Ακαδημία Ενέργειας. Αιολική ενέργεια και Χωροταξία. Τίτλος εργασίας. Εκφώνηση εργασίας στο μάθημα

Transcript

1 Ακαδημία Ενέργειας Εκφώνηση εργασίας στο μάθημα Αιολική ενέργεια και Χωροταξία Τίτλος εργασίας Χωροταξική αξιολόγηση έργων αιολικής ενέργειας Ατομική ή ομαδική (μέχρι 2 άτομα) Διδάσκων: Γιώργος Κάραλης

2 Προοίμιο εργασίας Ο σχεδιασμός ενός αιολικού πάρκου, είναι μια ουσιαστική διαδικασία που αποσκοπεί να σταθμίσει όλους τους περιορισμούς που εμπλέκονται στην ανάπτυξη του αιολικού πάρκου, ώστε να προσδιορίσει το καλύτερο εφικτό και ευρέως αποδεκτό μέγεθος του πάρκου. Σε αυτή τη διαδικασία, τείθονται περιορισμοί από: - Την ικανότητα μεταφοράς του ηλεκτρικού δικτύου - Την έκταση και τη διάταξη της θέσης ενδιαφέροντος σε σχέση με το ρόδο του ανέμου και τις ελάχιστες αποστάσεις στη διάταξη των μηχανών κατά την κύρια κατεύθυνση του ανέμου. - Την υφιστάμενη υποδομή (δρόμους, δίκτυα κλπ) και το κόστος της απαιτούμενης αναβάθμισης. - Τους Χωροταξικούς και Περιβαλλοντικούς περιορισμούς (προστατευμένες περιοχές, Δίκτυο Natura, περιοχές ιδιαίτερου φυσικού κάλλους, αρχαιολογικοί-ιστορικοί χώροι, οικισμοί, χρήσεις γης κλπ) - Γειτνίαση με κατοικημένες περιοχές λόγω ακουστικής και οπτικής όχλησης Σε αυτή τη προσέγγιση, το αιολικό δυναμικό παραμένει η παράμετρος κλειδί που τελικά θα καθορίσει την οικονομική βιώσιμότητα, αλλά και τα έξοδα που μπορεί να αντέξει ο επενδυτής για να πραγματοποιήσει την επένδυση. Από την άλλη πλευρά η χωροταξική συμβατότητα ενός έργου είναι αυτή που θα του επιτρέψει την επιτυχή ολοκλήρωση της περιβαλλοντικής αδειοδότησης και τελικά θα οδηγήσει στην υλοποίηση ή ματαίωση του σχεδίου. Στόχος της παρούσας εργασίας, είναι η κατανόηση των τεχνικών και χωροταξικών περιορισμών και η εφαρμογή για έργα αιολικής ενέργειας στην ηπειρωτική χώρα ή στα ελληνικά νησιά. Η παρούσα εργασία δίνει ιδιαίτερη έμφαση στην κατανόηση και εφαρμογή χωροταξικών περιορισμών, ενώ τα τεχνικά στοιχεία έχουν προαιρετικό χαρακτήρα. Για την υλοποίηση της εργασίας απαιτείται η συνεννόηση με τον διδάσκοντα, για την ανάθεση της εργασίας σε συγκεκριμένη περιοχή ενδιαφέροντος (π.χ. νησί, δήμος, νομός). Α. Εκφώνηση εργασίας για εφαρμογή σε ελληνικά νησιά: Α1. Εισαγωγή Η ηλεκτρική διασύνδεση των νησιών με το ηπειρωτικό δίκτυο της χώρας αποτελεί πάγια πολιτική δεκαετιών της χώρας διότι εμφανίζει μια σειρά πλεονεκτημάτων, έναντι της ηλεκτροδότησής τους με τοπικούς σταθμούς παραγωγής με καύση πετρελαϊκών προϊόντων. Ειδικότερα, οι λόγοι που επιβάλουν την εξέταση της ηλεκτρικής διασύνδεσης των νησιών, σχετίζονται με: Το υψηλό κόστος τοπικών μονάδων παραγωγής, Τις συνεχείς εξελίξεις στην τεχνολογία των καλωδίων και των υποβρύχιων διασυνδέσεων, Τον υψηλό ρυθμό αύξησης της ζήτησης στα νησιά λόγω κυρίως τουριστικής ανάπτυξης, Την μεγάλη εποχιακή διακύμανση της ζήτησης. Την αδυναμία εξεύρεσης νέων θέσεων για τοπικούς σταθμούς και τις αντιδράσεις του τοπικού πληθυσμού, Την βελτίωση του επιπέδου ζωής και την ανάγκη για παροχή καλύτερης ποιότητας ρεύματος, Την αξιοποίηση του αιολικού και ηλιακού δυναμικού των νησιών και την συμβολή τους στην επίτευξη των εθνικών στόχων. Ειδικά, ο τελευταίος λόγος, στα πλαίσια των δεσμεύσεων της χώρας μας για διείσδυση των ΑΠΕ και μείωση των ρύπων που ευθύνονται για το φαινόμενο του θερμοκηπίου, αποκτάει όλο και μεγαλύτερη

3 βαρύτητα. Τα νησιά χαρακτηρίζονται από πλούσιο αιολικό δυναμικό, και η αξιοποίηση του μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στην επίτευξη των στόχων. Ωστόσο, η συνήθης ενεργειακή υποδομή σε μη-διασυνδεδεμένα νησιά, οδηγεί στον περιορισμό της διείσδυσης της αιολικής ενέργειας λόγω: των τεχνικών ελαχίστων των συμβατικών μονάδων και ενός δυναμικού ορίου διείσδυσης που σχετίζεται με την ευστάθεια του ηλεκτρικού συστήματος (όριο μέγιστης στιγμιαίας επιτρεπόμενης συμμετοχής των αιολικών στην κάλυψη της ζήτησης). Σύμφωνα με τον πρώτο περιορισμό, η ελάχιστη φόρτιση των συμβατικών μονάδων καθορίζεται από τα τεχνικά ελάχιστα. Επιπλέον, ο τρόπος διαχείρισης των αυτόνομων ηλεκτρικών συστημάτων με σκοπό τη διασφάλιση της ασφαλούς λειτουργίας τους, απαιτεί την ύπαρξη συμβατικών μονάδων σε κατάσταση θερμής εφεδρείας, ικανών να καλύψουν τη ζήτηση σε περίπτωση απώλειας των αιολικών, χωρίς να απαιτηθεί η ένταξη άλλης συμβατικής μονάδας. Ο δεύτερος περιορισμός, σχετίζεται με τη μέγιστη ταχύτητα ανάληψης φορτίου των συμβατικών μονάδων, που βρίσκονται σε θερμή εφεδρεία, και εξασφαλίζει ότι σε περίπτωση απώλειας των αιολικών, οι συμβατικές μονάδες είναι ικανές να αυξήσουν την παραγωγή τους για να καλύψουν τη ζήτηση σε ικανοποιητικό χρόνο, πριν το σύστημα οδηγηθεί σε ασταθή λειτουργία και black out. Συνήθως, τα μη διασυνδεδεμένα νησιά καλύπτουν τις ηλεκτρικές τους ανάγκες από τοπικούς σταθμούς παραγωγής με υψηλό κόστος παραγόμενης ενέργειας, ενώ παράλληλα οι ιδιώτες ανεξάρτητοι παραγωγοί αιολικής ενέργειας βρίσκονται αντιμέτωποι με το θέμα της περικοπής αιολικής ισχύος από το διαχειριστή του συστήματος με συνέπεια την απώλεια εσόδων, ιδιαίτερα στην περίπτωση σημαντικής διείσδυσης αιολικής ισχύος. Παράλληλα, τα περισσότερα ελληνικά νησιά διαθέτουν αυτόνομους σταθμούς παραγωγής, ή είναι διασυνδεδεμένα μέσω τοπικού δικτύου με άλλο νησί που διαθέτει αυτόνομο σταθμό ή με το διασυνδεδεμένο ηπειρωτικό σύστημα. Οι αυτόνομοι σταθμοί, στηρίζονται σε μονάδες εσωτερικής καύσης (diesel), ενώ σε κάποιες περιπτώσεις μεγαλύτερων νησιών διαθέτουν και αεριοστροβιλικές μονάδες για να καλύψουν την αυξημένη ζήτηση που σημειώνεται κατά τους καλοκαιρινούς μήνες. Βεβαίως, υπάρχουν περιπτώσεις νησιών που λόγω της γεωγραφικής τους θέσης έχει πραγματοποιηθεί ή εξετάζεται η διασύνδεση με την κυρίως Ελλάδα, αλλά και μικρά νησιά ακατοίκητα ή με ελάχιστο πληθυσμό που δεν διαθέτουν σύνδεση, δίκτυο ή σταθμό. Τα μη διασυνδεδεμένα νησιωτικά συστήματα, συχνά χαρακτηρίζονται από υψηλό κόστος παραγόμενης ενέργειας. Η αιολική ενέργεια εμφανίζεται ως μια ιδιαίτερα ανταγωνιστική τεχνολογία σε σύγκριση με τις συμβατικές, ιδιαίτερα σε περιοχές με πλούσιο αιολικό δυναμικό. Συνεπώς, στα μη διασυνδεδεμένα συστήματα συμπληρωματικά με το ζήτημα της ασφαλούς και αδιάκοπης κάλυψης της ζήτησης, εισάγεται η προοπτική της αιολικής ενέργειας στη συμβολή της μείωσης του κόστους της παραγόμενης ενέργειας του συστήματος. Νησιά που βρίσκονται σε κοντινή απόσταση από τα παράλια της ηπειρωτικής χώρας, έχουν διασυνδεθεί μέσω δικτύου μέσης τάσης (π.χ. Σποράδες, νησιά Αργοσαρωνικού και άλλα) ή και υψηλής τάσης (π.χ. Ιόνια Νησιά). Ωστόσο, νησιά που βρίσκονται σε σχετικά πιο μακρινές αποστάσεις δεν έχουν διασυνδεθεί, είτε λόγω υψηλού κόστους της διασύνδεσης, ή και λόγω τεχνικών δυσκολιών, και κατά συνέπεια εξακολουθούν να τροφοδοτούνται από τους τοπικούς πετρελαϊκούς σταθμούς. Η προοπτική διασύνδεσης όλων των νησιών του Αιγαίου έχει εξεταστεί στα πλαίσια προμελέτης αρχικά από την ΡΑΕ ( Σε αυτή τη μελέτη (Δεκέμβριος 2006) εξετάστηκε μια σχετικά ήπια ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας στα νησιά με ισχύ ίση έως διπλάσια της αιχμής των νησιών. Η μελέτη έχειξε ότι η υλοποίηση είναι καταρχήν οικονομικά ελκυστική και τεχνικά υλοποιήσιμη. Τα οφέλη που δημιουργούνται είναι πολλαπλά και καλύπτουν το απαιτούμενο κόστος. Παρόλα αυτά θέλοντας να δώσουμε μια κριτική ματιά σε αυτή τη μελέτη, 7 χρόνια μετά την δημοσιοποίηση της, θα λέγαμε ότι αν και προκύπτει οικονομικό όφελος, υπάρχει σοβαρή δυσκολία χρηματοδότησης των έργων διασύνδεσης. Παράλληλα, τα τελευταία χρόνια έχει εκδηλωθεί ενδιαφέρον από επενδυτές για την εγκατάσταση μεγάλης αιολικής ισχύος σε νησιά με κατάλληλο δυναμικό, οι οποίοι αναλαμβάνουν την υλοποίηση της

4 διασύνδεσης. Έτσι στη ΡΑΕ έχουν κατατεθεί αιτήσεις για μεγάλα αιολικά πάρκα στα νησιά του Ανατολικού Αιγαίου (Λέσβο-Χίο-Λήμνο αρχική πρόταση για 1636MW που τώρα έχει καταλήξει στα 706MW από τον όμιλο Ρόκα-Iberdrola), στη Σέριφο (300MW από τον όμιλο Μυτιληναίου), στις Κυκλάδες (700MW από τον όμιλο Κοπελούζου), στη Σκύρο 333MW (ΕΝΤΕΚΑ), στην Κρήτη 2 έργα των 1000MW έκαστο, στη Νότια Εύβοια (Τέρνα), ακόμα και σε ποιό απομακρυσμένα νησιά στα Δωδεκάνησα. Τα έργα αυτά σε αρκετές περιπτώσεις είναι υπερβολικά μεγάλα σε κλίμακα και έχουν συγκεντρώσει στην πλειοψηφία τους έντονες αντιδράσεις από τους τοπικούς πληθυσμούς. Τα σχέδια αυτά των ιδιωτών επενδυτών, λαμβάνονται υπόψη στη Στρατηγική μελέτη αρχικά του ΔΕΣΜΗΕ και τώρα του ΑΔΜΗΕ για την διασύνδεση των νησιών. _EKTENIS_PERILIPSI.pdf Για πολλά χρόνια, η έλλειψη ενός εθνικού χωροταξικού σχεδιασμού για τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, αποτέλεσε σημαντικό εμπόδιο για τη λήψη αποφάσεων και την αποδοχή των αιολικών πάρκων από τον τοπικό πληθυσμό. Το Εθνικό Χωροταξικό Πλαίσιο για τις ΑΠΕ ( αποτελεί ένα αυστηρό πλαίσιο που θέτει επιπλέον περιορισμούς στην εγκατάσταση των αιολικών πάρκων, αλλά και επιχειρεί να ξεκαθαρίσει το τοπίο σε αμφισβητούμενες περιπτώσεις. Α2. Σκοπός εργασίας Σκοπός της εργασίας είναι να αναλύσει τις προοπτικές ένταξης αιολικής ενέργειας στα αυτόνομα ελληνικά νησιά σε πέντε επίπεδα: - Κατανόηση του ενεργειακού υπολογισμού ενός αιολικού πάρκου (δηλαδή τι παράγει ένα αιολικό πάρκο και πώς αυτό μεταβάλλεται με το διαθέσιμο αιολικό δυναμικό) - (προεραιτικό ερώτημα) Υπό τη θεώρηση ότι το νησί είναι μη διασυνδεδεμένο και λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς του αυτόνομου ηλεκτρικού συστήματος που ισχύουν σε αυτές τις περιπτώσεις. - (προεραιτικό ερώτημα) Υπό τη θεώρηση διασύνδεσης του νησιού και πλήρης εκμετάλλευσης του αιολικού δυναμικού. - (προεραιτικό ερώτημα) Σχεδιασμός συτήματος αντλησιοταμίευσης για μεγιστοποίηση διείσδυσης αιολικής ενέργειας και για κάλυψη των τοπικών αναγκών. - Εφαρμογή περιορισμών του Εθνικού Χωροταξικού πλαισίου για τις ΑΠΕ, στο νησί ή σε μια περιοχή του νησιού και σχολιασμός της χωροταξικής συμβατότητας αιολικών έργων και υφιστάμενων αιτήσεων. Α.3. Τεχνικοί περιορισμοί σε Αυτόνομα νησιά Στα αυτόνομα ηλεκτρικά συστήματα, όπως είναι αυτά αρκετών Ελληνικών νησιών, υπάρχει περιορισμός στη διείσδυση αιολικής ενέργειας. Μέχρι πρόσφατα, η νομοθεσία όριζε τη μέγιστη επιτρεπόμενη διείσδυση των αιολικών στο 30% της αιχμής του προηγούμενου έτους1, με σκοπό να διασφαλίσει την ομαλή λειτουργία του ηλεκτρικού συστήματος. Παράλληλα, ο διαχειριστής του συστήματος είχε το δικαίωμα να απορρίπτει αιολική ισχύ κατά τις ώρες χαμηλής ζήτησης. Από την Άνοιξη του 2003, η Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας (ΡΑΕ) έχει προτείνει μια μεθοδολογία ( υπολογισμού του ορίου διείσδυσης αιολικής ενέργειας σε αυτόνομα ηλεκτρικά δίκτυα με χρήση πιθανοτικής ανάλυσης και με βάση την εφαρμογή της, προκηρύσσει τα νέα περιθώρια αιολικής ισχύος προς εγκατάσταση σε αυτόνομα ελληνικά νησιά. Η μέγιστη επιτρεπόμενη διείσδυση ανά νησί ορίζεται έτσι ώστε 1 Σύμφωνα με την ΥΑ 8295/95, ορίστηκε ως μέγιστο όριο εγκατεστημένης ισχύος (όριο διείσδυσης) για κάθε μη διασυνδεδεμένο νησί, το ποσοστό του 30% της μέγιστης μέσης ωριαίας ζήτησης ισχύος του προηγούμενου έτους.

5 η αιολική ισχύς που απορροφάται από το δίκτυο να εξασφαλίζει πραγματικό συντελεστή εκμεταλλευσιμότητας 27.5%, τιμή που θεωρητικά διασφαλίζει την οικονομική βιωσιμότητα της επένδυσης. Στον πίνακα Α.1 δίνεται μια λίστα με τα βασικά χαρακτηριστικά των αυτόνομων ελληνικών νησιών. Ειδικότερα, περιλαμβάνουν στοιχεία σχετικά με την κατανάλωση (ετήσια ενέργεια, μέγιστη και ελάχιστη ζήτησης ισχύος, ρυθμοί αύξησης της ζήτησης), τη λειτουργία των αυτόνομων σταθμών παραγωγής (ετήσια κατανάλωση-παραγωγή ενέργειας, συντελεστή φόρτισης), καθώς και κάποια στοιχεία κόστους (κόστος καυσίμου της παραγόμενης kwh, και συνολικό μέσο κόστος της παραγόμενης kwh). Τα νησιά αυτά διαθέτουν τοπικό σταθμό παραγωγής, ενώ κάποια σχηματίζουν τοπικό δίκτυο με άλλα γειτονικά τους (π.χ. Μήλος Κίμωλος, Μύκονος Σύρος, Σαντορίνη Θηρασιά, Πάρος Αντίπαρος Φολέγανδρος Ίος Ηράκλεια Κουφονήσι Νάξος Σίκινος Σχοινούσα, Κως Κάλυμνος Λειψοί Νίσυρος Ψέριμος Τέλενδος Τήλος, Κάρπαθος Κάσος, Χίος Ψαρά Οινούσσες, Σάμος Φούρνοι Θύμαινα). Εάν το εξεταζόμενο νησί είναι διασυνδεδεμένο με την κυρίως Ελλάδα ή με άλλο νησί, μπορεί να εκτιμηθεί το μέγιστο φορτίο και η κατανάλωση ενέργειας. Η εκτίμηση των ενεργειακών μεγεθών του νησιού θα γίνει με βάση τον πληθυσμό του νησιού σε σχέση με τον πληθυσμό του συστήματος και τα συνολικά ενεργειακά μεγέθη. Για παράδειγμα η Κεφαλονιά που είναι μέρος του ηλεκτρικού συστήματος της ηπειρωτικής Ελλάδας με πληθυσμό κατοίκους εκτιμάται ότι έχει αιχμή 36404kW και ετήσια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας 193GWh. Πληθυσμός Μέγιστο φορτίο (kw) Συνολική κατανάλωση ενέργειας (GWh) ΚΠΕ ( /kwh) ΚΚ ( /kwh) Συμμετοχή ΚΚ στο ΚΠΕ (%) Συντελεστής φορτίου (%) Νησί Ηπειρωτική Ελλάδα και διασυνδεδεμένα νησιά ,08 0,05 63% 60% Κρήτη ,18 0,13 72% 53% Ρόδος ,17 0,15 72% 47% Κάλυμνος-Κως και λοιπά ,1592 0,10 61% 43% Λέσβος ,1522 0,11 72% 47% Πάρος-Νάξος και λοιπά ,1306 0,08 63% 37% Χίος-Ψαρά- Οινούσες ,1356 0,09 66% 48% Σάμος-Φούρνοι ,1629 0,10 61% 45% Σαντορίνη ,1648 0,11 68% 35% 9306 Μύκονος ,3 0,2934 0,24 82% 35% Σύρος ,9 0,1520 0,10 68% 53% Λήμνος ,3 0,1953 0,11 58% 47% 5540 Μήλος-Κίμωλος ,9 0,3050 0,19 62% 40% Κάρπαθος Κάσος ,9 0,3552 0,24 67% 42% 8312 Ικαρία ,1 0,2982 0,21 69% 36% 2442 Σίφνος ,2 0,3469 0,25 73% 31% 3044 Πάτμος ,8 0,3916 0,27 69% 37% 2602 Σκύρος ,6 0,3797 0,25 65% 42% 1608 Κύθνος ,39 0,4268 0,22 52% 28% 1414 Σέριφος ,25 0,4497 0,26 57% 28% 1859 Αμοργός ,73 0,4098 0,26 62% 35% 2606 Σύμη ,5 0,3335 0,23 69% 49% 1238 Αστυπάλαια ,81 0,5028 0,28 55% 37% 406 Μεγίστη 560 2,07 0,5660 0,25 45% 42%

6 273 Ανάφη 420 0,984 0,5910 0,29 49% 27% 371 Αγ. Ευστράτιος 290 0,987 0,5726 0,29 50% 39% 663 Οθωνοί 240 0,666 2,6806 2,29 86% 32% 698 Ερεικούσα 210 0,559 0,5681 0,29 51% 30% 163 Δονούσα 194 0,462 0,5692 0,31 54% 27% 158 Αγαθονήσι 141 0,414 0,7185 0,32 45% 33% 44 Αντικύθηρα 61 0,208 1,4930 0,54 36% 39% Πίνακας Α.1. Στοιχεία ΔΕΗ (2005) για τα αυτόνομα ελληνικά νησιά (στοιχεία ζήτησης, ΚΠΕ, ΚΚ) Α.4. Αιολικό Δυναμικό Η χρήση της αιολικής ενέργειας, στα ελληνικά νησιά για άλεση σιτηρών και άρδευση χάνεται στα βάθη των αιώνων. Είναι ευρύτατα γνωστό ότι το αιολικό δυναμικό είναι πλούσιο ειδικά στα νησιά του Αιγαίου. Σύμφωνα με την εργασία του ΚΑΠΕ για την εκτίμηση του αιολικού άτλαντα της Ελλάδος [ΚΑΠΕ (2001)], σε συνεργασία με το Υπουργείο Ανάπτυξης, η πλειοψηφία των ελληνικών νησιών έχει να επιδείξει υψηλό αιολικό δυναμικό, το οποίο στο μεγαλύτερο του βαθμό παραμένει ανεκμετάλλευτο, ενώ είναι αμφίβολο σε ποιο βαθμό μπορεί να το εκμεταλλευτεί δεδομένων και των περιορισμών στα αυτόνομα δίκτυα. Υψηλές ταχύτητες ανέμου καταγράφονται σε όλα τα νησιά του Αιγαίου, συμπεριλαμβανομένης και της Κρήτης. Το ΚΑΠΕ (Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, παρουσιάζει το εκμεταλλεύσιμο δυναμικό της αιολικής ενέργειας για όλη τη χώρα ( Οι χάρτες που δίνονται, καθώς και οι σχετικοί αριθμητικοί δείκτες εκμεταλλευσιμότητας του αιολικού δυναμικού που τους συνοδεύουν, υποστηρίχθηκαν από το Επιχειρησιακό Πρόγραμμα για την Ενέργεια, υλοποιήθηκαν από το ΚΑΠΕ την τριετία και αποτελούν ένα βασικό βοήθημα για τον τοπικό και εθνικό σχεδιασμό της ανάπτυξης έργων εκμετάλλευσης της αιολικής ενέργειας. Οι χάρτες, αυτοί, παρουσιάζουν τόσο τη γεωγραφική κατανομή του αιολικού δυναμικού (ως πεδίο μέσης ετήσιας ταχύτητας του ανέμου) όσο και βασικά στοιχεία της δυνατότητας εκμετάλλευσης, μέσα από τον μακροσκοπικό προσδιορισμό των περιοχών οι οποίες μπορούν να φιλοξενήσουν αιολικά πάρκα λαμβάνοντας υπόψη τους χωροταξικούς και τεχνικούς περιορισμούς. Αναλυτικότερα, στους χάρτες «αιολικού δυναμικού» παρουσιάζεται θεματικά το πεδίο ταχυτήτων του ανέμου, με βάση την μέση ετήσια ταχύτητα στο ύψος των 40 μέτρων από την επιφάνεια του εδάφους. Στους «χάρτες και δείκτες εκμεταλλεύσιμου δυναμικού» παρουσιάζονται στοιχεία για το τεχνικά και οικονομικά εκμεταλλεύσιμο δυναμικό της αιολικής ενέργειας σε κάθε περιοχή, λαμβάνοντας υπόψη περιβαλλοντικές και τεχνικές παραμέτρους (στοιχεία κάλυψης γης, οδικό δίκτυο, περιοχές προστασίας «Natura», αρχαιολογικοί χώροι, πολεοδομικά σχέδια και ζώνες οικιστικού ελέγχου, δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, αερολιμένες, ελικοδρόμια, κλίσεις, δείκτες μορφολογίας και προσανατολισμού). Τέλος, υπολογίστηκαν βασικοί δείκτες για την εκμετάλλευση του αιολικού δυναμικού σε κάθε περιοχή. Τα στοιχεία αυτά περιλαμβάνουν την αναμενόμενη ενέργεια από την εγκατάσταση του μέγιστου αριθμού ανεμογεννητριών στις επιλεγμένες περιοχές, τον υπολογισμό της μέγιστης ισχύος αιολικών πάρκων που μπορεί να εγκατασταθεί στις επιλεγμένες περιοχές με την βοήθεια μοντέλων μακροσκοπικής χωροθέτησης και τέλος το υπολογιζόμενο κόστος παραγωγής ενέργειας για κάθε περιοχή. Το κόστος, αυτό, θα πρέπει να θεωρείται ενδεικτικό εφόσον δεν έχουν συμπεριληφθεί στους υπολογισμούς βασικές δαπάνες, όπως το κόστος οδοποιίας (εσωτερική και οδοί πρόσβασης) και το κόστος διασύνδεσης. Επιπλέον, στα αυτόνομα νησιά πρέπει να καθοριστεί ποια είναι η επιτρεπόμενη αιολική ισχύς προς εγκατάσταση και ποιο το ποσοστό της αιολικής ενέργειας μπορεί να απορροφηθεί από τα τοπικά δίκτυα. Α.5. Στάδια υλοποίησης - Ερωτήματα 1. 1 ο Στάδιο. Αξιολόγησης Αιολικού Δυναμικού: Στο πρώτο σκέλος αυτής της εργασίας, ζητείται από τους φοιτητές να εφαρμόσουν τη μεθοδολογία ενεργειακού υπολογισμού ενός αιολικού πάρκου, και ενδεικτικά να επιβεβαιωσούν κάποιες από τις εκτιμήσεις από τους πίνακες του ΚΑΠΕ. Το ΚΑΠΕ παρουσιάζει το αιολικό δυναμικό για όλη τη χώρα με χάρτες και δείκτες εκμεταλλευσιμότητας του αιολικού δυναμικού. Στόχος αυτού του σταδίου είναι η εξοικείωση με την διαδικασία υπολογισμού (καμπύλη ισχύος ανεμογεννητριών, κατανομή Weibull, απώλειες). Ζητείται, να πραγματοποιηθούν υπολογισμοί, για μια ενδεικτική ταχύτητα ανέμου. Τα δεδομένα είναι η ταχύτητα ανέμου, και η

7 εγκατεστημένη αιολική ισχύς (δίνονται από το ΚΑΠΕ, ανά νομό). Το ζητούμενο είναι η παραγόμενη ενέργεια και ο συντελεστής εκμεταλλευσιμότητας (τα στοιχεία αυτά δίνονται από το ΚΑΠΕ, αλλά δεν θεωρούνται δεδομένα - Ζητείται να επιβεβαιωθούν). Οι υπολογισμοί μπορούν να πραγματοποιηθούν με αφετηρία το απλοποιημένο εργαλείο υπολογισμού που δίνεται (*.xls), και πάνω σε αυτό να «χτίσετε» το δικό σας εργαλείο ενσωματώνοντας καμπύλες ισχύος, απώλειες κλπ. Το στάδιο αυτό είναι προπαρασκευαστικό για τα επόμενα στάδια ο Στάδιο. Τεχνικοί περιορισμοί αυτόνομου συστήματος (ΠΡΟΕΡΑΙΤΙΚΟ): Θεωρώντας ότι το νησί είναι μη διασυνδεδεμένο 2, και λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς του δικτύου, προτείνετε το μέγεθος της αιολικής εγκατεστημένης ισχύος που μεγιστοποιεί τη συνεισφορά της αιολικής ενέργειας και εξασφαλίζει κατ ελάχιστον καθαρό συντελεστή εκμεταλλευσιμότητας 27,5% (τιμή που σύμφωνα με την ΡΑΕ, εξασφαλίζει την βιωσιμότητα του έργου) ο Στάδιο. Σχεδιασμός συστήματος αντλησιοταμίευσης (ΠΡΟΕΡΑΙΤΙΚΟ): Στο ερώτημα αυτό ζητείται η διαστασιολόγηση του συστήματος της αντλησιοταμίευσης (δεξαμενές νερού, αιολικό πάρκο, στρόβιλος, αγωγοί μεταφοράς του νερού). Ζητείται η εφαρμογή την μεθοδολογίας διαστασιολόγησης (βλέπε παράρτημα), για να καλυφθεί το 40% της αιχμής του νησιού με την εγγυημένη ισχύ του στροβίλου, με σκοπό την εκτίμιση της ενεργειακής συσνεισφοράς του συστήματος. Θα χρειαστεί να κάνετε παραδοχές ως προς το αιολικό δυναμικό (δηλαδή μέση ετήσια ταχύτητα ανέμου, π.χ. από χάρτες αιολικού δυναμικό) και ως προς τη διαθέσιμη υδραυλική πτώση (αξιολόγηση ανάγλυφου νησιού π.χ. 300m). Παράδειγμα μπορείτε να βρείτε στο ΥΔΡΟΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΗΝ ΙΟ. Τέλος, καταγράψτε τις υφιστάμενες λιμνοδεξεμανές στο νησί ενδιαφέροντος και αξιολογείστε το ενδεχόμενο αξιοποίησης τους για αντλησιοταμίευση ο Στάδιο. Διασύνδεση (ΠΡΟΕΡΑΙΤΙΚΟ): - Εξετάστε πώς εντάσσεται το νησί σας, στον στρατηγικό σχεδιασμό για την διασύνδεση των νησιών. - Σημειώστε τις αιτήσεις που έχουν γίνει για αιολικά πάρκα μεγάλης κλίμακας. Συγκρίνετε τα μεγέθη αυτά με το μέγεθος της αιολικής εγκατεστημένης ισχύος που θα μπορούσε να εγκατασταθεί στο νησί σύμφωνα με τις εκτιμήσεις του ΚΑΠΕ ο Στάδιο. Χωροταξικοί περιορισμοί: - Εφαρμόστε το κριτήριο της μέγιστης πυκνότητας ανεμογεννητριών στο νομό ή το νησί. - Εξετάστε τις βασικές ζώνες αποκλεισμού που ορίζει το χωροταξικό πλαίσιο (οικισμοί, παραδοσιακοί οικισμοί, βυζαντινές μονές, κύριες οδικές αρτηρίες, γραμμές υψηλής τάσης, αξιόλογες ακτές, κηρυγμένοι αρχαιολογικοί χώροι) στην περιοχή εφαρμογής. - Εξετάστε την ύπραξη άλλων τοπικών σχεδίων και τη συμβατότητα τους με το χωροταξικό πλαίσιο για τις ΑΠΕ. Προσδιορίστε περιοχές που θα μπορούσαν να εγκατασταθούν αιολικά πάρκα. Αξιολογήστε το αιολικό δυναμικό στις επιτρεπόμενες περιοχές με χρήση των αιολικών χαρτών του ΚΑΠΕ. - Αξιολογήστε κάποιες από τις υφιστάμενες αιτήσεις για αιολικά πάρκα. Τεκμηριώστε την αντίθεση σας ή την υποστήριξη σας για την υλοποίηση αιολικών πάρκων στην περιοχή. 6. Αποτελέσματα - Συμπεράσματα - Προτάσεις: Να γίνει μια καταγαφή των συμπερασμάτων της εργασίας, και τεκμηριωμένες προτάσεις σύμφωνα με τα ευρύματα της εργασίας. 2 Ακόμα και αν το νησί σας είναι διασυνδεδεμένο, θεωρείστε το ως μη διασυνδεδεμένο. Άλλωστε στην πλειοψηφία των περιπτώσεων οι υπάρχουσες διασυνδέσεις έχουν σχεδιαστεί με σκοπό την κάλυψη των ηλεκτρικών αναγκών του νησιού από το μεγαλύτερο σύστημα, και συνεπώς τεχνικά δεν επιτρέπεται η μεγάλη διείσδυση αιολικής ενέργειας με σκοπό την μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας από το νησί προς το μεγαλύτερο σύστημα)

8 Α.6. Δεδομένα Παραδοχές (Ενδεικτικά) Για το 1 ο στάδιο, θεωρείστε ενδεικτική ανεμογεννήτρα ονομαστικής ισχύος 2MW. Στο 2 ο στάδιο, σε πολύ μικρά νησιά -όταν εξετάζονται ως μη διασυνδεδεμένα- μπορεί να χρειαστεί η θεώρηση μικρότερης ανεμογεννήτριας. Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά και η καμπύλη ισχύος μπορούν να αναζητηθούν στο διαδίκτυο ή στις βάσεις δεδομένων του retscreen. Στο 1 ο στάδιο, ο προσδιορισμός της παραγόμενης ενέργειας μπορεί να γίνει δεδομένης της μέσης ετήσιας ταχύτητας (επιλέγεται μια ταχύτητα από τον πίνακα του ΚΑΠΕ), και για κατανομή Weibull με παράμετρο μορφής k= Για τον προσδιορισμό της ταχύτητας του ανέμου να χρησιμοποιηθούν οι χάρτες και οι πίνακες του αιολικού δυναμικού του ΚΑΠΕ. Ο προσδιορισμός της παραμέτρου της Weibull c, μπορεί να γίνει με χρήση της εμπειρικής προσέγγισης: μέση ταχύτητα = c 1 ή από πιο ακριβείς προσεγγίσεις (βλ. σημειώσεις συνάρτηση Γάμα) Στο 2 ο στάδιο, όπου λαμβάνονται υπόψη οι περιορισμοί του αυτόνομου δικτύου, το ποσοστό της ετήσιας αιολικής ενέργειας (ως ποσοστό της ετήσιας δυνάμενης να παραχθεί) που μπορεί να απορροφηθεί από το αυτόνομο δίκτυο προσδιορίζεται από το ακόλουθο διάγραμμα σε συνάρτηση με την εγκατεστημένη αιολική ισχύ, η οποία εισάγεται αδιάστατη ως προς την μέση ετήσια ζήτηση ισχύος στο νησί. 110% % απορροφούμενη ενέργεια 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% Μέση ετήσια ταχύτητα ανέμου στα 40μ 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110% Διάγραμμα 1: Απορρόφηση αιολικής ενέργειας από το αυτόνομο δίκτυο Παρατηρήσεις σχετικά με το Διάγραμμα 1: Οι διαφορετικές καμπύλες αντιστοιχούν σε διαφορετική εγκατεστημένη αιολική ισχύ (η αιολική ισχύς εισάγεται σε αυτό το διάγραμμα αδιάστατη, ως ποσοστό της μέσης ετήσιας ζήτησης στο νησί 3 ). Είναι φανερό ότι για καλύτερο αιολικό δυναμικό (μεγαλύτερη μέση ετήσια ταχύτητα ανέμου), αυξάνεται η ετήσια ενέργεια που θα μπορούσε να παραχθεί από το αιολικό πάρκο, αλλά μειώνεται το ποσοστό αυτής που μπορεί να απορροφηθεί από το δίκτυο. Όσο αυξάνεται η εγκατεστημένη αιολική ισχύς, τόσο μειώνεται το ποσοστό της ενέργειας που μπορεί να απορροφηθεί. 3 (Μέσο ετήσιο φορτίο) = (Ετήσια Ζήτηση Ενέργειας) / 8760

9 Β. Εκφώνηση εργασίας για εφαρμογή σε περιοχές της ηπειρωτικής Ελλάδας: Β.1. Εισαγωγή Στις ανεμώδεις περιοχές της ηπειρωτικής Ελλάδας, από τα τέλη της δεκαετίας του 90, είχε εκδηλωθεί τόσο μεγάλο επενδυτικό ενδιαφέρον, που γρήγορα οι περιοχές αυτές χαρακτηρήσθηκαν ως κορεσμένες. Ενίσχυση του δικτύου απαιτείται σε πολλές τέτοιες περιοχές. Παράλληλα, το εθνικό χωροταξικό πλαίσιο για τις ΑΠΕ ( θέτει επιπλέον περιορισμούς στην εγκατάσταση των αιολικών πάρκων, αλλά και επιχειρεί να ξεκαθαρίσει το τοπίο σε αμφισβητούμενες περιπτώσεις. Β.2. Σκοπός εργασίας Σκοπός της εργασίας είναι να αναλύσει τις προοπτικές ένταξης αιολικής ενέργειας σε περιοχές (π.χ. εντός όρίων δήμων) στην ηπειρωτική χώρα σε δύο επίπεδα: - Κατανόηση του ενεργειακού υπολογισμού ενός αιολικού πάρκου (δηλαδή τι παράγει ένα αιολικό πάρκο και πώς αυτό μεταβάλλεται με το διαθέσιμο αιολικό δυναμικό) - Εφαρμογή περιορισμών του Εθνικού Χωροταξικού πλαισίου για τις ΑΠΕ, σε μια περιοχή ενδιαφέροντος και σχολιασμός της χωροταξικής συμβατότητας αιολικών έργων και υφιστάμενων αιτήσεων. Β.3. Αιολικό Δυναμικό Σύμφωνα με την εργασία του ΚΑΠΕ για την εκτίμηση του αιολικού άτλαντα της Ελλάδος [ΚΑΠΕ (2001)], σε συνεργασία με το Υπουργείο Ανάπτυξης, υπάρχουν πολλές περιοχές της χώρας με καλό αιολικό δυναμικό. Το ΚΑΠΕ (Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, παρουσιάζει το εκμεταλλεύσιμο δυναμικό της αιολικής ενέργειας για όλη τη χώρα ( Οι χάρτες που δίνονται, καθώς και οι σχετικοί αριθμητικοί δείκτες εκμεταλλευσιμότητας του αιολικού δυναμικού που τους συνοδεύουν, υποστηρίχθηκαν από το Επιχειρησιακό Πρόγραμμα για την Ενέργεια, υλοποιήθηκαν από το ΚΑΠΕ την τριετία και αποτελούν ένα βασικό βοήθημα για τον τοπικό και εθνικό σχεδιασμό της ανάπτυξης έργων εκμετάλλευσης της αιολικής ενέργειας. Οι χάρτες, αυτοί, παρουσιάζουν τόσο τη γεωγραφική κατανομή του αιολικού δυναμικού (ως πεδίο μέσης ετήσιας ταχύτητας του ανέμου) όσο και βασικά στοιχεία της δυνατότητας εκμετάλλευσης, μέσα από τον μακροσκοπικό προσδιορισμό των περιοχών οι οποίες μπορούν να φιλοξενήσουν αιολικά πάρκα λαμβάνοντας υπόψη τους χωροταξικούς και τεχνικούς περιορισμούς. Αναλυτικότερα, στους χάρτες «αιολικού δυναμικού» παρουσιάζεται θεματικά το πεδίο ταχυτήτων του ανέμου, με βάση την μέση ετήσια ταχύτητα στο ύψος των 40 μέτρων από την επιφάνεια του εδάφους. Στους «χάρτες και δείκτες εκμεταλλεύσιμου δυναμικού» παρουσιάζονται στοιχεία για το τεχνικά και οικονομικά εκμεταλλεύσιμο δυναμικό της αιολικής ενέργειας σε κάθε περιοχή, λαμβάνοντας υπόψη περιβαλλοντικές και τεχνικές παραμέτρους (στοιχεία κάλυψης γης, οδικό δίκτυο, περιοχές προστασίας «Natura», αρχαιολογικοί χώροι, πολεοδομικά σχέδια και ζώνες οικιστικού ελέγχου, δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, αερολιμένες, ελικοδρόμια, κλίσεις, δείκτες μορφολογίας και προσανατολισμού). Τέλος, υπολογίστηκαν βασικοί δείκτες για την εκμετάλλευση του αιολικού δυναμικού σε κάθε περιοχή. Τα στοιχεία αυτά περιλαμβάνουν την αναμενόμενη ενέργεια από την εγκατάσταση του μέγιστου αριθμού ανεμογεννητριών στις επιλεγμένες περιοχές, τον υπολογισμό της μέγιστης ισχύος αιολικών πάρκων που μπορεί να εγκατασταθεί στις επιλεγμένες περιοχές με την βοήθεια μοντέλων μακροσκοπικής χωροθέτησης και τέλος το υπολογιζόμενο κόστος παραγωγής ενέργειας για κάθε περιοχή. Το κόστος, αυτό, θα πρέπει να θεωρείται ενδεικτικό εφόσον δεν έχουν συμπεριληφθεί στους υπολογισμούς βασικές δαπάνες, όπως το κόστος οδοποιίας (εσωτερική και οδοί πρόσβασης) και το κόστος διασύνδεσης. Επιπλέον, στα αυτόνομα νησιά πρέπει να καθοριστεί ποια είναι η επιτρεπόμενη αιολική ισχύς προς εγκατάσταση και ποιο το ποσοστό της αιολικής ενέργειας μπορεί να απορροφηθεί από τα τοπικά δίκτυα. Β.4. Στάδια υλοποίησης - Ερωτήματα 1. 1 ο Στάδιο. Αξιολόγησης Αιολικού Δυναμικού: Στο πρώτο σκέλος αυτής της εργασίας, ζητείται από τους φοιτητές να εφαρμόσουν τη μεθοδολογία ενεργειακού υπολογισμού ενός αιολικού πάρκου, και

10 ενδεικτικά να επιβεβαιωσούν κάποιες από τις εκτιμήσεις από τους πίνακες του ΚΑΠΕ. Το ΚΑΠΕ παρουσιάζει το αιολικό δυναμικό για όλη τη χώρα με χάρτες και δείκτες εκμεταλλευσιμότητας του αιολικού δυναμικού. Στόχος αυτού του σταδίου είναι η εξοικείωση με την διαδικασία υπολογισμού (καμπύλη ισχύος ανεμογεννητριών, κατανομή Weibull, απώλειες). Ζητείται, να πραγματοποιηθούν υπολογισμοί, για μια ενδεικτική ταχύτητα ανέμου. Τα δεδομένα είναι η ταχύτητα ανέμου, και η εγκατεστημένη αιολική ισχύς (δίνονται από το ΚΑΠΕ, ανά νομό). Το ζητούμενο είναι η παραγόμενη ενέργεια και ο συντελεστής εκμεταλλευσιμότητας (τα στοιχεία αυτά δίνονται από το ΚΑΠΕ, αλλά δεν θεωρούνται δεδομένα - Ζητείται να επιβεβαιωθούν). Οι υπολογισμοί μπορούν να πραγματοποιηθούν με αφετηρία το απλοποιημένο εργαλείο υπολογισμού που δίνεται (*.xls), και πάνω σε αυτό να «χτίσετε» το δικό σας εργαλείο ενσωματώνοντας καμπύλες ισχύος, απώλειες κλπ. Το στάδιο αυτό είναι προπαρασκευαστικό για τα επόμενα στάδια ο Στάδιο. Χωροταξικοί περιορισμοί: - Εφαρμόστε το κριτήριο της μέγιστης πυκνότητας ανεμογεννητριών στο νομό ή στον δήμο της περιοχής ενδιαφέροντος. - Εξετάστε τις βασικές ζώνες αποκλεισμού που ορίζει το χωροταξικό πλαίσιο (οικισμοί, παραδοσιακοί οικισμοί, βυζαντινές μονές, κύριες οδικές αρτηρίες, γραμμές υψηλής τάσης, αξιόλογες ακτές, κηρυγμένοι αρχαιολογικοί χώροι) στην περιοχή εφαρμογής. - Εξετάστε την ύπραξη άλλων τοπικών σχεδίων και τη συμβατότητα τους με το χωροταξικό πλαίσιο για τις ΑΠΕ. Προσδιορίστε περιοχές που θα μπορούσαν να εγκατασταθούν αιολικά πάρκα. Αξιολογήστε το αιολικό δυναμικό στις επιτρεπόμενες περιοχές με χρήση των αιολικών χαρτών του ΚΑΠΕ. - Αξιολογήστε κάποιες από τις υφιστάμενες αιτήσεις για αιολικά πάρκα. Τεκμηριώστε την αντίθεση σας ή την υποστήριξη σας για την υλοποίηση αιολικών πάρκων στην περιοχή. 3. Αποτελέσματα - Συμπεράσματα - Προτάσεις: Να γίνει μια καταγαφή των συμπερασμάτων της εργασίας, και τεκμηριωμένες προτάσεις σύμφωνα με τα ευρύματα της εργασίας. Β.5. Δεδομένα Παραδοχές (Ενδεικτικά) Για το 1 ο στάδιο, θεωρείστε ενδεικτική ανεμογεννήτρα ονομαστικής ισχύος 2MW. Στο 1 ο στάδιο, ο προσδιορισμός της παραγόμενης ενέργειας μπορεί να γίνει δεδομένης της μέσης ετήσιας ταχύτητας (επιλέγεται μια ταχύτητα από τον πίνακα του ΚΑΠΕ), και για κατανομή Weibull με παράμετρο μορφής k= Για τον προσδιορισμό της ταχύτητας του ανέμου να χρησιμοποιηθούν οι χάρτες και οι πίνακες του αιολικού δυναμικού του ΚΑΠΕ. Ο προσδιορισμός της παραμέτρου της Weibull c, μπορεί να γίνει με χρήση της εμπειρικής προσέγγισης: μέση ταχύτητα = c 1 ή από πιο ακριβείς προσεγγίσεις (βλ. σημειώσεις συνάρτηση Γάμα)

11 Παράρτημα: Απλοποιημένη διαδιακασία προδιαστασιολόγησης συστήματος αντλησιοταμίευσης Τα γενικευμένα διαγράμματα στηρίζονται σε τρεις ενδεικτικές περιπτώσεις νησιών που εξετάστηκαν αναλυτικά στα πλαίσια διδακτορικής διατριβής. Τα διαγράμματα αυτά, αναφέρονται σε συγκεκριμένο σχεδιασμό, τρόπο λειτουργίας και περιορισμούς. Οι βασικές αρχές του σχεδιασμού και της λειτουργίας είναι συμβατές με το υφιστάμενο νομοθετικό πλαίσιο για τα υβριδικά στην Ελλάδα. Μεθοδολογία προδιαστασιολόγησης υβριδικού συστήματος Για τον προσδιορισμό της εγκατεστημένης αιολικής ισχύος εντός συστήματος αιολικής ενέργειας με αντλησιοταμίευση, λαμβάνεται υπόψη το αιολικό δυναμικό 4, οι ενεργειακές ανάγκες του νησιού 5, και ο συντελεστής φόρτισης 6. Η απαιτούμενη προς εγκατάσταση αιολική ισχύς είναι αντιστρόφως ανάλογη του αιολικού δυναμικού και του βαθμού απόδοσης του συστήματος αντλησιοταμίευσης, και ανάλογη του μέσου ετήσιου φορτίου, και του συντελεστή φόρτισης 7. Αντίστοιχα, η απαιτούμενη χωρητικότητα της δεξαμενής, είναι αντιστρόφως ανάλογη της υδραυλικής πτώσης και ανάλογη της διαθέσιμης αιολικής ενέργειας και του βαθμού απόδοσης της αντλητικής εγκατάστασης 8. Σύμφωνα με τα παραπάνω, ορίζεται ο δείκτης αιολικής εγκατεστημένης ισχύος και ο δείκτης δεξαμενής: δ W P W, h, R CFW, th n P LF L PSU δ (1) V H RESERVOIR R (2) PW,h,R CFW,th np Όπου.P W,h,R είναι η εγκατεστημένη αιολική ισχύς σε MW, CF W,th είναι ο συντελεστής εκμεταλλευσιμότητας που αντιστοιχεί στο αιολικό δυναμικό, n PSU είναι ο συνολικός βαθμός απόδοσης της αντλησιοταμίευσης 9, P L είναι το μέσο ετήσιο φορτίο σε MW, LF o συντελεστής φορτίου, Η η διαθέσιμη υδραυλική πτώση υψομετρική διαφορά μεταξύ των δύο δεξαμενών σε m, n P o βαθμός απόδοσης της αντλητικής εγκατάστασης και V RESERVOIR η χωρητικότητα της άνω δεξαμενής σε m 3. 4 Το αιολικό δυναμικό εισάγεται και ορίζεται μέσω μιας ενδεικτικής μέσης ετήσιας ταχύτητας του ανέμου 5 Οι ενεργειακές ανάγκες του νησιού, περιγράφονται από την ετήσια ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας (GWh) και την αιχμή της ζήτησης μέγιστη ζήτηση ισχύος (ΜW). 6 Ως μέσο ετήσιο φορτίο, ορίζεται η ετήσια κατανάλωση ενέργεια διά τις ώρες του έτους (8760). Ο συντελεστής φορτίου ή φόρτισης ορίζεται ως ο λόγος του μέσου ετήσιου φορτίου προς την αιχμή της ζήτησης. 7 Η παρουσία του μέσου ετήσιου φορτίου και του συντελεστή φόρτισης στην ίδια σχέση, αν και αρχικά ξενίζει, μπορεί να γίνει κατανοητή αν αναλογιστεί κανείς, ότι το ίδιο μέσο ετήσιο φορτίο μπορεί να εμφανιστεί για παράδειγμα σε δύο συστήματα: το πρώτο, με σχετικά σταθερή ζήτηση ισχύος και άρα υψηλό συντελεστή φορτίου και το δεύτερο, με σχετικά μεγάλες διακυμάνσεις και χαμηλό συντελεστή. Στη δεύτερη περίπτωση, απαιτείται μικρότερη αιολική ισχύς διότι κατά τη σύντομη περίοδο των αιχμών, το σύστημα θα ανταποκριθεί στις απαιτήσεις, χάρις στην αποθηκευμένη ενέργεια της δεξαμενής, ενώ τον υπόλοιπο χρόνο μικρότερη αιολική εγκατεστημένη ισχύς είναι ικανή να καλύψει τις ενεργειακές ανάγκες. Συνεπώς, το μέσο ετήσιο φορτίο εισάγει στη σχέση 1 την ποσότητα των ενεργειακών αναγκών, ενώ ο συντελεστής φορτίου εισάγει τις διακυμάνσεις της ζήτησης. 8 Ο βαθμός απόδοσης της αντλητικής εγκατάστασης είναι η δυναμική ενέργεια του νερού που αποθηκεύεται στην άνω δεξαμενή προς την ηλεκτιρκή ενέργεια που καταναλώθηκε στις αντλίες. Τυπικός βαθμός απόδοσης είναι 80%. 9 Ο συνολικός βαθμός απόδοσης της αντλησιοταμίευσης ορίζεται ως ο λόγος της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από τον στρόβιλο, προς την ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώθηκε από την αντλητική εγκατάσταση. Τυπικός βαθμός απόδοσης είναι 60%.

12 Από την επεξεργασία των αποτελεσμάτων που ελήφθησαν κατά τις εφαρμογές που εξετάστηκαν, υπολογίζονται οι αντίστοιχοι δείκτες διαστασιολόγησης της αιολικής εγκατεστημένης ισχύος και της δεξαμενής. H διαστασιολόγηση της δεξαμενής και των αιολικών εξαρτάται από τις ενεργειακές ανάγκες που είναι επιθυμητό να καλύπτει το σύστημα. Συνεπώς είναι συνάρτηση του μεγέθους του στροβίλου και συνεπώς του ποσοστού της αιχμής της ζήτησης που καλύπτεται από τον στρόβιλο (Σχήμα 1 και 2). Το διάγραμμα της διαστασιολόγησης της δεξαμενής προκύπτει με παράμετρο τη διαθέσιμη υδραυλική πτώση. Στα σημεία που προκύπτουν, γίνεται η προσαρμογή καμπυλών, οι οποίες περιγράφονται από τις σχέσεις: δ 298,17 a 217, 74 a 165,54 a 0,0341 0,082 0,0933,,, για H 200m για H 300m R (3) δ για H 400m 2,2133 W 4,1889 a (4), συναρτήσει του ποσοστού της αιχμής α που καλύπτεται από τον στρόβιλο. Οι καμπύλες αυτές ή οι αντίστοιχες σχέσεις, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον αρχικό σχεδιασμό και διαστασιολόγηση του συστήματος ΑΕΑ. Τα δεδομένα που απαιτούνται για τη χρησιμοποίηση τους, σχετίζονται με το μέγεθος και τα χαρακτηριστικά του αυτόνομου ηλεκτρικού συστήματος, δηλαδή από: Την ετήσια αιχμή του συστήματος, Το μέσο ετήσιο φορτίο του συστήματος, Τον συντελεστή φόρτισης. 6 Δείκτης αιολικής εγκατεστημένης ισχύος - δ W % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% ποσοστό αιχμής που καλύπτεται από τον στρόβιλο Σχήμα 1. Διάγραμμα διαστασιολόγησης αιολικού πάρκου συστήματος ΑΕΑ.

13 Δείκτης δεξαμενής - δr % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% ποσοστό αιχμής που καλύπτεται από τον στρόβιλο Σχήμα 2. Διάγραμμα διαστασιολόγησης δεξαμενής συστήματος ΑΕΑ, με παράμετρο τη διαθέσιμη υδραυλική πτώση. Προφανώς, η διαστασιολόγηση απαιτεί την ύπαρξη ενός δεδομένου που σχετίζεται με το μέγεθος του έργου ή τις ανάγκες που θέλει να καλύψει. Συνεπώς, για τη διαστασιολόγηση απαιτείται να είναι γνωστό ένα από τα τρία μεγέθη: - είτε το ποσοστό της αιχμής που σχεδιάζεται να καλύψει ο στρόβιλος, - είτε η χωρητικότητα της δεξαμενής, - είτε η εγκατεστημένη ισχύς των αιολικών. Περιγραφή προδιαστασιολόγησης Εάν δίνεται ο στόχος του συστήματος ΑΕΑ Εάν δίνεται ο στόχος του συστήματος ΑΕΑ, δηλαδή το ποσοστό της αιχμής που θα καλύψει ο στρόβιλος, τότε: - 1ο βήμα: Από το σχήμα 1 προκύπτει ο δείκτης εγκατεστημένης αιολικής ισχύος. - 2ο βήμα: Υπολογίζεται η εγκατεστημένη αιολική ισχύς που απαιτείται (λύνοντας από τη σχέση 4): P W,h,R δw PL LF CF n W,th PSU (5) - 3ο βήμα: Από το σχήμα 2 προκύπτει ο δείκτης της δεξαμενής με παράμετρο τη διαθέσιμη υδραυλική πτώση H. - 4ο βήμα: Υπολογίζεται η χωρητικότητα της δεξαμενής (λύνοντας από τη σχέση 3):

14 V RESERVOIR δ R P H W,h,R CF W,th n υδραυλική πτώση σε m και ο όγκος της δεξαμενής σε m3) P (6) (όπου η ισχύς σε MW, η Εάν είναι καθορισμένη η αιολική ισχύς προς εγκατάσταση Εάν η δυνάμενη να εγκατασταθεί αιολική ισχύς είναι ορισμένη (έστω P W,R ), όπως συχνά μπορεί να συμβεί, λόγω περιορισμών στη χρήση γης, προστατευμένων περιοχών, περιορισμών λόγω χωροταξικού σχεδιασμού ή περιορισμένο διαθέσιμο αιολικό δυναμικό, τότε ακολουθείται η ακόλουθη διαδικασία: - 1ο βήμα: Από την εξίσωση 1 προκύπτει ο δείκτης εγκατεστημένης αιολικής ισχύος. - 2ο βήμα: Από το σχήμα 1 προκύπτει η συμβολή του συστήματος ΑΕΑ ως το ποσοστό της αιχμή που θα καλύψει ο στρόβιλος. - 3ο βήμα: Από το σχήμα 2 προκύπτει ο δείκτης της δεξαμενής με παράμετρο τη διαθέσιμη υδραυλική πτώση H. - 4ο βήμα: Από την εξίσωση 6 προκύπτει η ελάχιστη απαιτούμενη χωρητικότητα της δεξαμενής. Εάν είναι καθορισμένη η χωρητικότητα της δεξαμενής Αυτή είναι μια τυπική περίπτωση, αφού σε αρκετές περιπτώσεις οι τοπογραφικοί περιορισμοί για τη χωρητικότητα της δεξαμενής είναι δεσμευτικοί. Συνήθως, στα Ελληνικά νησιά όπου έχει εκδηλωθεί ενδιαφέρον για την ανάπτυξη συστήματος ΑΕΑ, υπάρχει διαθέσιμη μια δεξαμενή που χρησιμοποιείται καταρχήν για αρδευτικούς σκοπούς ή ακόμα και ύδρευση. Συνήθως, η δεξαμενή αυτή είναι συγκεκριμένης χωρητικότητας, ή η χωροθέτηση της δεύτερης μπορεί να γίνει σε συγκεκριμένη θέση και με ορισμένη χωρητικότητα. Συνεπώς, η διαστασιολόγηση του έργου ξεκινάει με δεδομένο αυτόν τον περιορισμό. Εάν λοιπόν η χωρητικότητα της δεξαμενής V R είναι δεδομένη, για τον προσδιορισμό απαιτείται μια σύντομη επαναληπτική διαδικασία, λόγω του ότι ο δείκτης δεξαμενής είναι συνάρτηση της αιολικής ισχύος. Συνεπώς: - 1ο βήμα: Γίνεται υπόθεση για τη συμβολή που θα έχει το σύστημα ΑΕΑ, δηλαδή το ποσοστό της αιχμή που θα καλύψει ο στρόβιλος. Από το σχήμα 1, υπολογίζεται ο δείκτης αιολικής εγκατεστημένης ισχύος. - 2ο βήμα: Από την εξίσωση 5 προκύπτει η απαιτούμενη εγκατεστημένη αιολική ισχύς. - 3ο βήμα: Από την εξίσωση 6 προκύπτει ο δείκτης της δεξαμενής. - 4ο βήμα: Από το σχήμα 2 προκύπτει η συμβολή του συστήματος ΑΕΑ, ως το ποσοστό της αιχμής που καλύπτει ο στρόβιλος. - Η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι να συγκλίνει το ποσοστό της αιχμής που καλύπτει ο στρόβιλος. Ενεργειακή συνεισφορά συστήματος ΑΕΑ Εάν είναι επιθυμητό ο στρόβιλος να καλύψει συγκεκριμένες ανάγκες, αυτό μπορεί να επιτευχθεί εφόσον υπάρχει συγκεκριμένη ποσότητα αιολικής ενέργειας σε συνδυασμό με συγκεκριμένη αποθηκευτική ικανότητα. Συγκεκριμένη ποσότητα αιολικής ενέργειας, μπορεί να προκύψει με λιγότερη εγκατεστημένη αιολική ισχύ σε περιοχές με καλύτερο αιολικό δυναμικό, ή με περισσότερη σε περιοχές με λιγότερο καλό δυναμικό. Αντίστοιχα, το ενεργειακό περιεχόμενο της δεξαμενής εξαρτάται από τη χωρητικότητά της και τη διαθέσιμη υδραυλική πτώση. Συνεπώς, στο σχήμα 6, αν και έχουν εισαχθεί αποτελέσματα προσομοιώσεων που έγιναν στα τρία νησιά (Κρήτη, Λέσβο και Σέριφο), για τρεις διαφορετικές ταχύτητες ανέμου (6,3, 7,2 και 8.1m/s), και για τρεις διαφορετικές διαθέσιμες υδραυλικές πτώσεις (200, 300 και

15 400m), δεν προκύπτουν σημαντικές διαφοροποιήσεις στη σχέση μεταξύ ενεργειακής συνεισφοράς και κάλυψης αιχμής 10. Προφανώς, το διαφορετικό αιολικό δυναμικό και η διαφορετική υδραυλική πτώση έχουν σημαντική επίπτωση στα οικονομικά μεγέθη του συστήματος και όχι στην ενεργειακή συνεισφορά. Συνεπώς, το γενικευμένο διάγραμμα που προκύπτει και δίνει τη συνεισφορά του συστήματος ΑΕΑ, συναρτήσει του ποσοστού της αιχμής που καλύπτει ο στρόβιλος δεν χρειάζεται παραμετροποίηση. Η καμπύλη που έχει προσαρμοστεί στα σημεία περιγράφεται από την εξίσωση: , α 1, 2702 α , 2 ε WPS (7), οπότε προκύπτει η ενεργειακή συνεισφορά του συστήματος ΑΕΑ, συναρτήσει του ποσοστού της αιχμής α που καλύπτεται από τον στρόβιλο. Για δεδομένη διαστασιολόγηση συστήματος ΑΕΑ, προκύπτει το ποσοστό της αιχμής που καλύπτει ο στρόβιλος. Συνεπώς, από το σχήμα 3 ή την εξίσωση 7 υπολογίζεται η ενεργειακή συνεισφορά 11 του συστήματος ΑΕΑ. Αντίστροφα, εάν το ζητούμενο είναι ένα συγκεκριμένο ποσοστό ενεργειακής συνεισφοράς από το σύστημα ΑΕΑ, τότε από το σχήμα 3 ή την εξίσωση 7 υπολογίζεται το ποσοστό της αιχμής που καλύπτει ο στρόβιλος, και με χρήση των διαγραμμάτων διαστασιολόγησης (σχήμα 1 και 2) προκύπτει η απαιτούμενη χωρητικότητα της δεξαμενής και της αιολικής ισχύος. 90% 80% Συνεισφορά συστήματος ΑΕΑ 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% ποσοστό αιχμής που καλύπτεται από τον στρόβιλο Σχήμα 3. Ενεργειακή συνεισφορά συστήματος ΑΕΑ 10 Επισημαίνεται η σημαντική επίδραση του συντελεστή φόρτισης του ηλεκτρικού συστήματος. Έτσι σε συστήματα με μικρότερο συντελεστή φόρτισης (π.χ. Σέριφος), με συγκεκριμένο σύστημα ΑΕΑ που στοχεύει στην κάλυψη συγκεκριμένου ποσοστού της αιχμής καλύπτεται μικρότερο ποσοστό ενεργειακά, από ό,τι σε ένα αντίστοιχο ηλεκτρικό σύστημα με μεγαλύτερο συντελεστή φόρτισης. Η ίδια παρατήρηση από τη θετική της πλευρά, δείχνει ότι με το ίδιο σύστημα ΑΕΑ που μπορεί να καλύψει συγκεκριμένες ενεργειακές ανάγκες, δικαιολογείται μεγαλύτερος στρόβιλος και εξασφαλίζεται μεγαλύτερο ποσοστό κάλυψης της αιχμής. 11 Επισημαίνεται ότι η αυτή η ενεργειακή συνεισφορά αναφέρεται στο σύστημα της Αιολικής ενέργειας με αντλησιοταμίευση και όχι στα υφιαστάμενα ή τα σχεδιαζόμενα αιολικά πάρκα εκτός υβριδικού συστήματος, των οποίων η λειτουργία δεν επηρεάζεται από την ένταξη του υβριδικού συστήματος.

16 Παράδειγμα διαστασιολόγησης συστήματος ΑΕΑ Στην παράγραφο αυτή δίνεται παράδειγμα χρήσης των διαγραμμάτων διαστασιολόγησης και ενεργειακής συνεισφοράς για το νησί της Ικαρίας. Τα απαιτούμενα δεδομένα είναι: Αιχμή του συστήματος: 7,55MW Μέσο ετήσιο φορτίο: P L =2,75MW Συντελεστής φορτίου: LF=40%. Εάν ως μέση ετήσια ταχύτητα ανέμου θεωρηθούν τα 8.1m/s (πηγή: ΚΑΠΕ) και η διαθέσιμη υδραυλική πτώση είναι 400m (π.χ. Google earth), τότε από τα σχήματα 1 και 2 λαμβάνουμε: Για κάλυψη 60% της αιχμής δ W =1,3 και δ R =160. Συνεπώς από την εξίσωση 5, με δεδομένα: CF W,th =38% n PSU =60% προκύπτει ότι η απαιτούμενη εγκατεστημένη αιολική ισχύς είναι: P W,h,R =6,3MW. Και από την εξίσωση 6, με δεδομένο: n P =80% προκύπτει ότι η απαιτούμενη χωρητικότητα της δεξαμενής είναι: V RESERVOIR =375073m 3. Ο απαιτούμενος στρόβιλος, προκύπτει 4,53MW (60%*7,55), και η ενεργειακή συνεισφορά του συστήματος ΑΕΑ εκτιμάται στο 55% από το σχήμα 3.