Περιοχές κυματικής ενέργειας για παραγωγή ηλεκτρισμού και η χωροθέτηση τους στο Αιγαίο. Εμμανουήλ Κ. Οικονόμου

Transcript

1 Περιοχές κυματικής ενέργειας για παραγωγή ηλεκτρισμού και η χωροθέτηση τους στο Αιγαίο Εμμανουήλ Κ. Οικονόμου

2 Δομή παρουσίασης 1. Βασικοί ορισμοί 2. Υπάρχουσα τεχνολογία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από θαλάσσια κύματα 3. Μέθοδοι μετρήσεως και πρόγνωσης θαλάσσιων κυμάτων 4. Ενέργεια θαλάσσιων κυμάτων στο Αιγαίο 5. Χωροθέτηση πάρκων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από θαλάσσια κύματα 6. Σύστημα AIS στο Αιγαίο 7. Συμπεράσματα

3 1. Βασικοί ορισμοί Μήκος κύματος (λ): η οριζόντια απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών κορυφών. Ύψος κύματος (Ηs): η κάθετη απόσταση ανάμεσα σε ένα χαμήλωμα (κοιλιά) και στην αμέσως επόμενη κορυφή. Σημαντικό ύψος κύματος: η μέση τιμή ύψους (από κορυφή σε κοιλία) του ενός τρίτου των υψηλότερων κυμάτων σε μια περιοχή. Το πιθανό αναμενόμενο μέγιστο ύψος κύματος μπορεί να φτάσει μέχρι δύο φορές το υπολογιζόμενο σημαντικό ύψος κύματος. Μέτωπο κύματος: η γραμμή που ενώνει τις κορυφές των κυμάτων και είναι κάθετη προς το μήκος κύματος. Περίοδος (Τ): ο χρόνος που απαιτείται για να περάσουν δύο διαδοχικές κορυφές από ένα ορισμένο σημείο. Η ταχύτητα διάδοσης (U): βρίσκεται με μεγάλη προσέγγιση από τον λόγο υ= λ/τ, όπου λ είναι το μήκος κύματος και Τ η περίοδος του.

4 1. Βασικοί ορισμοί Υπάρχουν τέσσερις σημαντικοί παράγοντες που πρέπει να εξετάζονται στην επιλογή τοποθεσίας κατάλληλης για την εγκατάσταση και εκμετάλλευση των κυμάτων και συγκεκριμένα (Clement Alain et al., 2002): το ύψος κύματος (m) η ταχύτητα των κυμάτων (m/s) το μήκος κύματος (m) η πυκνότητα του νερού Η ηλεκτρική ενέργεια που μπορεί να παραχθεί από θαλάσσια κύματα μετριέται σε kw/m GWh / έτος

5 1. Βασικοί ορισμοί Οι πλέον ευνοϊκές τοποθεσίες για να συλλεχθεί η ενέργεια των κυμάτων είναι συγχρόνως εκείνες όπου ο άνεμος είναι πολύ ισχυρός (στην ζώνη γεωγραφικού πλάτους 30 ο με 60 ο ) και επίσης στα ανοιχτά του ωκεανού. Ένα σύστημα κυματικής ενέργειας μπορεί να τοποθετηθεί σε οποιοδήποτε σημείο στον ωκεανό και να παράγει ενέργεια, μπορεί να είναι αγκυροβολημένο στο πυθμένα ή πλωτό ανοιχτά της θάλασσας, ή σύστημα εγκατεστημένο στα παράλια ή στα ρηχά νερά (Βουτυράκης, 2007).

6 1. Βασικοί ορισμοί Υπολογίζεται ότι η αξιοποίηση μόλις του 1 % του κυματικού δυναμικού του πλανήτη θα κάλυπτε στο τετραπλάσιο την παγκόσμια ενεργειακή ζήτηση Το τεχνικά εκμεταλλεύσιμο κυματικό δυναμικό για τα κράτη μέλη της Ε.Ε. υπολογίζεται συνολικά σε TWh/έτος Από αυτά 4-11 TWh/έτος αντιστοιχούν στις ελληνικές θάλασσες (Clement Alain et al, 2002) Η ισχύς (P) που περιέχεται στα κύματα προσδιορίζεται από το ύψος του και την περίοδο του και για βάθη όπου >1/2 λ ισούται με Ρ = ½ (Η Τ 2 )

7 1. Βασικοί ορισμοί Ειδικότερα για την Ελλάδα η οποία διαθέτει μεγάλη ακτογραμμή, μήκους περίπου Km, το υψηλό αιολικό δυναμικό πάνω από το Αιγαίο Πέλαγος επάγει σχετικά έντονη κυματική δραστηριότητα στην περιοχή, με μέσες ετήσιες τιμές κυματικής ισχύος ανά μέτρο μετώπου κύματος της τάξης των 4-11 kw/m (Clement Alain et al., 2002). Εντοπίζονται επίσης θαλάσσιες περιοχές «εστιασμού» κυματικής ενέργειας ( hot spots ), λόγω φαινομένων ανάκλασης και περίθλασης των κυμάτων (Clement Alain et al., 2002). Το τεχνικά εκμεταλλεύσιμο θαλάσσιο κυματικό δυναμικό της Ελλάδας θεωρείται το υψηλότερο της Μεσογείου, της τάξης των 5-9 TWh σε ετήσια βάση (Clement Alain et al., 2002). Το δυναμικό αυτό θα μπορούσε να συνεισφέρει σημαντικά στην ηλεκτροδότηση μεγάλου αριθμού νησιών στο Αιγαίο. Η μεθοδολογία που περιγράφεται παραπάνω, εφαρμόζεται στην περιοχή του Αιγαίου Πελάγους.

8 2. Υπάρχουσα τεχνολογία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από θαλάσσια κύματα Οι κυματικές συσκευές κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με τη θέση και το βάθος στο οποίο κατασκευάζονται για να λειτουργήσουν (παράκτια, επάκτιαή υπεράκτια) ή με τη μέθοδο που εφαρμόζεται για την απόσπαση της κυματικής ενέργειας. Οι συσκευές κυματικής ενέργειες που εδράζονται στο βυθό απαιτούν, γενικά, ένα ισόπεδο πυθμένα από άμμο, σκύρα ή ιλύ. Παράκτιες συσκευές χρειάζονται πυθμένα που να είναι κατάλληλος για το στρώσιμο καλωδίων στην ακτή, με μικρή επιφάνεια κάλυψης από πέτρες. Εδράζονται συνήθως σε βάθος υδάτων 20 μέτρων και δέχονται μεγάλα κύματα (Υ=20m), Επάκτιες συσκευές είναι πιθανόν να εγκαθίστανται σε βάθη υδάτων 10 μέτρων ή λιγότερο. Στην περίπτωση της OWC (Ocean Water Column), 6-7 m είναι το ελάχιστο βάθος προκειμένου να επιτευχθεί ένα λογικό επίπεδο απόδοσης. Συσκευές υπερακόντισης ενδέχεται να είναι αποτελεσματικές σε μικρότερα βάθη

9 2. Υπάρχουσα τεχνολογία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από θαλάσσια κύματα Πληθώρα κυματικών συσκευών για την απόσπαση της κυματικής ενέργειας. Εξασθενητής κυματισμών- Ripple attenuator Αντλία Κυμάτων McCabe-McCabe Wave Pump Διάταξη Pelamis (Αξονοσυμμετρικός) Σημειακός Απορροφητής (Axisymmetrical) Point Absorber Παλλόμενη υδάτινη στήλη (ΠΥΣ)- Oscillating Water Column OWC (Oscillating Water Column) Βυθιζόμενη συσκευή διαφορικής πίεσης- Submerget Pressure Differential "Κυματαιώρα του Αρχιμήδη"- (Archimedes Wave Swing-AWS) Παλλόμενοι μετατροπείς των κυματικών κλυδωνισμών- Oscillating Wave Surge Converter (OWSC) Συσκευή υπερακόντισης - Overtopping device Wave Dragon (Christensen Lars et al., 2005) TapChan (Tapered Channel) (Zhen Liu et al., 2008)

10 2. Υπάρχουσα τεχνολογία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από θαλάσσια κύματα H συσκευή Wave Dragon Το πρωτότυπο Dragon παρήγαγε την πρώτη δύναμή του το Μάιο του Η συσκευή είναι μια καθαρή τεχνολογία ηλεκτρικής παραγωγής και συγκρινόμενη με τα άλλα είδη ανανεώσιμων ενεργειών παρουσιάζει: πολύ χαμηλή ορατότητα μέτριο ίχνος στο βυθό κανένα θόρυβο κανένα κίνδυνο υπερχείλισης Η βασική ιδέα του ενεργειακού μετατροπέα κυμάτων Dragon είναι να χρησιμοποιηθούν γνωστές και καλά αποδεδειγμένες αρχές από τις παραδοσιακές εγκαταστάσεις υδρο-ενέργειας σε μια παράκτια επιπλέουσα πλατφόρμα. Η συσκευή Dragon κυμάτων ανυψώνει τα ωκεάνια κύματα τα οποία αποθηκεύονται προσωρινά σε μια μεγάλη δεξαμενή. Αυτό το νερό αφήνεται από τη δεξαμενή Dragon μέσω διαφόρων στροβίλων παράγοντας κατά συνέπεια την ηλεκτρική ενέργεια όπως στις εγκαταστάσεις υδρο-παραγωγής ενέργειας. Το Wave Dragon είναι μια επιπλέουσα συσκευή με σκοπό να είναι πολύ σταθερή στα κύματα θύελλας.

11 3. Μέθοδοι μετρήσεως και πρόγνωσης θαλάσσιων κυμάτων Οι μετρήσεις θαλασσίων κυμάτων και δεδομένων σχετικά με τα θαλάσσια κύματα προέρχονται από τρείς πηγές: Δεδομένα επιτόπιων μετρήσεων που παρέχουν συνεχή τοπική ενημέρωση. Το μειονέκτημα των μετρήσεων αυτών, είναι ότι υπάρχουν σχετικά λίγες διαθέσιμες. Από δορυφόρους (αλτίμετρα και σκεδασιόμετρα) που παρέχουν συνεχή βάση δεδομένων σχετικά με τη θάλασσα με μοναδικό μειονέκτημα ότι η θέση τους συνεχώς αλλάζει. Με προγνωστικά επιχειρησιακά μοντέλα αφομοίωσης δεδομένων (Data assimilation models) που παρέχουν συνεχώς πληροφορίες σε συνδυασμό με τις επιτόπιες μετρήσεις και τα δορυφορικά δεδομένα (Cavaleri L., 2005).

12 3. Μέθοδοι μετρήσεως και πρόγνωσης θαλάσσιων κυμάτων EuroGOOS Παγκόσμιο Σύστημα Παρατήρησης Ωκεανού (The Global Ocean Observing System- GOOS) Το EuroGOOS είναι μια συνεργασία μεταξύ φορέων που σχετίζονται με τη επιχειρησιακή ωκεανογραφία. Ιδρύθηκε το 1994 με σκοπό την εφαρμογή του GOOS στις θαλάσσιες περιοχές της Ευρώπης και τους γύρω ωκεανούς MedGOOS Ιδρύθηκε το 1997 υπό την κηδεμονία του Intergovernmental Oceanography Commission (IOC) των Ηνωμένων Εθνών με σκοπό την υλοποίηση και εφαρμογή του τμήματος του GOOS σε τοπικό επίπεδο στη Μεσόγειο. Σύστημα ΠΟΣΕΙΔΩΝ

13 4. Ενέργεια θαλάσσιων κυμάτων στο Αιγαίο Μέση ετήσια κατανομή σημαντικού ύψους κύματος στο Αιγαίο Πέλαγος, όπως προκύπτει από το μοντέλο WAM-Cycle 4 για την περίοδο (Soukissian T.H. et al., 2006)

14 4. Ενέργεια θαλάσσιων κυμάτων στο Αιγαίο Δεδομένα πρόγνωσης κυματισμού από το σύστημα POSEIDON με χρήση του κυματικού μοντέλου WAM-Cycle 4 στο Αιγαίο Πέλαγος για το χρονικό διάστημα Νοέμβριος Σεπτέμβριος Βάσει του μοντέλου, οι κατανομές του ύψους κύματος είναι ημερήσιες και συλλέγονται περίπου κάθε 3 ώρες (00:00, 03:00, 06:00, 09:00, 12:00, 15:00, 18:00, 21:00)

15 4. Ενέργεια θαλάσσιων κυμάτων στο Αιγαίο Οι περιοχές υψηλότερου κυματικού και αιολικού δυναμικού, όπως αυτές προσδιορίζονται από το μοντέλο, βρίσκονται στο Νότιο Αιγαίο και ειδικότερα στα στενά μεταξύ: - Κάσου - Κρήτης - Κρήτης - Κυθήρων - Ρόδου - Καρπάθου Ετήσια δυναμική κυματική ενέργεια Ηmax (m) P (Kw/m) 2.5 3,5 4,5 5 5, ,5 8 8, , ,9 5 5,6 6,1 6,7 7,8 8,43 9 9, ,2 11,8 12,4 13,5

16 5. Χωροθέτηση πάρκων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από θαλάσσια κύματα Τα ακόλουθα χαρακτηριστικά ορίζονται ως μη εκτελεστικές περιοχές: Περιοχές Στρατιωτικής άσκησης Θαλάσσιες προστατευόμενες περιοχές Περιοχές 500 m γύρω από τα υποβρύχια καλώδια Περιοχές κυματικής σκίασης Εισόδους λιμένων και πλοήγηση καναλιών Περιοχές με βάθος νερού κάτω από 30 m και μεγαλύτερο από 200m. Επιπρόσθετα χαρακτηριστικά που πρέπει να θεωρούνται ως σταθμισμένα περιλαμβάνουν παράγοντες όπως (Nobre Ana et al., 2007): Απόσταση από την ακτογραμμή Απόσταση από λιμένες Απόσταση από το ηλεκτρικό δίκτυο σε σημεία σύνδεσης Τύπος θαλάσσιου βυθού Κλιματολογία κύματος

17 5. Χωροθέτηση πάρκων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από θαλάσσια κύματα Περιοχές στρατιωτικών ασκήσεων Προστατευόμενες περιοχές

18 6. Σύστημα AIS (Automatic Identification System) στο Αιγαίο Για να λάβει το AIS το σήμα ενός πλοίου πρέπει και το πλοίο να εκπέμπει ένα σήμα. Το σήμα που εκπέμπει ένα πλοίο προέρχεται από έναν άλλο πομπό AIS. Οι πομποί AIS που είναι εγκατεστημένοι στα πλοία περιλαμβάνουν έναν δέκτη εντοπισμού θέσης GPS (Global Positioning System) που υπολογίζει τις συντεταγμένες της θέσης του πλοίου, την ταχύτητά του και την πορεία του. Περιλαμβάνει επίσης έναν πομπό VHF, ο οποίος μεταδίδει περιοδικά τις πληροφορίες αυτές σε δυο κανάλια VHF (συχνότητες 161,975 MHz και 162,025 MHz). Όλοι οι σταθμοί AIS περιέχουν έναν πομπό και έναν δέκτη λειτουργώντας έτσι ως αναμεταδότες Η εμβέλεια ενός συστήματος AIS περιορίζεται για σκάφη εντός μιας ακτίνας 15Nm- 20Nm, αν ο δέκτης AIS τοποθετηθεί 15m πάνω από το επίπεδο της θάλασσας. Σε μεγαλύτερο υψόμετρο, μπορούν να επεκτείνουν την εμβέλεια μέχρι 100 Nm.

19 6. Σύστημα AIS (Automatic Identification System) στο Αιγαίο

20 6. Σύστημα AIS (Automatic Identification System) στο Αιγαίο

21 6. Σύστημα AIS (Automatic Identification System) στο Αιγαίο Μικρό σχετικά κόστος εγκατάστασης Χρήση εικόνων ASAR Envisat Εφαρμογές Θαλάσσια κυκλοφορία Θαλάσσια μόλυνση Παρακολούθηση συνόρων

22 7. Συμπεράσματα Οι ιδιαίτερες συνθήκες και η τοπογραφία του Αιγαίου συμβάλλουν στην ανάπτυξη μεγάλων κυματισμών. Τα θαλάσσια κύματα μπορούν να παρατηρηθούν μέσα από τηλεπισκοπικές μεθόδους (αλτημετρία), παρατηρήσεις πεδίου και επιχειρησιακά μοντέλα. Η αξιοποίηση της ενέργειας των θαλάσσιων κυμάτων παρέχει τη δυνατότητα στα νησιά που δεν είναι συνδεμένα με το υπόλοιπο δίκτυο της χώρας να παράγουν την ηλεκτρική τους ενέργεια χωρίς εξάρτησή από πετρέλαιο.

23 7. Συμπεράσματα Κύριο εμπόδιο ανάπτυξης ΑΠΕ στα νησιά του Αιγαίου είναι το ενεργειακό ισοζύγιο της μικρής χωρητικότητας δικτύων και η μεταβλητή φύση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας η οποία μπορεί να μην αντιστοιχεί στις απαιτήσεις (κυρίως τουριστική θερινή περίοδος). Τα μεγαλύτερα νησιά έχουν το πλεονέκτημα της ενεργειακής απόδοσης σε σχέση με τα μικρότερα, τα οποία, από την άλλη πλευρά, μπορούν να επιτύχουν μεγαλύτερη διείσδυση σε μορφές ΑΠΕ. Επιπλέον, οι εκτιμήσεις του ανέμου-κύματος σε διάφορα νησιά του Αιγαίου Πελάγους δείχνουν ότι η ενέργεια αυτή, μπορεί να καλύψει την ζήτηση της ηλεκτρικής ενέργειας σε ποσοστό που υπερβαίνει το 85-90%, ακολουθούμενη από την ελαχιστοποίηση των εισαγόμενων καυσίμων και σημαντική μείωση των αρνητικών περιβαλλοντικών επιπτώσεων (Oikonomou E., et al. 2009). Νέο νομοσχέδιο ΑΠΕ υπό διαπραγμάτευση με απλουστευμένες διαδικασίες

24 Σας ευχαριστώ για την πρόσκληση