«ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΚΑΤΟΙΚΙΕΣ ΜΕ ΤΗΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ»

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ Καβάλα, Μάιος 2008 ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΚΑΤΟΙΚΙΕΣ ΜΕ ΤΗΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ» Σπουδάστριες : Ευφροσυνίδου Ζαφειρία Κωσταγιώργου Βασιλική Υπεύθυνος Καθηγητής : Αθανάσιος Σάσσος

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Εξοικονόμηση Ενέργειας, Κλιματικές αλλαγές, Υπερθέρμανση του πλανήτη, Αύξηση της στάθμης των Υδάτων. Έννοιες και φράσεις που ειπώνονται όλο και πιο συχνά τον τελευταίο καιρό. Το ερώτημα είναι αν ακούγονται με την ίδια βαρύτητα με την οποία λέγονται. Οι περισσότεροι άνθρωποι αντιλαμβάνονται ότι κάτι έχει αλλάξει στο περιβάλλον, ότι οι εποχές τώρα πια έχουν αρχίσει να μπερδεύονται. Παρ όλα αυτά και επειδή οι αλλαγές αυτές δεν δείχνουν να επηρεάζουν την καθημερινότητα των ανθρώπων, δεν δείχνουμε το απαραίτητο ενδιαφέρον για τις κλιματικές εξελίξεις και θεωρούμε ότι σε ατομικό επίπεδο δεν υπάρχει νόημα να κάνουμε κάτι. Ο κόσμος είναι μπερδεμένος αρκετά σε θέματα κλιματικής αλλαγής και αυτό οφείλεται ότι τα τελευταία χρόνια η επιστημονική κοινότητα δεν δείχνει να παίρνει μια ξεκάθαρη θέση σχετικά με την σοβαρότητα των αλλαγών. Οι πιο αισιόδοξοι από αυτούς ισχυρίζονται πως δεν έφτασε ο πλανήτης σε τέτοιο κρίσιμο σημείο ώστε να χρειάζεται άμεσα αλλαγή ενεργειακής συμπεριφοράς από τον κόσμο. Από την άλλη πλευρά υπάρχουν οι πιο απαισιόδοξοι που υποστηρίζουν πως τώρα πια η κατάσταση είναι μη αναστρέψιμη. Ο Πρόεδρος της Ανεξάρτητης Επιτροπής Αειφόρου Ανάπτυξης του Ηνωμένου Βασιλείου, κ Porritt, θεωρεί πως η αλήθεια είναι κάπου στη μέση και σε συνέντευξή του σε γνωστό περιοδικό για την Ενέργεια, αναφέρει μεταξύ άλλων : «Η εκτίμηση της Διακυβερνητικής Επιτροπής για τις Κλιματικές Αλλαγές είναι ότι έχουμε μόλις χρόνια για να βάλουμε τις βάσεις για μια οικονομία χαμηλού άνθρακα και αυτή η εκτίμηση είναι πολύ ρεαλιστική. Αν λοιπόν σ αυτό το διάστημα δεν καταφέρουμε ως παγκόσμια κοινότητα να αντιστρέψουμε τη κατάσταση, μετά θα είναι πολύ αργά για να κάνουμε οτιδήποτε. Θα έχουμε προσθέσει τόση υπερθέρμανση στην ατμόσφαιρα, που θα διεγείρει τους φυτικούς μηχανισμούς ανατροφοδότηση του πλανήτη, οι οποίοι θα είναι αδύνατο να ανατραπούν.». Με λίγα λόγια η Γη θα βρει τρόπο να συνέλθει, να προσαρμοστεί, μόνο που δε θα λάβει υπ όψη της την επιβίωση μας

3 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι παρούσες κλιματολογικές συνθήκες οδήγησαν τη Διεθνή Κοινότητα να επιβάλλει, ανάλογα με την ανάπτυξη της κάθε χώρας, στόχους μέσα σε συγκεκριμένα χρονικά όρια, οι οποίοι θα βελτιώσουν την κατάσταση. Έτσι και η χώρα μας έχει στόχο ως το 2020 να παράγει το 18% της ενέργειας που χρειάζεται από τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας. Δεδομένου του κλίματος στην Ελλάδα όπου ο ήλιος και αιολικό δυναμικό υπάρχουν σε αφθονία, ο στόχος αυτός θα έπρεπε να ήταν εύκολος. Δυστυχώς όμως οι σχετικοί φορείς, καθυστερούν αδικαιολόγητα πολύ, πρωτοβουλίες πολιτών οι οποίοι είναι πρόθυμοι να βοηθήσουν στην επίτευξη του στόχου του 18%. Αυτό που οφείλουμε εμείς να κάνουμε σε ατομικό επίπεδο είναι να εξοικονομούμε Ενέργεια στην κατοικία μας εκμεταλλευόμενοι τις Α.Π.Ε. χωρίς αυτό να σημαίνει απαραίτητα και τη χρησιμοποίηση των σχετικών τεχνολογιών. Στην παρούσα πτυχιακή εργασία αναφέρονται αρκετοί τρόποι με του οποίους μπορούμε να εκμεταλλευτούμε την ηλιακή και την αιολική ενέργεια ( κυρίως σε επίπεδο κτηριοδομικής διαρρύθμισης ) προκειμένου να μειώσουμε την ενέργεια που καταναλώνουμε για το φωτισμό, τη θέρμανση και την ψύξη της κατοικίας μας. Επίσης αναφέρονται και οι τεχνολογίες που μπορούμε να ενσωματώσουμε στην κατασκευή της κατοικίας μας με σκοπό να παράγουμε μόνοι μας ένα μεγάλο ποσοστό της ηλεκτρικής ενέργειας που χρειαζόμαστε χωρίς να επιβαρύνουμε το περιβάλλον. Αυτό μπορούμε να το επιτύχουμε εκμεταλλευόμενοι την δωρεάν και απεριόριστη ενέργεια που μας προσφέρει ο ήλιος κάνοντας μια επένδυση στις φωτοβολταϊκές τεχνολογίες. Η επένδυση αυτή προς το παρόν είναι αρκετά δαπανηρή και χωρίς επιδότηση από το κράτος. Ωστόσο μακροπρόθεσμα γίνεται απόσβεση και έτσι εξοικονομούμε χρήματα από τους λογαριασμούς της ΔΕΗ. Στο παράδειγμα της κατοικίας της πτυχιακής εργασίας μας δίνουμε ένα παράδειγμα μελέτης για μια Φ/Β εγκατάσταση. Επίσης θα μπορούσαν να εφαρμοστούν και γεωεναλλάκτες και αντλίες θερμότητας προκειμένου να επιλυθεί το κομμάτι που αφορά την θέρμανση και ψύξη του χώρου καθώς - 2 -

4 η ευρύτερη περιοχή διαθέτει ένα γεωθερμικό πεδίο κατάλληλο για τέτοιου είδους εκμετάλλευση. Οι τεχνολογίες και οι πρακτικές λύσεις που προτείνονται στη συνέχεια, είναι εφαρμόσιμες και πλέον χαρακτηρίζονται ως αναγκαίες

5 ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΚΑΤΟΙΚΙΕΣ ΜΕ ΤΗΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΑΠΕ ΠΡΟΛΟΓΟΣ.. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ...2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο 1.1 ΟΡΙΣΜΟΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙ.ΑΣ Δυναμική ενέργεια Κινητική ενέργεια Θερμότητα Πυρηνική ενέργεια Χημική ενέργεια ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ιστορική αναδρομή Η χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα α Κατανάλωση ενέργειας στη βιομηχανία β Κατανάλωση ενέργειας στον οικιακό και τον τριτογενή τομέα γ Χρήση ενέργειας στις μεταφορές ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Άνθρακας Πετρέλαιο Φυσικό αέριο ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Πλεονεκτήματα των ΑΠΕ στην ηλεκτροπαραγωγή Μειονεκτήματα των ΑΠΕ στην ηλεκτροπαραγωγή Υδροδυναμικό α Λειτουργία υδροηλεκτρικών σταθμών β Υδροαντλητικά εργοστάσια γ Μικρά υδροηλεκτρικά δ Υδροηλεκτρικά στην Ελλάδα Ηλιακή ενέργεια Φωτοβολταικά α Ελληνική πραγματικότητα και στόχοι Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με ηλιακή συγκέντρωση Αιολική ενέργεια Ελληνική πραγματικότητα Γεωθερμία Ελληνική πραγματικότητα Βιομάζα Ενέργεια κυμάτων...35

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο ΕΦΑΡΜΟΓΉ ΤΩΝ ΑΠΕ ΣΕ ΚΑΤΟΙΚΙΑ 2.1 ΟΙ ΟΨΕΙΣ ΤΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΑ ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ενεργειακά ηλιακά συστήματα Φ/Β συστήματα Παθητικά ηλιακά συστήματα θέρμανσης Αιολική ενέργεια Γεωθερμική ενέργεια Ωκεάνια Ενέργεια ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΑΠΕ ΣΕ ΚΤΙΡΙΑ Ηλιακή ενέργεια α Ηλιακοί συλλέκτες β Φ/Β συστήματα Αιολική ενέργεια Γεωθερμική ενέργεια Αντλίες θερμότητας ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ-ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ ΑΠΕ Φ/Β συστήματα Αιολική ενέργεια Γεωθερμική ενέργεια ΙΣΧΥΟΥΣΑ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ Ηλιακή ενέργεια Αιολική ενέργεια Γεωθερμική ενέργεια...98 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3Ο ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ ΓΙΑ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΙΣ ΚΑΤΟΙΚΙΕΣ 3.1 ΟΡΘΟΛΟΓΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΧΡΗΜΑΤΩΝ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ Το πρόβλημα της εξάντλησης των φυσικών πόρων Κατασκευαστικά υλικά και εξοικονόμηση ενέργειας Η λύση Ορθολογική χρήση και εξοικονόμηση ενέργειας ΕΛΛΗΝΙΚΑ ΚΤΙΡΙΑ Ανακαίνιση κτιρίου ευκαιρία για επεμβάσεις εξοικονόμησης ενέργειας ΘΕΡΜΑΝΣΗ Αεροστεγάνωση ανοιγμάτων α Ανεμοπροστασία των ανοιγμάτων Συντήρηση εγκατάστασης θέρμανσης Περιοδικός έλεγχος των καλοριφέρ εξαέρωση Θερμοστατικές βαλβίδες α Θερμιδομετρητές β Ωρομετρητές γ Θερμοστατικός έλεγχος Αυτονομία 114

7 3.4.5 Θερμομόνωση σωληνώσεων ζεστού νερού α Θερμομόνωση λέβητα β Θερμομόνωση Μπόϊλερ Σύστημα αντιστάθμισης Χρήση φυσικού αερίου Χρήση ηλεκτρικής ενέργειας Κλιματιστικά Παθητικά ηλιακά συστήματα Θερμομόνωση ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΟΔΗΓΙΕΣ ΓΙΑ ΑΠΟΔΟΤΙΚΗ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΖΕΣΤΟ ΝΕΡΟ ΑΠΟ ΤΟΝ ΗΛΙΟ Ηλιακοί συλλέκτες Θέρμανση Χώρων με συλλέκτες Θέρμανση-ψύξη Ρύθμιση του θερμοστάτη θερμοσίφωνα Ταχυθερμαντήρες ροής Μείωση της κατανάλωσης νερού Πρακτικές Οδηγίες για τη χρήση ηλιακών συλλεκτών ΨΥΞΗ Σκιασμός Ανοιχτόχρωμες επιφάνειες Μικροκλίμα Αερισμός Ανεμιστήρες οροφής Κλιματισμός με ηλεκτρική ενέργεια Κλιματισμός με ηλιακή ενέργεια Πρακτικές οδηγίες για δροσισμό ΦΩΤΙΣΜΟΣ Φυσικός Φωτισμός Έλεγχος Λειτουργίας Λαμπτήρων Πρακτικές Οδηγίες για τη χρήση ηλεκτρονικών λαμπτήρων ΣΥΣΚΕΥΕΣ Ετικέτα Ενεργειακής Σήμανσης «Διαρροές» Ηλεκτρικής Ενέργειας Πρακτικές Οδηγίες για την αγορά και χρήση οικιακών συσκευών Ο ΡΟΛΟΣ ΤΗΣ ΠΟΛΙΤΕΙΑΣ 138 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΜΕΛΕΤΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΩΝ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ ΣΤΗ ΛΕΥΚΗ ΚΑΒΑΛΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5ο ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΡΥΠΩΝ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ. 5.1 ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΡΥΠΩΝ Ελληνική πραγματικότητα ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ Το φαινόμενο του θερμοκηπίου Επιπτώσεις από έντονο φαινόμενο θερμοκηπίου...163

8 5.3 ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΩΝ ΥΔΑΤΩΝ ΑΝΟΔΟΣ ΤΗΣ ΣΤΑΘΜΗΣ ΤΩΝ ΘΑΛΑΣΣΩΝ ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ- ΑΠΟΒΛΗΤΑ ΔΙΑΤΑΡΑΞΗ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ - ΕΞΑΝΤΛΗΣΗ ΑΠΟΘΕΜΑΤΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΗΣ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑΣ ΣΚΙΑΣΗΣ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ ΚΑΙ ΌΖΟΝ: ΕΝΑ ΤΡΟΜΑΚΤΙΚΟ ΣΕΝΑΡΙΟ ΜΕΤΡΑ ΜΕΙΩΣΗ ΤΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ 176 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΙΝΗΤΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΤΙΚΗ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ. 6.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΥΡΩΠΑΪΚΕΣ ΟΔΗΓΙΕΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΦΑΤΑ ΕΝΤΑΓΜΕΝΟΙ ΝΟΜΟΙ ΣΤΟ ΕΘΝΙΚΟ ΔΙΚΑΙΟ Συνδιάσκεψη του Ρίο Οδηγία SAVE «ΕΝΕΡΓΕΙΑ 2001»: ΣΧΕΔΙΟ ΔΡΑΣΗΣ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ Το νέο θεσμικό πλαίσιο για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΤΟΥ ΚΙΟΤΟ Η ΠΡΑΣΙΝΗ ΚΑΙ Η ΛΕΥΚΗ ΒΙΒΛΟΣ Η Πράσινη Βίβλος για την ενέργεια Η Λευκή Βίβλος για την ενέργεια Πρόγραμμα ALTENER Η στρατηγική της Ελλάδας ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΣ ΟΡΘΟΛΟΓΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ & ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΚΟΧΕΕ) Τα κτίρια του δημόσιου και ευρύτερου δημόσιου τομέα Πιλοτικές εφαρμογές - Δράσεις υποστήριξης Κίνητρα για εξοικονόμηση ενέργειας Εφαρμογές σε πολεοδομικά σύνολα Τα οφέλη της πολιτικής εξοικονόμησης ενέργειας και χρήσης ΑΠΕ ΟΔΗΓΙΑ 2002/91/ΕΚ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ Γενικό πλαίσιο για τον υπολογισμό της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων Ελάχιστες απαιτήσεις για όλα τα κτίρια Ενεργειακή πιστοποίηση για όλα τα κτίρια Επιθεώρηση και αξιολόγηση των εγκαταστάσεων θέρμανσης και κλιματισμού Αξιολόγηση-Αναθεώρηση Δυναμικό εξοικονόμησης ενέργειας από συγκεκριμένα μέτρα ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΟΥ ΟΗΕ ΔΙΑΤΛΑΝΤΙΚΟΣ ΔΙΑΛΟΓΟΣ Κύριος στόχος η ενεργειακή αποδοτικότητα 220 ΕΠΙΛΟΓΟΣ 221

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΝΕΡΓΕΙΑ 1.1 ΟΡΙΣΜΟΣ Σαν ενέργεια ορίζεται η ικανότητα ενός σώματος να παράγει έργο λόγω της κίνησης, της θέσης ή της κατάστασής του. Είναι μια από τις κύριες ιδιότητες της ύλης και απαραίτητος όρος για την ύπαρξη και την ανάπτυξη της ζωής. Εκδηλώνεται με διάφορες μορφές όπως θα δούμε εκτενέστερα στις παρακάτω παραγράφους (κίνηση, θερμότητα, ηλεκτρισμός, φως κ.λπ.) και γίνεται αντιληπτή στην τεχνολογία όταν μεταφέρεται από ένα φυσικό σύστημα σ' ένα άλλο (π.χ. η ενέργεια του ανέμου που κινεί την ανεμογεννήτρια) ή όταν μετατρέπεται από μία μορφή σε άλλη (π.χ. η ηλεκτρική ενέργεια που γίνεται φως και θερμότητα στο λαμπτήρα). 1.2 ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Δυναμική ενέργεια Ορισμός Ως δυναμική ενέργεια ορίζεται η ενέργεια που εμπεριέχει ένα σώμα λόγω της θέσεως ή της κατάστασής του, είναι δηλαδή η δυνατότητα του σώματος να παράγει έργο επειδή βρίσκεται μέσα σε κάποιο πεδίο. Είδη Συγκεκριμένα, η δυναμική ενέργεια διακρίνεται σε: ενέργεια θέσεως (π.χ. ένα σώμα που βρίσκεται μέσα στο βαρυτικό πεδίο έχει τη δυνατότητα να μετακινηθεί προς μία χαμηλότερη θέση παράγοντας έργο) και ενέργεια μορφής, που εμφανίζεται όταν συστρέφουμε, συμπιέζουμε, τεντώνουμε ή λυγίζουμε ένα υλικό αλλάζοντας τη φυσική του μορφή (π.χ. το παραμορφωμένο ελατήριο ή λάστιχο). Στην περίπτωση αυτή, το σώμα μπορεί να παράγει έργο επανερχόμενο στη "φυσική" του μορφή

10 Νόμος Η δυναμική ενέργεια ενός σώματος ορίζεται ως το γινόμενο της δύναμης που ασκείται επάνω του επί την απόστασή του από το σημείο του πεδίου, όπου θεωρούμε ότι η δυναμική ενέργεια έχει μηδενική τιμή: Ε δυν = F.h F = συνισταμένη δύναμη που ασκείται στο σώμα, h = απόσταση από το σημείο με μηδενική δυναμική ενέργεια Συντηρητικό πεδίο Εάν το πεδίο δεν είναι ομογενές, δηλαδή η δύναμη μεταβάλλεται κατά μέτρο και φορά από σημείο σε σημείο, ο παραπάνω ορισμός ισχύει μόνο τοπικά, δηλαδή μας δίνει τη μεταβολή της δυναμικής ενέργειας για μια απειροστή μετατόπιση μέσα στο πεδίο, κατά την οποία η δύναμη είναι περίπου σταθερή. Η συνολική μεταβολή της δυναμικής ενέργειας δίνεται από το άθροισμα τέτοιων απειροστών μετατοπίσεων (ολοκλήρωμα) μεταξύ δύο θέσεων (από τις οποίες η μία μπορεί να είναι το σημείο όπου ορίσαμε μηδενική τη δυναμική ενέργεια). Για να έχει νόημα η δυναμική ενέργεια, πρέπει ο παραπάνω υπολογισμός να μην εξαρτάται από τη διαδρομή που ακολουθήσαμε μεταξύ των δύο σημείων. Ένα δυναμικό πεδίο με την ιδιότητα αυτή ονομάζεται συντηρητικό ή διατηρητικό. Μεταβολή της σε Κινητική Η Κινητική και η Δυναμική ενέργεια θεωρούνται ως οι δύο μορφές της Μηχανικής ενέργειας. Κατά την κίνηση ενός σώματος ή φορτίου σε συντηρητικό πεδίο δυνάμεων, και εφόσον δεν υπάρχουν τριβές η δυναμική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια και το αντίστροφο, το άθροισμά τους όμως είναι πάντα σταθερό και ίσο με τη μηχανική ενέργεια που αρχικά είχε το σώμα Κινητική ενέργεια Κινητική είναι η ενέργεια που έχει ένα υλικό όταν κινείται και αναφέρεται στην ικανότητά του να παράγει έργο. Μαθηματικά, η κινητική ενέργεια ενός - 5 -

11 σώματος, ορίζεται-υπολογίζεται ως το ήμισυ του γινομένου της μάζας του επί το τετράγωνο της ταχύτητάς του: (m=μάζα σώματος) Ε κιν = ½ m. v2 (v=ταχύτητα σώματος) Θερμότητα Θερμότητα ονομάζεται η ποσότητα ενέργειας (θερμικής ενέργειας) που μεταφέρεται μεταξύ δύο σωμάτων σαν συνέπεια της διαφοράς θερμοκρασίας των. Γενικότερα με τον όρο θερμότητα μπορούμε να ορίσουμε τη μεταφορά ενέργειας από ένα σύστημα προς το περιβάλλον του, σαν συνέπεια μόνο της διαφοράς θερμοκρασίας. Γενικά, Στη φυσική, θερμότητα είναι το αίτιο που προκαλεί το αίσθημα του θερμού ή του ψυχρού ή καλύτερα το αίτιο στο οποίο οφείλονται τα θερμικά φαινόμενα, δηλ. οι μεταβολές της θερμικής κατάστασης των σωμάτων. Στην αρχαιότατη εποχή επικρατούσε η αντίληψη ότι η θερμότητα είναι ένα ρευστό, χωρίς βάρος σώμα, που μπαίνει σ' όλα τα σώματα κι από την ποσότητά του εξαρτάται η θερμική κατάσταση των σωμάτων. Η αντίληψη αυτή για τη θερμότητα επικρατούσε από την εποχή του Αριστοτέλη, μέχρι τις αρχές του 19ου αι. Στις αρχές του 19ου αι. οι Ράμφορντ και Νταίηβυ κατόρθωσαν να βράσουν νερό με θερμότητα που παράχθηκε μηχανικά και μάλιστα με τριβή. Η θεωρία ότι η θερμότητα δεν είναι ύλη, όπως πίστευαν παλιά, αλλά μορφή κίνησης, θεμελιώθηκε και με τις εργασίες του Καρνό και Μάγιερ. Κατά τη μηχανική θεωρία η θερμότητα είναι αποτέλεσμα της κινητικής κατάστασης των μορίων των σωμάτων, δηλ. της κινητικής τους ενέργειας. Με άλλα λόγια η θερμότητα είναι ένα φαινόμενο μηχανικό, που οφείλεται στις - 6 -

12 κινήσεις των μορίων των σωμάτων, που εμείς δεν μπορούμε να αντιληφθούμε, παρά μόνο ως θερμότητα που είναι το αποτέλεσμα των άτακτων αυτών κινήσεων. Διάδοση Θερμότητας Η μετάδοση της θερμότητας μπορεί να γίνει με τρεις διαφορετικούς τρόπους, αρκεί να υπάρχει μεταξύ των σωμάτων διαφορά θερμοκρασίας. Υπάρχουν όμως και περιπτώσεις που η θερμότητα μεταδίνεται σύνθετα, αλλά και πάλι υπερισχύει ο ένας τρόπος. -Διάδοση της θερμότητας με αγωγή Σύμφωνα με τον Νόμο του Furrier, η μεταφορά θερμότητας με αγωγή εκφράζει τη ροή θερμότητας Q από ένα σώμα στο άλλο μέσω επαφής και είναι ανάλογη με τη διαφορά θερμοκρασίας τους. Ειδικότερα ισχύει: Q = λaδτ/δx `Όπου λ ονομάζεται η θερμική αγωγιμότητα του θερμαινόμενου υλικού και εξαρτάται από το υλικό που χρησιμοποιούμε προς μελέτη, Α είναι το εμβαδόν της επιφάνειας επαφής και Δx το πάχος του υλικού. Η θερμότητα μεταδίδεται με αγωγή σ' ένα σώμα όταν πηγαίνει από το θερμότερο μέρος του στο ψυχρότερο. Στην περίπτωση αυτή η θερμότητα διαχέεται διαμέσου της μάζας των σωμάτων, όταν είναι στερεά ή υγρά ακίνητα ή αέρια. Ανάλογα με την ευκολία που μεταδίνεται η θερμότητα στα σώματα λέγονται καλοί αγωγοί και κακοί αγωγοί της θερμότητας. Καλοί αγωγοί της θερμότητας είναι γενικά όλα τα μέταλλα και κακοί αγωγοί το γυαλί, το ξύλο, η πορσελάνη, τα υγρά και τα αέρια. -Διάδοση της θερμότητας με μεταφορά Στα υγρά και τα αέρια η θερμότητα διαδίδεται με μεταφορά. Κατά την μεταφορά αυτή, ποσότητες υγρού ή αερίου θερμαίνονται και μεταφέρονται σε ψυχρότερη περιοχή, όπου και προκαλούν την θέρμανσή της. Μπορεί να υπάρξει διάδοση μεταξύ στερεού και υγρού ή αέριου σώματος. -Διάδοση της θερμότητας με ακτινοβολία Για την διάδοση της θερμότητας με αγωγή ή με μεταφορά χρειάζεται n παρουσία της ύλης (στερεά, υγρά ή αέρια). Η θερμότητα όμως διαδίδεται και στο κενό. Γνωστό παράδειγμα στη φύση είναι η θέρμανση της Γης από τον `Ηλιο, όπου δεν υπάρχει μέσο διάδοσης

13 Ο τρόπος αυτός διάδοσης της θερμότητας λέγεται διάδοση με ακτινοβολία. Η θερμική ακτινοβολία διαδίδεται στο χώρο με ηλεκτρομαγνητικά κύματα (όμοια με τα φωτεινά), απορροφάται από τα διάφορα σώματα και τα θερμαίνει. Στη μετάδοση της θερμότητας με τη βοήθεια της ακτινοβολίας δεν είναι απαραίτητος υλικός φορέας. Όλα τα σώματα που βρίσκονται σε θερμοκρασία διαφορετική από το απόλυτο μηδέν εκπέμπουν ακτινοβόλα θερμότητα, που οφείλεται στη θερμική διαταραχή των ατόμων τους ή των μορίων τους. Η θερμική ακτινοβολία έχει την ίδια φύση με τη φωτεινή ακτινοβολία, διαφέρουν όμως στο μήκος κύματος. Το μήκος κύματος της θερμικής ακτινοβολίας ανήκει στα μήκη κύματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Ισχύουν για τη θερμική ακτινοβολία οι νόμοι της ευθύγραμμης διάδοσης, της ανάκλασης και της διάθλασης. Η θερμική ακτινοβολία διαπιστώνεται και τη μετράμε με διάφορα όργανα, όπως είναι οι διάφοροι τύποι των ακτινόμετρων, των βολόμετρων, των ακτινομικρόμετρων κ.ά. Μονάδες μέτρησης Μονάδα στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων είναι το joule. Στο Τεχνικό Σύστημα η μονάδα θερμότητας είναι η Βρετανική μονάδα θερμότητας (Btu) που ορίζεται σαν η θερμότητα η αναγκαία για να αυξηθεί η θερμοκρασία μίας λίβρας νερού από τους 63 στους 64 βαθμούς Farenheit. Η θερμίδα (cal) και η χιλιοθερμίδα (Kcal) ήταν η μονάδα που χρησιμοποιήθηκε αρχικά για τη θερμότητα. Μια χιλιοθερμίδα ορίζεται σαν το ποσό θερμότητας που πρέπει να δώσουμε σε ένα λίτρο νερού που βρίσκεται σε ατμοσφαιρική πίεση για να αυξηθεί η θερμοκρασία του κατά ένα βαθμό. Οι μονάδες θερμότητας έχουν μεταξύ τους τις ακόλουθες σχέσεις: 1 kcal = 1000 cal = 4186,8 joules = btu. Θερμοχωρητικότητα Ο λόγος της θερμότητας ΔQ που προσφέρεται σε ένα σώμα σε σχέση με την ανύψωση της θερμοκρασίας του ΔΤ ονομάζεται Θερμοχωρητικότητα C = δq/dτ. Η ειδική θερμοχωρητικότητα αναφέρεται στη μονάδα της μάζας, ενώ η γραμμομοριακή θερμοχωρητικότητα αναφέρεται σε ένα mole του υλικού

14 Εν γένει, η θερμοχωρητικότητα ενός υλικού δεν είναι μια σταθερά, αλλά εξαρτάται από τη διαδικασία που ακολουθείται κατά τη θέρμανση του υλικού. Δηλαδή, για την ίδια μεταβολή θερμοκρασίας ΔT, διαφορετικές διαδικασίες θέρμανσης μπορεί να απαιτούν διαφορετικά ποσά θερμότητας ΔQ. Θερμική ροή ονομάζεται ο λόγος της θερμότητας ΔQ που προσφέρεται σε ένα σώμα σε σχέση με το χρόνο dτ Q = ΔQ/dτ Πυρηνική ενέργεια Ορισμός Η ενέργεια που εκλύεται κατά τη διεργασία της διάσπασης των ατομικών πυρήνων. Η «επέμβαση» στον πυρήνα ενός ατόμου πραγματοποιείται είτε με σχάση είτε με σύντηξη. Το αποτέλεσμα είναι μία μη ελεγχόμενη απελευθέρωση ενέργειας, όπως συμβαίνει στα πυρηνικά όπλα, ή μία ελεγχόμενη απελευθέρωση θερμικής ενέργειας, όπως συμβαίνει στους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Η ανακάλυψη της πυρηνικής ενέργειας προετοιμάστηκε από τις μελέτες της δομής των ατόμων και των ατομικών πυρήνων από τους οποίους αποτελείται η Ύλη. Ο απλούστερος ατομικός πυρήνας - ο πυρήνας του κοινού υδρογόνου - ονομάζεται πρωτόνιο. Το πρωτόνιο έχει θετικό φορτίο, που στην απόλυτη τιμή του ισούται με το φορτίο του ηλεκτρόνιου και μάζα ίση με 1, ΑΜΜ (ΑΜΜ είναι η ατομική μονάδα μάζας, που ισούται με το 1/16 της μάζας του ατόμου του ισοτόπου του οξυγόνου Ο16 εκφρασμένη σε γραμμάρια). Όλοι οι άλλοι πυρήνες αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια. Το νετρόνιο δεν έχει φορτίο, η μάζα του ισούται με 1, ΑΜΜ και ξεπερνά λίγο τη μάζα του πρωτονίου. Η μάζα του πυρήνα είναι πάντοτε μικρότερη από το άθροισμα μαζών των νουκλεονίων που τον σχηματίζουν (πρωτονίων και νετρονίων). Πυρηνική σχάση Η αντίδραση που χρησιμοποιούν μέχρι σήμερα οι πυρηνικοί αντιδραστήρες είναι η πυρηνική σχάση. Για την πραγματοποίησή της απαιτούνται κάποια ισότοπα βαρέων στοιχείων που διασπώνται εύκολα, όπως είναι το ουράνιο-235 και το πλουτώνιο-239. Για την έναρξη της διαδικασίας της σχάσης, οι πυρήνες βομβαρδίζονται με νετρόνια και καθώς διαχωρίζονται εκπέμπουν με την σειρά - 9 -

15 τους 2-3 νέα νετρόνια, που και αυτά διασπούν τα κοντινότερα σχάσιμα άτομα, προκαλώντας έτσι μία αλυσιδωτή αντίδραση. Τα δύο τμήματα που προέρχονται από τον διασπασμένο πυρήνα αποτελούν διαφορετικά χημικά στοιχεία, τα οποία σχεδόν πάντα είναι πολύ ραδιενεργά. Τέτοια είναι το στρόντιο-90, το καίσιο-137 και το ιώδιο-131. Για να μπορεί να αξιοποιηθεί η αντίδραση θα πρέπει να είναι ελεγχόμενη, ώστε κάθε σχάση να προκαλεί μόνο μία νέα σχάση. Είναι η λεγόμενη «κρίσιμη κατάσταση» του αντιδραστήρα. Για την διατήρηση της ισορροπίας, στο εσωτερικό του αντιδραστήρα υπάρχουν οι ράβδοι ελέγχου που αποτελούνται από υλικά που έχουν μεγάλη ικανότητα απορρόφησης νετρονίων, ώστε να δεσμεύουν τα επιπλέον νετρόνια που δημιουργούνται από την σχάση. Τέτοια υλικά είναι το κάδμιο, το βόριο και άλλα. Οι ράβδοι έχουν δυνατότητα κίνησης στο εσωτερικό του αντιδραστήρα, ώστε όσο βαθύτερα εισέρχονται, τόσο μειώνεται ο αριθμός των νετρονίων, και άρα η ισχύς. Εκτός όμως από τον αριθμό των νετρονίων, σημαντικό ρόλο παίζει και η ταχύτητά τους. Για την ομαλή και σωστή διάσπαση του ουρανίου-235 πρέπει να είναι μειωμένη. Η επιβράδυνση των νετρονίων επιτυγχάνεται με κατάλληλες ουσίες, τους επιβραδυντές, όπως το νερό, ο γραφίτης, το βηρύλλιο και το βαρύ ύδωρ. Οι ουσίες αυτές βρίσκονται στο εσωτερικό των αντιδραστήρων και καθώς τα νετρόνια διέρχονται μέσα τους υφίστανται πολλαπλές συγκρούσεις, με αποτέλεσμα να μειώνεται η ταχύτητά τους. Τα προϊόντα της σχάσης απελευθερώνουν την ενέργειά τους με την μορφή θερμότητας. Η θερμική αυτή ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική με την βοήθεια στροβίλων κατά παρόμοιο τρόπο, όπως στους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς. Σαν ψυκτικά μέσα χρησιμοποιούνται νερό, βαρύ ύδωρ, αέρας, διοξείδιο του άνθρακα, ήλιο, νάτριο, μπορεί δε να είναι και ο ίδιος ο επιβραδυντής. Η αντίδραση σχάσης των πυρήνων, σαν πηγή ενέργειας, απέκτησε τεράστια πρακτική σημασία έπειτα από την ανακάλυψη της σχάσης των πυρήνων του ουρανίου 235 κατά το βομβαρδισμό τους με νετρόνια. Το 1970 η παγκόσμια πυρηνική ισχύς ήταν κιλοβάτ (1,8% της ηλεκτρ.) και πυρηνική ενέργεια κιλοβατώρες (1,5% της ηλεκτρικής)

16 1.2.5 Χημική ενέργεια Η χημική ενέργεια είναι το σύνολο της δυναμικής ενέργειας που απαιτήθηκε για τη συγκρότηση των μορίων των χημικών ενώσεων κάτω από την αλληλεπίδραση των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων.η χημική ενέργεια αποδίδεται, συνήθως, ως: Θερμότητα και ηλεκτρική ενέργεια, όταν τα μόρια διασπώνται και πάλι σε άτομα ή μετασχηματίζεται μέσα στους οργανισμούς σε θερμική ενέργεια και κινητική ενέργεια, με βιολογικούς μηχανισμούς, και ονομάζεται βιολογική ή μυϊκή ενέργεια. 1.3 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ορισμός Η ηλεκτρική ενέργεια είναι η ενέργεια που μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα που αναφέρεται στην κινητική ενέργεια των κινούμενων ηλεκτρονίων (ηλεκτρικό ρεύμα), λόγω της ύπαρξης διαφοράς δυναμικού στα άκρα ενός αγωγού. Όταν γίνεται χρήση του ηλεκτρισμού η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε άλλη μορφή ενέργειας π.χ. σε κινητική ενέργεια όταν λειτουργεί ένας κινητήρας ή σε φως όταν ανάβει ένας λαμπτήρας Ιστορική αναδρομή Ο ηλεκτρισμός υπήρχε πάντοτε. Οι Αρχαίοι Έλληνες είχαν ανακαλύψει ότι τρίβοντας ένα κομμάτι κεχριμπάρι (ήλεκτρο) αποκτούσε τη ιδιότητα να έλκει κομμάτια φτερού (σχ. 1/2). Από το ήλεκτρο το φαινόμενο αυτό πήρε και την ονομασία ηλεκτρισμός. Πέρασαν πολλά χρόνια μέχρι ο άνθρωπος να αρχίσει να ασχολείται σοβαρά με τον ηλεκτρισμό και τα αποτελέσματά του. Γύρω στο 18 ο αιώνα διάφοροι επιστήμονες της εποχής μελέτησαν και ανακάλυψαν τη συμπεριφορά του ηλεκτρισμού μέσα από διάφορα πειράματα

17 Η πρώτη πραγματικά σοβαρή εφαρμογή του ηλεκτρισμού έγινε γύρω στο 1840 με τη χρήση του τηλέγραφου ο οποίος βασικά αντικατέστησε κάποιες από τις δραστηριότητες του ταχυδρομείου. Μια από τις σημαντικές ανακαλύψεις γύρω στο 1820 ήταν η αλληλοσύνδεση ηλεκτρισμού και μαγνητισμού που οδήγησε στην κατασκευή το 1840 των πρώτων ηλεκτρικών κινητήρων και το 1860 των ηλεκτρογεννητριών. Η εφεύρεση της ηλεκτρογεννήτριας επέτρεψε στους ανθρώπους προς το τέλος του 19 ου αιώνα να αρχίσουν να παράγουν ηλεκτρισμό και να τον χρησιμοποιούνγια το άναμμα των λαμπτήρων στους δρόμους και στα σπίτια τους. Η χρήση των ημιαγωγών υλικών και κυρίως η ανακάλυψη του τρανζίστορ το 1947, όπως θα δούμε στη συνέχεια του βιβλίου μας πιο κάτω, Γεννήτρια συνεχούς ρεύματος του 1879 επέτρεψε τη ραγδαία ανάπτυξη τα τελευταία πενήντα χρόνια ενός νέου τομέα του ηλεκτρισμού, της ηλεκτρονικής. Η ηλεκτρονική χρησιμοποιεί για τις εφαρμογές της, πλήθος εξαρτημάτων τα οποία συγκολλιούνται πάνω σε ειδικές πλακέτες οι οποίες ονομάζονται πινακίδες τυπωμένου κυκλώματος, PCB. Γνωστές συσκευές ηλεκτρονικών που χρησιμοποιούνται ευρέως από τον άνθρωπο σε καθημερινή βάση είναι η τηλεόραση, το ηχοσύστημα, το ψηφιακό ρολόι, το τηλέφωνο και ο φούρνος μικροκυμάτων. Σημαντικά χαρακτηριστικά των ηλεκτρονικών συσκευών είναι συνήθως το μικρό μέγεθος και ο προγραμματισμός των διαφόρων λειτουργιών που προσφέρουν. Ένα σημαντικο επίτευγμα της ηλεκτρονικής τεχνολογίας τελευταίων χρόνων είναι το κινητό τηλέφωνο που με το μικρό μέγεθος που έχει και το πλήθος των λειτουργιών που προσφέρει, έχει

18 γίνει αναπόσπαστο μέρος της ζωής κάθε σύγχρονου ανθρώπου Η χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα Το 2006, η τελική κατανάλωση ενέργειας στην Ελλάδα έφτασε τους 18,9 Mtoe, εκ των οποίων το 24% καταναλώθηκε από τη βιομηχανία, το 39% από τις μεταφορές και το 37% από τον οικιακό και τριτογενή τομέα. Ο μέσος ετήσιος ρυθμός αύξησης για τη χρονική περίοδο υπολογίζεται σε 2,5%. Η τελική κατανάλωση ενέργειας ανά κάτοικο έχει αυξηθεί κατά 20% από το 1990 έως το 2006 (1,45 και 1,74 toe/cap αντίστοιχα), ενώ η αντίστοιχη αύξηση σε επίπεδο ΕΕν είναι της τάξης του 9% (από 2,54 toe/cap το 1990 σε 2,78 toe/cap το 2006) Mtoe Βιομηχανία Μεταφορές Οικιακός και Τριτογενής Και οι τρεις τομείς παρουσίασαν αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας, με τον οικιακό και τριτογενή τομέα να παρουσιάζει την πιο σημαντική αύξηση κατά 44% το 2006 σε σύγκριση με το 1990, και ακολουθούν οι μεταφορές με αύξηση κατά 24% και η βιομηχανία με 16% (Διάγραμμα 1.3.1). Αυτό είχε ως αποτέλεσμα μια συνολική αύξηση κατά 28%

19 1.3.2.α Κατανάλωση ενέργειας στη βιομηχανία Το 2006, η συνολική κατανάλωση ενέργειας στον βιομηχανικό τομέα έφτασε σε 4,6 Mtoe (Διάγραμμα 1.3.2) ποσό που ισοδυναμεί με το 24% της συνολικής ενεργειακής ζήτησης της χώρας. Οι κύριες διαρθρωτικές αλλαγές αναφορικά με την κατανάλωση ενέργειας στη βιομηχανία αφορούν στη σταδιακή αντικατάσταση των προϊόντων πετρελαίου από άνθρακα (μια τάση που αποδίδεται σχεδόν αποκλειστικά στην αυξημένη χρήση άνθρακα από την τσιμεντοβιομηχανία) κατά την περίοδο και στη διείσδυση φυσικού αερίου για θερμικές χρήσεις και ως πρώτη ύλη στη χημική βιομηχανία. Το 2006 οι ενεργειακές ανάγκες του τομέα καλύφθηκαν κατά 44% περίπου από προϊόντα πετρελαίου, σε σύγκριση με 46% το 1995 και 69% το Η κατανάλωση ηλεκτρισμού παρουσίασε σταθερή άνοδο από το 1996, φτάνοντας συνολικά το 2006 σε 1,2 Mtoe ή ποσοστό 25% της συνολικής ενεργειακής χρήσης του τομέα Mtoe ΑΠΕ Ανθρακας Φυσικό αέριο Ηλεκτρισμός Πετρέλαιο Διάγραμμα Τελική κατανάλωση ενέργειας στη βιομηχανία β Κατανάλωση ενέργειας στον οικιακό και τον τριτογενή τομέα Το 2006, η κατανάλωση ενέργειας στον τομέα αυτό έφτασε τους 7 Mtoe ή το 37% της συνολικής ενεργειακής ζήτησης της Ελλάδας, σε σύγκριση με 4,8 Mtoe το Η ενέργεια αυτή χρησιμοποιήθηκε κυρίως για ψύξη και

20 θέρμανση χώρων και για παραγωγή ζεστού νερού σε ιδιωτικά εμπορικά και δημόσια κτίρια. Ενέργεια υπό τη μορφή ηλεκτρισμού χρησιμοποιήθηκε για τη λειτουργία συσκευών/εξοπλισμού και των ηλεκτρικών συστημάτων σε ιδιωτικά, δημόσια και εμπορικά κτίρια. Στην ενεργειακή χρήση του τομέα συμπεριλαμβάνεται η χρήση από τον αγροτικό τομέα. Οι αλλαγές της ενεργειακής κατανάλωσης του τομέα αντανακλά τόσο τη βελτίωση των συνθηκών διαβίωσης στην Ελλάδα, όσο και την αύξηση του αριθμού των κατοικιών. Αυτοί οι δυο παράγοντες έχουν ως αποτέλεσμα τη βελτίωση των επιπέδων θέρμανσης όπως και της ψύξης τελευταία καθώς και την αύξηση του αριθμού των οικιακών ηλεκτρικών συσκευών. Η επιφάνεια των εμπορικών χώρων έχει επίσης αυξηθεί σημαντικά, με αποτέλεσμα να αυξάνει τη ζήτηση ηλεκτρισμού για εξαερισμό, φωτισμό και εξοπλισμό γραφείου. Οι παράγοντες που συντείνουν στη μείωση του ρυθμού αύξησης της χρήσης ενέργειας του τομέα είναι η εγκατάσταση θερμομόνωσης σε ιδιωτικές κατοικίες και διαμερίσματα, η εγκατάσταση μονάδων ηλιακής θέρμανσης σε ιδιωτικές κατοικίες και κάποια μεγάλα ξενοδοχεία, η εγκατάσταση διπλών υαλοπινάκων σε νέα και, σε μερικές περιπτώσεις, σε παλαιότερα κτίρια, καθώς και η αντικατάσταση ή ο εκσυγχρονισμός των παλιών ηλεκτρικών συσκευών και των συσκευών θέρμανσης Mtoe ΑΠΕ Ανθρακας Φυσικό αέριο Βιομάζα Ηλεκτρισμός Πετρέλαιο Διάγραμμα Τελική κατανάλωση ενέργειας στον οικιακό και τον τριτογενή τομέα

21 Η γενικότερη τάση αύξησης της ενεργειακής ζήτησης, όπως παρουσιάζεται στο Διάγραμμα 1.3.3, είναι κυρίως αποτέλεσμα της αυξημένης ζήτησης ηλεκτρισμού και σε μικρότερο βαθμό των προϊόντων πετρελαίου. Το 2006, η συνεισφορά των τελευταίων ήταν στο 51% σε σύγκριση με 52% το 1996, ενώ η χρήση ηλεκτρισμού αυξήθηκε σε 36% συγκριτικά με 29% το Ωστόσο, αν και σε απόλυτες τιμές, η χρήση στερεών καυσίμων και βιομάζας έχει μείνει σχεδόν σταθερή τα τελευταία χρόνια, η σχετική τους συνεισφορά έχει πέσει στο 10% το 2006, σε σύγκριση με 16% το Μέχρι το 1995, η κύρια χρήση της βιομάζας ήταν για θέρμανση σε αγροικίες και εξοχικά κτίσματα. Έκτοτε, εκδηλώνεται μια σταδιακή μετατόπιση της χρήσης της από την ύπαιθρο στις μεγάλες αστικές περιοχές. Η αλλαγή αυτή είναι αποτέλεσμα τόσο της αύξησης του πληθυσμού στις μεγάλες πόλεις στην Ελλάδα, όσο και της ανανεωμένης ζήτησης για εγκατάσταση τζακιών σε ιδιωτικές κατοικίες και σε διαμερίσματα γ Χρήση ενέργειας στις μεταφορές Η χρήση ενέργειας στον τομέα των μεταφορών έχει σχεδόν διπλασιαστεί κατά τη διάρκεια της περιόδου Το 2006, η ενεργειακή χρήση στον τομέα αυτό έφτασε τους 7,4 Mtoe (6,0 Mtoe το 1996) ή το 39% της συνολικής ενεργειακής ζήτησης της Ελλάδας. Τα προϊόντα πετρελαίου κάλυπταν πάνω από το 99% της τελικής ενεργειακής χρήσης. Η ενέργεια που χρησιμοποιείται είναι βενζίνη στα επιβατικά αυτοκίνητα, ενώ άλλες χρήσεις περιλαμβάνουν το ντίζελ στα φορτηγά, στις θαλάσσιες μεταφορές και στα τρένα, καύσιμα αεροπλάνων και μικρή ποσότητα υγραερίου και ντίζελ στα ταξί. Μικρές ποσότητες στερεών καυσίμων χρησιμοποιούνται μόνο για την κίνηση τρένων, ενώ ο ηλεκτρισμός καλύπτει τις ανάγκες των ηλεκτρικών λεωφορείων (τρόλεϊ) και του μετρό που λειτουργεί στην κεντρική περιοχή της Αθήνας. Λόγω της λειτουργίας του μετρό (2 νέες γραμμές μετά το 2000) και των επεκτάσεων του δικτύου, η κατανάλωση ηλεκτρισμού παρουσίασε σχετική αύξηση

22 1.4 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Σε αυτό το σημείο της εργασίας, εξετάζονται οι τρόποι παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας: Άνθρακας Ο άνθρακας μαζί µε το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο είναι τα τρία ορυκτά καύσιμα. Ο άνθρακας (γαιάνθρακας) είναι ένα σκληρό, μαύρο, πετρώδες υλικό. Αποτελείτε από άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο, άζωτο και θείο. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι άνθρακα: ο ανθρακίτης, ο λιθάνθρακας και ο λιγνίτης. Ο ανθρακίτης είναι ο πιο σκληρός και περιέχει περισσότερο άνθρακα, γεγονός που του δίνει μεγαλύτερη θερμογόνο δύναμη. Αντίθετα, ο λιγνίτης είναι ο μαλακότερος και µε την μικρότερη περιεκτικότητα άνθρακα αλλά και µε υψηλή περιεκτικότητα υγρασίας. Ο λιθάνθρακας είναι κάπου ενδιάμεσα. Σήμερα, σε πολλές χώρες και στην Ελλάδα υπάρχουν και κοιτάσματα τύρφης που είναι ο πρόδρομος των γαιανθράκων. Λόγω του μεγάλου όγκου του καυσίμου, τα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (Η.Ε.) από άνθρακα κατασκευάζονται συνήθως στον τόπο των κοιτασμάτων, κυρίως όταν πρόκειται για φτωχά σε θερμογόνο δύναμη όπως είναι ο λιγνίτης και η τύρφη. Η µμετατροπή της ενέργειας των κοιτασμάτων του άνθρακα σε ηλεκτρική γίνεται σε θερμικούς σταθμούς, όπου η θερμότητα από την καύση µμετατρέπεται πρώτα σε µμηχανική και στην συνέχεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο τύπος του θερμικού σταθμού που χρησιμοποιείται για την παραγωγή Η.Ε. µε καύσιμο άνθρακα είναι ο ατµοηλεκτρικός (ΑΗΣ). Στον παρακάτω πίνακα (Πίνακας 1) φαίνεται η εξέλιξη της εγκατεστημένης ισχύος ανθρακικών σταθμών στην Ευρώπη. Παρατηρούμε ότι η εγκατεστημένη ισχύς ανθρακικών σταθμών παρουσιάζει στασιμότητα ή και μείωση σε ορισμένες χώρες,

23 Πίνακας 1. Εγκατεστημένη ισχύς ανθρακικών σταθμών παραγωγής Η.Ε. στην Ευρώπη (MW) Ελληνικά δεδομένα Στην Ελλάδα βρίσκονται κυρίως λιγνίτης και τύρφη, από τα πιο φτωχά στερεά καύσιμα, όμως σε μεγάλες ποσότητες. Τα κυριότερα εκµεταλλεύσιµα κοιτάσματα λιγνίτη βρίσκονται στις περιοχές Πτολεμαΐδας, Αμυνταίου και Φλώρινας µε υπολογισμένο απόθεμα 1,9 δις τόνους, στην περιοχή της ράµας µε απόθεμα 900 εκ. τόνους και στην περιοχή Ελασσόνας µε 150 εκ

24 τόνους. Επίσης στην Πελοπόννησο, περιοχή Μεγαλόπολης, υπάρχει λιγνιτικό κοίτασμα µε απόθεμα περίπου 250 εκ. τόνους. Με βάση τα συνολικά εκµεταλλεύσιµα αποθέματα λιγνίτη της χώρας και τον προγραµµατιζόµενο ρυθμό κατανάλωσης στο μέλλον, υπολογίζεται ότι τα αποθέματα αυτά επαρκούν για περισσότερο από 45 χρόνια, με την χώρα µας να κατέχει τη δεύτερη θέση σε παραγωγή λιγνίτη στην Ευρωπαϊκή Ένωση και την έκτη θέση παγκοσμίως Πετρέλαιο Το πετρέλαιο άρχισε να «διαμορφώνεται» πριν από πολλά εκατοµµύρια χρόνια, τότε που η θάλασσα σκέπαζε ακόμη ένα μεγάλο µέρος από τις σημερινές ηπείρους. Τα υπολείµµατα των διαφόρων οργανισµών που ζούσαν σ αυτές τις θάλασσες αναμίχθηκαν µε την λάσπη, τις πέτρες κ.λ.π. που κατέβαζαν τα ποτάμια από την στεριά, δημιουργώντας σιγά-σιγά στρώματα πάχους εκατοντάδων μέτρων στον βυθό. Οι τεράστιες γεωφυσικές ανακατατάξεις που έγιναν στον πλανήτη µας µε το πέρασμα του χρόνου είχαν σαν αποτέλεσμα την «παγίδευση» της απολιθωμένης οργανικής ύλης σε πορώδη στρώματα, όπου κάτω από την επίδραση των πιέσεων, των υψηλών θερμοκρασιών και των βακτηριδίων «µεταµορφώθηκε» σε υγρούς υδρογονάνθρακες, σε πετρέλαιο. Το αργό πετρέλαιο, δηλαδή το πετρέλαιο στη φυσική του μορφή, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Τα βασικότερα προϊόντα του είναι: προπάνιο, βουτάνιο, υγραέριο, νάφθα, βενζίνες, καύσιμα αεροπορίας, πετρέλαιο εσωτερικής καύσης (ντίζελ) και εξωτερικής καύσης (µαζούτ). Για την παραγωγή Η.Ε. χρησιμοποιούνται το ντίζελ και το µαζούτ. Το ντίζελ χρησιμοποιείται σε αεριοστροβιλικούς σταθμούς και σε µμηχανές εσωτερικής καύσης. Το µαζούτ χρησιμοποιείται σε ατµοηλεκτρικούς σταθμούς (ΑΗΣ). Στον πίνακα 2 φαίνεται η παγκόσμια κατανομή κοιτασμάτων πετρελαίου στο τέλος του Με βάση τα πιστοποιημένα αποθέματα και µε σταθερή ετήσια παραγωγή, υπολογίζεται ότι τα αποθέματα διαρκούν για 40 περίπου χρόνια

25 Πίνακας 2 Παγκόσμια αποθέματα πετρελαίου Ελληνική πραγματικότητα Πριν από την κρίση του 1973 η χαμηλή τιμή του πετρελαίου, καθώς και η αντίληψη που επικρατούσε ότι οι ενεργειακοί µας πόροι είναι πολύ περιορισμένοι, είχαν οδηγήσει σε ανάπτυξη της παραγωγής µε πολύ μεγάλη συµµετοχή του πετρελαίου(1973: 48.3%). Η κρίση όμως, µε την ραγδαία αύξηση της τιμής του πετρελαίου, οδήγησε σε αναζήτηση τρόπων για την υποκατάστασή του. Σ αυτό συνέβαλε και η ανακάλυψη µμεγάλων κοιτασμάτων αξιοποιήσιμου εγχώριου λιγνίτη. Το πετρέλαιο περιορίστηκε αρκετά, µε αποτέλεσμα σήμερα να συµµετέχει µε 18% περίπου στην εγκατεστημένη ισχύ και 15% περίπου στην ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Φυσικό αέριο Το φυσικό αέριο προέρχεται από την αποσύνθεση οργανικών ουσιών, διαδικασία που έλαβε χώρα σε διάστημα εκατοµµυρίων χρόνων μέσα στη γη, όπου και βρίσκεται «ξηρό» ή και ανάμεικτο µε πετρέλαιο. Η εξόρυξή του γίνεται όπως και στο πετρέλαιο µε χερσαίες ή υποθαλάσσιες γεωτρήσεις

26 Η προοπτική εξάντλησης των πετρελαϊκών κοιτασμάτων σε λίγα χρόνια, η πολιτική και κοινωνική αστάθεια των περισσότερων πετρελαιοπαραγωγών χωρών, η μεγάλη αύξηση της τιμής του πετρελαίου και η αγωνία σχετικά µε τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την χρήση των διαφόρων καυσίμων ήταν οι αιτίες για την αλλαγή πολιτικής σχετικά µε την χρήση του φ.α. διεθνώς. Παράλληλα, ανακαλύφθηκαν νέα μεγάλα κοιτάσματα, κυρίως στην Ρωσία, που έδωσαν μια νέα διάσταση ως προς την επάρκεια του φ.α. Στον Πίνακα 3 φαίνονται τα αποθέματα φυσικού αερίου παγκοσμίως. Με βάση τα αποθέματα αυτά και την παραγωγή φ.α. το 2003 υπολογίζεται ότι επαρκούν για 70 περίπου χρόνια. Πίνακας 3 Παγκόσμια αποθέματα φυσικού αερίου Ελληνική πραγματικότητα Η χρήση του φυσικού αερίου στην χώρα μας πραγματοποιείται βάσει ενός ολοκληρωμένου σχεδίου εισαγωγής, διανομής και κατανάλωσής του. Την εισαγωγή και διανομή του φυσικού αερίου διαχειρίζονται η δημόσια επιχείρηση αερίου (ΔΕΠΑ) η ΕΠΑ και η ΕΔΑ. Η ΔΕΗ έχει ορίσει (Ν.2165/93) ως έναν από

27 τους βασικούς στρατηγικούς στόχους της ενεργειακής πολιτικής της τη χρήση του φυσικού αερίου σε σημαντικές επενδύσεις. Ήδη σήμερα, στα πλαίσια της απελευθέρωσης της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας στη χώρα μας σε εφαρμογή της Οδηγίας της Ευρωπαϊκής Ένωσης έχουν χορηγηθεί άδειες για Σταθμούς Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας αποκλειστικά με χρήση Φυσικού Αερίου συνολικής ισχύος MW. Σύμφωνα με όσα προαναφέρθηκαν, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι όλοι οι παραπάνω τρόποι παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας έχουν είτε ημερομηνία λήξης, είτε ζωτικής σημασίας περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Γι αυτό κρίνεται επιτακτική η ανάγκη για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. 1.5 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Οι πηγές ενέργειας για την παραγωγή Η.Ε. που εξετάσαμε μέχρι τώρα έχουν σαν κοινό χαρακτηριστικό ότι είναι ορυκτά καύσιμα αποθηκευμένα από χιλιάδες χρόνια μέσα στη γη. Οι ποσότητες που υπάρχουν, όπως είναι φυσικό, κάποια στιγμή θα εξαντληθούν, είτε σε 50, είτε σε 100, είτε σε 300 χρόνια, ανάλογα με τον ρυθμό αύξησης των αναγκών της ανθρωπότητας σε ενέργεια. Επίσης, τόσο κατά την καύση των ορυκτών, όσο και κατά την χρήση των πυρηνικών καυσίμων, παράγονται είτε ρυπογόνα αέρια, είτε ραδιενεργά κατάλοιπα. Ορισμός Με τον όρο Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) αναφέρονται οι πηγές που είναι πρακτικά ανεξάντλητες και δεν επιβαρύνουν το περιβάλλον και είναι οι εξής: 1. υδραυλική ενέργεια 2. ηλιακή ενέργεια 3. αιολική ενέργεια 4. γεωθερμική ενέργεια 5. ενέργεια από βιομάζα 6. ενέργεια των κυμάτων

28 Με την καθιέρωση όμως των ορυκτών καυσίμων, των οποίων η χρήση ήταν σαφώς ευκολότερη και αποδοτικότερη, η εκμετάλλευση των ΑΠΕ περιορίστηκε σημαντικά. Σ αυτό συνέβαλε βέβαια και η χαμηλή αρχικά τιμή του πετρελαίου, που στην αρχή αντιμετωπίστηκε σαν είδος εν αφθονία. Στον τομέα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας η χρήση των ΑΠΕ περιορίζονταν στην εκμετάλλευση των υδατοπτώσεων. Με την συνειδητοποίηση των προβλημάτων που αναφέρθηκαν παραπάνω για τα ορυκτά καύσιμα, αλλά και με την απαίτηση των πολιτών για χρήση τεχνολογιών φιλικότερων προς το περιβάλλον και τον άνθρωπο, άρχισε η έρευνα προς αυτόν τον τομέα. Βέβαια, τα βήματα που έχουν γίνει μέχρι σήμερα, δεν αρκούν για την πλήρη αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων από τις ΑΠΕ, ήδη όμως ένα μεγάλο τμήμα της ηλεκτροπαραγωγής έχει αντικατασταθεί από αυτές Πλεονεκτήματα των ΑΠΕ στην ηλεκτροπαραγωγή Συνοπτικά μπορούμε να δούμε τα κυριότερα πλεονεκτήματα των ΑΠΕ: 1. Είναι πρακτικά ανεξάντλητες πηγές ενέργειας. 2. Συμβάλλουν στη μείωση της εξάρτησης από εισαγόμενους ενεργειακούς πόρους, ενισχύοντας την ενεργειακή ανεξαρτησία σε εθνικό επίπεδο. 3. Είναι κατανεμημένες στην επικράτεια, συμβάλλοντας στην αποκέντρωση του ενεργειακού συστήματος. Με τον τρόπο αυτό μειώνονται οι απώλειες μεταφοράς ενέργειας, και δημιουργούνται θέσεις εργασίας σε πολλές περιοχές. Μπορούν μάλιστα να συμβάλλουν στην αναζωογόνηση υποβαθμισμένων περιοχών. 4. Έχουν χαμηλό λειτουργικό κόστος, που δεν επηρεάζεται από τις διακυμάνσεις των συμβατικών καυσίμων. 5. Είναι φιλικές προς το περιβάλλον και τον άνθρωπο

29 1.5.2 Μειονεκτήματα των ΑΠΕ στην ηλεκτροπαραγωγή Βέβαια, δεν είναι όλα ευνοϊκά ως προς την χρήση των ΑΠΕ για την παραγωγή Η.Ε. Δυστυχώς υπάρχουν και πολλά προβλήματα, κάποια από τα οποία ελπίζουμε ότι στο μέλλον θα περιοριστούν ή θα εκλείψουν. 1. Το κόστος επένδυσης ανά μονάδα εγκατεστημένης ισχύος είναι υψηλό. Αυτό μπορεί να αντισταθμιστεί από το πολύ χαμηλό κόστος λειτουργίας. Εδώ υπάρχει κάποια ασάφεια ως προς το κόστος των συμβατικών μονάδων με τις οποίες γίνεται η σύγκριση, γιατί δεν υπολογίζεται σωστά το περιβαλλοντικό κόστος που συνεπάγεται η λειτουργία τους. 2. Παρουσιάζουν διακυμάνσεις στη διαθεσιμότητά τους που μπορεί να είναι μεγάλης διάρκειας, απαιτώντας την εφεδρεία άλλων ενεργειακών πηγών ή διαφορετικά την ύπαρξη δαπανηρών συστημάτων αποθήκευσης. Η χαμηλή διαθεσιμότητά τους οδηγεί σε χαμηλό συντελεστή χρησιμοποίησης των εγκαταστάσεών τους. 3. Έχουν χαμηλή πυκνότητα ισχύος και ενέργειας, οπότε για μεγάλες ποσότητες ισχύος απαιτούνται συχνά εκτεταμένες εγκαταστάσεις. Τα παραπάνω προβλήματα αποτελούν και τον στόχο της σύγχρονης έρευνας και τεχνολογίας, σε δεκάδες πανεπιστήμια, ερευνητικά κέντρα αλλά και ιδιωτικές εταιρείες ανά τον κόσμο. Η επίλυσή τους θα δώσει νέες δυνατότητες στη χρήση των ΑΠΕ με προφανή για όλους αποτελέσματα. Στον Πίνακα 4 μπορούμε να δούμε την ποσοστιαία συμμετοχή των ΑΠΕ στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε διάφορες χώρες σε σύγκριση με αυτή των συμβατικών καυσίμων. Χαρακτηριστικά παραδείγματα χωρών με καθαρή τεχνολογία είναι η Νορβηγία και η Ισλανδία με παραγωγή 99,31% και 81,89% αντίστοιχα από υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Αντίθετα, χώρες όπως η Ελλάδα, η Ιταλία και άλλες ιδιαίτερα προικισμένες σε ανανεώσιμες πηγές δεν έχουν αξιοποιήσει ακόμη αρκετά αυτές τους τις δυνατότητες

30 Πίνακας 4 Ποσοστό Η.Ε. από χρήση ΑΠΕ σε σύγκριση με τα συμβατικά καύσιμα Α.Π.Ε Αιολική, Ηλιακή & λοιπές ΑΠΕ Συνολική παραγόμενη Η.Ε. Υδροδυναμική ενέργεια Συμβατικά καύσιμα Πυρηνική Ενέργεια 1 Αυστραλία 7,73% 0,73% 91,54% 0,00% 217,238 2 Αυστρία 67,86% 3,37% 28,77% 0,00% 64,074 3 Βέλγιο 2,06% 2,03% 37,84% 58,07% 79,821 4 Γαλλία 14,28% 0,68% 8,50% 76,54% 550,132 5 Γερμανία 3,98% 4,08% 62,53% 29,41% 582,540 6 Δανία 0,08% 17,01% 82,91% 0,00% 37,708 7 Ελβετία 59,34% 2,11% 1,27% 37,28% 71,912 8 Ελλάδα 5,07% 1,75% 93,18% 0,00% 53,704 9 Η.Π.Α. 5,74% 2,35% 71,11% 20,80% 3885, Ην.Βασίλειο 1,66% 1,57% 73,42% 23,35% 385, Ιαπωνία 9,00% 1,59% 58,74% 30,67% 1042, Ιρλανδία 3,69% 1,72% 94,59% 0,00% 24, Ισλανδία 81,89% 18,06% 0,05% 0,00% 8, Ισπανία 18,46% 4,33% 50,39% 26,82% 237, Ιταλία 19,33% 3,26% 77,41% 0,00% 279, Καναδάς 56,66% 1,30% 29,00% 13,04% 587, Λουξεμβούρο 70,61% 6,93% 22,46% 0,00% 1, Μεξικό 13,59% 2,92% 79,33% 4,16% 209,618 Νέα Ζηλανδία 53,76% 11,37% 34,87% 0,00% 39, Νορβηγία 99,31% 0,26% 0,43% 0,00% 124, Νότια Κορέα 2,11% 0,15% 58,16% 39,58% 283, Ολλανδία 0,12% 4,85% 90,79% 4,24% 93, Ουγγαρία 0,51% 0,35% 60,35% 38,79% 36, Πολωνία 2,90% 0,53% 96,57% 0,00% 145, Πορτογαλία 30,91% 4,22% 64,87% 0,00% 46, Σλοβακία 15,97% 0,66% 30,00% 53,37% 32, Σουηδία 48,97% 2,48% 3,96% 44,59% 161, Τουρκία 19,56% 0,27% 80,17% 0,00% 122, Τσεχία 3,30% 0,96% 75,98% 19,76% 74, Φιλανδία 17,74% 11,76% 39,91% 30,59% 74,

31 1.5.3 Υδροδυναμικό Η κινητική ενέργεια των τρεχούμενων υδάτων είναι από τις πρώτες μορφές ενέργειας που χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή μηχανικής ενέργειας, οπότε με την αύξηση σε ανάγκες για ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιήθηκε με κάποιες σχετικά μικρές μετατροπές. θα εξετάσουμε συνολικά το θέμα της εκμετάλλευσης του υδροδυναμικού με κάποια ιδιαίτερη αναφορά στα μικρά υδροηλεκτρικά, προς τα οποία είναι περισσότερο στραμμένο το ενδιαφέρον των υποστηρικτών των ΑΠΕ. Στον Πίνακα 6.4 [12] βλέπουμε την παραχθείσα ενέργεια από αυτές τις μονάδες για τις ίδιες χώρες για τα έτη Οι σημαντικές διαφορές που εμφανίζονται στην παραγωγή κάθε χώρας σχετίζονται με το διαφορετικό σχεδιασμό κάθε συστήματος. Πίνακας 5 : Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ΥΗΣ Αυστραλία 13,461 13,463 15,194 16,565 16,329 2 Αυστρία 29,893 25,401 34,483 35,627 35,572 3 Βέλγιο 0,325 0,425 0,338 0,302 0,354 4 Γαλλία 68,600 68,623 67,181 61,598 60,540 5 Γερμανία Μ.Δ. Μ.Δ. 17,223 17,183 22,968 6 Δανία 0,028 0,029 0,028 0,020 0,032 7 Ελβετία 35,974 34,328 32,373 33,703 34,809 8 Ελλάδα 3,551 2,768 2,181 3,843 2,692 9 Η.Π.Α. 312, , , , , Ην.Βασίλειο 4,543 4,130 5,329 4,087 4, Ιαπωνία 80,798 74,033 81,720 88,856 81, Ιρλανδία 0,792 0,673 0,809 0,671 0, Ισλανδία 3,407 3,918 4,267 5,155 6, Ισπανία 25,990 27,016 18,731 34,430 22, Ιταλία 41,216 39,050 41,778 41,187 40, Καναδάς 255, , , , , Λουξεμβούργο 0,084 0,101 0,069 0,079 0, Μεξικό 22,686 18,243 25,908 26,167 24, Νέα Ζηλανδία 18,120 22,067 20,425 23,592 23, Νορβηγία 91, , , , ,114 26

32 1.5.3.α Λειτουργία υδροηλεκτρικών σταθμών. Στους υδροηλεκτρικούς σταθμούς (ΥΗΣ) μετατρέπεται η κινητική ή και δυναμική ενέργεια του τρεχούμενου νερού σε μηχανική ενέργεια μέσω ενός υδροστροβίλου που λειτουργεί, σ αυτή την περίπτωση, σαν μετατροπέας ενέργειας. Η γεννήτρια, που είναι σε κοινό άξονα με τον υδροστρόβιλο, μετατρέπει την μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική. Ανάλογα με την υψομετρική διαφορά του νερού που διεργάζονται τα εργοστάσια τα διακρίνουμε σε σταθμούς χαμηλής (0-20m), μέσης (20-100m), και υψηλής πίεσης (>100m). Οι υψομετρικές διαφορές που διεργάζονται είναι από μερικά μέτρα, π.χ. 3 m, μέχρι και 1500 m περίπου β Υδροαντλητικά εργοστάσια. Οι μεγάλοι ΥΗΣ εργάζονται με μικρό κόστος ανά παραγόμενη μονάδα ενέργειας (kwh) και εκτός αυτού είναι, για τεχνικούς και οικονομικούς λόγους, επιθυμητή μια σταθερή συνεχής λειτουργία. Όταν η ζήτηση είναι μικρή, π.χ. τη νύχτα, μπορεί κανείς να αποθηκεύσει την περίσσια, φθηνή ενέργεια που παράγουν αυτά τα εργοστάσια. Σε αιχμές ζήτησης, αντί να εξυπηρετήσει κανείς το δίκτυο με εργοστάσια παραγωγής, π.χ. αεριοστροβίλους, που ενδεχόμενα εργάζονται όχι τόσο οικονομικά όσο οι μεγάλοι ΥΗΣ, μπορεί να χρησιμοποιήσει την φθηνή αποθηκευμένη ενέργεια. Η αποθήκευση μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας είναι προβληματική. Γίνεται σε λογικά οικονομικά πλαίσια επί του παρόντος μόνο με υδράντληση στους υδροαντλητικούς σταθμούς. Δηλαδή, χρησιμοποιούμε ενέργεια του δικτύου για την άντληση του νερού σε μια δεξαμενή υψηλά. Όταν θέλουμε να πάρουμε αυτή την ενέργεια πίσω στο δίκτυο, αφήνουμε το νερό της δεξαμενής να τρέξει και να κινήσει ένα στρόβιλο παράγοντας έτσι μηχανική και στην συνέχεια ηλεκτρική ενέργεια. Οι υδροαντλητικοί σταθμοί, όπως φαίνεται και στο Σχήμα 1 αποτελούνται από δύο δεξαμενές, την δεξαμενή πάνω στάθμης και την δεξαμενή κάτω στάθμης, μία αντλία, ένα στρόβιλο και μία γεννήτρια. Ο στρόβιλος και η αντλία, πολλές φορές είναι ενσωματωμένοι σε μια μοναδική υδρομηχανή τον 27

33 αντλιοστρόβιλο. Ο αντλιοστρόβιλος, ανάλογα με την φορά περιστροφής του, αντλεί νερό ή κινείται από το νερό, δηλαδή παίρνει ή δίνει ισχύ στο δίκτυο. Σχήμα 1. Υδροαντλητικό συγκρότημα- Σχηματική παράσταση α) σταθμός με δύο μηχανές, την αντλία και τον στρόβιλο, β) σταθμός με αντλιοστρόβιλο γ Μικρά υδροηλεκτρικά. Ένα Υδροηλεκτρικό έργο χαρακτηρίζεται διεθνώς ως μικρό όταν η ονομαστική εγκατεστημένη ισχύς του είναι μικρότερη των 10 MW. Η διαφορά βέβαια ενός μικρού από ένα μεγάλο δεν είναι το μέγεθός του, καθώς διαφέρει σε πολλά άλλα χαρακτηριστικά, αλλά κυρίως στον σκοπό κατασκευής του. Ένα μεγάλο ΥΗΕ έχει σαν σκοπό την κάλυψη των αιχμών ενός διασυνδεδεμένου δικτύου, και για τον λόγο αυτό απαιτεί την κατασκευή μεγάλου φράγματος και μεγάλου ταμιευτήρα. Σαν αποτέλεσμα, επιτυγχάνονται μικρές τιμές του συντελεστού φορτίου του έργου και σημαντική επιβάρυνση του κόστους, που όμως υπερκαλύπτεται από την λογιστική αξία της ενέργειας σε ώρες αιχμής. Αντίθετα, στα μικρά ΥΗΕ δεν απαιτείται η ύπαρξη ταμιευτήρα, δεδομένου ότι αξιοποιούν κάθε φορά την διαθέσιμη παροχή. Η κατασκευή τους είναι απλή και δεν επιβάλλει αλλοιώσεις στο περιβάλλον. Ένα μεγάλο πλεονέκτημα τους σε σχέση με άλλες μορφές ΑΠΕ είναι η αξιοπιστία τους και η σταθερή τους ποιότητα. Στην Ευρώπη 28

34 λειτουργούν σήμερα περισσότερα από μικρά ΥΗΕ με συνολική εγκατεστημένη ισχύ που πλησιάζει τα 11GW. Τελευταία έχει αναγνωρισθεί η συμβολή των μικρών ΥΗΕ στην παραγωγή Η.Ε. διεθνώς, και γίνονται προσπάθειες για μεγαλύτερη εκμετάλλευση της ενέργειας των υδάτινων πόρων δ Υδροηλεκτρικά στην Ελλάδα. Το 10% περίπου του οικονομικά εκμεταλλεύσιμου υδροδυναμικού της χώρας (1 TWh) θεωρείται ότι είναι δυνατό να αξιοποιηθεί μέσω μικρών υδροηλεκτρικών έργων (μέχρι 5 MW) [37]. Κι όμως τα μικρά ΥΗΕ δεν έχουν αναπτυχθεί ακόμη όσο θα έπρεπε. Το 2005 ήταν εγκατεστημένα μικρά ΥΗΕ (<10MW) συνολικής ισχύος 65MW. Οι διάφορες νομικές δυσκολίες που καθυστερούν την έκδοση των αδειών, το σχετικά υψηλό κόστος κεφαλαίου καθώς και η έντονη αντίδραση διαφόρων τοπικών φορέων λόγω ελλείψεως ενημερώσεως είναι οι βασικοί λόγοι που εμποδίζουν την ανάπτυξη των μικρών ΥΗΕ Ηλιακή ενέργεια. Η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας γίνεται με τα παθητικά και τα ενεργητικά συστήματα. Παθητικά είναι τα συστήματα εκείνα, όπου η κατασκευή ενός κτιρίου αποσκοπεί στην κατά το δυνατόν μεγαλύτερη απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας για την θέρμανσή του. Η τεχνική σχεδίασης τέτοιων συστημάτων είναι αρκετά ανεπτυγμένη στην Ευρώπη, με δυνατότητα εξοικονόμησης σημαντικών ποσοτήτων καυσίμων για την θέρμανση. Τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα είναι αυτά, τα οποία απορροφούν την ηλιακή ακτινοβολία για την θέρμανση νερού ή για την παραγωγή Η.Ε. 29

35 Φωτοβολταικά Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο έχει παρατηρηθεί από το 1839 από τον Γάλλο φυσικό Becquerel. Η βασική αρχή λειτουργίας του είναι η εξής: Όταν μία υψηλή ποσότητα φωτεινής ενέργειας προσπέσει πάνω σε έναν ημιαγωγό με προσμίξεις τύπου n-p ή p-n, αναγκάζει έναν αριθμό ηλεκτρονίων της ζώνης σθένους των ατόμων του ημιαγωγού να μετακινηθούν στη ζώνη αγωγιμότητας. Οι κενές θέσεις που αφήνουν τα μετακινούμενα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται σαν θετικά φορτία (οπές). Ο αριθμός των παραγόμενων ζευγών ηλεκτρονίων-οπών εξαρτάται από την ένταση και φασματική σύσταση του προσπίπτοντος φωτός. Υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου αντίστροφης πολικότητας που δημιουργείται στην επιφάνεια επαφής των τμημάτων n και p του ημιαγωγού, τα ηλεκτρόνια και οι οπές κινούνται αντίστοιχα προς το τμήμα n και προς το τμήμα p του ημιαγωγού. Αν οι δύο πλευρές του ημιαγωγού συνδεθούν με ένα εξωτερικό ηλεκτρικά αγώγιμο στοιχείο, τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσω αυτού από τον αρνητικό προς τον θετικό πόλο, όπου επανασυνδέονται με τις οπές, δημιουργείται δηλαδή ηλεκτρικό ρεύμα. Εκτιμάται, με βάση την ισχύουσα τάση, ότι μέχρι το 2010 η εγκατεστημένη ισχύς φ/β στην Ευρωπαϊκή Ένωση των 15 θα φτάσει περίπου τα 2000 MWp ενώ ο στόχος της Λευκής Βίβλου για το 2010 είναι τα 3000 MWp α Ελληνική πραγματικότητα και στόχοι Σήμερα στην Ελλάδα παρόλο το άριστο Ηλιακό Δυναμικό, ελλείψει κατάλληλου νομοθετικού πλαισίου και πολιτικών στήριξης της ηλεκτροπαραγωγής στον βιομηχανικό αλλά και οικιακό τομέα, η κατάσταση παραμένει απελπιστικά στάσιμη. Έτσι, η ελληνική αγορά φ/β παραμένει μικρή και περιθωριακή και η χώρα μας έχει εγκαταστήσει μόλις το 0,57% των συνολικών φ/β συστημάτων της Ε.Ε. Παρόλα αυτά η αγορά φ/β στην Ελλάδα αναπτύσσεται με υψηλούς ρυθμούς τα τελευταία χρόνια. Η συνολικά εγκατεστημένη ισχύς φωτοβολταϊκών στην Ελλάδα έφτασε τα 3,25 MW στα τέλη του 2003, έναντι 2,37 MW το

36 Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με ηλιακή συγκέντρωση Εκτός από τα συστήματα φ/β στοιχείων, μία ακόμη μέθοδος εκμετάλλευσης της ηλιακής ενέργειας παρουσιάζει ενδιαφέρον. Είναι η παραγωγή Η.Ε. με ηλιακή συγκέντρωση. Οι τεχνολογίες ηλιακής συγκέντρωσης είναι διατάξεις που συγκεντρώνουν την ηλιακή ακτινοβολία σ ένα σημείο ή μία γραμμή εστίασης. Τα πλέον ώριμα συστήματα Ηλεκτροπαραγωγής με Ηλιακή Συγκέντρωση (ΗΗΣ) που χρησιμοποιούν τεχνολογίες αυτού του είδους βρίσκονται ήδη στο στάδιο της εμπορευματοποίησης, και μονάδες ισχύος πολλών MW παράγουν τη φθηνότερη ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια παγκοσμίως. Τα τελικά στάδια της ηλεκτροπαραγωγής με χρήση συστημάτων ΗΗΣ είναι όμοια με αυτά της συμβατικής ηλεκτροπαραγωγής, Αιολική ενέργεια Η αιολική ενέργεια έχει συμβάλλει πάρα πολύ στην ανάπτυξη των ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Από τα αρχαία χρόνια μέχρι την βιομηχανική επανάσταση και τα πρώτα ατμόπλοια, ο άνεμος ήταν η βασική πηγή ενέργειας για τον τομέα των μετακινήσεων. Αλλά, εκτός από τον τομέα των μετακινήσεων συναντούμε πολλές εφαρμογές στην εκμετάλλευση του ανέμου με τους ανεμόμυλους για το άλεσμα, την άρδευση από πηγάδια και αλλού. Η σημερινή αξιοποίηση του ανέμου δεν γίνεται πλέον με τους παραδοσιακούς, γραφικούς ανεμόμυλους, αλλά με σύγχρονες ανεμογεννήτριες που αποδίδουν περισσότερο. Η σύγχρονη τεχνολογία συνέβαλλε στην κατασκευή αξιόπιστων και αποδοτικών Α/Γ. Υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες Α/Γ, οριζοντίου άξονα και κατακόρυφου. Στην πράξη χρησιμοποιούνται οι Α/Γ οριζοντίου άξονα για την παραγωγή η.ε Ελληνική πραγματικότητα Στην Ελλάδα η ΔΕΗ ξεκίνησε το 1977 να πραγματοποιεί εκτεταμένες μετρήσεις στα νησιά του Αιγαίου για να διερευνηθεί κατά πόσον ήταν αξιοποιήσιμη η αιολική ενέργεια. Οι μετρήσεις έδειξαν πολύ θετικά αποτελέσματα, καθώς αποδείχθηκε ότι υπάρχει πολύ υψηλό αιολικό 31

37 δυναμικό. Το δυναμικό της χώρας μας είναι το δεύτερο ισχυρότερο στην Ευρώπη μετά την Σκοτία. Εκτιμάται ότι το εκμεταλλεύσιμο αιολικό δυναμικό ανέρχεται σε 6,46 TWh κατ έτος. Σήμερα, στην Ελλάδα η Αιολική ενέργεια είναι η πλέον ανεπτυγμένη μορφή ΑΠΕ. Συνολικά έως το τέλος του 2005 είχαν εγκατασταθεί ανεμογεννήτριες συνολικής ισχύος 375MW Γεωθερμία Γεωθερμική ενέργεια είναι η ενέργεια που βρίσκεται αποθηκευμένη υπό την μορφή θερμού νερού ή ατμού στο υπέδαφος σε μικρή απόσταση από την επιφάνεια της γης. Το θερμικό ενεργειακό δυναμικό του υπεδάφους οφείλεται στην λεγόμενη γεωθερμική ανωμαλία, δηλαδή σε αύξηση της θερμοκρασίας στο υπέδαφος μεγαλύτερη από την κανονική γεωθερμική βαθμίδα που είναι 1 C ανά 33 m. Ανάλογα με την θερμοκρασία του ρευστού, χαρακτηρίζεται το γεωθερμικό πεδίο σαν χαμηλής ενθαλπίας όταν είναι t<100 C, μέσης για 100<t<150 C και υψηλή όταν t>150 C. Η γεωθερμική ενέργεια είναι πρακτικά ανεξάντλητη, επειδή προέρχεται από την θερμοκρασία στο εσωτερικό της γης. Οι γεωθερμικές πηγές παρέχουν σήμερα άμεσα αξιοποιήσιμη θερμική ισχύ πάνω από MW σε περισσότερες από 30 χώρες παγκοσμίως. Οι κυριότερες θέσεις όπου γίνεται άμεση χρήση της γεωθερμικής ενέργειας στην Ευρώπη είναι η Ισλανδία (30% της τελικής κατανάλωσης ενέργειας, κυρίως θέρμανση χώρων), η λεκάνη του Παρισιού (νερό ~70 ο C χρησιμοποιείται για την τηλεθέρμανση των κοινοτήτων Melun, Creil και Villeneuve la Garenne) και η λεκάνη Pannonian στην Ουγγαρία. Το 2005 η παγκόσμια παραγωγή Η.Ε. από γεωθερμία ανερχόταν σε 52,2TWh (μόλις 0,32% της συνολικής παραγωγής Η.Ε.). 32

38 Ελληνική πραγματικότητα Η Ελλάδα διαθέτει πλούσια γεωθερμικά πεδία υψηλής, μέσης και χαμηλής ενθαλπίας. Είναι γνωστή σε όλους η ύπαρξη ιαματικών λουτρών σε όλο τον Ελλαδικό χώρο, που μαρτυρούν πλούσιο γεωθερμικά υπέδαφος. Η θέρμανση θερμοκηπίων είναι ο τομέας, όπου κυρίως μέχρι στιγμής αξιοποιείται το γεωθερμικό δυναμικό της χώρας μας. Έρευνες έδειξαν ότι υπάρχουν αρκετά πεδία υψηλής και μέσης ενθαλπίας με μεγάλο ενδιαφέρον για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, στην Μήλο, την Νίσυρο, την Σαντορίνη, την Κω, το Σουσάκι, την Λέσβο κ.α. Τα τελευταία χρόνια έχει ξεκινήσει πάλι μια προσπάθεια αξιοποίησης της γεωθερμίας για παραγωγή Η.Ε.. Στο παρακάτω σχήμα βλέπουμε τις περιοχές της Ελλάδας με γεωθερμικό ενδιαφέρον για την αξιοποίησή τους για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή άλλες χρήσεις. 33

39 Κύριες Γεωθερμικές περιοχές της Ελλάδας 34

40 1.5.7 Βιομάζα Η βιομάζα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για άμεση παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας, για παραγωγή στερεών, υγρών και αερίων καυσίμων, για παραγωγή λιπασμάτων, για παραγωγή τροφών, καθώς και για παραγωγή βιομηχανικών υλικών (π.χ. χαρτοπολτός). Οι τεχνολογίες μετατροπής της βιομάζας για την παραγωγή ηλεκτρισμού είναι η άμεση καύση, η αεριοποίηση, η πυρόλυση και η αναερόβια χώνευση. Στη χρήση «καθαρής» βιομάζας για παραγωγή Η.Ε. (ποσοστιαία) είναι πρώτη η Φιλανδία με μεγάλη διαφορά από τις υπόλοιπες χώρες (11,03% της συνολικής παραγωγής Η.Ε.), ενώ στην χρησιμοποίηση των αποβλήτων τα πρωτεία έχει το Λουξεμβούργο με 4,11% της συνολικής παραγωγής Η.Ε. από απόβλητα. Η χρησιμοποίηση της βιομάζας στην παραγωγή Η.Ε. είναι διαδεδομένη με την καύση και την συμπαραγωγή θερμότητας. Η δυσκολία βρίσκεται στην μεταφορά της πρώτης ύλης και στον ομοιόμορφο τεμαχισμό της. Βέβαια, υπάρχουν περιπτώσεις, όπου αυτό είναι και εφικτό και λύνει προβλήματα όπως η διάθεση των απορριμμάτων Ενέργεια κυμάτων Ο πλέον διαδεδομένος τύπος μηχανής για την παραγωγή Η.Ε. από τα κύματα είναι αυτός με την ταλαντούμενη στήλη νερού (Oscillating Water Column O.W.C.). Η μηχανή αυτή στηρίζεται στην περιοδική μεταβολή της στάθμης του νερού μέσα σε ένα δοχείο καθώς τα κύματα φτάνουν στην ακτή και εισέρχονται στο δοχείο. Καθώς η στάθμη του νερού ανεβαίνει, ωθεί τον αέρα που βρίσκεται στο πάνω μέρος του δοχείου μέσα σε έναν αεροστρόβιλο στην κορυφή του δοχείου. Αντιστρόφως, καθώς πέφτει η στάθμη του νερού, ο αεροστρόβιλος αναρροφά αέρα από το περιβάλλον. Ο αεροστρόβιλος είναι συνδεδεμένος με γεννήτρια Wells που αυτό-ανορθώνει το ρεύμα που παράγει και κατά τις δύο φορές κίνησης. 35

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΑΠΕ ΣΕ ΚΑΤΟΙΚΙΑ 2.1 ΟΙ ΟΨΕΙΣ ΤΩΝ ΠΗΓΩΝ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Το φως του ήλιου, ο άνεμος, το νερό που ρέει, η παλίρροια, τα κύματα της θάλασσας είναι μορφές ενέργειας. Αλλά και στα κοιτάσματα του πετρελαίου, του κάρβουνου, του φυσικού αερίου και της γεωθερμίας υπάρχει η ενέργεια σε λανθάνουσα κατάσταση. Η ενέργεια βρίσκεται παντού σε ατέλειωτη πολυμορφία. Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι μπορούμε να σπαταλούμε αλόγιστα παραδοσιακές και εναλλακτικές, εξαντλούμενες και ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Η εξοικονόμηση της είναι προτεραιότητα οικονομική, κοινωνική, και περιβαλλοντική, ενώ η χρήση και η επέκταση των ανανεώσιμων πηγών της αναγκαιότητα για καλύτερη ποιότητα ζωής. Το να οργώνεις το χωράφι που θα σπείρεις, να κόβεις ξύλα για να ζεσταθείς, να κατασκευάζεις ρούχα για ένδυση, να αντλείς νερό για πότισμα, να καις πετρέλαιο για να κινηθείς και για την παραγωγή ηλεκτρισμού, καταναλώνεις ενέργεια. Ένας σεισμός απελευθερώνει ενέργεια, όπως και η εξάτμιση, η βροχόπτωση, η κίνηση ενός αυτοκινήτου. Δηλαδή, η κίνηση, η θερμότητα, ο ηλεκτρισμός, το φως, οι χημικές ενώσεις, όπως και οι δυνάμεις που συγκροτούν το άτομο μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή έργου, επομένως είναι μορφές ενέργειας, καθότι η ενέργεια είναι η ικανότητα παραγωγής έργου. Για χιλιετίες ο άνθρωπος με τη μυϊκή δύναμή του ήταν πηγή ενέργειας. Αργότερα, άλογα, βόδια, μουλάρια και διάφορες μηχανικές επινοήσεις τον υποβοηθούσαν στο να παραχθεί έργο. Η γέννηση του βιομηχανικού πολιτισμού, έστρεψαν τον άνθρωπο σε άλλες πηγές ενέργειας, όπως ήταν οι γαιάνθρακες, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Χρησιμοποιούνται, βρίσκονται ακόμη σε ισχύ ή και δοκιμάζονται πειραματικά πολλές διαθέσιμες πηγές ενέργειας, όπως είναι οι μηχανές εσωτερικής καύσης, οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί, η χημική μετατροπή της οργανικής ύλης σε καύσιμο (ενέργεια βιομάζας), ηλιακές και αιολικές γεννήτριες, η γεωθερμία, η παγκόσμια έλξη με την παλίρροια, κυματικές γεννήτριες, ηλιακοί συλλέκτες, φωτοηλεκτρικά κύτταρα, η πυρηνική σχάση και για το μέλλον συζητιέται η πυρηνική σύντηξη, 36

42 καύσιμα με την τεχνητή φωτοσύνθεση, αλλά και με τη βοήθεια της νανοτεχνολογίας και των πλαστικών μελετιέται η άντληση φθηνής και αποδοτικότερης ενέργειας από τον ήλιο, ώστε να υπάρξει επιτέλους απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα και την πυρηνική ενέργεια. Τα ορυκτά καύσιμα προέρχονται από τα κατάλοιπα φυτών και ζώων που έζησαν πριν από εκατομμύρια χρόνια και θάφτηκαν μέσα στη Γη, έχουν απολιθωθεί και έχει μετατραπεί η οργανική τους ύλη σε πετρέλαιο, φυσικό αέριο και γαιάνθρακες. Δηλαδή ανήκουν στις εξαντλούμενες πηγές ενέργειας, δεν είναι καθαρές, καθότι και η απόκτησή τους και η χρήση τους ως καύσιμη ύλη δημιουργούν δυσμενείς επιπτώσεις στο περιβάλλον (αέριοι ρύποι, φαινόμενο θερμοκηπίου, επιπτώσεις στην υγεία κ.ά.). Η γεωθερμική ενέργεια προέρχεται από τα βάθη της Γης, εκεί όπου δημιουργούνται υπέρθερμα ρευστά τα οποία είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν αυτά καθαυτά ή και να διανοιχθούν ειδικά βαθιά πηγάδια μέσα στη γη, τροφοδοτώντας τα με νερό το οποίο αποκτά τις εκεί μεγαλύτερες θερμοκρασίες και ανερχόμενο μπορεί να κινήσει θερμικές αντλίες και εργοστάσια. Η γεωθερμική ενέργεια, είναι ανανεούμενη πηγή ενέργειας, αλλά δεν είναι πάντοτε καθαρή, καθότι τα γεωθερμικά ρευστά είναι δυνατό να περιέχουν βαριά μέταλλα και τοξικές ουσίες που βρίσκονται μέσα στη Γη. Πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοενέργειας από τα βιοκαύσιμα είναι η βιομάζα. Το ξύλο είναι το πιο παλιό και γνωστό καύσιμο βιομάζας που εξακολουθεί να καλύπτει γύρω στο 10% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας. Δηλαδή, τα βιοκαύσιμα συνήθως προέρχονται από προϊόντα ή και παραπροϊόντα φυτών, ζώων και μικροοργανισμών και μπορεί να αποτελούνται ακόμη από αστικά, γεωργικά ή και οργανικά βιομηχανικά απορρίμματα. Υπάρχουν πολλά είδη βιοκαυσίμων, αλλά εκείνα για τα οποία η τεχνολογία έχει δοκιμαστεί, είναι η βιο-αιθανόλη και το βιο-ντίζελ. Ειδικότερα, η αιθανόλη (αλκοόλη) που παράγεται κατά τη ζύμωση δημητριακών (στάρι, καλαμπόκι, κριθάρι), τεύτλων, σακχαροκάλαμου και κρασιού, μπορεί με ειδική επεξεργασία και ανάμιξη με τα συμβατικά καύσιμα να δημιουργήσει καύσιμη ύλη για παραγωγή ενέργειας. Επίσης, βιοκαύσιμα παράγονται όταν μετατρέπονται οργανικά κατάλοιπα σε χημικές ενώσεις, όπως μεθάνιο που είναι ένας τύπος φυσικού 37

43 αερίου. Τα καύσιμα βιομάζας είναι ανανεώσιμα, προσιτά, φτηνά και ελκυστική εναλλακτική λύση για ενεργειακές ανάγκες μικρής κλίμακας, παρότι η καύση τους συμβάλλει περισσότερο ή λιγότερο στην ατμοσφαιρική ρύπανση και στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Ωστόσο, τα ντόπια βιοκαύσιμα συμβάλλουν στη μερική απεξάρτηση από τα εισαγόμενα ορυκτά καύσιμα, όπως είναι το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Οι ανεμόμυλοι και οι υδρόμυλοι χρησιμοποιούνται από πολύ παλιά εκμεταλλευόμενοι αντίστοιχα την αιολική ενέργεια και την ενέργεια του νερού, μετατρέποντας την παλαιότερα σε δυναμική ενέργεια για το άλεσμα των δημητριακών και για την άντληση του νερού. Σήμερα, η προσπάθειες επικεντρώνονται στην κατασκευή αποδοτικότερων αιολικών γεννητριών που μπορούν να παράγουν μεγαλύτερα ποσά ενέργειας και ειδικότερα ηλεκτρισμού. Από την άλλη πλευρά, οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί εκμεταλλευόμενοι την ενέργεια του νερού που πέφτει από ψηλότερα (υδατόπτωση) συμβάλλουν καθοριστικά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Έτσι, νερό και άνεμος συγκαταλέγονται στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, είναι περιβαλλοντικά καθαρές, αλλά το κόστος κατασκευής και συντήρησής τους παραμένει υψηλό. Επίσης, προβλήματα μπορούν να δημιουργηθούν και από την αλόγιστη εγκατάσταση αιολικών πάρκων οπουδήποτε, χωρίς στρατηγικές, σχεδιασμούς και προοπτικές. Εξάλλου, θα πρέπει να σημειωθεί ότι η δημιουργία μικρών ή και τεράστιων τεχνητών λιμνών δεν είναι πανάκεια για τη λύση του ενεργειακού προβλήματος, καθότι δημιουργούνται τεράστια περιβαλλοντικά προβλήματα (π.χ. μεταβολή του μικροκλίματος και λιγότερες χιονοπτώσεις, εξαφάνιση ορισμένων ειδών πανίδας και χλωρίδας, πολιτισμικές επιπτώσεις, έξαρση φυσικών κινδύνων και καταστροφών). Η πυρηνική ενέργεια προέρχεται από την ενέργεια που περικλείεται μέσα στο ίδιο το άτομο του κάθε χημικού στοιχείου. Στους πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας βομβαρδίζονται ορισμένα ραδιενεργά χημικά στοιχεία με σωματίδια (νετρόνια) για να διασπαστούν τα άτομά τους και να αποδεσμευτούν μεγάλες ποσότητες θερμότητας που στη συνέχεια κινούν ηλεκτροστρόβιλους. Εκτός όμως της ενέργειας, οι πυρηνικοί σταθμοί παράγουν και χιλιάδες τόνους ραδιενεργών 38

44 αποβλήτων τα οποία για πολλούς αιώνες είναι εξαιρετικά επικίνδυνα για τη ζωή και το περιβάλλον. Επίσης, χημική ενέργεια παράγεται κατά τις χημικές αντιδράσεις (π.χ. μπαταρίες), όπου η παραγόμενη ενέργεια προέρχεται από την ενέργεια που υπάρχει στους χημικούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων των ενώσεων που αντιδρούν. Η αέναη κίνηση της θάλασσας με τον κυματισμό και τις παλίρροιες έχει κατά καιρούς στρέψει το ενεργειακό ενδιαφέρον αρκετών επιστημόνων. Μέχρι σήμερα όμως οι μελέτες και τα πιλοτικά σχέδιά τους έχουν να αντιμετωπίσουν αρκετά προβλήματα, κατασκευαστικές δυσχέρειες και τεράστιες δαπάνες, ενώ μόνο ορισμένοι παρόμοιοι σταθμοί βρίσκονται σε λειτουργία. Πάντως, οι πειραματισμοί συνεχίζονται, καθώς η τεχνολογική πρόοδος αναζητεί καινούργιες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είτε σε περιοχές που ικανοποιούν τις φυσικές απαιτήσεις τέτοιων σταθμών παραγωγής ενέργειας, είτε με εξειδικευμένες υψηλές τεχνολογίες που βασίζονται στη διαφορά θερμοκρασίας του νερού της επιφάνειας και εκείνου σε μεγάλα βάθη στις ανοικτές θάλασσες. Ο ήλιος είναι η πρωταρχική πηγή ενέργειας. Μας στέλνει καθημερινά ενέργεια τόση που είναι ισοδύναμη με φορές την ενέργεια που καταναλώνει σε ημερήσια βάση ολόκληρος ο πλανήτης μας. Σε απλούστευση, με το φως του ο ήλιος ζεσταίνει τη Γη, δίνει τροφή στα φυτά και κατ επέκταση στα ζώα. Η ηλιακή ακτινοβολία δεσμευόμενη σε ηλιακούς συλλέκτες και φωτοβολταϊκά συστήματα χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ζεστού νερού και κλιματιστικών παροχών μέσω κατάλληλων θερμικών αντλιών. Επίσης, ο ήλιος είναι εκείνος που δημιουργεί τους ανέμους και τις βροχές. Οι θάλασσες, οι ποταμοί, οι λίμνες και τα υπόγεια νερά τροφοδοτούνται από τις βροχές. Δηλαδή, η ηλιακή ενέργεια που φτάνει στη Γη είναι ανανεώσιμη, προσιτή και χαρακτηρίζεται ως καθαρή, καθώς οι πυρηνικές αντιδράσεις που τη δημιουργούν βρίσκονται σε τεράστια απόσταση (περίπου 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα) μακριά από τη Γη. Τώρα ζούμε την αυγή νέου κύματος ηλιοσυλλεκτών και ηλιακών αντλιών και της λεγόμενης τεχνητής φωτοσύνθεσης με ενισχυμένες ελπίδες που βασίζονται στις δυνατότητες της νανοτεχνολογίας. Οι ειδικοί επιμένουν ότι γνωρίζουμε από παλιά ότι ένα φύλλο φυτού είναι το φθηνότερο και πλέον αποδοτικό ηλιακό στοιχείο, καθώς μπορεί να αξιοποιεί μέχρι και το 40% του ηλιακού 39

45 φωτός που προσλαμβάνουν, ενώ τα αποδοτικότερα τεχνητά φωτοβολταϊκά στοιχεία αξιοποιούν μέχρι το 15% της ηλιακής ενέργειας. Αυτά τα καινούργια συστήματα, με βάση τη νανοτεχνολογία, έχουν κατασκευάσει συνθετικά μόρια που μιμούνται τη διάταξή τους στο φυσικό φύλλο σε δενδροειδή σκελετό και απομένει, όπως λέγουν να αποκτηθεί η αναγκαία πειραματική κλίμακα για άμεση εφαρμογή. Η ενέργεια, για να χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο τις περισσότερες φορές, θα πρέπει να τισαθευτεί, δηλαδή να μετατραπεί και να διαφοροποιηθεί. Όμως, όπως μας μαθαίνει η φυσική, στο καθένα από αυτά τα στάδια, ένα μέρος της ενέργειας καταναλώνεται, χωρίς να μπορέσει να παράγει χρήσιμο έργο, αλλού χάνεται καθότι τα συστήματα είναι ανοικτά, από αστοχίες, ατυχήματα ή και σπαταλιέται ενέργεια εξαιτίας μη αποδοτικών εφαρμογών και μεθόδων μετατροπής της. Για παράδειγμα ένα σπίτι που δεν έχει επαρκή μόνωση έχει σημαντικές απώλειες θερμικής ενέργειας. Επίσης, ένα σπίτι μπορεί να θερμανθεί ή να ψυχθεί όχι μόνο με ηλεκτρισμό, αλλά και με τη χρήση περισσότερο αποδοτικής πηγής ενέργειας (π.χ. ηλιακής), αλλά και με την αλλαγή του σχεδιασμού μιας κατοικίας για να εκμεταλλεύεται εναλλακτικές πηγές ενέργειας, με βάση τον προσανατολισμό του. Η διάκριση των πηγών ενέργειας σε ανανεώσιμες και μη βασίζονται στο κριτήριο της ταχύτητας ανανέωσής τους και στο ρυθμό άντλησης της ενέργειας από μια πηγή. Δηλαδή, ανανεώσιμες είναι εκείνες οι μορφές της ενέργειας που ο σχηματισμός τους γίνεται σε μικρό χρονικό διάστημα σε σχέση με το ρυθμό με τον οποίο καταναλώνονται. Η ηλιακή, η αιολική και η ενέργεια βιομάζας είναι ανανεώσιμες. Το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και οι γαιάνθρακες είναι μη ανανεώσιμες. Ωστόσο, σ αυτό που θα πρέπει να εστιάσουμε την προσοχή και την ευαισθητοποίησή μας είναι η εξοικονόμηση ενέργειας. Οι ειδικοί σημειώνουν ότι ο πλέον ενεργοβόρος τομέας είναι ο κτιριακός, όπου καταναλώνεται το 40% της συνολικής κατανάλωσης. Και το θέμα αυτό της κατανάλωσης αποτελεί σημαντικό πρόβλημα σε κοινωνικό και ατομικό επίπεδο, καθώς οι χαμηλού εισοδήματος κοινωνικές ομάδες στην εξοικονόμηση εφάπαξ χρημάτων κατά την κατασκευή των σπιτιών τους ή αναζητούντες για τη διαμονή τους φτηνά ενοίκια σπιτιών, παραγνωρίζουν και την επαρκή θερμομόνωση και τους βιοκλιματικούς σχεδιασμούς στα σπίτια. Η 40

46 καλύτερη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας είναι κρίσιμος παράγοντας για την εξοικονόμηση ενέργειας. Μιλάμε για την ύπαρξη των ανοιγμάτων (παράθυρα, πόρτες) στη σωστή ενεργειακά πλευρά, κατάλληλη διαρρύθμιση των δωματίων σε σχέση με τον προσανατολισμό του κτιρίου, πρόνοια για επαρκή αερισμό και φυσικό φωτισμό, σκιάσεις με φυτά και τέντες. 2.2 ΤΑ ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Τα ηλιακά θερμικά συστήματα μπορούν να ταξινομηθούν στα παθητικά ηλιακά συστήματα και στα ενεργητικά ηλιακά συστήματα: Τα παθητικά ηλιακά συστήματα χρησιμοποιούνται στη δομή των κτηρίων (στους τοίχους, στα παράθυρα, στα πατώματα κ.τ.λ.) για να συλλέγουν, να αποθηκεύουν και να διανέμουν την ηλιακή ακτινοβολία και Τα ενεργειακά ηλιακά συστήματα περιλαμβάνουν τις επιπλέον συσκευές των κτιρίων που έχουν ως στόχο τη συλλογή, αποθήκευση, και διανομή θέρμανσης, ή ακόμα και την παροχή βοηθητικής ενέργειας σε αντλίες, έλικες κ.τ Ενεργειακά ηλιακά συστήματα Οι εφαρμογές στις οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα είναι πολλές. Το μεγαλύτερο μέρος των αναγκών ενός χρήστη σε ζεστό νερό μπορεί να καλυφθεί από τέτοια συστήματα, σε 41

47 συνδυασμό με κάποιο συμβατικό σύστημα για τις ανάγκες αιχμής ή τις περιόδους περιορισμένης ηλιοφάνειας. Σε χώρες όπως η Ελλάδα, η περίοδος απόσβεσης είναι αρκετά μικρή, ώστε η επένδυση να γίνεται ελκυστική. Παρά το κόστος αγοράς και εγκατάστασης ενός ηλιακού συστήματος είναι μεγαλύτερο από αυτό ενός ανάλογου συστήματος που χρησιμοποιεί συμβατικά καύσιμα, το κόστος λειτουργίας του είναι σχεδόν μηδενικό. Με τις σύγχρονες εξελίξεις της τεχνολογίας και τη μαζική παραγωγή των συστημάτων αυτών, η απόδοση τους συνεχώς βελτιώνεται και το κόστος τους περιορίζεται. Επιπλέον, καθ όλη τη διάρκεια της υπηρεσιακής τους ζωής, μπορεί να εξοικονομηθεί σημαντική ποσότητα συμβατικών καυσίμων και, συγχρόνως, να αποτραπεί η εκπομπή μεγάλων ποσοτήτων ρύπων στην ατμόσφαιρα. Επιπροσθέτως, η κατασκευή ενεργητικών ηλιακών συστημάτων δημιουργεί σημαντικό αριθμό θέσεων εργασίας, καθώς, μάλιστα, το μεγαλύτερο μέρος των συστημάτων που εγκαθίστανται στην Ελλάδα είναι εγχώριας προέλευσης. Σε μια εποχή, λοιπόν, που τα περιβαλλοντικά προβλήματα εντείνονται και οι συμβατικές πηγές ενέργειας έχουν αρχίσει να εξαντλούνται, τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα προσφέρουν σημαντικές δυνατότητες εναλλακτικής δράσης. Η "καρδιά" ενός ενεργητικού ηλιακού συστήματος είναι ο ηλιακός συλλέκτης που είναι συνήθως τοποθετημένος στην ταράτσα ή στη στέγη ενός σπιτιού. Ο συλλέκτης αυτός περιλαμβάνει μια μαύρη, συνήθως επίπεδη μεταλλική επιφάνεια,η οποία απορροφά την ακτινοβολία και θερμαίνεται. Πάνω από την απορροφητική επιφάνεια βρίσκεται ένα διαφανές κάλυμμα (συνήθως από γυαλί ή πλαστικό) που παγιδεύει τη θερμότητα (φαινόμενο θερμοκηπίου).. 42

48 Σε επαφή με την απορροφητική επιφάνεια τοποθετούνται λεπτοί σωλήνες μέσα στους οποίους διοχετεύεται κάποιο υγρό, που απάγει την θερμότητα και τη μεταφέρει, με τη βοήθεια μικρών αντλιών (κυκλοφορητές), σε μια μεμονωμένη δεξαμενή αποθήκευσης. Το πιο απλό και διαδεδομένο σήμερα ενεργητικό ηλιακό σύστημα θέρμανσης νερού είναι ο γνωστός μας ηλιακός θερμοσίφωνας. 43

49 . Με τη βοήθεια παραβολικών ανακλαστικών δίσκων, η ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να συγκεντρωθεί στο εστιακό σημείο 600 ως 2000 φορές περισσότερο από τη συνήθη και η θερμοκρασία να ανέλθει στους 800 ως 1500 C. Η θερμότητα που συλλέγεται με τις παραπάνω μεθόδους χρησιμοποιείται για την παραγωγή υπέρθερμου ατμού, ο οποίος κινεί μια ηλεκτρογεννήτρια. Έτσι 44

50 με τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα μπορούμε να παράγουμε και ηλεκτρική ενέργεια Φ/Β συστήματα Εκμεταλλευόμενο το φωτοβολταϊκό φαινόμενο, το φωτοβολταϊκό σύστημα παράγει ηλεκτρική ενέργεια από την ηλιακή ενέργεια. Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται από ένα ή περισσότερα πάνελ (ή πλαίσια, ή όπως λέγονται συχνά στο εμπόριο, «κρύσταλλα») φωτοβολταϊκών στοιχείων (ή «κυψελών», ή «κυττάρων»), μαζί με τις απαραίτητες συσκευές και διατάξεις για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στην επιθυμητή μορφή. Το φωτοβολταϊκό στοιχείο είναι συνήθως τετράγωνο, με πλευρά mm. Δυο τύποι πυριτίου χρησιμοποιούνται για την δημιουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων: το άμορφο και το κρυσταλλικό πυρίτιο, ενώ το κρυσταλλικό πυρίτιο διακρίνεται σε μονοκρυσταλλικό ή πολυκρυσταλλικό. Το άμορφο και το κρυσταλλικό πυρίτιο παρουσιάζουν τόσο πλεονεκτήματα, όσο και μειονεκτήματα, και κατά τη μελέτη του φωτοβολταϊκού συστήματος γίνεται η αξιολόγηση των ειδικών συνθηκών της εφαρμογής (κατεύθυνση και διάρκεια της ηλιοφάνειας, τυχόν σκιάσεις κλπ.) ώστε να επιλεγεί η κατάλληλη τεχνολογία. Στο εμπόριο διατίθενται φωτοβολταϊκά πάνελ τα οποία δεν είναι παρά πολλά φωτοβολταϊκά στοιχεία συνδεδεμένα μεταξύ τους, επικαλυμμένα με ειδικές μεμβράνες και εγκιβωτισμένα σε γυαλί με πλαίσιο από αλουμίνιο σε διάφορες τιμές ονομαστικής ισχύος, ανάλογα με την τεχνολογία και τον αριθμό των φωτοβολταϊκών κυψελών που τα αποτελούν. Έτσι, ένα πάνελ 36 κυψελών μπορεί να έχει ονομαστική ισχύ W, ενώ μεγαλύτερα πάνελ μπορεί να φτάσουν και τα 200 W ή και παραπάνω. 45

51 Τα πάνελ συνδέονται μεταξύ τους και δημιουργούν τη φωτοβολταϊκή συστοιχία, η οποία συχνά αποκαλείται και φωτοβολταϊκή γεννήτρια, παρά το γεγονός ότι δεν περιλαμβάνει κινητά μέρη όπως οι κλασικές γεννήτριες. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από μια Φ/Β συστοιχία είναι συνεχούς ρεύματος (DC), και για το λόγο αυτό οι πρώτες χρήσεις των φωτοβολταϊκών αφορούσαν εφαρμογές DC τάσης: κλασικά παραδείγματα είναι ο υπολογιστής τσέπης («κομπιουτεράκι») και οι δορυφόροι. Με την προοδευτική αύξηση όμως του βαθμού απόδοσης, δημιουργήθηκαν ειδικές συσκευές οι μετατροπείς (inverters) - που σκοπό έχουν να μετατρέψουν την έξοδο συνεχούς τάσης της Φ/Β συστοιχίας σε εναλλασσόμενη τάση. Με τον τρόπο αυτό, το Φ/Β σύστημα είναι σε θέση να τροφοδοτήσει μια σύγχρονη εγκατάσταση (κατοικία, θερμοκήπιο, μονάδα παραγωγής κλπ.) που χρησιμοποιεί κατά κανόνα συσκευές εναλλασσόμενου ρεύματος(ac) Παθητικά Ηλιακά Συστήματα Θέρμανσης Τα παθητικά ηλιακά συστήματα στα κτίρια αξιοποιούν την ηλιακή ενέργεια για θέρμανση των χώρων το χειμώνα, καθώς και για παροχή φυσικού φωτισμού. Τα παθητικά ηλιακά συστήματα θέρμανσης συλλέγουν την ηλιακή ενέργεια, την αποθηκεύουν υπό μορφή θερμότητας και τη διανέμουν στο χώρο. Όταν τα κτίρια θερμαίνονται κατά το μεγαλύτερο μέρος από την ακτινοβολία, η τεχνολογία των παθητικών συστημάτων μπορούν να αυξήσουν την συνεισφορά της ηλιακής ενέργειας στις ανάγκες θέρμανσης, ελαττώνοντας την κατανάλωση καυσίμου για τη θέρμανση του χώρου. Μερικά, 46

52 χαρακτηριστικά παθητικών ηλιακών συστημάτων προσθέτουν λίγο ή και καθόλου στο κόστος κατασκευής του κτιρίου και μπορούν να επιτύχουν αποτελεσματική απόσβεση κόστους σε μικρή ή σε σχετικά μικρή χρονική περίοδο Η συλλογή της ηλιακής ενέργειας βασίζεται στο φαινόμενο του θερμοκηπίου και ειδικότερα, στην είσοδο της ηλιακής ακτινοβολίας μέσω του γυαλιού ή άλλου διαφανούς υλικού και τον εγκλωβισμό της προκύπτουσας θερμότητας στο εσωτερικό του χώρου που καλύπτεται από το γυαλί. Όλα τα παθητικά ηλιακά συστήματα πρέπει να έχουν προσανατολισμό περίπου νότιο, ώστε να υπάρχει ηλιακή πρόσπτωση στα ανοίγματα κατά τη μεγαλύτερη διάρκεια της ημέρας το χειμώνα. Το συνηθέστερο παθητικό ηλιακό σύστημα (σύστημα άμεσου κέρδους) βασίζεται στην αξιοποίηση των παραθύρων κατάλληλου προσανατολισμού, σε συνδυασμό με την κατάλληλη θερμική μάζα (βαριά υλικά, όπως πέτρα, πλάκες, μπετόν στους τοίχους και στα δάπεδα, χωρίς να είναι καλυμμένα, π.χ. από χαλιά), η οποία απορροφά μέρος της θερμότητας και την «προσφέρει» στο χώρο αργότερα και έτσι διατηρείται ο χώρος θερμός για πολλές ώρες. Ένα νότιο οριζόντιο σκίαστρο μπορεί να εμποδίσει τον καλοκαιρινό ήλιο που έρχεται από πιο ψηλά να μπει απ' ευθείας στο χώρο. Όλα τα Παθητικά Ηλιακά Συστήματα πρέπει να συνδυάζονται με την απαιτούμενη θερμική προστασία (θερμομόνωση) και την απαιτούμενη θερμική μάζα του κτιρίου, η οποία αποθηκεύει και αποδίδει τη θερμότητα στο χώρο με χρονική υστέρηση, ομαλοποιώντας έτσι την κατανομή της θερμοκρασίας μέσα στο εικοσιτετράωρο. Τα παθητικά ηλιακά συστήματα θα πρέπει το καλοκαίρι να συνδυάζονται με ηλιοπροστασία και συχνά με δυνατότητα αερισμού Αιολική Ενέργεια Η αιολική ενέργεια είναι η ενέργεια του ανέμου που προέρχεται από τη μετακίνηση αερίων μαζών της ατμόσφαιρας. Το συνολικό εκμεταλλεύσιμο αιολικό δυναμικό της Ελλάδας μπορεί να καλύψει ένα μεγάλο μέρος των ηλεκτρικών αναγκών της. 47

53 Οι μηχανές με τις οποίες εκμεταλλευόμαστε το φαινόμενο αυτό, ονομάζονται ανεμογεννήτριες (Α/Γ). Διακρίνουμε δύο είδη: τις δίπτερες και τις τρίπτερες. Οι τρίπτερες, με ρότορα μικρότερο των 10 μέτρων, έχουν τη δυνατότητα εκμετάλλευσης ασθενούς αιολικού δυναμικού. Στις μηχανές μεγάλου μεγέθους επικρατούν οι δίπτερες, με κόστος κατασκευής και συντήρησης μικρότερο απ' αυτό των τρίπτερων αντίστοιχου μεγέθους. Η σύγχρονη τεχνολογία χρήσης της αιολικής ενέργειας ξεκίνησε με μικρές Α/Γ δυναμικότητας 20 ως 75 KW. Σήμερα χρησιμοποιούνται Α/Γ δυναμικότητας 200 ως KW. Ενδιαφέρον, για την εκμετάλλευση του αιολικού δυναμικού τους, έχουν οι περιοχές με ικανοποιητικές μέσες ταχύτητες ανέμου. Ενα πάρκο ανεμογεννητριών, το οποίο σε ταχύτητα 8m/sec αποδίδει 1600KW, σε ταχύτητα 4m/sec αποδίδει μόνο 200 KW. Σημαντικό ρόλο παίζει ο τόπος εγκατάστασης των ανεμογεννητριών. Η ύπαρξη ανωμαλιών του εδάφους, κτιρίων, δέντρων ή εμποδίων γενικά μπορεί να δημιουργήσει στροβιλισμούς και να μειώσει την αποδοτικότητα. Πριν την επιλογή της περιοχής απαιτείται μελέτη στατιστικών μετεωρολογικών δεδομένων για τις κατευθύνσεις των κυρίαρχων ανέμων για περίοδο ενός χρόνου. Στα νησιά του Αιγαίου, στην Κρήτη και στην Αν. Στερεά Ελλάδα οι μέσες ταχύτητες ανέμου είναι 6-7 m/sec, με αποτέλεσμα το κόστος της παραγόμενης ενέργειας να είναι ιδιαίτερα ικανοποιητικό, γι' αυτό παρατηρείται πληθώρα έργων εκμετάλλευσης στις περιοχές αυτές. Μετά την απελευθέρωση της αγοράς της ηλεκτρικής ενέργειας, υποβλήθηκαν 350 αιτήσεις για άδεια αιολικών εγκαταστάσεων. Η παραγωγή ηλεκτρισμού από τον άνεμο είναι σήμερα ελκυστική για πολλούς λόγους. Κατά αρχήν πρόκειται για ''καθαρή'' ενέργεια. Η χρήση μιας τουρμπίνας 600KW, σε κανονικές συνθήκες, αποτρέπει την αποβολή 1200 τόνων CO 2 ετησίως, που θα αποβάλλονταν στο περιβάλλον αν χρησιμοποιείτο άλλη πηγή για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, όπως π.χ. άνθρακας. Δεν έχει καμιά επιβάρυνση για το περιβάλλον και ο τρόπος παραγωγής έχει αδιαμφισβήτητη ασφάλεια. Η αιολική ενέργεια είναι σήμερα η πιο φτηνή απ' όλες τις υπάρχουσες ήπιες 48

54 μορφές και είναι ανεξάντλητη. Η παραγωγή ενέργειας από μια ανεμογεννήτρια κατά τα 20 χρόνια λειτουργίας της ισοδυναμεί με την 80πλάσια ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την κατασκευή, λειτουργία και καταστροφή της όταν αυτή κριθεί ανενεργή. Το 1999 η αιολική ενέργεια κάλυψε το 10% των αναγκών για ηλεκτρισμό στη Δανία και το 2003 αναμένεται να καλύψει το 14%. Θεωρητικά, η αξιοποίηση του αιολικού δυναμικού της Ευρώπης στο μέγιστο θα μπορούσε να καλύψει όλες τις ανάγκες για ηλεκτρική ενέργεια. Στην Ευρώπη, στις αρχές του 1999, πάνω από 6600MW κάλυψαν τις ανάγκες 7 εκατομμυρίων ανθρώπων. Το συνολικό εκμεταλλεύσιμο αιολικό δυναμικό της Ελλάδας μπορεί να καλύψει ένα μεγάλο μέρος των ηλεκτρικών αναγκών της. Είναι γνωστό ότι η κάλυψη του 15% των ηλεκτρικών αναγκών της χώρας, που αντιστοιχεί σε 6,45 Τwh, το 2001 μπορεί να επιτευχθεί οικονομικά με την ανάπτυξη των Αιολικών Πάρκων. Οι προηγμένες τεχνολογίες, εν προκειμένω, στην αεροδυναμική, στην αντοχή των υλικών και στη μετεωρολογία, έχουν συνεισφέρει σε ετήσια αύξηση 5% στην απόδοση ανά τετραγωνικό μέτρο έλικα (στατιστικά στοιχεία καταγεγραμμένα στη Δανία μεταξύ ). Επίσης, έρευνες που γίνονται στην Ευρώπη και τις ΗΠΑ, προσανατολίζονται στη θεαματική μείωση του κόστους παραγωγής της γύρω στο Σήμερα, ο σχετικός τομέας στη βιομηχανία προσφέρει θέσεις εργασίας παγκοσμίως. Οι δημοσκοπήσεις σε ευρωπαϊκές χώρες, όπως Δανία, Γερμανία, Ολλανδία, Μ. Βρετανία έδειξαν ότι το 70% του πληθυσμού προτιμά την παραγωγή και χρήση αιολικής ενέργειας. Η Δανία κατέχει την πρώτη θέση στην παγκόσμια παραγωγή. Το παραγόμενο αιολικό δυναμικό στη Δανία το 1998 ήταν 1200 MW και το ίδιο έτος οι Δανοί κατασκευαστές κατείχαν το 50% της παγκόσμιας αγοράς σε ανεμογεννήτριες. Ενα σημαντικό μειονέκτημα της αιολικής ενέργειας είναι ότι εξαρτάται άμεσα από την ύπαρξη ικανοποιητικών ταχυτήτων ανέμου. Τι γίνεται όμως όταν δεν φυσάει άνεμος; Επειδή δεν υπάρχουν δυνατότητες για οικονομική αποθήκευση μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας, επιβάλλεται να υπάρχει εφεδρεία 49

55 συμβατικών σταθμών για το σύνολο της εγκατεστημένης ισχύος των ανεμογεννητριών. Για ηλεκτρικά συστήματα, όπως το σύστημα της Κρήτης, όπου οι αιχμές φορτίου καλύπτονται με αεροστρόβιλους ντίζελ και με υψηλό κόστος παραγωγής, θα μπορούσε να εξεταστεί η περίπτωση συνδυασμού ανεμογεννητριών με αντλητικά υδροηλεκτρικά έργα. Εδώ φαίνονται τα 2 είδη ανεμογεννητριών (δίπτερες, τρίπτερες). Τρίπτερες ανεμογεννήτριες Δίπτερες ανεμογεννήτριες Τρίπτερες ανεμογεννήτριες με ρότορα μήκους μικρότερου των 10 μέτρων έχουν τη δυνατότητα εκμετάλλευσης ασθενούς αιολικού ανέμου (ευρύ φάσμα ταχυτήτων ανέμου) και κόστος κατασκευής και συντήρησης μικρό καθώς τα προβλήματα αντοχής και δυναμικής καταπόνησης μηχανικών μερών είναι περιορισμένα στις μηχανές αυτής της κατηγορίας. Στις μηχανές μεγάλου μεγέθους επικρατούν οι δίπτερες, με κόστος κατασκευής και συντήρησης σαφώς μικρότερο, από αυτό των τριπτερύγων αντιστοίχου μεγέθους. Η κατασκευή μηχανών της τάξεως Μεγαβάτ δεν κατάφερε να ενταχθεί στο οικονομικά και κατασκευαστικά βιώσιμο κατεστημένο. Η οικονομική 50

56 υποστήριξη της κατασκευής μηχανών αυτής της κατηγορίας είναι πλέον εφικτή μόνο μέσα από Ευρωπαϊκά προγράμματα Γεωθερμική ενέργεια H χρήση της γεωθερμίας στα κτίρια για την εξασφάλιση θερμικής ή και ψυκτικής ενέργειας αποτελεί μια ανάγκη που συνδυάζεται με την αξιοποίηση όλου του φάσματος και του δυναμικού των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Oι επιστήμονες υπολογίζουν ότι η γη σχηματίστηκε πριν από πέντε δισεκατομμύρια έτη από τη σκόνη και τα αέρια που αποτελούσαν το πρωτογενές ηλιακό σύστημα. Kαθώς η νέα γη ωρίμαζε, η θερμότητα από την πρόσκρουση της ύλης που έπεφτε στην επιφάνειά της προκαλούσε πρόσθετη τήξη. Tα βαρύτερα υλικά (μέταλλα όπως ο σίδηρος και ο χαλκός) βυθίζονταν στον πυρήνα της, ενώ τα ελαφρότερα βραχώδη υλικά σχημάτιζαν τους μανδύες και το φλοιό της. Φυσικά, τα χημικά ραδιενεργά στοιχεία, όπως ορισμένες μορφές ουρανίου, το θόριο κ.ά. συγκεντρώθηκαν στο φλοιό της γης με αποτέλεσμα η αποσύνθεσή τους να ελευθερώνει θερμότητα. Έτσι η θερμότητα της γης ήταν αποτέλεσμα τόσο της αρχικής θερμότητας των αερίων που τη συνέστησαν όσο και της αποσύνθεσης των ραδιενεργών στοιχείων στη διάρκεια της ιστορικής ανάπτυξής της επί 4,5 δισεκατομμύρια έτη. H θερμοκρασία στο κέντρο της γης εκτιμάται ότι είναι περίπου βαθμοί Kελσίου. H εσωτερική θερμότητα της γήινης σφαίρας, που προέρχεται από τον έσω και τον εξωτερικό πυρήνα της, μεταδίδεται κανονικά από τους μανδύες της προς το επιφανειακό στρώμα της από όπου χάνεται με ακτινοβολία στο διάστημα. Tο εσωτερικό μέρος της γης με βάση τον πυρήνα της ενεργεί ως θερμική μηχανή, με θερμά, τηγμένα πετρώματα και μέταλλα που κυκλοφορούν βαθιά στο εσωτερικό της και παρέχουν θερμότητα στην ψυχρή της επιφάνεια. O φλοιός της γης, δηλαδή το λεπτό επιφανειακό στρώμα της στο οποίο υπάρχει ζωή, αποτελείται από μεγάλα τεμάχια γης που ονομάζονται πλάκες και επιπλέουν στο λιωμένο τμήμα του μανδύα της. Εξαιτίας της αργής κυκλοφορίας του υλικού του μανδύα, οι επιφανειακές πλάκες κινούνται σχετικά η μια προς την άλλη. Όπου δυνάμεις προκαλούν κίνηση των πλακών, λιωμένο μάγμα από το εσωτερικό της ανέρχεται προς την 51

57 επιφάνεια σχηματίζοντας ηφαίστεια. Γύρω από αυτά τα ηφαίστεια παρατηρούνται συχνά γεωθερμικά φαινόμενα και περιοδικοί σεισμοί. Tα αποτελέσματα της μετάδοσης θερμότητας από το εσωτερικό της γης προς το φλοιό της είναι γενικά ανεπαίσθητα και η μεταβολή της θερμοκρασίας του επιφανειακού στρώματος δε γίνεται ιδιαίτερα αντιληπτή παρά μόνο με την αύξησή της κατά την έννοια του βάθους. Δηλαδή όσο βαθύτερα μετριέται η θερμοκρασία τόσο πιο υψηλή είναι. Tο γεγονός αυτό καθορίζεται με μια σχεδόν γραμμική αύξηση της θερμοκρασίας που έχει μέση τιμή γεωθερμικής βαθμίδας ίση με 1 C ανά 30 περίπου μέτρα βάθους. H τιμή της γεωθερμικής βαθμίδας εξαρτάται από τη θερμική αγωγιμότητα του λίθινου επιφανειακού στρώματος της γης, δηλαδή από τη λιθολογική κατάσταση του φλοιού και των μανδύων της. Από το στοιχείο αυτό καθορίζεται η γεωθερμική ροή που είναι πολύ πιο περιορισμένη από τη ροή θερμότητας που παρέχει ο ήλιος προς τη γη. H μέση τιμή της είναι ίση με 0,05 W/τετ. μέτρο. Έτσι η γεωθερμική ενέργεια που διαχέεται από τη γη φτάνει τις 0,45 kwh/τετ. μέτρο και έτος. H ροή αυτή είναι παρά ταύτα πιο υψηλή σε ορισμένες προνομιακές περιοχές της επιφάνειας της γης που ταυτόχρονα έχουν και τιμή γεωθερμικής βαθμίδας πολλαπλάσια της φυσιολογικής. Tο φαινόμενο αυτό συνιστά γεωθερμική ανωμαλία και οι περιοχές αυτές ονομάζονται γεωθερμικά πεδία. H κατάσταση αυτή εμφανίζεται για παράδειγμα σε μεσωκεάνειες ρωγμές διαχωρισμού των πλακών, σε τάφρους μεταξύ των ηπείρων, σε νησιωτικά τόξα ή σε σχηματισμούς οροσειρών. Επιτόπιες εδαφικές ανωμαλίες μπορούν ακόμη να συνδέονται με πηγές επιφανειακής θερμότητας όπως για παράδειγμα στις καλντέρες (caldeira) ενεργών ή ημιενεργών ηφαιστείων, σε γεωτρήσεις σε εδάφη γρανιτικού τύπου ή σε τάφρους που οφείλονται σε εδαφικές καταπτώσεις (graben). Βασικά η γεωθερμική ενέργεια που μπορεί να αξιοποιηθεί προέρχεται από φυσικές αποθήκες θερμότητας, υπόγειους χώρους δηλαδή στους οποίους διατηρείται θερμότητα από το εσωτερικό της γης σε υγρό ή στερεό περιβάλλον. Kατά συνέπεια τα γεωθερμικά συστήματα σχηματίζονται όταν διάπυρη ρευστή μάζα μαγματογενών πετρωμάτων, δηλαδή θερμό μάγμα, θερμαίνει άμεσα το υπέδαφος που βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια της γης σε βάθη που κυμαίνονται από 1500 ως μέτρα. Άλλα 52

58 γεωθερμικά συστήματα σχηματίζονται χωρίς να υπάρχει πλησίον μάγμα καθόσον η θερμότητά τους προέρχεται από βράχους που θερμαίνονται με τη σειρά τους από το μάγμα. Οι βράχοι αυτοί θερμαίνουν υπόγεια νερά που βρίσκονται στο υπέδαφος της γης. Tα νερά αυτά που βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια της γης, ψύχονται και επιστρέφουν πάλι σε μεγαλύτερα βάθη όπου επαναθερμαίνονται. Σε ορισμένες περιπτώσεις το υπόγειο αυτό θερμό νερό διαφεύγει προς την επιφάνεια της γης είτε ως θερμή πηγή, είτε ως διαρροή ατμού (geysers). Πριν από κάθε προσπάθεια εκμετάλλευσης είναι αναγκαίο να έχει προηγηθεί πλήρης μελέτη του υπεδάφους κάθε περιοχής. Aπό εμφανείς ενδείξεις οι γεωλογικές υπηρεσίες κάθε χώρας επιβάλλεται να καταστρώνουν χάρτες με τους γεωθερμικούς ταμιευτήρες. Έτσι στην Eλλάδα, το Iνστιτούτο Γεωλογικών και Mεταλλευτικών Eρευνών (IΓME) έκανε σειρά γεωτρήσεων σε διάφορες περιοχές και έχει δώσει στοιχεία για ορισμένες θέσεις με γεωθερμικές δυνατότητες. Tύποι γεωθερμικών εκμεταλλεύσεων: H κατάταξη των διαφόρων τύπων γεωθερμικών εκμεταλλεύσεων είναι δυνατό να γίνει ανάλογα με τη θερμοκρασία των γεωθερμικών ρευστών που εξάγονται με γεωτρήσεις ή με φυσική έξοδο από το φλοιό. Έτσι διαχωρίζονται σε: Γεωθερμικά πεδία υψηλής ενθαλπίας. Xαρακτηρίζονται από θερμοκρασίες μεταξύ 150 και 300 C. Στην περίπτωση αυτή ο ατμός που εξάγεται από τη γη - ως υπέρθερμος ή μετά από επεξεργασία αν είναι υγρός - χρησιμοποιείται σε στροβίλους για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Έτσι στην Iταλία, τις HΠA, τη Nέα Zηλανδία, την Tουρκία, την Iσλανδία και σε άλλες χώρες έχουν κατασκευαστεί ή γίνονται προσπάθειες να γίνουν σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε γεωθερμικές πηγές ατμού. Oι γεωθερμικοί σταθμοί στις HΠA παράγουν ήδη 2500 MW. Σύμφωνα με προβλέψεις οι εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από γεωθερμία στη χώρα αυτή θα αυξηθούν ώστε η ισχύς τους κατά το έτος 2010 να φτάσει τα MW και κατά το έτος 2030 τα MW. H παγκόσμια σημερινή εγκατεστημένη ισχύς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από γεωθερμία σε 20 χώρες φτάνει τα 6000 MW ενώ το γεωθερμικό δυναμικό στις χώρες αυτές φτάνει τα MW. Tα γεωθερμικά εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής 53

59 ενέργειας είναι από τα πλέον αξιόπιστα. Mπορεί έτσι να εξασφαλιστεί συνεχής λειτουργία που φτάνει το 97% και είναι μεγαλύτερη από κάθε άλλο είδος σταθμών παραγωγής. Eνδεικτικά αναφέρεται ότι τα εργοστάσια που λειτουργούν με άνθρακα έχουν δυνατότητα συνεχούς λειτουργίας ίση με 75% και οι πυρηνικοί σταθμοί 65%. H προκατασκευή των ηλεκτροπαραγωγικών γεωθερμικών μονάδων επιτρέπει την ταχεία εγκατάστασή τους ώστε να θεωρείται δυνατή η κατασκευή ενός σταθμού 10 MW σε έξι μήνες και η κατασκευή ενός σταθμού παραγωγής 250 MW σε δύο έτη. Πειραματική εγκατάσταση παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας έγινε και στην Eλλάδα. Έτσι στο γεωθερμικό πεδίο της νήσου Mήλου κατασκευάστηκε και λειτούργησε πειραματική μονάδα 2 MW. H μονάδα αυτή δε λειτουργεί τώρα μετά από αντίδραση των κατοίκων για τις περιβαλλοντολογικές επιπτώσεις που προκαλούσε η λειτουργία της. Στο γεωθερμικό πεδίο της Nισύρου στο οποίο είχε προγραμματιστεί επίσης κατασκευή σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας δεν προχώρησε η διαδικασία εγκατάστασης πάλι μετά από αντίδραση των κατοίκων του νησιού. Ήδη σε εξέλιξη βρίσκεται δημοπρασία της ΔEH για τη διεξαγωγή πειραματικών γεωθερμικών γεωτρήσεων στη νήσο Λέσβο, που διαθέτει σχετικά περιορισμένα γεωθερμικά πεδία, κατάλληλα για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Γεωθερμικά πεδία μέσης ενθαλπίας. Xαρακτηρίζονται από γεωθερμικά ρευστά θερμοκρασίας μεταξύ 90 και 150 C. Oι θερμοκρασίες αυτές δεν κρίνονται επαρκείς ώστε να επιτρέπουν την άμεση μετατροπή του ατμού σε ηλεκτρική ενέργεια. Eίναι έτσι αναγκαία η μεσολάβηση ενδιάμεσων πτητικών ρευστών όπως η αμμωνία, το ισοβουτάνιο κτλ. O τρόπος αυτός αξιοποίησης των γεωθερμικών ρευστών προξενεί κάποιες τεχνικές δυσκολίες αλλά παρά το γεγονός αυτό υπάρχουν εγκαταστάσεις αυτού του τύπου στη Pωσία, στις HΠA, στην Kίνα και αλλού. Oι εγκαταστάσεις αυτής της κατηγορίας αναμένεται να αξιοποιηθούν ιδιαίτερα στο μέλλον γιατί επιτρέπουν την εύκολη εισαγωγή του γεωθερμικού ρευστού στο υπέδαφος. SOS Γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας. Περιλαμβάνουν θερμό νερό θερμοκρασίας 60 ως 90 C που χρησιμοποιείται για θέρμανση κατοικιών και σε αγροτικές ή βιομηχανικές εγκαταστάσεις. O τύπος αυτός γεωθερμίας εμφανίζεται πολύ συχνά και οδηγεί 54

60 αναμφίβολα σε ιδιαίτερα γενικευμένη χρήση μετά από επιτυχείς εγκαταστάσεις που έχουν πραγματοποιηθεί στην Ουγγαρία, την Iσλανδία, τη Pωσία, τη Γαλλία και άλλες χώρες. H μεγάλη δαπάνη που απαιτείται για βαθιές γεωτρήσεις επιβάλλει σχετική συγκέντρωση των χρήσεων. SOS Γεωθερμικά πεδία πολύ χαμηλής ενθαλπίας. Αντιστοιχούν σε γεωτρήσεις που αποδίδουν γεωθερμικά ρευστά με σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες που μπορούν να αξιοποιηθούν και κυμαίνονται από 20 ως 60 C. Tα γεωθερμικά αυτά ρευστά είναι συνήθως επιφανειακά με αποτέλεσμα να παράγονται με περιορισμένο βάθος και κόστος γεώτρησης. O τύπος αυτός γεωθερμικής ενέργειας μπορεί να προσαρμοστεί σε χρήσεις που δεν είναι ιδιαίτερα συγκεντρωμένες και ειδικά για θέρμανση ή και ψύξη κτιρίων. Tο γεγονός απόδοσης γεωθερμικών ρευστών χαμηλών θερμοκρασιών αναγκάζει γενικά σε χρήση μεγάλων θερμαντικών επιφανειών, σε ενδοδαπέδια θέρμανση είτε σε λειτουργία αντλιών θερμότητας. Πρέπει να σημειωθεί ότι η τελευταία περίπτωση προϋποθέτει την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ενώ ταυτόχρονα παρέχει τη δυνατότητα ανάληψης θερμότητας από τους χώρους εξασφαλίζοντας και ψύξη, δηλαδή συνδυάζει το πλεονέκτημα λειτουργίας του συστήματος ως κλιματιστικής εγκατάστασης. O τύπος αυτός γεωθερμικού πεδίου προσαρμόζεται επίσης σε μια σειρά αγροτικών εφαρμογών όπως είναι η θέρμανση θερμοκηπίων, η θέρμανση του εδάφους, η ιχθυοκαλλιέργεια κτλ. Γεωθερμικά πεδία αβαθούς υπεδαφικής θερμότητας. Στην πραγματικότητα πρόκειται για εκμετάλλευση της αβαθούς υπεδαφικής θερμότητας που αποθηκεύεται σε πετρώματα και υπόγεια νερά σε υπέδαφος βάθους το πολύ 200 μέτρων κάτω από την επιφάνεια της γης. H θερμότητα αυτή, γνωστή και ως αβαθής γεωθερμική ενέργεια, περιλαμβάνει ποσοστό ηλιακής προέλευσης. Tο πλεονέκτημα των αβαθών γεωθερμικών πηγών ενέργειας είναι ότι διατηρούν στη διάρκεια όλου του έτους σταθερή θερμοκρασία που κυμαίνεται από 15 ως 25 C. Κύρια χαρακτηριστικά των γεωθερμικών πεδίων. Oι πιο σημαντικοί παράγοντες που χαρακτηρίζουν ένα γεωθερμικό πεδίο εκτός από το βάθος της γεώτρησης είναι: 55

61 H θερμοκρασία του γεωθερμικού ρευστού. Αυτή αυξάνει με το βάθος και εξαρτάται από το γεωθερμικό πεδίο. Ενώ η κανονική τιμή της γεωθερμικής κλίμακας εξασφαλίζει διαφορά 1 C ανά 30 μέτρα σε γνωστά γεωθερμικά πεδία ξεπερνά και τους 10 C ανά 100 μέτρα. Tα υδροδυναμικά χαρακτηριστικά. Σε αυτά περιλαμβάνονται η πίεση του ρευστού που περιέχεται στο γεωθερμικό πεδίο, στοιχείο που επιτρέπει να διαπιστωθεί αν αυτό εξασφαλίζει αρτεσιανή διαπίδυση και σε ποιο βάθος κατέρχεται η στάθμη όταν αντλείται το γεωθερμικό ρευστό. Tο δεύτερο στοιχείο που ενδιαφέρει είναι η διαπερατότητα (υδραυλική αγωγιμότητα) που χαρακτηρίζει την ευκολία με την οποία το ρευστό μπορεί να κυκλοφορήσει στην υπόγεια δεξαμενή. Χοντρικά το γινόμενο της διαπερατότητας επί το πάχος της δεξαμενής δίνουν την ικανότητα κυκλοφορίας του γεωθερμικού ρευστού, παράμετρο θεμελιώδη για την υπεδάφια υδραυλική. H γεωθερμική ενέργεια σε Ελλάδα & Ε.Ε. Γεωθερμική ενέργεια είναι η φυσική θερμότητα της γης. Η θερμότητα αυτή προέρχεται από το εσωτερικό της γης και περιέχεται στα πετρώματα και στο υπόγειο νερό ή ατμό. Οι εφαρμογές της γεωθερμικής ενέργειας, τόσο σε ευρωπαϊκό, όσο και σε παγκόσμιο επίπεδο, ομαδοποιούνται σε τρεις κύριες κατηγορίες: Η εγκατεστημένη ισχύς στην Ευρωπαϊκή Ενωση ανέρχεται σήμερα σε 820 MW(e) περίπου και αντιστοιχεί περίπου στο 8% της παγκόσμιας εγκατεστημένης ισχύος. Σχεδόν το σύνολο της είναι εγκατεστημένο στην Ιταλία (790,5 MW(e)), ενώ μικρές μονάδες βρίσκονται στην Πορτογαλία (Αζόρες - 16,0 MW(e)), στη Γαλλία (Γουαδελούπη - 14,7 MW(e)), στην Αυστρία (Άλτχαιμ και Μπαντ Μπλουμάου - 1,4 MW(e)) και στη Γερμανία (Νόισταντ Γκλέβε - 0,2 MW(e)). Ανάλογα με τις γεωλογικές συνθήκες και τη θερμοκρασία του γεωθερμικού ρευστού, το κόστος γεωθερμικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής διαφοροποιείται μεταξύ 900 και 2000 ευρώ/kw(e), με τυπικό κόστος συντήρησης και λειτουργίας γύρω στο 2%-3%. Το κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από γεωθερμία ανέρχεται σε 0,04-0,09 ευρώ/kwh(e), 56

62 συμπεριλαμβανομένων των αποσβέσεων των κεφαλαίων και του κόστους χρήματος. Βλέπουμε ότι η γεωθερμία ανταγωνίζεται επιτυχώς την παραγωγή ηλεκτρισμού από την καύση πετρελαίου ντίζελ. Στην Ελλάδα, γεωθερμία κατάλληλη για ηλεκτροπαραγωγή βρίσκεται σε προσιτά βάθη στα νησιά του ηφαιστειακού τόξου του Αιγαίου (Μήλος, Σαντορίνη, Νίσυρος), αλλά και στη Λέσβο, τη Χίο, τη Σαμοθράκη, το Αρίστινο Αλεξανδρούπολης και αλλού. Τα νησιά Μήλος, Σαντορίνη και Νίσυρος αντιστοιχούν σε περιοχές γεωλογικά πρόσφατης ηφαιστειακής δράσης και περιλαμβάνουν γεωθερμικά πεδία υψηλής ενθαλπίας με θερμοκρασίες ο C με συνολικό γεωθερμικό δυναμικό τουλάχιστον 250 MW(e), το οποίο όμως μέχρι σήμερα παραμένει ανεκμετάλλευτο. Στις υπόλοιπες περιοχές απαντώνται γεωθερμικά πεδία χαμηλής-μέσης ενθαλπίας με θερμοκρασίες ο C και δυναμικό ηλεκτροπαραγωγής της τάξεως των 20 MW(e). Χρήση της Θερμότητας. Οι θερμικές χρήσεις της γεωθερμικής ενέργειας στην Ευρωπαϊκή Ενωση περιλαμβάνουν θέρμανση κτιρίων (~700 MWth), θερμοκηπίων (~400 MW(th)), θερμά λουτρά (~350 M-W(th)) και άλλες εφαρμογές (~100 MW(th)). Σε παγκόσμιο επίπεδο, οι αντίστοιχες εφαρμογές αντιστοιχούν σε πολλαπλάσια εγκατεστημένη ισχύ (~9.500 MW(th)) με ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης γύρω στο 5%. Το κόστος απευθείας χρήσης του γεωθερμικού ρευστού για θερμικές εφαρμογές ανέρχεται σε αρχική επένδυση ευρώ/kw(th) και ισοδύναμο κόστος παραγόμενης θερμότητας 0,005-0,035 ευρώ/kwh(th), τιμές σημαντικά μικρότερες από εκείνες που αντιστοιχούν στην παραγωγή θερμότητας από πετρέλαιο θέρμανσης, ακόμη και από φυσικό αέριο. Στην Ελλάδα γεωθερμία κατάλληλη για θέρμανση και αγροτικές εφαρμογές συναντάται σε μικρά βάθη σε πολλές περιοχές στις πεδιάδες της Μακεδονίας και της Θράκης, αλλά και στη γειτονιά κάθε μιας από τις 56 θερμές πηγές της χώρας μας. Εκεί απαντώνται γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας με θερμοκρασίες ο C. Τέτοια είναι: Θερμά Σαμοθράκης ( ο C), Πολυχνίτος-Άργενος Λέσβου, Νένητα Χίου, Αριστινό Αλεξαν-δρούπολης και Αιδηψός (80-90 ο C), Νέο Εράσμιο, Νέα Κεσσάνη Ξάνθης, Νιγρίτα, 57

63 Σιδηρόκαστρο και Ηράκλεια Σερρών (40-60 ο C), Λαγκαδάς, Νέα Απολλωνία, Θέρμη Θεσσαλονίκης, Νέα Τρίγλια Χαλκιδικής (30-40 ο C) και πολλά άλλα. Οι αντίστοιχες γεωθερμικές εφαρμογές έχουν συνολική θερμική ισχύ μόλις 70 MW(th), και περιλαμβάνουν κυρίως θερμά και ιαματικά λουτρά (~50%), και θέρμανση θερμοκηπίων και εδαφών (~50%). Η αξιοποίηση του ενεργειακού δυναμικού του εδάφους σε μικρό βάθος (1-100 μέτρα), γίνεται με τις γεωθερμικές αντλίες θερμότητας, οι οποίες ουσιαστικά είναι συνδυασμός υδρόψυκτων αντλιών θερμότητας με εναλλάκτη θερμότητας εδάφους. Ο εναλλάκτης θερμότητας εδάφους περιλαμβάνει σωλήνες τοποθετημένες μέσα στο έδαφος, ή σε γεωτρήσεις, και στις οποίες σωλήνες κυκλοφορεί νερό σε κλειστό κύκλωμα. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, οι πιο πάνω αντλίες θερμότητας αφαιρούν θερμότητα από το έδαφος, την οποία προσθέτουν στο σύστημα θέρμανσης του κτιρίου. Η διαδικασία αυτή αναστρέφεται το καλοκαίρι, έτσι ώστε η αντλία θερμότητας να παρέχει κλιματισμό (ψύξη) στο κτίριο. Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας συνδυάζονται με σύστημα θέρμανσης-κλιματισμού του κτιρίου χαμηλής θερμοκρασίας, δηλαδή είτε με ενδοδαπέδιο, είτε με ενδοτοίχιο, είτε με αερόθερμα (φαν κόιλ), είτε με παροχή αέρα μέσω αεραγωγών, κ.λπ. Επειδή η θερμοκρασία του εδάφους σε μερικά μέτρα βάθος παραμένει σχεδόν σταθερή καθόλη τη διάρκεια του έτους (15-17 C), ανεξάρτητα από τις εξωτερικές καιρικές συνθήκες, τα πιο πάνω γεωθερμικά συστήματα θέρμανσης-κλιματισμού καταναλώνουν 30% λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια από τα κλιματιστικά τελευταίας τεχνολογίας, με αποτέλεσμα να παρέχουν αποδοτική θέρμανση, κλιματισμό και ζεστό νερό στα κτίρια, με τρόπο φιλικό προς το περιβάλλον. Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας: Είναι καθιερωμένη και αξιόπιστη τεχνολογία. Μειώνουν τις δαπάνες για θέρμανση και κλιματισμό κατά 25%-75%. Μειώνουν σημαντικά τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2). Αυξάνουν τη μακροπρόθεσμη αξία του κτιρίου. Παρέχουν υψηλής ποιότητας άνεση στους εσωτερικούς χώρους. Προστατεύουν το περιβάλλον. Συμβάλλουν στην ενεργειακά αειφόρο ανάπτυξη. 58

64 Το κόστος εγκατάστασης γεωθερμικών αντλιών θερμότητας ανέρχεται σε ευρώ/kw(th) για μονάδες που χρησιμοποιούν νερό από υδρογεώτρηση και σε ευρώ/kw(th) για μονάδες που χρησιμοποιούν εναλλάκτες θερμότητας εδάφους. Το αντίστοιχο κόστος ανά μονάδα παρεχόμενης θερμικής ενέργειας ανέρχεται σε 0,015-0,028 ευρώ/kwh χωρίς αποσβέσεις, και σε 0,038-0,048 ευρώ/kwh λαμβάνοντας υπόψη την απόσβεση του αρχικού κεφαλαίου και το κόστος χρήματος. Η αγορά των γεωθερμικών αντλιών θερμότητας, επειδή αφενός αυτές μπορούν να εγκατασταθούν σε οποιοδήποτε κτίριο και περιοχή, και αφετέρου επειδή έχει εφαρμοστεί πρόσφατα το αντίστοιχο θεσμικό πλαίσιο, παρουσιάζει ιδιαίτερη ανάπτυξη από το 2004 με ρυθμό μεγαλύτερο από 60% ετησίως. Σήμερα εκτιμάμε ότι περισσότερα από 100 κτίρια (κατοικίες, γραφεία, ξενοδοχεία, κ.λπ.) θερμαίνονται ή κλιματίζονται με γεωθερμικές αντλίες θερμότητας στη χώρα μας. Στο σημείο αυτό ενδεικτικά αναφέρουμε τις εφαρμογές γεωθερμικών αντλιών θερμότητας για θέρμανση και ψύξη του κτιρίου Μηχανικών Μεταλλείων στο ΕΜΠ στην Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου, στο Δημαρχείο Πυλαίας Θεσσαλονίκης, στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Δημοσίου Δικαίου στα Λεγραινά Αττικής, στα Νέα Γραφεία του ΚΑΠΕ στο Πικέρμι Αττικής, καθώς και σε πολλές ιδιωτικές μονοκατοικίες. Τα οφέλη Από την εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας τόσο για ηλεκτροπαραγωγή όσο και για θερμικές εφαρμογές, προκύπτουν σημαντικά περιβαλλοντικά οφέλη που εντοπίζονται στην αποφυγή έκλυσης διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και άλλων αέριων ρύπων που εκλύονται από την καύση συμβατικών καυσίμων. Οσον αφορά τις γεωθερμικές αντλίες θερμότητας, αυτές καταναλώνουν 30%-60% λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια από τα αποδοτικότερα αερόψυκτα συστήματα με αντίστοιχη μείωση εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (CO2) στους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Η αντίστοιχη μείωση εκπομπών CO2 σε σχέση με ένα σύστημα θέρμανσης συμβατικών καυσίμων (πετρέλαιο θέρμανσης ή φυσικό αέριο) ανέρχεται περίπου σε 40%. 59

65 Από τη χρήση γεωθερμικών συστημάτων εκτός των ανωτέρω προκύπτουν και κοινωνικά οφέλη, κυρίως, από το γεγονός ότι η γεωθερμία αποτελεί ανανεώσιμη και εγχώρια μορφή ενέργειας μέσω κυρίως της δημιουργίας νέων θέσεων εργασίας και ανάπτυξης σε τοπικό επίπεδο για την εγκατάσταση των γεωθερμικών μονάδων. Σε εθνικό και ευρωπαϊκό επίπεδο, περιλαμβάνουν μείωση της εξάρτησης της κοινωνίας από εισαγόμενα καύσιμα με παράλληλη απελευθέρωση ιδιωτικών κεφαλαίων, που μπορούν να διατεθούν για επενδύσεις και βελτίωση της ανταγωνιστικότητας, παράγοντες που έμμεσα οδηγούν στη μείωση της ανεργίας και την οικονομική ανάπτυξη. Οι προοπτικές Η γεωθερμική ενέργεια αποτελεί φθηνή και ήπια ανανεώσιμη μορφή πηγής ενέργειας, με άμεσα ενεργειακά-περιβαλλοντικά και κοινωνικά οφέλη. Οι προοπτικές μελλοντικής ανάπτυξης των εφαρμογών γεωθερμικής ενέργειας είναι μεγάλες, ειδικά των συστημάτων θέρμανσης-ψύξης κτιρίων με γεωθερμικές αντλίες θερμότητας. Στη χώρα μας έχουμε εκμεταλλευτεί μέχρι σήμερα λιγότερο από το 1% του συνολικού γεωθερμικού δυναμικού της χώρας μας (0% για ηλεκτροπαραγωγή και 5%-8% για θερμικές χρήσεις) όμως, στο άμεσο μέλλον, μέχρι το 2010, μπορεί το αξιοποιημένο γεωθερμικό δυναμικό, μέσω άμεσων επενδύσεων, να αυξηθεί σημαντικά και να έχουμε για ηλεκτροπαραγωγή εγκατεστημένα τουλάχιστον 10 MW(e) από τα μηδενικά υφιστάμενα, με 100 MW(th) για το σύνολο των θερμικών εφαρμογών από 70 MW(th) σήμερα με τις εφαρμογές αντλιών θερμότητας να τετραπλασιάζονται σε 20 MW(th) από τα περίπου 5 MW(th) που είναι σήμερα. Από τη λειτουργία των γεωθερμικών αυτών εφαρμογών θα επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας που αντιστοιχεί σε Τόνους Ισοδυνάμου Πετρελαίου (Τ.Ι.Π.) ετησίως με παράλληλη αποφυγή εκλύσεων στην ατμόσφαιρα τόνων διοξειδίου του άνθρακα (CO2) ετησίως Ωκεάνια Ενέργεια Οι ωκεανοί της γης δέχονται ηλιακή ακτινοβολία, μεγάλο μέρος της οποίας μετατρέπουν και αποθηκεύουν ως θερμική ενέργεια. Από την άλλη πλευρά ψυχρά ρεύματα, με θερμοκρασία κοντά στο σημείο πήξης, κυκλοφορούν από 60

66 τις πολικές περιοχές προς τον ισημερινό σε βάθη μικρότερα από 1000 μέτρα. Έτσι μια κάθετη θερμοκρασιακή διαφορά στο ποσό των 21 ο C ή περισσότερο υπάρχει καθ' όλη τη διάρκεια του έτους σε πολλές τροπικές και ημιτροπικές περιοχές. Αυτή τη θερμοκρασιακή κλίση μπορούμε να την εκμεταλλευτούμε σαν πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, όπως προτάθηκε για πρώτη φορά από τον d' Αrsoval το Μετατροπή της θερμικής ενέργειας των ωκεανών - ΜΩΘE Η διαδικασία για να το επιτύχουμε αυτό ονομάζεται Μετατροπή Ωκεάνιας Θερμικής Ενέργειας (ΜΩΘΕ ) και απαιτεί τα θερμά ρεύματα της επιφάνειας και τα ψυχρά ρεύματα από τα βαθιά να βρεθούν σε εγγύτητα έτσι ώστε να λειτουργήσουν σαν Θερμική πηγή και δεξαμενή αντιστοίχως, για μια θερμική μηχανή. Με άλλα λόγια, ηλιακή ενέργεια (συλλεγμένη και αποθηκευμένη σαν θερμότητα από τους ωκεανούς) μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρισμό μέσω μιας διαδικασίας παραγωγής παρόμοιας μ'αυτή των συμβατικών εργοστασίων ενέργειας, με τη διαφορά ότι στην περίπτωση της ΜΩΘΕ δεν απαιτείται κάποιο αναλώσιμο καύσιμο. Επιπλέον, παρότι υπάρχει μια εποχιακή διαφορά στο ωκεάνιο θερμικό απόθεμα ενός συγκεκριμένου ΜΩΘΕ εργοστασίου ενέργειας, υπάρχει μικρή ημερήσια διαφορά. Κατά συνέπεια τα ΜΩΘΕ ηλεκτρικά εργοστάσια είναι ανάλογα με τα ηλιακά εργοστάσια υδροενέργειας στο γεγονός ότι εξομαλύνουν τη διακοπτόμενη ημερήσια ακτινοβολία, σε αντίθεση με άλλες μεθόδους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Έτσι τα ΜΩΘΕ ηλεκτρικά εργοστάσια παρέχουν μια πιθανά σημαντική ανανεώμενη πηγή ηλεκτρισμού, παρότι βρίσκεται κυρίως στη θάλασσα. Παρότι είναι πιθανόν να βρεθούν καλές ηπειρωτικές τοποθεσίες όπου ηλεκτρικά εργοστάσια ΜΩΘΕ μπορούν να τοποθετηθούν, μεταφέροντας το ζεστό και κρύο νερό στην ακτή διαμέσου υδραγωγείων, είναι φανερό ότι τέτοιες ευκαιρίες θα είναι πολύ περιορισμένες σε παγκόσμια βάση σε σχέση με τις ευκαιρίες για παραγωγή σημαντικής ποσότητας ηλεκτρισμού πάνω σε πλατφόρμες ΜΩΘΕ που επιπλέουν. Και αυτό εξαιτίας των ειδικών τεχνικών απαιτήσεων που υπάρχουν για την κατασκευή ενός εργοστασίου ΜΩΘΕ σε μια ακτή και του 61

67 περιορισμένου δυναμικού της αγοράς (τουλάχιστον βραχυπρόθεσμα ) για ηλεκτρισμό ΜΩΘΕ σε τέτοιες τοποθεσίες. Για να είναι βιώσιμο ένα ηλεκτρικό εργοστάσιο ΜΩΘΕ σε μια ακτή πρέπει να βρίσκεται σε τοποθεσία όπου ικανοποιούνται ταυτόχρονα, με ικανοποιητικές οικονομικές συνθήκες, τρεις βασικές προϋποθέσεις : Πρέπει να υπάρχει διαθέσιμη γη με ζώνη ακτών Η κλίση του πυθμένα της θάλασσας πρέπει να αυξάνει με αρκετά γρήγορο ρυθμό από τη θέση του εργοστασίου στην ακτή Η εποχιακή διαθεσιμότητα του ζεστού και κρύου νερού (χωρίς υπερβολικό υποβιβασμό από τις απώλειες ζεστού και κρύου νερού από το εργοστάσιο) πρέπει να ικανοποιεί ορισμένα κριτήρια. Σε κάθε περίπτωση, είναι πιθανό ότι οι διαθέσιμες και ικανοποιητικές τοποθεσίες για ηλεκτρικά εργοστάσια ΜΩΘΕ πάνω ή κοντά σε ακτές θα κατοικηθούν από την αρχή της ανάπτυξης και εφαρμογής της αντίληψης ΜΩΘΕ. Και αυτό γιατί θα αποτελούν βολικές τοποθεσίες για εργοστάσια πιλότους και επίδειξης αλλά και γιατί θα αποτελούν ελκυστικές ενδιάμεσες αγορές για τον παραγόμενο ηλεκτρισμό και τα υποπροϊόντα του. Στην πραγματικότητα οι πιθανές νησιωτικές τοποθεσίες για εργοστάσια ΜΩΘΕ έχουν, ως συνήθως, μικρό απόθεμα γλυκού νερού και πρωτεΐνης ψαριού, τα οποία μπορούν να προμηθευτούν ως παρεπόμενα της λειτουργίας μιας ΜΩΘΕ. Μελλοντικές Προοπτικές της Τεχνολογίας ΜΩΘΕ Αυτό το κεφάλαιο αποτελεί μια περιγραφή της ιστορίας, της θέσης και των μελλοντικών προοπτικών της τεχνολογίας ΜΩΘΕ. Αυτό είναι ένα αμφιλεγόμενο θέμα καθώς υπάρχουν πολλές διαφορετικές αντιλήψεις σχετικά με το σωστό βαθμό και τρόπο ανάπτυξης της ΜΩΘΕ. Επίσης, μερικοί έχουν αμφιβολίες για τη βιωσιμότητα της ΜΩΘΕ παραγωγής ενέργειας, οι οποίες οφείλονται στις εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασιακές διαφορές.για παράδειγμα, με ζεστό νερό στους 26 ο C και κρύο στους 5 ο C, η θερμοκρασιακή διαφορά των 21 ο C ανταποκρίνεται σε μια θεωρητική απόδοση 62

68 Carnot περίπου 7 %. Όμως, εξαιτίας της απαίτησης της ΜΩΘΕ για παρασιτική ενέργεια ( π.χ για την άντληση κρύου νερού ) και των άλλων απωλειών, η τελική ολική απόδοση μετατροπής είναι μόλις 2.5 ο C. Αυτό συγκρίνεται με τις ολικές αποδόσεις των 30 και 40 ο C που σχετίζονται με τα συμβατικά ηλεκτρικά εργοστάσια. Μερικοί μηχανικοί αναρωτιούνται εάν με μια τέτοια χαμηλή ολική απόδοση θα μπορέσει ποτέ η τεχνολογία της ΜΩΘΕ να γίνει οικονομικά βιώσιμη. Είναι όμως σημαντικό να λάβουμε υπόψιν μας το θέμα με βάση πιο περίπλοκους όρους απ' ότι η ολική απόδοση, καθώς στην περίπτωση της ΜΩΘΕ δεν υπάρχει κόστος καυσίμων, μόνο το κόστος για την κυκλοφορία πολύ περισσότερου ζεστού και κρύου νερού απ' ότι είναι συνήθως συνδεδεμένο με την παραγωγή ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι μεγάλες επιφάνειες από εναλλάκτες θερμότητας θα απαιτούνται από κλειστού τύπου εργοστάσια ΜΩΘΕ (οι οποίοι θα χρησιμοποιούν κάποιο εργαζόμενο ρευστό όπως η αμμωνία), ή ότι αεροποιητές (για την απομάκρυνση αερίων διαλυμένων στο θαλασσινό νερό) και τεράστιοι ατμοστρόβιλοι θα απαιτούνται για ανοιχτού κύκλου εργοστάσια ΜΩΘΕ που θα λειτουργούν με τη στιγμιαία εξάτμιση θαλασσινού νερού. Έτσι, παρότι η ολική απόδοση ενός τέτοιου εργοστασίου πρέπει να είναι οπωσδήποτε θετική και όσο το δυνατόν μεγαλύτερη είναι εφικτό, η κύρια οικονομική ερώτηση είναι το κόστος που προέρχεται από την ηλεκτρική ενέργεια ΜΩΘΕ και όχι η πραγματική τιμή της ολικής απόδοσης. Επιπλέον, τα οικονομικά της ΜΩΘΕ αρκετά συχνά αντιλαμβάνονται σαν να είναι συνδεδεμένα και σχετικά μ' αυτά των κατώτερων κύκλων, οι οποίοι χρησιμοποιούν την αποβαλλόμενη θερμότητα από τα συμβατικά ηλεκτρικά εργοστάσια για να λειτουργήσει ένας κύκλος ισχύος Rankine παρόμοιος μ'αυτόν της ΜΩΘΕ. Όμως η βιωσιμότητα αυτών των κύκλων και των κύκλων ΜΩΘΕ έχουν στην πραγματικότητα διαφορετικά τεχνικά και οικονομικά προβλήματα με σχετικά ανεξάρτητες λύσεις. Σ'αυτό το σημείο μια απλή σύγκριση μπορεί να δώσει κάποια στοιχεία για τη δυναμικότητα του ενεργειακού αποθέματος που είναι διαθέσιμό από τη ΜΩΘΕ. Η θερμοκρασιακή διαφορά είναι ανάλογη με το πιεζομετρικό ύψος, κάθε βαθμός Κελσίου αντιστοιχεί σε ύψος 427 m. Έτσι η θερμοκρασιακή 63

69 διαφορά των 21 ο C θα έπρεπε να αντιστοιχεί σε ύψος νερού ίσο με 8976 m εάν ήταν εφικτή απόδοση μετατροπής 100%. Ομως, παρότι αυτό το πιεζομετρικό ύψος μπορεί να μετατραπεί σε θερμοκρασιακή αύξηση 21 ο C, η διαδικασία δεν είναι αντιστρέψιμη. Δηλαδή μια θερμοκρασιακή διαφορά 21 ο C δεν μπορεί να μετατραπεί στο αντίστοιχο πιεζομετρικό ύψος, αλλά μόνο στο ποσοστό του θεωρητικού ύψους που αντιστοιχεί στην ολική θερμοδυναμική απόδοση. Έτσι, με ολική απόδοση μετατροπής 2.5 ο C ένα ύψος 224 m θα ήταν εφικτό. Η αναλογία της ΜΩΘΕ με την ηλιακή υδροενέργεια είναι πάλι προφανής. Είναι σαν μια μεγάλη ποσότητα νερού από τους ωκεανούς του κόσμου να είναι παγιδευμένη πίσω από αόρατα θερμικά φράγματα σημαντικού ύψους. 2.3 ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΑΠΕ ΣΕ ΚΤΙΡΙΑ Ηλιακή ενέργεια Η ηλιακή ενέργεια όντας η ποιο εκμεταλλεύσιμη μορφή ενέργειας για τις κατοικίες, μπορεί να αξιοποιηθεί με τους παρακάτω τρόπους: α Ηλιακοί συλλέκτες Η πρώτη, άμεση χρήση της ηλιακής ενέργειας είναι η θέρμανση των ίδιων των ανθρώπων, των χώρων που κατοικούν και εργάζονται, του νερού που χρησιμοποιούν, αλλά και φούρνων για την παρασκευή φαγητού. Αυτές είναι παλιές, παραδοσιακές πρακτικές που σήμερα χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο, μαζί με νέες πρακτικές. Ολόκληρα νοικοκυριά μπορούν να πάρουν το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που χρειάζονται για θέρμανση, ζεστό νερό αλλά και δροσισμό, από τη θερμότητα της ηλιακής ακτινοβολίας. Η θερμότητα που προσφέρει ο ήλιος αξιοποιείται επίσης στα θερμοκήπια, καθώς και για την ξήρανση γεωργικών προϊόντων. Ο άνθρωπος εκμεταλλεύεται τη θερμότητα του ήλιου με τη χρήση των θερμικών ηλιακών συστημάτων. Τα συστήματα αυτά συλλέγουν την ηλιακή ακτινοβολία και τη μετατρέπουν σε θερμότητα. 64

70 Ο καλύτερος προσανατολισμός για την τοποθέτηση των ηλιακών θερμοσιφώνων (ακριβέστερα των ηλιακών συλλεκτών) είναι ο νότιος, για να εκμεταλλεύεται ο θερμοσίφωνας όσο περισσότερες ώρες ηλιοφάνειας γίνεται. Απόκλιση μέχρι 15 μοίρες από τον νότο δεν έχει μεγάλη επίπτωση στην απόδοσή του. Σε μεγαλύτερη απόκλιση παρατηρείται μείωση της απόδοσης. Ακόμα η κλίση του ηλιακού συλλέκτη πρέπει να είναι μοίρες. Μεγαλύτερη ή μικρότερη κλίση μειώνει την απόδοση. Οι προβλεπόμενες συνδέσεις για την λειτουργία του είναι δύο υδραυλικές (είσοδος κρύου νερού, έξοδος ζεστού νερού χρήσης) και μία ηλεκτρική (ηλεκτρική αντίσταση). Στην είσοδο του κρύου νερού πρέπει να τοποθετηθεί βάνα για να είναι δυνατή η απομόνωσή του από το δίκτυο σε περίπτωση συντήρησης ή επισκευής. Καλό είναι στις υδραυλικές σωληνώσεις να τοποθετηθεί βαλβίδα ασφαλείας έναντι υπερπίεσης και αυτόματο εξαεριστικό, αν δεν υπάρχουν ήδη ενσωματωμένα από τον κατασκευαστή. Καλό είναι επίσης στην σωλήνωση εξόδου του ζεστού νερού χρήσης να τοποθετηθεί εξωτερικό μονωτικό περίβλημα καλής ποιότητας. Χρειάζεται στοιχειώδης συντήρηση, κυρίως καθαρισμός των πλακών επιφανειακά, αντικατάσταση της αντιδιαβρωτικής προστασίας όποτε αυτό απαιτείται σύμφωνα με τον κατασκευαστή και συμπλήρωση με αντιψυκτικό υγρό τον χειμώνα (μόνο στους ηλιακούς θερμοσίφωνες κλειστού κυκλώματος). Ακόμα σε περιπτώσεις ισχυρού ψύχους (χιόνι, παγετός κλπ) συνιστάται η κάλυψη των κρυστάλλων με πανί ή χαρτόνι για να αποφευχθεί η καταστροφή τους (θραύση). Σημειώνεται ότι η κάλυψη των κρυστάλλων δεν προσφέρει καμία προστασία σε περίπτωση θερμοσιφώνων ανοικτού κυκλώματος. Το μόνο αποτελεσματικό μέτρο σε τέτοιες περιπτώσεις είναι το πλήρες άδειασμα του θερμοσίφωνα από το νερό μέχρι να αυξηθεί η θερμοκρασία του περιβάλλοντος πάνω από το μηδέν β Φ/Β συστήματα Τα Φ/Β μπορούν να τοποθετηθούν σε οικόπεδα, στέγες (επίπεδες ή κεκλιμένες)ή και σε προσόψεις κτιρίων. Παρέχονται σε διάφορα μεγέθη και μπορούν π.χ. να υποκαταστήσουν τμήμα μιας κεραμοσκεπής (μειώνοντας 65

71 αντίστοιχα και το κόστος) ή τα υαλοστάσια σε μια πρόσοψη ή να χρησιμοποιηθούν σαν φωταγωγοί(skylights).ηδη παράγονται και Φ/Β κεραμίδια που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη θέση των κανονικών κεραμιδιών. Τα Φ/Β μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως σκίαστρα πάνω από παράθυρα(βοηθώντας έτσι και στη μείωση των εξόδων κλιματισμού).επίσης σε πέργκολες και στέγαστρα χώρων στάθμευσης. Παρέχονται σε διάφορα χρώματα(κατόπιν παραγγελίας)και σε διάφορα πάχη διαφάνειας για ειδικές αρχιτεκτονικές εφαρμογές. Διατίθενται επίσης σήμερα διαφανή Φ/Β, για προσόψεις εμπορικών κτιρίων, με θερμομονωτικές ιδιότητες αντίστοιχες με αυτές των υαλοστασίων χαμηλής εκπεμψιμότητας (low-e)που επιτυγχάνουν πέραν της ηλεκτροπαραγωγής και εξοικονόμηση ενέργειας 15-30% σε σχέση με κτίριο με συμβατικά υαλοστάσια. Για την τοποθέτηση των Φ/Β πλαισίων σε ένα κτίριο, υπάρχουν 4 βασικοί τρόποι: α)τοποθέτηση σε κεκλιμένα στηρίγματα, β)τοποθέτηση σε ειδική βάση προσαρμοζόμενη στο εξωτερικό του κελύφους, γ)απ ευθείας τοποθέτηση και δ)ενσωμάτωση των Φ/Β στο κέλυφος του κτιρίου. Τα Φ/Β μπορεί να είναι με ή χωρίς πλαίσιο(συνήθως από αλουμίνιο).τα πρώτα χρησιμοποιούνται σε κεκλιμένες στέγες(ενσωματωμένα ή πρόσθετα) ή σε επίπεδες οροφές, ενώ τα δεύτερα σε προσόψεις(σαν κοινός υαλοπίνακας) ή τοιχώματα. Διάφορες δυνατότητες τοποθέτησης Φ/Β συστημάτων πάνω σε ένα κτίριο φαίνονται στο επόμενο σχήμα. 66

72 Παρακάτω βλέπετε φωτογραφίες από διάφορες εγκαταστάσεις Φ/Β συστημάτων στον κτιριακό τομέα: Αιολική ενέργεια Οι μικρές ανεμογεννήτριες αποτελούν κατάλληλη και βιώσιμη λύση για περιοχές χωρίς πρόσβαση σε ηλεκτρικό δίκτυο. Όπως και άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (π.χ. τα φωτοβολταϊκά), μικρές ανεμογεννήτριες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε αυτόνομα ή υβριδικά συστήματα για παραγωγή 67

73 ηλεκτρικού ρεύματος, ενώ μικρά οικιακά και εμπορικά συστήματα μπορούν να συνδεθούν στο δίκτυο τροφοδοτώντας το με περίσσεια πράσινης ενέργειας και παρέχοντας ένα συμπληρωματικό εισόδημα στον ιδιοκτήτη τους. Ο άνεμος είναι μία ανεξάντλητη πηγή ενέργειας, η οποία μάλιστα παρέχεται δωρεάν. Η αιολική ενέργεια ενισχύει την ενεργειακή ανεξαρτησία και ασφάλεια και προστατεύει τον πλανήτη, καθώς αποφεύγονται οι εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου που αποσταθεροποιούν το παγκόσμιο κλίμα. Μια μικρή ανεμογεννήτρια που αντικαθιστά μια ηλεκτρογεννήτρια σε ένα εξοχικό ή μια αγροικία, μας βοηθά να αποφύγουμε την έκλυση περίπου 2 κιλών διοξειδίου του άνθρακα για κάθε κιλοβατώρα που χρησιμοποιούμε. Η μελέτη ενός συστήματος ανεμογεννήτριας (Α/Γ), περιλαμβάνει την αεροδυναμική σχεδίαση και τη μελέτη εφαρμογής, στην οποία περιλαμβάνονται η μηχανολογική μελέτη και σχεδίαση, η μελέτη του ηλεκτρολογικού συστήματος και τα ηλεκτρολογικά συστήματα ελέγχου και ασφαλείας. Η αεροδυναμική σχεδίαση αποτελεί προϋπόθεση για τον σχεδιασμό ενός συστήματος δέσμευσης και μετατροπής της ενέργειας του ανέμου, ενώ η ηλεκτρομηχανολογική μελέτη είναι το αμέσως επόμενο και αναγκαίο στάδιο για την υλοποίηση ενός τέτοιου συστήματος, κατά τον αποδοτικότερο και πλέον συμφέροντα τεχνοοικονομικό τρόπο Γεωθερμική ενέργεια H εκμετάλλευση καλό είναι να γίνεται σε γνωστά γεωθερμικά πεδία γιατί αλλιώς τα αποτελέσματα σε τυχαίες γεωτρήσεις είναι πιθανό να μην αποδώσουν. H τεχνική διαδικασία της γεώτρησης γίνεται ως εξής: Tα διατρυπημένα εδάφη συγκρατούνται από χαλύβδινες σωληνώσεις ή με σωληνώσεις από υλικά με βάση τον υαλοβάμβακα και τις ρητίνες. Aν η πίεση του θερμικού ρευστού της γεώτρησης είναι ανεπαρκής ώστε να γίνει αρτεσιανή διαπίδυση, η εγκατάσταση μπορεί να λειτουργήσει με χρήση εμβαπτισμένων αντλιών (χαρακτηρίζονται συνήθως με τον όρο υποβρύχιες αντλίες βαθέων φρεάτων) που καταβιβάζονται στο απαραίτητο βάθος ώστε η παροχή θερμικού ρευστού από τη γεώτρηση να εξισορροπείται με τη ζήτηση. H αντλία αυτή μπορεί να λειτουργήσει είτε με άμεσα ενσωματωμένο κινητήρα 68

74 (εμβαπτισμένη αντλία), είτε με κινητήρα που βρίσκεται στην επιφάνεια (αντλία με κατακόρυφο άξονα). Για τη γεώτρηση χρησιμοποιείται συνήθως η μέθοδος διάτρησης που είναι γνωστή με το όνομα rotary. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται διάτρητο τρυπάνι που περιστρέφεται από κατάλληλο μηχανισμό που βρίσκεται στο άνω μέρος. Aπό το εσωτερικό του τρυπανιού διοχετεύεται νερό υπό πίεση που δρα ως λιπαντικό κατά τη διάτρηση. Kατά την κάθοδο του συστήματος προσαρμόζονται οι εξωτερικές σωληνώσεις. H έξοδος των προϊόντων διάτρησης και νερού γίνεται από το διάκενο μεταξύ του τρυπανιού και των ήδη προσαρμοσμένων σωλήνων. Aνά διαστήματα και ενόσω προχωρεί το τρυπάνι ανοίγοντας το φρέαρ βιδώνονται από το άνω τμήμα τόσο τεμάχια τρυπανιού όσο και σωλήνες. Όταν ολοκληρωθεί η διάτρηση και βρεθεί η γεωθερμική δεξαμενή τότε ο χώρος μεταξύ σωλήνωσης και εδάφους συμπληρώνεται με σκυρόδεμα ώστε να στερεωθεί ο εμπεπηγμένος σωλήνας που με τον τρόπο αυτό ταυτόχρονα μονώνεται. Mετά τη γεώτρηση και ανάλογα με τις δυνατότητες της γεώτρησης και τις ανάγκες μπορεί να ακολουθηθούν οι εξής διαδικασίες: Eκμετάλλευση με ένα φρέαρ. Aν το γεωθερμικό ρευστό δεν περιέχει άλατα τότε αυτό μετά την απόληψη της θερμότητας, μπορεί να απορρίπτεται στην επιφάνεια του εδάφους ή σε ρέοντα ύδατα (ποταμούς, χειμάρρους κτλ.). Στην περίπτωση αυτή δεν είναι δυνατό να κατασκευαστεί σημαντική εγκατάσταση εκτός αν το νερό που εξάγεται αναπληρώνεται. Σε αντίθετη περίπτωση κατέρχεται η στάθμη του γεωθερμικού στρώματος (ταμιευτήρας) και κατά αντιστοιχία η δυνατότητα απόδοσης της γεώτρησης. Mε την προϋπόθεση τήρησης της παραγωγής, η εκμετάλλευση με ένα μόνο φρέαρ εξασφαλίζει τήρηση της θερμοκρασίας για μεγάλο διάστημα. Όταν η φυσική ανατροφοδότηση του γεωθερμικού πεδίου είναι επαρκής η τεχνική αυτή μέθοδος εκμετάλλευσης είναι πολύ οικονομική αλλά εξαρτάται από την ποιότητα και την ποσότητα του νερού. Εκμετάλλευση με επανεισροή του γεωθερμικού ρευστού στη γη σε ανοιχτό βρόχο (δίπολο κτλ.). Στην περίπτωση αυτή η εγκατάσταση περιλαμβάνει δυο ξεχωριστές γεωτρήσεις που από τη μια αντλείται το γεωθερμικό ρευστό κοντά στη θέση απόληψης της θερμότητας ενώ από την 69

75 άλλη συμπιέζεται το ρευστό προς το υπέδαφος από ένα φρέαρ φόρτισης που βρίσκεται σε κάποια απόσταση που υπολογίζεται. H απόσταση μεταξύ των γεωτρήσεων, στη στάθμη του ταμιευτήρα, θα πρέπει να είναι τέτοια ώστε το μέτωπο ψύξης να μην μπορεί να φτάσει τη θέση άντλησης παρά μετά από χρονικό διάστημα επαρκές για την απόσβεση της εγκατάστασης (της τάξης των 30 ετών). Mε τη μέθοδο αυτή δεν απορρίπτεται αλμυρό νερό στην επιφάνεια της γης μολύνοντας το περιβάλλον σε περίπτωση που το γεωθερμικό ρευστό έχει αυξημένη αλατότητα ενώ ταυτόχρονα εξασφαλίζεται η δυνατότητα τήρησης σταθερής πίεσης. H μέθοδος αυτή είναι πιο ακριβή σε σχέση με την προηγούμενη. Mπορεί να χρησιμοποιηθεί με γεωτρήσεις που αποκλίνουν, με γεωτρήσεις σταθερής απόστασης ή με μια κατακόρυφη γεώτρηση και μια αποκλίνουσα. Aνάλογα με την ποιότητα του γεωθερμικού ρευστού χρησιμοποιείται ή όχι εναλλάκτης θερμότητας σε συνδυασμό ή όχι με αντλία θερμότητας. Σε κάθε θέση εκμετάλλευσης πρέπει να προηγηθεί η κατάλληλη προμελέτη που σχετίζεται ιδιαίτερα με τη γεωλογική σύσταση του υπεδάφους, την ποιότητα του γεωθερμικού ρευστού και την απόδοσή του. Aν απαιτηθεί, αντί για δίπολο μπορεί να γίνει τετράπολο γεωτρήσεων ή πολύπολο, πάντα όμως με τη λογική της θερμικής και υδρολογικής επάρκειας του ταμιευτήρα. Eκμετάλλευση με επανεισροή ρευστού στη γη σε κλειστό βρόχο. Mε τον τρόπο αυτό γίνεται κυρίως εκμετάλλευση της αβαθούς υπεδαφικής θερμότητας. H μέθοδος εφαρμόζεται είτε με κατακόρυφο φρέαρ στο οποίο εισάγεται βρόχος, συχνά από πλαστικούς σωλήνες, είτε με οριζόντιο απλό ή πολλαπλό βρόχο από πλαστικούς ή μεταλλικούς σωλήνες στους οποίους κυκλοφορεί το ρευστό σε κλειστό κύκλωμα. Oι ετήσιες δαπάνες απόσβεσης μιας γεωθερμικής εγκατάστασης είναι σχετικά υψηλές ενώ τα έξοδα λειτουργίας της περιορισμένα. Eίτε πρόκειται για μια απλή εγκατάσταση ενός φρέατος, είτε πρόκειται για δίπολο κτλ. είναι αναγκαίο να χρησιμοποιείται το θερμό νερό καθά όλη τη διάρκεια του έτους και κατά το δυνατό έτσι ώστε να αποδίδεται όλη η θερμική του ενέργεια ακόμη και στις πιο χαμηλές θερμοκρασίες. Oι δυνατότητες χρήσης μιας γεωθερμικής πηγής χαμηλής ή πολύ χαμηλής ενθαλπίας ή ακόμη και η χρήση της αβαθούς υπεδαφικής 70

76 θερμότητας είναι πολλαπλές. Έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε θέρμανση ή και κλιματισμό διαμερισμάτων, σε παραγωγή θερμού νερού χρήσης ή για βιομηχανικούς λόγους, στη θέρμανση εργοστασίων ή αγροτικών κτιρίων, στην ξήρανση αγροτικών προϊόντων, σε ιχθυοκαλλιέργειες, σε θερμοκήπια, σε θερμά λουτρά για ιατρικούς λόγους κτλ. Σε πολλές περιπτώσεις είναι σημαντικό να συνδυαστούν διάφοροι χρήστες σε ποικιλία χρήσεων. Έτσι για παράδειγμα η περίοδος ξήρανσης αγροτικών προϊόντων δε συμπίπτει με τη θέρμανση κτιρίων ενώ ακόμη είναι δυνατό η μια χρήση να ακολουθεί την άλλη ώστε με το νερό εξόδου να εκτελείται μια άλλη χρήση κ.ο.κ. Tέλος σε πολλές περιπτώσεις θα ήταν δυνατό να αξιοποιηθούν τα γεωθερμικά πεδία για τη θέρμανση ή τον κλιματισμό οικισμών ή και μικρών πόλεων. Διάρκεια ζωής. H διάρκεια ζωής μιας γεωθερμικής εγκατάστασης ή ο χρόνος λειτουργίας της με μια συγκεκριμένη σταθερή θερμοκρασία εξαρτάται κυρίως από τη μέση παροχή του ρευστού που επανεισάγεται, από την απόσταση μεταξύ των σημείων άντλησης και φόρτισης στον ταμιευτήρα και από το ωφέλιμο ύψος του ταμιευτήρα. Tο ωφέλιμο ύψος μετριέται χάρη στα ηλεκτρικά γραφήματα που πραγματοποιούνται στο τέλος κάθε γεώτρησης. Iδιαίτερα, η μέτρηση της παροχής επιτρέπει να μετρηθεί σε ποιο ποσοστό συμμετέχουν οι διάφορες ζώνες του ταμιευτήρα στην ολική παραγωγή. Θεωρείται ότι οι ζώνες θα απορροφήσουν κατά τις ίδιες αναλογίες τις ποσότητες που θα φορτιστούν. Έτσι είναι δυνατό να διαπιστωθεί ότι το σύστημα θα έχει επαρκή διάρκεια ζωής ώστε να αποσβεστούν οι δαπάνες που απαιτήθηκαν για την εγκατάστασή του. H χρήση αντλιών θερμότητας στα κτίρια σε συνδυασμό με τα γεωθερμικά πεδία Eίναι γεγονός ότι μέχρι τώρα δεν έχουν γίνει στην Eλλάδα παρά μόνο πειραματικές προσπάθειες για την αξιοποίηση των γνωστών γεωθερμικών πεδίων. Δείγματα εγκαταστάσεων από άλλες χώρες επιτρέπουν τη διαπίστωση ότι υπάρχουν πολλές δυνατότητες αξιοποίησης των γεωθερμικών πεδίων για τις ανάγκες θέρμανσης και δροσισμού ή και ψύξης των κτιρίων, ιδιαίτερα με τη χρήση αντλιών θερμότητας. Ως γνωστό οι αντλίες θερμότητας χρησιμοποιούν τον κύκλο συμπίεσης ατμού για να μεταφέρουν θερμότητα από ένα χώρο σε άλλο. Στην περίπτωση θέρμανσης του κτιρίου, ο κύκλος αρχίζει καθώς το υγρό ψυκτικό 71

77 ρευστό της αντλίας θερμότητας διέρχεται από τον εναλλάκτη θερμότητας (εξατμιστήρα) και απορροφά θερμότητα από την πηγή απόληψης θερμότητας (ρευστό που κυκλοφορεί από τη σύνδεση με τη γη). Tο ψυκτικό ρευστό της αντλίας εξατμίζεται σε αέριο καθώς απορροφά θερμότητα. Tο ψυκτικό σε αέρια μορφή περνά τότε από το συμπιεστή όπου συμπιέζεται και φτάνει τους 80 C. Tο θερμό αέριο κυκλοφορεί μέσα από έναν εναλλάκτη ψυκτικού / αέρα ή νερού όπου στο συμπυκνωτήρα αποδίδεται η θερμότητα που διακινείται προς το χώρο. Όταν το ψυκτικό ρευστό της αντλίας θερμότητας χάσει τη θερμότητα που είχε αλλάζει πάλι σε υγρό. Tο ψυχρό πια και σε υγρή μορφή ψυκτικό ρευστό περνά από τη βαλβίδα στραγγαλισμού και η διαδικασία επαναρχίζει. Kατά σχετικά αντίστροφη διαδικασία λειτουργεί η αντλία θερμότητας προκειμένου να αφαιρεθεί θερμότητα από το χώρο και να αποδοθεί στον ταμιευτήρα του γεωθερμικού ρευστού. Παρά το γεγονός ότι οι αντλίες θερμότητας αποτελούν γενικά σύνθετες κατασκευές λειτουργούν θαυμάσια και είναι αξιόπιστα μηχανήματα. Iδιαίτερη σημασία κατά τη λειτουργία των αντλιών θερμότητας σε συνεργασία με γεωθερμικά πεδία έχει ο συνδυασμός τους με το είδος των γεωθερμικών ρευστών που εμφανίζουν πολλές φορές, όπως αναφέρθηκε, διαβρωτικές ιδιότητες. Mε βάση αυτό το γεγονός, τις δυνατότητες του γεωθερμικού ταμιευτήρα και τις φυσικοχημικές ιδιότητες του γεωθερμικού ρευστού πρέπει να ακολουθεί ο σωστός υπολογισμός του μεγέθους των αντλιών θερμότητας σε συσχέτιση με την υπόλοιπη εγκατάσταση κλιματισμού. Aπό πολλές επιστημονικές εργασίες που έχουν ανακοινωθεί σε Eπιστημονικά Συνέδρια (όπως του Iνστιτούτου Hλιακής Tεχνικής) φαίνεται ότι υπάρχει δυνατότητα εφαρμογής ακόμη και τηλεθέρμανσης οικισμών ή ειδικών μονάδων κτιρίων όπως Nοσοκομειακών Mονάδων, Δημόσιων Kτιρίων (Στρατώνων, Σωφρονιστικών Kαταστημάτων, Σχολικών Kτιρίων κτλ.), Ξενοδοχειακών Mονάδων κ.ά. Bέβαια για κάθε παρόμοια εγκατάσταση θα πρέπει να γίνουν οι απαραίτητες μελέτες σκοπιμότητας και οι σωστές μελέτες εγκατάστασης με τα κατάλληλα υλικά και με επιλεγμένες προδιαγραφές. 72

78 Αντλίες θερμότητας Είναι πλέον ξεκάθαρο σε όλο τον τεχνικό κόσμο ότι η χρήση των αντλιών θερμότητας για θέρμανση το χειμώνα αποτελεί την πλέον οικονομική λύση θέρμανσης για κατοικίες και επαγγελματικούς χώρους. Η άνοδος της τιμής του πετρελαίου και η αυξανόμενη ρύπανση του περιβάλλοντος από την καύση (ιδιαίτερα σε αστικό περιβάλλον που είναι ιδιαίτερα επιβαρημένο σε ρύπους) επιβάλλουν την επανεξέταση του συμβατικού τρόπου θέρμανσης των κτιρίων και την επιλογή λύσεων που εξοικονομούν ενέργεια & πόρους από το περιβάλλον. Ο λόγος που η θέρμανση με χρήση αντλιών θερμότητας είναι σημαντικά οικονομικότερος από τη συμβατική θέρμανση με καύση οφείλεται στην άντληση θερμότητας από το εξωτερικό περιβάλλον. Η ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνεται δεν μετατρέπεται σε θερμική, (όπως συμβαίνει στις ηλεκτρικές θερμάστρες) αλλά χρησιμοποιείται για την κίνηση ενός ηλεκτρικού συμπιεστή και την άντληση θερμότητας από & προς το περιβάλλον. Ο λόγος της αντλούμενης θερμικής ενέργειας προς την απορροφούμενη ηλεκτρική ενέργεια, δηλαδή ο βαθμός αποδοτικότητας COP (Coefficient of performance) στις σύγχρονες αντλίες θερμότητας κυμαίνεται από 2,5 έως 5, ανάλογα με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται (Inverter hi-efficiency heat exchangers control) & τις θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Η χώρα μας βρίσκεται σε μια γεωγραφική περιοχή όπου η θέρμανση μέσω της άντλησης θερμότητας μπορεί να καλύψει πλήρως τις ανάγκες θέρμανσης στα 73

79 3/4 του πληθυσμού (Κεντρική & Νότια Ελλάδα _ Γεωγραφικές Ζώνες Α & Β) Για να ποσοτικοποιήσουμε την οικονομικότητα της χρήσης των αντλιών θερμότητας ας δούμε το ακόλουθο παράδειγμα, που αφορά τη μέση κατοικία στην Ελλάδα, με επιφάνεια 90 τετρ. μέτρα και θερμικές απώλειες 10 kw Παρατηρούμε ότι με την χρήση των αντλιών θερμότητας για θέρμανση έχουμε οικονομία έως και 64% σε σχέση με συμβατικό λεβητοστάσιο με καύση πετρελαίου!!τα αποτελέσματα της ανάλυσης παρουσιάζονται και γραφικά στον ακόλουθο πίνακα: 74

80 Εύκολα αντιλαμβανόμαστε την σημασία επιλογής μιας κλιματιστικής μονάδας με υψηλό βαθμό απόδοσης & ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΛΑΣΗ Α, που ενώ έχει υψηλότερο κόστος αγοράς, εξασφαλίζει πολύ χαμηλότερο ετήσιο κόστος λειτουργίας. Ειδικότερα αν η μέση ετήσια ενέργεια που απαιτείται για θέρμανση μιας κατοικίας είναι 8000 ~ 9000 kwh/έτος (που ισοδυναμεί με ετήσια κατανάλωση πετρελαίου 1000 λίτρα), το ετήσιο κόστος λειτουργίας ενός συστήματος θέρμανσης με χρήση αντλίας θερμότητας και βαθμό αποδοτικότητας COP 5 είναι 210. Από την άλλη πλευρά μια αντλία θερμότητας με χαμηλό βαθμό COP 2,5 θα έχει διπλάσιο ετήσιο κόστος ήτοι 425. Πόσο τελικά συμφέρει η αγορά μιας αντλίας θερμότητας no-branded και χαμηλού βαθμού απόδοσης και αξιοπιστίας; Ελάχιστα έως καθόλου αν υπολογίσουμε ότι το υψηλότερο κόστος αγοράς αντλιών θερμότητας με υψηλό COP/ΕΕR αποσβένεται σε λιγότερο από 5 πέντε έτη, από την εξοικονόμηση λειτουργικού κόστους που προσφέρει σε σχέση με την ίδιας ισχύος μονάδα με χαμηλό COP/ ΕΕR (ακόμα και αν είναι 30%~40% φθηνότερη) 75