«ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑ ΠΗΓΗΣ ΤΑΣΗΣ ΑΠΟ ΤΗ ΠΛΕΥΡΑ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΓΙΑ ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΕ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑ» ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 «ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑ ΠΗΓΗΣ ΤΑΣΗΣ ΑΠΟ ΤΗ ΠΛΕΥΡΑ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΓΙΑ ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΕ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑ» ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΟΝΟΜ/ΜΟ ΦΟΙΤΗΤΗ: ΜΠΡΙΤΣΑΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΤΟΥ ΓΕΩΡΓΙΟΥ ΑΜ:6589 ΦΟΙΤΗΤΗΣ ΤΟΥ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΕΠΙΒΛΕΠΟΝΤΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΑΝΤΩΝΙΟΣ ΑΛΕΞΑΝΔΡΙΔΗΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: i

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ: Πιστοποιείται ότι η διπλωματική εργασία με θέμα: «ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑ ΠΗΓΗΣ ΤΑΣΗΣ(VSC) ΑΠΟ ΤΗ ΠΛΕΥΡΑ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΓΙΑ ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΕ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑ» Του φοιτητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Και Τεχνολογίας Υπολογιστών: Μπρίτσα Παναγιώτη του Γεωργίου(Α.Μ. 6589) Παρουσιάστηκε δημόσια στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής Πανεπηστημίου Πατρών στις 16/10/2013 και εξετάστηκε και εγκρίθηκε από την ακόλουθη εξαταστική επιτροπή: Επιβλέπων: Αντώνιος Αλεξανδρίδης Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών Συνεξεταστής: Θωμάς Ζαχαρίας Αναπληρωτής Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών ii

3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η διπλωματική αυτή εργασία εκπονήθηκε κατά το χρονικό διάστημα στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών. Στην παρούσα δ.ε. εξετάζεται ο έλεγχος μετατροπέα μετατροπέα Πηγής- Τάσεως ελεγχόμενου από το ρεύμα στη πλευρά του δικτύου. Γίνεται προσομείωση με ένα μοντέλο χρησιμοποιώντας matlab/simulink. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαίτερα τον καθηγητή και διευθυντή του τομέα των ΣΗΕ(Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας) κύριο Αντώνιο Αλεξανδρίδη για την πολύτιμη συνεισφορά του. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον διδακτορικό φοιτητή κύριο Μιχάλη Μπουρδούλη για την πολύτιμη βοήθεια του στην προσπάθεια μου. Μπρίτσας Παναγιώτης Οκτώβριος 2013 iii

4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται αναφορά στο ενεργειακό πρόβλημα, στις διάφορες μορφές ενέργειας, στα διάφορα είδη μετατροπέων και τα είδη ελέγχου. Πιο συγκεκριμένα, ασχολούμαστε με τον έλεγχο σε μετατροπείς από την πλευρά του δικτύου που χρησιμοποιούνται σε ανεμογεννήτριες. Επιπλέον, εξομοιώνουμε έναν μετατροπέα στη πλευρά του δικτύου για να ρυθμίσουμε τη DC τάση. Πιο συγκεκριμένα: Στο κεφάλαιο 1, θα ασχοληθούμε με το πρόβλημα ενέργειας και την αλλαγή στο κλίμα, τα οποία αποτελούν δύο από τα πιο βασικά προβλήματα του πλανήτη. Ακόμα, θα αναφερθούμε στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας και κυρίως στην αιολική. Επίσης, θα γίνει μία μικρή αναφορά με βάση διαγράμματα για τους κανονισμούς που ισχύουν σε διάφορες χώρες της Ευρώπης όσον αφορά την λειτουργία Εγκαταστάσεων Αιολικής Ενέργειας. Στο κεφάλαιο 2, θα αναφερθούμε στις δομές μετατροπέων για διασύνδεση με ανεμογεννήτριες, καθώς επίσης και στον έλεγχο από την πλευρά της γεννήτριας. Τέλος, γίνεται μία μικρή αναφορά στον έλεγχο ισχύος. Στο κεφάλαιο 3, γίνεται αναφορά στον μετατροπέα πηγής- τάσηςvsc, στα φίλτρα δικτύου και στη διαμόρφωση. Στο κεφάλαιο 4, γίνεται αναφορά στον τριφασικό διπλό μετατροπέα τάσης, στη λειτουργία του, στο μοντέλο του καθώς και στις κατάλληλες εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο του μετατροπέα. Στο κεφάλαιο 5, γίνεται περιγραφή του ελέγχου με διπλούς βρόγχους, γίνεται μία σύντομη αναφορά στο PLL και δίνονται οι κατάλληλες εξισώσεις. Επιπλέον, γίνεται μια σύντομη περιγραφή του μοντέλου που χρησιμοποιείται στη συγκεκριμένη διπλωματική. Στο κεφάλαιο 6, παρουσιάζουμε την εφαρμογή στο παρών μοντέλο καθώς και τα αποτελέσματα χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα matlab/simulink, τις παραμέτρους καθώς επίσης και τις γραφικές παραστάσεις. iv

5 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 1: Γενικά για Α.Π.Ε Ενεργειακό Πρόβλημα Η κλιματική αλλαγή Ευρωπαικές δεσμεύσεις Οι ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Ποιες είναι οι ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Πλεονεκτήματα-Μειονεκτήματα Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Ηλιακή Ενέγεια Πλεονεκτήματα- Μειονεκτήματα Ηλιακής Ενέργειας Ενέργεια από Βιομάζα Πλεονεκτήματα-Μειονεκτήματα Βιομάζας Γεωθερμική ενέργεια Εφαρμογές γεωθερμικής ενέργειας Οφέλη από την αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας Ενέργεια από ωκεανούς Ενέργεια από παλίρροιες Ενέργεια από κύματα Υδροηλεκτρική ενέργεια Τύποι υδροστροβίλων Αιολική ενέργεια Ιστορικά στοιχεία Πλεονεκτήματα-Μειονεκτήματα αιολικής ενέργειας Τρέχουσα κατάσταση αιολικής ενέργειας 22 v

6 Παγκόσμια Ευρώπη Ελλάδα Κανονισμοί Απόκλιση τάσης και συχνότητας υπό κανονική λειτουργία Έλεγχος συχνότητας Έλεγχος άεργου ισχύος σε κατάσταση κανονικής λειτουργίας Συμπεριφορά ΕΑΕ σε διαταράξεις δικτύου Έγχυση άεργου ρεύματος σε περιπτώσεις σφάλματος δικτύου Ανεμογεννήτριες Ρυθμίσεις ανεμογεννήτριας Ανεμογεννήτρια σταθερής ταχύτητας Μεταβλητής ταχύτητας ανεμογεννήτρια Ηλεκτρικά συστήματα ανεμογεννητριών Τοποθεσίες και ποιότητα ισχύος ανεμογεννήτριας.38 Κεφάλαιο 2: Χρήση Μετατροπέων Ισχύος για την Παραγωγή Αιολικής Ενέργειας Και τη Μεταφορά της Διασύνδεση ανεμογεννητριών με το δίκτυο HVDC συστήματα μεταφοράς ενέργειας Μεταφορά με συνεχές ρεύμα υψηλής τάσης Τύποι διασυνδέσεων των HVDC Συστημάτων Δομή ενός HVDC συστήματος Τα HVDC συστήματα με VSC μετατροπείς Πλεονεκτήματα-εφαρμογές HVDC-VSC Διαμόρφωση ισχύος στις ανεμογεννήτριες 47 vi

7 2.4 Χρησιμοποιούμενοι τύποι γεννητριών Ασύγχρονη Επαγωγική Γεννήτρια Επαγωγική Γεννήτρια με Ηλεκτρονικά Μεταβαλλόμενη Αντίσταση(OSIG) Επαγωγική Γεννήτρια Βραχυκυκλωμένου Κλωβού(SCIG) Γεννήτρια Επαγωγής Διπλής Τροφοδοσίας(DFIG) Σύγχρονη Γεννήτρια Γεννήτρια Βραχυκυκλωμένου Δρομέα Σύγχρονες Γεννήτριες Μόνιμου Μαγνήτη(PMSG) Χρησιμοποιούμενες τοπολογίες Ανεμογεννητριών Τοπολογίες μετατροπέων ισχύος στη πλευρά του δικτύου Έλεγχος ανεμογεννήτριας Σύστημα ελέγχου στη πλευρά της γεννήτριας Σύστημα ελέγχου στη πλευρά του δικτύου 55 Κεφάλαιο 3: Μετατροπέας Πηγής-Τάσης(VSC) VSC συνδεδεμένος με το δίκτυο VSC συνδεδεμένος σε αδύναμο δίκτυο Ο VSC και τα μοντέλα δικτύου Κυρίως κύκλωμα του VSC Φίλτρα δικτύου Διαμόρφωση Έλεγχος του VSC συνδεδεμένου με το δίκτυο Έλεγχος γωνίας τάσης.66 vii

8 3.5.2 Έλεγχος διανύσματος ρεύματος Ρεύματα και τάσεις του μετατροπέα πηγής-τάσης(vsc) d-q πλαίσιο συντεταγμένων Αρμονικές στο dq σύστημα Σύνδεση ανάμεσα στο αβ και στο dq σύστημα Μοντελοποίηση του κυκλώματος ελέγχου του μετατροπέα Πηγής-Τάσης (VSC) συνδεδεμένου με το δίκτυο Συνεισφορές, Σχόλια, Συμπεράσματα και Μελλοντική έρευνα Μελλοντική έρευνα 79 Κεφάλαιο 4: Διπλός Μετατροπέας Τάσης Δομή Κυκλώματος Οι Αρχές της Λειτουργίας Απώλειες ενέργειας Μοντέλα και έλεγχος του διπλού μετατροπέα d-q σύστημα αναφοράς Ταξινόμηση των μετατροπέων τάσης.88 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή ελέγχου με διπλούς βρόχους Ελεγκτής πραγματικής και άεργου ισχύος Μέθοδος ελέγχου ρεύματος και μέθοδος ελέγχου τάσης Δυναμικό μοντέλο μετατροπέα πραγματικής-άεργου ισχύος PLL Μοντελοποίηση του τριφασικού PWM ρυθμισμένου μετατροπέα DC ρυθμιστής τάσης.97 viii

9 5.7 Επιλογή του επιπέδου της DC τάσης διαύλου 103 Κεφάλαιο 6: Εφαρμογή και αποτελέσματα στο παρών μοντέλο από τη πλευρά του δικτύου-προσομοίωση-γραφικές παραστάσεις Εφαρμογή στο παρών μοντέλο Μοντέλο matlab/simulink Παράμετροι μοντέλου και κέρδη ελεγκτή Προσομοίωση και γραφικές παραστάσεις-σχόλια 109 Συμπεράσματα Βιβλιοφραφία. 116 ix

10 x

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 1.1 Ενεργειακό Πρόβλημα Το ενεργειακό πρόβλημα εμφανίστηκε μετά από τις δύο πετρελαϊκές κρίσεις του 1973 και του Μπορούμε να πούμε ότι η ουσία του ενεργειακού προβλήματος βρίσκεται στη συσχέτιση των ενεργειακών αποθεμάτων που διαρκώς μειώνονται με τις απαιτήσεις για κατανάλωση ενέργειας που διαρκώς αυξάνονται. Το ενεργειακό πρόβλημα παρουσιάζει τα εξής χαρακτηριστικά ανεξαρτήτως τόπου και χρόνου : Άνοδος στις τιμές της ενέργειας. Εξάντληση των ενεργειακών πόρων. Ρύπανση της ατμόσφαιρας και γενικότερη μόλυνση του περιβάλλοντος. 1

12 Συνεχόμενη αύξηση της παγκόσμιας ενεργειακής κατανάλωσης με αποτέλεσμα την αβεβαιότητα επάρκειας της ενεργειακής τροφοδοσίας. Η παγκόσμια ενεργειακή κατανάλωση αυξάνεται διαρκώς με αποτέλεσμα την ανάγκη για παραγωγή μεγαλύτερων ποσών ενέργειας. Έτσι, το 78% της ενέργειας προέρχεται από ορυκτά καύσιμα, το 16% από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ( από αυτές, όμως, το 10% προέρχεται από την εκμετάλλευση της βιομάζας ) και το 6% από πυρηνικούς σταθμούς. Είναι αναγκαία και επιβεβλημένη, λοιπόν, η μείωση της χρήσης ορυκτών καυσίμων και για αυτό γίνεται προσπάθεια για την αύξηση του ποσοστού παραγωγής ενέργειας από τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.). Συμμετοχή καυσίμων για τη παραγωγή ηλεκτρισμού Η Κλιματική Αλλαγή Κάθε χρόνο ως αποτέλεσμα των ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, δισεκατομμύρια τόνοι διοξειδίου του άνθρακα ( ) κυρίως από την καύση ορυκτών καυσίμων (πετρέλαιο, άνθρακας, φυσικό αέριο) καθώς και άλλων αερίων όπως το μεθάνιο και το υποξείδιο του αζώτου, απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα, αλλάζοντας τη σύσταση των αερίων που παρέμενε σταθερή για δεκάδες χιλιάδες χρόνια. Το διοξείδιο του άνθρακα θεωρείται υπεύθυνο για το φαινόμενο του θερμοκηπίου το οποίο οδηγεί στην υπερθέρμανση της ατμόσφαιρας και μαζί με άλλους παράγοντες στη δραματική αλλαγή του κλίματος στις επόμενες δεκαετίες. Η συνολική ποσότητα της ατμόσφαιρας αυξήθηκε κατά 30% τους τελευταίους δύο αιώνες λόγω της ανθρώπινης δραστηριότητας. Ωστόσο, εξακολουθούμε να επιβαρύνουμε την ατμόσφαιρα με 6 δισεκατομμύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα κάθε χρόνο με 2

13 αποτέλεσμα να οδηγούμε σε αύξηση τη μέση θερμοκρασία της γης τα επόμενα 100 χρόνια από έως και C. Oι συνέπειες της υπερθέρμανσης δε θα είναι ίδιας έκτασης και έντασης σε όλα τη μήκη και πλάτη του πλανήτη. Ωστόσο, επικίνδυνα κλιματολογικά φαινόμενα όπως οι πλημμύρες, οι ξηρασίες και άλλα, αναμένεται να εμφανίζονται με μεγαλύτερη συχνότητα. Κάποιες άλλες συνέπειες της υπερθέρμανσης του πλανήτη είναι η μείωση των αποθεμάτων του νερού, οι υψηλές θερμοκρασίες τη θερινή περίοδο, οι απότομες μεταβολές στη θερμοκρασία του πλανήτη, οι συχνότερες μετακινήσεις του πληθυσμού και των αγαθών και τέλος η μείωση του πληθυσμού των φυτών και ζώων και η ταυτόχρονη εξαφάνιση μερίδας αυτών. Οι συνέπειες του φαινομένου του θερμοκηπίου είναι ήδη φανερές και εκδηλώθηκαν τρεις φορές περισσότερες φυσικές καταστροφές στον κόσμο σε σχέση με την προηγούμενη δεκαετία(κυρίως τυφώνες και πλημμύρες), ενώ ταυτόχρονα τετραπλασιάστηκε το κόστος των καταστροφών από παρόμοια φαινόμενα. Το μεγαλύτερο μέρος της περιβαλλοντικής κρίσης προέρχεται από τα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που λειτουργούν με την καύση λιγνίτη, λιθάνθρακα, πετρελαίου και άλλων ορυκτών καυσίμων προκαλώντας την αλόγιστη ρύπανση στον αέρα, το έδαφος, το υπέδαφος, τον υδροφόρο ορίζοντα αλλά και την υγεία των πολιτών. Στην Ευρώπη, οι πιο ρυπογόνοι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας λειτουργούν στην Ελλάδα, την Γερμανία, την Πολωνία και την Ισπανία. Η Ελληνική ΔΕΗ είναι η 5η μεγαλύτερη εταιρία παραγωγής λιγνίτη στον κόσμο και οι πιο ρυπογόνοι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί στην Ευρώπη είναι αυτοί του Άγιου Δημητρίου και της Καρδίας στην Κοζάνη. Οι σταθμοί της ΔΕΗ εκλύουν κάθε χρόνο 43 εκατομμύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, ποσό που αποτελεί το 40% των συνολικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα της χώρας Ευρωπαϊκές Δεσμεύσεις Το πιο αποτελεσματικό ρυθμιστικό πλαίσιο για τον περιορισμό των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και την ταυτόχρονη ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας έχει πραγματοποιηθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση. Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή πρότεινε το 2007 μια δέσμη μέτρων προκειμένου να αντιμετωπιστούν οι σοβαρές κλιματικές αλλαγές και ταυτόχρονα να ενισχυθεί η ενεργειακή ασφάλεια και η ανταγωνιστικότητα της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Έτσι, τέθηκαν τρεις στόχοι με χρονικό ορίζοντα το 2020: 1) Η αύξηση του ποσοστού διείσδυσης των ανανεώσιμων μορφών ενέργειας στην τελική κατανάλωση στο επίπεδο του 20%. 2) Η βελτίωση της απόδοσης των ενεργειακών συστημάτων κατά 20%. 3) Η αύξηση του ποσοστού χρησιμοποίησης των βιοκαυσίμων στις μεταφορές στο 10%. Η ύπαρξη μιας συνιστάμενης προσπάθειας από όλα τα κράτη μέλη της Ευρωπαϊκής Ένωσης οδηγεί στη μείωση της εξάρτησης της Ευρώπης από τα ορυκτά καύσιμα με ταυτόχρονη αύξηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. 3

14 1.2 Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Με τον όρο Ήπιες Μορφές Ενέργειας ή Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ή Εναλλακτικές Πηγές Ενέργειας ή Καθαρές Πηγές Ενέργειας νοείται ένα σύνολο από μορφές ενέργειας οι οποίες αφενός μεν είναι ανεξάντλητες στη φύση και αφετέρου συγκριτικά με άλλες μορφές ενέργειας επιβαρύνουν κατά πολύ λιγότερο το περιβάλλον. Ο όρος «ήπιες» δηλώνει ότι για την εκμετάλλευσή τους δεν απαιτείται καμία ανθρώπινη παρέμβαση με την έννοια της εξόρυξης, άντλησης ή και καύσης κάποιου καυσίμου υλικού, εν αντιθέσει με τις σε μεγάλη κλίμακα χρησιμοποιούμενες πηγές ενέργειας (π.χ. στην Ελλάδα απαιτείται εξόρυξη και καύση λιγνίτη στις μεγάλες λιγνιτικές μονάδες της Δ.Ε.Η.). Επίσης, ο ίδιος όρος αναφέρεται και στο γεγονός ότι οι Α.Π.Ε. γενικά δεν αποδεσμεύουν στο περιβάλλον υδρογονάνθρακες, διοξείδιο του άνθρακα και τοξικά ή ραδιενεργά απόβλητα. Για παράδειγμα, η καύση άνθρακα και πετρελαίου απελευθερώνει υδρογονάνθρακες και διοξείδιο του άνθρακα συμβάλλοντας στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, ενώ στα πυρηνικά εργοστάσια υπάρχει μεγάλο πρόβλημα τόσο στην εξόρυξη ραδιενεργού καύσιμου υλικού, όσο και στα πυρηνικά απόβλητα μετά το πέρας της ζωής του πυρηνικού αντιδραστήρα. Από την άλλη, ο όρος «Ανανεώσιμες» αναφέρεται στο γεγονός ότι οι μορφές αυτές ενέργειας είναι εν αφθονία στο φυσικό περιβάλλον και για τη χρησιμοποίησή τους δεν επηρεάζεται η ροή ενέργειας που ήδη υπάρχει στη φύση. Επίσης, ο όρος «Εναλλακτικές» χρησιμοποιείται για να τονίσει τη διαφορά από τις μέχρι σήμερα ευρέως χρησιμοποιούμενες μορφές ενέργειας. Σε αυτήν την περίπτωση ο όρος «εναλλακτικές» στην ουσία αναφέρεται σε κάτι το νεωτεριστικό, κάτι το διαφορετικό από τα ήδη καθιερωμένα δεδομένα. Ο όρος «Καθαρές Πηγές Ενέργειας» αναφέρεται στο περιβάλλον, με την έννοια ότι οι Α.Π.Ε. είναι φιλικές προς το περιβάλλον, δηλαδή αφήνουν πολύ λιγότερα κατάλοιπα σε αυτό, σε σχέση με τις συμβατικές πηγές ενέργειας Ποιες είναι οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι κατά κύριο λόγο οι ακόλουθες : 1) Η Αιολική Ενέργεια 2) Η Ενέργεια από Βιομάζα 3) Η Γεωθερμική Ενέργεια 4) Η Ενέργεια από τους Ωκεανούς 5) H Ενέργεια από Παλίρροιες 6) H Ενέργεια από Κύματα 7) Η Υδροηλεκτρική Ενέργεια 8) Η Ηλιακή Ενέργεια 4

15 1.2.2 Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Βασικά πλεονεκτήματα των Α.Π.Ε.: Αποτελούν ανεξάντλητες πηγές ενέργειας και συμβάλλουν στη μείωση της εξάρτησης από τους εξαντλήσιμους πόρους, όπως τα ορυκτά καύσιμα. Είναι φιλικές προς το περιβάλλον και τον άνθρωπο και η αξιοποίησή τους είναι γενικά αποδεκτή από το κοινό. Το λειτουργικό τους κόστος είναι συνήθως χαμηλό και δεν επηρεάζεται από την κατάσταση που επικρατεί στην παγκόσμια οικονομία ούτε από τις τιμές των συμβατικών καυσίμων. Βοηθούν στην αποκέντρωση του ενεργειακού συστήματος, αφού είναι διάσπαρτες γεωγραφικά και προσφέρουν κάλυψη των ενεργειακών αναγκών σε τοπικό και περιφερειακό επίπεδο. Προσφέρουν τη δυνατότητα ορθολογικής αξιοποίησης των ενεργειακών πόρων καλύπτοντας ένα ευρύ φάσμα των ενεργειακών αναγκών των χρηστών (π.χ. ηλιακή ενέργεια για παραγωγή θερμότητας, αιολική ενέργεια για ηλεκτροπαραγωγή). Οι επενδύσεις των Α.Π.Ε. δημιουργούν πολλές θέσεις εργασίας ιδιαίτερα σε τοπικό και περιφερειακό επίπεδο. Βασικά μειονεκτήματα των Α.Π.Ε.: Ο συντελεστής απόδοσης των Α.Π.Ε. είναι αρκετά μικρός (της τάξης του 30%) με αποτέλεσμα να απαιτείται μεγάλο αρχικό κεφάλαιο και μεγάλη επιφάνεια γης. Αυτός είναι και ο λόγος που οι Α.Π.Ε., προς το παρόν, χρησιμοποιούνται σαν συμπληρωματικές πηγές ενέργειας και δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κάλυψη των αναγκών μεγάλων αστικών κέντρων. Η παροχή και απόδοση της αιολικής, υδροηλεκτρικής και ηλιακής ενέργειας εξαρτάται από την εποχή του έτους καθώς, επίσης, και από το γεωγραφικό πλάτος και το κλίμα της περιοχής στην οποία εγκαθίστανται. Η συμπεριφορά τους μπορεί, λοιπόν, να χαρακτηριστεί ως στοχαστική, καθώς εμπεριέχει το στοιχείο της πιθανότητας. Γενικά, οι αιολικές μηχανές προσβάλλουν την αισθητική ορισμένων και υπάρχει η άποψη ότι προκαλούν θόρυβο και θανάτους πτηνών. Με την εξέλιξη όμως της τεχνολογίας τους και την προσεκτικότερη επιλογή χώρων εγκατάστασης αυτά τα προβλήματα έχουν σχεδόν λυθεί. 5

16 1.2.3 Ηλιακή Ενέργεια Η ηλιακή ακτινοβολία παρέχει ένα τεράστιο ποσό ενέργειας στη γη. Το συνολικό ποσό ενέργειας που ακτινοβολείται από τον ήλιο στην επιφάνεια της γης είναι ίσο με φορές περίπου την ετήσια παγκόσμια ενεργειακή κατανάλωση. Κατά μέσο όρο προσπίπτει ενέργεια της τάξης των kwh σε κάθε τετραγωνικό μέτρο το χρόνο. Το φως του ηλίου που φτάνει στην επιφάνεια της γης αποτελείται κυρίως από δύο συνιστώσες : το άμεσο φως και το έμμεσο ή διάχυτο φως. Η διαμόρφωση του ηλιακού φάσματος του φωτός που εκπέμπει ο ήλιος προσομοιάζεται συνήθως με την ακτινοβολία ενός μέλανος σώματος θερμοκρασίας περίπου 5800 Κ.Τόση είναι, κατά μέσο όρο η θερμοκρασία της φωτόσφαιρας του ηλίου. Η προσέγγιση αυτή είναι επαρκής για τη μελέτη των θερμικών εφαρμογών της ηλιακής ακτινοβολίας όπως π.χ. η θέρμανση νερού με τη βοήθεια ηλιακών θερμοσιφώνων. Στις περιπτώσεις αυτές ενδιαφέρει συνήθως η συνολική θερμική ισχύς της ακτινοβολίας και ο μηχανισμός μετάδοσης θερμότητας. Δεν ισχύει το ίδιο όμως και για τη φωτοβολταϊκή μετατροπή της ηλιακής ενέργειας, αφού αυτή καθορίζεται από τη λεπτομερειακή φωτονική σύσταση της ακτινοβολίας. Από τον ήλιο όμως, εκπέμπεται και ηλιακός άνεμος ο οποίος είναι μια ασθενής σωματιδιακή ακτινοβολία, που αποτελείται από ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια, κυρίως, ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Τέλος, θα πρέπει να αναφερθεί και η εξάρτηση της έντασης ης ηλιακής ακτινοβολίας από το υψόμετρο της γης που δέχεται την ακτινοβολία κάτι που δείχνει και την επίδραση της ατμόσφαιρας στην ηλιακή ακτινοβολία. Έχει μετρηθεί ότι, ενώ στη στάθμη της θάλασσας η μέγιστη ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας φτάνει μέχρι τα W/m2, η τιμή της αυξάνεται κατά περίπου 7 W/m2 για κάθε 100m ύψους της τοποθεσίας, επειδή μειώνεται αντίστοιχα το πάχος του στρώματος της ατμόσφαιρας που διασχίζουν οι ηλιακές ακτίνες. 6

17 Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα της Ηλιακής Ενέργειας Τα βασικά πλεονεκτήματα της Ηλιακής Ενέργειας είναι: Ότι προέρχεται από ανανεώσιμη και ελεύθερα διαθέσιμη ενεργειακή πηγή. Ότι παρουσιάζει ικανοποιητική απόδοση μετατροπής. Είναι σχετικά εύκολη η μέθοδος κατασκευής των ηλιακών στοιχείων. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία κατασκευάζονται από πρώτες ύλες που αφθονούν, όπως το πυρίτιο(άμμος). Μεγάλη διάρκεια ζωής των ηλιακών στοιχείων (πάνω από 20 με 30 χρόνια). Δεν υπάρχει συνεχώς ανάγκη επίβλεψης και συντήρησης (αρκεί μια επιθεώρηση μια φορά το μήνα). Δεν προκαλείται ρύπανση ούτε θόρυβος στο περιβάλλον, ενώ δεν έχουμε άχρηστα παραπροϊόντα ή απόβλητα, κατά τη διάρκεια της λειτουργίας τους. Δίνει τη δυνατότητα αυτονόμησης από τα κεντρικά δίκτυα διανομής. Τα βασικά μειονεκτήματα της Ηλιακής Ενέργειας είναι : Το υψηλό κόστος κατασκευής των ηλιακών στοιχείων. Η δαπανηρή αποθήκευση της παραγόμενης ηλιακής ενέργειας λόγω της μη συνεχούς και της μεγάλης διακύμανσης ισχύος της ηλιακής ακτινοβολίας. Η χρησιμοποίηση μεγάλων σχετικά επιφανειών, λόγω της μικρής πυκνότητας ισχύος της ηλιακής ακτινοβολίας Ενέργεια από Βιομάζα Γενικά ως βιομάζα ορίζεται η ύλη που έχει βιολογική (οργανική) προέλευση. Πρακτικά, στον όρο βιομάζα εμπεριέχεται οποιοδήποτε υλικό προέρχεται άμεσα ή έμμεσα από το φυσικό κόσμο. Πιο συγκεκριμένα, σε αυτήν περιλαμβάνονται : Οι φυσικές ύλες που προέρχονται είτε από φυσικά οικοσυστήματα, όπως π.χ. τα αυτοφυή φυτά και δάση, είτε από τις ενεργειακές καλλιέργειες (έτσι ονομάζονται τα φυτά που καλλιεργούνται με σκοπό την παραγωγή βιομάζας για παραγωγή ενέργειας) γεωργικών και δασικών ειδών, όπως π.χ. το σακχαρούχο, το καλάμι, ο ευκάλυπτος και άλλα. Τα υποπροϊόντα και τα κατάλοιπα της φυσικής, ζωϊκής, δασικής και αλιευτικής παραγωγής, όπως π.χ. τα άχυρα, στελέχη αραβοσίτου, στελέχη βαμβακιάς, κλαδοδέματα, κλαδιά δένδρων, φύκη, κτηνοτροφικά απόβλητα και άλλα. Τα υποπροϊόντα που προέρχονται από τη μεταποίηση ή επεξεργασία των υλικών αυτών, όπως π.χ. τα ελαιοπυρηνόξυλα, υπολείμματα εκκοκισμού βαμβακιού, το πριονίδι και άλλα. Το βιολογικής προέλευσης μέρος των αστικών λυμάτων και σκουπιδιών. H βιομάζα προέρχεται έμμεσα από την ηλιακή ακτινοβολία. Αποτελεί μία δεσμευμένη και αποθηκευμένη μορφή της ηλιακής ενέργειας και είναι αποτέλεσμα της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας των φυτικών οργανισμών. Κατά τη φωτοσύνθεση, η χλωροφύλλη των φυτών μετασχηματίζει την ηλιακή ενέργεια με μια σειρά διεργασιών, χρησιμοποιώντας ως βασικές πρώτες ύλες το διοξείδιο του 7

18 άνθρακα από την ατμόσφαιρα, καθώς και ανόργανα συστατικά και νερό από το έδαφος. Η διεργασία αυτή μπορεί να παρασταθεί σχηματικά ως εξής : + + Hλιακή Ενέργεια + Ανόργανα στοιχεία = Βιομάζα + Η βιομάζα αποτελεί μια σημαντική ανεξάντλητη και φιλική προς το περιβάλλον πηγή ενέργειας, η οποία είναι δυνατόν να συμβάλει σημαντικά στην ενεργειακή επάρκεια, αντικαθιστώντας τα συνεχώς εξαντλούμενα αποθέματα ορυκτών καυσίμων (πετρέλαιο, άνθρακας, φυσικό αέριο κ.α.). Η χρήση της βιομάζας ως πηγή ενέργειας δεν είναι νέα. Σε αυτήν, εξάλλου, συγκαταλέγονται τα καυσόξυλα και οι ξυλάνθρακες που μέχρι το τέλος του περασμένου αιώνα κάλυπταν το 97% των ενεργειακών αναγκών της χώρας Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα της Βιομάζας Τα κυριότερα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από τη χρησιμοποίηση της βιομάζας για παραγωγή ενέργειας είναι τα ακόλουθα: Η αποτροπή του φαινομένου του θερμοκηπίου, το οποίο οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στο διοξείδιο του άνθρακα ( ) που παράγεται από την καύση ορυκτών καυσίμων. Η βιομάζα δεν συνεισφέρει στην αύξηση της συγκέντρωσης του ρύπου αυτού στην ατμόσφαιρα γιατί, ενώ κατά την καύση της παράγεται, κατά την παραγωγή της και μέσω της φωτοσύνθεσης επαναδεσμεύονται σημαντικές ποσότητες αυτού του ρύπου. Η αποφυγή της επιβάρυνσης της ατμόσφαιρας με το διοξείδιο του θείου ( ) που παράγεται κατά την καύση των ορυκτών καυσίμων και συντελεί στο φαινόμενο της «όξινης βροχής». Η περιεκτικότητα της βιομάζας σε θείο είναι πρακτικά αμελητέα. Η μείωση της ενεργειακής εξάρτησης που είναι αποτέλεσμα της εισαγωγής καυσίμων από τρίτες χώρες, με αντίστοιχη εξοικονόμηση συναλλάγματος. Η εξασφάλιση εργασίας και η συγκράτηση των αγροτικών πληθυσμών στις παραμεθόριες και τις άλλες γεωργικές περιοχές, δηλαδή, η βιομάζα συμβάλλει στην περιφερειακή ανάπτυξη της χώρας. Τα μειονεκτήματα που συνδέονται με τη χρησιμοποίηση της βιομάζας και αφορούν, ως επί το πλείστον, δυσκολίες στην εκμετάλλευσή της, είναι τα εξής : Ο μεγάλος όγκος της και η μεγάλη περιεκτικότητά της σε υγρασία, ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας. Η δυσκολία στη συλλογή, μεταποίηση, μεταφορά και αποθήκευσή της έναντι των ορυκτών καυσίμων. Οι δαπανηρότατες εγκαταστάσεις και εξοπλισμός που απαιτούνται για την αξιοποίηση της βιομάζας, σε σχέση με τις συμβατικές πηγές ενέργειας. Η μεγάλη διασπορά και η εποχιακή παραγωγή της. 8

19 Εξαιτίας των παραπάνω μειονεκτημάτων και για την πλειοψηφία των εφαρμογών της, το κόστος της βιομάζας παραμένει, συγκριτικά προς το πετρέλαιο, υψηλό. Ήδη όμως, υπάρχουν εφαρμογές στις οποίες η αξιοποίηση της βιομάζας παρουσιάζει οικονομικά οφέλη. Επιπλέον, το πρόβλημα αυτό βαθμιαία εξαλείφεται αφενός λόγω της ανόδου των τιμών του πετρελαίου, αφετέρου και σημαντικότερο, λόγω της βελτίωσης και ανάπτυξης των τεχνολογιών αξιοποίησης της βιομάζας. Τέλος, πρέπει κάθε φορά να συνυπολογίζεται το περιβαλλοντικό όφελος, το οποίο, αν και συχνά δεν μπορεί να αποτιμηθεί με οικονομικά μεγέθη εντούτοις είναι ουσιαστικής σημασίας για την ποιότητα της ζωής και το μέλλον της ανθρωπότητας Γεωθερμική Ενέργεια Γεωθερμική ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια που προέρχεται από το εσωτερικό της Γης. Η ενέργεια αυτή σχετίζεται με την ηφαιστειότητα και τις ειδικότερες γεωλογικές και γεωτεκτονικές συνθήκες κάθε περιοχής. Στη χώρα μας υπάρχει ένα πλήθος θερμών ιαματικών πηγών, τις οποίες συναντά κανείς από τη Θράκη ως την Πελοπόννησο και από τα νησιά του ανατολικού Αιγαίου ως τη Στερεά Ελλάδα. Αυτή η χρήση των θερμών νερών για θεραπευτικούς σκοπούς ήταν γνωστή εδώ και χιλιάδες χρόνια σε όλο σχεδόν τον κόσμο. Βέβαια, εκτός από τις θεραπευτικές τους ιδιότητες τα ζεστά νερά ή πιο σωστά, τα γεωθερμικά ρευστά μπορούν να αξιοποιηθούν και για ενεργειακούς σκοπούς. Η γεωθερμική ενέργεια είναι μια ήπια και σχετικά ανανεώσιμη ενεργειακή πηγή, η οποία με τα σημερινά δεδομένα μπορεί να καλύψει σημαντικές ενεργειακές ανάγκες. 9

20 Εφαρμογές Γεωθερμικής Ενέργειας Ο σημαντικότερος παράγοντας για την αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας κάποιας περιοχής είναι η θερμοκρασία των γεωθερμικών ρευστών που εντοπίζονται σ αυτήν. Εξάλλου, αυτή είναι που καθορίζει και το είδος της εφαρμογής που μπορεί να πραγματοποιηθεί. Τέτοιες εφαρμογές μπορεί να είναι ηλεκτροπαραγωγή, θέρμανση χώρων, ψύξη και κλιματισμός, θέρμανση θερμοκηπίων και εδαφών, ιχθυοκαλλιέργειες, βιομηχανικές εφαρμογές, όπως αφαλάτωση θαλασσινού νερού. Όλες οι εφαρμογές αυτέςταξινομημένες ανάλογα με τη θερμοκρασία του γεωθερμικού ρευστού φαίνονται και στον παρακάτω πίνακα αναλυτικά: Σχήμα 1.1: Εφαρμογές γεωθερμικής ενέργειας ταξινομημένες ανάλογα με τη θερμοκρασία του γεωθερμικού ρευστού. Όπως προκύπτει από τον πίνακα, για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος χρησιμοποιούνται, συνήθως, γεωθερμικά ρευστά υψηλής θερμοκρασίας. Επιπλέον, η μέθοδος παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος με τη βοήθεια γεωθερμικού ρευστού εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του, δηλαδή, τη θερμοκρασία του τα διαλελυμένα και αιωρούμενα στερεά και το επίπεδο των αερίων που εμπεριέχονται σ αυτό. Η συνηθέστερα εφαρμοζόμενη μεθοδολογία είναι η εκτόνωση ατμού, η οποία χρησιμοποιείται, όταν το γεωθερμικό ρευστό εξέρχεται από τη γεώτρηση με πίεση και χωρίς τη βοήθεια άντλησης. Κατ αυτήν, το γεωθερμικό ρευστό διέρχεται από έναν διαχωριστήρα ατμού, ο οποίος στη συνέχεια διοχετεύει τον ατμό προς εκτόνωση σε ένα στροβιλοφόρο κινητήρα συνδεδεμένο με μια ηλεκτρογεννήτρια. Προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση της διαδικασίας αυτής, μπορεί να χρησιμοποιηθεί στροβιλοφόρος κινητήρας διπλής εισόδου. Μια άλλη συνήθης μεθοδολογία είναι του δυαδικού κύκλου και χρησιμοποιείται, όταν η θερμοκρασία των γεωθερμικών ρευστών είναι μικρότερη των 180 0C, καθώς και στις περιπτώσεις όπου το γεωθερμικό ρευστό περιέχει διαβρωτικά στοιχεία και 10

21 ενώσεις που μπορούν να δημιουργήσουν προβλήματα αντοχής στο στρόβιλο. Το γεωθερμικό ρευστό αποδίδει την ενέργειά του σ ένα δεύτερο ρευστό μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας και στη συνέχεια επανεισέρχεται στον ταμιευτήρα. Το δεύτερο αυτό ρευστό έχει χαμηλότερο σημείο βρασμού από το γεωθερμικό και ατμοποιείται στην έξοδο του εναλλάκτη. Το ατμοποιημένο ρευστό οδηγείται σ ένα στροβιλοφόρο κινητήρα, συνδεδεμένο και σ αυτή την περίπτωση με μια ηλεκτρογεννήτρια, και μετά την εκτόνωσή του, συμπυκνώνεται για να οδηγηθεί και πάλι στον εναλλάκτη θερμότητας. Η διαδικασία αυτή δεν επιβαρύνει καθόλου το περιβάλλον, διότι τόσο το γεωθερμικό όσο και το δευτερεύον ρευστό είναι απομονωμένα από την ατμόσφαιρα. Ως δευτερεύοντα ρευστά συνήθως χρησιμοποιούνται υδρογονάνθρακες, όπως είναι το ισοβουτάνιο και το προπάνιο Οφέλη από την Αξιοποίηση της Γεωθερμικής Ενέργειας Τα κυριότερα οφέλη που προκύπτουν από τη χρησιμοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας για παραγωγή ενέργειας είναι τα ακόλουθα : Οικονομικά οφέλη : Η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας συμβάλλει στην εξοικονόμηση συμβατικών καυσίμων τα οποία βεβαίως δεν είναι ανεξάντλητα. Η εκμετάλλευση των διαθέσιμων γεωθερμικών πεδίων, επιτρέπει την αξιοποίηση των συμβατικών καυσίμων, ειδικά του πετρελαίου, σ άλλες εφαρμογές όπου αυτά είναι καταλληλότερα ή και η χρήση τους οικονομικά πιο συμφέρουσα. Μια τέτοια χρήση είναι οι μεταφορές και η βιομηχανία όπου συχνά απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες. Σ αυτές τις περιπτώσεις ούτε η γεωθερμία, αλλά ούτε οι άλλες Α.Π.Ε. μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα, κυρίως λόγω της δυσκολίας μεταφοράς τους. Περιβαλλοντικά οφέλη : Από περιβαλλοντικής απόψεως, με την παραγωγή ενέργειας γεωθερμικής προέλευσης επιτυγχάνεται μείωση των εκπομπών CO2 στην ατμόσφαιρα, που είναι το κύριο αίτιο του φαινομένου του θερμοκηπίου, το οποίο απειλεί σοβαρά την οικολογική ισορροπία του πλανήτη μας με τις κλιματικές μεταβολές που προκαλεί. Παράλληλα, επιτυγχάνεται η μείωση και των άλλων εκπεμπόμενων ρύπων, οι οποίοι έχουν εξίσου μακροχρόνιες βλαπτικές επιδράσεις. Σημαντικότερος από αυτούς είναι το διοξείδιο του θείου (SO2) που προκαλεί την όξινη βροχή, η οποία αποτελεί σημαντικό πρόβλημα για τις βιομηχανικά ανεπτυγμένες χώρες. Η εκπομπή ατμοσφαιρικών ρύπων από μια μονάδα παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος που λειτουργεί με χρήση γεωθερμίας είναι μικρότερη του ενός χιλιοστού μιας αντίστοιχης μονάδος που χρησιμοποιεί ως καύσιμο άνθρακα. Οφέλη των μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας: Η εκμετάλλευση των γεωθερμικών ρευστών δίνει τη δυνατότητα να κατασκευαστούν τοπικά μικρές μονάδες ηλεκτροπαραγωγής (συνήθως μικρότερες των 100 mw). Ως συνέπεια αυτού του γεγονότος, οι γεωθερμικές μονάδες μπορούν να εγκατασταθούν σε πολύ 11

22 μικρότερο χρόνο από τις μονάδες που χρησιμοποιούν συμβατικά καύσιμα, οι οποίες επιπροσθέτως, για λόγους οικονομίας, έχουν πολύ μεγάλο μέγεθος. Πέραν τούτου, η παραγωγή του ηλεκτρικού ρεύματος καθίσταται περισσότερο αξιόπιστη, όταν οι μονάδες παραγωγής του είναι διεσπαρμένες και δεν παρουσιάζεται συγκέντρωση λίγων μονάδων σε μια μικρή περιοχή Ενέργεια από Ωκεανούς Ενέργεια από τις παλίρροιες Παλιρροϊκός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής είναι ένας ηλεκτρικός σταθμός που μετατρέπει την ενέργεια των παλιρροιών της θάλασσας σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο παλιρροϊκός σταθμός εκμεταλλεύεται τη διαφορά στάθμης του ύδατος κατά την πλημμυρίδα και την άμπωτη. Όταν ένα φράγμα κλείσει τον κόλπο ή τις εκβολές ενός ποταμού που ρέει στη θάλασσα σχηματίζεται υδατοδεξαμενή, που καλείται λεκάνη παλιρροϊκού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής. Αν η πλημμυρίδα προκαλεί αρκετή διαφορά ύψους (πάνω από 4 μέτρα) μπορεί να δημιουργηθεί αρκετή πίεση για να περιστρέψει υδροστροβίλους συνδεδεμένους με ηλεκτρογεννήτριες που έχουν εγκατασταθεί στο φράγμα. Παλιρροϊκός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής με λεκάνη, που λειτουργεί σε κανονικό παλιρροϊκό κύκλο 12 ωρών την ημέρα, μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια αδιάκοπα για 4-5 ώρες τέσσερις φορές τη μέρα με αντίστοιχα διαλείμματα μιας ή δύο ωρών. Για να αποφευχθεί η ανομοιόμορφη παραγωγή ηλεκτρισμού, η λεκάνη του παλιρροϊκού σταθμού μπορεί να χωριστεί με φράγματα σε δύο ή τρεις μικρότερες. Στην πρώτη λεκάνη η στάθμη ύδατος διατηρείται στη στάθμη της άμπωτης και στη δεύτερη στη στάθμη πλημμυρίδας, ενώ η Τρίτη λεκάνη είναι εφεδρική. Η γεννήτρια υδραυλικού κινητήρα εγκαθίσταται στα διαχωριστικά φράγματα. Αλλά ακόμα και αυτή η διάταξη δεν αποτρέπει εντελώς τις διακυμάνσεις της ηλεκτρικής ισχύος που προκαλούνται από την περιοδική υφή των παλιρροιών σε περίοδο μισού μήνα. Όταν ο παλιρροϊκός σταθμός περιληφθεί στο σύστημα ηλεκτρικής ισχύος με άλλους θερμικούς σταθμούς, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγει μπορεί να βοηθήσει για την κάλυψη του φορτίου αιχμής του συστήματος. Αν το σύστημα περιλαμβάνει υδροηλεκτρικούς σταθμούς με υδατοδεξαμενές, ο παλιρροϊκός σταθμός μπορεί να αντισταθμίσει τις διακυμάνσεις της παλιρροϊκής ενέργειας, που παρουσιάζονται κατά την περίοδο ενός μηνός. 12

23 Οι γεννήτριες τυμπάνου διυδραυλικών κινητήρων που εγκαθίστανται στους παλιρροϊκούς σταθμούς, μπορούν να λειτουργήσουν με σχετικά υψηλό βαθμό απόδοσης σε άμεσα ή ανάστροφα συστήματα γεννήτριας και αντλίας και σαν ανοίγματα για τη ροή ύδατος. Κατά τις ώρες που η περίοδος χαμηλού φορτίου του συστήματος συμπίπτει με την άμπωτη ή την πλημμυρίδα, ο γεννήτριες διυδραυλικών κινητήρων κλείνουν ή λειτουργούν σαν αντλίες κατευθύνοντας το νερό από τη λεκάνη κάτω της στάθμης της άμπωτης στη λεκάνη πάνω από τη στάθμη της πλημμυρίδας. Έτσι, συσσωρεύεται ενέργεια μέχρι τη στιγμή της ζήτησης αιχμής. Όταν η πλημμυρίδα ή η άμπωτη συμπίπτουν χρονικά με το μέγιστο φορτίο του συστήματος ο παλιρροϊκός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής λειτουργεί σαν γεννήτρια. Κατά συνέπεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν εφεδρικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής. Ο παλιρροϊκός σταθμός 240 mw στο στόμιο του ποταμού Ρανς στη Γαλλία που κατασκευάστηκε το 1966 λειτουργεί μ αυτό τον τρόπο Ενέργεια από Κύματα Τα θαλάσσια κύματα είναι μια ισχυρή πηγή ενέργειας. Ωστόσο, το πρόβλημα είναι ότι δεν είναι εύκολο να χρησιμοποιηθεί αυτή η ενέργεια για να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια σε μεγάλα ποσά. Κατά συνέπεια, οι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος κυμάτων είναι σπάνιοι. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι παραγωγής ενέργειας από τα κύματα, αλλά μια από τις αποτελεσματικότερες λειτουργεί όπως μια μηχανή κυμάτων πισινών. Έτσι, σε μια πισίνα, ο αέρας φυσιέται μέσα και έξω από μια μηχανή εκτός από τη λίμνη, η οποία κάνει το νερό να μετακινείται πάνω - κάτω, προκαλώντας τα κύματα. Παρόμοια, σ ένα σταθμό παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος κυμάτων, η άφιξη των κυμάτων προκαλεί άνοδο και πτώση του νερού εντός του θαλάμου του σταθμού, το οποίο προκαλεί τον αέρα να κινείται μέσα και έξω από μια τρύπα στην κορφή του θαλάμου.σ αυτή την τρύπα τοποθετούμε μια τουρμπίνα, η οποία γυρίζει με την κίνηση του αέρα μέσα έξω, με αποτέλεσμα η τουρμπίνα να λειτουργεί ως γεννήτρια. Ένα πρόβλημα σ αυτό το σχέδιο είναι ότι ο κινούμενος αέρας μπορεί να είναι πολύ θορυβώδης, εκτός και αν εγκατασταθεί στο στρόβιλο σιγαστήρας. Παρόλα αυτά ο θόρυβος δεν είναι τεράστιο πρόβλημα, δεδομένου ότι τα κύματα κάνουν αρκετό θόρυβο από μόνα τους. Το σύστημα εκμεταλλεύεται την ταχύτητα του κύματος, το ύψος, το βάθος και τη ροή κάτω από το πλησιάζον κύμα, παράγοντας κατά συνέπεια την ενέργεια αποτελεσματικότερα και φθηνότερα από άλλα θαλάσσια κύματα και τις υπόλοιπες συμβατικές τεχνολογίες. 13

24 1.2.7 Υδροηλεκτρική Ενέργεια Νερό συγκεντρωμένο σε οποιοδήποτε ύψος επάνω από τη στάθμη της θάλασσας αντιπροσωπεύει αποθηκευμένη βαρυτική ενέργεια η οποία διαχέεται στη φύση από δίνες και ρεύματα, καθώς το νερό ρέει κατηφορικά σε ρυάκια, χείμαρρους και ποτάμια μέχρι να φτάσει στη θάλασσα. Όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος του αποθηκευμένου νερού και όσο ψηλότερα βρίσκεται, τόσο περισσότερη είναι η ενέργεια που περιέχει. Έτσι, το αποθηκευμένο νερό σ έναν ταμιευτήρα πίσω από ένα φράγμα περιέχει σημαντική δυναμική ενέργεια η οποία μπορεί να παράγει σημαντικότατα ποσά ηλεκτρικής ενέργειας. Για την εκμετάλλευση αυτής της ενέργειας σε μια ελεγχόμενη μορφή, μπορεί να εκτραπεί σ ένα σωλήνα ένα μέρος ή όλο το νερό ενός φυσικού υδάτινου διαύλου. Στη συνέχεια, μπορεί να οδηγηθεί ως ένα ρεύμα νερού υπό πίεση σ ένα υδροτροχό ή στροβιλοτροχό, έτσι ώστε το νερό που προσπίπτει στα πτερύγια να προκαλεί την περιστροφή του τροχού και την παραγωγή μηχανικής ενέργειας. Στους νερόμυλους, μεγάλοι ξύλινοι υδροτροχοί περιστρέφονται αργά ώστε να στρέφουν μυλόπετρες για το άλεσμα του σιταριού. Παρόμοιες αρχές χρησιμοποιήθηκαν για την άντληση νερού, την κοπή ξύλων και την οδήγηση απλών μηχανών σε εργοστάσια. Ωστόσο, σήμερα, ένας σύγχρονος στρόβιλος συνδέεται σε μια γεννήτρια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία στη συνέχεια μεταδίδεται στο σημείο όπου υπάρχει ζήτηση αυτής. Η υδροηλεκτρική ενέργεια είναι η μεγαλύτερη και πιο ώριμη εφαρμογή ανανεώσιμης ενέργειας, με περίπου 1000 GW εγκαταστημένης ισχύος, τα οποία παρήγαγαν το 2009 πάνω από το 14% της ηλεκτρικής ενέργειας παγκοσμίως. Στη Δυτική Ευρώπη, τα υδροηλεκτρικά συνεισέφεραν το 20% περίπου της ηλεκτρικής ενέργειας στην Ε.Ε. (αποφεύγοντας μ αυτό τον τρόπο την εκπομπή εκατομμυρίων τόνων ετησίως). Παρά το μεγάλο υφιστάμενο υδροηλεκτρικό δυναμικό, υπάρχουν ακόμη περιθώρια για περαιτέρω ανάπτυξη, καθώς, σύμφωνα με τις 14

25 περισσότερες εκτιμήσεις, αυτό αποτελεί μόνο το 10% περίπου του συνολικού παγκόσμιου βιώσιμου υδροδυναμικού Τύποι Υδροστροβίλων Ένας υδροστρόβιλος είναι μια περιστρεφόμενη μηχανή που μετατρέπει τη δυναμική ενέργεια του νερού σε μηχανική ενέργεια. Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι στροβίλων, γνωστοί ως στρόβιλοι «ώσης» και «αντίδρασης». Ο «στρόβιλος ώσης» μετατρέπει τη δυναμική ενέργεια του νερού σε κινητική ενέργεια μιας δέσμης νερού η οποία εκρέει από ένα ακροφύσιο και προσπίπτει επάνω στους κάδους ή τα πτερύγια του δρομέα. Ο «στρόβιλος αντίδρασης» χρησιμοποιεί την πίεση αλλά και την ταχύτητα του νερού για να αναπτύξει μηχανική ισχύ. Ο δρομέας κατακλύζεται πλήρως και τόσο η πίεση όσο και η ταχύτητα μειώνονται από την είσοδο προς την έξοδο. Οι περισσότεροι υφιστάμενοι στρόβιλοι μπορούν να ταξινομηθούν ως εξής: Στρόβιλοι τύπου Kaplan και έλικας Στρόβιλοι τύπου Francis Στρόβιλοι τύπου Pelton και άλλοι στρόβιλοι ώσης i) Οι στρόβιλοι Kaplan και τύπου έλικας είναι αξονικής ροής στρόβιλοι αντίδρασης που γενικά χρησιμοποιούνται για μικρά ύψη πτώσης (συνήθως κάτω από 16 m). Ο στρόβιλος Kaplan έχει ρυθμιζόμενα πτερύγια δρομέα και μπορεί να διαθέτει ή όχι ρυθμιζόμενα οδηγά πτερύγια. Εάν είναι ρυθμιζόμενα και τα πτερύγια του δρομέα και τα οδηγά πτερύγια ο στρόβιλος περιγράφεται ως «διπλής ρύθμισης», ενώ εάν είναι σταθερά τα οδηγά πτερύγια, τότε λέγεται «απλής ρύθμισης». Στη συμβατική του έκδοση ο στρόβιλος Kaplan έχει ένα σπειροειδές περίβλημα (είτε από χάλυβα είτε από σιδηροπαγές σκυρόδεμα). Η ροή εισάγεται ακτινικά προς το εσωτερικό και εκτελεί μια στροφή ορθής γωνίας προτού εισέλθει στο δρομέα με αξονική κατεύθυνση. Όταν ο δρομέας έχει σταθερά πτερύγια, ο στρόβιλος είναι γνωστός ως τύπου έλικας. Οι στρόβιλοι έλικας μπορούν να έχουν κινητά ή σταθερά οδηγά πτερύγια. Οι μη ρυθμιζόμενοι στρόβιλοι τύπου έλικας χρησιμοποιούνται μόνο όταν, τόσο η παροχή όσο και το ύψος πτώσης, παραμένουν πρακτικώς σταθερά. 15

26 Σχήμα 1.3: Υδροστρόβιλος Kaplan της εταιρίας ecofer ii) Οι στρόβιλοι Francis είναι στρόβιλοι αντίδρασης ακτινικής ροής με σταθερά πτερύγια δρομέα και ρυθμιζόμενα οδηγά πτερύγια, που χρησιμοποιούνται για μεσαία ύψη πτώσης. Ο δρομέας αποτελείται από κάδους που διαμορφώνονται από σύνθετες καμπύλες. Ένας στρόβιλος Francis περιλαμβάνει συνήθως ένα χυτοσιδηρό ή χαλύβδινο σπειροειδές περίβλημα για τη διανομή του νερού γύρω από ολόκληρη την περίμετρο του δρομέα και αρκετές σειρές πτερυγίων που καθοδηγούν και ρυθμίζουν τη ροή του νερού προς το δρομέα. Σχήμα 1.4: Υδροστρόβιλος francis με HFF τουρμπίνα της εταιρείας ecofer iii) Οι στρόβιλοι Pelton είναι στρόβιλοι ώσης με μία ή πολλαπλές δέσμες, καθεμιά από τις οποίες εκρέει μέσα από ένα ακροφύσιο με μια βελονοβαλβίδα για τον έλεγχο της ροής. Αυτοί χρησιμοποιούνται για μεσαία και μεγάλα ύψη πτώσης. 16

27 Σχήμα 1.5: Υδροστρόβιλος pelton της εταιρίας hydrosolarenergy Αιολική Ενέργεια Η αιολική ενέργεια είναι μια μορφή ενέργειας η οποία παράγεται έμμεσα από την ηλιακή ακτινοβολία. Ο ήλιος θερμαίνει ανομοιόμορφα την επιφάνεια της γης, δηλαδή, κάθε τόπος στην υδρόγειο θερμαίνεται διαφορετικά. Η ανομοιόμορφη αυτή θέρμανση προκαλεί τη μετακίνηση μεγάλων μαζών αέρα από μια περιοχή σε μια άλλη δημιουργώντας κατ αυτό τον τρόπο τους ανέμους. Ο άνεμος είναι δυνατόν να περιστρέφει ανεμότροχους, να προωθεί ιστιοφόρα πλοία ή να κινεί αντικείμενα, μπορεί, δηλαδή, η ενέργειά του να καταστεί εκμεταλλεύσιμη. Η πηγή αυτής της ενέργειας είναι πρακτικά ανεξάντλητη, ανανεούμενη συνεχώς, γι αυτό και ονομάζεται ανανεώσιμη. Εάν υπήρχε η δυνατότητα με τη σημερινή τεχνολογία να καταστεί εκμεταλλεύσιμο το συνολικό αιολικό δυναμικό της γης, εκτιμάται ότι η παραγόμενη σε ένα χρόνο ηλεκτρική ενέργεια από τον άνεμο θα ήταν υπερδιπλάσια από τις ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια της ανθρωπότητας στο 17

28 ίδιο διάστημα. Ωστόσο, ένα μόνο μικρό ποσοστό αυτής της τεράστιας ποσότητας ενέργειας είναι σήμερα εκμεταλλεύσιμο Ιστορικά Στοιχεία Από τα αρχαία χρόνια ο άνθρωπος γνώριζε για τη δύναμη του ανέμου και είχε ανάγκη να διαθέσει τον άνεμο προς όφελός του. Γι αυτό η αιολική ενέργεια χρησιμοποιείται για τουλάχιστον 3000 χρόνια. Έως το 12ο αιώνα η αιολική ενέργεια χρησιμοποιούνταν για να παρέχει την απαιτούμενη μηχανική ενέργεια για την άντληση νερού ή για το άλεσμα των δημητριακών. Στις αρχές του 1970, με την πρώτη πετρελαϊκή κρίση, το ενδιαφέρον για την αιολική ενέργεια επανήλθε στο προσκήνιο. Αυτή τη φορά, όμως, το κυρίως ενδιαφέρον ήταν η εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και όχι μηχανικής ενέργειας ( κάτι που γινόταν έως τότε). Με τον τρόπο αυτό, κατέστη δυνατή η παροχή μιας αξιόπιστης και σταθερής πηγής ενέργειας με τη χρήση άλλων τεχνολογιών ενέργειας, η οποία θα λειτουργούσε ως εφεδρική για το ηλεκτρικό δίκτυο. Η πρώτη ανεμογεννήτρια για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είχε ήδη αναπτυχθεί από τις αρχές του 20ου αιώνα. Η τεχνολογία γύρω από τις ανεμογεννήτριες εξελίχθηκε βήμα βήμααπό τις αρχές της δεκαετίας του 70 και ως το τέλος του 1990, η αιολική ενέργεια επανεμφανίστηκε ως μία από τις πιο σημαντικές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας του 20ου αιώνα, το παγκόσμιο δυναμικό αιολικής ενέργειας διπλασιάζεται σε περίπου κάθε τρία χρόνια. Τα προηγούμενα πέντε χρόνια, ο μέσος ετήσιος ρυθμός ανάπτυξης της αιολικής ενέργειας παγκοσμίως ήταν περίπου 28%. Ωστόσο, οι εκτιμήσεις για το 2013 λένε πως ο ρυθμός ανάπτυξης θα είναι 15% λόγω της παγκόσμιας οικονομικής ύφεσης (κάτι που δείχνει ότι θα επηρεάσει τους ρυθμούς ανάπτυξης και τα επόμενα χρόνια). Η εξέλιξη της τεχνολογίας των ανεμογεννητριών κινείται με ταχύτατους ρυθμούς σε ότι αφορά τις διαστάσεις τους.στα τέλη του 1989 μια ανεμογεννήτρια των 300 kw και με διάμετρο πτερυγίων στα 30 μέτρα ήταν ένα έργο τέχνης. Ωστόσο, ανεμογεννήτριες των 2000 kw και με διάμετρο 80 μέτρα ήταν διαθέσιμες από τους κατασκευαστές μόνο δέκα χρόνια αργότερα. Τώρα ανεμογεννήτριες των 4-5 MW είναι εμπορικά διαθέσιμες. Τέλος, θεωρείται ότι η εξέλιξη στην τεχνολογία, στις διαστάσεις αλλά και στην ονομαστική ισχύ των ανεμογεννητριών θα ακολουθήσει υψηλούς ρυθμούς ανάπτυξης τα επόμενα χρόνια. Στο σχήμα 1.6 βλέπουμε την εξέλιξη των ανεμογεννητριών από το 1997 έως και το

29 Σχήμα 1.6: Η εξέλιξη στις ανεμογεννήτριες από το 1997 έως και το Παρακάτω παρουσιάζονται οι πιο σημαντικοί χρονολογικοί σταθμοί της εξέλιξης των ανεμογεννητριών(τόσο για παραγωγή μηχανικής ενέργειας όσο και για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας): Τον 17ο αιώνα π.χ. οι πρώτοι ανεμόμυλοι βρίσκονται στο σημερινό Αφγανιστάν και η χρήση τους ήταν για άλεσμα σιτηρών και άντληση ύδατος. Οι πρώτες λεπτομερείς αναφορές για τη χρήση ανεμόμυλων υπάρχουν σε ιστορικά έγγραφα από την Περσία, το Θιβέτ και την Κίνα το 1000 μ. Χ. Η χρήση τους ήταν για άλεσμα σιτηρών και άντληση ύδατος. Από την Περσία και τη Μέση Ανατολή οι ανεμόμυλοι διαδίδονταν στην Ευρώπη και κάνουν την εμφάνισή τους γύρω στο 11ο με 12ο αιώνα για το άλεσμα των δημητριακών. Στην Αμερική εμφανίζονται ανεμόμυλοι το 1800 μ.χ. από τους αποίκους και η χρήση τους για άντληση υδάτων αλλά και άλεσμα δημητριακών γίνεται πολύ δημοφιλής. Το 1887 ο Σκωτσέζος JamesBlyth κατασκεύασε την πρώτη ανεμογεννήτρια που λειτουργούσε ως συσκευή φόρτισης μπαταριών. Το 1888 ο Αμερικανός Charles F. Brush λειτούργησε την πρώτη ανεμογεννήτρια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, στο Κλήβελαντ του Οχάιο. Το 1891 ο Δανός Poul la Cour κατασκεύασε ανεμογεννήτρια για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Η τεχνολογία αυτή αναπτύχθηκε από τους Δανούς μηχανικούς κατά τη διάρκεια των δύο παγκοσμίων πολέμων. Στις αρχές της δεκαετίας του 1970 και μετά την πρώτη πετρελαϊκή κρίση το ενδιαφέρον για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από την αιολική ενέργεια επέστρεψε. Έτσι, μεγάλα ποσά δόθηκαν από χώρες όπως η Γερμανία, η Σουηδία και 19

30 οι Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής για την εξέλιξη και την ανάπτυξη των ανεμογεννητριών. Έτσι, ξεκινά η σύγχρονη αιολική βιομηχανία. Το 1985 κατασκευάζονται ανεμογεννήτριες διαμέτρου πτερυγίων 15 m και ισχύος 50 kw, ενώ έπειτα από 10 χρόνια αυτή η ισχύς άγγιζε τα 600 kw και η διάμετρος των πτερυγίων άγγιζε τα 46 m. Σήμερα έχουμε κατασκευές ανεμογεννητριών των 7 MW και με διάμετρο πτερυγίων 164 m Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Αιολικής Ενέργειας Τα κυριότερα οφέλη, τόσο οικονομικά όσο και περιβαλλοντικά, που προκύπτουν από τη χρησιμοποίηση της αιολικής ενέργειας είναι τα ακόλουθα: Είναι μια ανεξάντλητη μορφή ενέργειας, διότι παρέχεται από τον ήλιο και επιπλέον υπάρχει αρκετό αιολικό δυναμικό στον πλανήτη, το οποίο μπορεί να υπερκαλύψει τις ενεργειακές μας ανάγκες. Ωστόσο, λιγότερο από το 1% του παγκοσμίου αιολικού δυναμικού αξιοποιείται αυτή τη στιγμή. Στην Ελλάδα το αιολικό δυναμικό που έχει καταγραφεί στα νησιά, αλλά και στα τμήματα της ηπειρωτικής χώρας είναι ιδανικό για την εγκατάσταση ανεμογεννητριών. Είναι μια καθαρή, ήπια μορφή ενέργειας, η οποία δεν μολύνει το περιβάλλον με απόβλητα (όπως η πυρηνική ενέργεια) και δε συμβάλλει, όπως τα ορυκτά καύσιμα, με καυσαέρια(π.χ το CO2, τα οξείδια του αζώτου και τα οξείδια του θείου). Δεν απαιτούν μεγάλες ποσότητες ενέργειας για τη συνολική κατασκευή και λειτουργία τους αλλά και τη λειτουργία των αιολικών πάρκων. Σ ένα μέσο αιολικό πάρκο η ανεμογεννήτρια θα αποσβέσει όλη την ενέργεια που έχει χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή, εγκατάσταση και λειτουργία της σε διάστημα μικρότερο των 3 μηνών. Έτσι, με μέσο χρόνο ζωής γύρω στα 20 χρόνια, αυτό μας δίνει μία απόδοση κοντά στο 800%, οπότε αποδίδει περίπου 80 φορές την ενέργεια η οποία δαπανήθηκε γι αυτή. Συμβάλλει στη μείωση της εξάρτησης από συμβατικούς ενεργειακούς πόρους οι οποίοι στο μέλλον θα εξαντληθούν. Τα αιολικά πάρκα αυξάνουν την αξιοπιστία του υπάρχοντος ισχυρού δικτύου και μπορούν να βοηθήσουν επαρκώς στην κάλυψη αιχμών. Με τη χρήση ανεμογεννητριών το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να πάει παντού, ακόμα και σε ορεινές και δύσβατες περιοχές, κάτι που στο παρελθόν ήταν οικονομικά ασύμφορο. Ο άνεμος, που αποτελεί το βασικό καύσιμο, παρέχεται δωρεάν από τη φύση και έτοιμο προς εκμετάλλευση χωρίς επιπλέον έξοδα επεξεργασίας. Το πετρέλαιο, για παράδειγμα, απαιτεί εξόρυξη, μεταφορά, επεξεργασία κτλ. Τα κυριότερα μειονεκτήματα από τη χρήση των ανεμογεννητριών για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι τα ακόλουθα : Η αβεβαιότητα στην εμφάνιση του ανέμου, καθώς πρόκειται για ένα καθαρά στοχαστικό μέγεθος. Οπότε, το πρόβλημα που εισάγουν οι ανεμογεννήτριες είναι ότι δεν μπορούμε να αναμένουμε σταθερή παραγωγή ενέργειας από αυτές. 20

31 Oι ανεμογεννήτριες εισάγουν διακυμάνσεις στο δίκτυο. Βέβαια, όσο περισσότερες ανεμογεννήτριες έχουμε στο δίκτυο, τόσο μικρότερες είναι αυτές οι διακυμάνσεις και τόσο πιο σταθερή είναι η αναμενόμενη παραγωγή ενέργειας. Οι ανεμογεννήτριες παράγουν μηχανικό και αεροδυναμικό θόρυβο κυρίως για ταχύτητες ανέμου κάτω από 7 8 m/s. Ωστόσο, αφενός μεν το γεγονός ότι οι ανεμογεννήτριες ενσωματώνουν όλες τις τελευταίες τεχνολογίες μείωσης του θορύβου (μηχανικού και αεροδυναμικού), αφετέρου δε το γεγονός ότι τα αιολικά πάρκα εγκαθίστανται σε απόσταση λίγων εκατοντάδων μέτρων (τουλάχιστον) από τους γύρω οικισμούς εξασφαλίζουν ότι το αιολικό πάρκο δε θα προκαλέσει σημαντική αύξηση της υπάρχουσας στάθμης θορύβου εκτός των ορίων του. Στο σχήμα 1.7 βλέπουμε τα επίπεδα θορύβου για διάφορες δραστηριότητες. Σχήμα 1.7: Επίπεδα θορύβου για διάφορες δραστηριότητες. Υπάρχουν αρνητικές επιπτώσεις κατά τη φάση της κατασκευής στα είδη της χλωρίδας στην περιοχή κατάληψης του έργου αλλά οι επιπτώσεις αυτές κρίνονται ως ασθενείς ως προς την ένταση, τοπικού χαρακτήρα και μπορούν να χαρακτηριστούν σχεδόν ολικά αντιστρεπτές μετά το πέρας της φάσης της κατασκευής. Επιπλέον, από το σύνολο της πανίδας μόνο τα πτηνά μπορούν να επηρεαστούν από το αιολικό πάρκο κυρίως με θανάτωση (ή τραυματισμό) μετά από προσκρούσεις στους ανεμοκινητήρες. Ωστόσο, μακροχρόνιες έρευνες για τα πτηνά έχουν δείξει ότι οι θάνατοι (ή τραυματισμοί) από προσκρούσεις σε ανεμογεννήτριες είναι πολύ λιγότερες από τους θανάτους που προέρχονται από συγκρούσεις πτηνών με διάφορες κατασκευές των ανθρώπων όπως εναέριες ηλεκτρικές γραμμές, πυλώνες, ιστοί, κινούμενα οχήματα, παράθυρα κτιρίων κλπ. Θα πρέπει να αναφερθεί ότι οι επιπτώσεις αυτές συγκριτικά θεωρούνται από πολύ μικρές έως αμελητέες από τις μεγαλύτερες περιβαλλοντικές οργανώσεις του πλανήτη ( Greenpeace, WWF, RSPM, κλπ. ). 21

32 Τρέχουσα Κατάσταση της Αιολικής Ενέργειας Πολλές χώρες παγκοσμίως παράγουν μέρος της αναγκαίας ενέργειάς τους με την εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας. Σύμφωνα με κανονισμούς, μέχρι το 2020, πρέπει να έχουμε αύξηση του ποσοστού διείσδυσης των ανανεώσιμων μορφών ενέργειας στην τελική κατανάλωση στο επίπεδο το 20% για την Ευρωπαϊκή Ένωση. Γενικότερα, στις μέρες μας, υπάρχει μια στροφή προς την «πράσινη» ενέργεια από όλες τις χώρες παγκοσμίως, λόγω της ασύμφορης εξάρτησης από το πετρέλαιο. Λόγω της ενθάρρυνσης τέτοιων πολιτικών, έχουν αρχίσει να εγκαθίστανται μεγάλης κλίμακας αιολικά πάρκα Παγκόσμια Παγκοσμίως υπάρχουν πολλές χώρες οι οποίες παράγουν ένα σημαντικό μέρος της αναγκαίας ηλεκτρικής ενέργειας με βάση την εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας. Από αυτές ξεχωρίζουμε τη Γερμανία, την Ισπανία και τη Γαλλία από την Ευρώπη, την Κίνα και την Ινδία από την Ασία και τις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής από την Αμερική. Στο σχήμα 1.8 της επόμενης σελίδας βλέπουμε τις χώρες με τη μεγαλύτερη παγκόσμια παραγωγή αιολικής ισχύος. Σχήμα 1.8: Οι χώρες με τη μεγαλύτερη παγκόσμια παραγωγή αιολικής ισχύος. 22

33 Σημαντική ήταν και η αύξηση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με βάση την αιολική ενέργεια τα τελευταία 15 χρόνια. Υπήρχε μια σταδιακή αύξηση της ετήσιας εγκατεστημένης αιολικής ενέργειας κάτι που οδήγησε την αιολική ενέργεια σε σημαντική συνιστώσα των Α. Π. Ε. Στο σχήμα 1.9 βλέπουμε την ετήσια παγκόσμια εγκατάσταση αιολικής ισχύος από το Σχήμα 1.9: Η ετήσια παγκόσμια εγκατάσταση αιολικής ισχύος από το Σ αυτή την ετήσια συνεισφορά κυρίαρχο ρόλο έχουν τα τελευταία 8 χρόνια η Ευρώπη, οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής αλλά και η Ασία. Παρακάτω απεικονίζεται η ετήσια συνεισφορά σε κάθε ήπειρο από το 2004 έως και το Στο σχήμα 1.10 βλέπουμε την ετήσια εγκατάσταση αιολικής ισχύος ανά Ήπειρο από το