκτήματα Το βασικότερο πλεονέκτημα της υπεράκτιας ζώνης σχετίζεται με το κυματικό δυναμικό. Το κόστος καλωδίωσης και διάφορα άλλα πρακτικά ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ζητήματα συνεπάγονται την ανάπτυξη του έργου από τους φορείς υλοποίησης σε όσο το δυνατό μικρότερη απόσταση από την ακτή, ανάλογα βέβαια με την κλίση του πυθμένα. Από αυτή την άποψη, οι χώρες όπου η ακτογραμμή παρουσιάζει μεγάλη κατηφορική κλίση προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα. Σε γενικές γραμμές, τα επίπεδα πυκνότητας της κυματικής ενέργειας στην υπεράκτια ζώνη είναι υψηλότερα απ' ότι στις δύο άλλες ζώνες (τη χερσαία και την παράκτια) άρα και η ποιότητα των κυμάτων θα είναι λογικά καλύτερη από άποψη απαιτήσεων δέσμευσης της ενέργειας. Τα μοντέλα πρόβλεψης κυματισμού μπορούν να αποτελέσουν χρήσιμα εργαλεία στην υπεράκτια ζώνη, τόσο σε ότι αφορά τον σχεδιασμό λειτουργίας και συντήρησης όσο και ως προς τις εκτιμήσεις της παραγόμενης ισχύος. Οι ακτογραμμές όπου οι άνεμοι πνέουν από την κατεύθυνση της θάλασσας και έχουν μεγάλο ενεργό κυματικό ανάπτυγμα προσφέρουν επίσης πλεονεκτήματα για την ανάπτυξη της κυματικής ενέργειας, καθώς ο συγκεκριμένος συνδυασμός παράγει εξαιρετικά υψηλά ενεργειακά επίπεδα με αποτέλεσμα να μη χρειάζεται μέχρι στιγμής να προχωρήσουμε σε μεγαλύτερα βάθη νερού. Επειδή τα συστήματα που έχουν σχεδιαστεί για τη συγκεκριμένη ζώνη αγκυροβολούνται στον πυθμένα μπορούν έως έναν βαθμό να είναι συμβατά με τις επικρατούσες συνθήκες. Αυτό σημαίνει ότι οι μονάδες δεν χρειάζεται να μπορούν να αντέξουν τις ακραίες δυνάμεις μιας θύελλας. Γενικά, επειδή οι πλωτοί ΜΚΕ μπορούν να σχεδιαστούν ώστε να είναι μη αποδοτικοί σε πολύ υψηλές (θυελλώδεις) κυματικές συνθήκες, η επιβίωση είναι πιθανότερο να είναι περισσότερο θέμα αγκύρωσης παρά εξοπλισμού. Θα πρέπει όμως να σημειωθεί ότι ακόμη και αυτή η προσέγγιση έχει κάποιον λειτουργικό κίνδυνο, ο οποίος αυξάνεται σε συνάρτηση με το μέγεθος της διάταξης. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Μειονεκτήματα Τα βασικά μειονεκτήματα της υπεράκτιας ζώνης έχουν να κάνουν με τεχνικά και σχεδιαστικής φύσης ζητήματα.. Από αυτά εκείνο που έχει τη μεγαλύτερη επίδραση στη λήψη αποφάσεων είναι η αυξημένη απόσταση από τη στεριά, καθώς επηρεάζει τόσο τον χρόνο παραμονής στη θάλασσα όσο και τη διάρκεια των επιθυμητών καιρικών συνθηκών για την εκάστοτε λειτουργία. Αυτή η απόμακρη περιοχή επιβάλλει τη θεώρηση όλων των δραστηριοτήτων που αφορούν τη λειτουργία του κυματικού πάρκου ως δραστηριότητες στη θάλασσα, επομένως και αυστηρότερες προδιαγραφές υγείας και ασφάλειας. Η απαίτηση αυτή προφανώς θα αυξήσει το κόστος λειτουργίας. Η αυξημένη απόσταση από τη στεριά σημαίνει επίσης ότι απαιτούνται υποθαλάσσια καλώδια μεγαλύτερου μήκους (άρα και κόστους) καθώς και μια εύκαμπτη γραμμή τροφοδοσίας για τη σύνδεση του συστήματος με τα καλώδια. Μέχρι στιγμής η γραμμή τροφοδοσίας και οι συναφείς υποθαλάσσιοι σύνδεσμοι δεν έχουν δοκιμαστεί ως προς την αξιοπιστία. Το πρόβλημα της αυξημένης απόστασης από τη στεριά μπορεί να είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τα συστήματα μεγάλου βυθίσματος, εκτός αν το βάθος νερού αυξάνεται απότομα στα ανοιχτά της ακτής. Η γνώση εκ των προτέρων των κυματικών συνθηκών μιας οποιασδήποτε περιοχής είναι ουσιώδης, όχι μόνο σε ότι αφορά τους δείκτες απόδοσης για την υποβοήθηση της οικονομικής αξιολόγησης ενός κυματικού πάρκου, αλλά και ως προς τις συνολικές εργασίες προγραμματισμού της έναρξης λειτουργίας και της συντήρησης. Τα λεπτομερή συνοπτικά στατιστικά στοιχεία της κατάστασης θάλασσας στην περιοχή παρέχουν τις πληροφορίες ύψους κύματος που είναι απαραίτητες για τον σχεδιασμό των δραστηριοτήτων στη θάλασσα. Η συχνότητα εμφάνισης κυμάτων συγκεκριμένου ύψους θα διευκολύνει τις υπεράκτιες δραστηριότητες. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η λειτουργία ενός συστήματος σε μια περιοχή της θάλασσας με υψηλή ετήσια ενεργειακή ροή με ισχύ ανά μέτρο μετώπου κύματος μεταξύ 40 και 60 kw/m σημαίνει ότι το σύστημα θα πρέπει να μπορεί να αντέξει ακραίες καταιγίδες. Γενικά, θα πρέπει να αναμένονται καταστάσεις θάλασσας με ισχύ μεγαλύτερη των 500 kw/m, ενώ σε συνθήκες καταιγίδας τα συστήματα θα πρέπει να σχεδιαστούν για μεμονωμένα κύματα ισχύος μεγαλύτερης των 1000 kw/m Παραδείγματα υπεράκτιων συστημάτων μικρού βυθίσματος (βάθος νερού m) PELAMIS CETO WAVE DRAGON OCEAN ENERGY BUOY BULDRA Ο συγκεκριμένος τύπος συστημάτων είναι αυτός που εξετάζεται περισσότερο την παρούσα στιγμή αναφορικά. Υπάρχει ποικιλία σχεδίων, σε διάφορες κλίμακες, τα οποία ακολουθούν το πρόγραμμα ανάπτυξης 5 σταδίων των Συστημάτων Θαλάσσιας Ενέργειας της Διεθνούς Ένωσης Ενέργειας.Όπως προαναφέρεται, η πλειοψηφία των μονάδων λειτουργούν βάσει της ίδιας θεμελιώδους αρχής της φυσικής: της αρχής της αντίθετης δύο σωμάτων αδρανειακής μάζας. Υπάρχουν βέβαια και ορισμένες εναλλακτικές, οι οποίες παρουσιάζονται παρακάτω. Αν και οι μέθοδοι μετατροπής της ενέργειας είναι παρεμφερείς, χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνικές για την ενεργοποίηση της κίνησης της μάζας. Για λόγους σαφήνειας λοιπόν, είναι χρήσιμο να αναφερθεί ένα σύστημα κατηγοριοποίησης. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 1) Οι απορροφητές κυματικής ενέργειας: είναι πλωτές κατασκευές οι οποίες πρέπει να τοποθετούνται κάθετα προς τα επερχόμενα κύματα. Η ενέργεια δεσμεύεται κατά τη διέλευση των κυμάτων κατά μήκος του συστήματος. Αυτό οδηγεί σε μεγαλύτερο ποσοστό απορρόφησης απ' ότι στα συστήματα μικρού μήκους ή στα αξονοσυμμετρικά συστήματα. Η διάταξη Pelamis για παράδειγμα, αποτελεί τον πιο εξελιγμένο μετατροπέα κυματικής ενέργειας για λειτουργία στην υπεράκτια ζώνη. H μετασκευασμένη εκδοχή Ρ2 του συστήματος υποβάλλεται αυτή τη στιγμή σε περαιτέρω δοκιμές στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Θαλάσσιας Ενέργειας. Εικόνα 3.3 Η κυματική διάταξη Πηλαμύς 2) Τα βυθισμένα συστήματα διαφοράς πίεσης: χρησιμοποιούν τη διαφορά πίεσης των διαδοχικών κορυφών και κοίλων του κύματος ώστε να προκαλέσουν την άνοδο και την κάθοδο ενός πλωτού σώματος. Το σύστημα CETO, αναπτύσσεται από την Carnegy Wave Energy Limited και αποτελεί ένα παράδειγμα συστήματος το οποίο λειτουργεί βάσει της συγκεκριμένης αρχής. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

52 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Αυτή τη στιγμή, το σύστημα υποβάλλεται σε δοκιμές στη θάλασσα μεγάλης κλίμακας στο Perth της Αυστραλίας. Τα συστήματα αυτά αρμόζουν καλύτερα για την άντληση νερού για σκοπούς αφαλάτωσης παρά για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ονομαστική ισχύς κάθε μονάδας παραγωγής αναμένεται να είναι της τάξης των 250 kw. 3) Συστήματα τύπου υπερπήδησης του νερού: Η δυνατότητα συνδυασμού πολλών συστημάτων ανάκτησης της ενέργειας μικρότερης ονομαστικής ισχύος θα μπορούσε επίσης να αξιοποιηθεί από τα συστήματα τύπου υπερπήδησης του νερού. Ένας πρωτοπόρος της αρχής της υπερπήδησης είναι η δανέζικη εταιρεία Wave Dragon. Σε κλίμακα πρωτοτύπου ο συγκεκριμένος ΜΚΕ θα μπορούσε να κατασκευαστεί για διάφορες συνθήκες λειτουργίας με ονομαστική ισχύ μεταξύ 4 και 12 MW. Εικόνα 3.4 Η κυματική διάταξη Wave Dragon 4) Η ταλαντευόμενη στήλη ύδατος: Ένα πλεονέκτημα αυτού του πλωτού ΜΚΕ είναι ότι η δυναμική της γάστρας, καθώς και η κίνηση της στήλης ύδατος, μπορεί να σχεδιαστεί ώστε να συμβάλλει στο συνολικό δυναμικό ενέργειας του συστήματος. Αυτή τη στιγμή η ιρλανδική εταιρεία Ocean Energy υποβάλλει σε δοκιμές στη θάλασσα, στο Galway Bay, ένα ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

53 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ σύστημα κλίμακας 1:4. Ένα τυπικό σύστημα Ocean Energy Buoy θα είχε ονομαστική ισχύ 1 ΜW. 5) Οι σημειακοί απορροφητές: είναι συνήθως αξονοσυμμετρικά συστήματα με διαστάσεις μικρότερες του ενός τρίτου του μέσου μήκους κύματος. Το γεγονός ότι πρόκειται για αξονοσυμμετρικά συστήματα σημαίνει ότι είναι λιγότερο ευπαθή στην κατεύθυνση προσέγγισης του μετώπου κύματος και σε κυματισμούς πεπερασμένου ύψους οι οποίοι δημιουργούνται από τη διασπορά της ενεργειακής ροής. Υπάρχουν διάφορα συστήματα, τα οποία μπορούν είτε να εδράζονται στον πυθμένα είτε να είναι πλωτές αγκυροβολημένες μονάδες, όπως η κυματική διάταξη Buldra που θα αναλύσουμε σε βάθος στο επόμενο κεφάλαιο περιγράφοντας τις λειτουργίες και τα τεχνικά χαρακτηριστικά της. Εικόνα 3.5 Κυματική διάταξη Buldra ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

54 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παραδείγματα υπεράκτιων συστημάτων μεγάλου βυθίσματος (βάθος νερού < 75 m) POWER BUOY WAVEBOB Οι κατασκευαστές διατάξεων κυματικής ενέργειας προσανατολίζονται προς συστήματα των οποίων η σχεδίαση βασίζεται σε εξέδρες σχετικά μεγάλου βυθίσματος. Τα περισσότερα από αυτά τα συστήματα θα ταξινομούνταν ως τύπου σημειακού απορροφητή. Ένα προφανές μειονέκτημα των μονάδων αυτών είναι ότι απαιτούν μεγαλύτερο βάθος νερού, γεγονός το οποίο μπορεί να επιβάλλει την εγκατάσταση του κυματικού πάρκου σε ακόμη μεγαλύτερες αποστάσεις από την ακτή. Το μειονέκτημα αυτό θα μπορούσε να αντισταθμιστεί από το γεγονός ότι οι ΜΚΕ αυτού του τύπου είναι υψηλής ισχύος και μπορούν να λειτουργήσουν σε περιοχές με ελαφρά μεγαλύτερο κυματικό δυναμικό. Δύο εταιρείες που κατασκευάζουν συστήματα αυτού του τύπου είναι ο αμερικανικός όμιλος Ocean Power Technology (ΟΡΤ) και η ιρλανδική εταιρεία Wavebob. Αν και τα συστήματα των δύο εταιρειών είναι παρεμφερή ως προς την εμφάνιση, η κάθε εταιρεία ακολουθεί μια διαφορετική φιλοσοφία για να ενεργοποιήσει την ικανότητα απορρόφησης της ενέργειας των συστημάτων. Αυτή τη στιγμή η εταιρεία υποβάλλει σε δοκιμές το σύστημα Powerbuoy σε διάφορους χώρους ανά τον κόσμο, σε εκδοχές μειωμένης ισχύος του συστήματος, και σχεδιάζει να θέσει σε λειτουργία μονάδες ονομαστικής ισχύος 150 kw στη Νότια Αμερική και την Ευρώπη. Παράλληλα, μια μονάδα ονομαστικής ισχύος 500 kw βρίσκεται στο στάδιο σχεδιασμού. Μια διαφορετική προσέγγιση ακολουθείται στο σύστημα Wavebob. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Σε αυτή την περίπτωση ο επιφανειακός πλωτήρας αντιδρά σε ένα βυθισμένο έρμα, το οποίο είναι σχεδιασμένο ώστε τα δύο στοιχεία να έχουν διαφορετική περίοδο ταλάντωσης. Μεταξύ των δύο σωμάτων παρεμβάλλεται το σύστημα ανάκτησης της ενέργειας, το οποίο μετατρέπει την κυματική ενέργεια σε μηχανική κίνηση και στη συνέχεια μετατροπή σε ηλεκτρική. Όπως ακριβώς η πρόσθετη μάζα του δίσκου απόσβεσης του συστήματος Powerbuoy, η μονάδα Powerbob χρησιμοποιεί για έρμα νερό, το οποίο περιέχεται σε μια μεγάλη βυθισμένη δεξαμενή. Το πλεονέκτημα του υδάτινου έρματος είναι ότι η αδράνεια μπορεί να προστεθεί στο σύστημα χωρίς να απαιτείται αλλαγή στο βάρος ή μετατόπιση της μονάδας. Η εταιρεία ακολουθεί τη Συμφωνία Εφαρμογής των Συστημάτων Θαλάσσιας Ενέργειας της Διεθνούς Ένωσης Ενέργειας και σύντομα θα προβεί σε δοκιμή του συστήματος κλίμακας 1:4 στο Galway Bay της Ιρλανδίας. Η αναμενόμενη ονομαστική ισχύς ενός συστήματος Wavebob πλήρους κλίμακας είναι τουλάχιστον 1 ΜW. Οι πρώτες δοκιμές οδήγησαν σε τροποποιήσεις της μονάδας, σε ό,τι αφορά το μηχανισμό ανάκτησης της ενέργειας. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ BULDRA ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA 4.1 Γενικά Η κυματική διάταξη Buldra μοιάζει με μια απλή πλωτή εξέδρα, με τη διαφορά ότι από κάτω της κρέμονται κύλινδροι σε σχήμα αυγού οι οποίοι επιπλέουν. Η ενέργεια απορροφάται από τα κύματα, με την κίνηση των κυλίνδρων πάνω και κάτω. Αυτή η γραμμική και κάθετη κίνηση στη συνέχεια μετατρέπεται σε περιστροφική κίνηση μέσω ενός υδραυλικού συστήματος και με τη χρήση ενός υδραυλικού μοτέρ, κινεί μια γεννήτρια για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Μια άλλη σημαντική διαφορά είναι ότι η δομή της εξέδρας είναι φτιαγμένη με ελαφρύ και σύνθετο υλικό, αντί για χάλυβα. Αρχικά, το μοντέλο κλίμακας 1:20 της εξέδρας κατασκευάστηκε στα εργαστήρια του Marintek / SINTEF στο Trondheim της Νορβηγίας. Τα αποτελέσματα από αυτές τις πρώτες δοκιμές ήταν αρκετά ενθαρρυντικά και έτσι οδήγησαν στην κατασκευή της διάταξης Buldra, το οποίο ήταν και το όνειρο του Fred Olsen. Έπειτα από αυτήν την επιτυχία κατασκευάστηκε μια νέα εξέδρα σε κλίμακα 1:3 η οποία ήταν m (μήκος πλάτος), καθώς απέχει και 8m από την επιφάνεια της θάλασσας. Επίσης οι υδραυλικοί πύργοι έχουν 7m ύψος. Η κανονική έκδοση του Buldra θα είναι m. Σύμφωνα με την εκτίμηση του Fred Olsen για την παραγωγή ενέργειας, το πλήρους κλίμακας μοντέλο θα παράγει 2,52 MW από κύματα 6m σε περίοδο 9 sec. Αυτή η δύναμη είναι αρκετή ώστε να παρέχει σε 600 νοικοκυριά την απαραίτητη ενέργεια και είναι περίπου ισοδύναμη με την παραγωγικότητα μίας ανεμογεννήτριας. Στόχος είναι παραγωγή ενέργειας της τάξεως των 2,8 / kwh. Κάθε διάταξη μετατροπής κυματικής ενέργειας Buldra εκτιμάται ότι θα κοστίσει 3-4 εκατομμύρια ευρώ για την κατασκευή της. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

57 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ BULDRA Ο Fred Olsen έχει αποδείξει ότι όλο αυτό το έργο που αφορά την κυματική ενέργεια είναι ρεαλιστικό, αλλά έχει ακόμη αρκετό δρόμο ώστε να αποδείξει και την ανταγωνιστικότητά του σε σχέση με άλλες ανανεώσιμες μορφές ενέργειας. Η κατασκευή, το κόστος λειτουργίας και συντήρησης πρέπει να ελαχιστοποιούνται και η παραγόμενη ενέργεια να μεγιστοποιείται για να εξασφαλίσουν την επικερδή και μακροπρόθεσμη λειτουργία. 4.2 Ιστορική αναδρομή Οι αρχικές εργασίες για τους μετατροπείς κυματικής ενέργειας (FO 3 ) άρχισε το 2001, με στόχο την ανάπτυξη με οικονομικά αποδοτική και φιλική προς το περιβάλλον τεχνολογία για τη μετατροπή της ενέργειας των κυμάτων σε ηλεκτρική. Η αρχική έρευνα πραγματοποιήθηκε στο Τμήμα Μαθηματικών του Πανεπιστημίου του Όσλο (Νορβηγία), καθώς και στο Νορβηγικό Πανεπιστήμιο Επιστημών και Τεχνολογίας (NTNU) στο Trondheim. Οι αρχικές σκέψεις για την κατασκευή (FO 3 ) μετατροπέα κυματικής ενέργειας Buldra, έγιναν με την σκέψη ότι η κατασκευή αυτή θα χρησιμοποιεί διάφορους πλωτήρες οι οποίοι θα τοποθετούνται σε ένα πλέγμα. Μετά την εννοιολογική μοντελοποίηση του σχεδιασμού και της θεωρητικής προσέγγισης ξεκίνησε ο γενικός σχεδιασμός του. Το μοντέλο της κατασκευής (FO 3 ) με 21 πλωτήρες τοποθετημένους στο κάτω μέρος της κατασκευής, που λειτουργούν σαν έμβολα, εγκαταστάθηκε και δοκιμάστηκε στη δεξαμενή του ωκεανού στο εργαστήριο στο SINTEF (Marintek) στο Trondheim,στις αρχές του 2004 σε κλίμακα 1:20. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

58 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ BULDRA Εικόνα 4.1 Το μοντέλο της κατασκευής (FO 3 ) με 21 πλωτήρες το 2004 Μετά την επιτυχή δοκιμή, αποφασίστηκε να πάει για θαλάσσιες δοκιμές. Μια ολοκληρωμένη διάταξη σε κλίμακα 1:3 κατασκευάστηκε στο ναυπηγείο Brevik στη Νορβηγία και ξεκίνησε στη θάλασσα τον Φεβρουάριο του 2005 στα ανοικτά της νότιας ακτής της Νορβηγίας. Η διάταξη αυτή χρησιμοποιείται εκτεταμένα για την παρακολούθηση και τον έλεγχο. Τα δεδομένα από αυτή την εξέδρα δοκιμών θα χρησιμοποιούνται σε διατάξεις μετατροπών κυματικής ενέργειας Buldra (FO 3 ). ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

59 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ BULDRA Εικόνα 4.2 Η κατασκευή ξεκίνησε σαν ανάπτυξη ιδεών το 2000 και το 2003 έγινε η αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας Εικόνα 4.3 Τα πρώτα τεστ της εξέδρας έγιναν το Φεβρουάριο του 2004 σε κλίμακα 1:20 ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

60 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ BULDRA Εικόνα 4.4 Η πρώτη δοκιμή σαν σύστημα παραγωγής έγινε τον Απρίλιο του 2004 σε κλίμακα 1:3 Εικόνα 4.5 Ο πρώτος έλεγχος στον ωκεανό έγινε το χειμώνα του 2005 σε κλίμακα 1:3 ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ BULDRA 4.3 Η τρέχουσα κατάσταση του προγράμματος Οι Νορβηγικές αρχές χορήγησαν άδεια στον Fred Olsen,τον δημιουργό της κυματικής διάταξης, να στηριχτούν οι εγκαταστάσεις παραγωγής κυματικής ενέργειας στο νησί Karmoy,στη δυτική ακτή της Νορβηγίας. Το πρόγραμμα ολοκληρώθηκε το 2007 και σε αυτήν την περίοδο βρίσκεται στη φάση εφαρμοσμένης μηχανικής του κυρίως σε Σκανδιναβικές αλλά και σε άλλες χώρες τις Ευρώπης. Θεωρώντας ότι η πρωτοβουλία του Fred Olsen καταδεικνύει την οικονομική βιωσιμότητα της δύναμης των κυμάτων, η εταιρία ABB θα είναι σε ευνοϊκή θέση να παραδώσει την αυτοματοποίηση και τον ηλεκτρικό εξοπλισμό για την μεγάλη κλίμακας παραγωγή των πλεούμενων εξεδρών WEC. Ο Fred Olsen έχει αποδείξει ότι το πρόγραμμά του, δηλαδή η δύναμη που παράγεται από τα κύματα, είναι ρεαλιστικό, αλλά έχει ακόμα δρόμο για την απόδειξη της ανταγωνιστικότητάς του. Η λέξη κλειδί είναι η βελτιστοποίηση. Τα ιδιαίτερα περιθώρια του πετρελαίου και της βιομηχανίας φυσικού αερίου δεν ισχύουν για τη δύναμη κυμάτων. Η κατασκευή, η λειτουργία και τα κόστη συντήρησης πρέπει να ελαχιστοποιηθούν και η παραγωγή δύναμης να μεγιστοποιηθεί, για να εξασφαλίσει κερδοφόρα και μακροπρόθεσμη λειτουργία. Το διεπιστημονικό οικονομικοαποδοτικό πρόγραμμα ενεργειακών μετατροπέων κυματικής ενέργειας (SEEWEC) αξιολογεί αυτήν την περίοδο κάθε πτυχή της (F0 3 ) κατασκευής,που βλέπει εάν μπορούν να γίνουν βελτιώσεις. Η δοκιμή ακολουθείται σε διαφορετικά επίπεδα: νέες μορφές κυλίνδρων, νέο σχέδιο εξεδρών και χρήση νέων υλικών. Η δοκιμή είναι σε εξέλιξη για να καθιερώσει αν μια γραμμική ή αν μια περιστρεφόμενη γεννήτρια θα ήταν αποδοτικότερη καθώς και πώς να μεγιστοποιήσει την παραγωγή δύναμης δεδομένου ενός ορισμένου κλίματος κυμάτων. Επίσης είναι σε εξέλιξη ο τρόπος σύνδεσης διάφορων εγκαταστάσεων (WEC), και η διαδικασία για το πώς θα μεταφερθεί η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια ως την ξηρά. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

62 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ BULDRA ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA 5.1 Γενικά Στο πλαίσιο του έκτου προγράμματος πλαισίου της Ευρωπαϊκής Ένωσης το 2005 ξεκίνησε το έργο κατασκευής της διάταξης Buldraseewec. Υποστηρικτές αυτού του έργου είναι κάποια πανεπιστήμια αλλά και κάποιες εταιρίες κυρίως της βόρειας Ευρώπης όπως : Το Πανεπιστήμιο της Γάνδης (Βέλγιο), Spiromatic NV (Βέλγιο), η εταιρία ABB (Σουηδία), Standfast Yachts (Κάτω Χώρες), Brevik Μηχανικών A.S. (Νορβηγία), η εταιρία Marintek (SINTEF) (Νορβηγία), το Νορβηγικό Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας (Νορβηγία), Instituto Superior Technico (Πορτογαλία), το τεχνολογικό πανεπιστήμιο Chalmers (Σουηδία), Fred Olsen Ltd (UK) και Natural Power Consultants Ltd (Ηνωμένο Βασίλειο). Σε αυτό το project θα μελετηθεί η μετατροπή της κυματικής ενέργειας με την χρήση κάποιων απορροφητών-πλωτήρων, οι οποίοι βρίσκονται μέσα στη θάλασσα. Η πλωτή αυτή εξέδρα κάτω από την οποία βρίσκονται οι απορροφητές μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οποιοδήποτε βάθος. Εδώ πρέπει να αναφέρουμε ότι όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος τόσο περισσότερη είναι και η ενέργεια. Τα πρώτα σημαντικά βήματα για το σχεδιασμό και την παραγωγή είναι η δημιουργία σύνθετων κινούμενων απορροφητών που θα μπορούν να επιπλέουν στο νερό. Αυτές οι σημαδούρες λέγονται «αυγά» εξαιτίας του ωοειδούς σχήματός τους. Το υλικό που χρησιμοποιείται είναι ενισχυμένη συνθετική ίνα. Οι κύριοι λόγοι για τους οποίους δεν χρησιμοποιείται το μέταλλο είναι η διάβρωση και η συντήρηση στη θάλασσα. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

63 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ BULDRA Το πρώτο πράγμα είναι η επιλογή βασικού ενισχυμένου υλικού με συνθετικές ίνες για την κατασκευή των πλωτήρων, καθώς και τον προσδιορισμό των βασικών μηχανικών χαρακτηριστικών. Στη συνέχεια, το λογισμικό Cadwind έχει χρησιμοποιηθεί για τον μελλοντικό υπολογισμό των καιρικών συνθηκών βάσει στατιστικών δεδομένων, για οποιοδήποτε υλικό αποφασιστεί ότι θα είναι αυτό από το οποίο θα κατασκευαστούν τα «αυγά». Έπειτα σειρά έχει το ABAQUS, ένα πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση των τάσεων και των θερμοκρασιακών πεδίων σε κατασκευές. Στις πειραματικές δοκιμές για την αντοχή του πλωτήρα σε συνθήκες πίεσης και καταπόνησης από το νερό, έχει κατασκευαστεί συσκευή δημιουργίας κυμάτων, βάσει της οποίας συλλέγονται πολύ σημαντικά δεδομένα. Όμως για να καταλήξουμε στη δημιουργία απορροφητών σε ωοειδές σχήμα μια σειρά πειραμάτων σε διάφορα σχήματα είχε προηγηθεί σε έναν κώνο, σε ένα πλήρες κύλινδρο, σε ένα κοίλο κύλινδρο και σε πολλά άλλα. Στο μέλλον, θα γίνουν περαιτέρω πειράματα σε αυτά και σε άλλα δείγματα προκειμένου να βρεθεί κάποιο καλύτερο. Δυστυχώς δεν παρέχονται περεταίρω πληροφορίες για τους απορροφητές για λόγους προστασίας του απορρήτου του έργου της διάταξης Buldra (SEEWEC). Το έργο SEEWEC είναι χτισμένο γύρω από την κατασκευή FO 3 : ένας ισχυρός πλωτός μετατροπέας κυματικής ενέργειας, που προορίζεται να εγκατασταθεί κοντά στην ακτή και να οδηγήσει σε ανταγωνιστική και οικονομικά αποτελεσματική εκμετάλλευση της κυματικής ενέργειας κατά μήκος των (ευρωπαϊκών) ακτών. Ο γενικός στόχος του SEEWEC είναι να βοηθήσει στην περαιτέρω ανάπτυξη του μετατροπέα κυματικής ενέργειας (FO 3 ) μέσω της εκτεταμένης χρήσης και εμπειρίας του εργαστηρίου Buldra από την παρακολούθηση της εξέδρας κλίμακας 1:03 και τον ίδιο σταθμό δοκιμών του συστήματος (SSTS) στο Løkstad. Το έργο θα επικεντρωθεί στην ισχυρή οικονομικά αποδοτική λύση και στο σχεδιασμό μεγάλης κλίμακας παραγωγής. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ BULDRA Το έργο SEEWEC υποστηρίζει την ανάπτυξη μιας νέας βιώσιμης τεχνολογίας για την παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας που στο μέλλον θα έχουν τη δυνατότητα να: παράγουν ηλεκτρική ενέργεια χωρίς την καύση του άνθρακα. μειώσουν την εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα. αυξάνουν την διαθεσιμότητα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. συμβάλλουν στην διαφοροποίηση και την ασφάλεια του ενεργειακού εφοδιασμού της Ευρώπης. Ελαχιστοποιούν τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της παραγωγής ενέργειας. αυξάνουν την οικονομική βιωσιμότητα των τεχνολογιών ανανεώσιμης ενέργειας. Ενώ η αρχική ιδέα του πλωτήρα (FO 3 ) ήταν μια πλωτή εξέδρα, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι άξιζε να ακολουθηθεί μια εναλλακτική λύση που να βασίζεται σε ένα μόνο πλωτήρα και να προσδένεται άμεσα στο βυθό της θάλασσας και όχι να συνδέεται με μια μόνο εξέδρα. Ένας λόγος για την εξέταση της ιδέας ήταν το γεγονός ότι οι αρχικές εκτιμήσεις του δείκτη σύλληψης ενέργειας των πλωτήρων εξέδρας αποδείχθηκαν υπερβολικά αισιόδοξες. Μια πλήρη πλωτή εξέδρα αρχικά αναμενόταν να συλλάβει αρκετή ενέργεια για να δικαιολογήσει την εγκατεστημένη ισχύ 1,5 MW (με 3000 πλήρες φορτίο σε αντίστοιχες ώρες). Η τελική διάταξη έχει ως στόχο την απλότητα στο σχεδιασμό, την ευελιξία στην ανάπτυξη και σχετικά χαμηλό κόστος σε όλη την ανάπτυξη, τη δοκιμή, την κατασκευή, τη λειτουργία και τον παροπλισμό των διαδικασιών. 5.2 Επιστημονικά επιτεύγματα και αποτελέσματα Τα πεδία δοκιμών και η συλλογή στοιχείων έχουν γίνει σε διαφορετικούς τόπους δοκιμής. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ BULDRA Τα αποτελέσματα και τα δεδομένα από τις αρχικές δοκιμές μοντέλου διεξάγονται από το Marintek που διατίθενται για το έργο SEEWEC. Δύο πλωτήρες κύματος έχουν εγκατασταθεί για τη συλλογή δεδομένων κύματος για δύο τοποθεσίες, οι οποίες είναι υπό εξέταση. Δοκιμές έχουν δείξει ότι είναι δυνατόν να εξαχθεί αποτελεσματικά ωφέλιμη ενέργεια από τα κύματα του ωκεανού χρησιμοποιώντας μια άμεση κίνηση (μηχανικά / ηλεκτρικά). Στο τέλος του προγράμματος αποκτήθηκε η απόδοση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας έως και 65% (με μέσο όρο 40%) του εισερχόμενου ρεύματος. Εικόνα 5.1 Εξέδρα διάταξης Buldra με 4 πλωτήρες 5.3 Προσδιορισμός κατάλληλων περιοχών για ανάπτυξη κυματικής ενέργειας Σε πρώτη φάση, τα κριτήρια (π.χ. περίοδος κύματος, σημαντικό ύψος κύματος, το βάθος του νερού, η σύνδεση με το δίκτυο και άλλοι θαλάσσιοι ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ BULDRA χρήστες, εγκαταστάσεις κτηρίων) ορίσθηκαν ως βάση για την παγκόσμια μέθοδο για την αξιολόγηση των τόπων. Δεύτερον, οι παράκτιες περιοχές όρισαν συνάντηση για τις βασικές απαιτήσεις της εγκατάστασης των διατάξεων, στο Ηνωμένο Βασίλειο, την Ιρλανδία, την Ισπανία, την Πορτογαλία και την Γαλλία, για την ανάπτυξη των FO 3 διατάξεων με κριτήρια: το επίπεδο της κυματικής ενέργειας, την απόσταση από την ακτή, τη σύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο καθώς και το περιβάλλον. Παρακάτω υποδεικνύονται οι κατάλληλες παράκτιες περιοχές για την τοποθέτηση των κυματικών διατάξεων Buldra, που θα συμβάλλουν στην ανάπτυξη της κυματικής ενέργειας. Σχήμα 5.1 Επίπεδα κυματικής ενέργειας σε kw/h 5.4 Δημιουργία υλικού για την κατασκευή των σημείων απορρόφησης της εξέδρας Αρχικά καθορίστηκαν τα βασικά μηχανικά χαρακτηριστικά των ενισχυμένων ινών. Επίσης έχουν μελετηθεί και καθοριστεί τα απαιτούμενα ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

67 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ BULDRA πάχη, η στοίβαξη, τα ενισχυτικά ελάσματα, ώστε να έχουν όρια στη γεωμετρία για την κατασκευή. Επίσης η έννοια της βέλτιστης διαδικασίας της κατασκευής, λόγω της αυτοματοποιημένης παραγωγής μεγάλης κλίμακας, μελετήθηκε και αξιολογήθηκε από την κατασκευή των πλωτήρων μεγάλης κλίμακας (διάμετρος 1,75 m). Τα βασικά μηχανικά χαρακτηριστικά ελέγχθηκαν από δοκιμές κοπώσεως, μικρής και μεγάλης κλίμακας, δοκιμές πτώσης (αντίστοιχα Σχήμα 5.2 και Σχήμα 5.3) και μια δοκιμή θραύσης. Σχήμα 5.2 Δοκιμές πτώσης μικρής κλίμακας (Αντίστοιχα:20,45 κώνου και ημισφαίριο) Σχήμα 5.3 Δοκιμές πτώσης μεγάλης κλίμακας ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

68 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ BULDRA 5.5 Βασικά χαρακτηριστικά SEEWEC (FO3) Ένας ισχυρός πλωτός μετατροπέας ενέργειας των κυμάτων. Εγκατάσταση κοντά στην ακτή. Να οδηγήσουν σε οικονομία της κυματικής ενέργειας. Συνδυασμός υπεράκτιας βιομηχανίας με τη γνώση μετατροπής της κυματικής ενέργειας. Συνολικός στόχος της κατασκευής (FO 3 ) είναι να παράγει ηλεκτρική ενέργεια σε ανταγωνιστικές τιμές. 5.6 Συνολικός σχεδιασμός της εξέδρας και του πλωτήρα Σχήμα 5.4 Δύο διαφορετικά κελύφη έχουν αξιολογηθεί Σχήμα 5.5 Δύο θέσεις εναλλακτικές για τους πλωτήρες ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ BULDRA Για τη βέλτιστη σύλληψη της ενέργειας του πλωτήρα, οι σημαδούρες (πλωτήρες) προσδιορίστηκαν με βάση τις μελέτες ευαισθησίας όσον αφορά τις διαστάσεις, το βάρος,το σχήμα και τις λειτουργικές καταστάσεις της θάλασσας. Οι υδροδυναμικές πιέσεις εκτιμήθηκαν πειραματικά και θεωρητικά. Η κατασκευαστική σχεδίαση των FO 3 κατασκευών που αποτελείται από μια ημιυποβρύχια εξέδρα και τους πλωτήρες απορρόφησης ενέργειας, διερευνήθηκε με ιδιαίτερη μέριμνα για την επιβίωση σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες. Δύο κύριοι τύποι σκελετών πλοίων είχαν προβλεφθεί (Σχήμα 5.4). Επίσης μελετήθηκε η επίδραση της θέσης απορρόφησης στις συνθήκες επιβίωσης για τις επιδόσεις (Σχήμα 5.5). Η κατασκευή (Σχήμα 5.6) μελετήθηκε με βάση ένα μοντέλο προσομοίωσης στο πεδίο του χρόνου (Σχήμα 5.7). Σχήμα 5.6 Σκίτσο πειράματος Σχήμα 5.7 Μοντέλο προσομοίωσης ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

70 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ BULDRA 5.7 Συστήματα συλλογής ενέργειας Τα διάφορα συστήματα άμεσης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας για τον πλωτήρα κυματικής ενέργειας έχουν αναπτυχθεί και αναλυθεί. Στη συνέχεια ερευνήθηκαν τρία διαφορετικά συστήματα συλλογής για την εξέδρα και τρία διαφορετικά συστήματα συλλογής ενέργειας για την εκμετάλλευσή της. Επίσης εξετάστηκε η επίδραση των διαφόρων παραμέτρων (επίπεδα τάσης, απόσταση μεταφοράς και ο αριθμός των εγκατεστημένων πλωτήρων) σχετικά με τα συστήματα βάσης. Για κάθε περίπτωση, η παραγωγή ενέργειας και το κόστος του συστήματος συλλογής και μεταφοράς, υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας μοντέλα εξαρτημάτων. Έπειτα αξιολογήθηκαν διαφορετικές στρατηγικές ελέγχου,για τη βέλτιστη εξαγωγή ενέργειας. Ένα μαθηματικό υδροδυναμικό μοντέλο αναπτύχθηκε μεταξύ της ενέργειας ενός πλωτήρα και των κυμάτων,με σκοπό την αξιολόγηση των διαφόρων ελέγχων. Τέλος μελετήθηκαν οι τρεις πτυχές της διασύνδεσης του δικτύου: η εξομάλυνση της ενέργειας και η ρύθμιση της υψηλής και χαμηλής τάσης Παραγωγή ρεύματος με ηλεκτρομαγνητισμό Οι εμβολοφόροι κινητήρες αποτελούνται από ένα σύστημα κυλίνδρουεμβόλου. Αυτή η λειτουργία είναι ίδια με αυτήν των Μηχανών Εσωτερικής Καύσης, μόνο που στην περίπτωσή μας δεν υπάρχουν κύλινδροι και η κίνηση των εμβόλων είναι αντίστροφη. Το έμβολο εκτελεί παλινδρομική κίνηση μέσα στον κύλινδρο υπό την πίεση που ασκούν σε αυτό το νερό από τα κύματα. Η παλινδρομική αυτή κίνηση του εμβόλου μεταδίδεται ως περιστροφική στον άξονα του κινητήρα με κατάλληλο μηχανισμό που αποτελείται από το διωστήρα και το στρόφαλο. Ο στροφαλοφόρος άξονας του κινητήρα δίνει το μηχανικό έργο ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

71 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ BULDRA στην γεννήτρια η οποία με την σειρά της το μετατρέπει σε ηλεκτρικό ρεύμα σύμφωνα με το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Με βάση λοιπόν το φαινόμενο της επαγωγής (δηλαδή ένα αγώγιμο ηλεκτρικά υλικό),όταν ένας αγωγός κινείται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο τότε μέσα στον αγωγό αναπτύσσεται ηλεκτρεγερτική δύναμη από επαγωγή,δηλαδή ηλεκτρικό δυναμικό το οποίο είναι και το αίτιο εμφάνισης ηλεκτρικού ρεύματος στον αγωγό. Σχήμα 5.8 Ηλεκτρογεννήτρια Οι ηλεκτροκινητήρες διακρίνονται σε δύο βασικές κατηγορίες : στους κινητήρες συνεχούς ρεύματος και στους κινητήρες εναλλασσομένου ρεύματος, οι οποίοι καλύπτουν και την πλειοψηφία των εφαρμογών. Οι κινητήρες εναλλασσομένου ρεύματος καλύπτουν το μεγαλύτερο όγκο εφαρμογών στη βιομηχανία. Το μεγάλο τους πλεονέκτημα σε σχέση με τους κινητήρες συνεχούς ρεύματος είναι μπορούν να προσφέρουν πολύ μεγαλύτερη ισχύ για το ίδιο μέγεθος κινητήρα,με αρκετά μεγάλο βαθμός απόδοσης. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

72 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ BULDRA Μεταφορά ενέργειας στην ξηρά με χρήση πλήμνης κυμάτων Η Πλήμνη κυμάτων (εικόνα 5.2) είναι σαν μια γιγαντιαία ηλεκτρική πρίζα στο βυθό της θάλασσας η οποία τροφοδοτείται από διάφορες διατάξεις αξιοποίησης της θαλάσσιας ενέργειας κι έχει εγκατασταθεί στην Κορνουάλη της Μεγάλης Βρετανίας. Άρχισε να λειτουργεί το 2009, και παράγει 20 MW τροφοδοτώντας 7500 σπίτια. Με τον τρόπο αυτό θα αποφευχθεί η εκπομπή τόνων διοξειδίου του άνθρακα θα δημιουργηθούν 1800 νέες θέσεις εργασίας. Αυτή η κατασκευή αποθηκέυει το παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα της διάταξης Buldra και στη συνέχεια με τη βοήθεια των καλωδίων γίνεται η μεταφορά προς την ξηρά. Εικόνα 5.2 Πλήμνη Κυμάτων, Wave Hub 5.8 Συμπεράσματα δοκιμών Διαφορετικών τομέων εργαστηριακές και αριθμητικές δοκιμές έχουν πραγματοποιηθεί, προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η αρχική εξέδρα που ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

73 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ BULDRA στηρίζεται στο πρότυπο της διάταξης Buldra (FO 3 ), προκειμένου να αποκτήσουν περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις επιδόσεις της σε πραγματικές συνθήκες στη θάλασσα. Ουσιαστική γνώση αποκτήθηκε σε πολλούς τομείς: όπως του συστήματος πρόσδεσης για έναν πλωτήρα και για πολλαπλές κατασκευές (WECs), ο σχεδιασμός της εξέδρας και η έρευνα του πλωτήρα. Και οι δύο λειτουργικές συνθήκες μελετήθηκαν, έτσι ώστε να βελτιστοποιηθεί η μέθοδος σύλληψης της ενέργειας και των ακραίων συνθηκών στη θάλασσα, για τη διασφάλιση της επιβίωσης της συσκευής. Πολύ προσπάθεια έχει επίσης κατατεθεί στην επιλογή του σύνθετου υλικού των πλωτήρων, για μεγάλης κλίμακας παραγωγή με οικονομικά αποδοτικό τρόπο. Η έρευνα μας οδηγεί να πιστέψουμε ότι οι πλωτήρες θα έχουν ιδιότητες που θα είναι ανώτερες από άλλες κατασκευές και θα βασίζονται στο πρότυπο κατασκευής εξέδρας με πλωτήρες. Επίσης, ο χρηματοοικονομικός κίνδυνος θα είναι χαμηλότερος από εκείνον της προηγούμενης κατασκευής. Ένας από τους κύριους λόγους επιλογής εξέδρας με πλωτήρες είναι ότι το αναθεωρημένο σχέδιο θα επιτρέψει την αποφυγή του μεγάλου κόστους κατασκευής. Αναμένεται ότι το αναθεωρημένο σχέδιο θα δώσει σημαντικά χαμηλότερο κόστος, διατηρώντας παράλληλα ένα παρόμοιο επίπεδο αποτελεσματικότητας κατά τη μετατροπή ενέργειας. Ο βελτιωμένος πλωτήρας έχει σχεδιαστεί για να χρησιμοποιηθεί είτε σε συνδυασμό με μια κατασκευή (FO 3 ) ή σε μια καθαρή πλωτή βάση με έναν ή περισσότερους πλωτήρες. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

74 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΣ 6.1 Γενικά Οι εκτιμήσεις για τα έξοδα της κατασκευής μιας διάταξης Buldra έγιναν με βάση το πάρκο κυμάτων και για το παραγόμενο εισόδημα,που μπορεί να αναμένεται από ένα πάρκο σε λειτουργία. Μια σύγκριση μεταξύ της κατασκευής που βασίζεται στην εξέδρα και της κατασκευής απορρόφησης (ενέργειας), δείχνει ότι το αναθεωρημένο σχέδιο είναι πιο οικονομικά ανταγωνιστικό, δηλαδη η νέα διάταξη Buldra επιφέρει μεγαλυτερη παραγωγή ενέργειας και συνεπώς μεγαλυτερα κέρδη και οφέλη προς την κοινωνία. 6.2 Κοινωνικοοικονομική σημασία και συνέπειες Η Ευρωπαϊκή Ένωση εισάγει το 53,8% της πρωτογενούς ενέργειας (Eurostat, 2006) και αυτό θα μπορούσε να ανέλθει σε 66,6% έως το 2030 με την κατάλληλη χρήση της διάταξης Buldra ανα τον κόσμο, γεγονός που την καθιστά εξαρτώμενη από την εισαγόμενη ενέργεια και κατά συνέπεια, οικονομικά ευάλωτη. Επιπλέον, η χρήση των ορυκτών καυσίμων έχει αποδειχθεί ότι προκαλεί την υπερθέρμανση του πλανήτη με πιθανή αλλαγή του κλίματος σε μακροπρόθεσμη βάση. Ως εκ τούτου, το 2008, η Ευρωπαϊκή Ένωση έθεσε ως στόχο να μειώσει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου κατά τουλάχιστον 20% (σε σύγκριση με τα επίπεδα του 1990), την αύξηση του μεριδίου των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας έως και 20% και τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης κατά 20%,έως το έτος Οι ωκεανοί είναι μια τεράστια, αναξιοποίητη πηγή ενέργειας. Μια σειρά από διαφορετικές τεχνολογίες έχουν αναπτυχθεί για τη μετατροπή ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

75 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΣ ενέργειας των κυμάτων, αλλά μέχρι τώρα ένας πολύ περιορισμένος αριθμός από αυτές έχουν εμφανιστεί στο εμπόριο στις πρώτες δοκιμές, πέρα από το στάδιο των πρωτοτύπων. Η επιστημονική έρευνα των ωκεανών για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας θα πρέπει επομένως να αποτελεί σημαντικό μέλημα της Ευρωπαϊκής Κοινότητας. Η αξία μιας ευρωπαϊκής προσέγγισης έναντι μιας εθνικής συνεργασίας δίνει την ευκαιρία να ανταλλάξουν εμπειρίες και γνώσεις σε ένα ευρύ φάσμα επιστημόνων με διαφορετικό τεχνικό υπόβαθρο από διάφορες ευρωπαϊκές χώρες. Η συνεργασία μεταξύ των διαφόρων εταίρων είναι απαραίτητη για την αντιμετώπιση των μελλοντικών προκλήσεων για την αξιοποίηση της ανανεώσιμης ενέργειας,την οποία η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει να αντιμετωπίσει. Οι προσπάθειες οι οποίες τίθενται σε έρευνα σχετικά με την ενέργεια των ωκεανών αυξάνονται χρόνο με το χρόνο σε όλο τον κόσμο. Η μελλοντική δυνατότητα χρήσης της ενέργειας των κυμάτων θα οδηγήσει σε ένα πιο «πράσινο» περιβάλλον, με λιγότερη εξάρτηση από τις εισαγωγές ενέργειας (ορυκτών καυσίμων) και θα δημιουργήσει άμεσα και έμμεσα χιλιάδες θέσεις εργασίας Κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις του έργου Είναι προφανές ότι η γνώση που αποκτήθηκε στο πλαίσιο του έργου Buldra, εφόσον προβλέπεται στον ευρύτερο κλάδο της κυματικής ενέργειας, έχει τη δυνατότητα να επιταχύνει την ανάπτυξη και άλλων παρόμοιων κατασκευών στη θάλασσα. Τα κέρδη είναι σχετικά, σε ένα ευρύ φάσμα κυματικής ενέργειας και δεν επικεντρώνονται μόνο σε ένα συγκεκριμένο στοιχείο, αλλά καλύπτουν χαρακτηριστικά της εξέδρας, χαρακτηριστικά του πλωτήρα, και την πιο κατάλληλη τοποθεσία για πάρκο μετατροπέων κυματικής ενέργειας. Τα αποτελέσματα των διαφόρων αυτών στοιχείων είναι σημαντικά και για άλλες, ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως η παλιρροϊκή ενέργεια και η ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

76 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΣ υπεράκτια αιολική ενέργεια (π.χ. το μοντέλο καθορίζει την καταλληλότερη τοποθεσία για την εκμετάλλευση και την παραγωγή ενέργειας). Τον Μάρτιο του 2009 το αναθεωρημένο σχέδιο οδήγησε σε έναν οικονομικά μικρότερο κίνδυνο αλλά και πιο βιώσιμο μετατροπέα κυματικής ενέργειας, που είναι πιο εύκολο να διατηρηθεί. Έχει μικρότερο βάρος, μπορεί να προσδένεται άμεσα στο βυθό της θάλασσας και έχει χαμηλότερο κόστος παραγωγής. Επομένως, το αναθεωρημένο σχέδιο έχει μεγαλύτερη δυνατότητα από την αρχική έννοια κατασκευής,ώστε να καθίσταται εμπορικά εκμεταλλεύσιμο. 6.3 Χρηματοδότηση: η επένδυση στην κυματική ενέργεια Η απόφαση για επένδυση σε κάποιο έργο βασίζεται στην εξέταση των δυνατοτήτων του έργου να έχει θετική απόδοση για τους μετόχους της ενδιαφερόμενης εταιρείας. Σε ό,τι αφορά την κυματική ενέργεια, η απόφαση για επένδυση πρέπει να βασίζεται σε έρευνα ως προς τα οφέλη που μπορεί να αποφέρει στη συγκεκριμένη τεχνολογία συγκριτικά με άλλες ανταγωνιστικές τεχνολογίες ΑΠΕ, ή ακόμη άλλες τεχνολογίες καύσης συμβατικού καυσίμου. Τα βασικά θέματα που πρέπει να εξεταστούν είναι δύο: Ανάλυση προσφοράς-κόστος προσφοράς για κάθε τύπο ενέργειας, υφιστάμενη προσφορά, ασφάλεια εφοδιασμού, Ζήτηση-υφιστάμενη και προβλεπόμενη ζήτηση για ενεργειακούς πόρους. Οι εθνικοί φορείς που είναι υπεύθυνοι για τη χάραξη πολιτικής πρέπει να αξιολογήσουν τα οφέλη της κυματικής ενέργειας σε σύγκριση με τα οφέλη που μπορεί να προσφέρει η υποστήριξη άλλων μορφών παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, σχετικά με τις ακόλουθες πτυχές: Τη συνολική μέγιστη δυνατή παροχή ενέργειας Την ασφάλεια εφοδιασμού ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

77 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΣ Την κλιματική αλλαγή και τη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα Το ενεργειακό μείγμα Τη δημιουργία θέσεων εργασίας Τέλος, ο επενδυτής θα πρέπει να ελέγξει την εταιρεία που παράγει το προϊόν ή διαχειρίζεται την ανάπτυξη του πάρκου κυματικής ενέργειας. Σε κάθε περίπτωση, απαιτείται ο εσωτερικός έλεγχος της εταιρείας ή η εφαρμογή της διαδικασίας της δέουσας επιμέλειας. Ο έλεγχος αυτός θα αφορά: Την αξιολόγηση της Ομάδας Διοίκησης Την οικονομική κατάσταση της εταιρείας Το προσωπικό Τη δομή της εταιρείας Την αποστολή της εταιρείας 6.4 Η Κυματική ενέργεια και οι τεράστιες δυνατότητες προσφοράς Το 2007, οι χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης κατανάλωσαν συνολικά TWh ηλεκτρικού ρεύματος (Ευρωπαϊκή Ένωση για τη Θαλάσσια Ενέργεια, 2010]. Η παραγωγή ενέργειας από τη θάλασσα έχει τη δυνατότητα να φτάσει τα 3,6 GW εγκατεστημένης ισχύος ως το 2020 και περίπου τα 188 GW ως το 2050, με ένα σημαντικό ποσοστό αυτών να προέρχεται από την κυματική ενέργεια. Προβλέπεται ότι η κυματική ενέργεια μπορεί να αγγίζει τα 529 MW εγκατεστημένης ισχύος μέχρι το 2020 και σχεδόν τα 100 GW μέχρι το Αυτό αντιστοιχεί σε 1,4 TWh ετησίως μέχρι το 2020 και περισσότερα από 260 TWh ετησίως μέχρι το 2050, και επομένως αντιπροσωπεύει ένα ποσοστό της τάξης του 0,05% και του 6% αντίστοιχα των προβλεπόμενων ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

78 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΣ αναγκών σε ηλεκτρική ενέργεια των 27 κρατών μελών της Ε.Ε. μέχρι το 2020 και το 2050 αντίστοιχα. Τα συγκεκριμένα νούμερα αποτελούν επιτεύξιμους στόχους για τη θαλάσσια ενέργεια σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Από την εποχή της υπογραφής της Συνθήκης της Ρώμης, το 1957, η εξάρτηση της Ευρώπης από εισαγόμενη ενέργεια αυξήθηκε από 20% σε 50%, και η Ευρωπαϊκή Επιτροπή προβλέπει ότι μέχρι το 2030 οι εισαγωγές ενέργειας θα αγγίξουν ένα ποσοστό της τάξης του 70%. Αν η ενεργειακή συγκυρία και οι πολιτικές παραμείνουν ως έχουν, η εξάρτηση της Ευρώπης από εισαγόμενη ενέργεια θα συνεχίσει να αυξάνεται. 6.5 Δημιουργία θέσεων εργασίας Η θαλάσσια ενέργεια είναι σε θέση να συνεισφέρει στην περιφερειακή ανάπτυξη στην Ευρώπη, ιδιαίτερα σε απομακρυσμένες και παράκτιες περιοχές. Η κατασκευή, η μεταφορά, η εγκατάσταση, η λειτουργία και η συντήρηση των εγκαταστάσεων θαλάσσιας ενέργειας θα δημιουργήσει εισόδημα και θέσεις εργασίας. Σύμφωνα με μελέτες, η θαλάσσια ενέργεια έχει σημαντικές δυνατότητες θετικής οικονομικής επίδρασης και δημιουργίας θέσεων εργασίας (σχήμα 6.1). Στη Δανία σήμερα οι εξαγωγές καθαρών τεχνολογιών αντιστοιχούν σε 7,1 δις ευρώ ετησίως, ενώ στη Γερμανία αποκλειστικά και μόνο η εξαγωγή της αιολικής τεχνολογίας υπολογίζεται σε περισσότερα από 5,1 δις ευρώ. Με βάση τις προβλέψεις για εγκατεστημένη ισχύ, μέχρι το 2020 ο τομέας της κυματικής ενέργειας θα έχει δημιουργήσει περισσότερες από θέσεις εργασίας, ενώ μέχρι το 2050 τα συγκεκριμένα νούμερα θα αυξηθούν σε θέσεις. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

79 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΣ Σχήμα 6.1 Προβλεπόμενη δημιουργία θέσεων εργασίας ανά MW θαλάσσιας ενέργειας 6.6 Γενική ανάλυση κόστους της ενέργειας Στην παρούσα ενότητα εξετάζεται το ερώτημα κατά πόσο το κόστος των ΑΠΕ και, συγκεκριμένα, της κυματικής ενέργειας είναι ανταγωνιστικό άλλων μορφών ενέργειας, λαμβάνοντας υπόψη εξωγενείς επιδράσεις. Το κόστος θα πρέπει να είναι τουλάχιστον εξίσου ελκυστικό με το κόστος των ορυκτών καυσίμων, για να αξίζει να εξεταστεί από επενδυτική σκοπιά. Οι δύο οικονομικοί δείκτες που πρέπει να διερευνηθούν είναι οι εξής: 1) Κεφαλαιουχικές δαπάνες ή κόστος ανά kw ή ανά MW ( /kw). Ο συγκεκριμένος δείκτης προσφέρει μια άμεση σχέση μεταξύ του αρχικού κόστους ενός έργου και της ονομαστικής του ισχύος. Δεν αφορά συγκεκριμένο τόπο εγκατάστασης ούτε εξετάζει τον παράγοντα έσοδα. Ένα παράδειγμα γραφήματος κόστους ανά MW απεικονίζεται στην σχήμα 6.2. Το κόστος /MW για την κυματική ενέργεια πρέπει να προσδιοριστεί και να αξιολογηθεί, και να εκτιμηθεί η βιωσιμότητά του ως επενδυτικού έργου σε σχέση με το κόστος άλλων ενεργειακών έργων. Παράλληλα, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή κατά τη συλλογή δεδομένων. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

80 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΣ Για παράδειγμα, οι κεφαλαιουχικές δαπάνες για τις υπεράκτιες εγκαταστάσεις αιολικής ενέργειας, αντιστοιχούν σε /kw, δηλαδή είναι περίπου οι ίδιες με τις δαπάνες για τις χερσαίες εγκαταστάσεις, κάτι το οποίο απέχει πολύ από τη σημερινή πραγματικότητα. 2) Κόστος Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΚΗΕ) σε /kwh ή /MWh. Αυτός ο δείκτης χρησιμεύει κυρίως για την κατάρτιση μιας οικονομικής σχέσης μεταξύ του κόστους του έργου και της αποδιδόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Υπάρχουν δύο μέθοδοι για τον υπολογισμό του, οι οποίες δεν θα πρέπει να συγχέονται μεταξύ τους: Απλό ΚΗΕ: Το συνολικό αρχικό κόστος του έργου διαιρείται προς την ολική ετήσια αποδιδόμενη ενέργεια του έργου ανά MW. Σταθμισμένο ΚΗΕ: Λαμβάνεται υπόψη το σταθμισμένο ετήσιο μέσο κόστος του έργου, συμπεριλαμβανομένου του συνόλου των λειτουργικών δαπανών. Σχήμα 6.2 Κόστος ανά KW για διάφορες τεχνολογίες ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

81 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΣ Προβλέψεις προσφοράς της κυματικής ενέργειας Σχήμα 6.3 Εκτιμώμενη εγκατεστημένη ισχύς χερσαίων και υπεράκτιων εγκαταστάσεων αιολικής ενέργειας και εγκαταστάσεων κυματικής ενέργειας Ο επενδυτής θα χρειαστεί να αξιολογήσει την προβλεπόμενη μέγιστη ισχύ που μπορεί να παράγει η κυματική ενέργεια δεδομένων ιδανικών συνθηκών, και να τη συγκρίνει με την ισχύ που αποδίδουν οι υπάρχουσες ανταγωνιστικές υπεράκτιες και χερσαίες εγκαταστάσεις αιολικής ενέργειας. Ένα αντίστοιχο γράφημα παρουσιάζεται στο σχήμα Διείσδυση της Πράσινης ενέργειας στην αγορά (ανά περιοχή) Οι επενδυτές πρέπει να καθορίσουν τις περιοχές/χώρες που αποτελούν τις βέλτιστες τοποθεσίες για την ανάπτυξη των ΑΠΕ. Τα κριτήρια προς αξιολόγηση είναι τα ακόλουθα: ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

82 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΣ Η υπάρχουσα διείσδυση των ΑΠΕ Οι εθνικοί στόχοι για τις ΑΠΕ (πίνακας 6.1) και, ειδικότερα, οι στόχοι για την κυματική ενέργεια (σχήμα 6.4). Τα στοιχεία που θα συλλέξει ο επενδυτής σχετικά με την προσφορά και τη ζήτηση θα καθορίσουν κατά πόσο η κυματική ενέργεια αξίζει να εξεταστεί από επενδυτική σκοπιά. Το επόμενο βήμα είναι ο προσδιορισμός του έργου στο οποίο θα επενδύσει. Σχήμα 6.4 Υφιστάμενοι και μελλοντικοί στόχοι για τη θαλάσσια ενέργεια στις Ευρωπαϊκές χώρες ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

83 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΣ Πίνακας 6.1 Εθνικοί στόχοι των χωρών της Ευρωπαϊκής Ένωσης για τη συμμετοχή της ενέργειας που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές για το 2020 ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

84 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΣ Οι τιμές πώλησης για την κυματική ενέργεια Πίνακας 6.2 Τρέχουσες τιμές πώλησης κυματικής ενέργειας στις Ευρωπαϊκές χώρες ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

85 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA 7.1 Γενικά Μια πιθανή προσέγγιση για την καταπολέμηση των επιπτώσεων της αλλαγής του κλίματος είναι η επέκταση των εγκαταστάσεων των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, οδηγώντας σε αύξηση του αριθμού των θαλάσσιων εγκαταστάσεων (MREIs). Εδώ περιγράφουμε τις διατάξεις που λειτουργούν με κυματική ενέργεια, καθώς επίσης και τα οφέλη από τα θαλάσσια πτηνά, τους οικοτόπους τους και τα θηράματα. Στη συνέχεια θα περιγράψουμε τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της διάταξης Buldra, καθώς και τα στάδια: κατασκευής, λειτουργίας και συντήρησης και παροπλισμού. Άμεσες αρνητικές επιπτώσεις: περιλαμβάνουν τον κίνδυνο της σύγκρουσης των πουλιών με τις διατάξεις Buldra, τη λειτουργία και τον παροπλισμό. Επίσης οι διατάξεις αυτές αποτελούν απειλή για υποβρύχια σύγκρουση και έχουν αντίκτυπο έμμεσα στα θαλάσσια πτηνά, μεταβάλλοντας τις ωκεανογραφικές διεργασίες και τη διαθεσιμότητα των τροφίμων με επιπτώσεις στην τροφική αλυσίδα. Άμεσες θετικές επιπτώσεις: μπορεί να περιλαμβάνουν την παροχή χώρων για την ανάπτυξη των πτηνών, καθώς και την ομαδοποίηση των θηραμάτων λόγω κατάλληλων θαλάσσιων υποστρωμάτων. Το αποτέλεσμα αυτών θα μπορούσε να είναι η βελτίωση και η προστασία για αναζήτηση τροφής των θαλάσσιων πτηνών. Οι διατάξεις κυματικής ενέργειας (MREIs) και ειδικότερα η διάταξη Buldra, είναι βέβαιο ότι θα καταστούν μέρος του θαλάσσιου περιβάλλοντος, αλλά με κατάλληλο σχεδιασμό και παρακολούθηση θα έχουν τη δυνατότητα να προσφέρουν οφέλη στο θαλάσσιο περιβάλλον και τα θαλάσσια πτηνά στο μέλλον. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

86 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA Είναι γενικά αποδεκτό ότι ένα σημαντικό ποσοστό της αύξησης των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου προέρχεται από ανθρωπογενείς πηγές και παρόλο που οι συνέπειες αυτών των παγκόσμιων αλλαγών είναι υπό συζήτηση, τα αποδεικτικά στοιχεία είναι ότι η περιβαλλοντική αλλαγή μπορεί να έχει παγκόσμια κλίμακα και επιπτώσεις στην βιοποικιλότητα και την δυναμική των πληθυσμών. Οι θαλάσσιες εγκαταστάσεις των διατάξεων Buldra προσφέρουν το δυναμικό για τη δημιουργία καθαρής ενέργειας,χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα χωρίς προβλήματα, όπως για την εύρεση κατάλληλων τοποθεσιών στην ξηρά, παρέχοντας μια λύση για τη μείωση της τρέχουσας εξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα και μια μέθοδο για τη βιώσιμη ανάπτυξη. Τέλος,σε αυτό το κεφάλαιο περιγράφουμε τις διατάξεις Buldra που λειτουργούν σήμερα ή βρίσκονται υπό ανάπτυξη, εκτιμώντας πώς μπορούν να επηρεάσουν άμεσα ή έμμεσα, τα θαλάσσια πτηνά και τους βιοτόπους τους χρησιμοποιώντας στοιχεία θαλάσσιων αλλά και αιολικών εγκαταστάσεων (MREIs). 7.2 Περιβαλλοντικές επιπτώσεις της διάταξης Buldra Στάδιο κατασκευής Στο στάδιο κατασκευής των διατάξεων αξιοποίησης της ενέργειας των κυμάτων, οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις αναφέρονται στις γεωτρήσεις που πραγματοποιούνται για την εγκατάσταση των διατάξεων, στο στοίβαγμα των μπαζών από τις γεωτρήσεις, στις αυξημένες στάθμες θορύβου λόγω των πραγματοποιούμενων εργασιών, στον αυξημένο κίνδυνο ρύπανσης από κατασκευές σκαφών και δραστηριοτήτων στην περιοχή. Μέγιστες είναι επίσης και οι επιδράσεις στο βυθό λόγω της εγκατάστασης των διατάξεων και των καλωδίων. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

87 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA Στάδιο λειτουργίας και συντήρησης Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις στο στάδιο λειτουργίας και συντήρησης αφορούν: α) Την οικολογία οικοσυστημάτων: Η οικολογία των οικοσυστημάτων διαταράσσεται με την επίδραση στις φυσικές κατοικίες και στα είδη, όπως στα πουλιά, στα ψάρια, στα θαλάσσια θηλαστικά και στο πλαγκτόν στο βυθό. Οι γήινες φυσικές κατοικίες μπορεί επίσης να επηρεαστούν από έργα υποδομής που πραγματοποιούνται για τη διευκόλυνση της χερσαίας μεταφοράς του ηλεκτρικού ρεύματος. Οι επιπτώσεις στο φυσικό περιβάλλον φαίνονται στο σχήμα 7.1. Είναι δυνατόν να προκύψει αλλαγή του χαρακτήρα των θαλάσσιων κοινοτήτων καθώς και μετακίνηση των ειδών από τις περιοχές σίτισης και αναπαραγωγής τους. Τα ψάρια και τα θαλάσσια θηλαστικά πιθανό να επηρεάζονται ιδιαίτερα από τη δημιουργία υποβρύχιου θορύβου και ηλεκτρομαγνητικών πεδίων από τους υποθαλάσσιους αγωγούς μεταφοράς. Επίσης αντιμετωπίζουν κίνδυνο πρόσκρουσης στις εγκατεστημένες διατάξεις. Αν και ο κίνδυνος από τους στροβίλους που περιστρέφονται αργά υποβρυχίως είναι μικρός, αυτός ο κίνδυνος και η πιθανή αλλαγή της συμπεριφοράς αυτών των ειδών, πρέπει να εκτιμάται με προσοχή και να ελέγχεται η εγκατάσταση των πειραματικών διατάξεων πολύ συχνά. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

88 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA Σχήμα 7.1. Επιπτώσεις στο φυσικό περιβάλλον Εκτός από τις βλαβερές συνέπειες της λειτουργίας των διατάξεων αξιοποίησης της ενέργειας των κυμάτων, φαίνεται να υπάρχουν και θετικές επιδράσεις της αξιοποίησης της θαλάσσιας ενέργειας για οικολογική προστασία. Τεχνητές κατασκευές, για παράδειγμα, πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σαν κατοικία για φώκιες και για θαλάσσια λιοντάρια ή για να κατασκευάσουν τα πουλιά φωλιές. Οι εγκατεστημένες διατάξεις επίσης, μπορούν να παίξουν ρόλο καταφύγιου για πληθυσμούς ψαριών, λόγω της μειωμένης αλιείας εξαιτίας της δημιουργίας ζωνών που απαγορεύεται το ψάρεμα. Γενικότερα, τα πιθανά ευεργετήματα από αυτό,θα εξαρτηθούν από τις ιδιαίτερες επιπτώσεις της κάθε διάταξης, από την κλίμακα ανάπτυξής της και από τη μελέτη των εκδοχών απόσυρσης, αλλά αυτό μπορεί να προσφέρει μια ευκαιρία σε ολοκληρωμένη παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας και μια εμπορεύσιμη δραστηριότητα με αντικειμενικό στόχο την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος. β) Το γήινο και το θαλάσσιο τοπίο: Πολλές παράκτιες περιοχές είναι σημαντικά κέντρα αναψυχής με πολύτιμη φυσική κληρονομιά για τις κοινότητες, τους επισκέπτες και τους παραθεριστές. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

89 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA Η εγκατάσταση μιας διάταξης αξιοποίησης της ενέργειας της θάλασσας (Buldra), σε νερά κοντά στην ακτή πιθανό να έχει επίδραση στο γήινο και το θαλάσσιο τοπίο της περιοχής, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για κατασκευές που διαπερνούν τη θαλάσσια επιφάνεια. Το επίπεδο της επίπτωσης θα εξαρτηθεί από τα χαρακτηριστικά του γήινου τοπίου της παράκτιας περιοχής και από το μέγεθος της διάταξης θαλάσσιας ενέργειας. Εικόνα 7.1 Θέα διατάξεων Buldra σε απόσταση 3 μιλίων από την ακτή Οι οπτικές επιδράσεις τόσο από την εμφάνιση της διάταξης όσο και από την ορατότητά της από την ξηρά ή από ένα πλοίο και οι επιδράσεις στο γήινο και το θαλάσσιο τοπίο είναι συχνά το κύριο θέμα που απασχολεί τις τοπικές κοινωνίες και ως εκ τούτου πρέπει να μελετούνται ο σχεδιασμός και η επιλογή της τοποθεσίας. Φαίνεται ότι η εκμετάλλευση της ενέργειας της θάλασσας έχει λιγότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας. Θα πρέπει όμως οι ασχολούμενοι να πάρουν μαθήματα από τη ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

90 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA βιομηχανία αιολικής ενέργειας και να καταλάβουν το πόσο σημαντικό είναι να έρχονται έγκαιρα σε συνεννόηση με τις τοπικές κοινωνίες. Στην περίπτωση μιας νέας τεχνολογίας θα πρέπει να δίνονται καλές πληροφορίες για να φαίνεται η πολύ χαμηλή ορατότητα της διάταξης ή της εξέλιξής της. Οι οπτικές επιδράσεις της υποστηρικτικής υποδομής, όπως οι υποσταθμοί και οι πυλώνες, πρέπει να αποτελεί ένα θέμα υπό συζήτηση. γ) Το θόρυβο (αερομεταφερόμενο και υποβρύχιο): Ο θόρυβος και οι κραδασμοί διαδίδονται υποβρύχια σε σημαντικές αποστάσεις. Οι αυξήσεις του θορύβου του περιβάλλοντος κατά τη διάρκεια της κατασκευής και της λειτουργίας πιθανό να έχουν σοβαρές επιδράσεις στα θαλάσσια θηλαστικά και στα ψάρια, γεγονός που εξαρτάται από τη στάθμη, τη συχνότητα και τη διάρκεια του θορύβου. Σε εξάρτηση πάντα από την απόσταση από την ακτή, από τις κλιματικές συνθήκες και από την κατεύθυνση του ανέμου, ο θόρυβος από τις δραστηριότητες της κατασκευής, της συντήρησης και της απόσυρσης, επίσης μπορεί να πλήττει τις τοπικές κοινωνίες. δ) Το θαλάσσιο βυθό, τις φερτές ύλες και τα ρεύματα: Η τοποθέτηση των διατάξεων Buldra και των σχετικών καλωδίων στον πυθμένα θα έχει σαν αποτέλεσμα τη μεταβολή των φυσικών χαρακτηριστικών της περιοχής και πιθανό να προκαλέσει μια απώλεια φυσικών κατοικιών. Για μια συστοιχία θαλάσσιων διατάξεων, η τακτοποίηση των καλωδίων θα είναι σύνθετη, αυξάνοντας δραστικά τη διάρκεια εγκατάστασης μιας διάταξης. Τα καλώδια μπορεί να έχουν μια σημαντική αλλά σύντομη δυσμενή επίπτωση στο θαλάσσιο πυθμένα. Στο στάδιο του παροπλισμού, τα καλώδια πιθανό να αφεθούν στη θέση τους για την αποφυγή περαιτέρω ενόχλησης, ή για την επαναχρησιμοποίηση τους με μια νέα εγκατάσταση διατάξεων. Η τοποθέτηση μιας στερεάς κατασκευής, πάνω στο θαλάσσιο πυθμένα σε μια περιοχή ισχυρών παλιρροιακών ροών, θα επηρεάσει τις δομές της διάβρωσης των ιζημάτων, της μεταφοράς και της απόθεσης. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

91 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA Με την εξαγωγή ενέργειας από τη ροή, μια διάταξη μπορεί να μειώσει σημαντικά την ταχύτητα του στροβίλου, με αισθητές επιδράσεις σε κάποια απόσταση μακριά. Σε περίπτωση συστοιχίας διατάξεων θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η αθροιστική επίδραση των επιπτώσεων. ε) Την ποιότητα του νερού: Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας και της συντήρησης των διατάξεων είναι δυνατό να συμβεί πιθανή διαρροή λιπαντικών ουσιών ή πιθανή διαρροή υδραυλικών υγρών. Είναι δυνατόν επίσης να παρατηρηθούν αυξημένες στάθμες διαρροής καύσιμης ύλης και πετρελαίου στο νερό, λόγω της αυξημένης κίνησης των πλοίων. στ) Την αναψυχή και τον Τουρισμό: Οι θαλάσσιες δραστηριότητες αναψυχής και τουρισμού περιλαμβάνουν την ερασιτεχνική αλιεία, την παρατήρηση πουλιών, τις διακοπές για αναψυχή, τις κυματοδρομίες (σέρφινγκ), την καταφυγή τουριστών, το κυνήγι άγριων πουλιών, την ιστιοπλοΐα και άλλα. Σε πολλές περιπτώσεις παρατηρείται ακόμη και αύξηση στον τουρισμό όπως π.χ. στην περίπτωση κατασκευής φράγματος λόγω της εξομάλυνσης των τραχειών συνθηκών της θάλασσας ή και μόνο για να δουν το φράγμα. Πιθανές αρνητικές επιδράσεις θα μπορούσε να προκαλέσει η απ ευθείας επίδραση στις δημοφιλείς θελκτικές ακτές, ή η μείωση στον αριθμό των πουλιών με αποτέλεσμα τη μείωση της δραστηριότητας παρατήρησης πουλιών. Eπίσης θα μπορούσαν να προκληθούν στο σέρφινγκ, λόγω της μείωσης του ύψους των κυμάτων και στην ιστιοπλοΐα. ζ) Την αλιεία: Οι επιπτώσεις αφορούν τόσο την εμπορική όσο και την ερασιτεχνική αλιεία. Η λειτουργία και συντήρηση των διατάξεων περιορίζουν τις κινήσεις των αλιευτικών σκαφών, την εμπορική βιωσιμότητα της αλιευτικής προσπάθειας και τις χρησιμοποιούμενες αλιευτικές μεθόδους. Παρόλα αυτά όμως μια μείωση στο τυρβώδες θα μπορούσε να υποστηρίξει μια αύξηση στις υδατοκαλλιέργειες οστράκων. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

92 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA Εικόνα 7.2 Επιπτώσεις από το μέγεθος της διάταξης η) Τη ναυσιπλοΐα: Εκτός του περιορισμού του πεδίου ναυσιπλοΐας λόγω των εγκατεστημένων πλωτών επιφανειακών διατάξεων,θα μπορούσαν να προκληθούν και άλλα προβλήματα στη ναυσιπλοΐα. Στην περίπτωση της διάταξης αυτής, απαιτείται σχεδίαση θαλάσσιων περασμάτων ώστε να μην δημιουργούνται καθυστερήσεις στην κίνηση των πλοίων. Πιθανόν οι διατάξεις να μην είναι ευδιάκριτες τη νύχτα ή τη μέρα. Για το λόγο αυτό θα πρέπει να είναι εφοδιασμένες με φώτα (φάροι ναυσιπλοΐας), ηχητικά σήματα, αντανακλαστές ραντάρ και να είναι βαμμένες με χρώματα που δημιουργούν αντίθεση με τα χρώματα της ημέρας Στάδιο παροπλισμού Η διάρκεια ζωής των συνήθων διατάξεων είναι γύρω στα είκοσι χρόνια. Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις στο στάδιο αυτό είναι παρόμοιες με αυτές που επισημάνθηκαν κατά την κατασκευή. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

93 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ BULDRA Επιπλέον, κατά το στάδιο του παροπλισμού προκαλείται αναταραχή σε κάθε νέα κοινότητα θαλασσίων οργανισμών που έχουν εγκατασταθεί στη διάταξη. Εκτός από το υψηλό κόστος απόσυρσης (θα μπορούσε να είναι τόσο υψηλό όσο το κόστος κατασκευής), ένας λόγος για μη απόσυρση της διάταξης είναι η προκαλούμενη αναταραχή στο περιβάλλον. Αντιθέτως, ένας κάλος λόγος για απόσυρση θα μπορούσε να είναι η περιβαλλοντική προστασία, όπως προστασία από πλημμύρες, προστασία των ακτών από τη διάβρωση,καθώς επίσης και η χρήση των διατάξεων από θαλάσσιους οργανισμούς σαν καταφύγια ή σαν κατοικίες. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

94 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 8.1 Γενικά Η ενέργεια από τα κύματα παράγεται από την κίνηση των κυμάτων στη θαλάσσια επιφάνεια που προκαλείται από τους κατά τόπους ανέμους. Ο θαλάσσιος κυματισμός είναι, όπως όλες οι μορφές ΑΠΕ, μία ανεξάντλητη πηγή ενέργειας. Επιπρόσθετα παρουσιάζει μεταξύ των ΑΠΕ την υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, η οποία μπορεί να φτάσει μέχρι και τα 1000 kw/m μετώπου κύματος. Υπολογίζεται ότι η αξιοποίηση του 1% του κυματικού δυναμικού του πλανήτη μας θα κάλυπτε περίπου στο τετραπλάσιο την παγκόσμια ενεργειακή ζήτηση. Η κυματική ενέργεια αποτελεί μία μη συνηθισμένη χαμηλής συχνότητας πηγή ενέργειας η οποία θα πρέπει να μετατραπεί σε συχνότητα της τάξεως των 60 Ηz πριν ενσωματωθεί στο ηλεκτρικό δίκτυο. Παρόλο που τα τελευταία χρόνια πολλά συστήματα έχουν επινοηθεί, μόνο ένα μικρό ποσοστό έχει δοκιμαστεί και αξιολογηθεί για την αξιοπιστία του. Επιπρόσθετα, ελάχιστα από αυτά έχουν δοκιμαστεί στη θάλασσα υπό πραγματικές συνθήκες εξομοίωσης, ενώ τα περισσότερα έχουν αξιολογηθεί σε εργαστηριακές δεξαμενές. Ένα σύστημα κυματικής ενέργειας μπορεί να τοποθετηθεί σε οποιοδήποτε σημείο στον ωκεανό και να παράγει ενέργεια, μπορεί να είναι αγκυρωμένο στον πυθμένα ή πλωτό ανοιχτά της θάλασσας, ή σύστημα εγκαταστημένο στα παράλια ή στα ρηχά νερά. Ένα τέτοιο σύστημα μπορεί επίσης να είναι ολικά βυθισμένο στο νερό η να είναι τοποθετημένο πάνω από τη θαλάσσια επιφάνεια σε μία πλωτή πλατφόρμα. Παρά τις δυνατότητες που παρουσιάζουν τα συστήματα κυματικής ενέργειας, τα περισσότερα πρωτότυπα αυτών έχουν εγκατασταθεί στις ακτές. Η αισθητική επίδραση ενός συστήματος στο περιβάλλον εξαρτάται από τον τύπο που θα υιοθετηθεί, έτσι ένα σύστημα μερικώς βυθισμένο ή ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

95 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ τοποθετημένο λίγα χιλιόμετρα μακριά δεν επηρεάζει την εναρμόνιση του συστήματος στο φυσικό περιβάλλον. Αντίθετα, συστήματα κυματικής ενέργειας τοποθετημένα στις ακτές, μπορεί να επιδράσουν αρνητικά στην όλη αισθητική και να μετατρέψουν ένα φυσικό περιβάλλον σε άκρως βιομηχανικό. Έτσι προσοχή απαιτείται τόσο στη μορφή του συστήματος που πρόκειται να υιοθετηθεί, καθώς και πως θα εναρμονιστεί με την υπάρχουσα αρχιτεκτονική τοπίου και το φυσικό ανάγλυφο της περιοχής. Η συνεργασία του μελετητή αρχιτέκτονα και μηχανολόγου μηχανικού κρίνεται απαραίτητη και επιτακτική για αρμονικό σχεδιασμό. Κατά τη δεκαετία του '70 μόνο δύο χώρες κατάφεραν να αναδείξουν τις δυνατότητες των συστημάτων κυματικής ενέργειας μέσα από τα ερευνητικά τους προγράμματα, η Ιαπωνία και η Μεγάλη Βρετανία. Οι επίμονες προσπάθειες των ερευνητών τους κατάφεραν να βελτιώσουν την απόδοση παραγωγικότητας των συστημάτων αυτών. Σε γενικές γραμμές τα συστήματα μπορούν να διαχωριστούν σε δύο κατηγορίες, τα σταθερά και τα πλωτά. Τα σταθερά συστήματα τα οποία τοποθετούνται στις ακτές ή στα ρηχά νερά έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των πλωτών συστημάτων και συγκεκριμένα στον τομέα της συντήρησης. Ωστόσο, ο αριθμός των διαθέσιμων περιοχών που είναι κατάλληλες για σταθερά συστήματα, είναι περιορισμένος. Οι ταλαντώσεις που συντελούνται στη στήλη νερού του συστήματος μετατρέπουν την κυματική ενέργεια σε ηλεκτρική. Η διαδικασία που ακολουθείται γίνεται σε δύο στάδια. Καθώς το νερό εισέρχεται στο εσωτερικό του συστήματος αναγκάζει τον αέρα που υπάρχει να μετατοπιστεί προς το επάνω μέρος και να θέσει σε λειτουργία το στρόβιλο ο οποίος μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική. Η έρευνα που συντελείται στον τομέα αυτόν τα τελευταία χρόνια, έχει επικεντρώσει το επιστημονικό ενδιαφέρον της στο σχεδιασμό και την ανάπτυξη στηλών νερού που απαιτούν λιγότερους περιορισμούς στην εγκατάσταση και συντήρηση. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

96 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Παρά το γεγονός ότι πολλά Ερευνητικά Προγράμματα συμβάλουν στην έρευνα και ανάπτυξη των συστημάτων κυματικής ενέργειας, αποτελέσματα των ερευνών και σύντομη εφαρμογή αυτών τείνει αδύνατη τις επόμενες δεκαετίες, λόγω μη ύπαρξης επιδοτήσεων. Οι Κυβερνήσεις δύσκολα επιχορηγούν προγράμματα εκμετάλλευσης μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας αφού οι δεσμοί, πολιτικοί και κοινωνικοί, με την αγορά πετρελαίου και την εξάρτησή τους, τα χαρακτηρίζουν ασήμαντα. Περισσότερη έρευνα και ανάπτυξη στη μείωση κόστους, συντήρησης και αξιοποίησης συστημάτων κυματικής ενέργειας θα συμβάλει ενεργά στην εμπορική εκμετάλλευση των συστημάτων αυτών. Αξίζει και πάλι να αναφέρουμε ότι μοναδική εξαίρεση αποτελεί η κυβέρνηση της Σκανδιναβίας, καθώς και το μοναδικό ερευνητικό έργο που συντελεί το Πανεπιστήμιο της Χαβάης, με την εκπαίδευση μηχανικών μέσω Μεταπτυχιακών Προγραμμάτων, Σεμιναρίων και Συνεδρίων, στον τομέα της κυματικής ενέργειας. Ας ελπίσουμε ότι περισσότερες Κυβερνήσεις θα ευαισθητοποιηθούν στην έρευνα και ανάπτυξη συστημάτων κυματικής ενέργειας. Η παραγωγή ενέργειας από τα κύματα συγκεντρώνει τα περισσότερα πλεονεκτήματα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας: μηδαμινή ρύπανση, αποκέντρωση παραγωγής, απεξάρτηση από εισαγωγές, ανάπτυξη απομακρυσμένων περιοχών, δημιουργία θέσεων εργασίας κ.ά. Επιπλέον, σε αντίθεση με άλλες ανανεώσιμες, οι εγκαταστάσεις κυματικής ενέργειας δε δεσμεύουν γη, ενώ η οπτική και ακουστική όχληση είναι μηδαμινή, ειδικά όταν πρόκειται για υπεράκτιες ή υποβρύχιες εγκαταστάσεις. Η ενέργεια του θαλάσσιου κυματισμού είναι, όπως όλες οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, ανεξάντλητη. Υπολογίζεται ότι η αξιοποίηση του 1% του κυματικού δυναμικού του πλανήτη μας θα κάλυπτε στο τετραπλάσιο την Παγκόσμια ενεργειακή ζήτηση. Οι τρόποι εκμετάλλευσης της ενέργειας των κυμάτων είναι πολλοί και ήδη βρίσκονται στα σκαριά ανάλογες προσπάθειες εκμετάλλευσής της. Οι σπουδαιότερες δυσκολίες που αντιμετωπίζονται στην εκμετάλλευση της κυματικής ενέργειας είναι: ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

97 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 1. Τυχαίοι θαλάσσιοι κυματισμοί ως προς το ύψος, τη φάση και τη διεύθυνσή τους. Έτσι, είναι δύσκολο να επιτύχουμε μέγιστη απόδοση μιας συσκευής σε όλο το εύρος των συχνοτήτων διέγερσής της από τους θαλάσσιους κυματισμούς. 2. Οι φορτίσεις που οφείλουν να αναληφθούν από τις συσκευές, σε περίπτωση ακραίων καιρικών συνθηκών, όπως τυφώνες, μπορεί να είναι και εκατό (100) φορές μεγαλύτερες από τις μέσες φορτίσεις που δέχονται οι κατασκευές σε συνήθεις καταστάσεις λειτουργίας. 3. Η σύζευξη της ακανόνιστης, αργής κίνησης του κυματισμού (συχνότητας περίπου 0,1 Ηz) με ηλεκτρικούς κινητήρες, απαιτεί συνήθως περί τις πεντακόσιες (500) φορές υψηλότερη συχνότητα. Η κύρια πρόκληση κατά συνέπεια είναι η σχεδίαση συστημάτων με υψηλό βαθμό αξιοπιστίας, χαμηλό κόστος και ασφάλεια. Τη δύναμη των θαλάσσιων κυμάτων σπεύδουν να εκμεταλλευτούν οι ΗΠΑ, αλλά και πολλές χώρες της Ευρώπης, προκειμένου να παράγουν νέες μορφές ενέργειας. Πάνω από διακόσιες επιχειρήσεις προσπαθούν να δεσμεύσουν θάλασσες του Ειρηνικού και του Ατλαντικού Ωκεανού, στις εκτάσεις των οποίων θα στήσουν εργοστάσια που θα μετατρέπουν την υδροκινητική ενέργεια σε ηλεκτρική. Με πρώτη ύλη το κύμα και συγκεκριμένα την κίνησή του, παράγεται υδροκινητική ενέργεια η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική που εντάσσεται άμεσα στο δίκτυο κατανάλωσης ρεύματος. Η ενεργειακή δραστηριότητα με στόχο την ανάπτυξη τεχνικά και οικονομικά βιώσιμων Τεχνολογιών μετατροπής κυματικής ενέργειας σε ηλεκτρισμό, έχει ξεκινήσει σε πολλές Ευρωπαϊκές χώρες από τη δεκαετία του 70 και επιχορηγείται από κρατικά και Ευρωπαϊκά Προγράμματα. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

98 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Σχήμα 8.1 Και καθώς ακόμη η τιμή του πετρελαίου αυξάνεται, το κόστος της ενέργειας κυμάτων πρέπει να γίνει πολύ φτηνότερο για να ανταγωνιστεί με αυτό Στην Ευρώπη η Σκωτία, η Πορτογαλία, η Δανία και Νορβηγία έχουν μπει ήδη στο «ράλι», με μεγάλα ενεργειακά προγράμματα εκμετάλλευσης των κυμάτων της θάλασσας. Η Πορτογαλία μάλιστα πρόκειται να εγκαινιάσει, σε πέντε (5) μήνες, δηλαδή μέσα στο 2008, την πρώτη μονάδα εκμετάλλευσης υδροκινητικής ενέργειας, με την Αυστραλία να ακολουθεί μετά από λίγους μήνες. Οι ΗΠΑ μάλιστα κατάφεραν να καλύψουν το 6,5% των αναγκών τους σε ενέργεια από την εκμετάλλευση της υδροκινητικής δύναμης, για το 2005, ποσοστό που εκτιμάται να τριπλασιαστεί με την εκμετάλλευση των κυμάτων στην επιφάνεια της θάλασσας. Σύμφωνα με τους Βρετανούς, η υδροκινητική ενέργεια έχει τη δυνατότητα να καλύψει το 10% της συνολικής κατανάλωσης ηλεκτρικού ρεύματος. Οι Ευρωπαϊκές χώρες που περιβρέχονται από τον Ανατολικό Ατλαντικό διαθέτουν από τους υψηλότερους πόρους κυματικής ενέργειας Παγκοσμίως, ενώ αξιοποιήσιμο είναι και το κυματικό δυναμικό του Αιγαίου Πελάγους. Το κυματικό δυναμικό της χώρας μας είναι το υψηλότερο της Μεσογείου, με μέση ισχύ η οποία σε ορισμένες περιοχές του Αιγαίου ξεπερνάει τα 15 kw. Παρόλα αυτά, το κυματικό δυναμικό της χώρας μας, ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

99 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ δεν είναι ικανό έτσι ώστε να μπορεί να αναπτυχθεί σοβαρό δίκτυο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Το πιο «σοβαρό» σημείο είναι τα Νοτιοδυτικά παράλια της Πελοποννήσου όπου πιο ανοιχτά βρίσκεται το πιο βαθύ σημείο της Μεσογείου. Κατά τα άλλα, στο Αιγαίο τα αναρίθμητα νησιά και οι νησίδες, εμποδίζουν να αναπτυχθούν ικανά κύματα ώστε να είναι βιώσιμη μια τέτοια παραγωγή. Μόνο πειραματικά μπορεί να αναπτυχθεί αυτή η Τεχνολογία στα πλαίσια Ερευνητικών Προγραμμάτων. Ο θαλάσσιος κυματισμός είναι όπως όλες οι ΑΠΕ μία ανεξάντλητη πηγή ενέργειας, ενώ παρουσιάζει μεταξύ των ΑΠΕ την υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα η οποία μπορεί να φτάσει μέχρι τα 1000 KW/m μετώπου κύματος. Το ενεργειακό δυναμικό των ωκεανών θεωρείται τεράστιο. Το Παγκόσμιο Συμβούλιο Ενέργειας λέει ότι οι ωκεανοί μπορούν να προμηθεύσουν πάνω από δύο (2) φορές την ενέργεια που καταναλώνει ο κόσμος σήμερα. 8.2 Προτάσεις για σωστή αξιοποίηση της θαλάσσιας ενέργειας Για τη σωστή αξιοποίηση των διατάξεων της θαλάσσιας ενέργειας και για την επέκταση της χρήσης τους σε Βιομηχανική κλίμακα, θα πρέπει να δοθεί προσοχή σε ορισμένα καθοριστικά θέματα όπως αυτά που επισημαίνονται παρακάτω: Αποδοτική μετατροπή της κίνησης των κυμάτων σε ηλεκτρική ενέργεια. Κατά γενική ομολογία, η κυματική ισχύς είναι διαθέσιμη σε χαμηλές ταχύτητες, μεγάλες δυνάμεις και η κίνηση των δυνάμεων δεν είναι σε απλή κατεύθυνση. Οι περισσότερες ετοιμοπαράδοτες ηλεκτρικές γεννήτριες λειτουργούν σε μεγαλύτερες ταχύτητες και οι περισσότεροι ετοιμοπαράδοτοι στρόβιλοι απαιτούν μια συνεχή, σταθερή ροή. Η κατασκευή διατάξεων που είναι δυνατό να επιβιώσουν από την καταστροφή από τις καταιγίδες και από τη διάβρωση από το θαλασσινό νερό. Οι πιθανές αιτίες αποτυχίας περιλαμβάνουν ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

100 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ τα φρακαρισμένα ρουλεμάν, τις σπασμένες συγκολλήσεις και τις απότομα σπασμένες γραμμές δεσίματος. Γνωρίζοντας αυτό, οι σχεδιαστές ενδέχεται να δημιουργούν πρωτότυπα που να είναι τόσο υπερθωρακισμένα ώστε τα υλικά να κοστίζουν τόσο που να μην είναι οικονομικά συμφέρουσα η παραγωγή. Το υψηλό συνολικό κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας. Η κυματική ισχύς θα είναι τότε μόνον ανταγωνιστική όταν μειωθεί το συνολικό κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Το συνολικό κόστος περιλαμβάνει τον αρχικό μετατροπέα, το σύστημα απολαβής της ισχύος, το σύστημα αγκυροβόλησης (πρόσδεσης), το κόστος εγκατάστασης και συντήρησης και τα κόστη διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας. 8.3 Τοποθεσίες μέγιστης εκμετάλλευσης του θαλάσσιου δυναμικού Καλές τοποθεσίες κυματικής ισχύος έχουν μια ροή περίπου ίση με πενήντα (50) kw/m ακτογραμμής. Η σύλληψη του 20% από αυτήν, ή δέκα (10) kw/m είναι εφικτή. Ως εκ τούτου, το δυναμικό για κυματική ισχύ βασισμένη στην ακτογραμμή, είναι περίπου πενήντα (50) GW. Οι πηγές κυματικής ισχύος του βαθιού νερού είναι ειλικρινά τεράστιες, αλλά ίσως μη πρακτικές να συλληφθούν. Οι Βόρειες και Νότιες Εύκρατες Ζώνες έχουν τις καλύτερες περιοχές για τη σύλληψη της ισχύος των κυμάτων. Οι επικρατούντες Δυτικοί άνεμοι σε αυτές τις ζώνες φυσούν ισχυρότεροι το χειμώνα. Η Βόρεια Εύκρατη Ζώνη επεκτείνεται από τον Τροπικό Κύκλο του Καρκίνου [σε περίπου είκοσι τρεις κόμμα είκοσι επτά (23,27) μοίρες Βόρειο Γεωγραφικό Πλάτος] έως τον Αρκτικό Κύκλο [σε περίπου εξήντα έξι κόμμα έξι (66,6) μοίρες Βόρειο Γεωγραφικό Πλάτος]. Η Νότια Εύκρατη Ζώνη επεκτείνεται από τον Τροπικό Κύκλο του Αιγόκερω [σε περίπου είκοσι τρεις κόμμα πέντε (23,5) μοίρες Νότιο ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.:

101 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Γεωγραφικό Πλάτος] έως τον Ανταρκτικό Κύκλο [σε περίπου εξήντα έξι κόμμα πέντε (66,5) μοίρες Νότιο Γεωγραφικό Πλάτος]. Σχήμα 8.2 Παγκόσμιος Άτλας με τις Εύκρατες Ζώνες επισημασμένες με ροζ χρώμα 8.4 Αναφορά στις Ελληνικές θάλασσες Η Ελλάδα έχει μία μεγάλη ακτογραμμή, μήκους περίπου km. Το υψηλό αιολικό δυναμικό πάνω από το Αιγαίο Πέλαγος επάγει σχετικά έντονη κυματική δραστηριότητα στην περιοχή αυτή, με μέσες ετήσιες τιμές κυματικής ισχύος ανά μέτρο μετώπου κύματος της τάξης των 4-11 kw/m. Εντοπίζονται επίσης θαλάσσιες περιοχές «εστιασμού» κυματικής ενέργειας ( hot spots ), λόγω φαινομένων ανάκλασης και περίθλασης των κυμάτων. Το εκμεταλλεύσιμο κυματικό δυναμικό της Ελλάδας θεωρείται το υψηλότερο της Μεσογείου, της τάξης των 5-9 TWh σε ετήσια βάση. Το δυναμικό αυτό θα μπορούσε να συνεισφέρει σημαντικά στην ηλεκτροδότηση μεγάλου αριθμού νησιών στο Αιγαίο. Αυτό σημαίνει ότι οι ελληνικές θάλασσες είναι αναξιοποίητες όσο αναφορά τον τομέα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και ειδικότερα της κυματικής παρόλο που έχουν τη δυνατότητα να παράγουν μεγάλα ποσά ενέργειας. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Α.Ε.Μ.:4742 ΣΙΚΟΛΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ Α.Ε.Μ.: