«Πηγές Ενέργειας και Μετατροπή τους σε Ηλεκτρική Ενέργεια»

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ «Πηγές Ενέργειας και Μετατροπή τους σε Ηλεκτρική Ενέργεια» Διπλωματική εργασία της Ελένης Σιούγγαρη ΑΕΜ:6184 Επιβλέπων καθηγητής: Αναστάσιος Μπακιρτζής Θεσσαλονίκη, Μάρτιος 2013

2 2

3 Ευχαριστίες Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον Καθηγητή κ. Αναστάσιο Μπακιρτζή, Καθηγητή Α.Π.Θ., για την ανάθεση της διπλωματικής εργασίας, την εμπιστοσύνη που μου έδειξε και τις πολύτιμες συμβουλές του πάνω σε ζητήματα που με απασχόλησαν. Επιπλέον, θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου που με στήριξε καθ όλη τη διάρκεια των σπουδών μου. Θεσσαλονίκη, Μάρτιος 2013 Σιούγγαρη Ελένη 3

4 Περίληψη Στην παρούσα εργασία, εξετάζονται μία προς μία οι πηγές ενέργειας που μετατρέπονται σε ηλεκτρική. Πιο συγκεκριμένα, αναλύονται διαχρονικά οι τρόποι μετατροπής τους και παρουσιάζονται οι νέες μέθοδοι, βελτιωμένες ως προς την αποδοτικότητα ή ως προς τη φιλικότητά τους προς το περιβάλλον, που βρίσκονται αυτή την εποχή υπό έρευνα. Γίνεται ειδική αναφορά για κάθε πηγή ενέργειας στην ύπαρξη αποθεμάτων της και στη δυνατότητα πρόσβασης σε αυτά, στην απόδοση της (θερμική και οικονομική) και στις περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τη χρήση της. Για κάθε πηγή δίνεται μεγαλύτερη έμφαση στη δυνατότητα εφαρμογής της στον ελληνικό χώρο, καθώς και η μέχρι τώρα κατάσταση. Παρουσιάζονται συγκριτικοί πίνακες της πορείας του ελληνικού συστήματος σε αντιπαραβολή με την παγκόσμια κατάσταση. Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την ηλεκτροπαραγωγή αναλύονται ξεχωριστά και εξετάζονται οι τρόποι αποφυγής ή περιορισμού τους, καθώς και τα μέτρα που θεωρούνται αναγκαία προς αυτή την κατεύθυνση. Γίνεται τέλος μια αναφορά στο καθεστώς που ισχύει στην Ελλάδα για την ηλεκτροπαραγωγή. Με νόμο 2773/1999 αρχίζει η απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα, που ευνοεί την αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και τη διανεμημένη παραγωγή. Λέξεις κλειδιά: Πηγές Ενέργειας, Μετατροπή σε Ηλεκτρική Ενέργεια, Άνθρακας, Πετρέλαιο, Φυσικό Αέριο, Πυρηνική Ενέργεια, Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, Κόστος, Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις, Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας στην Ελλάδα 4

5 Abstract In the present thesis, there is a full one-by-one examination of the power sources, which are convertible to electrical power. Furthermore, the ways of conversion are analysed over time and new ameliorated, as it concerns their efficiency or their environmental friendliness, methods are presented, which are currently under research. For every power source, there is a special report about their existing reserves and the possibility of having access to them, their efficiency (thermal or economic) and the environmental impact of their use. For each source, more emphasis is given on their possible applicability in Greece, as on their current situation. In addition, tables, comparing the course of the Greek system to the worldwide conditions, are cited. The environmental impact of electricity generation is analysed separately. Moreover, there is an examination of ways to prevent or reduce that impact and also measures that are considered necessary for this direction. In conclusion, there is a report of the current electric generation scheme in Greece. According to law 2773/1999, the liberisation of the electricity market is established in Greece, stimulating the utilisation of renewable energy sources and the distributed production. Key words: Power Sources, Conversion into Electrical Power, Coal, Oil, Natural Gas, Nuclear Power, Renewable Energy Sources, Cost, Environmental Impact, Electricity Generation in Greece 5

6 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 8 2. ΑΝΘΡΑΚΑΣ ΕΛΛΗΝΙΚΟΙ ΛΙΓΝΙΤΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΤΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ ΚΑΥΣΤΗΡΕΣ ΑΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗ - ΒΕΛΤΙΩΜΕΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΟΝΑΔΕΣ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΘΡΑΚΑ ΑΛΛΟΘΕΡΜΙΚΗ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΕΛΛΗΝΙΚΩΝ ΛΙΓΝΙΤΩΝ ΕΝΤΟΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΚΛΙΒΑΝΟΥ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ- ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ Η ΨΥΞΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΠΑΡΚΑ ΚΥΨΕΛΕΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ (FUEL CELLS) ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΣΥΝΤΗΞΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ ΥΔΡΑΝΤΛΗΤΙΚΑ ΕΡΓΟΣΤΑΣΤΙΑ ΜΙΚΡΑ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΗΛΙΑΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΒΙΟΜΑΖΑ ΩΚΕΑΝΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΥΜΑΤΩΝ) ΚΟΣΤΟΣ-ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΟΙ ΠΙΝΑΚΕΣ 98 6

7 8. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΕΠΙΒΑΡΥΝΣΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΟΞΙΝΗ ΒΡΟΧΗ ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΩΝ ΥΔΑΤΩΝ ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ-ΑΠΟΒΛΗΤΑ ΔΙΑΤΑΡΑΞΗ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΞΑΝΤΛΗΣΗ ΑΠΟΘΕΜΑΤΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΜΕΤΡΑ ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΙΩΣΗ ΤΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΔΕΗ ΑΠΕΛΕΥΘΕΡΩΣΗ ΤΗΣ ΑΓΟΡΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ ΚΑΙ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ - ΑΝΑΦΟΡΕΣ 135 7

8 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σαν ενέργεια ορίζεται η ικανότητα ενός σώματος να παράγει έργο λόγω της κίνησης, της θέσης ή της κατάστασής του. Για να πραγματοποιήσει η ανθρωπότητα τις κάθε φύσης δραστηριότητές της, από την αρχή ακόμα της οργάνωσής της σε μικρές ομάδες, είχε ανάγκη από πηγές που θα μπορούσαν να καλύψουν τις μικρές, αρχικά, απαιτήσεις της σε ενέργεια. Αυτές οι πηγές ήταν τα καυσόξυλα, το κάρβουνο, η τύρφη, το άχυρο, τα ζωικά έλαια, η δύναμη των οικιακών ζώων, η κοπριά τους, η κινητική ενέργεια των ποταμών και του αέρα, και βέβαια η ανθρώπινη μυϊκή δύναμη. Η βιομηχανική επανάσταση συνδέθηκε με τη χρήση από τον άνθρωπο σημαντικών ποσοτήτων ενέργειας, που οδήγησε στην ανάγκη αναζήτησης νέων πηγών. Οι πρώτες πηγές που εξυπηρετούν την αυξημένη ζήτηση είναι ο λιθάνθρακας, το πετρέλαιο και η εντατικότερη εκμετάλλευση των υδατοπτώσεων. Η έρευνα για πρακτική αξιοποίηση του ηλεκτρισμού έρχεται να δώσει μια νέα διέξοδο στο πρόβλημα αυτό. Οι πρώτες αξιόλογες εγκαταστάσεις ηλεκτρικής ενέργειας υλοποιούνται ταυτόχρονα στη Νέα Υόρκη και στο Λονδίνο το Είναι εγκαταστάσεις 60kW με συνεχές ρεύμα τάσης 110V. Με την επικράτηση του εναλλασσόμενου ρεύματος, που επέτρεπε τη χρήση μετασχηματιστών, γίνεται δυνατή η χρήση υψηλότερων τάσεων και κατ επέκταση η οικονομική μεταφορά της νέας ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις από τις μονάδες παραγωγής. Έτσι δίνεται νέα ώθηση στην εξάπλωση του ηλεκτρισμού. Μετά τον 2 ο Παγκόσμιο Πόλεμο, η αύξηση της ζήτησης της ηλεκτρικής ενέργειας είναι τέτοια, ώστε η ανάπτυξη εκτεταμένων και αξιόπιστων δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας να θεωρείται απαραίτητο έργο υποδομής. Σήμερα ο ηλεκτρισμός θεωρείται είδος πρώτης ανάγκης και η οργάνωση της καθημερινής μας ζωής, αλλά και όλων σχεδόν των οικονομικών δραστηριοτήτων είναι πλήρως εξαρτημένη από αυτόν. Οι πρώτες γεννήτριες ήταν εμβολοφόροι ατμοκινητήρες που χρησιμοποιούσαν για καύσιμο τον λιθάνθρακα. Αργότερα, πετρέλαιο της Μέσης Ανατολής κάνει την εμφάνιση του και αντικαθιστά σε μεγάλο βαθμό τον λιθάνθρακα, σαν πιο φθηνή πηγή ενέργειας. Το 1973, η πρώτη πετρελαϊκή κρίση έρχεται να ταράξει τα νερά, καθώς το βασικό καύσιμο εκείνης της περιόδου αυξάνεται διεθνώς από τα 2-3$ στα 15$ το βαρέλι. Η ανησυχία όμως σχετικά με την επάρκεια των αποθεμάτων του και την πλήρη εξάρτηση των περισσότερων χωρών από τις πετρελαιοπαραγωγικές χώρες γενικεύεται με τη δεύτερη πετρελαϊκή κρίση του Η πετρελαϊκή κρίση ανάγκασε τις βιομηχανικά αναπτυγμένες χώρες να αναθεωρήσουν την άποψη τους για τις ενεργειακές πηγές και να ψάξουν για νέες. Επιπλέον, οδήγησε στη λήψη μέτρων για την εξοικονόμηση και την ορθολογική χρήση της ενέργειας. Φυσικά σημαντικό ρόλο έπαιξε και η συνειδητοποίηση, μόλις τα τελευταία χρόνια, των αυξανόμενων περιβαλλοντικών προβλημάτων που προκάλεσε η αλόγιστη και άκρως καταναλωτική αντιμετώπιση των συμβατικών πηγών ενέργειας. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου, η όξινη βροχή, η γενικότερη επιβάρυνση της ατμόσφαιρας λόγω των εκπομπών αερίων ρύπων, η ρύπανση του εδάφους και των υδάτων, η διατάραξη των οικοσυστημάτων είναι τα μεγαλύτερα περιβαλλοντικά προβλήματα στα οποία καλείται η ανθρωπότητα να βρει λύση. 8

9 2. ΑΝΘΡΑΚΑΣ Ο άνθρακας συμπεριλαμβάνεται στα ορυκτά καύσιμα μαζί με το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο (fossil fuels). Ο άνθρακας (γαιάνθρακας) είναι ένα σκληρό, μαύρο, πετρώδες υλικό και αποτελείται από μίγματα πολυσυμπυκνωμένων ενώσεων άνθρακα, υδρογόνου, οξυγόνου και αζώτου. Υπάρχουν τρεις βασικοί τύποι γαιανθράκων: ο ανθρακίτης, ο λιθάνθρακας και ο λιγνίτης. Σε πολλές χώρες και στην Ελλάδα συναντώνται επίσης κοιτάσματα τύρφης (peat), που δεν ορίζεται ως άνθρακας, αλλά αποτελεί μια σημαντική πρώιμη μορφή γαιάνθρακα. Η σύστασή τους και η θερμογόνος τους δύναμη ποικίλουν ανάλογα με τον τόπο και τις συνθήκες δημιουργίας των κοιτασμάτων. Ο ανθρακίτης παρουσιάζει τη μεγαλύτερη σκληρότητα, καθώς και τη μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε άνθρακα, γεγονός που του προσδίδει και την υψηλότερη θερμογόνο δύναμη. Αντίθετα, ο λιγνίτης εμφανίζει τη μικρότερη σκληρότητα και περιεκτικότητα σε άνθρακα, που σε συνδυασμό με τα υψηλά ποσοστά υγρασίας περιορίζουν τη θερμογόνο δύναμή του. Τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά του λιθάνθρακα κυμαίνονται κάπου ανάμεσα σε αυτά του ανθρακίτη και του λιγνίτη. Προκειμένου να αξιολογηθεί συνολικά ένα κοίτασμα, δεν αρκεί να είναι γνωστή μόνο η ποσότητα του ανακτήσιμου άνθρακα, αλλά και η σύσταση και τα φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά του, εφόσον αυτά καθορίζουν το ενεργειακό περιεχόμενό του. Τα συστατικά του άνθρακα παρουσιάζονται στη λεγόμενη άμεση ανάλυσή του ομαδοποιημένα σε τέσσερις κατηγορίες: 1. πτητικά, τα οποία είναι οργανικής σύστασης, 2. τέφρα, δηλαδή κυρίως άλατα και οξείδια, τα οποία εμφανίζονται ως υπόλειμμα μετά την καύση, 3. υγρασία (όπως συλλέγεται στο ορυχείο) και 4. μόνιμος άνθρακας (ορίζεται ως το υπόλοιπο, αφού προσδιοριστούν τα τρία προηγούμενα). Η ανάλυση των ορυκτών στα βασικά συστατικά τους και η θερμογόνος τους δύναμη παρουσιάζεται στον Πίνακα 2.1. Η σύσταση του κάθε κοιτάσματος δίνει, και μια εικόνα για τη θερμογόνο δύναμή του. Οι τιμές που δίνονται στον πίνακα για κάθε μορφή άνθρακα είναι ενδεικτικές και στην πραγματικότητα διαφέρουν από κοίτασμα σε κοίτασμα. Πίνακας 2.1: Περιεκτικότητα % κατά βάρος ανθρακικών κοιτασμάτων [1] Βασικά συστατικά κοιτάσματος θερμογόνος δύναμη C H N S H2O MJ/Kg ανθρακίτης ,68 λιθάνθρακας ,40-35,59 λιγνίτης ,28-18,84 τύρφη μέχρι 8,37 9

10 Η παλαιότερη γνωστή χρήση άνθρακα ήταν στην Κίνα. Άνθρακας από το ορυχείο Fu-shun στη βορειοανατολική Κίνα ίσως είχε χρησιμοποιηθεί για λιώσιμο χαλκού πριν από 3000 περίπου χρόνια. Σίγουρα, ο άνθρακας πάντως χρησιμοποιούνταν ως καύσιμο περίπου απ το 1000 π.χ.. Παρότι είναι άφθονος στα περισσότερα μέρη του κόσμου, δεν χρησιμοποιήθηκε εκτενώς ως καύσιμο μέχρι την βιομηχανική επανάσταση. Μέχρι τη στιγμή που εμφανίστηκαν στο προσκήνιο το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, ο άνθρακας ήταν το βασικό καύσιμο της βιομηχανίας. Το 2010 το 40% περίπου της θερμικής ενέργειας για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας παγκοσμίως προερχόταν από τον άνθρακα [2]. Στο τέλος του 2011 τα διαθέσιμα αποθέματα κοιτασμάτων άνθρακα παγκοσμίως ήταν εκατομμύρια τόνοι [3]. Όπως φαίνεται και από τον Πίνακα 2.2 και το Σχήμα 2.1, τα μεγαλύτερα κοιτάσματα βρίσκονται στην Β. Αμερική (Η.Π.Α.), στη Ρωσία, στην Κίνα, στην Ινδία και στην Αυστραλία. Με βάση τα αποθέματα αυτά και την ετήσια παραγωγή άνθρακα το 2011, υπολογίζεται ότι επαρκούν για 200 περίπου χρόνια [3]. Πίνακας 2.2: Παγκόσμια αποθέματα άνθρακα (τέλος 2011)[3] Εκατ. τόνοι άνθρακα Ποσοστό παγκόσμιων αποθεμάτων Β. Αμερική ,5% Κεντρ. & Ν. Αμερική ,5% Κίνα ,3% Ινδία ,0% Ρωσική Ομοσπονδία ,2% Γερμανία ,7% Αφρική ,8% Αυστραλία ,9% Υπόλοιπες χώρες ,1% Σύνολο ,0% 10

11 14.10% Β. Αμερική Κεντρ. & Ν. Αμερική 8.90% 28.50% Κίνα Ινδία 3.80% Ρωσική Ομοσπονδία 4.70% 18.20% 13.30% 1.50% Γερμανία Αφρική Αυστραλία 7.00% Υπόλοιπες χώρες Σχήμα 2.1: Παγκόσμια κατανομή κοιτασμάτων άνθρακα [3] Πίνακας 2.3: Εγκατεστημένη ισχύς ανθρακικών σταθμών παραγωγής Η.Ε. στην Ευρώπη [ΜW] [4] ΑΥΣΤΡΙΑ ΒΕΛΓΙΟ ΓΕΡΜΑΝΙΑ ΔΑΝΙΑ ΙΣΠΑΝΙΑ ΦΙΛΑΝΔΙΑ ΓΑΛΛΙΑ Μ. ΒΡΕΤΑΝΙΑ ΕΛΛΑΔΑ ΙΡΛΑΝΔΙΑ ΙΤΑΛΙΑ ΛΟΥΞΕΜΒΟΥΡΓΟ ΟΛΛΑΝΔΙΑ

12 14 ΠΟΡΤΟΓΑΛΙΑ ΣΟΥΗΔΙΑ ΕΛΒΕΤΙΑ ΝΟΡΒΗΓΙΑ ΒΟΥΛΓΑΡΙΑ ΚΥΠΡΟΣ ΤΣΕΧΙΑ ΕΣΘΟΝΙΑ ΟΥΓΓΑΡΙΑ ΛΙΘΟΥΑΝΙΑ ΛΕΤΟΝΙΑ ΠΟΛΩΝΙΑ ΡΟΥΜΑΝΙΑ ΣΛΟΒΕΝΙΑ ΣΛΟΒΑΚΙΑ ΤΟΥΡΚΙΑ Στον Πίνακα 2.3 [4] φαίνεται η εξέλιξη της εγκατεστημένης ισχύος ανθρακικών σταθμών στην Ευρώπη. Παρατηρούμε ότι η εγκατεστημένη ισχύς ανθρακικών σταθμών παρουσιάζει μια στασιμότητα ή και μείωση σε ορισμένες χώρες. Λόγω του μεγάλου όγκου του καυσίμου, τα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από άνθρακα κατασκευάζονται συνήθως στον τόπο των κοιτασμάτων, κυρίως όταν πρόκειται για φτωχά σε θερμογόνο δύναμη όπως είναι ο λιγνίτης και η τύρφη. Η μετατροπή της ενέργειας των κοιτασμάτων του άνθρακα σε ηλεκτρική γίνεται σε θερμικούς σταθμούς, όπου η θερμότητα από την καύση μετατρέπεται πρώτα σε μηχανική και στη συνέχεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο τύπος του θερμικού σταθμού που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με καύσιμο άνθρακα είναι ο ατμοηλεκτρικός (ΑΗΣ). 12

13 2.1. ΕΛΛΗΝΙΚΟΙ ΛΙΓΝΙΤΕΣ Στο ελληνικό υπέδαφος αφθονούν ο λιγνίτης και η τύρφη, που όμως είναι από τα πιο φτωχά στερεά καύσιμα. Τα συνολικά βεβαιωμένα γεωλογικά αποθέματα λιγνίτη στη χώρα ανέρχονται σε 5 δις. τόνους, περίπου. Τα κοιτάσματα αυτά παρουσιάζουν αξιοσημείωτη γεωγραφική εξάπλωση στον ελληνικό χώρο. Με τα σημερινά τεχνικοοικονομικά δεδομένα τα κοιτάσματα που είναι κατάλληλα για ενεργειακή εκμετάλλευση, ανέρχονται σε 3 δις τόνους και ισοδυναμούν με 450 εκ. τόνους πετρελαίου [5]. Τα κυριότερα εκμεταλλεύσιμα κοιτάσματα λιγνίτη βρίσκονται στις περιοχές Πτολεμαϊδας, Αμυνταίου και Φλώρινας με υπολογισμένο απόθεμα 1,8 δις τόνους, στην περιοχή της Δράμας με απόθεμα 900 εκ. τόνους και στην περιοχή Ελασσόνας με 169 εκ. τόνους. Επίσης στην Πελοπόννησο, στην περιοχή Μεγαλόπολης, υπάρχει λιγνιτικό κοίτασμα με απόθεμα περίπου 223 εκ. τόνους [5]. Στο Σχήμα 2.2 [6] φαίνονται το μεγαλύτερα εκμεταλλεύσιμα κοιτάσματα λιγνίτη στην Ελλάδα. Με βάση τα συνολικά εκμεταλλεύσιμα αποθέματα λιγνίτη της χώρας και τον προγραμματισμένο ρυθμό κατανάλωσης στο μέλλον, υπολογίζεται ότι τα αποθέματα αυτά επαρκούν για περίπου 52 χρόνια. Μέχρι σήμερα οι εξορυχθείσες ποσότητες λιγνίτη φτάνουν περίπου στο 30% των συνολικών αποθεμάτων. Εκτός από λιγνίτη η Ελλάδα διαθέτει και ένα μεγάλο κοίτασμα τύρφης στην περιοχή των Φιλίππων (Ανατολική Μακεδονία). Τα εκμεταλλεύσιμα αποθέματα στο κοίτασμα αυτό εκτιμώνται σε 4 δις κυβικά μέτρα και ισοδυναμούν περίπου με 125 εκατ. τόνους πετρελαίου [5]. Το 2010, η παραγωγή λιγνίτη στην Ελλάδα ήταν σχεδόν δέκα φορές υψηλότερη από ό, τι το Η ανάκαμψη αυτή είναι ασυνήθιστη για μια σύνθετη τεχνική όπως η εξόρυξη.το 2010, η παραγωγή λιγνίτη ανήλθε σε 56,5 εκατομμύρια τόνους, που εξορύχθηκαν κυρίως από τη ΔΕΗ, με 43,3 εκατ. τόνους προερχόμενους από το Λιγνιτικό Κέντρο Δυτικής Μακεδονίας και 10,4 εκατ. τόνους από το Λιγνιτικό Κέντρο Μεγαλόπολης. Τα λίγα ιδιωτικά ορυχεία που λειτουργούν στην περιοχή της Φλώρινας παρήγαγαν συνολικά 2,8 εκατ. τόνους λιγνίτη [6]. Η χώρα μας κατέχει τη δεύτερη θέση μετά τη Γερμανία στην Ευρωπαϊκή Ένωση στην παραγωγή άνθρακα. Η παραγωγή στο τέλος του 2011 υπολογίστηκε στα 57,5 εκατ. τόνους, 0,2% περίπου του παγκόσμιου συνόλου. Στο Σχήμα 2.3 [7] φαίνεται η παραγωγή άνθρακα στη χώρα μας την τελευταία δεκαετία. 13

14 Σχήμα 2.2: Εκμεταλλεύσιμα λιγνιτικά κοιτάσματα στην Ελλάδα [6] Σχήμα 2.3: Παραγωγή άνθρακα στην Ελλάδα την τελευταία δεκαετία [εκατ. τόνοι] [7] 14

15 Γενικά η ποιότητα των ελληνικών λιγνιτών είναι χαμηλή. Η θερμογόνος δύναμη των κυριότερων ελληνικών κοιτασμάτων λιγνίτη φαίνεται στον Πίνακα 2.4 [8] Σημαντικό συγκριτικό πλεονέκτημα των λιγνιτών της χώρας μας είναι η χαμηλή περιεκτικότητα σε καύσιμο θείο [5]. Πίνακας 2.4: Βασικά ποιοτικά χαρακτηριστικά ελληνικών λιγνιτών [8] Κοίτασμα Ολική θερμογόνος δύναμη (kj/kg) Τέφρα (%)* Υγρασία (%)** Πτολεμαΐδα ,1 52,6 Αμύνταιο ,4 54,7 Μεγαλόπολη ,5 57,9 Φλώρινα ,0 42,0 Δράμα ,0 59,0 Ελασσόνα ,0 41,0 *On dry basis. **On as received basis. Για την αξιοποίηση των κοιτασμάτων στις περιοχές Δράμας και Ελασσόνας βρίσκονται σε εξέλιξη τεχνικο-οικονομικές μελέτες. Με βάση τα σημερινά εθνικά και διεθνή ενεργειακά δεδομένα και τα στοιχεία που αφορούν την ποσότητα και την ποιότητα του λιγνίτη των πιο πάνω κοιτασμάτων, προκύπτει ότι η εκμετάλλευσή των πιο πάνω κοιτασμάτων είναι οικονομικά συμφέρουσα (βλ. Σχήμα 2.2). Τα υπάρχοντα αποθέματα επαρκούν για τη λειτουργία μέχρι πέντε μονάδων των 300 MW στην Δράμα και μίας μονάδας 500 MW στην Ελασσόνα [5]. 15

16 2.2. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΤΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ Οι ΑΗΣ χρησιμοποιούνται σαν εργοστάσια βάσης, επειδή έχουν σχετικά μεγάλο βαθμό απόδοσης όταν λειτουργούν σε πλήρη φόρτιση, μικρό συνολικό κόστος ανά παραγόμενη μονάδα ενέργειας αλλά κυρίως επειδή χρειάζονται πολλές ώρες και μια πολύπλοκη διαδικασία για την εκκίνησή τους. Λόγω του θερμικού τους μέρους η ρύθμιση ισχύος είναι πολύπλοκη και αργή. Το καύσιμο που χρησιμοποιούν είναι άνθρακας, λιγνίτης, τύρφη, μαζούτ και αέριο. Το Σχήμα 2.4 [9] δείχνει απλοποιημένα το λειτουργικό διάγραμμα μιας ατμοηλεκτρικής μονάδας. Το καύσιμο, αν είναι λιγνίτης, μεταφέρεται από την εξόρυξη με ταινιόδρομους στην αυλή του σταθμού. Από εκεί ανάλογα με την ισχύ που χρειάζεται ο λέβητας, μεταφέρεται στο λέβητα. Στο συγκρότημα ενός λέβητα ανήκουν πολλοί μύλοι (6), π.χ. οκτώ που κονιορτοποιούν και ξηραίνουν το καύσιμο. Μετά, το καύσιμο υπό μορφή σκόνης άνθρακα, οδηγείται στους καυστήρες (7). Ατμοσφαιρικός αέρας προθερμασμένος από τα καυσαέρια σε έναν προθερμαντήρα (5) οδηγείται και αυτός στο λέβητα. Στο λέβητα γίνεται η καύση του κονιορτοποιημένου άνθρακα και οι φλόγες και τα θερμά καυσαέρια, αφού περάσουν από εναλλάκτες θερμότητας, σωληνώσεις (9,10,11), οδηγούνται προς την καμινάδα (1). Τα καυσαέρια, πριν μπουν στην καμινάδα, καθαρίζονται με φίλτρα αιωρημάτων. Το φίλτρο (3) είναι συνήθως ένα μηχανικό φίλτρο ή ένα ηλεκτροστατικό φίλτρο ή συνδυασμός των δύο. Το κύκλωμα του ατμού λειτουργεί με νερό απιονισμένο για να μην έχουμε επικαθίσεις αλάτων. Η τροφοδοτική αντλία (28) συμπιέζει το νερό, που έχει ήδη προθερμανθεί κοντά στους 250 C, στην ατμογεννήτρια (9). Από την αντλία (28) μέχρι τον στρόβιλο (14), αν παραλείψει κανείς τις απώλειες τριβών, η πίεση είναι ενιαία γύρω στα 180 bar. Στην ατμογεννήτρια (9) το νερό ατμοποιείται στους 356 C και διαχωρίζεται ο ατμός από το νερό. Ο ατμός υπερθερμαίνεται ακολούθως στον εναλλάκτη (10) μέχρι τους 540 C. Μετά τον εναλλάκτη (10) έχουμε ατμό μέγιστης ενθαλπίας. Ο ατμός μετά την υπερθέρμανση του λέγεται φρέσκος ή ζωντανός ατμός. Ακολούθως εισάγεται ο ατμός στο στρόβιλο. Ο στρόβιλος έχει συχνά τρία τμήματα, της υψηλής (14), της μέσης (15) και χαμηλής πίεσης (16). Τα τμήματα αυτά λέγονται στρόβιλος υψηλής, μέσης και χαμηλής πίεσης. Ο ατμός εκτονώνεται πρώτα στο τμήμα υψηλής πίεσης και ακολούθως εισάγεται διαδοχικά στα άλλα τμήματα (15) και (16) για να εκτονωθεί εκεί. Στην έξοδο του στροβίλου χαμηλής πίεσης (16) έχουμε περίπου κενό, p=0.005 bar και θερμοκρασία λίγο πάνω από την θερμοκρασία του περιβάλλοντος, γύρω στους 35 C. Το κενό δημιουργείται στο ψυγείο ή συμπυκνωτή (23). Ο ατμός που μπαίνει στο ψυγείο (23) συμπυκνώνεται πάνω στον ψυχρό εναλλάκτη θερμότητας, που διαρρέεται από ψυχρό νερό. Στο ψυγείο γίνεται η αποβολή της μη χρησιμοποιηθείσας θερμότητας, που πηγαίνει τελικά στον πύργο ψύξης (21). Ο πύργος ψύξης αποβάλλει στο περιβάλλον, ανάλογα με τον βαθμό απόδοσης, περίπου το 60%-80% της θερμότητας που παράγεται από την καύση. Αντί του πύργου ψύξης μπορεί το αποβαλλόμενο ποσό θερμότητας να οδηγηθεί σε στάσιμα ή τρεχούμενα νερά, π.χ. λίμνες, θάλασσες, 16

17 ποτάμια. Σχήμα 2.4: Συγκρότηση ενός ατμοηλεκτρικού σταθμού (ΑΗΣ) [9] 1.καμινάδα 2.ανεμιστήρας ελκυσμού καπνοδόχου 3.φίλτρο 4.ανεμιστήρας αέρα καύσης 5.προθερμαντής αέρα 6.κονιορτοποιητικός μύλος άνθρακα 7.καυστήρας 8.λέβητας 9.ατμογεννήτρια 10.υπερθερμαντής ατμού 11.επαναθέρμανση ατμού 12,13.βαλβίδες ρύθμισης και ασφάλειας ΥΠ και ΜΠ 14,15,16.στρόβιλοι υψηλής, μέσης και χαμηλής πίεσης 17.γεννήτρια 18.διεγέρτρια 19.ΜΣ μονάδας 20.ΜΣ ιδιοκατανάλωσης 21.πύργος ψύξης 22.κυκλοφορητής νερού ψύξης 23.συμπυκνωτής (ψυγείο) 24.κυκλοφορητής συμπυκνώματος 25,26.προθερμαντές νερού (ΜΠ, ΧΠ) με απομάστευση ατμού 27.διαχωριστής ατμού-νερού 28.ανλία τροφοδοσίας λέβητα 29.προθερμαντής νερού (ΥΠ). Ο συμπυκνωμένος ατμός, οδηγείται με κυκλοφορητή (24) στους προθερμαντές εναλλάκτες που προθερμαίνουν το νερό (25, 26, 29). Προθέρμανση του νερού γίνεται από τους 35 C στην θερμοκρασία των 250 C με απομαστεύσεις του ατμού. Για την παραπέρα προθέρμανση του νερού χρησιμοποιούνται επίσης εναλλάκτες που βρίσκονται στην έξοδο του λέβητα και δεν φαίνονται στο σχήμα. Το νερό συμπιέζεται τελικά στο λέβητα στην πίεση των 180 bar, με την αντλία τροφοδοσίας λέβητα που είναι και η μεγαλύτερη, μετά το στρόβιλο, μηχανή σε έναν ΑΗΣ. Πάνω σε κοινό άξονα με τις βαθμίδες των στροβίλων βρίσκεται η γεννήτρια (17) και η διεγέρτρια της γεννήτριας (18). Η έξοδος της γεννήτριας συνδέεται στον υποσταθμό του εργοστασίου με τις άλλες μονάδες και με το δίκτυο. Η τάση των ακροδεκτών της γεννήτριας κυμαίνεται από 6-30 kv. Αυτή ανυψώνεται στην τάση που απαιτείται για τη μεταφορά ηλεκτρικής ισχύος με ειδικό μετασχηματιστή (19), το μετασχηματιστή γεννήτριας ή μετασχηματιστή μονάδας. 17

18 2.3. ΚΑΥΣΤΗΡΕΣ ΑΗΣ Στους ΑΗΣ ο άνθρακας καίγεται σε ειδικούς καυστήρες, υπό μορφή σωματιδίων που λούονται από ρεύμα οξειδωτικού αερίου, συνήθως ατμοσφαιρικού αέρα. Οι καυστήρες άνθρακα είναι τριών κυρίως τύπων: 1. Καυστήρες Σταθερής Κλίνης. Στα συστήματα αυτά η καύση γίνεται μέσα σε ένα δοχείο το οποίο τροφοδοτείται συνεχώς με άνθρακα σε κοκκώδη μορφή. Η στιβάδα (κλίνη) των κόκκων διαρρέεται από το οξειδωτικό αέριο, δηλαδή αέρα, που περιέχει το αναγκαίο οξυγόνο για να συντηρήσει την καύση. Το σύστημα ανάφλεξης βρίσκεται συνήθως τοποθετημένο στην κατώτερη περιοχή του καυστήρα. Το ρεύμα αέρα μπορεί να είναι ανερχόμενο ή κατερχόμενο. Το κατερχόμενο ρεύμα πλεονεκτεί κατά το ότι εμποδίζει τη διαφυγή προς τα άνω άκαυστων πτητικών, επειδή τα παρασύρει προς τον πυθμένα, δηλαδή προς τη ζώνη ανάφλεξης. 2. Καυστήρες Ρευστοποιημένης Κλίνης. Ο άνθρακας, αφού λειοτριβηθεί μέχρι μεγέθους κόκκων 2-3 mm, διοχετεύεται σε καυστήρες όπου τα σωματίδια καίγονται ευρισκόμενα σε αιώρηση μέσα σε ανερχόμενο ρεύμα αέρα. Λόγω της συνεχούς ανάδευσης του μίγματος αέρα - σωματιδίων, επιτυγχάνονται υψηλοί ρυθμοί αγωγής θερμότητας προς τα τοιχώματα του καυστήρα. Το αποτέλεσμα είναι ότι τα συστήματα αυτά μπορούν να λειτουργούν σε θερμοκρασίες C, που είναι χαμηλότερες από αυτές των σταθερών κλινών. Το βασικό μειονέκτημα των ρευστοποιημένων κλινών είναι το αυξημένο εγκατεστημένο κόστος, το οποίο μεταξύ των άλλων οφείλεται και στον πρόσθετο εξοπλισμό (κυρίως κυκλώνες), που απαιτείται για την παγίδευση και επαναδιοχέτευση στην τροφοδοσία των παρασυρόμενων από τον αέρα ελαφρών αλλά ατελών καμένων σωματιδίων άνθρακα. Επίσης η ανάγκη για χρήση συμπιεστών που επιταχύνουν το ρευστό αιώρησης, δηλαδή τον αέρα, συνεπάγεται αύξηση τόσο του εγκατεστημένου όσο και του λειτουργικού κόστους. 3. Καυστήρες Ρεύματος Παράσυρσης. Τα σωματίδια του λειοτριβημένου άνθρακα παρασύρονται στο χώρο καύσης από ρεύμα αερίου (συνήθως αέρα), το οποίο ρέει με ταχύτητα της τάξης των 30 m/s. Η θερμοκρασία λειτουργίας είναι σχετικά υψηλή ( C) με αποτέλεσμα οι συγκεντρώσεις των παραγόμενων NO x να κυμαίνονται σε υψηλά επίπεδα. Το βασικό πλεονέκτημα αυτών των καυστήρων είναι ότι επιτυγχάνουν μεγάλους ρυθμούς έκλυσης θερμότητας, με τίμημα όμως την επιβάρυνση του κόστους από τις ενεργοβόρες συσκευές συμπίεσης και επιτάχυνσης του φέροντος αερίου ΑΠΟΔΟΣΗ - ΒΕΛΤΙΩΜΕΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ Οι μέχρι σήμερα εφαρμοζόμενες μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την μετατροπή της θερμογόνου δύναμης του άνθρακα λειτουργούν με βάση τον θερμοδυναμικό κύκλο Clausius-Rankine και η απόδοσή τους είναι στην καλύτερη περίπτωση μεταξύ 39 47%. Πολλοί λόγοι συνηγορούν στις προσπάθειες για βελτίωση του βαθμού απόδοσης ενός εργοστασίου παραγωγής Η.Ε: οικονομικοί. Το κόστος της ενέργειας επηρεάζει το τελικό κόστος των προϊόντων κατά την παραγωγική διαδικασία. Ο μεγαλύτερος βαθμός απόδοσης ενός ΑΗΣ επιτρέπει την οικονομική αξιοποίηση εγχώριων κοιτασμάτων με μικρότερη περιεκτικότητα, όπως η τύρφη. 18

19 περιβαλλοντικοί. Ο μικρός βαθμός απόδοσης σημαίνει μεγάλη διαφυγή ενέργειας υπό μορφή θερμότητας στο περιβάλλον, απαιτεί περισσότερα καύσιμα, με αποτέλεσμα περισσότερα καυσαέρια, και εξάντληση των μη ανανεώσιμων αποθεμάτων. εθνικοί. Η εξοικονόμηση των εγχώριων πόρων που μπορεί να επιτευχθεί από την πιο αποδοτική τους χρησιμοποίηση, καθιστά δυνατή την αποφυγή της εξάρτησης της χώρας από εισαγόμενα καύσιμα μεγαλύτερης θερμογόνου δύναμης. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας διατυπώθηκαν διάφορες προτάσεις προς την κατεύθυνση της βελτίωσης του βαθμού απόδοσης. Κάποιες από αυτές εφαρμόζονται με επιτυχία στην πράξη και τροποποιούνται συνεχώς, όπως είναι οι μονάδες συνδυασμένου κύκλου, η πρόταξη αεριοστροβίλων στις λιγνιτικές μονάδες, η συμπαραγωγή ηλεκτρισμού-θέρμανσης ή -ψύξης. Κάποιες νέες τεχνολογίες εξετάζονται ακόμη με επιφύλαξη από τις εταιρείες παραγωγής, λόγω του μεγάλου κόστους εγκατάστασης που απαιτείται, υπάρχει όμως γενικά η αισιοδοξία ότι σύντομα η έρευνα για την ανάπτυξή τους θα εξαλείψει τις όποιες επιφυλάξεις και θα τις καταστήσει τεχνολογικά και οικονομικά πιο προσιτές ΜΟΝΑΔΕΣ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΥ ΚΥΚΛΟΥ Στα πλαίσια της προσπάθειας για αύξηση του θερμικού βαθμού απόδοσης των Θερμο-Ηλεκτρικών Σταθμών (ΘΗΣ), αντί της αποκλειστικής χρήσης ατμοστροβίλων, έχει προταθεί η συνδυασμένη χρήση ατμοστροβίλων και αεριοστροβίλων. Σύμφωνα με το σχέδιο αυτό, τα θερμά καυσαέρια, αντί να χρησιμοποιούνται για ατμοπαραγωγή, διοχετεύονται απευθείας σε αεριοστροβίλους οι οποίοι δίνουν κίνηση στις ηλεκτρογεννήτριες. Παράλληλα με τους αεριοστροβίλους λειτουργούν και ατμοστρόβιλοι. Ο ατμός παράγεται χρησιμοποιώντας τη θερμότητα, που ούτως ή άλλως θα εξέπεμπε προς τα έξω ο καυστήρας, και η οποία σε κάθε άλλη περίπτωση θα έμενε αναξιοποίητη (waste heat). Χάρη στην τεχνολογία αυτή, το υψηλό ενεργειακό περιεχόμενο των καυσαερίων αξιοποιείται άμεσα, χωρίς παρεμβολή του σταδίου της ατμοπαραγωγής, που εισάγει ενεργειακές απώλειες. Συμπληρωματικά χρησιμοποιείται και η θερμότητα που αλλιώς θα απορριπτόταν στο περιβάλλον. Με αυτή τη μέθοδο ο συνολικός βαθμός απόδοσης του σταθμού φτάνει το 60%, υψηλότερος του 40% των μεγάλων ατμοηλεκτρικών σταθμών και χωρίς την απαίτηση για πολύ μεγάλες μονάδες, με ένα κόστος κατασκευής περίπου 35% του κόστους κατασκευής των ατμοηλεκτρικών σταθμών. Το πρόβλημα είναι ότι για την απρόσκοπτη λειτουργία των αεριοστροβίλων, απαιτείται το καυσαέριο να είναι απαλλαγμένο από αιωρούμενα σωματίδια, πράγμα που είναι δύσκολο έως αδύνατο να επιτευχθεί όταν το καύσιμο που χρησιμοποιείται είναι άνθρακας σε στερεά μορφή. Το γεγονός αυτό αποτέλεσε ένα από τα κίνητρα για την ανάπτυξη τεχνολογιών παραγωγής καυσίμου αερίου από άνθρακα. 19

20 ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΘΡΑΚΑ Προκειμένου να παραχθεί από άνθρακα ένα καθαρό καύσιμο κατάλληλο για τους αεριοστροβίλους των μονάδων συνδυασμένου κύκλου, μια λύση που έχει τύχει ευρείας αποδοχής είναι η αεριοποίηση του άνθρακα. Η ιδέα της παραγωγής καυσίμου αερίου από άνθρακα χρονολογείται από το 1860 περίπου. Με τον όρο αεριοποίηση εννοούμε την παραγωγή αερίου από αντίδραση του άνθρακα με οξυγόνο και υδρατμό. Κατά την αεριοποίηση μετατρέπεται σε αέριο όλη η οργανική ύλη του άνθρακα και όχι μόνο τα πτητικά, όπως συμβαίνει στην απόσταξή του. Οι αντιδράσεις αεριοποίησης προχωρούν με υπολογίσιμους ρυθμούς σε θερμοκρασία άνω των 815 C και είναι: C + O 2 CO 2 C + CO 2 2CO C + H 2 O CO + H 2 CO + H 2 O CO 2 + H 2 Σε θερμοκρασίες άνω των 1150 C και αυξημένη πίεση λαμβάνει χώρα και η αντίδραση παραγωγής μεθανίου: C + 2H 2 CH 4 Έτσι το παραγόμενο αέριο είναι μίγμα μονοξειδίου του άνθρακα, διοξειδίου του άνθρακα, υδρογόνου και μεθανίου. Ως αντιδραστήρια για την αεριοποίηση χρησιμοποιούνται υδρατμοί και ατμοσφαιρικός αέρας, λόγω του οποίου στο προϊόν εμφανίζεται και μεγάλο ποσοστό αζώτου. Αν αντί αέρα χρησιμοποιηθεί καθαρό οξυγόνο, το τελικό αέριο είναι απαλλαγμένο από άζωτο, αυτή όμως η λύση είναι πολύ ακριβή και ενδιαφέρει κυρίως όταν το αέριο προορίζεται να αποτελέσει πρώτη ύλη για οργανικές συνθέσεις (syngas), και όχι για καύσιμο. Ουσίες όπως χλωρίδια και ανθρακικά άλατα του καλίου και του νατρίου, καθώς και ορισμένα οξείδια μετάλλων, καταλύουν τη διάσπαση των υδρατμών και την αντίδραση υδρατμού - άνθρακα. Μπορούν έτσι να επιφέρουν αύξηση του ρυθμού αεριοποίησης από 20% ως 60%. Η χρήση καταλυτών όμως απαιτεί την καλύτερη προετοιμασία του άνθρακα καθώς και το σχεδιασμό διεργασιών για την ανάκτηση και αναγέννησή τους. Η αεριοποίηση είναι μια διεργασία συνολικά ενδόθερμη, χρειάζεται δηλαδή προσφορά θερμότητας για να λάβει χώρα. Η θερμότητα αυτή μπορεί να παράγεται από καύση μέρους άνθρακα ή του παραγόμενου αερίου. Αν η καύση λαμβάνει χώρα μέσα στον αντιδραστήρα αεριοποίησης (αεριογόνο) τότε έχουμε τη λεγόμενη αυτόθερμη αεριοποίηση. Αν η θερμότητα παρέχεται εξωτερικά (οπότε μπορεί να παράγεται και από κάποιο τρίτο καύσιμο), έχουμε την αλλόθερμη αεριοποίηση. Τα αεριογόνα είναι ουσιαστικά διφασικοί χημικοί αντιδραστήρες στερεού - αερίου. Οι δυνατοί τύποι ποικίλουν από σταθερές ή ρευστοαιωρούμενες κλίνες μέχρι και περιστροφικούς κλιβάνους. Η σύσταση, και επομένως η θερμογόνος δύναμη, του παραγόμενου αερίου, εξαρτάται από την πρώτη ύλη και τις παραμέτρους λειτουργίας του αεριογόνου. Το παραγόμενο αέριο μπορεί να περιέχει και ανεπιθύμητες προσμίξεις όπως π.χ. υδρόθειο (H 2 S), οπότε πρέπει να καθαριστεί πριν χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο. Η αεριοποίηση, λόγω του ότι συνδυάζει την καθαρή καύση και τους υψηλούς βαθμούς απόδοσης, έχει αρχίσει να κερδίζει έδαφος παγκοσμίως, αν και οι μεγάλες εταιρείες ηλεκτροπαραγωγής την αντιμετωπίζουν ακόμα διστακτικά, κυρίως λόγω 20

21 του ότι έχουν μικρή εμπειρία στο χώρο της χημικής τεχνολογίας. Στη χώρα μας έχει ήδη γίνει μια πολύ σοβαρή προσπάθεια για καλύτερη αξιοποίηση του εγχώριου λιγνίτη μέσω της ανάπτυξης μιας ελληνικής τεχνολογίας αεριοποίησης ΑΛΛΟΘΕΡΜΙΚΗ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΕΛΛΗΝΙΚΩΝ ΛΙΓΝΙΤΩΝ ΕΝΤΟΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΚΛΙΒΑΝΟΥ Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του ελληνικού λιγνίτη, καθώς και η εμπειρία από την λειτουργία των ήδη υπαρχόντων αυτόθερμων αεριογόνων, οδήγησαν στη δημιουργία των ακόλουθων κριτηρίων για την επιλογή της κατάλληλης μεθόδου αεριοποίησης του ελληνικού λιγνίτη: 1. Η μονάδα ξήρανσης λιγνίτη πρέπει να είναι και ατμοπαραγωγός για το αεριογόνο. 2. Ο αντιδραστήρας πρέπει να είναι σε θέση να δεχτεί την ευρύτερη κατανομή μεγέθους σωματιδίων λιγνίτη. 3. Η μέθοδος δεν πρέπει να απαιτεί τη χρήση καθαρού οξυγόνου. 4. Η μέθοδος πρέπει να έχει τον απλούστερο δυνατό σχεδιασμό και τις καλύτερες προοπτικές διαθεσιμότητας. Με βάση τα ανωτέρω κριτήρια διαπιστώθηκε ότι οι αυτόθερμες μέθοδοι αεριοποίησης, που είναι ήδη σε εμπορική εφαρμογή, παρουσιάζουν σημαντικά μειονεκτήματα. Για το λόγο αυτό εξελίχθηκε μια νέα μέθοδος αξιοποιώντας τα πλεονεκτήματα της αλλοθερμικής αεριοποίησης και την αξιόπιστη τεχνολογία των περιστροφικών κλιβάνων. Πιο συγκεκριμένα, τα σημαντικότερα από αυτά τα πλεονεκτήματα είναι: Δυνατότητα ταυτόχρονης ξήρανσης, πυρόλυσης και αεριοποίησης εντός του αεριογόνου, πράγμα που καθιστά δυνατή την τροφοδοσία του λιγνίτη στο αεριογόνο ως έχει και χρησιμοποίηση του παραγόμενου ατμού από την ξήρανση ως μέσο αεριοποίησης, καταργώντας έτσι την απαίτηση για χωριστή μονάδα ατμοπαραγωγής. Δυνατότητα χρήσης αέρα στην καύση για την παραγωγή της απαιτούμενης θερμότητας, και όχι καθαρού οξυγόνου. Η αντίδραση αεριοποίησης και καύσης στα αλλόθερμα αεριογόνα δεν λαμβάνουν χώρα μέσα στον ίδιο χώρο. Κατά συνέπεια, εκτός της αυξημένης θερμογόνου δύναμης του παραγόμενου αερίου, συνεπάγεται και όφελος από τη μείωση του όγκου του παραγόμενου αερίου και των εγκαταστάσεων καθαρισμού. Δυνατότητα αξιοποίησης οποιουδήποτε καυσίμου και ανακτώμενης θερμότητας από άλλες διεργασίες για την παραγωγή της απαιτούμενης θερμότητας και τη διατήρηση του αεριογόνου στις απαιτούμενες θερμοκρασίες. Άρα, υπάρχει το επιπλέον πλεονέκτημα της ευελιξίας στη θερμική ολοκλήρωση της αεριοποίησης και του συνδυασμένου κύκλου για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Σχετικά με τον τύπο του αντιδραστήρα αλλοθερμικής αεριοποίησης, η τεχνολογία των περιστροφικών κλιβάνων παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα. Ο βαθμός εκμετάλλευσης του διαθέσιμου χώρου του, αν και χαμηλός, είναι συγκρίσιμος με αυτόν των αντιδραστήρων τύπου ρευστοστερεάς κλίνης. Πιο συγκεκριμένα, ο περιστροφικός κλίβανος προσφέρει: 1. Τη δυνατότητα να επεξεργαστεί το λιγνίτη χωρίς καμιά προκατεργασία όσον αφορά την κατανομή του μεγέθους των σωματιδίων του. 21

22 2. Ικανοποιητική ανάμειξη των φάσεων στο εσωτερικό του κλιβάνου, χάρη στη δυνατότητα χρησιμοποίησης πτερυγίων. 3. Μεγάλη ευελιξία στη λειτουργία του λόγω της ελεγχόμενης ατμόσφαιρας στο εσωτερικό του. Έτσι, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί, ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας, για την ξήρανση, πυρόλυση και αεριοποίηση του άνθρακα. 4. Απλότητα στο σχεδιασμό και την κατασκευή, και ένα εξαίρετο ιστορικό λειτουργίας, κυρίως στη βιομηχανία τσιμέντου. Ο λιγνίτης τροφοδοτείται από το σιλό αποθήκευσης στο αεριογόνο μέσω αυτόματης ζυγιστικής διάταξης και ανέμης σταγώνωσης για την αποφυγή εισροής αέρα στο εσωτερικό του κλιβάνου μέσω της οδού τροφοδοσίας. Ο κλίβανος θερμαίνεται με τη βοήθεια εξωτερικών καυστήρων αερίου. Το παραγόμενο αέριο μετά τον καθαρισμό του σε κυκλώνα και πλυντρίδα για την κατακράτηση αιωρούμενων σωματιδίων και υγρών παραπροϊόντων, εν μέρει ανακυκλώνεται στους καυστήρες αερίου χρησιμοποιούμενο για τη θέρμανση του αεριογόνου, ενώ το υπόλοιπο είναι διαθέσιμο για χρήση. Η μέθοδος δοκιμάστηκε σε πιλοτική πειραματική μονάδα στις εγκαταστάσεις της ΔΕΗ στο Μαρκόπουλο Αττικής, όπου προέκυψαν τα εξής συμπεράσματα σχετικά με την απόδοσή της: Η αλλοθερμική μέθοδος αεριοποίησης ελληνικών λιγνιτών εντός περιστροφικού κλιβάνου ALKiGAS απέδειξε με επιτυχία τη δυνατότητα μετατροπής του χαμηλής ποιότητας ελληνικού λιγνίτη σε καύσιμο αέριο. Το παραχθέν αέριο σε όλη την κλίμακα των θερμοκρασιών της πειραματικής λειτουργίας ( C), μπορεί να χαρακτηριστεί σαν ένα μέσης θερμογόνου δύναμης καύσιμο αέριο. Η ανωτέρα θερμογόνος δύναμη του παραγόμενου αερίου κυμαίνεται μεταξύ KJ/Kg. Η μετατροπή του λιγνίτη σε καύσιμο αέριο ευνοείται ιδιαίτερα στις υψηλές θερμοκρασίες [1] ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ- ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ Η ΨΥΞΗΣ Κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τους θερμικούς σταθμούς, ένα μεγάλο μέρος της αποδιδόμενης από το καύσιμο ενέργειας χάνεται με τη μορφή θερμότητας στο περιβάλλον (65-70%). Η θερμότητα που εκπέμπεται μπορεί εν μέρει μόνο να αξιοποιηθεί για τη βελτίωση του βαθμού απόδοσης του σταθμού, με χρησιμοποίηση της για την ξήρανση του καυσίμου. Γίνεται φανερή η ανάγκη για εξεύρεση τρόπων αξιοποίησης όλης ή έστω κάποιου σημαντικού μέρους αυτής της χαμένης ενέργειας. Η καλύτερη λύση της αξιοποίησης της θερμότητας που απορρίπτεται από τους θερμικούς σταθμούς είναι η χρησιμοποίησή της ως έχει σε καταναλωτές θερμικής ενέργειας, εξοικονομώντας αντίστοιχα τα καύσιμα που θα απαιτούνταν για την παραγωγή της, τα οποία μάλιστα είναι κυρίως εισαγόμενα (πετρέλαιο, λιθάνθρακας, φυσικό αέριο). Η συνολική κατανάλωση καυσίμων μειώνεται σημαντικά εάν εφαρμοσθεί, λοιπόν, η Συμπαραγωγή Ηλεκτρισμού και Θερμότητας ΣΗΘ. Η ΣΗΘ ορίζεται ως: «η ταυτόχρονη παραγωγή ηλεκτρικής (ή/και μηχανικής) και χρήσιμης θερμικής/ψυκτικής ενέργειας από την ίδια αρχική ενέργεια, στο πλαίσιο μόνο μίας διεργασίας». Οι μέθοδοι που αξιοποιείται είναι η τηλεθέρμανση, η τροφοδοσία με ζεστό νερό ξενοδοχείων, κολυμβητηρίων, μονάδων αφαλάτωσης κ.α., ή η παροχή ατμού υψηλής ενθαλπίας σε ενεργοβόρες βιομηχανίες. Η πιο οργανωμένη 22

23 αξιοποίηση της ενέργειας που αποβάλλεται μπορεί να γίνει σε κατάλληλα σχεδιασμένους χώρους λειτουργίας διαφόρων βιομηχανικών μονάδων, τα ενεργειακά πάρκα. Η ΣΗΘ έχει συνολική απόδοση έως 90%. Αυτό κυμαίνεται περίπου στο 30-40% περισσότερο από την ξεχωριστή παραγωγή των συμβατικών καυσίμων και έτσι προκύπτει μείωση της τάξης του 30-40% στην κατανάλωση πρωτογενών καυσίμων και στις εκπομπές CO 2. Η υψηλή αυτή αποδοτικότητα παρέχει μια οικονομικά ελκυστική τεχνολογία για τους ενεργειακούς καταναλωτές, με ταυτόχρονη ζήτηση τόσο για θερμότητα όσο και για ηλεκτρική ενέργεια [10]. Τα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από την αξιοποίηση των τεχνολογιών ΣΗΘ είναι συνοπτικά τα εξής: Εξοικονόμηση καυσίμου. Ενεργειακή αυτονομία. Υψηλότερος βαθμός απόδοσης σε σχέση με συμβατικές τεχνολογίες χωριστής ηλεκτροπαραγωγής και παραγωγής θερμότητας. Ευελιξία, ελαχιστοποίηση απωλειών, προσαρμοστικότητα σε τοπικές ενεργειακές ανάγκες, συμβολή στο ενεργειακό δυναμικό και στην ασφάλεια εφοδιασμού. Μείωση εκπεμπόμενων ρύπων προς το περιβάλλον. Στο Σχήμα 2.5 [2] παρατηρούμε την σύγκριση ενός συμπαραγωγικού σταθμού με έναν κλασικό ηλεκτροπαραγωγικό σταθμό. 23

24 Σχήμα 2.5: Σύγκριση απόδοσης κλασικού - συμπαραγωγικού σταθμού [2] Η ΣΗΘ πρωτοεμφανίστηκε στην Ευρώπη και στις Η.Π.Α. στα τέλη του 19ου αιώνα. Κατά τις πρώτες δεκαετίες του 20ού αιώνα, οι περισσότερες βιομηχανίες στις ΗΠΑ και την Ευρώπη είχαν δικές τους μονάδες ηλεκτροπαραγωγής με ατμολέβητα-στρόβιλο και άνθρακα, ως καύσιμο, όπου πολλές από τις μονάδες αυτές ήταν συμπαραγωγικές. Στην Ευρώπη, μεγάλη ανάπτυξη της ΣΗΘ αναφέρεται στη Δανία, τη Φινλανδία, την Ολλανδία κ.α., που παρουσιάζουν υψηλή ποσοστιαία παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ΣΗΘ. Η ΣΗΘ στην Ελλάδα ξεκινά στις αρχές του 20ου αιώνα (κεραμοποιεία Τσαλαπάτα, Βόλος, που λειτούργησε μέχρι και τα τέλη της δεκαετίας του 1970). Οι πρώτες σύγχρονες μονάδες ΣΗΘ εγκαταστάθηκαν σε μεγάλες ελληνικές βιομηχανίες στις αρχές της δεκαετίας του 70. Επίσης, ηλεκτροπαραγωγικές μονάδες της ΔΕΗ τροποποιήθηκαν κατάλληλα, ώστε να καλύψουν τις θερμικές ανάγκες αστικών περιοχών με δίκτυα τηλεθέρμανσης, όπως αυτά της Κοζάνης, της Πτολεμαΐδας, του Αμυνταίου και, τη δεκαετία του 90, αυτό της Μεγαλόπολης [10]. Από το 1993 άρχισαν να λειτουργούν συστήματα τηλεθέρμανσης στις πόλεις της Κοζάνης και της Πτολεμαΐδας. Έγιναν οι κατάλληλες μετατροπές στους ήδη λειτουργούντες ΑΗΣ και κατασκευάστηκαν αγωγοί μεταφοράς από τους σταθμούς προς την πόλη, αντλιοστάσια μεταφοράς και διανομής και δίκτυο διανομής της 24

25 πόλης. Και στις δύο πόλεις τα έργα χρηματοδοτήθηκαν κατά ένα μεγάλο μέρος από το κοινοτικό πρόγραμμα VALOREN. Τα αποτελέσματα είναι αισθητά στους κατοίκους των δύο πόλεων: 1. Το κόστος της θέρμανσης είναι χαμηλότερο για τον τελικό καταναλωτή. (Η τιμολόγηση στην Κοζάνη ανέρχεται στο 65% του κόστους θέρμανσης με πετρέλαιο). 2. Η θέρμανση πραγματοποιείται χωρίς τις εγκαταστάσεις καυστήρων και δεξαμενών πετρελαίου σε κάθε οικοδομή, άρα καθαρότερα για τον καταναλωτή και πιο αξιόπιστα, αφού τον απαλλάσσουν από τις συντηρήσεις των καυστήρων και την τροφοδοσία με καύσιμα. 3. Ελαττώθηκε η επιβάρυνση της ατμόσφαιρας από εκπομπές αερίων, όπως το SO 2, το CO 2, που είναι τα προϊόντα της καύσης σε καυστήρες μαζούτ και πετρελαίου και ρυπαίνουν αισθητά το χειμώνα τον αέρα των πόλεων. 4. Για την χώρα είχε σαν αποτέλεσμα την εξοικονόμηση συναλλάγματος. Ιδιαίτερη περίπτωση αποτελεί ο ΑΗΣ Αμυνταίου, ο μόνος για τον οποίο υπήρχε εξαρχής πρόβλεψη για απομάστευση ατμού θερμικής ισχύος 35 Gcal/h από κάθε έναν από τους 2 στροβίλους του ΑΗΣ, καθώς και ο απαραίτητος χώρος για την εγκατάσταση του σχετικού εξοπλισμού (εναλλάκτες, αντλίες κλπ). Η μελέτη όμως έδειξε ότι το έργο δεν είναι βιώσιμο λόγω της μικρής θερμικής ζήτησης της πόλης. Η εφαρμογή της τηλεθέρμανσης θα πρέπει να γίνεται μετά από ολοκληρωμένη μελέτη της βιωσιμότητας του έργου, λόγω του ότι η απόδοση του ΑΗΣ μειώνεται προς όφελος βέβαια της παραγόμενης θερμικής ενέργειας [1]. Τέλος, ως Συμπαραγωγή Ηλεκτρισμού και Θερμότητας Υψηλής Αποδοτικότητας (ΣΗΘΥΑ) ορίζεται η συμπαραγωγή που εξασφαλίζει εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας τουλάχιστον κατά 10% σε σύγκριση με τη χωριστή παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας. Η παραγωγή από μονάδες συμπαραγωγής μικρής (μονάδα συμπαραγωγής με εγκατεστημένη ηλεκτρική ισχύ ίση ή μικρότερη του 1 MW e ) και πολύ μικρής κλίμακας (μονάδα συμπαραγωγής με μέγιστη ηλεκτρική ισχύ ίση ή μικρότερη από 50 kw e ) που εξασφαλίζει εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας, ανεξαρτήτως ποσοστού, χαρακτηρίζεται ως ΣΗΘΥΑ [10] ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΠΑΡΚΑ Ενεργειακό πάρκο (Ε.Π.) είναι ένα σύμπλεγμα δραστηριοτήτων σε μια περιορισμένη έκταση, που δέχεται πρωτογενείς μορφές ενέργειας και τις μετατρέπει σε άλλες μορφές ενέργειας ή και χρήσιμα ενεργειακά προϊόντα, που στη συνέχεια διαθέτει σε πελάτες-καταναλωτές μέσα στο Ε.Π. ή κοντά σε αυτό. Το κύριο πλεονέκτημα των Ε.Π. είναι ότι επιτυγχάνεται μείωση του κόστους της ενέργειας με αντίστοιχη μείωση τους κόστους παραγωγής των βιομηχανιών-πελατών και επομένως βελτίωση της ανταγωνιστικότητάς τους. Ένα ενεργειακό πάρκο μπορεί να περιλαμβάνει και μονάδες αποθήκευσης ενέργειας διαφόρων μορφών (μπαταρίες, αποθηκευτήρες θερμότητας, υδροαντλητικές δεξαμενές κλπ), με κριτήριο πάντα την αποδοτικότερη και πιο αξιόπιστη λειτουργία του ακόμη και για τα φορτία αιχμής. Οι μονάδες παραγωγής ενέργειας μπορεί να είναι ΑΗΣ, πυρηνικοί σταθμοί, αιολικά πάρκα, σταθμοί φωτοβολταϊκών στοιχείων, γεωθερμία ή συνδυασμοί τους, ανάλογα με τους διαθέσιμους πόρους της περιοχής του Ε.Π. 25

26 Η περίσσεια της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται σε ένα Ε.Π. μπορεί να διατίθεται στο Δίκτυο, και σε περιόδους αιχμής φορτίου να καλύπτεται από αυτό ΚΥΨΕΛΕΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ (FUEL CELLS) Από τη δεκαετία του 60 η ανάγκη για πηγές ηλεκτρικής ενέργειας μικρού μεγέθους και υψηλής απόδοσης, κυρίως για εξοπλισμό διαστημοπλοίων και πολεμικών αεροσκαφών, οδήγησε στη δημιουργία μιας νέας γενιάς συσσωρευτών, των λεγόμενων στοιχείων καυσίμου. Οι συσσωρευτές αυτοί βασίζονται στην κατανάλωση υδρογόνου, το οποίο οξειδούμενο προς νερό, δημιουργεί ρεύμα ηλεκτρονίων. Η λογική βάσει της οποίας λειτουργούν είναι ίδια με αυτή των κοινών συσσωρευτών, μόνο που στην περίπτωση των στοιχείων καυσίμου η ουσίαηλεκτρονιοδότης ανανεώνεται με συνεχή ροή. Σήμερα υπάρχουν διάφορες τεχνολογίες στοιχείων καυσίμου που παίρνουν το όνομά τους από το είδος του ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιούν: Αλκαλικές κυψέλες καυσίμου (Alkaline Fuel Cells-AFC). Η αλκαλική κυψέλη καυσίμου χρησιμοποιεί αλκαλικό ηλεκτρολύτη όπως π.χ. υδροξείδιο του καλίου (ΚΟΗ). Χρησιμοποιήθηκε αρχικά από τη NASA σε διαστημικές αποστολές. Τα διαστημικά λεωφορεία της NASA χρησιμοποιούν αλκαλικές κυψέλες καυσίμου. Κυψέλες καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (Proton Exchange Membrane Fuel Cells-PEMFC). Αυτές οι κυψέλες καυσίμου χρησιμοποιούν πολυμερή μεμβράνη σαν ηλεκτρολύτη, με πλατινένια ηλεκτρόδια. Λειτουργούν σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες και μπορούν να μεταβάλλουν την ισχύ εξόδου τους ώστε να ανταποκρίνονται σε άμεσες απαιτήσεις ισχύος. Αυτές οι κυψέλες έχουν μια αρκετά συμπαγή κατασκευή κατάλληλη για εφαρμογές κίνησης οχημάτων αλλά και για εφαρμογές αυτόνομων οικιακών χρηστών. Ονομάζονται επίσης και πολυμερικές ηλεκτρολυτικές Κ.Κ. (PEFC). Κυψέλες καυσίμου μεθανόλης (Direct Methanol Fuel Cells-DMFC). Είναι ένας τύπος κυψελών καυσίμου παρόμοιος με το PEMFC ως προς το ότι χρησιμοποιεί και αυτός πολυμερή μεμβράνη σαν ηλεκτρολύτη. Ωστόσο, ένας καταλύτης στην άνοδο του DMFC παράγει υδρογόνο από την υγρή μεθανόλη, εξαλείφοντας την ανάγκη ενός αναμορφωτή καυσίμου (για παραγωγή υδρογόνου). Έτσι, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν καύσιμο καθαρή μεθανόλη. Κυψέλες καυσίμου ανθρακικού διαλύματος υψηλής θερμοκρασίας (Molten Carbonate Fuel Cells-MCFC). Χρησιμοποιεί ένα τηγμένο ανθρακικό άλας σαν ηλεκτρολύτη. Έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιεί σαν καύσιμο μεθάνιο, φυσικό αέριο ή αέρια παράγωγα γαιανθράκων. Η θερμοκρασία λειτουργίας τους ανέρχεται στους 650 ο C. Αυτές οι οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να λειτουργήσουν μέχρι και με 60% απόδοση, που μπορεί να φτάσει και το 80% αν αξιοποιηθεί και η πλεονάζουσα θερμότητα. Οι κυψέλες αυτές χρησιμοποιούνται κυρίως σε μεγάλες σταθερές μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Είναι μεγάλες σε μέγεθος, βαριές και αργούν να ξεκινήσουν. Με αυτό το είδος είναι δυνατή η χρήση διαφόρων 26

27 καυσίμων. Είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί και άνθρακας (DCFC). Έχουν χρησιμοποιηθεί αρκετά έως τώρα αλλά τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρον μειώθηκε. Κυψέλες καυσίμου φωσφορικού οξέος (Phosphoric Acid Fuel Cells-PAFC). Μία κυψέλη καυσίμου φωσφορικού οξέος αποτελείται από μια άνοδο και μια κάθοδο από άνθρακα καλυμμένο με καταλύτη πλατίνας και μια κατασκευή από καρβίδιο του πυριτίου που συγκρατεί τον ηλεκτρολύτη φωσφορικού οξέος. Αυτός είναι ο περισσότερο εμπορικά ανεπτυγμένος τύπος κυψελών καυσίμου και χρησιμοποιείται σε πολλά εμπορικά κτίρια για την παροχή ηλεκτρικής ισχύος. Οι κυψέλες καυσίμου φωσφορικού οξέος μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σε μεγάλα οχήματα, όπως για παράδειγμα σε λεωφορεία. Κυψέλες καυσίμου στερεών οξειδίων (Solid Oxide Fuel Cells-SOFC). Αυτές οι κυψέλες καυσίμου λειτουργούν σε ακόμη μεγαλύτερες θερμοκρασίες από τις κυψέλες καυσίμου ανθρακικού διαλύματος. Χρησιμοποιούν κεραμικό ηλεκτρολύτη, όπως το οξείδιο του ζιρκονίου σταθεροποιημένο με οξείδιο του υττρίου, αντί υγρού και λειτουργούν σε θερμοκρασία 800 με 1000 βαθμούς Κελσίου. Διαθέτουν εσωτερικό αναμορφωτή καυσίμου και δεν εκπέμπουν σχεδόν τίποτα στο περιβάλλον. Χρησιμοποιούνται σε διάφορες εφαρμογές όπως παραγωγή ενέργειας από σταθερές μονάδες, βοηθητικές πηγές ενέργειας για οχήματα (Auxiliary Power Unit) και σε άλλες ειδικές εφαρμογές. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν επίσης και στη Διανεμημένη Παραγωγή. Ήταν το πρώτο είδος κυψελών καυσίμου που χρησιμοποιήθηκαν πριν και από τις AFC το [12] Στον Πίνακα 2.5 [13] φαίνονται ορισμένα χαρακτηριστικά των διαφόρων τεχνολογιών στοιχείων καυσίμου. Οι κυψέλες καυσίμου έχουν σαφέστατα ποικίλα πλεονεκτήματα, συγκρινόμενες με τις συμβατικές πηγές ισχύος. Αν και κάποια από τα χαρακτηριστικά τους είναι αποτελεσματικά μόνο σε ορισμένες εφαρμογές, τα περισσότερα πλεονεκτήματά τους είναι γενικά. Ορισμένα απ αυτά είναι: η υψηλή απόδοση, μικρές απαιτήσεις συντήρησης, χαμηλές εκπομπές, χαμηλό επίπεδο θορύβου, ευελιξία καυσίμου, περιορισμός οικονομικών εξαρτήσεων, εύκολη ανατροφοδότηση, μεγάλη διάρκεια λειτουργίας, μεγάλο εύρος εφαρμογών. Ωστόσο, η εμπορευματοποίησή τους αντιμετωπίζει ορισμένα μειονεκτήματα, όπως το υψηλό αρχικό κόστος επένδυσης, η έλλειψη υποδομών για τη μεταφορά υδρογόνου κλπ. Θα πρέπει να σημειώσουμε πως οι τεχνολογίες κυψελών καυσίμου με υψηλή θερμοκρασία λειτουργίας (ανθρακικού διαλύματος και κεραμικού καταλύτη) παράγουν στην κάθοδο υδρατμούς σε υψηλή θερμοκρασία. Έτσι, μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε σε σταθμούς ΣΗΘ, είτε σε σταθμούς συνδυασμένου κύκλου κυψελών καυσίμου και ατμοστροβίλου για μεγιστοποίηση της ηλεκτρικής απόδοσης. 27

28 Πίνακας 2.5: Χαρακτηριστικά διαφόρων τεχνολογιών [13] AFC DMFC MCFC PAFC PEMFC SOFC Ηλεκτρολύτης Υγρό ΚΟΗ Πολυμερές Μίγμα Πολυμερής ανθρακικών Υγρό Η 3 ΡΟ 4 μεμβράνη αλάτων Κεραμικό Θερμοκρασία λειτουργίας ο C 90 ο C 650 ο C 200 ο C 80 ο C ο C Ηλεκτρική Απόδοση 50% 25-40% 45-55% 40% 40-50% 50-60% Τυπική Ισχύς kw kW 100kW kW 100MW 1000kW 10kW-100MW Πιθανές εφαρμογές Υποβρύχια Διαστημόπλοια Φορητές συσκευές Σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής Σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής Οχήματα, μικρές σταθ. μονάδες Σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής 28

29 3. ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ 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 σε αυτές τις θάλασσες αναμείχθηκαν με τη λάσπη, τις πέτρες κ.λ.π. που παρέσυραν τα ποτάμια από τη στεριά, δημιουργώντας σιγά-σιγά στρώματα πάχους εκατοντάδων μέτρων στο 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 1859 ο Αμερικανός Έντ.Ντρέηκ έκανε την πρώτη επιτυχή γεώτρηση στην Πενσυλβάνια των Η.Π.Α. Από τότε βέβαια έχει προχωρήσει πολύ η τεχνολογία στις μεθόδους αναζήτησης πετρελαίου, με αποτέλεσμα σήμερα να έχουν επεκταθεί οι γεωτρήσεις ακόμη και στις θάλασσες και στους πάγους της Ανταρκτικής. Το πετρέλαιο είναι το καύσιμο, που λόγω της φύσης του βοήθησε στην ανάπτυξη της βιομηχανίας και των μεταφορών. Στον τομέα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιήθηκε αρχικά σε μεγάλη έκταση, λόγω του χαμηλού κόστους του, αλλά μετά την ενεργειακή κρίση, την αύξηση της τιμής του και τη συνειδητοποίηση ότι τα αποθέματά του πρόκειται να εξαντληθούν μέσα σε λίγες δεκαετίες, δημιουργήθηκε η τάση του περιορισμού και της αντικατάστασής του από άλλες πηγές ενέργειας. Εξακολουθεί όμως σε πολλές περιπτώσεις να χρησιμοποιείται, λόγω των πλεονεκτημάτων του έναντι άλλων πηγών. Είναι καύσιμο υψηλής θερμογόνου δύναμης, γι αυτό και είναι εύκολη η μεταφορά του σε απομακρυσμένες περιοχές, όπως τα νησιά που δεν είναι στο διασυνδεδεμένο σύστημα. Το αργό πετρέλαιο, δηλαδή το πετρέλαιο στη φυσική του μορφή, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Η κατεργασία του γίνεται στα διυλιστήρια, όπου με μια σειρά διεργασιών επιτυγχάνεται ο διαχωρισμός του σε υδρογονάνθρακες διαφορετικού ειδικού βάρους και διαφορετικού σημείου ζέσεως. Τα βασικότερα προϊόντα του είναι: προπάνιο, βουτάνιο, υγραέριο, νάφθα, βενζίνες, καύσιμα αεροπορίας, πετρέλαιο εσωτερικής καύσης (ντίζελ) και εξωτερικής καύσης (μαζούτ). Ανάλογα με τις εκάστοτε απαιτήσεις σε απόδοση καυσίμου, οικονομική απόδοση, ρύπανση του περιβάλλοντος, επιλέγεται για κάθε χρήση κάποιο από τα παραπάνω προϊόντα. Για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούνται το ντίζελ και το μαζούτ. Το ντίζελ χρησιμοποιείται σε αεριοστροβιλικούς σταθμούς και σε μηχανές εσωτερικής καύσης. Το μαζούτ χρησιμοποιείται σε ατμοηλεκτρικούς σταθμούς (ΑΗΣ). 29

30 3.1. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ Οι αεριοστροβιλικές μονάδες αποτελούνται από τέσσερα βασικά στοιχεία, δηλαδή τον συμπιεστή του αέρα καύσης, το θάλαμο καύσης, τον αεριοστρόβιλο και τη γεννήτρια. Όπως δείχνει το σχήμα 3.1 ο συμπιεστής, ο στρόβιλος και η γεννήτρια βρίσκονται σε κοινό άξονα. Ο συμπιεστής απορροφά περίπου τα 2/3 της ισχύος του άξονα. Η ενέργεια αυτή δεν ρέει προς τα έξω, δεν χάνεται, αλλά προσδίδεται στον αέρα που συμπιέζει ο συμπιεστής. Ο ατμοσφαιρικός αέρας, αφού συμπιεστεί, οδηγείται στο θάλαμο καύσης. Εκεί ψεκάζεται με πετρέλαιο ή φυσικό αέριο. Τα αέρια προϊόντα της καύσης έχουν θερμοκρασία μέχρι περίπου 850 C. Αυτά οδηγούνται στο στρόβιλο και εκτονώνονται. Κατά την εκτόνωση τους ένα μέρος της ενέργειας τους μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια στον άξονα του στροβίλου. Σχήμα 3.1: Σχηματική διάταξη αεριοστροβίλου [9] Οι αεριοστροβιλικοί σταθμοί έχουν μικρό κόστος εγκατάστασης, μικρές απαιτήσεις χώρου, χαμηλό κόστος συντήρησης, μικρές ή και καθόλου απαιτήσεις σε ψυκτικό νερό, αλλά μικρό σχετικά βαθμό απόδοσης 25-30%. Γι αυτό και δεν προτιμούνται για συνεχή λειτουργία στο διασυνδεδεμένο δίκτυο. Τα πλεονεκτήματά τους είναι η γρήγορη εκκίνηση, η γρήγορη ρύθμιση αποδιδόμενης ισχύος και η πλήρως αυτοματοποιημένη λειτουργία και μάλιστα με δυνατότητα τηλεχειρισμού. Έτσι, προτιμούνται για σκοπούς ρύθμισης ισχύος, κάλυψη αιχμών ζήτησης και σε μικρά απομονωμένα νησιωτικά δίκτυα, όπου το μεγάλο επενδυτικό κόστος, οι μεγάλες μεταβολές του φορτίου και η μεταφορά του καυσίμου σε μεγάλες αποστάσεις καθιστούν ασύμφορη και προβληματική τη λειτουργία ενός ΑΗΣ. Πολλές φορές για την ικανοποίηση ξαφνικών αιχμών είναι οικονομικότερη η 30

31 εκκίνηση από στασιμότητα των αεριοστροβιλικών σταθμών από τη θερμή εφεδρεία των ατμοηλεκτρικών σταθμών. Οι μονάδες αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σαν σύγχρονοι αντισταθμιστές για τη διατήρηση της ονομαστικής τάσης στο δίκτυο[53] ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ Από τότε που το πετρέλαιο αναδείχτηκε σε βασική πηγή ενέργειας σε όλο τον κόσμο, ήταν φυσικό να μπει στο κέντρο του ενδιαφέροντος πολλών κρατών, τόσο από οικονομική όσο και από πολιτική άποψη. Σαν αποτέλεσμα είχαμε σε πρώτη φάση την πληθώρα ερευνητικών γεωτρήσεων, πολλές από τις οποίες με την επιτυχή έκβασή τους άλλαξαν ριζικά την οικονομική κατάσταση των χωρών που τις πραγματοποίησαν. Στη συνέχεια, το πετρέλαιο ήταν πολλές φορές η αιτία για τη δημιουργία πολέμων. Αξιοσημείωτο είναι ότι οι μεγαλύτερες πολυεθνικές εταιρείες είναι εταιρείες εμπορίας πετρελαίου. Το 1960 δημιουργείται ο ΟΠΕΚ (Οργανισμός ΠΕτρελαιο-παραγωγών Κρατών) για την προάσπιση των συμφερόντων των χωρών-μελών του έναντι των χωρώνεισαγωγέων, αλλά κυρίως για μια αντεπίθεση προς τη στρατηγική που εφάρμοζαν μέχρι τότε οι μεγάλες εταιρείες πετρελαίου. Πράγματι, μέχρι το 1976 ολοκληρώνεται η αγορά των μετοχών όλων των ξένων επιχειρήσεων που λειτουργούσαν στο έδαφός τους. Για ένα χρονικό διάστημα μέχρι το 1981 ο ΟΠΕΚ μπορεί να ελέγχει τις τιμές του πετρελαίου με συνεχείς αυξήσεις. Το 1981 όμως η κατάσταση ξεφεύγει τελείως από τον έλεγχο του ΟΠΕΚ, καθώς η παγκόσμια οικονομική ύφεση προκαλεί τη μείωση της ζήτησης και συνεπώς την πτώση των τιμών. Από αυτές τις εξελίξεις ζημιωμένες είναι οι οικονομίες των πετρελαιοπαραγωγών κρατών, που είχαν στηρίξει τα κυβερνητικά τους προγράμματα στις συναλλαγματικές εισροές, που κατά % βασίζονταν στις εξαγωγές πετρελαίου. Οι ΗΠΑ είναι ο μεγάλος κερδισμένος, αφού κατορθώνει να μειώσει τα έξοδα για αγορά πετρελαίου επί του συνόλου των εισαγωγών από 34% το 1981 στο 15% το Τα συνολικά, τεχνικοοικονομικώς εκμεταλλεύσιμα, αποθέματα πετρελαίου στο τέλος του 2011 ήταν 1652,6 δις βαρέλια. Στον Πίνακα 3.1 [3] και στο Σχήμα 3.2 [3] φαίνεται η παγκόσμια κατανομή κοιτασμάτων πετρελαίου στο τέλος του Με βάση τα πιστοποιημένα αποθέματα και με σταθερή ετήσια παραγωγή, υπολογίζεται ότι τα αποθέματα επαρκούν για 50 περίπου χρόνια [3]. Στον πίνακα 3.2 [4] φαίνεται η εγκατεστημένη ισχύς πετρελαϊκών σταθμών σε χώρες τις Ευρώπης. Παρατηρούμε μία τάση για μείωση της εγκατεστημένης ισχύος πετρελαϊκών σταθμών. 31

32 Πίνακας 3.1: Παγκόσμια αποθέματα πετρελαίου (τέλος του 2011) [3] ΔΙΣ. ΤΟΝΟΥΣ ΔΙΣ. ΒΑΡΕΛΙΑ Ποσοστό(κατ όγκο) Β. Αμερική % Κεντρ. & Ν. Αμερική % Ρωσική Ομοσπονδία % Ιράν % Ιράκ % Κουβέιτ % Σαουδική Αραβία % Ηνωμένα Αραβικά Εμιράτα % Αφρική % Υπόλοιπες χώρες % Σύνολο ,0% Σχήμα 3.2: Παγκόσμια κατανομή κοιτασμάτων πετρελαίου [3] 32

33 Πίνακας 3.2: Εγκατεστημένη ισχύς πετρελαϊκών σταθμών παραγωγής Η.Ε. στην Ευρώπη [ΜW] [4] ΑΥΣΤΡΙΑ ΒΕΛΓΙΟ ΓΕΡΜΑΝΙΑ ΔΑΝΙΑ ΙΣΠΑΝΙΑ ΦΙΛΑΝΔΙΑ ΓΑΛΛΙΑ Μ. ΒΡΕΤΑΝΙΑ ΕΛΛΑΔΑ ΙΡΛΑΝΔΙΑ ΙΤΑΛΙΑ ΛΟΥΞΕΜΒΟΥΡΓΟ ΟΛΛΑΝΔΙΑ ΠΟΡΤΟΓΑΛΙΑ ΣΟΥΗΔΙΑ ΕΛΒΕΤΙΑ ΝΟΡΒΗΓΙΑ ΒΟΥΛΓΑΡΙΑ ΚΥΠΡΟΣ ΤΣΕΧΙΑ ΕΣΘΟΝΙΑ ΟΥΓΓΑΡΙΑ

34 23 ΛΙΘΟΥΑΝΙΑ ΛΕΤΟΝΙΑ ΠΟΛΩΝΙΑ ΡΟΥΜΑΝΙΑ ΣΛΟΒΕΝΙΑ ΣΛΟΒΑΚΙΑ ΤΟΥΡΚΙΑ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ 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 τη ραγδαία αύξηση της τιμής του πετρελαίου, οδήγησε σε αναζήτηση τρόπων για την υποκατάστασή του. Σ αυτό συνέβαλε και η ανακάλυψη μεγάλων κοιτασμάτων αξιοποιήσιμου εγχώριου λιγνίτη. Το πετρέλαιο περιορίστηκε αρκετά, με αποτέλεσμα σήμερα να συμμετέχει με 25% περίπου στην εγκατεστημένη ισχύ και 11% περίπου στην ετήσια παραγωγή Η.Ε.[4]. Σε πολλές περιπτώσεις, όπου είναι αδύνατη ή ασύμφορη η χρήση του λιγνίτη, χρησιμοποιείται σαν καύσιμο το πετρέλαιο. Αυτό συμβαίνει για παράδειγμα στα νησιά, τα οποία είναι αποκομμένα από το διασυνδεδεμένο σύστημα, και όπου απαιτείται ένα καύσιμο με μεγάλη θερμογόνο δύναμη και εύκολο στη μεταφορά, όπως είναι το πετρέλαιο. Επίσης, στους θερμικούς σταθμούς, οι οποίοι βρίσκονται κοντά στην Αθήνα (Λαύριο, Αλιβέρι) χρησιμοποιείται πετρέλαιο επειδή έχει λιγότερες εκπομπές ρύπων από το λιγνίτη. Το πετρέλαιο που χρησιμοποιείται στην Ελλάδα για την παραγωγή Η.Ε. είναι το μαζούτ 3500 REDW και το diesel. Στον Πίνακα 3.3 [48] φαίνονται οι πετρελαϊκοί σταθμοί που λειτουργούν συνδεδεμένοι στο σύστημα, ενώ στον Πίνακα 3.4 [14] παρουσιάζονται οι πετρελαϊκοί σταθμοί του νησιωτικού συμπλέγματος. 34

35 Πίνακας 3.3: Υφιστάμενοι Πετρελαϊκοί Σταθμοί Παραγωγής Συνδεδεμένοι στο Σύστημα [48] ΟΝΟΜΑΣΙΑ ΤΟΠΟΣ ΒΑΣΙΚΟ ΚΑΥΣΙΜΟ ΑΡΙΘ. ΜΟΝΑΔΩΝ ΣΥΝ. ΙΣΧΥΣ ΑΗΣ Αλιβερίου (ΔΕΗ) Εύβοια Μαζούτ 2 μονάδες 300 ΜW ΑΗΣ Λαυρίου (ΔΕΗ) Λαύριο, Αττική Μαζούτ, Φυσικό Αέριο 2 μονάδες 450 MW Πίνακας 3.4: Υφιστάμενοι Πετρελαϊκοί Σταθμοί Παραγωγής Συνδεδεμένοι στο Νησιωτικό Σύμπλεγμα [14] ΟΝΟΜΑΣΙΑ ΤΟΠΟΣ ΒΑΣΙΚΟ ΚΑΥΣΙΜΟ ΑΡΙΘ. ΜΟΝΑΔΩΝ ΣΥΝ. ΙΣΧΥΣ ΑΗΣ Λινοπεραμάτων (ΔΕΗ) ΑΗΣ Χανίων (ΔΕΗ) ΑΗΣ Αθερινόλακκου (ΔΕΗ) ΑΗΣ Σορώνης (ΔΕΗ) 32 Αυτόνομοι και Τοπικοί Σταθμοί στα Λοιπά Μη Διασυνδεδεμένα Νησιά Κρήτη Μαζούτ/Ντίζελ 15 μονάδες 279 ΜW Κρήτη Ντίζελ 7 μονάδες 345 MW Κρήτη Μαζούτ 4 μονάδες 195 MW Ρόδος Μαζούτ/Ντίζελ 11 μονάδες 233 MW Μαζούτ/Ντίζελ 258 μονάδες 728 MW 35

36 4. ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ 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. Στο παρελθόν η εύρεση κοιτασμάτων φυσικού αερίου χωρίς πετρέλαιο θεωρούνταν αποτυχία. Η μεγαλύτερη δε ποσότητα του φυσικού αερίου που παραγόταν στις χώρες του ΟΠΕΚ πριν δύο δεκαετίες απλά καιγόταν στον τόπο εξόρυξής του. Ο βασικός λόγος ήταν το αυξημένο κόστος μεταφοράς του αερίου από τους χώρους παραγωγής στους χώρους κατανάλωσης που είναι πολλές φορές υψηλότερο από αυτό του πετρελαίου, το οποίο είναι υγρό σε συνθήκες περιβάλλοντος και συνεπώς μεταφέρεται ευκολότερα [1]. 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 τη χρήση των διαφόρων καυσίμων ήταν οι αιτίες για την αλλαγή πολιτικής σχετικά με τη χρήση του φ.α. διεθνώς. Παράλληλα, ανακαλύφθηκαν νέα μεγάλα κοιτάσματα, κυρίως στην Ρωσία, που έδωσαν μια νέα διάσταση ως προς την επάρκεια του φυσικού αερίου. Η μεταφορά του γίνεται με δύο τρόπους: 1. Μέσω αγωγού ο οποίος συνδέει τον τόπο παραγωγής με τον τόπο κατανάλωσης. Αυτό προϋποθέτει βέβαια μια μακροχρόνια συμφωνία μεταξύ των δύο χωρών, ώστε να μπορέσει να αποσβεστεί το μεγάλο κόστος κατασκευής του αγωγού. Πολλές φορές είναι απαγορευτική η κατασκευή ενός τέτοιου αγωγού, είτε λόγω μεγάλης απόστασης, είτε λόγω παρεμβολής θάλασσας ή κρατών με πολιτική αστάθεια. 2. Με υγροποίηση του φυσικού αερίου ως εξής: αφαιρούνται σταδιακά το CO 2, το υδρόθειο, οι υδρατμοί, το βουτάνιο και το προπάνιο που περιέχονται στο φυσικό αέριο και στη συνέχεια στους -162 C υγροποιείται το μεθάνιο, που είναι και το κύριο συστατικό του. Έπειτα, το υγροποιημένο αέριο αποθηκεύεται σε ειδικές δεξαμενές, κατασκευασμένες από αλουμίνιο και ανοξείδωτο ατσάλι. Και αυτή η μέθοδος απαιτεί τεράστιες επενδύσεις, γι αυτό και προηγούνται ειδικές πολυετείς συμφωνίες πριν από την κατασκευή των σχετικών εγκαταστάσεων. Το φυσικό αέριο έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα καύσιμα: σταθερή ποιότητα φλόγας, σταθερή θερμοκρασία καύσης, μη ύπαρξη τέφρας, μηδενική περιεκτικότητα σε θείο, άκαπνη καύση, δυνατότητα καύσης με ελάχιστο αέρα, υψηλό σημείο ανάφλεξης (640 C), απλή κατασκευή καυστήρων και εύκολη επιτήρησή τους. Κατά συνέπεια, προσφέρει υψηλή απόδοση, μικρότερο χρόνο κατασκευής μονάδων και μειωμένες εκπομπές ρύπων. Χρησιμοποιείται είτε σε κλασσικούς ΑΗΣ, είτε σε αεριοστροβιλικούς. Ωστόσο, η πλειοψηφία των νέων σταθμών που κατασκευάζονται για χρήση φυσικού αερίου είναι σταθμοί συνδυασμένου κύκλου αεριοστροβίλου ατμοστροβίλου. 36

37 4.1. ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΑΤΑΝΟΜΗ Η χρήση του φυσικού αερίου σαν υποκατάστατο του πετρελαίου άρχισε να μελετάται μετά την πρώτη πετρελαϊκή κρίση κατά τις αρχές του Ο τετραπλασιασμός της τιμής του αργού πετρελαίου, που μέχρι τότε παρέμενε σε σταθερά επίπεδα, κατέστησε ανταγωνιστική την χρήση του, και άρχισαν έρευνες για τον εντοπισμό και νέων κοιτασμάτων. Η ανακάλυψή τους μάλιστα άλλαξε το διεθνές σκηνικό των ενεργειακών πόρων. Στον Πίνακα 4.1 [3] φαίνονται τα αποθέματα φ.α. παγκοσμίως. Στο τέλος του 2011 τα παγκόσμια αποθέματα ήταν 208,4 τρισεκ. κυβ. μέτρα. Με βάση τα αποθέματα αυτά και την παραγωγή φυσικού αερίου το 2011 υπολογίζεται ότι επαρκούν για περισσότερα από 70 χρόνια. Στο Σχήμα 4.1 [3] φαίνεται η ποσοστιαία κατανομή των κοιτασμάτων φυσικού αερίου παγκοσμίως. Παρατηρούμε ότι το 50% περίπου του φυσικού αερίου είναι συγκεντρωμένο σε τρεις χώρες (Ρωσία, Ιράν, Κατάρ). Αν εξαιρέσουμε αυτές τις τρεις χώρες, τα υπόλοιπα κοιτάσματα είναι, σχετικά, ομοιόμορφα κατανεμημένα παγκοσμίως. Πίνακας 4.1: Παγκόσμια αποθέματα φυσικού αερίου (τέλος του 2011) [3] τρισ. κυβ. μέτρα Ποσοστό Β. Αμερική % Κεντρ. & Ν. Αμερική % Ρωσική Ομοσπονδία % Τουρκμενιστάν % Ιράν % Ιράκ % Κατάρ % Σαουδική Αραβία % Ην. Αραβικά Εμιράτα % Αλγερία % Νιγηρία % Αυστραλία % Κίνα % Ινδονησία % 37

38 Μαλαισία % Υπόλοιπες χώρες % Σύνολο % Στον Πίνακα 4.2 [4] φαίνεται η εγκατεστημένη ισχύς σταθμών φυσικού αερίου σε χώρες της Ευρώπης. Παρατηρούμε ότι, σε αντίθεση με τους ανθρακικούς και πετρελαϊκούς σταθμούς, η εγκατεστημένη ισχύς σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με φυσικό αέριο αυξάνει στην πλειοψηφία των χωρών. Σχήμα 4.1: Παγκόσμια κατανομή κοιτασμάτων φυσικού αερίου (τέλος του 2011) [3] Πίνακας 4.2: Εγκατεστημένη ισχύς σταθμών με καύσιμο φυσικό αέριο [MW] [4] ΑΥΣΤΡΙΑ ΒΕΛΓΙΟ ΓΕΡΜΑΝΙΑ ΔΑΝΙΑ ΙΣΠΑΝΙΑ ΦΙΛΑΝΔΙΑ

39 7 ΓΑΛΛΙΑ Μ. ΒΡΕΤΑΝΙΑ ΕΛΛΑΔΑ ΙΡΛΑΝΔΙΑ ΙΤΑΛΙΑ ΛΟΥΞΕΜΒΟΥΡΓΟ ΟΛΛΑΝΔΙΑ ΠΟΡΤΟΓΑΛΙΑ ΣΟΥΗΔΙΑ ΕΛΒΕΤΙΑ ΝΟΡΒΗΓΙΑ ΒΟΥΛΓΑΡΙΑ ΚΥΠΡΟΣ ΤΣΕΧΙΑ ΕΣΘΟΝΙΑ ΟΥΓΓΑΡΙΑ ΛΙΘΟΥΑΝΙΑ ΛΕΤΟΝΙΑ ΠΟΛΩΝΙΑ ΡΟΥΜΑΝΙΑ ΣΛΟΒΕΝΙΑ ΣΛΟΒΑΚΙΑ ΤΟΥΡΚΙΑ

40 4.2. ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ Η εισαγωγή του φυσικού αερίου στη χώρα μας πραγματοποιείται βάσει ενός ολοκληρωμένου σχεδίου εισαγωγής, διανομής και κατανάλωσής του. Το 1987, υπογράφεται η Διακρατική Συµφωνία µεταξύ της Ελληνικής Δηµοκρατίας και της Σοβιετικής Ένωσης για τον εφοδιασµό της χώρας µας µε φυσικό αέριο. Ακολουθούν συμφωνίες της ΔΕΠ με τη ρωσική Sojuzgazexport (σήμερα Gazprom-Export) και με την αλγερινή Sonatrach. Το 1988, υπογράφεται η πρώτη διακρατική συµφωνία µεταξύ Ελλάδας και Αλγερίας, για τον εφοδιασµό της χώρας µας µε Υγροποιηµένο Φυσικό Αέριο (ΥΦΑ), ενώ την ίδια χρονιά ιδρύεται η Δηµόσια Επιχείρηση Αερίου (ΔΕΠΑ) ως θυγατρική εταιρεία της τότε Δηµόσιας Επιχείρησης Πετρελαίου (ΔΕΠ) και υπογράφει την πρώτη σηµαντική συµφωνία κατασκευής του αγωγού µεταφοράς φυσικού αερίου, µήκους 512 χλµ, από τα Ελληνοβουλγαρικά σύνορα έως την Αττική. Το 1994, η ΔΕΠΑ υπογράφει την πρώτη Σύµβαση Πώλησης Φυσικού Αερίου µε το µεγαλύτερο καταναλωτή της χώρας, τη ΔΕΗ, σύμβαση η οποία αποτέλεσε τη βάση για την περαιτέρω ανάπτυξη του έργου του φυσικού αερίου. Στις αρχές του 1996, ολοκληρώνεται η κατασκευή του αγωγού και του Μετρητικού Σταθµού Συνόρων Σιδηροκάστρου, το αέριο εισάγεται στον αγωγό και γίνονται οι πρώτες δοκιµές. Το 2000, ολοκληρώνεται η κατασκευή της εγκατάστασης προσωρινής αποθήκευσης και αεριοποίησης Υγροποιηµένου Φυσικού Αερίου (ΥΦΑ) στη νήσο Ρεβυθούσα και γίνεται η παραλαβή ΥΦΑ από την Αλγερία. Την ίδια χρονιά, ιδρύονται οι δύο πρώτες Εταιρείες Παροχής Αερίου (ΕΠΑ) στην περιοχή της Θεσσαλονίκης και της Θεσσαλίας, ενώ τo 2001, ιδρύεται στην περιοχή της Αττικής µε αντίστοιχη διαδικασία και η τρίτη ΕΠΑ. Το 2003, υπογράφεται η διακρατική συµφωνία µεταξύ Ελλάδας και Τουρκίας, για την προµήθεια αερίου από την Τουρκία. Ο διασυνδετήριος Αγωγός Φυσικού Αερίου Ελλάδας-Τουρκίας αρχίζει να κατασκευάζεται το έτος 2005, την ίδια χρονιά που υπογράφεται Διακρατική Συµφωνία µεταξύ Ελλάδας και Ιταλίας, µε την οποία επισφραγίζεται η δέσµευση των δύο χωρών να υποστηρίξουν το έργο Italy-Greece Interconnector (IGI), το οποίο θα συνδέσει το ιταλικό και ελληνικό δίκτυο φυσικού αερίου. Το 2007, υπογράφεται Διακρατική Συµφωνία µεταξύ Ελλάδας, Ιταλίας και Τουρκίας, µε την οποία εδραιώνεται η δέσµευση των τριών κυβερνήσεων για την έγκαιρη υλοποίηση του αγωγού Interconnector Turkey-Greece-Italy (ITGI) και το Μνηµόνιο Συνεργασίας µεταξύ Ελλάδας και Αζερµπαϊτζάν, µε το οποίο επισηµοποιείται το ενδιαφέρον των δύο κυβερνήσεων για την υπογραφή συµφωνιών προµήθειας αερίου µε προορισµό την Ιταλία και την Ελλάδα, µέσω του αγωγού IGI.Το ίδιο έτος, ξεκινά η λειτουργία του διασυνδετήριου Αγωγού Φυσικού Αερίου Ελλάδας-Τουρκίας και η παραλαβή αερίου µέσω του αγωγού.το 2008, ιδρύεται η Εταιρεία «Υποθαλάσσιος Αγωγός Φυσικού Αερίου (ΥΑΦΑ) Ελλάδος Ιταλίας ΠΟΣΕΙΔΩΝ Α.Ε.» και το 2009 υπογράφεται Μνηµόνιο Συνεργασίας µεταξύ της Bulgarian Energy Holding EAD (BEH EAD), της ΔΕΠΑ Α.Ε. και της Edison S.p.A. για την υλοποίηση του κλάδου του Αγωγού IGI προς τη Βουλγαρία µε το όνοµα Διασυνδετήριος Αγωγός Ελλάδας Βουλγαρίας (IGB).Το 2010, ιδρύεται η Natural Gas Interconnector Greece Bulgaria EAD (ICGB AD), εταιρεία υπεύθυνη για την ανάπτυξη, την κατασκευή και τη λειτουργία του νέου αγωγού φυσικού αερίου μεταξύ της Ελλάδας και της Βουλγαρίας (αγωγός IGB).[15] 40

41 Μέσα στο 2011, παρελήφθησαν ποσότητες φυσικού αερίου από τις μακροχρόνιες συμβάσεις της ΔΕΠΑ καθώς επίσης και από τη διεθνή ευκαιριακή αγορά Υγροποιημένου Φυσικού Αερίου, ως ακολούθως: Από την Gazprom-Export (Ρωσία), παρελήφθησαν συνολικά περίπου 2,7 δισεκατομμύρια Nm 3, από την BOTAS (Τουρκία) παρελήφθησαν μέσω αγωγού περίπου 0,7 δισεκατομμύρια Nm 3, από τη Sonatrach 14 φορτία Υγροποιημένου Φυσικού Αερίου ισοδύναμου με επαναεριοποιημένες ποσότητες άνω των 0,6 δισεκατομμυρίων Nm 3 και τέλος, 4 φορτία από την ευκαιριακή αγορά, τα οποία βελτίωσαν περαιτέρω τους όρους προμήθειας της ΔΕΠΑ και αύξησαν τις συνολικές ποσότητες του Υγροποιημένου Φυσικού Αερίου σε επίπεδα άνω των 100 εκατομμυρίων Nm 3.[15] Στους Πίνακες 4.3 και 4.4 [16] φαίνονται οι προδιαγραφές ποιότητας του φυσικού αερίου και του Υγροποιημένου Φυσικού Αερίου αντίστοιχα, σύμφωνα με το Διαχειριστή Εθνικού Συστήματος Φυσικού Αερίου. Πίνακας 4.3: Προδιαγραφές Ποιότητας Φυσικού Αερίου [16] Μέγεθος Μονάδες Προδιαγραφή Συντελεστής Wobbe KWh/Nm 3 13,10-16,37 Avώτερη Θερμογόνος Δύναμη KWh/Nm 3 10,20-13,71 Σχετική Πυκνότητα - 0,56-0,71 CH 4 % mole 75,0 min CO 2 % mole 3,0 max N 2 % mole 6,0 max O 2 % mole 0,2 max Υδρόθειο (H 2 S) mg/nm 3 5,4 max Ολικό θείο Σημείο Δρόσου του Νερού mg/nm 3 o C 80,0 max +5 max Σημείο Δρόσου Υδρογονανθράκων Θερμοκρασία o C +3 max o C

42 Πίνακας 4.4: Προδιαγραφές Ποιότητας Υγροποιημένου Φυσικού Αερίου [16] Μέγεθος Μονάδες Προδιαγραφή Συντελεστής Wobbe KWh/Nm 3 13,10-16,37 Avώτερη Θερμογόνος Δύναμη KWh/Nm 3 11,16-12,68 Πυκνότητα ΥΦΑ Kg/m Μοριακό Βάρος Kg/Kmol 16,52 18,88 Μεθάνιο % mole 85,0 min 97,0 max i-βουτάνιο & n-βουτάνιο % mole 4 max i-πεντάνιο & n-πεντάνιο % mole 2 max Άζωτο % mole 1,24 max Υδρόθειο (H 2 S) mg/nm 3 5,0 max Ολικό θείο Θερμοκρασία mg/nm 3 o C 30,0 max -158 max Το φυσικό αέριο διεισδύει µε γρήγορους ρυθµούς στον τοµέα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στη χώρα µας µετά την απελευθέρωση των αγορών ηλεκτρικής ενέργειας και φυσικού αερίου. Οι σταθµοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας συνδυασµένου κύκλου φυσικού αερίου και τα συστήµατα συµπαραγωγής ηλεκτρισµού και θερµότητας αποτελούν τη βέλτιστη δυνατή επιλογή τόσο από πλευράς εξοικονόµησης ενέργειας και κόστους παραγωγής όσο και από πλευράς περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Η «ΔΕΗ Α.Ε.» αποτελεί τον πρώτο πελάτη της ΔΕΠΑ, καθώς η τροφοδότηση του πρώτου σταθµού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας µε φυσικό αέριο στην Ελλάδα πραγµατοποιήθηκε τον Ιούνιο του 1997, στο σταθµό της ΔΕΗ, στον Άγιο Γεώργιο Κερατσινίου. Μέχρι σήµερα το φυσικό αέριο χρησιµοποιείται και στους σταθµούς Συνδυασµένου Κύκλου της ΔΕΗ στο Λαύριο και στην Κοµοτηνή. Το 2004, συνδέθηκε στο Εθνικό Σύστηµα Μεταφοράς Φυσικού Αερίου και λειτούργησε, ο πρώτος ιδιωτικός σταθµός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ανοικτού κύκλου 148MWe (µονάδα αιχµής), ο οποίος ανήκει στην εταιρία «ΗΡΩΝ ΘΕΡΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ Α.Ε». Από το 2005, λειτουργεί ο Σταθµός Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας Συνδυασµένου Κύκλου 390ΜWe της εταιρίας «ELPEDISON ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ Α.Ε» στο δήµο Εχεδώρου του νοµού Θεσσαλονίκης. Το 2008, τέθηκε σε λειτουργία η µονάδα Συµπαραγωγής Ηλεκτρισµού και Θερµότητας εγκατεστηµένης ισχύος 334 ΜWe για την κάλυψη των αναγκών της εταιρείας «ΑΛΟΥΜΙΝΙΟΝ ΑΕ». Στις αρχές του 2010, 42

43 ξεκίνησε η λειτουργία της µονάδας ηλεκτροπαραγωγής συνδυασµένου κύκλου της εταιρείας «ΗΡΩΝ ΙΙ ΘΕΡΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ ΒΟΙΩΤΙΑΣ Α.Ε.» εγκαταστημένης ισχύος 435MWe, µε καύσιµο φυσικό αέριο στην περιοχή της Θήβας στη Βοιωτία. Το 2010, τέθηκε σε λειτουργία η δεύτερη µονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας συνδυασµένου κύκλου της «ELPEDISON ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ Α.Ε» στην Βιοµηχανική Περιοχή της Θίσβης του νομού Βοιωτίας, εγκαταστημένης ισχύος 421,6ΜWe. Τέλος, το ίδιο έτος λειτούργησε η μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας συνδυασµένου κύκλου «PROTERGIA» στην περιοχή του Αγ. Νικολάου Βοιωτίας εγκαταστημένης ισχύος 444 MWe.[15] Σχήμα 4.2: Κατανάλωση Φυσικού Αερίου (σε εκατ. Nm 3 ) ανά κατηγορία στην Ελλάδα [56] 43

44 5. ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Από το 1951, που αρχίζει η λειτουργία του πρώτου πυρηνικού αντιδραστήρα στο Arco της Πολιτείας Idaho των ΗΠΑ, μέχρι σήμερα έχουν γίνει πολλά βήματα στον τομέα της τεχνολογίας των πυρηνικών αντιδραστήρων, όχι όμως τέτοια που να έχουν καταστήσει την ατομική ενέργεια μια ασφαλή και οικονομική μέθοδο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. 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 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 τη σειρά 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 τη 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 από 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 τη 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 [1]. Υπάρχουν διάφοροι τύποι αντιδραστήρων, θα αναφέρουμε όμως εδώ τους περισσότερο διαδεδομένους: 44

45 BWR- Boiling Water Reactors (Αντιδραστήρες Ατμού). Χαρακτηριστικό γνώρισμα αυτών των αντιδραστήρων είναι η απλή κατασκευή τους λόγω του ότι έχουν ένα μόνο θερμικό κύκλο. Δηλαδή, το νερό που χρησιμοποιείται στον αντιδραστήρα ως ψυκτικό, ατμοποιείται μέσα στον αντιδραστήρα και χρησιμοποιείται κατευθείαν για την κίνηση του ατμοστροβίλου. Λόγω της απλής κατασκευής τους, έχουν σχετικά μικρό κόστος κατασκευής[17]. PWR- Pressurized Water Reactors (Αντιδραστήρες πεπιεσμένου ύδατος). Χαρακτηρίζονται σαν αντιδραστήρες συμβατικής σχεδίασης και είναι σε θέση να αναπαράγουν μεγάλο μέρος από τα καύσιμα που χρησιμοποιούν. Η πρώτη εμφάνισή τους ήταν το 1957 και ο κύριος στόχος τους ήταν η κάλυψη του προγράμματος των πυρηνοκίνητων υποβρυχίων των ΗΠΑ σε καύσιμα. Η λειτουργία τους γίνεται με διπλό θερμικό κύκλο. Στον πρώτο κύκλο το νερό ψύχει τον πυρήνα χωρίς να φτάνει σε σημείο βρασμού λόγω της υψηλής πίεσης, και στο δεύτερο κύκλο παράγεται ο ατμός. Το νερό εκτελεί και το ρόλο του επιβραδυντή νετρονίων. Τα συνηθέστερα ατυχήματα οφείλονται στην διακοπή παροχής νερού στον πυρήνα του αντιδραστήρα. Το γεγονός αυτό προκαλεί μερική ή ολική τήξη του πυρήνα, με αποτέλεσμα τη διάχυση ραδιενεργών υλικών στην ατμόσφαιρα και το περιβάλλον[1]. LMR- Liquid Metal Reactors (Αντιδραστήρες υγρού μετάλλου). Αυτός ο τύπος αντιδραστήρα μεταστοιχειώνει το φυσικό ουράνιο (U238) σε πλουτώνιο (Pu238). Κύριο χαρακτηριστικό τους είναι η υψηλή απόδοση. Τα υψηλά επίπεδα ενέργειας των ταχέων νετρονίων που παράγονται κατά τη σχάση προκαλούν τον ταχύτατο εκφυλισμό τους. Αυτό είναι πολύ σημαντικό καθώς τα νετρόνια, επειδή δεν εμφανίζουν ηλεκτρικό φορτίο, είναι τα μόνα σωματίδια που δεν δεσμεύονται από τις ηλεκτρομαγνητικές διατάξεις ασφαλείας. Απαιτούν έτσι ειδικές και βαριές θωρακίσεις. Ο τύπος αυτός του αντιδραστήρα παράγει 70 φορές περισσότερη ενέργεια με την ίδια ποσότητα καυσίμου από ότι οι αντίστοιχοι αντιδραστήρες συμβατικής τεχνολογίας και είναι ιδιαίτερα ελκυστικός για τους κατασκευαστές πυρηνικών όπλων, λόγω της υπερπαραγωγής πλουτωνίου. Στον τύπο αυτό ανήκουν όλοι οι αναπαραγωγικοί αντιδραστήρες, επειδή έχει αποδειχθεί ότι οι LΜR αποτελούν ιδανικούς «καυστήρες» πυρηνικών αποβλήτων. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματά τους είναι η καυστικότητα της σόδας στον αέρα και στο νερό[1]. CANDU Reactors. Είναι αντιδραστήρες καναδικού σχεδιασμού με καύσιμο φυσικό ουράνιο και επιβραδυντή βαρύ νερό. RBMK Reactors. Αντιδραστήρες Ρωσικού σχεδιασμού με επιβραδυντή γραφίτη. Λειτουργία παρόμοια με τους BWR. Gas Cooled Reactors και Advanced Gas Cooled Reactors. Αντιδραστήρες που χρησιμοποιούν για ψυκτικό διοξείδιο του άνθρακα. VVER Reactor. Είναι η Ρωσική έκδοση του αντιδραστήρα πεπιεσμένου ύδατος (PWR).[17] 45

46 Το Υπουργείο Ενέργειας των Η.Π.Α. και η βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας κατηγοριοποιούν τους πυρηνικούς αντιδραστήρες σε γενεές. Σήμερα λειτουργούν εμπορικά αντιδραστήρες των τριών πρώτων γενεών. Από το 2010 έχουν αρχίσει να αναπτύσσονται εμπορικά οι αντιδραστήρες γενιάς ΙΙΙ+. Είναι οι αντιδραστήρες: PBΜR- Pebble Bed Modular Reactors. Αυτοί οι αντιδραστήρες χρησιμοποιούν καύσιμο φορμαρισμένο σε κεραμικές σφαίρες, ανάμεσα στις οποίες κυκλοφορεί αέριο. Το αποτέλεσμα είναι ένας αποτελεσματικός και ασφαλής αντιδραστήρας με χαμηλό κόστος συντήρησης και οικονομικό, τυποποιημένο καύσιμο. Αυτός ο τύπος αναπτύχθηκε από την Eskom της Νότιας Αφρικής. AP1000. Αντιδραστήρες πεπιεσμένου νερού «τρίτης γενιάς», οι οποίοι αναπτύχθηκαν από την αμερικανική Westinghouse και χρησιμοποιούνται ήδη στην Κίνα [18]. Μια τέταρτη γενιά αντιδραστήρων (Gen IV) αποτελεί το αντικείμενο μιας εντατικής προσπάθειας έρευνας και ανάπτυξης. Αυτά τα συστήματα αναμένεται να είναι διαθέσιμα για εμπορική χρήση από το Οι αντιδραστήρες Gen IV (τέταρτης γενιάς) θα είναι πραγματικά καινοτομικοί. Θα συνδυάζουν κορυφαία χαρακτηριστικά ασφάλειας με ανταγωνιστικές οικονομικές δυνατότητες. Στα σχέδια αυτά χρησιμοποιούνται λειτουργίες παθητικής ασφάλειας, ώστε να εξασφαλίζεται μηδενικός αντίκτυπος στην περιοχή έξω από το εργοστάσιο ακόμα και στα χειρότερα σενάρια ατυχημάτων. Οι αντιδραστήρες Gen IV θα κάνουν πολύ πιο αποτελεσματική χρήση των πόρων ουρανίου. Ορισμένα σχέδια χρησιμοποιούν κλειστούς κύκλους καυσίμου ώστε τα απόβλητα να «καίγονται» μέσα στον αντιδραστήρα, μειώνοντας έτσι τις τελικές ποσότητες αποβλήτων και ενισχύοντας την αντίσταση στη διάδοση των πυρηνικά ενεργών υλικών. Τα δύο ερευνητικά έργα που βρίσκονται σε εξέλιξη για αντιδραστήρες τέταρτης γενιάς είναι: α) Το IRIS (International Reactor Innovative & Secure) Project, προϊόν συνεργασίας επτά χωρών: Βραζιλίας, Ιταλίας, Ιαπωνίας, Μεξικού, Ισπανίας, Μ. Βρετανίας και Η.Π.Α. β) Το GT-MHR- Gas Turbine Modular Helium Reactor, αντιδραστήρας που αναπτύσσεται από την General Atomics [19] ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΑΤΑΝΟΜΗ Στο τέλος του 2011 λειτουργούσαν σε 30 χώρες του κόσμου 435 πυρηνικοί αντιδραστήρες συνολικής εγκατεστημένης ισχύος MW, βρίσκονταν δε υπό κατασκευή άλλοι 61 με συνολική ισχύ MW [20]. Στον Πίνακα 5.1 [21] παρουσιάζεται η εξέλιξη της εγκατεστημένης ισχύος πυρηνικών σταθμών παγκοσμίως, καθώς και το ποσοστό της πυρηνικής ως προς τη συνολική εγκατεστημένη ισχύ. Στον Πίνακα 5.2 [20] φαίνεται η κατανομή των πυρηνικών αντιδραστήρων παγκοσμίως. Παρατηρούμε ότι, στο τέλος του 2011, πυρηνικοί σταθμοί υπό κατασκευή υπήρχαν κυρίως σε ασιατικές χώρες. Η Ελλάδα δεν έχει πυρηνικά εργοστάσια, ούτε και πρόκειται να κατασκευάσει, τουλάχιστον για το εγγύς μέλλον. Είχε προγραμματιστεί η κατασκευή ενός αντιδραστήρα για το 1985, αλλά τελικά η ιδέα αυτή εγκαταλείφθηκε. Οι λόγοι είναι δύο: α) Η μεγάλη αντίδραση φορέων και πολιτών σχετικά με τις επιπτώσεις μιας τέτοιας απόφασης στο περιβάλλον και β) Η ανησυχία για την ασφαλή λειτουργία ενός πυρηνικού σταθμού, δεδομένης της μεγάλης σεισμικότητας της χώρας μας [1]. 46

47 Πίνακας 5.1: Εγκατεστημένη Ισχύς Πυρηνικών Εργοστασίων [21] Χώρα Συνολ. εγκατεστ. Ισχύς [GW] Εγκατ. ισχύς πυρην. Σταθμών [GW] Ποσοστό ισχύος πυρην. Σταθμών Συνολ. εγκατεστ. Ισχύς [GW] Εγκατ. ισχύς πυρην. Σταθμών [GW] Ποσοστό ισχύος πυρην. Σταθμών Συνολ. εγκατεστ. Ισχύς [GW] Εγκατ. ισχύς πυρην. Σταθμών [GW] Ποσοστό ισχύος πυρην. Σταθμών 1 Αργεντινή 17,474 1,018 5,83% 27,013 1,018 3,77% 32,870 1,018 3,1% 2 Αρμενία 2,812 0,000 0,00% 3,188 0,376 11,79% 3,472 0,376 10,83% 3 Βέλγιο 12,791 5,485 42,88% 14,223 5,738 40,34% 18,322 5,927 32,35% 4 Βουλγαρία 12,146 3,538 29,13% 11,758 3,760 31,98% 10,009 1,906 19,04% 5 Βραζιλία 54,141 0,657 1,21% 76,242 1,966 2,58% 113,730 2,007 1,76% 6 Γαλλία 100,055 56,780 56,75% 111,211 63,183 56,81% 124,269 63,13 50,8% 7 Γερμανία 113,672 22,527 19,82% 115,011 22,396 19,47% 153,224 20,467 13,36% 8 Ελβετία 13,978 2,950 21,10% 15,632 3,200 20,47% 18,073 3,253 17,99% 9 Η.Π.Α. 739,870 99,589 13,46% 848,254 98,159 11,57% 1039, ,167 9,74% 10 Ιαπωνία 181,780 33,404 18,38% 237,876 45,907 19,30% 287,027 48,96 17,06% 11 Ινδία 78,367 1,785 2,28% 120,318 2,860 2,38% 208,093 4,56 2,2% 12 Ισπανία 38,718 6,987 18,05% 50,423 7,519 14,91% 101,714 7,424 7,3% 13 Καζακστάν 18,862 0,135 0,72% 16,891 0,000 0,00% 18,735 0,000 0,00% 14 Καναδάς 104,451 13,052 12,50% 111,037 10,615 9,56% 136,947 12,665 9,25% 15 Κίνα 151,473 0,300 0,20% 338,310 2,167 0,64% 987,935 10,668 1,08% 16 Λιθουανία 6,078 3,000 49,36% 5,756 3,000 52,12% 3,587 0,000 0,00% 17 Μ.Βρετανία 67,510 11,353 16,82% 77,009 12,486 16,21% 93,452 10,865 11,63% 18 Μεξικό 30,070 0,675 2,24% 42,300 1,365 3,23% 62,002 1,365 2,2% 19 Νότια Αφρική 34,840 1,842 5,29% 40,481 1,800 4,45% 44,258 1,8 4,07% 47

48 20 Νότια Κορέα 20,110 7,616 37,87% 54,463 13,716 25,18% 84,662 17,716 20,93% 21 Ολλανδία 17,545 0,505 2,88% 20,378 0,449 2,20% 26,615 0,51 1,92% 22 Ουγγαρία 7,193 1,760 24,47% 8,392 1,866 22,24% 9, ,19% 23 Ουκρανία 54,422 12,880 23,67% 51,866 11,835 22,82% 54,883 13,835 25,21 % 24 Πακιστάν 8,356 0,137 1,64% 18,038 0,462 2,56% 22,269 0,462 2,07% 25 Ρουμανία 22,268 0,000 0,00% 22,406 0,705 3,15% 20,849 1,3 6,24% 26 Ρωσία 213,099 20,242 9,50% 205,565 21,242 10,33% 229,112 24,242 10,58% 27 Σλοβακία NA NA NA 7,778 2,640 33,94% 7,855 1,82 23,17% 28 Σλοβενία 2,531 0,632 24,97% 2,735 0,676 24,72% 3,193 0,666 20,86% 29 Σουηδία 34,053 10,000 29,37% 33,635 9,453 28,10% 36,514 8,977 24,59% 30 Ταϊβάν 20,462 5,144 25,14% 30,134 5,144 17,07% 41,6745 0,000 0,00% 31 Τσεχία NA NA ΝΑ 15,298 2,760 18,04% 18,304 3,9 21,31% 32 Φινλανδία 13,348 2,360 17,68% 16,475 2,640 16,02% 16,678 2,7 16,19% 48

49 Πίνακας 5.2: Πυρηνικοί Αντιδραστήρες ανά τον κόσμο (τέλος του 2011) [20] Σε λειτουργία Υπό κατασκευή Παραγωγή ενέργειας από πυρην. σταθμούς το 2011 Χώρα Αρ. μονάδων Συνολ. ισχύς MW(e) Αρ. μονάδων Συνολ. ισχύς [GW(e)] TWh Ποσοστό της συνολ. Ενέργειας 1 Αργεντινή ,9 5 2 Αρμενία ,4 33,2 3 Βέλγιο , Βουλγαρία ,3 32,6 5 Βραζιλία ,8 3,2 6 Γαλλία ,5 77,7 7 Γερμανία ,3 17,8 8 Ελβετία ,7 40,9 9 Η.Π.Α ,4 19,3 10 Ιαπωνία ,2 18,1 11 Ινδία ,7 12 Ιράν ,1 0,0 13 Ισπανία ,1 19,5 14 Καναδάς ,3 15,3 15 Κίνα ,6 1,9 16 Κορέα ,8 34,6 17 Μ.Βρετανία ,7 17,8 18 Μεξικό ,3 3,6 19 Νότια Αφρική ,9 5,2 20 Ολλανδία ,9 3,6 49

50 21 Ουγγαρία ,7 43,3 22 Ουκρανία ,9 47,2 23 Πακιστάν ,8 3,8 24 Ρουμανία , Ρωσία ,0 17,6 26 Σλοβακία ,3 54,0 27 Σλοβενία ,9 41,7 28 Σουηδία ,1 39,6 29 Τσεχία ,7 33,0 30 Φινλανδία ,3 31,6 Σύνολο ,0 12, ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ Το βασικότερο μειονέκτημα ενός πυρηνικού αντιδραστήρα είναι η επίδρασή του στο περιβάλλον. Κατά τη λειτουργία του παράγονται διάφορα ραδιενεργά υλικά, σαν αποτέλεσμα της πυρηνικής αντίδρασης. Για να εμποδιστεί η διαφυγή επικίνδυνης ακτινοβολίας στο περιβάλλον και στο προσωπικό του αντιδραστήρα περιβάλλεται ο χώρος που βρίσκεται ο πυρήνας του με ειδικές βαριές θωρακίσεις, υπάρχει σύστημα τηλεχειρισμού για διάφορες λειτουργίες μέσα στην επικίνδυνη περιοχή και γενικά υπάρχει ένα σύστημα ελέγχου υψηλής τεχνολογίας για την πρόληψη ατυχημάτων, που ανεβάζει το κόστος κατασκευής τους. Παρόλα αυτά, ατυχήματα συμβαίνουν αρκετά συχνότερα από ότι θα ήθελαν οι κατασκευαστές των αντιδραστήρων. Πολλές φορές οφείλονται σε ανθρώπινο λάθος, άλλες πάλι σε απρόβλεπτους παράγοντες, γεγονός όμως είναι ότι κάθε φορά έχουν σαν αποτέλεσμα τη μόλυνση κάποιων ατόμων από ραδιενέργεια, χωρίς πάντα να είναι άμεσα ορατές οι συνέπειες. Τα σημαντικότερα ατυχήματα, αυτά που χαρακτηρίζονται ως μεγάλα, είναι αυτά που συνέβησαν στο Three Mile Island και στο Τσέρνομπιλ. Το ατύχημα στο Three Mile Island, σε αντίθεση με αυτό στο Τσέρνομπιλ, δεν προκάλεσε μεγάλη εκροή ραδιενεργών υλικών στο περιβάλλον, ούτε επιπτώσεις στην υγεία των ατόμων. Αναφορικά με το ατύχημα στο Τσέρνομπιλ, πάνω από θάνατοι τα επόμενα χρόνια αποδόθηκαν στο τραγικό γεγονός, πολλά από τα παιδιά που γεννήθηκαν αργότερα έχουν γενετικές ανωμαλίες (γύρω στο 60%), ενώ τα κρούσματα καρκίνου του θυρεοειδούς και λευχαιμίας αυξάνουν συνεχώς. Εκτός από τις ραδιολογικές επιπτώσεις στην υγεία 50

51 του πληθυσμού, το ατύχημα είχε κοινωνικές και οικονομικές επιπτώσεις στην Ουκρανία, την Λευκορωσία και την Ρωσία. Μολονότι οι ραδιολογικές επιπτώσεις σε άλλες χώρες υπήρξαν μικρές, το ατύχημα προκάλεσε έντονους φόβους στο κοινό σε όλο τον κόσμο ως προς τους κινδύνους από τους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Επηρέασε επίσης την πολιτική κυβερνήσεων για τους πυρηνικούς αντιδραστήρες ισχύος [52]. Το δεύτερο μεγάλο πρόβλημα των πυρηνικών σταθμών σε σχέση με το περιβάλλον είναι ο μεγάλος όγκος ραδιενεργών αποβλήτων, πολλά από τα οποία παραμένουν ενεργά για εκατοντάδες ή και χιλιάδες χρόνια. Η ασφαλής απόρριψή τους αποτελεί έναν ακόμη παράγοντα αύξησης του κόστους, αλλά και προκαλεί αμφιβολίες σχετικά με το κατά πόσο είναι δυνατόν να πραγματοποιηθεί, διότι δεν υπάρχει επαρκής γνώση για την ανθεκτικότητα των υλικών που τα σφραγίζουν, όταν βρίσκονται κάτω από συνεχή ακτινοβολία για τόσο μεγάλα χρονικά διαστήματα. Το ίδιο πρόβλημα υπάρχει και στους σταθμούς, οι οποίοι έχουν συμπληρώσει το χρόνο ασφαλούς λειτουργίας τους και κλείνουν, καθώς και σε εκείνους, οι οποίοι λόγω κάποιου ατυχήματος και εκτεταμένης διαρροής πρέπει να καλυφθούν με ασφάλεια από υλικά που δεν θα επιτρέπουν την περαιτέρω διαφυγή ραδιενεργών στοιχείων ή ακτινοβολίας ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΣΥΝΤΗΞΗ Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η αντίδραση που χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα στα πυρηνικά εργοστάσια για την εκμετάλλευση της πυρηνικής ενέργειας είναι η σχάση του πυρήνα, κατά την οποία ο πυρήνας ενός ατόμου, ύστερα από το βομβαρδισμό του με νετρόνια διασπάται σε δύο άλλα στοιχεία, εκλύοντας παράλληλα ενέργεια. Η αντίθετη αντίδραση, δηλαδή η ένωση δύο στοιχείων σε ένα κάτω από ορισμένες συνθήκες είναι η πυρηνική σύντηξη. Η πυρηνική σύντηξη είναι μία «καθαρή» μέθοδος γιατί δεν έχει σαν προϊόντα ραδιενεργά στοιχεία. Η έρευνα γύρω από την πυρηνική σύντηξη έχει αρχίσει από τη δεκαετία του 50. Από τότε, έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος. Η πιο «εύκολη» αντίδραση σύντηξης είναι η σύντηξη δευτερίου και τριτίου (ισοτόπων του Υδρογόνου) που παράγει ένα σωματίδιο α και ένα νετρόνιο. Η σύντηξη ένος χιλιόγραμμου καυσίμου δευτερίουτριτίου (D-T) απελευθερώνει χιλιάδες φορές περισσότερη ενέργεια απ ότι η καύση ενός χιλιόγραμμου άνθρακα. Για να επιτευχθεί όμως αυτή η σύντηξη πρέπει το καύσιμο να θερμανθεί σε θερμοκρασία περίπου C πράγμα που σημαίνει και μεγάλη κατανάλωση ενέργειας. Σε τέτοιες θερμοκρασίες, το καύσιμο βρίσκεται σε κατάσταση πλάσματος. Αυτό το καυτό πλάσμα πρέπει να περιοριστεί για να αποφευχθεί η καταστροφή του δοχείου της σύντηξης. Η μέθοδος περιορισμού που επικράτησε είναι ο μαγνητικός περιορισμός. Ο μεγαλύτερος πειραματικός αντιδραστήρας που πρόκειται να κατασκευαστεί είναι ο ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Ο νέος αντιδραστήρας θα κατασκευαστεί βάσει της τεχνολογίας Tokamak, η οποία ξεκίνησε από τη Ρωσία και αναπτύχθηκε από πολλές χώρες. Οι πειραματικοί αντιδραστήρες σύντηξης που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι όλοι Tokamak, κάθε χώρα όμως έχει να επιδείξει καλύτερες επιδόσεις σε έναν συγκεκριμένο τομέα: ο βρετανικός Jet, για παράδειγμα, έχει επιτύχει την ισχυρότερη αντίδραση ενώ ο γαλλικός Torre Supra έχει επιτύχει την αντίδραση με τη μεγαλύτερη διάρκεια. Η συνένωση όλων των τεχνογνωσιών αναμένεται να δώσει σημαντικά αποτελέσματα. 51

52 Οι αντιδραστήρες Tokamak διαθέτουν μια τοροειδή μαγνητική δομή, η οποία επιτρέπει τη δημιουργία και τη διατήρηση των συνθηκών που απαιτούνται για την παραγωγή ελεγχόμενων αντιδράσεων πυρηνικής σύντηξης. Ο ITER είναι προϊόν συνεργασίας της Ευρωπαϊκής Ένωσης, των ΗΠΑ, της Ρωσίας, της Κίνας, της Ιαπωνίας, του Καναδά, της Κορέας και της Ινδίας. Η επιλογή της τοποθεσίας κατασκευής του ITER υπήρξε μια μακροχρόνια διαδικασία που τελικά ολοκληρώθηκε το Αποφασίστηκε να κατασκευαστεί στη θέση που προτάθηκε από την Ευρωπαϊκή Ένωση, στο Cadarache της Νότιας Γαλλίας. Το 2007, μετά την επικύρωσή της από όλα τα μέλη, η συμφωνία ITER τέθηκε σε ισχύ και ο Οργανισμός ITER ιδρύθηκε επίσημα. Σύμφωνα με τον αρχικό σχεδιασμό, ο ITER θα μπορεί να παράγει 500 εκατομμύρια Βατ ενέργειας σύντηξης σε διάστημα 500 δευτερολέπτων έως τα τέλη της δεκαετίας του 2020 [22]. Στον Πίνακα 5.3 [22] φαίνονται οι βασικές τεχνικές παράμετροι του ITER. Πίνακας 5.3: Βασικές Τεχνικές Παράμετροι του ITER [22] Παράμετρος Μονάδες Μεγάλη ακτίνα πλάσματος 6,2 m Μικρή ακτίνα πλάσματος 2,0 m Όγκος πλάσματος 840 m 3 Ρεύμα πλάσματος 15,0 MA Τοροϊδές πεδίο στον άξονα 5,3 T Ισχύς σύντηξης 500 MW Burn Flat Top >400 s Ενίσχυση ισχύος >10 52

53 6. ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Οι πηγές ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που εξετάστηκαν 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 το ρυθμό αύξησης των αναγκών της ανθρωπότητας σε ενέργεια. Επίσης, τόσο κατά την καύση των ορυκτών, όσο και κατά τη χρήση των πυρηνικών καυσίμων, παράγονται είτε ρυπογόνα αέρια, είτε ραδιενεργά κατάλοιπα. Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) είναι οι μη ορυκτές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και, κατά συνέπεια, είναι πρακτικά ανεξάντλητες και δεν επιβαρύνουν το περιβάλλον. Οι ΑΠΕ είναι οι εξής: 1. υδραυλική ενέργεια 2. ηλιακή ενέργεια 3. αιολική ενέργεια 4. γεωθερμική ενέργεια 5. ενέργεια από βιομάζα 6. ενέργεια των κυμάτων Η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας δεν είναι και τόσο νέα υπόθεση. Όταν ο άνθρωπος άρχισε να αυξάνει τις δυνατότητές του χρησιμοποιώντας και άλλα μέσα πέρα από τη δύναμή του, ανακάλυψε και τις ΑΠΕ. Ενδεικτικά μπορούμε να αναφέρουμε ορισμένα παραδείγματα όπως: 1. εκμετάλλευση της ενέργειας των ποταμών για την κίνηση μύλων, πριονιστηρίων ξυλείας, μπατανιών, δριστελλών, υφαντουργείων, 2. χρήση της ηλιακής ενέργειας για παραγωγή αλατιού, καλλιέργεια σε θερμοκήπια, 3. χρήση της αιολικής ενέργειας σε ανεμόμυλους, κίνηση ιστιοφόρων, άντληση νερού. 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 περιοριζόταν στην εκμετάλλευση των υδατοπτώσεων. Με τη 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. Συνοπτικά μπορούμε να δούμε τα κυριότερα πλεονεκτήματα των ΑΠΕ: Είναι πρακτικά ανεξάντλητες πηγές ενέργειας και συμβάλλουν στη μείωση της εξάρτησης από συμβατικούς ενεργειακούς πόρους. Απαντούν στο ενεργειακό πρόβλημα για τη σταθεροποίηση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα και των υπόλοιπων αερίων του θερμοκηπίου. Επιπλέον, υποκαθιστώντας τους σταθμούς παραγωγής ενέργειας από συμβατικές πηγές οδηγούν σε ελάττωση εκπομπών από άλλους ρυπαντές π.χ. οξείδια θείου και αζώτου που προκαλούν την όξινη βροχή. 53

54 Είναι εγχώριες πηγές ενέργειας και συνεισφέρουν στην ενίσχυση της ενεργειακής ανεξαρτησίας και της ασφάλειας του ενεργειακού εφοδιασμού σε εθνικό επίπεδο. Είναι διάσπαρτες γεωγραφικά και οδηγούν στην αποκέντρωση του ενεργειακού συστήματος, δίνοντας τη δυνατότητα κάλυψης των ενεργειακών αναγκών σε τοπικό και περιφερειακό επίπεδο, ανακουφίζοντας έτσι τα συστήματα υποδομής και μειώνοντας τις απώλειες από τη μεταφορά ενέργειας. Έχουν συνήθως χαμηλό λειτουργικό κόστος που δεν επηρεάζεται από τις διακυμάνσεις της διεθνούς οικονομίας και ειδικότερα των τιμών των συμβατικών καυσίμων. [32] Βέβαια, δεν είναι όλα ευνοϊκά ως προς τη χρήση των ΑΠΕ για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Δυστυχώς υπάρχουν και πολλά προβλήματα, κάποια από τα οποία με την πάροδο του χρόνου περιορίζονται. Τα κυριότερα μειονεκτήματα των ΑΠΕ είναι: 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. 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. Έχουν χαμηλή πυκνότητα ισχύος και ενέργειας, οπότε για μεγάλες ποσότητες ισχύος απαιτούνται συχνά εκτεταμένες εγκαταστάσεις. Για τις αιολικές μηχανές υπάρχει η άποψη ότι προκαλούν οπτική ρύπανση και είναι θορυβώδεις. Με την εξέλιξη όμως της τεχνολογίας τους και την προσεκτικότερη επιλογή χώρων εγκατάστασης (π.χ. σε πλατφόρμες στην ανοιχτή θάλασσα) αυτά τα προβλήματα έχουν σχεδόν λυθεί. Για τα υδροηλεκτρικά έργα λέγεται ότι προκαλούν έκλυση μεθανίου από την αποσύνθεση των φυτών που βρίσκονται κάτω απ' το νερό κι έτσι συντελούν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Τα παραπάνω προβλήματα αποτελούν και το 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. Στο σημείο αυτό θα πρέπει να γίνουν δύο διευκρινήσεις. Η μελέτη των μεγάλων υδροηλεκτρικών πολλές φορές δεν εξετάζεται μαζί με τις υπόλοιπες ΑΠΕ διότι η χρήση τους είναι ήδη από δεκαετίες καθιερωμένη και η επέμβαση που προκαλούν στο τοπικό περιβάλλον είναι σημαντική. Εδώ προτιμήθηκε η συνολική εξέταση της εκμετάλλευσης του υδροδυναμικού σαν τμήμα των ΑΠΕ. Η δεύτερη αφορά την πυρηνική ενέργεια, την οποία ορισμένοι την κατατάσσουν στις ΑΠΕ, αν και είναι βέβαιο, ότι τα αποθέματα των ορυκτών από τα οποία λαμβάνονται οι πρώτες ύλες για τα πυρηνικά καύσιμα είναι πεπερασμένα, και η δράση τους αρνητική για το περιβάλλον και τον άνθρωπο. 54

55 Στον Πίνακα 6.1 [22] μπορούμε να δούμε την ποσοστιαία συμμετοχή των ΑΠΕ στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στις χώρες του ΟΟΣΑ 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 αυτές τους τις δυνατότητες. Πίνακας 6.1: Ποσοστό Η.Ε. από χρήση ΑΠΕ σε σύγκριση με συμβατικά καύσιμα [22] Υδροδυναμική ενέργεια ΑΠΕ Αιολική, Ηλιακή & λοιπές ΑΠΕ Συμβατικά καύσιμα Πυρηνική Ενέργεια Συνολική παραγόμενη Η.Ε. (TWh) 1 Αυστραλία 4,8% 3,9% 91,3% 0,0% 256,2 2 Αυστρία 56,7% 11,1% 32,2% 0,0% 67 3 Βέλγιο 0,3% 8,5% 43,3% 47,9% 95,1 4 Γαλλία 10,8% 3,3% 14,2% 71,7% 567,6 5 Γερμανία 3,3% 15,2% 59,8% 21,7% 614,1 6 Δανία 0,1% 35,3% 64,6% 0,0% 38,6 7 Ελβετία 53,6% 4,0% 4,8% 37,6% 66,6 8 Ελλάδα 12,1% 5,9% 82,0% 0,0% 60,8 9 Εσθονία 0,2% 8,3% 91,5% 0,0% Η.Π.Α. 6,0% 4,1% 71,3% 18,6% 4337,1 11 Ην.Βασίλειο 0,9% 6,7% 77,6% 14,8% 378,1 12 Ιαπωνία 7,6% 3,2% 63,6% 25,6% 1071,3 13 Ιρλανδία 2,1% 11,7% 86,2% 0,0% 28,3 14 Ισλανδία 72,9% 26,4% 0,7% 0,0% 17,1 15 Ισπανία 14,2% 19,5% 46,4% 19,9% 295,3 16 Ισραήλ 0,1% 0,2% 99,7% 0,0% 57,2 17 Ιταλία 17,2% 9,9% 72,9% 0,0%

56 18 Καναδάς 58,2% 3,1% 24,3% 14,4% Λουξεμβούργο 3,3% 8,2% 88,5% 0,0% 3,2 20 Μεξικό 13,7% 4,1% 80,1% 2,1% 268,4 21 Νέα Ζηλανδία 54,6% 18,6% 26,8% 0,0% 44,8 22 Νορβηγία 93,8% 1,1% 5,1% 0,0% 124,1 23 Κορέα 0,8% 0,6% 69,1% 29,5% Ολλανδία 0,1% 11,3% 85,3% 3,3% 114,7 25 Ουγγαρία 0,5% 8,4% 51,1% 40,0% 37,4 26 Πολωνία 1,8% 5,5% 92,7% 0,0% Πορτογαλία 30,3% 24,1% 45,6% 0,0% 52,7 28 Σλοβακία 19,1% 2,7% 27,5% 50,7% 27,3 29 Σλοβενία 28,6% 1,5% 36,7% 33,2% 16,2 30 Σουηδία 43,0% 11,7% 9,3% 36,0% 152,8 31 Τουρκία 24,3% 2,0% 73,7% 0,0% 211,2 32 Τσεχία 3,2% 3,9% 61,7% 31,2% 85,3 33 Φινλανδία 15,9% 14,9% 42,3% 26,9% 80,4 34 Χιλή 34,4% 4,5% 61,1% 0,0% 62,5 Στον Πίνακα 6.2 [22] παρατηρούμε την εξέλιξη στη συμμετοχή των ΑΠΕ στην ηλεκτροπαραγωγή στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης (των 27) ανάμεσα στο 2000 και το Παρατηρούμε ότι τη μεγαλύτερη ανάπτυξη έχουν τα φωτοβολταϊκά, η αιολική ενέργεια και η βιομάζα. 56

57 Πίνακας 6.2: Εξέλιξη της συμμετοχής των ΑΠΕ στην Ε.Ε. [ΕΕ-27] [22] ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΠΕ Παραγωγή Η.Ε. (TWh) 2000 Παραγωγή Η.Ε. (TWh) 2010 Βιοαέριο Στερεά βιομάζα & απόβλητα Γεωθερμική Ενέργεια Υδροηλεκτρική Ενέργεια Ηλιακή Ενέργεια και Ενέργεια Κυμάτων Αιολική Ενέργεια ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΟ 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. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω εδώ 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 6.3 [22] παρουσιάζεται η εξέλιξη της εγκατεστημένης ισχύος των υδροηλεκτρικών εργοστασίων στις χώρες του ΟΟΣΑ, σε σύγκριση με τη συνολικά εγκατεστημένη ισχύ της κάθε χώρας. Πίνακας 6.3: Εγκατεστημένη ισχύς υδροηλεκτρικών σταθμών στις χώρες του ΟΟΣΑ (GW) [22] ΥΗΣ ΣΥΝΟΛΟ ΥΗΣ ΣΥΝΟΛΟ ΥΗΣ ΣΥΝΟΛΟ 1 Αυστραλία 6,882 33,512 6,882 33,512 8,048 59,134 2 Αυστρία 11,026 15,776 11,026 15,776 10,6 21,114 3 Βέλγιο 0,094 12,791 0,094 12,791 0,118 18,322 4 Γαλλία 20, ,055 20, ,055 18, , Γερμανία 4, ,672 4, ,672 4, ,224 57

58 6 Δανία 0,010 9,585 0,010 9,585 0,009 13,707 7 Ελβετία 10,226 13,978 10,226 13,978 11,903 18,073 8 Ελλάδα 2,197 8,597 2,197 8,597 2,447 15,117 9 Εσθονία 0,001 3,406 0,003 2,408 0,006 2, Η.Π.Α. 94, ,870 94, ,870 78, , Ην.Βασίλειο 1,412 67,510 1,412 67,510 1,649 93, Ιαπωνία 20, ,780 20, ,780 22, , Ιρλανδία 0,226 3,527 0,226 3,527 0,238 8, Ισλανδία 0,779 0,969 0,779 0,969 1,883 2, Ισπανία 11,429 38,718 11,429 38,718 13, , Ισραήλ 0,005 5,84 0,005 9,891 0,007 15, Ιταλία 12,692 51,494 12,692 51,494 13, , Καναδάς 60, ,451 60, ,451 74, , Κορέα 1,445 20,110 1,445 20,110 1,625 84, Λουξεμβούργο 0,032 0,138 0,032 0,138 0,034 1, Μεξικό 7,993 30,070 7,993 30,070 11,338 62, Νέα Ζηλανδία 4,619 7,088 4,619 7,088 5,25 9, Νορβηγία 25,823 26,074 25,823 26,074 27,677 30, Ολλανδία 0,037 17,545 0,037 17,545 0,037 26, Ουγγαρία 0,048 7,193 0,048 7,193 0,053 9, Πολωνία 0,677 27,046 0,677 27,046 0,936 33, Πορτογαλία 2,772 6,887 2,772 6,887 4,064 18, Σλοβακία ,586 8,119 1,6 7, Σλοβενία 0,755 2,531 0,983 3,042 1,074 3, Σουηδία 15,891 34,053 15,891 34,053 16,624 36,514 58

59 31 Τουρκία 7,114 17,210 7,114 17,210 15,831 49, Τσεχία ,31 1,05 18, Φινλανδία 2,648 13,348 2,648 13,348 3,14 16, Χιλή 3,435 5,173 4,455 10,542 5,467 16,206 Στον Πίνακα 6.4 [22] βλέπουμε την παραχθείσα ενέργεια από αυτές τις μονάδες για τις ίδιες χώρες την τελευταία δεκαετία. Οι σημαντικές διαφορές που εμφανίζονται στην παραγωγή κάθε χώρας σε διαφορετικά έτη σχετίζονται με δύο παράγοντες. Ο πρώτος είναι ο διαφορετικός σχεδιασμός κάθε συστήματος. Σε ορισμένες χώρες οι ΥΗΣ είναι εργοστάσια αιχμής, οπότε η συνεισφορά τους επηρεάζεται από τις αιχμές του συστήματος. Πολλές φορές, ο σχεδιασμός αυτός είναι καθορισμένος εκ των πραγμάτων, επειδή το υδροδυναμικό της χώρας δεν αρκεί για την κάλυψη του φορτίου βάσης. Ο δεύτερος παράγοντας είναι η μειωμένη υδραυλικότητα που υπάρχει σε ορισμένα έτη λόγω μειωμένων βροχοπτώσεων. Πίνακας 6.4: Παραγωγή Η.Ε. από ΥΗΣ στις χώρες του ΟΟΣΑ (TWh) [22] Αυστραλία 15,663 15,619 16,397 15,544 14,671 2 Αυστρία 31,112 33,874 40,05 35,48 33,379 3 Βέλγιο 0,226 0,237 0,437 0,355 0,197 4 Γαλλία 56,277 64,43 73,888 55,599 44,655 5 Γερμανία 14,742 21,737 22,506 19,732 18,188 6 Δανία 0,026 0,019 0,028 0,023 0,017 7 Ελβετία 31,756 28,458 40,895 30,649 31,819 8 Ελλάδα 3,068 4,305 2,076 5,806 3,793 9 Εσθονία -- 0,002 0,007 0,014 0,03 10 Η.Π.Α. 288, , , , , Ην.Βασίλειο 4,534 3,359 4,015 4,547 5, Ιαπωνία 96,517 79, ,324 86,649 82,499 59

60 13 Ιρλανδία 0,738 0,715 0,59 0,717 0,7 14 Ισλανδία 4,162 4,724 6,512 7,22 12, Ισπανία 27,01 39,404 40,617 25,631 30, Ισραήλ 0,006 0,024 0,01 0,015 0, Ιταλία 41,817 41,617 46,343 36,624 45, Καναδάς 305, , , , , Λουξεμβούργο 0,083 0,059 0,117 0,11 0,06 20 Μεξικό 21,635 31,128 28,217 30,09 35, Νέα Ζηλανδία 22,893 25, ,462 23,336 24, Νορβηγία 109, , , , , Νότια Κορέα 3,451 2, ,109 3,433 4, Ολλανδία 0,079 0,079 0,116 0,105 0, Ουγγαρία 0,192 0,205 0,184 0,184 0,22 26 Πολωνία 1,411 1,912 2,302 2,022 2, Πορτογαλία 8,952 14,613 13,894 10,892 11,43 28 Σλοβακία -- 4,185 4,878 4,355 3, Σλοβενία -- 3,616 3,741 3,536 3, Σουηδία 62,603 51, ,269 61,106 65, Τουρκία 22,456 40,07 23,77 43,802 51, Τσεχία -- 1,949 2,033 2,525 2, Φινλανδία 13,065 11,742 13,073 11,379 12, Χιλή 12,997 18,58 20,793 28,838 20,799 60

61 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ Στους υδροηλεκτρικούς σταθμούς (ΥΗΣ) μετατρέπεται η κινητική ή και η 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 τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική. Ανάλογα με την υψομετρική διαφορά του νερού διακρίνουμε τους υδροηλεκτρικούς σταθμούς σε σταθμούς χαμηλής (0-20m), μέσης (20-100m), και υψηλής πίεσης (>100m). Οι υψομετρικές διαφορές που είναι εκμεταλλεύσιμες κυμαίνονται από μερικά μέτρα, π.χ. 3 m, μέχρι και 1500 m περίπου. Η κατασκευή του ΥΗΣ μπορεί να γίνει είτε με δεξαμενή, με κατάλληλο φράγμα σε κάποιο ποτάμι, είτε σαν σταθμός φυσικής ροής σε μεγάλα ποτάμια. Οι περισσότεροι υδροηλεκτρικοί σταθμοί στη χώρα μας είναι σταθμοί δεξαμενής, ρυθμιζόμενοι στην ισχύ τους. Ο βαθμός απόδοσης των ΥΗΣ κυμαίνεται συνήθως μεταξύ 80% έως 95%. Οι ΥΗΣ χρησιμοποιούνται σαν ρυθμιστικά εργοστάσια, δηλαδή για τη ρύθμιση της ισχύος στο δίκτυο εκεί όπου απαιτούνται μικρές χρονικές σταθερές ρύθμισης. Η κατασκευή τους απαιτεί μεγάλα κεφάλαια μιάμιση με δύο φορές το κόστος ενός ανθρακικού ΑΗΣ και τρεις φορές το κόστος ενός αεριοστροβιλικού σταθμού φυσικού αερίου. Σε αντιστάθμισμα έχουν πολύ μικρότερο λειτουργικό κόστος γιατί το καύσιμό τους είναι μηδενικού κόστους. Στο κόστος κατασκευής τους θα πρέπει να υπολογιστεί και το γεγονός ότι ένα φράγμα για ΥΗΣ είναι έργο πολλαπλής σκοπιμότητας γιατί συγχρόνως εξυπηρετεί και άλλους σκοπούς, όπως η ύδρευση και η άρδευση. Επομένως το κεφάλαιο της αρχικής επένδυσης δεν θα πρέπει να βαρύνει αποκλειστικά την Επιχείρηση Ηλεκτρισμού αλλά και τους άλλους φορείς οι οποίοι αποκομίζουν οφέλη από το σχετικό έργο. Ανάλογα με την υψομετρική διαφορά ή και την παροχή του νερού στον υδροηλεκτρικό σταθμό χρησιμοποιούνται διαφορετικοί στρόβιλοι. Με λίγες εξαιρέσεις ανήκουν οι στρόβιλοι στις εξής κατηγορίες: Ελεύθερης δέσμης ή PELTON για Η 100 m FRANCIS για Η = m KAPLAN για Η = m Στο Σχήμα 6.1 φαίνεται ένας στρόβιλος τύπου Pelton σε τομή. Στους στροβίλους Pelton, το νερό προσάγεται σε πολλά ακροφύσια διατεταγμένα ισομετρικά γύρω από τον τροχό Pelton. Εκεί το νερό εκρέει και η δυναμική του ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια. Η δέσμη του νερού που εκρέει από κάθε ακροφύσιο χτυπά εφαπτομενικά στον τροχό Pelton που φέρει πτερύγια. 61

62 Σχήμα 6.1: Εγκατάσταση στροβίλου Pelton. Τομή. [9] 1.ωστικό έδρανο, 2.γεννήτρια, 3.οδηγόν έδρανο, 4.Pelton τροχός, 5.βελονοειδής βαλβίδα Η ρύθμιση ισχύος γίνεται με βελονοειδείς βαλβίδες όπως φαίνεται και στο Σχήμα 6.2. Υπάρχουν, όμως, εμπρός από τα ακροφύσια και ανακλαστές της δέσμης νερού που μπορούν να τεθούν σε μικρό χρόνο μπρος στη δέσμη νερού και να την αποκλίνουν από το να πέσει πάνω στα πτερύγια. Έτσι, μπορεί η ισχύς να μηδενιστεί σε διάστημα μερικών δεκάτων του δευτερολέπτου. Στους στροβίλους Pelton η υδροστατική πίεση στα πτερύγια είναι παντού η ίδια. Σε κάθε στιγμή μόνο ορισμένα πτερύγια, π.χ. 6, έχουν επαφή με το νερό και έτσι όπως κινείται ο τροχός, αυτά τα πτερύγια εναλλάσσονται. 62

63 Σχήμα 6.2: Εγκατάσταση στροβίλου Pelton. Κάτοψη. [9] 1.αποφρακτικό όργανο, 2.σωλήνας σπειροειδής με 6 ακροφύσια, 3.οπλισμένο σκυρόδεμα. 63

64 Στο σχήμα 6.3 [9] φαίνεται η λειτουργία των στροβίλων Francis. Το νερό, αφού περάσει ρυθμιστικές διατάξεις, οδηγείται σε ένα δακτυλιώδη, τοροειδή σωλήνα. Εκεί εκρέει από σχισμές στην εσωτερική περιφέρειά του και πέφτει στα πτερύγια του στροβίλου. Στις σχισμές εκροής υπάρχουν τα πτερύγια ρύθμισης. Αλλάζοντας τη θέση τους το νερό εκρέει με αλλαγμένη κατεύθυνση. Έτσι, ρυθμίζεται η ισχύς. Όλος ο στρόβιλος βρίσκεται στο νερό και η υδροστατική πίεση είναι μεγαλύτερη στην είσοδο απ ότι στην έξοδο. Σχήμα 6.3: Εγκατάσταση στροβίλου Francis και γεννήτριας στην Cabora Bassa, Mosambique, Αφρική. [9] 1.γεννήτρια, 2.στρόβιλος, 3.ακίνητα πτερύγια, ρυθμιζόμενα. Οι στρόβιλοι Kaplan έχουν ανάλογη αρχή λειτουργίας, όπως οι Francis, πλην των κινητών πτερυγίων τα οποία είναι και αυτά ρυθμιζόμενα, όπως τα σταθερά πτερύγια [Σχήμα 6.4]. Στους στροβίλους Kaplan και Francis υπάρχει διαφορά πίεσης μεταξύ εισόδου και εξόδου της μηχανής σε αντιδιαστολή με τους στροβίλους Pelton, όπου η πίεση είναι ενιαία. Γι αυτό οι δύο προαναφερθέντες τύποι ονομάζονται στρόβιλοι υπερπίεσης. Σε στροβίλους υπερπίεσης χρησιμοποιεί κανείς συνήθως στην έξοδο του νερού ένα σωλήνα που οδηγεί μέχρι τη στάθμη φυγής. Στην άκρη αυτού του σωλήνα αναρρόφησης δημιουργείται, λόγω της ροής του νερού στη στάθμη φυγής, μια υποπίεση (φαινόμενο αντλίας διάχυσης). Έτσι, γίνεται καλύτερη εκμετάλλευση της υψομετρικής διαφοράς. Στους στροβίλους Kaplan και Francis το νερό προσάγεται κάθετα στον άξονα του στροβίλου. Ο σωλήνας αναρρόφησης δεν είναι παράλληλος με τον άξονα του στροβίλου. 64

65 Σχήμα 6.4: Εγκατάσταση στροβίλου Kaplan. [9] 1. Γεννήτρια, 2. ωστικό έδρανο, 3. ρυθμιζόμενα ακίνητα πτερύγια, 4. στρόβιλος ΥΔΡΑΝΤΛΗΤΙΚΑ ΕΡΓΟΣΤΑΣΤΙΑ 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 τη φθηνή αποθηκευμένη ενέργεια. Η αποθήκευση μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας είναι προβληματική. Γίνεται σε λογικά οικονομικά πλαίσια επί του παρόντος μόνο με υδράντληση στους υδραντλητικούς 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. Αν οι βαθμοί απόδοσης των κύκλων αντλίας και στροβίλου είναι n p και n t αντίστοιχα, τότε ο βαθμός απόδοσης του κύκλου άντλησης- παραγωγής είναι n pt =n p.n t και μπορεί κανείς να φτάσει το n pt =

66 Οι υδραντλητικοί σταθμοί, όπως φαίνεται και στο Σχήμα 6.5 [9] αποτελούνται από δύο δεξαμενές, τη δεξαμενή πάνω στάθμης και τη δεξαμενή κάτω στάθμης, μία αντλία, ένα στρόβιλο και μία γεννήτρια. Ο στρόβιλος και η αντλία, πολλές φορές είναι ενσωματωμένοι σε μια μοναδική υδρομηχανή τον αντλιοστρόβιλο. Ο αντλιοστρόβιλος, ανάλογα με τη φορά περιστροφής του, αντλεί νερό ή κινείται από το νερό, δηλαδή παίρνει ή δίνει ισχύ στο δίκτυο. Σχήμα 6.5: Υδραντλητικό συγκρότημα- Σχηματική παράσταση [9] α) σταθμός με δύο μηχανές, την αντλία και τον στρόβιλο, β) σταθμός με αντλιοστρόβιλο ΜΙΚΡΑ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ 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 το 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 τη λογιστική αξία της ενέργειας σε ώρες αιχμής. Αντίθετα, στα μικρά ΥΗΕ δεν απαιτείται η ύπαρξη ταμιευτήρα, δεδομένου ότι αξιοποιείται κάθε φορά η 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 λειτουργούν σήμερα περισσότερα από μικρά ΥΗΕ με συνολική εγκατεστημένη ισχύ κοντά στα 13GW (Πίνακας 6.5). Στον Πίνακα 6.5 [24] φαίνεται η εξέλιξη της εγκατεστημένης ισχύος μικρών ΥΗΕ στην Ε.Ε. τη διετία Παρατηρούμε ότι ο ρυθμός ανάπτυξης είναι πολύ μικρός. Στον Πίνακα 6.6 [24] φαίνεται η παραγωγή Η.Ε. στην Ε.Ε. από μικρά ΥΗΕ το 2002 και το

67 Πίνακας 6.5: Εγκατεστημένη ισχύς μικρών ΥΗΕ στην Ε.Ε.-27(MW) [24] Χώρα Αυστρία Βέλγιο Βουλγαρία Γαλλία Γερμανία Δανία Ελλάδα Εσθονία Ην. Βασίλειο Ιρλανδία Ισπανία Ιταλία Λετονία Λιθουανία Λουξεμβούργο Ουγγαρία Πολωνία Πορτογαλία Ρουμανία Σλοβακία Σλοβενία Σουηδία

68 23 Τσεχία Φινλανδία Σύνολο Πίνακας 6.6: Παραγωγή από Μικρά Υδροηλεκτρικά στην Ε.Ε.-27 [24] Χώρα 2002 [GWh] 2010 [GWh] 1 Αυστρία Βέλγιο Βουλγαρία Γαλλία Γερμανία Δανία Ελλάδα Εσθονία Ην. Βασίλειο Ιρλανδία Ισπανία Ιταλία Λετονία Λιθουανία Λουξεμβούργο Ουγγαρία Πολωνία Πορτογαλία Ρουμανία

69 20 Σλοβακία Σλοβενία Σουηδία Τσεχία Φινλανδία Σύνολο Τελευταία έχει αναγνωρισθεί η συμβολή των μικρών ΥΗΕ στην παραγωγή Η.Ε. διεθνώς, και γίνονται προσπάθειες για μεγαλύτερη εκμετάλλευση της ενέργειας των υδάτινων πόρων. Σύμφωνα με κάποιες εκτιμήσεις το οικονομικά και τεχνικά εκμεταλλεύσιμο παγκόσμιο υδροδυναμικό ανέρχεται σε 8100 TWh/έτος ενώ η καθαρή παραγωγή Η.Ε. από υδροηλεκτρικά παγκοσμίως το 2010 ήταν μόλις 3402 TWh [21] ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Με βάση υπολογισμούς που έχουν γίνει για την ανάπτυξη του υδροδυναμικού στην Ελλάδα, το ολικό θεωρητικό υδροδυναμικό της χώρας μας ανέρχεται στις MWh. Το τεχνικά και οικονομικά εκμεταλλεύσιμο υδροδυναμικό περιορίζεται στις MWh ενώ το μέχρι σήμερα αξιοποιημένο υδροδυναμικό της χώρας περιορίζεται στις MWh, δηλαδή μόλις στο 33% του τεχνικά και οικονομικά εκμεταλλεύσιμου υδροδυναμικού της χώρας. Το αποτέλεσμα είναι ότι η συμμετοχή της υδροηλεκτρικής ενέργειας στο ενεργειακό μίγμα της χώρας μας φτάνει μόλις το 10% [25]. Η παραγωγή από τα ήδη εγκατεστημένα ΥΗΕ έφθασε το 2011 τις 3793GWh, ποσοστό 7,5% της συνολικής ετήσιας παραγωγής. Η συνολική εγκατεστημένη ισχύς το 2010 ανερχόταν σε 2447MW ποσοστό 16,2% της συνολικής εγκατεστημένης ισχύος [24]. Το 10% περίπου του οικονομικά εκμεταλλεύσιμου υδροδυναμικού της χώρας (1TWh) θεωρείται ότι είναι δυνατό να αξιοποιηθεί μέσω μικρών υδροηλεκτρικών έργων (μέχρι 5 MW) [26]. Κι όμως τα μικρά ΥΗΕ δεν έχουν αναπτυχθεί ακόμη όσο θα έπρεπε. Το 2010 ήταν εγκατεστημένα μικρά ΥΗΕ (<10MW) συνολικής ισχύος 183MW. 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 ενημέρωσης είναι οι βασικοί λόγοι που εμποδίζουν την ανάπτυξη των μικρών ΥΗΕ. 69

70 6.2. ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η ηλιακή ενέργεια είναι η πιο απαραίτητη μορφή ενέργειας για τον άνθρωπο αλλά και για τα περισσότερα όντα στη γη. Η βασικότερη επίδρασή της στη γη είναι η συμβολή της στη διατήρηση της θερμοκρασίας σε σταθερά επίπεδα, ώστε να είναι δυνατή η ύπαρξη ζωής. Η ηλιακή ενέργεια είναι η ενέργεια που ευθύνεται για την ύπαρξη πολλών άλλων μορφών ενέργειας. Η εξάτμιση του νερού, την οποία προκαλεί ο ήλιος, ώστε με τη βροχή και την επανατροφοδότηση των πηγών να έχουμε την υδροδυναμική ενέργεια. Η αλλαγή στις μετεωρολογικές συνθήκες, που προκαλείται από την ηλιακή ακτινοβολία και δημιουργεί το αιολικό δυναμικό. Και βέβαια, η επίδραση μέσω της φωτοσύνθεσης στο φυτικό κόσμο (έμμεσα και στο ζωικό), για τη ζωή και τον πολλαπλασιασμό των φυτών, άρα και της βιομάζας σαν ενεργειακή μορφή. Η ηλιακή ακτινοβολία παρέχει ένα τεράστιο ποσό ενέργειας στη γη. Το συνολικό ποσό ενέργειας που ακτινοβολείται από τον ήλιο στην επιφάνεια της γης είναι ίσο με φορές περίπου την ετήσια παγκόσμια ενεργειακή κατανάλωση. Το μεγάλο μειονέκτημα όμως είναι ότι η ενέργεια αυτή είναι αρκετά αραιά λόγω της μεγάλης επιφάνειας στην οποία μοιράζεται. Κατά μέσο όρο, προσπίπτουν 1700kWh σε κάθε τετραγωνικό μέτρο κάθε χρόνο. Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας μπορεί να φθάσει στην καλύτερη περίπτωση το 1kW/m 2. Η τιμή αυτή εξαρτάται βέβαια από την εποχή, το γεωγραφικό μήκος και πλάτος και άλλους παράγοντες. Η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας γίνεται με τα παθητικά και τα ενεργητικά συστήματα. Παθητικά είναι τα συστήματα εκείνα, τα οποία αποσκοπούν στην κατά το δυνατόν μεγαλύτερη απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας για τη θέρμανση ενός κτιρίου. Η τεχνική σχεδίασης τέτοιων συστημάτων είναι αρκετά ανεπτυγμένη στην Ευρώπη, με δυνατότητα εξοικονόμησης σημαντικών ποσοτήτων καυσίμων για τη θέρμανση. Το μειονέκτημα είναι ότι έχει μικρή εφαρμογή σε ήδη υπάρχοντα κτίρια, και άρα ο ρυθμός εξάπλωσής της είναι αρκετά αργός. Τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα είναι αυτά, τα οποία απορροφούν την ηλιακή ακτινοβολία για τη θέρμανση νερού ή για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Θα γίνει απλή αναφορά στις διάφορες τεχνολογίες χωρίς λεπτομερή περιγραφή όσων δεν αφορούν την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Φωτοβολταϊκά στοιχεία (PhotoVoltaics) Θερμικές (εμπορικές εφαρμογές): [1] επίπεδοι συλλέκτες (flat plate collectors) σωληνοειδείς συλλέκτες κενού (evacuated tubular collectors) συγκεντρωτικοί συλλέκτες- γραμμικοί (concentrating collectors -linear) συλλέκτες χωρίς επισμάλτωση (unglazed collectors) ηλιακά πλαίσια (solar panels) εφαρμογές ισχύος: [27] παραβολικά κοίλα (parabolic troughs) ηλιακοί πύργοι ισχύος (power towers) συστήματα δίσκου/μηχανής (dish/engine system) 70

71 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ 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 το θετικό πόλο, όπου επανασυνδέονται με τις οπές, δημιουργείται δηλαδή ηλεκτρικό ρεύμα. Η πρώτη ύλη για την κατασκευή των φωτοβολταϊκών στοιχείων είναι το πυρίτιο, υλικό που βρίσκεται σε αφθονία και χρησιμοποιείται σε πάρα πολλές εφαρμογές στον τομέα της ηλεκτρονικής, με αποτέλεσμα την ύπαρξη πλούσιας τεχνογνωσίας γύρω από την επεξεργασία του. Βασικό κίνητρο για την ανάπτυξη της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας ήταν η διαστημική έρευνα που απαιτούσε κάποια μορφή ενέργειας μικρού βάρους, αλλά μεγάλης διάρκειας ζωής, καταρχήν για την τροφοδοσία πομπών για την αποστολή μηνυμάτων πίσω στη γη. Πράγματι, από την δεκαετία του 1950 μέχρι σήμερα οι δορυφόροι τροφοδοτούνται με φωτοβολταϊκές συστοιχίες. Μετά τα μέσα της δεκαετίας του 1970 δημιουργήθηκε ενδιαφέρον για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από διάφορες εναλλακτικές ανανεώσιμες μορφές ενέργειας με χρήση μεταξύ αυτών και της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας. Από τότε έχουμε μεγάλη βελτίωση στο συντελεστή μετατροπής (απόδοση) των φ/β από 6% στη δεκαετία του 1950 μέχρι 19,5% σε επίπεδο παραγωγής και 43,5% σε επίπεδο εργαστηρίου. Τα τελευταία χρόνια το κόστος προμήθειας των φωτοβολταϊκών πάνελ έχει μειωθεί σημαντικά συμπαρασύροντας σε μεγάλο ποσοστό και το συνολικό κόστος κατασκευής ενός έργου. Δεδομένου του μεγάλου ενδιαφέροντος για ανάπτυξη φ/β σταθμών έχει αυξηθεί το κόστος σύνδεσής τους λόγω αύξησης των αποστάσεων από τα δίκτυα. Ωστόσο, το μερίδιο των επιμέρους κατηγοριών κόστους κατασκευής και ανάπτυξης ενός φ/β έργου (πέρα από τα φ/β πάνελ), είναι ιδιαίτερα υψηλό και κυμαίνεται σήμερα μεταξύ 40-65% στο συνολικό κόστος κατασκευής και αναμένεται να παραμείνει σχετικά σταθερό σε επίπεδο κόστους τα επόμενα χρόνια. Το υψηλό αυτό ποσοστό είναι αποτέλεσμα των διαφορετικών παραμέτρων επηρεασμού των συνιστωσών κόστους σε σχέση με τον τύπο και το μέγεθος της εγκατάστασης [28]. Στο Σχήμα 6.6 [29] φαίνεται η πορεία του κόστους των φωτοβολταϊκών. 71

72 Σχήμα 6.6: Εξέλιξη Κόστους Φωτοβολταϊκού Συστήματος στην Ευρώπη [29] Σήμερα κατασκευάζονται φωτοβολταϊκά στοιχεία σε διάφορους τύπους, οι περισσότεροι με βάση το πυρίτιο σε διάφορες μορφές ( μονοκρυσταλλικό, πολυκρυσταλλικό, άμορφο) καθώς και κάποια άλλα υλικά όπως δισεληνιούχος ινδικός χαλκός, τελλουριούχο κάδμιο κλπ. Στο εργαστήριο δοκιμάζονται και νέες μέθοδοι με στόχο πάντα την κατασκευή αποδοτικότερων και φθηνότερων φ/β στοιχείων. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με φ/β στοιχεία έχει πολλά πλεονεκτήματα: παράγουν «δωρεάν» ηλεκτρική ενέργεια από τον Ήλιο που είναι μια ανανεώσιμη και ελεύθερα διαθέσιμη ενεργειακή πηγή, δεν έχουν κινούμενα μέρη και παράγουν ισχύ αθόρυβα, δεν ρυπαίνουν το περιβάλλον με αέρια ή με άλλα κατάλοιπα, μπορούν να λειτουργήσουν αυτόνομα και αξιόπιστα χωρίς την παρουσία κάποιου χειριστή, μπορούν να εγκατασταθούν σε απομονωμένες περιοχές, δεν καταναλώνουν καύσιμο, μπορούν εύκολα να λειτουργήσουν παράλληλα με άλλα συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, λειτουργούν χωρίς προβλήματα κάτω από όλες τις καιρικές συνθήκες, είναι επεκτάσιμα ανάλογα με τις ανάγκες σε φορτίο, έχουν πρακτικά μεγάλη διάρκεια ζωής ( τουλάχιστον 20 ή 30 χρόνια), η αναλογία της παραγόμενης ισχύος προς το βάρος των διατάξεων είναι αρκετά μεγάλη, περίπου 100 Wp/Kg, που είναι σημαντική ιδιότητα για τις διαστημικές εφαρμογές. Τα μειονεκτήματα των φ/β συνοψίζονται στα ακόλουθα: υψηλό κόστος των φ/β κυττάρων αλλά και των συσσωρευτών, απαίτηση χρήσης σχετικά μεγάλων επιφανειών για την εγκατάσταση τους λόγω της μικρής απόδοσης, για τις περισσότερες εφαρμογές απαιτείται η δαπανηρή αποθήκευση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας, λόγω της αστάθειας και της μεγάλης διακύμανσης της ισχύος της ηλιακής ακτινοβολίας. 72

73 Σημαντικό πρόβλημα κατά τη χρήση των φ/β στοιχείων πέρα από το υψηλό κόστος είναι το γεγονός ότι η ηλιακή ακτινοβολία περιορίζεται σε ένα τμήμα του 24ώρου, ανάλογα με την εποχή. Δεδομένων όμως των αναγκών των καταναλωτών για ηλεκτρική ενέργεια και κατά τις υπόλοιπες ώρες, δημιουργείται ετεροχρονισμός μεταξύ παραγωγής και ζήτησης. Όταν η φ/β συστοιχία είναι συνδεδεμένη σε κεντρικό δίκτυο διανομής, προσφέρει την περίσσεια της παραγωγής της στο δίκτυο και αντλεί από αυτό όταν δεν καλύπτεται η ζήτηση του συστήματος λόγω αιχμής ή φυσικών συνθηκών. Στην περίπτωση απομονωμένου δικτύου όμως, η μόνη λύση για τη συνεχή εξυπηρέτηση των καταναλωτών είναι η χρήση συσσωρευτών. Έτσι ανεβαίνει το κόστος της αρχικής εγκατάστασης, αλλά και της συντήρησης, δεδομένου ότι οι συσσωρευτές απαιτούν συχνότερη αλλαγή από τα φ/β πλαίσια ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗ Σήμερα τα φ/β στοιχεία βρίσκουν πολλές εφαρμογές σε αυτόνομα συστήματα, η παραγόμενη ενέργεια των οποίων καταναλώνεται επιτόπου και εξολοκλήρου από την παραγωγή στην κατανάλωση. Τέτοια συστήματα είναι οι φάροι, τηλεπικοινωνιακοί αναμεταδότες, προειδοποιητικές σημάνσεις, όργανα μετρήσεων, ηλεκτροδότηση απομονωμένων κτισμάτων κ.α. Σε πολλές περιπτώσεις χρησιμοποιούνται για τροφοδότηση μικρών οικισμών, κατασκηνώσεων, ξενοδοχειακών μονάδων, ή ακόμη και σε μικρά και απομονωμένα νησάκια. Επίσης, χρησιμοποιούνται σε πολλές χώρες για την κάλυψη βασικών αναγκών του αγροτικού πληθυσμού: συστήματα άντλησης νερού, συστήματα ψύξης, φωτισμός κ.α. Από πολλές Εταιρείες Ηλεκτρισμού σε όλο τον κόσμο γίνεται πλέον χρήση των φ/β στοιχείων σε διασυνδεδεμένα συστήματα, η παραγόμενη ενέργεια των οποίων διοχετεύεται στο ηλεκτρικό δίκτυο για να μεταφερθεί και να καταναλωθεί αλλού. Η αγορά των φωτοβολταϊκών στον κόσμο σημειώνει χαρακτηριστική αύξηση τα τελευταία χρόνια, κυρίως λόγω της σταδιακής μείωσης του αρχικά υψηλού κόστους, καθώς και λόγω των κινήτρων που προσφέρονται σε εθνικό επίπεδο στις διάφορες χώρες. Ενδεικτικά, το 1988 είχαν εγκατασταθεί φ/β συνολικής ισχύος 33 MWp και στο τέλος του 2009 η συνολική εγκατεστημένη ισχύς έφτασε περίπου τα MWp. Η τιμή αυτή έχει επιτευχθεί κυρίως λόγω της υψηλής ανάπτυξης των φ/β σε τρεις χώρες, Γερμανία, Ισπανία και Ιαπωνία, στις οποίες αντιστοιχεί το 76% της παγκόσμιας εγκατεστημένης ισχύος [24], [30]. Στον Πίνακα 6.7 παρουσιάζεται η εγκατεστημένη ισχύς φ/β από το 2009 εώς το 2011 στις χώρες της Ε.Ε. 73

74 Πίνακας 6.7: Εγκατεστημένη Ισχύς Φ/Β στην Ε.Ε.-27 (MWp) [24], [30] Χώρα on-grid off-grid συνολική on-grid off-grid συνολική on-grid off-grid συνολική 1 Αυστρία 4,553 0,133 4,686 42,7 0,2 42,9 78,3 0,0 78,3 2 Βέλγιο 49,399 0,0 49, ,8 0,0 730,8 775,5 0,0 775,5 3 Βουλγαρία 1,320 0,012 1,332 26,3 0,3 26,6 100,0 0,4 100,4 4 Γαλλία 61,870 0,686 62, ,0 0,1 862,1 1634,0 0,1 1634,1 5 Γερμανία 1 809,0 5,0 814,0 7406,0 5,0 7411,0 7500,0 5,0 7505,0 6 Δανία 0,135 0,055 0,190 2,3 0,2 2,5 8,6 1,0 9,6 7 Ελλάδα 8,69 0,64 9,33 150,3 0,1 150,4 425,8 0,1 425,9 8 Εσθονία 0,000 0,000 0,000 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,1 9 Ην. Βασίλειο 4,303 0,117 4,420 50,1 0,3 50,4 936,8 0,3 937,1 10 Ιρλανδία 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,1 0,0 0,0 0,0 11 Ισπανία 2 685,901 1, , ,0 2,2 371,2 354,0 1,0 355,0 12 Ιταλία 337,900 0, , ,0 0,1 2326,1 9280,0 0,0 9280,0 13 Κύπρος 0,743 0,011 0,754 2,9 0,0 2,9 3,8 0,1 3,9 14 Λετονία 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,5 0,0 1,5 15 Λιθουανία 0,0 0,015 0,015 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 16 Λουξεμβούργο 0,628 0,0 0,628 3,1 0,0 3,1 1,2 0,0 1,2 17 Μάλτα 0,142 0,0 0,142 2,2 0,0 2,2 7,7 0,0 7,7 18 Ολλανδία 4,1 0,0 4,1 21,0 0,0 21,0 30,0 0,0 30,0 19 Ουγγαρία 0,05 0,05 0,1 1,1 0,1 1,2 2,2 0,2 2,4 20 Πολωνία 0,027 0,344 0,371 0,2 0,2 0,4 0,0 0,0 0,0 21 Πορτογαλία 49,982 0,1 50,082 28,5 0,1 28,6 12,6 0,1 12,7 22 Ρουμανία 0,12 0,03 0,15 1,1 0,2 1,3 1,0 0,0 1,0 23 Σλοβακία 0,02 0,0 0,02 173,9 0,0 173,9 314,0 0,1 314,1 74

75 24 Σλοβενία 0,981 0,000 0,981 36,5 0,0 36,5 44,9 0,0 44,9 25 Σουηδία 1,403 0,275 1,678 2,1 0,6 2,7 6,7 0,6 7,3 26 Τσεχία 49,042 0,171 49, ,8 0,0 1495,8 0,0 0,0 0,0 27 Φινλανδία 0,017 0,533 0,550 0,0 2,0 2,0 0,0 1,5 1,5 Σύνολο 5070,3 9,7 5080, ,0 11, , ,5 10, , ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ Εξετάζοντας την ελληνική αγορά και την ανάπτυξη των φ/β, μπορεί να διαπιστωθεί το καθεστώς που διέπει εν γένει τον κλάδο των ΑΠΕ στη χώρα μας. Επιγραμματικά, η ανάπτυξή τους υπήρξε μηδαμινή (2.2 MWp το 2003) τουλάχιστον μέχρι το 2006, όπου οι εγκαταστάσεις φ/β περιορίζονταν σε αυτές της ΔΕΗ σε νησιά και σε εγκαταστάσεις ιδιωτών σε απομακρυσμένες κατοικίες. Μια τέτοια ανάπτυξη ήταν σαφώς απογοητευτική, δεδομένου του εξαιρετικού ηλιακού δυναμικού της χώρας μας. Οι κύριοι λόγοι για τη μικρή αυτή ανάπτυξη ήταν τα γραφειοκρατικά προβλήματα, η ελλιπής ενημέρωση των μικροεπενδυτών, τα μηδαμινά κίνητρα τα οποία καθιστούσαν ασύμφορη μια επένδυση σε φ/β και ο μονοπωλιακός χαρακτήρας του ενεργειακού τομέα μέχρι το Το 2006 δημιουργήθηκε ένα σαφέστερο νομοθετικό πλαίσιο σε σχέση με τις ΑΠΕ και κατά συνέπεια και με τα φ/β. Ταυτόχρονα με τις ευνοϊκές τιμολογιακές ρυθμίσεις και επιχορηγήσεις για τους ενδιαφερόμενους επενδυτές σε μικρομεσαία κλίμακα, θεσμοθετήθηκε ένα πρόγραμμα Ανάπτυξης Φωτοβολταϊκών Σταθμών (ΑΦΣ) με σκοπό την ανάπτυξη φωτοβολταϊκών σταθμών, αμιγώς για παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Ο νόμος αυτός σε συνδυασμό με επιδοτήσεις που είχαν αναγγελθεί για το κόστος της επένδυσης, κίνησαν το ενδιαφέρον πολλών μικροεπενδυτών με αποτέλεσμα ο αριθμός των αιτήσεων για άδειες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας να ξεπερνάει κατά πολύ (2489 MWp) το στόχο του προγράμματος ΑΦΣ. Αυτό το γεγονός είχε ως αποτέλεσμα το Υπουργείο Ανάπτυξης να αναστείλει την αδειοδοτική διαδικασία στα τέλη του Συγκεκριμένα, μέχρι το τέλος του 2007 η εγκατεστημένη ισχύς είχε φτάσει μόλις τα 8.2 MW με ετήσιες αυξήσεις της τάξης των MW. Από το 2008 αρχικά και ακόμα περισσότερο μετά τα μέσα του 2009, η αύξηση στο ενδιαφέρον για τα φωτοβολταϊκά και αντίστοιχα η αύξηση της εγκατεστημένης ισχύος ήταν κατακόρυφη. Μέχρι το τέλος του 2010 οι αιτήσεις για άδεια παραγωγής ή εξαίρεση από άδεια για φ/β αντιστοιχούσαν σε ισχύ ίση με 9437MW. Συνολικά, στο τέλος του 2011 η εγκατεστημένη ισχύς Φ/Β ήταν 631,3 MW, ενώ η ετήσια αύξηση άγγιξε το 200% [31]. Η Ελλάδα παρουσιάζει αξιοσημείωτες προϋποθέσεις για ανάπτυξη και εφαρμογή των φ/β συστημάτων. Οι λόγοι για την προώθηση της φ/β τεχνολογίας, της έρευνας και των εφαρμογών στην Ελλάδα συνοψίζονται ως ακολούθως: 75

76 Αξιοποίηση μιας εγχώριας και ανανεώσιμης πηγής ενέργειας που είναι σε αφθονία, με συμβολή στην ασφάλεια παροχής ενέργειας. Ενίσχυση του ηλεκτρικού δικτύου τις ώρες των μεσημβρινών αιχμών, όπου τα φ/β παράγουν το μεγάλο μέρος ηλεκτρικής ενέργειας, ιδιαίτερα κατά τη θερινή περίοδο που παρατηρείται έλλειψη ή πολύ υψηλό κόστος ενέργειας. Μείωση των απωλειών του δικτύου, με την παραγωγή ενέργειας στον τόπο της κατανάλωσης, ελάφρυνση των γραμμών και χρονική μετάθεση των επενδύσεων στο δίκτυο. Περιορισμός του ρυθμού ανάπτυξης νέων κεντρικών σταθμών ισχύος συμβατικής τεχνολογίας. Συμβολή στη μείωση των διακοπών ηλεκτροδότησης λόγω υπερφόρτωσης του δικτύου ΔΕΗ. Σταδιακή απεξάρτηση από το πετρέλαιο και κάθε μορφής εισαγόμενη ενέργεια και εξασφάλιση της παροχής ενέργειας μέσω αποκεντρωμένης παραγωγής. Προώθηση των στόχων της ΕΕ και του Kyoto σχετικά με τη μείωση των αερίων ρύπων και τη διείσδυση των ΑΠΕ στη συνολική ηλεκτροπαραγωγή. Ανάπτυξη οικονομικών δραστηριοτήτων με σημαντική συμβολή σε αναπτυξιακούς και κοινωνικούς στόχους [32]. Στον Πίνακα 6.8 [33] φαίνονται οι μεγαλύτεροι φωτοβολταϊκοί σταθμοί που είναι εγκατεστημένοι στην Ελλάδα, καθώς και η ισχύς τους. Πίνακας 6.8: Φωτοβολταϊκοί Σταθμοί στην Ελλάδα [33] Φωτοβολταϊκός Σταθμός Εγκατεστημένη Ισχύς [MW] Αθερινόλακκος Κρήτης 0,48 Κύθνος 0,1 Σίφνος 0,06 Σταθμός ΕΘΕΛ, Ταύρος 0,02 Σταθμός ΗΣΑΠ, Ειρήνη 0,02 Σταθμός ΗΛΠΑΠ, Ταύρος 0,02 Αντικύθηρα 0,02 Αντικύθηρα 0,025 Αρκοί 0,0375 Ι.Μ. Σίμωνος Πέτρας, Άγιο Όρος 0,045 Λασίθι, Ρόκας ΑΒΕΕ 0,1716 Ηράκλειο, Γερμανός ΑΒΕΕ 0,17 ΕΜΠ, Κτίριο Χημικών Μηχανικών 0,05 76

77 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΗΛΙΑΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Εκτός από τα συστήματα φ/β στοιχείων, μία ακόμη μέθοδος εκμετάλλευσης της ηλιακής ενέργειας παρουσιάζει ενδιαφέρον. Είναι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με ηλιακή συγκέντρωση. Πρόκειται για διατάξεις που συγκεντρώνουν την ηλιακή ενέργεια εστιάζοντας την ηλιακή ακτινοβολία σε ένα σημείο ή σε μια γραμμή εστίασης. Τα συστήματα ηλεκτροπαραγωγής που χρησιμοποιούν την τεχνολογία αυτού του είδους έχουν ήδη εμπορευματοποιηθεί και οι αντίστοιχες μονάδες πολλών MW παράγουν ίσως τη φθηνότερη ηλεκτρική ενέργεια παγκοσμίως. Τα τελικά στάδια της ηλεκτροπαραγωγής με χρήση συστημάτων ΗΗΣ είναι όμοια με αυτά της συμβατικής ηλεκτροπαραγωγής, καθώς η τελική διεργασία ενεργειακής μετατροπής βασίζεται στη χρήση ατμού ή αερίου για την περιστροφή στροβίλων ή την κίνηση ενός εμβόλου σε μια μηχανή Stirling. Τα συστήματα αυτά πολλές φορές είναι δυνατόν να συνδυάζονται με άλλες ανανεώσιμες και μη τεχνολογίες, σε υβριδικά συστήματα. Ωστόσο, σύμφωνα με τις εκτιμήσεις, τρεις διατάξεις ηλιακής συγκέντρωσης έχουν μέλλον στον τομέα της ηλεκτροπαραγωγής. Αυτές οι διατάξεις είναι τα παραβολικά κοίλα, οι ηλιακοί πύργοι ισχύος και τα συστήματα δίσκου. Όλες οι τεχνολογίες ηλιακής θερμικής ηλεκτροπαραγωγής περιλαμβάνουν έναν αριθμό βασικών σταδίων: Συλλογή της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας μέσω ενός συστήματος συλλεκτών. Συγκέντρωση (ή εστίαση) της ακτινοβολίας σε ένα δέκτη. Μετατροπή της από το δέκτη σε θερμική ενέργεια. Μεταφορά της θερμικής ενέργειας στο σύστημα ενεργειακής μετατροπής. Μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρισμό. Παραβολικά κοίλα Η ανακλαστική επιφάνεια ενός παραβολικού κοίλου συγκεντρώνει το ηλιακό φως σε ένα σωληνωτό δέκτη που είναι τοποθετημένος κατά μήκος της εστιακής γραμμής του κοίλου και ζεσταίνει το ρευστό συνήθως ένα θερμικό έλαιο που ρέει στο σωλήνα. Κατόπιν, μέσω συμβατικών εναλλακτών θερμότητας παράγεται υπέρθερμος ατμός στους 390 ο C περίπου για τη λειτουργία ενός ατμοστροβίλου. Εν γένει τα κοίλα σχεδιάζονται ώστε να παρακολουθούν τον ήλιο κατά μήκος ενός άξονα, συνήθως κατά τον άξονα βορρά-νότου. Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με παραβολικά κοίλα (SEGS) λειτουργούν στη βάση μιας αναλογίας 75% από Σχήμα 6.7: Παραβολικό κοίλο ηλιακά και 25% από φυσικό αέριο. Η απόδοση της μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική σε τέτοιους σταθμούς κυμαίνεται μεταξύ 14% και 18%. Μια διάταξη που βρίσκεται σε πειραματικό στάδιο και μπορεί να μειώσει αισθητά το κόστος της ηλιακής ισχύος είναι η ISCCS: μονάδα συνδυασμένου κύκλου με ενσωματωμένα ηλιακά (παραβολικά κοίλα). 77

78 Ηλιακοί πύργοι ισχύος Στα συστήματα πύργου ισχύος, οι ηλιοστάτες παρακολουθούν την τροχιά του ήλιου με μηχανισμό δύο αξόνων ο οποίος ακολουθεί τις γωνίες αζιμουθίου και ανύψωσης ώστε να ανακλάται και να συγκεντρώνεται το άμεσο ηλιακό φως σε ένα κεντρικό δέκτη που είναι τοποθετημένος σε πύργο. Από εκεί η ενέργεια μεταφέρεται σ ένα ρευστό μεταφοράς της θερμότητας, το οποίο στη συνέχεια διοχετεύεται προαιρετικά στο σύστημα αποθήκευσης και, εν τέλει, στο σύστημα ηλεκτροπαραγωγής. Σαν ρευστό Σχήμα 6.8: Ηλιακός πύργος ισχύος μεταφοράς χρησιμοποιείται συνήθως τηγμένο νιτρικό άλας ή αέρας. Στον κύκλο ισχύος χρησιμοποιούνται συστήματα μετατροπής ατμού κύκλου Rankine με πιθανή εναλλακτική λύση αυτή των συστημάτων μετατροπής ανοιχτού κύκλου Brayton. Η απόδοση των συστημάτων πύργου ισχύος κύμαίνεται μεταξύ 14 και 19%. Συστήματα δίσκου/μηχανής Ένας δίσκος σε σχήμα δορυφορικού πιάτου συγκεντρώνει την άμεση ηλιακή ενέργεια σε ένα δέκτη στο εστιακό του σημείο, όπου απορροφάται και μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια. Η θερμική ενέργεια μπορεί να μεταφερθεί σε μια κεντρική γεννήτρια για μετατροπή ή μπορεί να μετατραπεί άμεσα σε ηλεκτρισμό με μια ενσωματωμένη στο δέκτη γεννήτρια. Οι δίσκοι παρακολουθούν την τροχιά του ήλιου σε δύο άξονες όπως και τα συστήματα πύργου ισχύος. Το ιδανικό σχήμα για τον εστιαστή είναι το παραβολοειδές εκ περιστροφής. Ορισμένοι εστιαστές προσεγγίζουν το σχήμα αυτό με πολλαπλά κάτοπτρα σφαιρικής διαμόρφωσης. Μολονότι έχουν εξεταστεί για τα συστήματα που χρησιμοποιούν ενσωματωμένες στο δίσκο μηχανές τόσο οι μηχανές Σχήμα 6.9: Σύστημα δίσκου/μηχανής κύκλου Rankine όσο και οι κύκλου Brayton, η προσοχή έχει στραφεί στα συστήματα μηχανής τύπου Stirling. Πάντως, ο ανταγωνισμός ανάμεσα στις μηχανές Stirling και Brayton είναι έντονος. Η απόδοση των συστημάτων δίσκου/μηχανής κυμαίνεται μεταξύ 18 και 23%.Από όλες τις ηλιακές τεχνολογίες, ο μεγαλύτερος βαθμός απόδοσης μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρισμό έχει αναφερθεί στα συστήματα δίσκου/μηχανής (29,4%), και γι αυτό το λόγο έχουν το δυναμικό να καταστούν μια απ τις λιγότερο ακριβές πηγές ανανεώσιμης ενέργειας [27]. 78

79 6.3. ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Αιολική ονομάζεται η ενέργεια που παράγεται από την εκμετάλλευση του πνέοντος ανέμου και έχει συμβάλει καθοριστικά στη ανάπτυξη των ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Αξιοποιείται τόσο στη παραγωγή μηχανικής ενέργειας, όσο και στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω ανεμογεννητριών. Από τα αρχαία χρόνια μέχρι τη 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. Ο πρώτος ανεμόμυλος για την παραγωγή ηλεκτρισμού κατασκευάστηκε το 1888 στο Cleveland του Ohio. Η σημερινή αξιοποίηση του ανέμου δεν γίνεται πλέον με τους παραδοσιακούς, γραφικούς ανεμόμυλους, αλλά με σύγχρονες ανεμογεννήτριες που αποδίδουν περισσότερο. Η σύγχρονη τεχνολογία συνέβαλε 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. Οι συνθήκες στις οποίες λειτουργούν είναι εξαιρετικά δύσκολες, δεδομένου ότι εργάζονται σε σκληρές κλιματολογικές συνθήκες, με υψηλές ταχύτητες ανέμου και σε συνθήκες εναλλασσόμενων φορτίσεων. Για να είναι αξιόπιστες πρέπει κατά το σχεδιασμό τους να τηρούνται συγκεκριμένες προδιαγραφές: Ο χρόνος ζωής του συστήματος πρέπει να είναι χρόνια. Να υπάρχει ασφαλής λειτουργία της Α/Γ σε ταχύτητες ανέμου m/sec. Να εξασφαλιστεί η επιβίωση της Α/Γ σε ταχύτητες ανέμου m/sec Να εξαλειφθούν οι κίνδυνοι συντονισμού. Οι ιδιοσυχνότητες των διαφόρων υποσυστημάτων (πυλώνας, πτερύγια, κλπ) και η συχνότητα περιστροφής του δρομέα, καθώς και οι αρμονικές της πρέπει να συμπίπτουν. Να υπάρχει αντοχή σε εναλλασσόμενα φορτία. Να γίνει κατάλληλη σχεδίαση του συστήματος, ώστε να επιτυγχάνεται απόσβεση των πρόσθετων φορτίων και των στρεπτικών ταλαντώσεων που οφείλονται στις ριπές και στην τύρβη του ανέμου. Να διενεργηθεί ακριβής έλεγχος όλων των συνθηκών φόρτισης της Α/Γ και για κάθε εξάρτημα ή υποσύστημα, στις δυσμενέστερες συνθήκες φόρτισης που μπορεί να εμφανιστούν. Απαιτείται επίσης αντιδιαβρωτική προστασία. Μια ανεμογεννήτρια αποτελείται από τα εξής μέρη: το δρομέα, ο οποίος αποτελείται από 2 ή 3 πτερύγια και μια πλήμνη μέσω της οποίας συνδέονται τα πτερύγια με τον χαμηλής ταχύτητας κινητήριο άξονα, την άτρακτο η οποία περιλαμβάνει ένα μετατροπέα στροφών και μια γεννήτρια, άξονες και συνδέσμους και ένα κάλυμμα για ολόκληρη την άτρακτο, τον πύργο και τη θεμελίωση που στηρίζει το δρομέα και το σύστημα μετάδοσης της κίνησης, τους ηλεκτρικούς ελεγκτές και καλωδιώσεις καθώς και τον εξοπλισμό εποπτείας και ελέγχου. [34] 79

80 Σχήμα 6.10: Ανεμογεννήτρια 900kW [35] Στο Σχήμα 6.10 [35] φαίνεται μια ανεμογεννήτρια ονομαστικής ισχύος 900kW όπως μετρήθηκε σε ταχύτητα ανέμου 14m/s. Η Α/Γ αυτή έχει ταχύτητα εκκίνησης 3m/s και ταχύτητα διακοπής 25m/s. Όλα τα μέρη που συνιστούν την Α/Γ παρουσιάζονται στο σχήμα 6.9. Κατά τη λειτουργία μιας ανεμογεννήτριας, αρχικά ο άνεμος αλληλεπιδρά με το δρομέα και παράγεται μια ροπή. Στη συνέχεια, η σχετικά χαμηλή συχνότητα 80

81 περιστροφής του δρομέα αυξάνεται μέσω ενός μετατροπέα στροφών, του οποίου ο άξονας εξόδου περιστρέφει μια γεννήτρια. Έπειτα, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τη γεννήτρια, διέρχεται μέσω του συστήματος ελέγχου και των αποζευκτών της ανεμογεννήτριας όπου ενισχύεται σε μια μέση τάση, από το μετασχηματιστή. Έπειτα, το σύστημα καλωδίωσης της θέσης μεταφέρει την ηλεκτρική ενέργεια στο μετασχηματιστή της θέσης, μέσω του συστήματος ελέγχου και των αποζευκτών της θέσης, ο οποίος ενισχύει την τάση στην τιμή του δικτύου. Τέλος, το δίκτυο ισχύος μεταβιβάζει τον ηλεκτρισμό στην περιοχή τελικής χρήσης του, όπου υποσταθμοί μετασχηματιστών μειώνουν την τάση και τα τοπικά δίκτυα χαμηλής τάσης μεταβιβάζουν την ηλεκτρική ενέργεια στις οικίες, γραφεία, βιομηχανίες, κ.λ.π. Είναι εύκολα κατανοητό ότι η ισχύς που παράγεται από μια ανεμογεννήτρια είναι άμεση συνάρτηση της διερχόμενης από την επιφάνεια που σαρώνουν τα πτερύγια του ανέμου ενέργειας, δηλαδή της ταχύτητας του ανέμου. Στο Σχήμα 6.11 [35] δίδεται η ισχύς εξόδου συναρτήσει της ταχύτητας του ανέμου για μια ανεμογεννήτρια με κατώτατο όριο 3m/s και άνω όριο 25m/s και με ταχύτητα ανέμου που αντιστοιχεί στην ονομαστική ισχύ της ανεμογεννήτριας 14m/s. Σχήμα 6.11: Μεταβολή της ισχύος εξόδου συναρτήσει της ταχύτητας του ανέμου [35] Στις περισσότερες περιπτώσεις οι εγκαταστάσεις Α/Γ αναπτύχθηκαν με τη μορφή αιολικών πάρκων. Για να γίνει μία σύγκριση ενός αιολικού πάρκου και μιας Α/Γ θεωρούμε ένα αιολικό πάρκο που αποτελείται από 10 Α/Γ των 100 KW και μία ανεμογεννήτρια μόνη των 1000 kw. Στην περίπτωση του πάρκου έχουμε μεγαλύτερο κόστος εγκατάστασης φυσικά, αλλά τα πλεονεκτήματα του είναι μάλλον περισσότερα. Η δυνατότητα της σταδιακής ζεύξης ή απόζευξης του κατάλληλου κάθε φορά αριθμού Α/Γ επιτρέπει ένα σαφή έλεγχο του επιθυμητού ορίου της ισχύος. Στην περίπτωση μιας μόνο ανεμογεννήτριας ο έλεγχος των ορίων της ισχύος είναι δυνατός μόνο στην περίπτωση που η Α/Γ διαθέτει έλεγχο της 81

82 κλίσης των πτερυγίων. Επίσης, στην περίπτωση της σταδιακής ζεύξης αποφεύγονται τα πολύ ισχυρά υπερρεύματα ζεύξης που δημιουργούνται όταν έχουμε ζεύξη όλης της ισχύος ταυτόχρονα. Αλλά και η συντήρηση των Α/Γ μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς να απαιτείται διακοπή της παροχής ισχύος από το πάρκο. Ακολουθείται ένα πρόγραμμα «κυκλικής» συντήρησης που απασχολεί κάθε φορά μόνο μία Α/Γ, ενώ οι υπόλοιπες εξακολουθούν να παρέχουν ισχύ. Έτσι αυξάνεται η διαθεσιμότητα της εγκατεστημένης ισχύος. Όταν υπάρχει μία Α/Γ μόνη, θα πρέπει αναγκαστικά να διακόψει τη λειτουργία της για τη συντήρησή της. Το μειονέκτημα των αιολικών πάρκων είναι ότι απαιτούνται μεγάλες εκτάσεις για την εγκατάστασή τους, επειδή η απόσταση μεταξύ δύο γεννητριών πρέπει να τηρεί κάποιους περιορισμούς ώστε να μην «σκιάζει» η μία την άλλη. Σε τέτοια περίπτωση ο άνεμος που φτάνει σε μερικές ανεμογεννήτριες έχει χάσει μέρος της ενέργειάς του και έχει αποκτήσει δυσμενή χαρακτηριστικά (στροβιλότητα), που μειώνουν την απόδοση των Α/Γ και του πάρκου συνολικά. Η μείωση αυτή «μεγαλώνει» περισσότερο, όσο πιο κοντά είναι οι Α/Γ μεταξύ τους. Βέβαια η έκταση που καταλαμβάνει ένα αιολικό πάρκο είναι δυνατόν να φιλοξενήσει άλλες χρήσεις, όπως π.χ. αυτοκινητόδρομους, αρκεί να μην παρεμποδίζουν την λειτουργία του. Δηλαδή δεν θα ήταν δυνατό να αναγερθούν μέσα στο πάρκο κτίρια ή ψηλά δένδρα γιατί θα αλλοίωναν τα χαρακτηριστικά του ανέμου. Στο Σχήμα 6.12 [36] φαίνεται το κόστος της παραγόμενης Η.Ε. από ανεμογεννήτριες συναρτήσει της ταχύτητας του ανέμου για τρία διαφορετικά προεξοφλητικά επιτόκια σύμφωνα με στοιχεία της Ευρωπαϊκής Εταιρίας Αιολικής Ενέργειας (EWEA). Σχήμα 6.12: Κόστος Αιολικής Ενέργειας [36] 82

83 ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗ Στα τέλη του 2011 η παγκόσμια εγκατεστημένη ισχύς αιολικής ενέργειας ανερχόταν στα 238 GW περίπου, μια άνοδος κατά 18 GW από το Περίπου 41GW προστέθηκαν το 2011 μόνο. Κατά τα τελευταία δύο χρόνια, παρατηρείται σημαντική μετατόπιση της καινοτομίας από την Ευρώπη και την Βόρεια Αμερική προς την Ασία, η οποία έχει αναδειχθεί πλέον ο παγκόσμιος ηγέτης όσον αφορά την εγκατάσταση νέου δυναμικού αιολικής ενέργειας. Το 2011 η Κίνα εγκατέστησε 18GW αιολικής ενέργειας, φέρνοντας το σύνολο εγκατεστημένης ισχύος στα 63 GW, που αντιπροσωπεύει το 26,4% της παγκόσμιας αιολικής ενέργειας. Την ίδια περίοδο οι ΗΠΑ εγκατέστησαν 6,8 GW αιολικής ενέργειας, ανεβάζοντας το συνολικό δυναμικό στα 47 GW που αντιπροσωπεύει το 19,7% της παγκόσμιας αγοράς. Η Ινδία έρχεται τρίτη σε νέες εγκαταστάσεις, με 3 GW, αλλά κατατάσσεται πέμπτη με 16GW συνολικής ισχύος (6,7% της παγκόσμιας αιολικής ενέργειας). Η Ε.Ε. στο σύνολό της εγκατέστησε 9,6 GW αιολικής ενέργειας το 2011, ανεβάζοντας τη συνολική εγκατεστημένη ισχύ σε 94 GW. Αυτό είναι λίγο πάνω από το 6% του δυναμικού ηλεκτροπαραγωγής της Ε.Ε. Αν και η Ε.Ε. παραμένει ακόμη η μεγαλύτερη αγορά αιολικής ενέργειας, οι προκλητικοί ρυθμοί ανάπτυξης της Κίνας αναμένεται να την καταστήσουν πολύ σύντομα ηγέτη σε αυτή τη μορφή ενέργειας. Η κινεζική κυβέρνηση έχει θέσει ετήσιο στόχο εγκατάστασης τα 15GW αιολικής ενέργειας, με σκοπό το 2020 το συνολικό δυναμικό της χώρας να ανέρχεται στα 200 GW, ικανά να παράγουν 400TWh ηλεκτρικής ενέργειας [37]. Στον Πίνακα 6.9 [38] βλέπουμε την εγκατεστημένη ισχύ Α/Γ στην Ε.Ε. στο τέλος του 2011 καθώς και την αύξησή της σε σχέση με το Οι χώρες με τα μεγαλύτερα ποσοστά εγκατεστημένης ισχύος Α/Γ ως προς τη συνολική τους εγκατεστημένη ισχύ, είναι η Δανία με ποσοστό που πλησιάζει το 25,9%, και ακολουθούν η Ισπανία και η Πορτογαλία με ποσοστό κοντά στο 16%. Στον Πίνακα 6.10 [39] βλέπουμε τις χώρες με τη μεγαλύτερη εγκατεστημένη ισχύ ανεμογεννητριών παγκοσμίως. Πίνακας 6.9: Εγκατεστημένη ισχύς Α/Γ στην Ευρώπη (MW) [38] Χώρα Αύξηση 1 Αυστρία ,9% 2 Βέλγιο ,7% 3 Βουλγαρία ,4% 4 Γαλλία ,9% 5 Γερμανία ,9% 6 Δανία ,3% 7 Ελλάδα ,1% 83

84 8 Εσθονία ,5% 9 Ην. Βασίλειο ,7% 10 Ιρλανδία ,2% 11 Ισπανία ,1% 12 Ιταλία ,4% 13 Κύπρος ,4% 14 Λετονία ,3% 15 Λιθουανία ,8% 16 Λουξεμβούργο ,0% 17 Μάλτα Ολλανδία ,6% 19 Ουγγαρία ,5% 20 Πολωνία ,9% 21 Πορτογαλία ,2% 22 Ρουμανία ,6% 23 Σλοβακία 3 3 0,0% 24 Σλοβενία Σουηδία ,4% 26 Τσεχία ,9% 27 Φινλανδία ,0% Σύνολο ,0% 84

85 Πίνακας 6.10: Οι χώρες με τη μεγαλύτερη εγκατεστημένη αιολική ισχύ παγκοσμίως (τέλος 2011) [39] Χώρα Κίνα Εγκατεστημένη Ισχύς (MW) Η.Π.Α Γερμανία Ισπανία Ινδία Γαλλία 6800 Ιταλία 6747 Ην.Βασίλειο 6540 Καναδάς 5265 Πορτογαλία 4083 Το αιολικό δυναμικό μεγαλώνει παγκοσμίως όλο και περισσότερο. Κάθε χρόνο οι ανεμογεννήτριες αυξάνονται κατά 20% και η Παγκόσμια Ένωση Αιολικής Ενέργειας προβλέπει ότι η αιολική ισχύς θα τετραπλασιαστεί στα γιγαβάτ μέχρι το ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ Στην Ελλάδα η ΔΕΗ ξεκίνησε το 1977 να πραγματοποιεί εκτεταμένες μετρήσεις στα νησιά του Αιγαίου για να διερευνηθεί κατά πόσο ήταν αξιοποιήσιμη η αιολική ενέργεια. Οι μετρήσεις έδειξαν πολύ θετικά αποτελέσματα, καθώς αποδείχθηκε ότι υπάρχει πολύ υψηλό αιολικό δυναμικό. Το δυναμικό της χώρας μας είναι το δεύτερο ισχυρότερο στην Ευρώπη μετά την Σκωτία. Εκτιμάται ότι το εκμεταλλεύσιμο αιολικό δυναμικό ανέρχεται σε 6,46 TWh κατ έτος. Το 1982, ξεκίνησε ένα πρόγραμμα εγκατάστασης αιολικών πάρκων πρώτα στα νησιά όπου το κόστος παραγωγής ενέργειας ήταν ήδη υψηλό και το αιολικό δυναμικό ήταν ευνοϊκότερο. Το πρώτο πειραματικό αιολικό πάρκο εγκαταστάθηκε στην Κύθνο. Το πάρκο αυτό είχε 5 Α/Γ των 20 KW η καθεμία, δηλαδή συνολικής ισχύος 100 kw, και προσέφερε πολύτιμη εμπειρία στο τεχνικό προσωπικό της ΔΕΗ. 85

86 Με βάση στατιστική που παρουσίασε η ΕΛΕΤΑΕΝ, τo σύνολο της αιολικής ισχύος που κατά τα τέλη του 2012 βρισκόταν σε εμπορική ή δοκιμαστική λειτουργία είναι 1746 MW. Η ισχύς αυτή κατανέμεται ως εξής: Στα Μη Διασυνδεμένα Νησιά: 284,6 MW Στο Διασυνδεμένο Σύστημα: 1461,4 MW Η νέα αιολική ισχύς που εγκαταστάθηκε το 2012 ήταν 111,75 MW. Ο ρυθμός ανάπτυξης σε σχέση με το τέλος του 2011 είναι 6,8%, μειωμένος σε σχέση με το 23,5% που επιτεύχθηκε το 2011, που ήταν το καλύτερο έτος ανάπτυξης της αιολικής ενέργειας στην Ελλάδα. To 2012 υπήρξε υποχώρηση του ρυθμού ανάπτυξης της αιολικής ενέργειας στην Ελλάδα. Ωστόσο, έγιναν επενδύσεις ύψους 150 εκατομμυρίων ευρώ περίπου. Αυτό σημαίνει ότι η αγορά της αιολικής ενέργειας είναι ζωντανή και έχει σημαντικές προοπτικές. Αν ληφθεί υπόψη το πλήθος των έργων που είναι ώριμα για υλοποίηση, η αιολική ενέργεια μπορεί να εκτοξευθεί τα επόμενα δύο έτη. Αιολικά πάρκα έχουν εγκατασταθεί σε πολλές νησιωτικές περιοχές της χώρας, συμβάλλοντας έτσι στην ενεργειακή αυτονομία των νησιών αυτών. Συνολικά η εγκατεστημένη ισχύς αιολικών πάρκων της ΔΕΗ Ανανεώσιμες ανέρχεται σε 89.01MW περίπου. Αιολικά πάρκα υπάρχουν και στα νησιά του Ιονίου με σημαντικότερα τα τρία πάρκα που έχουν εγκατασταθεί στην Κεφαλονιά τα οποία τροφοδοτούν το δίκτυο της χώρας με 75.6 MW ηλεκτρικής ισχύος [33]. Στον Πίνακα 6.11 [33] φαίνονται τα αιολικά πάρκα που έχουν εγκατασταθεί από τη ΔΕΗ Ανανεώσιμες σε διάφορα νησιά του Αιγαίου. Πίνακας 6.11: Αιολικά Πάρκα στην Ελλάδα [33] Αιολικό Πάρκο Εγκατεστημένη Ισχύς[MW] Μελανιός, Χίος 2,48 Αγ. Σώζων, Λήμνος 1,8 Αγ. Ιωάννης, Κάρπαθος 0,28 Ακούμια, Ρέθυμνο 7,2 Βούναρος, Λήμνος 0,44 Καλυβάρι, Άνδρος 1,58 Καμάρες, Πάρος 3,6 Κάστρο, Βοιωτία 17,7 Κατταβιά, Ρόδος 5,4 Κως, Δωδεκάνησα 2,06 86

87 Λέρος, Δωδεκάνησα 2,06 Μαραθόκαμπος ΙΙ, Σάμος 1,8 Μαρμάρι, Εύβοια 5,1 Μονή Τοπλού, Σητεία, Κρήτη 6,6 Ξηρολίμνη Ι, ΙΙ, ΙΙΙ 13,2 Ποταμιά, Χίος 1 Πρ. Ηλίας, Ψαρά 2,03 Πυθαγόρειο, Σάμος 2,03 Σίγρι, Λέσβος 2,03 Σκαλοχώρι, Λέσβος 2, ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ Γεωθερμική ενέργεια είναι η ενέργεια που βρίσκεται αποθηκευμένη υπό τη μορφή θερμού νερού ή ατμού στο υπέδαφος σε μικρή απόσταση από την επιφάνεια της γης. Το θερμικό ενεργειακό δυναμικό του υπεδάφους οφείλεται στη λεγόμενη γεωθερμική ανωμαλία, δηλαδή σε αύξηση της θερμοκρασίας στο υπέδαφος μεγαλύτερη από την κανονική γεωθερμική βαθμίδα που είναι 1 C ανά 33 m. Σε περιοχές με ενεργή ή πρόσφατη ηφαιστειακή δραστηριότητα συναντάται έντονα το φαινόμενο αυτό, έχουμε δηλαδή ιδιαίτερα μεγάλη θετική θερμική ανωμαλία. Η θερμοκρασία των γεωθερμικών ρευστών φτάνει πολλές φορές μέχρι 350 C σε σχετικά μικρά βάθη. Σε περιοχές χωρίς πρόσφατη ηφαιστειότητα, αλλά με ενεργό τεκτονική εφελκυστικού κυρίως τύπου, έχουμε πιο εύκολη άνοδο των θερμών υπογείων ρευστών προς την επιφάνεια. Αυτή είναι και η πιο συνηθισμένη περίπτωση και πρακτικά παρουσιάζει μεγαλύτερο ενδιαφέρον, αν και οι θερμοκρασίες των ρευστών είναι αισθητά χαμηλότερες ( C). Ανάλογα με τη θερμοκρασία του ρευστού, χαρακτηρίζεται το γεωθερμικό πεδίο σαν χαμηλής ενθαλπίας όταν είναι t<100 C, μέσης για 100<t<150 C και υψηλής όταν t>150 C. Η γεωθερμική ενέργεια είναι πρακτικά ανεξάντλητη, επειδή προέρχεται από τη θερμοκρασία στο εσωτερικό της γης. Η αξιοποίησή της ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία των γεωθερμικών ρευστών. Για θερμοκρασίες π.χ. 40 C ενδείκνυται η εφαρμογή σε θέρμανση χώρων, ενώ για περιοχές γύρω στους 280 C στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Άλλος τομέας αξιοποίησης των γεωθερμικών ρευστών είναι η ανάκτηση στερεών ή αέριων ουσιών που βρίσκονται διαλυμένα σ αυτά, όπως κοινό αλάτι, διοξείδιο του άνθρακα, πολύτιμα μέταλλα κ.α. [1] 87

88 Ένα μειονέκτημα στην αξιοποίηση των γεωθερμικών πεδίων είναι η διαφυγή αερίων, όταν η γεώτρηση γίνεται σε περιοχή με πρόσφατη ηφαιστειότητα. Το πρόβλημα αυτό δεν είναι ανυπέρβλητο, αυξάνει όμως σημαντικά το κόστος λόγω των μέτρων που πρέπει να ληφθούν. Επίσης δημιουργούνται πολλές φορές άλατα στις σωληνώσεις και τις βάνες, αλλά και αυτό αντιμετωπίζεται με την επιλογή κατάλληλων υλικών. Υπάρχουν τέσσερις συνολικά τύποι γεωθερμικών πηγών, οι υδροθερμικές, οι γεωπεπιεσμένες, τα θερμά ξηρά πετρώματα και το μάγμα. Από τις κατηγορίες αυτές, μόνο οι πηγές του πρώτου τύπου χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Οι υδροθερμικές πηγές συνίστανται από μια πηγή θερμότητας, η οποία μπορεί να είναι ένα κρυσταλλωμένο μάγμα, από έναν υδροφόρο ορίζοντα που περιέχει εύκολα προσπελάσιμο νερό και από ένα αδιαπέρατο πέτρωμα το οποίο περιορίζει τον υδροφόρο ορίζοντα. Η γεωθερμική ενέργεια από τις πηγές αυτές, αντλείται με διάτρηση του υδροφόρου ορίζοντα και εξαγωγή του θερμού νερού ή ατμού. Οι υδροθερμικές πηγές διακρίνονται περαιτέρω, ανάλογα με τη φυσική κατάσταση του ρευστού των πόρων, σε πηγές υπερίσχυσης υγρού και σε πηγές υπερίσχυσης ατμού. Η εμπορική διερεύνηση και ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας μέχρι σήμερα έχει εστιάσει σε φυσικούς γεωθερμικούς ταμιευτήρες, δηλαδή όγκους πετρωμάτων με υψηλές θερμοκρασίες, μεγάλο πορώδες και υψηλή περατότητα. Οι ταμιευτήρες αυτοί παράγουν είτε νερό, είτε μίγμα νερού και ατμού, είτε μόνο ατμό, ανάλογα με το είδος της υδροθερμικής πηγής. Οι τρεις διαδικασίες που εφαρμόζονται κατά κύριο λόγο σήμερα είναι η διαδικασία ξηρού ή άμεσου ατμού, η διαδικασία ακαριαίου ατμού και ο δυαδικός κύκλος. Κατά την πρώτη διαδικασία, χρησιμοποιείται ο ατμός όπως αυτός φτάνει από την υδροθερμική γεώτρηση παραγωγής, ενώ κατά τη δεύτερη διαδικασία, χρησιμοποιούνται διαχωριστές για την απόληψη του ατμού ο οποίος αναβλύζει από μια γεωθερμική γεώτρηση. Τέλος κατά το δυαδικό κύκλο, η θερμική ενέργεια της γεωθερμικής άλμης αποδίδεται σε ένα δεύτερο ρευστό το οποίο εισάγεται στη συνέχεια στο στρόβιλο. Σήμερα εφαρμόζονται και υβριδικές διατάξεις οι οποίες συνδυάζουν τις τεχνολογίες συμβατικού ατμοστροβίλου και δυαδικού κύκλου.[34] ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗ Η αξιοποίηση των γεωθερμικών πεδίων παγκοσμίως αναμένεται να παρουσιάσει άνοδο. Αυτό αιτιολογείται από το γεγονός ότι σημειώνεται πρόοδος της τεχνολογίας που αφορά τις γεωθερμικές πηγές και την παραγωγή ηλεκτρισμού από αυτές και η οποία καθιστά συμφέρουσα και οικονομική την αξιοποίηση των πεδίων αυτών. Οι αναλύσεις των ερευνών κατασκεύασαν διάφορα σενάρια παίρνοντας ως βάση τα 10,7 GW γεωθερμικού δυναμικού που υπάρχουν σε ολόκληρο τον κόσμο σύμφωνα με μετρήσεις που διεξήχθησαν το Αυτά τα 10,7 GW ισοδυναμούν με περίπου 67 TWh ηλεκτρικής ενέργειας παγκοσμίως, με τις ΗΠΑ να διαθέτουν σήμερα 3,1 GW εγκατεστημένων γεωθερμικών συστημάτων, γεγονός που κάνει τις ΗΠΑ το μεγαλύτερο χρήστη γεωθερμικής ενέργειας στον κόσμο. Στην πραγματικότητα, 88% των γεωθερμικών συστημάτων ενέργειας στον κόσμο, που λειτουργούν σήμερα χρησιμοποιούνται μόνο σε οκτώ χώρες. Τα στατιστικά στοιχεία 88

89 δείχνουν σύμφωνα με τους επιστήμονες ότι η γεωθερμία αποτελεί μία ανεκμετάλλευτη πηγή που θα μπορούσε σίγουρα να προμηθεύσει γύρω στο 4% των παγκόσμιων ενεργειακών αναγκών. Ο Σύνδεσμος Γεωθερμικής Ενέργειας έχει υπολογίσει ότι οι ΗΠΑ έχουν τη δυναμική να προμηθεύσουν 7 εκατομμύρια κόσμο με γεωθερμική ενέργεια, εφόσον σχεδιάζονται αναπτυξιακές έρευνες, οι οποίες θα ανεβάσουν την ενεργειακή ικανότητα από 3,1 GW σε 7 GW [54]. Όσον αφορά την Ευρώπη, η συνολική εγκατεστημένη ισχύς για το 2012 έφτασε τα 1,7 GWe, ενώ η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας άγγιξε τις 11,38 TWh από 62 συνολικά γεωθερμικούς σταθμούς. Στο Σχήμα 6.13 [40] βλέπουμε την εξέλιξη της εγκατεστημένης ισχύος στην Ευρώπη τα τελευταία 100 χρόνια, ενώ στο Σχήμα 6.14 [40] παρουσιάζεται η εγκατεστημένη ισχύς στις χώρες της Ευρώπης για το 2012, καθώς και μια πρόβλεψη για το άμεσο μέλλον. Όπως είναι εμφανές, οι χώρες με τη μεγαλύτερη αξιοποίηση γεωθερμικής ενέργειας στην Ευρώπη είναι η Ιταλία, η Ισλανδία και η Τουρκία [40]. Σχήμα 6.13: Εξέλιξη Εγκατεστημένης Ισχύος Γεωθερμικών Σταθμών στην Ευρώπη [40] Σχήμα 6.14: Εγκατεστημένη Ισχύς Γεωθερμικών Σταθμών στην Ευρώπη (MWe) [40] 89

90 ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ 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 αξιοποίησή τους γίνεται από τα πολύ παλιά χρόνια στον τομέα των θεραπευτικών χρήσεων. Έρευνες που έχουν γίνει από το Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών(ΙΓΜΕ) έδειξαν ότι είναι δυνατή η αξιοποίηση πολλών από αυτά και σε άλλες χρήσεις, όπως είναι η θέρμανση θερμοκηπίων, ιχθυοκαλλιεργειών, η τηλεθέρμανση πόλεων, κυρίως στην Β. Ελλάδα. Η θέρμανση θερμοκηπίων είναι ο τομέας, όπου κυρίως μέχρι στιγμής αξιοποιείται το γεωθερμικό δυναμικό της χώρας μας. Έρευνες της ΔΕΗ σε συνεργασία με το ΙΓΜΕ 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. Αξιοσημείωτες είναι οι έρευνες στην Μήλο, οι οποίες έδειξαν την ύπαρξη γεωθερμικού δυναμικού που σύμφωνα με τις πρώτες εκτιμήσεις ανέρχεται σε 120 έως 200 MW γεγονός που οδήγησε το 1984 στην εγκατάσταση και λειτουργία του πρώτου πειραματικού σταθμού ισχύος 2 MW. Ωστόσο, η διαρροή υδρόθειου και κάποιοι λάθος χειρισμοί οδήγησαν στη δημιουργία αρνητικού κλίματος στους κατοίκους του νησιού και σαν αποτέλεσμα διακόπηκε η λειτουργία του σταθμού [34]. Τα τελευταία χρόνια έχει ξεκινήσει πάλι μια προσπάθεια αξιοποίησης της γεωθερμίας για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Η ΔΕΗ Ανανεώσιμες έχει πάρει από τη Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας άδεια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από γεωθερμικό πεδίο και προχωρά στην κατασκευή ενός σταθμού ισχύος 8 MW στη Λέσβο. Επίσης, η εταιρία προχωρά αυτή τη στιγμή στην κατασκευή τριών ακόμα γεωθερμικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής ισχύος 5 MW ο καθένας, στην Κίμωλο, τα Μέθανα και την Νίσυρο. Ωστόσο, η ανάπτυξη της χρήσης της γεωθερμίας αναμένεται να σημειώσει περαιτέρω άνοδο με την επιβολή πρόσφατου νόμου που ενθαρρύνει την εκμετάλλευση των γεωθερμικών πεδίων εξασφαλίζοντας το νομικό πλαίσιο [33]. Στο Σχήμα 6.15 [49] βλέπουμε τις περιοχές της Ελλάδας με γεωθερμικό ενδιαφέρον για την αξιοποίησή τους για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή άλλες χρήσεις. 90

91 Σχήμα 6.15: Κύριες Γεωθερμικές Περιοχές της Ελλάδας [49] 91

92 6.5. ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΒΙΟΜΑΖΑ Ο όρος βιομάζα περιλαμβάνει τα προϊόντα, τα υποπροϊόντα και τα κατάλοιπα της φυτικής, ζωικής, δασικής και αλιευτικής παραγωγής, καθώς και τα αστικά λύματα και απορρίμματα. Η παραγωγή της γίνεται με τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας με βασικές πρώτες ύλες το νερό και τον άνθρακα. Η βασική ανανεώσιμη πηγή είναι ο άνθρακας που ανακτάται μέσω της φωτοσύνθεσης. 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 πρώτες ύλες βιομάζας που χρησιμοποιούνται, ή αξιολογείται η χρήση τους, για την τροφοδοσία των μονάδων ηλεκτροπαραγωγής συνήθως εμπίπτουν σε μια από τις ακόλουθες γενικές κατηγορίες [34]: α) υπολείμματα ξύλου, τα οποία περιέχουν πριονίδια και άλλα αστικά υπολείμματα καθώς επίσης και τα υπολείμματα που προέρχονται από την υλοτομία. (β) γεωργικά υπολείμματα, στα οποία κατατάσσονται η βαγάσση, δηλαδή ο πολτός που απομένει μετά το θρυμματισμό του ζαχαροκάλαμου με σκοπό την εκχύμωσή του, οι φλοιοί ρυζιού και τα άχυρα. Τα γεωργικά υπολείμματα είναι επίσης κατάλληλα για μετατροπή σε υγρά καύσιμα καθώς επίσης και για θερμοχημική παραγωγή ενέργειας. (γ) προϊόντα ενεργειακών καλλιεργειών, δηλαδή φυτειών που καλλιεργούνται ειδικά για τη χρήση τους ως καύσιμα. Οι φυτείες αυτές παρουσιάζουν ταχεία ανάπτυξη, είναι ανθεκτικές σε παράσιτα και ξηρασία, εμφανίζουν ευκολία στη συγκομιδή και προσφέρουν πρώτη ύλη ιδιαίτερα ανταγωνιστική στην τιμή. Τα συνηθέστερα χρησιμοποιούμενα προϊόντα ενεργειακών καλλιεργειών είναι ο μίσχανθος, η φάλαρις και το αρούντο. (δ) απόβλητα, τα οποία είτε προέρχονται από τη βιομηχανία τροφίμων, είτε είναι αστικά στερεά απόβλητα, είτε ζωικά απόβλητα, είτε αστικά λύματα. Η μετατροπή τους σε ενέργεια γίνεται με άμεση καύση, με αναερόβια χώνευση ή έμμεσα οπότε παράγεται βιοαέριο σε ΧΥΤΑ το οποίο αξιοποιείται σε μηχανές εσωτερικής καύσης και σε αεριοστρόβιλους. Σε ό,τι αφορά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τη βιομάζα, αυτή διαφέρει από τις υπόλοιπες ενεργειακές πηγές καθώς για την παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος από τη βιομάζα είναι απαραίτητο να λειτουργούν δύο συστήματα ταυτόχρονα. Πιο συγκεκριμένα, απαιτείται η λειτουργία ενός συστήματος τροφοδοσίας το οποίο παράγει, συλλέγει και παραδίδει το βιοκαύσιμο, σε συνδυασμό με ένα σταθμό που παράγει και διαθέτει τον ηλεκτρισμό. Η βιομάζα είτε μετατρέπεται απευθείας σε θερμική ενέργεια είτε μετατρέπεται πρώτα σε υγρό ή αέριο βιοκαύσιμο το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιείται σε αεριοστροβιλικούς σταθμούς. Τα βιοκαύσιμα τα οποία χρησιμοποιούνται συνηθέστερα για ηλεκτροπαραγωγή είναι κυρίως το βιοαέριο και το βιοέλαιο. Η βιομάζα μετατρέπεται μέσα από τις θερμοχημικές διεργασίες της καύσης, της πυρόλυσης και της αεριοποίησης σε θερμότητα, αέριο καύσιμο ή βιοέλαιο και στη συνέχεια σε ηλεκτρισμό. Επίσης, η μετατροπή της βιομάζας μπορεί να γίνει μέσα από βιοχημικές διεργασίες όπως είναι η αναερόβια χώνευση και η ζύμωση οπότε και παράγεται βιοαέριο και αιθανόλη αντίστοιχα. Η μετατροπή της 92

93 βιομάζας και η διεργασία με την οποία θα γίνει εξαρτώνται από τη φύση της πρώτης ύλης που χρησιμοποιείται. Ιδιαίτερα αποδοτική για την παραγωγή ηλεκτρισμού θεωρείται η καύση της βιομάζας μαζί με κάποιο ορυκτό καύσιμο, συνήθως άνθρακα, καθώς η καύση πραγματοποιείται στις ήδη υπάρχουσες εγκαταστάσεις οι οποίες απαιτούν ελάχιστη τροποποίηση. Επιπλέον, με τη σύγκαυση επιτυγχάνεται μείωση των εκπομπών των αερίων ρύπων. Με την πάροδο του χρόνου η βιομάζα κερδίζει ολοένα και περισσότερο έδαφος στο παγκόσμιο ενεργειακό μίγμα κυρίως λόγω του ότι είναι ευρέως διαθέσιμη και ανανεώσιμη. Επιπλέον, υπάρχει δυνατότητα οικονομικής μετατροπής της βιομάζας σε μια ποικιλία ενεργειακών φορέων όπως για παράδειγμα θερμότητα, ηλεκτρισμός, βιοκαύσιμα, κλπ. Επιπλέον, η βιομάζα ως ενεργειακός πόρος παρουσιάζει σημαντικά περιβαλλοντικά και κοινωνικά οφέλη, όπως είναι για παράδειγμα η μειωμένη εκπομπή αερίων ρύπων και η ανάπτυξη της αγροτικής παραγωγής. Ωστόσο παρουσιάζει και ορισμένα μειονεκτήματα ως ενεργειακός πόρος τα οποία είναι η δυσκολία στη συλλογή, μεταποίηση και μεταφορά στους σταθμούς παραγωγής, η μεγάλη διασπορά της, η εποχιακή παραγωγή της και οι δαπανηρές εγκαταστάσεις και εξοπλισμός αξιοποίησής της. Η εκμετάλλευση της βιομάζας είναι μια ιδιαίτερα ελκυστική επιλογή στον τομέα της ηλεκτροπαραγωγής γι αυτό και εμφανίζει πορεία ανάπτυξης. Σαν αποτέλεσμα της αυξανόμενης ενεργειακής ζήτησης παγκοσμίως, διάφοροι οργανισμοί μελετούν και αναπτύσσουν δέντρα και πόες ταχείας ανάπτυξης που θα μπορούσαν να καλλιεργούνται και στη συνέχεια να χρησιμοποιούνται ως καύσιμα. Με τον τρόπο αυτό αναμένεται να επιτευχθεί μια άνοδος του δυναμικού της βιομάζας στον τομέα της παραγωγής ηλεκτρισμού, τα επόμενα χρόνια [34]. Στον Πίνακα 6.12 [23] φαίνεται η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα το 2011 στις χώρες του ΟΟΣΑ. Όπως φαίνεται, στη χρήση βιομάζας για παραγωγή Η.Ε. (ποσοστιαία) είναι πρώτη η Φινλανδία (15% της συνολικής παραγωγής Η.Ε.). Πίνακας 6.12: Παραγωγή Η.Ε. από βιομάζα στις χώρες του ΟΟΣΑ το 2011 [23] Χώρα Παραγωγή Η.Ε. από καθαρή βιομάζα και απόβλητα[τwh] Ποσοστό Συνολική παραγωγή Η.Ε. 1 Αυστραλία 3,53 1,6% 225,465 2 Αυστρία 6,322 10,6% 59,474 3 Βέλγιο 5,966 7,2% 83,373 4 Γαλλία 7,101 1,3% 530,644 5 Γερμανία 43,57 7,6% 575,553 6 Δανία 4,876 14,5% 33,715 93

94 7 Ελβετία 2,45 4,1% 60,176 8 Ελλάδα 0,319 0,6% 50,434 9 Εσθονία 0,783 6,4% 12, Η.Π.Α. 56,7328 1,4% 4094, Ην.Βασίλειο 14,853 4,3% 342, Ιαπωνία 23,146 2,2% 1050, Ιρλανδία 0,342 1,3% 26, Ισλανδία Ισπανία 5,216 1,9% 276, Ισραήλ 0,085 0,2% 55, Ιταλία 13,367 4,7% 283, Καναδάς 6,38 1,0% 618, Λουξεμβούργο 0,155 7,5% 2, Μεξικό 0,917 0,4% 257, Νέα Ζηλανδία 0,606 1,4% 43, Νορβηγία 0,483 0,4% 125, Νότια Κορέα 1,209 0,2% 485, Ολλανδία 8,772 8,2% 106, Ουγγαρία 1, Πολωνία 7,907 5,2% 153, Πορτογαλία 3,236 6,5% 49, Σλοβακία 0,686 2,8% 24, Σλοβενία 0,258 1,7% 15, Σουηδία 11,883 8,0% 148, Τουρκία 0,451 0,2% 217,657 94

95 32 Τσεχία 2,696 3,3% 82, Φινλανδία 10,586 15,0% 70, Χιλή 3,406 5,4% 62,863 Κύριο χαρακτηριστικό της βιομάζας στην Ελλάδα είναι η πολυμορφία των πρώτων υλών η οποία την καθιστά ικανή για πολλαπλές χρήσεις, ανάλογα με το είδος και τις δυνατότητες τελικής αξιοποίησής της. Το είδος και η προέλευση των διαφόρων πρώτων υλών βιομάζας συνδυάζεται με μεγάλο αριθμό αγροτικών δραστηριοτήτων όπως είναι η συγκομιδή υπολειμμάτων καλλιεργειών όπως για παράδειγμα το άχυρο σιτηρών, τα στελέχη του βαμβακιού, υλοτομίες δασικών συμπλεγμάτων, διάθεση αποβλήτων ζωοτροφικών μονάδων, κ.α. Επίσης, το είδος και η προέλευση των ποικίλων πρώτων υλών βιομάζας μπορεί να σχετίζεται και με την εισαγωγή νέων ενεργειακών καλλιεργειών στο γεωργικό σύστημα. Λόγω της άμεσης σύνδεσής της βιομάζας με την αγροτική παραγωγή μπορεί να αποτελέσει πηγή συμπληρωματικού εισοδήματος και δημιουργίας θέσεων εργασίας για την τοπική κοινωνία στα πλαίσια ολοκληρωμένου και αειφόρου εθνικού και περιφερειακού σχεδιασμού. H ΔΕΗ Ανανεώσιμες προχωρά στην κατασκευή μονάδας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα στην Κοζάνη, ισχύος 25MW. Η εταιρία θεωρεί τη βιομάζα έναν από τους βασικούς άξονες βιώσιμης ανάπτυξης και αναμένεται να προχωρήσει στην κατασκευή επιπλέον μονάδων ηλεκτροπαραγωγής από τη βιομάζα τα επόμενα χρόνια [34] ΩΚΕΑΝΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΥΜΑΤΩΝ) Μια όχι και τόσο ανεπτυγμένη μορφή ΑΠΕ είναι η μηχανική και θερμική ενέργεια των ωκεανών. Πρόκειται για την ενέργεια που είναι αποθηκευμένη με διάφορες μορφές στις θάλασσες και στους ωκεανούς και η οποία μπορεί να ληφθεί με διάφορους τρόπους. Είναι μια ανανεώσιμη ενεργειακή πηγή, της οποίας η εκμετάλλευση αποκτά έδαφος, όπου αυτό είναι εφικτό. Οι κατηγορίες αυτής της μορφής ενέργειας είναι οι εξής: Α) Η πρώτη μορφή θαλάσσιας ενέργειας είναι η ενέργεια που προκύπτει από την κίνηση των ανεμογενών κυματισμών. Η αξιοποίησή της μπορεί να εξασφαλίσει μεγαλύτερη ποικιλία ενεργειακών αποθεμάτων και υψηλότερα ποσοστά αξιοποίησης των ανανεώσιμων ενεργειακών πηγών. Οι σχετικές εκτιμήσεις αναφέρουν ότι μπορεί να καλύψει το 50% της παγκόσμιας ζήτησης σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα συστήματα αξιοποίησης της κυματικής ενέργειας χωρίζονται σε δύο κατηγορίες, τα σταθερά και τα πλωτά. Τα σταθερά τοποθετούνται στις ακτές ή στα ρηχά νερά γεγονός που κάνει εύκολη τη συντήρησή τους, ωστόσο οι κατάλληλες και διαθέσιμες θέσεις για την κατασκευή τους είναι περιορισμένες. Αντίθετα, τα πλωτά συστήματα τοποθετούνται στην ανοικτή θάλασσα και οι αρχές λειτουργίας τους στηρίζονται στην αρμονική κίνηση του πλωτού τμήματος που ανεβοκατεβαίνει ανάλογα με την κίνηση του κύματος. Χαρακτηριστικό παράδειγμα ενός τέτοιου είδους έργου αποτελεί το Wave Dragon, που είναι μια πλωτή συσκευή υπό 95

96 κατασκευή στην Ουαλία και η οποία έχει σχεδιαστεί για να είναι ακινητοποιημένη. Η συσκευή αυτή δε μετατρέπει το κύμα σε ενέργεια με το να κινείται πάνω κάτω ή επιτρέποντας σε κάποια τμήματά του να μετακινούνται από την κίνηση των κυμάτων, αλλά αντίθετα εκμεταλλεύεται το ενεργειακό δυναμικό του νερού που διέρχεται μέσω υπερχειλιστών σε δεξαμενή. Είναι τοποθετημένο σε βάθος μεγαλύτερο από 25 m για να αξιοποιεί τα κύματα του ωκεανού προτού αυτά χάσουν την ενέργειά τους εισερχόμενα στην παράκτια ζώνη. Η διπλή κυρτή ράμπα και ο ανακλαστήρας κυμάτων που έχουν τοποθετηθεί, μεγιστοποιούν την ποσότητα του νερού που υπερχειλίζει στη δεξαμενή. Το νερό που διέρχεται από τους υπερχειλιστές, αποθηκεύεται προσωρινά δημιουργώντας μια υψομετρική διαφορά που κάνει εφικτή την παραγωγή ενέργειας μέσω της απελευθέρωσής του από τους στροβίλους. Πρέπει να αναφερθεί ότι το Wave Dragon έχει σχεδιαστεί με τους στροβίλους ως τα μοναδικά κινούμενα μέρη, μειώνοντας το κόστος συντήρησης και ελαχιστοποιώντας τις επιπτώσεις από τα φερτά υλικά του ωκεανού. Το έργο αποτελείται συνολικά από επτά μονάδες παρατεταγμένες σε μήκος τεσσάρων χιλιομέτρων με συνολική ισχύ που φτάνει τα 70 έως 80 MW. Β) Η δεύτερη μορφή θαλάσσιας ενέργειας προκύπτει από το φαινόμενο της παλίρροιας. Πιο συγκεκριμένα, οι μηχανισμοί αξιοποίησής της εκμεταλλεύονται την άνοδο και την πτώση της στάθμης της θάλασσας, η οποία οφείλεται στην αλληλεπίδραση των πεδίων βαρύτητας Ήλιου, Γης και Σελήνης. Οι αρχές λειτουργίας των μηχανισμών εκμετάλλευσης της παλιρροιακής ενέργειας, λειτουργούν ουσιαστικά με την ίδια αρχή που λειτουργούν τα υδροηλεκτρικά έργα, με την υψομετρική διαφορά να προκύπτει από τη διαφορά στάθμης ανάμεσα στην πλημμυρίδα και την άμπωτη. Αυτές οι διατάξεις, έχουν σχετικά μεγάλη απόδοση ανάλογα με το μέγεθος, υψηλό κόστος κατασκευής, ενώ ταυτόχρονα επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τα παράκτια οικοσυστήματα. Γ) Μια άλλη μορφή ωκεάνιας ενέργειας είναι η ενέργεια από τα θαλάσσια ρεύματα τα οποία δημιουργούνται από την περιστροφή της Γης, από την τριβή του ανέμου στη θαλάσσια επιφάνεια και από τις διαφορές πυκνότητας μεταξύ των θαλάσσιων στρωμάτων. Οι εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε αυτήν την περίπτωση λειτουργούν με τις αρχές λειτουργίας μιας ανεμογεννήτριας. Πιο συγκεκριμένα, υποθαλάσσιος περιστρεφόμενος άξονας οριζόντιος ή κατακόρυφος στη ροή συνδέεται με στρόβιλο μέσω μεγάλων, αργά κινούμενων λεπίδων. Δ) Η τελευταία μορφή θαλάσσιας ενέργειας, συνίσταται στην εκμετάλλευση της ενέργειας που είναι αποθηκευμένη στα νερά του ωκεανού με τη μορφή διαφοράς θερμοκρασίας. Οι ωκεανοί καλύπτουν περίπου το 70% της επιφάνειας της Γης και αποτελούν το μεγαλύτερο σύστημα συλλογής και αποθήκευσης της ηλιακής ενέργειας. Για να είναι αξιοποιήσιμη η ενέργεια αυτή πρέπει η διαφορά θερμοκρασίας να είναι 20 C σε βάθος περίπου 1000 m. Το θερμό νερό από την επιφάνεια της θάλασσας χρησιμοποιείται για να θερμάνει μια ποσότητα υγρής αμμωνίας που βρίσκεται σε ένα κλειστό δοχείο, η οποία εν συνεχεία μετατρέπεται σε αέριο και διαστέλλεται, κινώντας ταυτόχρονα μια γεννήτρια η οποία αρχίζει να παράγει ρεύμα. Το ψυχρό νερό από τα βάθη της θάλασσας χρησιμοποιείται για να ψύξει την αμμωνία και έτσι ο κύκλος επαναλαμβάνεται. Η εγκατάσταση μονάδων αξιοποίησης της θαλάσσιας και κυματικής ενέργειας δεν έχει αποκτήσει ακόμη αρκετό έδαφος στο παγκόσμιο ενεργειακό μίγμα. 96

97 Ωστόσο, σε πολλές περιοχές του πλανήτη γίνονται οι απαιτούμενες δοκιμές έτσι ώστε να υπάρξει δυνατότητα στο άμεσο μέλλον για την κατασκευή τέτοιων μονάδων. Σε κάποιες χώρες λειτουργούν ήδη διατάξεις εκμετάλλευσης της ωκεάνιας και κυματικής ενέργειας οι οποίες αξιοποιούν κυρίως την κυματική ενέργεια ή την ενέργεια από το φαινόμενο της παλίρροιας [34]. Στον Πίνακα 6.13 [34] φαίνονται οι μεγαλύτερες μονάδες αξιοποίησης της κυματικής και παλιρροιακής ενέργειας που έχουν εγκατασταθεί και λειτουργούν αυτή τη στιγμή σε παγκόσμιο επίπεδο. Πίνακας 6.13: Υφιστάμενες Μονάδες Κυματικής και Παλιρροιακής Ενέργειας [34] Σταθμός Εγκατεστημένη Ισχύς [MW] Agucadura, Πορτογαλία 22.5 Limpet 500, Σκωτία 0.5 Nissum Bredning, Δανία Kvitsoy Pilot Project, Νορβηγία 0.2 Rance Power Station, Γαλλία 240 Sea Gen, Β. Ιρλανδία 1.2 Sea Flow, Αγγλία 0.3 Enermar, Ιταλία 0.08 Στην Ελλάδα η εκμετάλλευση αυτού του είδους της ενέργειας, αν και γίνονται σχετικές έρευνες, δεν έχει εφαρμοστεί καθώς δεν υπάρχουν τοποθεσίες που να πληρούν τις συνθήκες που αναφέρονται στα προηγούμενα. 97

98 7. ΚΟΣΤΟΣ-ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΟΙ ΠΙΝΑΚΕΣ Η εξέταση του ζητήματος της ηλεκτροπαραγωγής δεν μπορεί να είναι πλήρης, χωρίς έναν παράγοντα που παίζει σημαντικό ρόλο στις επιλογές των εταιρειών ηλεκτρισμού, το κόστος. Η επιδίωξη όλων είναι η παραγωγή να επιτυγχάνεται με το μικρότερο δυνατό κόστος. Αυτό σημαίνει ότι πριν από κάθε απόφαση για εγκατάσταση νέων μονάδων πρέπει να γίνεται σύγκριση του στοιχείου αυτού για κάθε πιθανό καύσιμο. Η σύγκριση αυτή δεν είναι πάντοτε ανεπηρέαστη και από άλλους παράγοντες, όπως η ευστάθεια και αξιοπιστία του συστήματος, η εθνική συναλλαγματική πολιτική, η κοινωνικές αντιδράσεις. Η ανάλυση του κόστους της παραγόμενης kwh είναι το μέτρο σύγκρισης ανάμεσα στις διάφορες μεθόδους παραγωγής Η.Ε. που χρησιμοποιούνται. Το κόστος παραγωγής σε κάθε σταθμό αναλύεται στις εξής συνιστώσες: Κόστος επένδυσης ή κεφαλαίου. Είναι το κόστος που απαιτείται για την κατασκευή ενός νέου σταθμού. Για την αναγωγή του κόστους στη μονάδα του ενός έτους υπολογίζεται η τοκοχρεολυτική δόση που θα έπρεπε να καταβάλλεται κάθε έτος ανάλογα με το επιτόκιο αναγωγής και ενδεχομένως τον πληθωρισμό, όπως επίσης και τα έτη λειτουργίας του σταθμού. Εν συνεχεία, ανάλογα με τη συνολική συμμετοχή του σταθμού στην παραγωγή της ενέργειας, υπολογίζεται το κόστος που αντιστοιχεί σε κάθε kwh. (Η περαιτέρω οικονομική ανάλυση ξεφεύγει από τα όρια αυτής της εργασίας). Το κόστος επένδυσης είναι πολλές φορές καθοριστικό για την επιλογή κάποιων μονάδων, όταν δεν υπάρχει ευχέρεια ρευστότητας. Κόστος συντήρησης και λειτουργίας. Είναι το κόστος που προκύπτει από την λειτουργία του σταθμού και τη συντήρηση των μηχανών του για την αξιόπιστη λειτουργία τους. Το κόστος αυτό μπορεί να αναλυθεί σε επί μέρους παράγοντες όπως: 1. Κόστος εργασίας. Περιλαμβάνει τη μισθοδοσία του απαιτούμενου προσωπικού (μόνιμου ή εποχιακού). Η πολυπλοκότητα ενός σταθμού μπορεί να επιβαρύνει αυτό το συντελεστή, καθώς θα απαιτείται μεγάλος αριθμός υπαλλήλων για τη λειτουργία του. 2. Κόστος καυσίμου. Είναι συνήθως το μεγαλύτερο μέρος του κόστους λειτουργίας ενός συμβατικού σταθμού, ενώ είναι μηδενικό στη χρήση των ΑΠΕ. Πολλές φορές η εξέλιξη αυτού του παράγοντα είναι απρόβλεπτη, καθώς οι τιμές των καυσίμων καθορίζονται με βάση την εξαντλησιμότητά τους ή επηρεάζονται από διεθνείς πολιτικές εξελίξεις. Βέβαια, εκτός από την παραπάνω ανάλυση που αφορά τη λειτουργία κάθε επιμέρους μονάδας, η παραγόμενη kwh επιβαρύνεται και από άλλα έξοδα που αφορούν συνολικά την παροχή της παραγόμενης ενέργειας. Αυτά είναι τα έξοδα για τη λειτουργία γραφείων, καθώς και τα έξοδα μεταφοράς και διανομής. Και αυτά τα έξοδα περιλαμβάνουν κόστος εργασίας, κεφαλαίου και συντήρησης. Η τιμή την οποία χρεώνεται τελικά ο καταναλωτής ποικίλλει για λόγους οικονομικής πολιτικής ανάλογα με τη χρήση. Επιπλέον, όταν γίνεται λόγος για σύγκριση ανάμεσα σε συμβατικούς σταθμούς και μονάδες παραγωγής με χρήση των ΑΠΕ υπεισέρχεται και ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει την κρίση. Η λειτουργία ενός σταθμού πρέπει να εξετάζεται και με βάση τις συνέπειες που έχει για το περιβάλλον. Η ακριβής εκτίμηση με οικονομικούς όρους των δυσμενών επιπτώσεων στη φύση και στον 98

99 άνθρωπο που έχει ένας ρυπογόνος σταθμός είναι αμφιλεγόμενη. Δεν μπορεί να εκτιμηθεί σωστά το κόστος που επιφέρει η αλλοίωση στο περιβάλλον και οι επιπτώσεις στη γεωργική παραγωγή, στην υγεία των ανθρώπων, στην εξάντληση ορυκτών με περιορισμένα αποθέματα, στην αλλαγή του κλίματος της γης. Πολλές φορές τα αποτελέσματα είναι μη αναστρέψιμα. Στον Πίνακα 7.1 [11] γίνεται μια σύγκριση του κόστους παραγωγής μιας KWh ανάλογα με το καύσιμο που χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή της. Επειδή η εκτίμηση του κόστους επηρεάζεται κάθε φορά από ιδιαίτερες συνθήκες, στον Πίνακα εμφανίζεται ένα εύρος τιμών για κάθε περίπτωση. Πίνακας 7.1: Σύγκριση κόστους παραγωγής Η.Ε. από διαφορετικές πηγές [11] Πηγή ενέργειας Κόστος ηλεκτρικής ενέργειας ( /kwh) Προεξοφλητικό επιτόκιο 5% Προεξοφλητικό επιτόκιο 10% Άνθρακας 0,042-0,092 0,052 0,109 Φυσικό αέριο 0,052-0,081 0,058 0,092 Πυρηνική 0,022-0,063 0,032 0,105 Αιολική 0,037-0,125 0,054 0,179 Ηλιακή >0,165 >0,256 Όσον αφορά στο κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από υδροηλεκτρικές μονάδες, αυτό ποικίλλει έντονα ανάλογα με το μέγεθος της μονάδας και την ειδική θέση της και συνεπώς δεν είναι δυνατό να εξαχθούν γενικά συμπεράσματα. Στον Πίνακα 7.2 βλέπουμε το κόστος ανίδρυσης διαφόρων τύπων σταθμών παραγωγής Η.Ε. Στους πίνακες 7.3 και 7.4 [23] παρουσιάζονται οι τιμές της Η.Ε. όπως διαμορφώθηκαν από το 2001 μέχρι το 2009 στις χώρες του ΟΟΣΑ. Η σύγκριση γίνεται σε δολάρια, οπότε η εικόνα που εμφανίζεται περιέχει και άλλους παράγοντες, όπως οι διαφορές στις ισοτιμίες μεταξύ κάποιων νομισμάτων ή το διαφορετικό κατά κεφαλήν εισόδημα κάθε χώρας. Η Ελλάδα όπως φαίνεται έχει σχετικά χαμηλή τιμή Η.Ε. 99

100 Πίνακας 7.2: Κόστος ανίδρυσης διαφόρων σταθμών παραγωγής Η.Ε. [50] Κόστος ανίδρυσης ($/kw) Ονομαστική Ισχύς (kw) % Διαφορά Άνθρακας Προηγμένος σταθμός PC χωρίς CCS $2844 $ % Σταθμός IGCC χωρίς CCS $3221 $ % Σταθμός IGCC CCS $5348 $ % Φυσικό αέριο Συμβατικός σταθμός NGCC $978 $1005-3% Προηγμένος σταθμός NGCC $1003 $989 1% Προηγμένος σταθμός NGCC με CCS $2060 $1973 4% Συμβατικός σταθμός CT $974 $700 39% Προηγμένος σταθμός CT $665 $662 0% Σταθμός κυψέλων καυσίμου $6835 $ % Πυρηνική Πυρηνικός σταθμός $5339 $ % Ανανεώσιμες πηγές Σταθμός βιομάζας $3860 $3931-2% Γεωθερμικός σταθμός $4141 $ % Υδροηλεκτρικός σταθμός $3078 $ % Αιολικός σταθμός $2438 $ % Αιολικός offshore σταθμός $5975 $ % Ηλιοθερμικός σταθμός $4692 $ % Φωτοβολταϊκός σταθμός $4755 $ % Πίνακας 7.3: Τιμές Η.Ε. βιομηχανικής χρήσης στις χώρες του ΟΟΣΑ ($/kwh) [23] Χώρα Αυστραλία Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 2 Αυστρία Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ Μ.Δ. 3 Βέλγιο Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 4 Γαλλία Μ.Δ. 5 Γερμανία Μ.Δ. Μ.Δ. 100

101 6 Δανία NA Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 7 Ελβετία Μ.Δ. 8 Ελλάδα Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 9 Εσθονία Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 10 Η.Π.Α Ην.Βασίλειο Μ.Δ. 12 Ιαπωνία Μ.Δ. Μ.Δ. 13 Ιρλανδία Μ.Δ. 14 Ισλανδία Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 15 Ισπανία Μ.Δ. 16 Ισραήλ Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 17 Ιταλία Μ.Δ. 18 Καναδάς Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 19 Λουξεμβούργο Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 20 Μεξικό Μ.Δ. 21 Νέα Ζηλανδία Μ.Δ. 22 Νορβηγία Μ.Δ. 23 Νότια Κορέα Μ.Δ. 24 Ολλανδία Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 25 Ουγγαρία Πολωνία Μ.Δ. 27 Πορτογαλία Μ.Δ. 28 Σλοβακία Μ.Δ. 29 Σλοβενία Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 30 Σουηδία Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 101

102 31 Τουρκία Μ.Δ. 32 Τσεχία Μ.Δ. 33 Φινλανδία NA Μ.Δ. 34 Χιλή Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ Μ.Δ. Πίνακας 7.4: Τιμές Η.Ε. οικιακής χρήσης στις χώρες του ΟΟΣΑ ($/kwh) [23] Χώρα Αυστραλία Μ.Δ Μ.Δ Μ.Δ Μ.Δ Μ.Δ 2 Αυστρία Μ.Δ 3 Βέλγιο Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 4 Γαλλία Μ.Δ. 5 Γερμανία Μ.Δ. Μ.Δ. 6 Δανία Μ.Δ. 7 Ελβετία Μ.Δ. 8 Ελλάδα Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 9 Εσθονία Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 10 Η.Π.Α Ην.Βασίλειο Μ.Δ. 12 Ιαπωνία Μ.Δ. 13 Ιρλανδία Μ.Δ. 14 Ισλανδία Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 15 Ισπανία Μ.Δ. 16 Ισραήλ Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 17 Ιταλία Μ.Δ. 18 Καναδάς Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 102

103 19 Λουξεμβούργο Μ.Δ. 20 Μεξικό Μ.Δ. 21 Νέα Ζηλανδία Μ.Δ. 22 Νορβηγία Μ.Δ. 23 Νότια Κορέα Μ.Δ. 24 Ολλανδία Μ.Δ. 25 Ουγγαρία Πολωνία Μ.Δ. 27 Πορτογαλία Μ.Δ. 28 Σλοβακία Μ.Δ. 29 Σλοβενία Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 30 Σουηδία Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. 31 Τουρκία Μ.Δ. 32 Τσεχία Μ.Δ. 33 Φινλανδία Μ.Δ. 34 Χιλή Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ. Μ.Δ Μ.Δ. 103

104 8. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ Ο άνθρωπος από την αρχή της εμφάνισής του πάνω στη γη άρχισε τις προσπάθειες για την κατάκτηση του περιβάλλοντος με τη χρήση των πρώτων εργαλείων και τη συνεχή τεχνολογική του εξέλιξη. Με τα εργαλεία του άρχισε να ασκεί προοδευτικά έλεγχο επί των διαφόρων φυσικών πόρων και πηγών ενέργειας. Μέχρι το 18 ο αιώνα οι δραστηριότητές του δεν είχαν καταφέρει να ανατρέψουν την οικολογική ισορροπία του πλανήτη, που διατηρούσε ακόμη κάποιους αμυντικούς μηχανισμούς. Από τον 18 ο αιώνα όμως και μετά αρχίζει μία πορεία από το γεωργικό στον τεχνολογικό πολιτισμό, που αλλάζει ριζικά τη δομή και λειτουργία των ανθρωπογενών οικοσυστημάτων. Τον 19 ο αιώνα με την ανακάλυψη μιας μεγάλης και συμπαγούς πηγής ενέργειας, των ορυκτών καυσίμων, δηλαδή του γαιάνθρακα, του πετρελαίου και του φυσικού αερίου, αρχίζει η τεχνολογική ανάπτυξη να συντελείται με εκθετικό ρυθμό. Σήμερα, η ανθρωπότητα έχει συνειδητοποιήσει τη μεγάλη καταστροφή που έχει προκαλέσει και εξακολουθεί να προκαλεί στο περιβάλλον καταστροφή, που έχει άσχημη επίδραση και στην ποιότητα ζωής του ίδιου του ανθρώπου, που καθιστά αβέβαιο το μέλλον για το ανθρώπινο είδος, καθώς και για ολόκληρο τον πλανήτη. Κραυγές αγωνίας ακούγονται από επιστήμονες που εξετάζουν την καταστροφική αυτή πορεία, κρούοντας τον κώδωνα του κινδύνου προς τους κυβερνώντες. Βέβαια, η δομή και ο τρόπος ζωής της σημερινής κοινωνίας δεν είναι εύκολο να αλλάξουν ριζικά. Ακόμη και οι λύσεις που προτείνονται είναι μέσα στη λογική της συνεχιζόμενης ανάπτυξης, και σαν πρώτο στόχο έχουν τον περιορισμό του ρυθμού της αύξησης των δυσμενών επιπτώσεων στο περιβάλλον, και όχι την ολοσχερή εξάλειψή τους. Στο κεφάλαιο αυτό εξετάζονται οι αρνητικές επιδράσεις της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο περιβάλλον, η δυνατότητα μείωσής τους και τα μέτρα που προτείνονται ή έχουν ληφθεί ήδη προς την κατεύθυνση αυτή. Η παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας στηρίχθηκε από την αρχή στην καύση ορυκτών πηγών ενέργειας στους ΘΗΣ. Η μέθοδος αυτή έχει αρκετές αρνητικές συνέπειες για το περιβάλλον, όπως είναι η επιβάρυνση της ατμόσφαιρας με αέριους ρυπαντές, η μόλυνση των υδάτων, η διατάραξη των οικοσυστημάτων στους τόπους εξόρυξης και παραγωγής, η επιδείνωση του φαινομένου του θερμοκηπίου κ.α. Η τεχνολογική εξέλιξη βοήθησε στην αύξηση του βαθμού απόδοσης, δηλαδή στην παραγωγή περισσότερης ηλεκτρικής ενέργειας με τις ίδιες ποσότητες καυσίμου και λιγότερους ρύπους. Επίσης βοήθησε στην εξέλιξη τεχνολογιών για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αξιοποιώντας τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ). Υπάρχει η ελπίδα ότι η ανάπτυξη της τεχνολογίας των ΑΠΕ και η διάδοση της χρήσης τους θα συμβάλλει θετικά στον περιορισμό της καταστροφής του περιβάλλοντος. Όλες οι χώρες, άλλες με μικρότερο και άλλες με μεγαλύτερο βαθμό, αυξάνουν συνεχώς την κατανάλωση ενέργειας. Αυτό σημαίνει πως ο ρυθμός αύξησης της χρήσης των ΑΠΕ θα πρέπει να είναι μεγαλύτερος του αντίστοιχου της κατανάλωσης ενέργειας, ώστε το τελικό αποτέλεσμα να είναι η μείωση των ρυπογόνων μεθόδων. 104

105 8.1. ΕΠΙΒΑΡΥΝΣΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΟΞΙΝΗ ΒΡΟΧΗ Κατά την καύση των συμβατικών καυσίμων παράγονται καυσαέρια που ποικίλλουν ανάλογα με τη χημική σύσταση του κάθε καυσίμου. Το μεγαλύτερο ποσοστό κατέχει το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), γιατί το βασικό συστατικό όλων των ορυκτών καυσίμων είναι ο άνθρακας. Τα υπόλοιπα αέρια είναι το διοξείδιο του θείου (SO 2 ), το υποξείδιο του αζώτου (N 2 O), τα οξείδια του αζώτου (NO x ), οι πτητικές οργανικές ενώσεις (NMVOC), και το μονοξείδιο του άνθρακα (CO). Η υπερβολική τους αύξηση είναι αποτέλεσμα της καύσης των ορυκτών καυσίμων σε ποσότητες που δεν μπορούν να απορροφηθούν από τους φυσικούς μηχανισμούς. Το αποτέλεσμα από την αύξηση αυτή είναι το λεγόμενο «φαινόμενο του θερμοκηπίου». Με τον όρο αυτό εννοείται η συσσώρευση αερίων στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, που λειτουργούν σαν ένα είδος μόνωσης, αφήνοντας τις υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου να περάσουν προς τη γη, αλλά εμποδίζοντας τη θερμότητα να διαχυθεί προς το διάστημα. Η συμβολή κάθε αερίου στο φαινόμενο του θερμοκηπίου ποικίλλει ανάλογα με την ικανότητά του να απορροφά τις υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της μέσης θερμότητας της γης. Η μέση θερμοκρασία του πλανήτη έχει αυξηθεί κατά 0,8 βαθμούς Κελσίου, από την εποχή της Βιομηχανικής Επανάστασης. Στην αύξηση αυτή θα πρέπει να προστεθούν και 0,6 βαθμοί Κελσίου, από παρελθούσες εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, οι οποίες δεν έχουν ακόμα ορατή επίπτωση στο κλίμα και στην παγκόσμια θερμοκρασία, λόγω της αδράνειας του κλιματικού συστήματος του πλανήτη. Κατά συνέπεια η μέση θερμοκρασία έχει αυξηθεί 1,4 βαθμούς μέχρι τώρα, ενώ η μέση θερμοκρασία της Ευρώπης έχει αυξηθεί κατά 1,3 C. Οι συγκεντρώσεις αερίων του θερμοκηπίου είναι σήμερα οι υψηλότερες των τελευταίων ετών και προβλέπεται ότι θα συνεχίσουν να αυξάνονται. Λαμβανομένης υπόψη της χρονικής υστέρησης εκδήλωσης των μεταβολών που χαρακτηρίζει το κλιματικό σύστημα, οι εκπομπές του παρελθόντος θα επιφέρουν πρόσθετη άνοδο της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια του 21ου αιώνα, ενώ οι εκπομπές αναμένεται να αυξηθούν και άλλο στις κατά τις επόμενες δεκαετίες. Ως εκ τούτου, αναμένεται ότι έως το έτος 2100 οι μέσες θερμοκρασίες θα αυξηθούν (σε σύγκριση με τις θερμοκρασίες του 1990) κατά 1,4 έως 5,8 C σε ολόκληρο τον πλανήτη και κατά 2,0 έως 6,3 C στην Ευρώπη [41]. Η κλιματική αυτή μεταβολή θα έχει ολέθρια αποτελέσματα σε όλη τη γη με σημαντικότερα την άνοδο της στάθμης των θαλασσών από το λιώσιμο των παγετώνων, τη λειψυδρία, την επέκταση των ερήμων, την αύξηση των ακραίων καιρικών φαινομένων κλπ. Ήδη οι αλλαγές στο κλίμα της γης είναι φανερές. Η 9η θερμότερη χρόνια από το 1880, δηλαδή, τα τελευταία 132 χρόνια, ήταν το 2012, σύμφωνα με την ετήσια έκθεση που παρουσίασε η NASA, σε συνεργασία με τον Εθνικό Οργανισμό Ατμόσφαιρας των ΗΠΑ. Η μέση ετήσια θερμοκρασία της γης το 2012 ήταν 14,6 βαθμοί Κελσίου, ενώ αυξήθηκε κατά 1,4 βαθμούς σε σχέση με τη μέση θερμοκρασία του Μάλιστα σύμφωνα με τα στοιχεία οι εννέα θερμότερες χρονιές καταγράφονται από το 2000 και μετά, ενώ το 2005 εξακολουθεί να κρατά τα σκήπτρα του θερμότερου έτους όλων των εποχών. Τον τελευταίο αιώνα, η αύξηση της μέσης επιφανειακής θερμοκρασίας, είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση της μέσης στάθμης των ωκεανών κατά cm (εκατοστά). Εκτιμάται ότι η 105

106 αύξηση αυτή οφείλεται κυρίως στη θερμική διαστολή των ωκεανών και το λιώσιμο των αλπικών παγετώνων. Σχήμα 8.1: Κύκλος του άνθρακα σε γήινη κλίμακα [1] Στο σχήμα 8.1 [1] παρουσιάζεται σχηματικά ο κύκλος του άνθρακα μέσα από φυσικές λειτουργίες, αλλά και από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Η αλλοίωση του φυσικού κύκλου συνίσταται στο ότι ενώ έχουν αυξηθεί οι εκπομπές του CO 2 στην ατμόσφαιρα, δεν έχει αυξηθεί συγχρόνως και η βλάστηση που με τη φωτοσύνθεση μετατρέπει το CO 2 σε άνθρακα και οξυγόνο. Αντίθετα, τα δάση έχουν μειωθεί σε μεγάλο ποσοστό. Το σύνολο των αερίων που συμβάλλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, ονομάζονται αέρια του θερμοκηπίου. Τα τελευταία χρόνια σαν αποτέλεσμα της ανθρωπογενούς δραστηριότητας, αυξάνεται η συγκέντρωση πολλών αερίων του θερμοκηπίου και ειδικά του διοξειδίου του άνθρακα ενώ ταυτόχρονα ενισχύεται η έκλυση χλωροφθορανθράκων. Τα τρία τέταρτα του παραγόμενου από την ανθρωπογενή δραστηριότητα διοξειδίου του άνθρακα παράγονται από την καύση των ορυκτών καυσίμων και το υπόλοιπο από διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα στο έδαφος, όπως είναι η αποδάσωση. Η υπερβολική συσσώρευση των αερίων ρύπων έχει σαν αποτέλεσμα τη «φωτοχημική ρύπανση» και τη δημιουργία του τροποσφαιρικού όζοντος που προκύπτει από την αντίδραση των αερίων με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας. Το όζον αυτό συγκεντρώνεται στην ατμόσφαιρα μέχρι το ύψος των 10 χλμ. περίπου και έχει βλαβερές επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου. Δεν πρέπει να συγχέεται με το όζον της στρατόσφαιρας, το οποίο έχει ευεργετική συμπεριφορά, καθώς φιλτράρει τις υπεριώδεις ακτινοβολίες. Το στρατοσφαιρικό όζον έχει υποστεί τις συνέπειες της αλόγιστης χρήσης των χλωροφθορανθράκων τα τελευταία χρόνια, με αποτέλεσμα τη μείωσή του, σε σημείο που να μην γίνεται αποτελεσματικά το φιλτράρισμα των ηλιακών ακτίνων και να προκαλούνται διάφορες δερματολογικές ασθένειες. 106

107 Τα αέρια που συμβάλλουν περισσότερο στο φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι τα εξής: 1. Το διοξείδιο του άνθρακα, CO 2. Παράγεται από ένα μεγάλο πλήθος δραστηριοτήτων του ανθρώπου αλλά και των υπόλοιπων πλασμάτων, ανάμεσα στις οποίες είναι και η αναπνοή. Σαν αέριο δεν είναι ιδιαίτερα βλαβερό και σε έναν υγιή βιολογικό κύκλο ανακυκλώνεται, γιατί οι εκπομπές από τους ζώντες οργανισμούς απορροφώνται από τα φυτά και με τη βοήθεια της φωτοσύνθεσης διασπάται πάλι σε άνθρακα και οξυγόνο. Οι αυξημένες όμως ποσότητες που έχουν συσσωρευτεί στην ατμόσφαιρα τον τελευταίο καιρό έχουν ανατρέψει αυτή την κατάσταση. Το CO 2 ευθύνεται κατά τα δύο τρίτα για την αύξηση του φαινομένου του θερμοκηπίου. Στο Σχήμα 8.2 [34] φαίνονται οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα ανά ορυκτό καύσιμο, σε εκατομμύρια τόνους και πως αυτές διαμορφώνονται από το 2005 έως το 2010 σε σχέση με το Σχήμα 8.2: Εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα ανά ορυκτό καύσιμο [34] 107

108 Στο Σχήμα 8.3 [34] φαίνονται οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα στην Ευρώπη των 27 χωρών και πως αυτές εξελίχθηκαν από το 1990 μέχρι το 2010, καθώς επίσης και οι αντίστοιχες εκπομπές που αφορούν την καύση των ορυκτών καυσίμων. Σχημα 8.3: Συνολικές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα στην Ευρώπη των 27 χωρών την περίοδο και αντίστοιχες εκπομπές από την καύση των ορυκτών καυσίμων [34] 2. Το μεθάνιο, CH 4. Είναι το δεύτερο κύριο αέριο που ευθύνεται για το φαινόμενο του θερμοκηπίου, και συνεισφέρει σημαντικά στην απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας, λόγω της μεγάλης απορροφητικότητάς του. Αναφορικά με το φαινόμενο του θερμοκηπίου, το μεθάνιο έχει ιδιαίτερα σημαντική συνεισφορά με σχετικά υψηλό δυναμικό θέρμανσης. Εξάλλου σταδιακά οξειδώνεται στην ατμόσφαιρα παράγοντας διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς. Ο χρόνος ημιζωής του στην ατμόσφαιρα είναι περίπου επτά χρόνια. Επιπλέον υπάρχει μια μεγάλη, αν και όχι υπολογισμένη, ποσότητα μεθανίου διαλυμένη στους ωκεανούς και στους πάγους, και η οποία, με την αύξηση της μέσης θερμοκρασίας λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου εκλύεται στην ατμόσφαιρα, καθώς η διαλυτότητα του μεθανίου, όπως και του διοξειδίου του άνθρακα στο νερό μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Η επιπλέον αυτή ποσότητα μεθανίου έχει συνεισφορά στο φαινόμενο, επιταχύνοντας τη διαδικασία αύξησης της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη. Οι πηγές εκπομπής του είναι οι χώροι απόρριψης και ταφής απορριμμάτων, η γεωργία, η εξόρυξη λιγνίτη, οι διαφυγές και αναθυμιάσεις αερίων καυσίμων. Η συμβολή του τομέα παραγωγής Η.Ε. στις συνολικές εκπομπές του μεθανίου είναι σχετικά μικρή. Το μεγαλύτερο ποσοστό των συνολικών εκπομπών οφείλεται στην διάθεση απορριμμάτων (50-70% περίπου κατ όγκο στο βιοαέριο), όπου με κατάλληλες διατάξεις μπορεί να συλλεχθεί και να χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή Η.Ε. επιτυγχάνοντας έτσι διπλό σκοπό, τη μείωση των εκπομπών και τη χρήση μιας ανανεώσιμης πηγής ενέργειας. 108

109 Στο Σχήμα 8.4 [34] φαίνονται οι εκπομπές μεθανίου ανά ορυκτό καύσιμο, σε εκατομμύρια τόνους ισοδύναμου διοξειδίου του άνθρακα και πως αυτές διαμορφώνονται από το 2005 έως το 2010 σε σχέση με το Σχήμα 8.4: Εκπομπές μεθανίου ανά ορυκτό καύσιμο [34] Στο Σχήμα 8.5 [34] φαίνονται οι εκπομπές μεθανίου στην Ευρώπη των 27 χωρών και πως αυτές εξελίχθηκαν από το 1990 μέχρι το 2010, καθώς επίσης και η αντίστοιχη συμμετοχή της καύσης των ορυκτών καυσίμων η οποία αφορά τον τομέα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Σχήμα 8.5: Συνολικές εκπομπές μεθανίου στην Ευρώπη των 27 χωρών την περίοδο και αντίστοιχες εκπομπές από την καύση ορυκτών καυσίμων [34] 109

110 3. Το διοξείδιο του θείου, SO 2. Το θείο περιέχεται στη σύσταση των ορυκτών καυσίμων, κατά την καύση των οποίων παράγεται το διοξείδιο του θείου αντιδρώντας με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας. Είναι ένα αέριο ιδιαίτερα βλαβερό για την υγεία του ανθρώπου, καθώς προκαλεί αναπνευστικά προβλήματα, βλάβες στην όραση, σφίξιμο στο στήθος, μείωση της ενεργητικότητας και καταστροφή των καλλιεργειών. Η κυριότερη επιβλαβής δράση του συνίσταται στην όξινη βροχή. Πιο αναλυτικά, με την παρουσία υγρασίας και κάποιου καταλύτη στην ατμόσφαιρα, όπως είναι για παράδειγμα το διοξείδιο του αζώτου (NO 2 ), οξειδώνεται παραπέρα σε τριοξείδιο του θείου, φαινόμενο που προκαλεί το σχηματισμό όξινης βροχής. Με τον όρο όξινη βροχή, αναφερόμαστε στο φαινόμενο των ασυνήθιστα όξινων μετεωρολογικών κατακρημνισμάτων, λόγω της διάλυσης ρύπων στην ατμόσφαιρα, στον υδάτινο αποδέκτη, κλπ. Η όξινη βροχή είναι ένα ιδιαίτερα επιβλαβές φαινόμενο για το υδάτινο περιβάλλον καθώς προκαλεί προβλήματα σε υδάτινα οικοσυστήματα. Επιπρόσθετα, μειώνεται το ph του εδάφους με αποτέλεσμα πολλές μορφές ζωής του εδάφους να αντιμετωπίζουν προβλήματα επιβίωσης. Ταυτόχρονα, η όξινη βροχή ευθύνεται σε συνδυασμό με άλλους παράγοντες για τη γυψοποίηση των αρχαίων μνημείων που συμβαίνει σε αστικά κυρίως κέντρα. Το 1974 αναφέρθηκε στην περιοχή της Σκωτίας όξινη βροχή με ph της τάξης του 2,4. Σε περιοχές, όπου η βιομηχανική δράση είναι μεγάλη και οι κλιματολογικές συνθήκες ευνοϊκές (έλλειψη ανέμων για την απομάκρυνση των καυσαερίων) έχουν προκληθεί καταστροφές ολόκληρων δασών. Η παραγωγή Η.Ε. ευθύνεται για ένα μεγάλο ποσοστό των συνολικών εκπομπών του. Τη μεγαλύτερη συμμετοχή έχουν βεβαίως ο λιγνίτης και το μαζούτ, ενώ κατά την καύση φυσικού αερίου η έκλυση διοξειδίου του θείου είναι σχεδόν ανύπαρκτη. Στο Σχήμα 8.6 [34] φαίνονται οι συνολικές εκπομπές οξειδίων του θείου στην Ευρώπη των 27 χωρών και πως αυτές εξελίχθηκαν από το 1990 μέχρι το 2009, καθώς επίσης και η αντίστοιχη συμμετοχή της παραγωγής ενέργειας. Σχήμα 8.6: Συνολικές εκπομπές οξειδίων του θείου στην Ευρώπη των 27 χωρών την περίοδο και αντίστοιχες εκπομπές από τον τομέα της ενέργειας [34] 110

111 4. Το υποξείδιο του αζώτου, N 2 O. Εκλύεται σε πολύ μικρότερες ποσότητες από το CO 2, ευτυχώς, γιατί η απορροφητικότητά του στο υπέρυθρο είναι περίπου 270 φορές μεγαλύτερη από του CO 2. Κατά την καύση καυσίμων παράγεται από την οξείδωση του αζώτου που περιέχεται στον αέρα της καύσης και στα καύσιμα. Η κυριότερη πηγή εκπομπής του είναι τα καυσαέρια των μεταφορικών μέσων. Η παραγωγή Η.Ε. έχει μικρή συμμετοχή. Στο Σχήμα 8.7 [34] απεικονίζονται οι εκπομπές υποξειδίου του αζώτου ανά ορυκτό καύσιμο, σε εκατομμύρια τόνους ισοδύναμου διοξειδίου του άνθρακα και πως αυτές διαμορφώνονται από το 2005 έως το 2010 σε σχέση με το Σχήμα 8.7: Εκπομπές υποξειδίου του αζώτου ανά ορυκτό καύσιμο [34] Στο Σχήμα 8.8 [34] φαίνονται οι εκπομπές υποξειδίου του αζώτου στην Ευρώπη των 27 χωρών και πως αυτές εξελίχθηκαν από το 1990 μέχρι το 2010, καθώς επίσης και η αντίστοιχη συμμετοχή της καύσης των ορυκτών καυσίμων η οποία αφορά τον τομέα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. 111

112 Σχήμα 8.8: Συνολικές εκπομπές υποξειδίου του αζώτου στην Ευρώπη των 27 χωρών την περίοδο και αντίστοιχες εκπομπές από την καύση ορυκτών καυσίμων [34] 5. Τα οξείδια του αζώτου, NO x. Συγκαταλέγονται στα αέρια του θερμοκηπίου λόγω της συμμετοχής τους στις φωτοχημικές αντιδράσεις που προκαλούν το σχηματισμό του τροποσφαιρικού όζοντος. Επιπλέον αυξάνουν την οξειδωτικότητα της ατμόσφαιρας, και συμβάλλουν στη δημιουργία του φωτοχημικού νέφους στις πόλεις. Πηγές εκπομπής τους είναι κατά κύριο λόγο τα καυσαέρια των μεταφορικών μέσων, η ηλεκτροπαραγωγή και η βιομηχανική δραστηριότητα. Στην παραγωγή Η.Ε. οι μεγαλύτερες τιμές παρουσιάζονται κατά την καύση του λιγνίτη και ακολουθούν το μαζούτ, το φυσικό αέριο και τελευταίο το diesel. Στο Σχήμα 8.9 [34] φαίνονται οι συνολικές εκπομπές οξειδίων του αζώτου στην Ευρώπη των 27 χωρών και πως αυτές εξελίχθηκαν από το 1990 μέχρι το 2009, καθώς επίσης και η αντίστοιχη συμμετοχή της παραγωγής ενέργειας. Σχήμα 8.9: Συνολικές εκπομπές οξειδίων του αζώτου στην Ευρώπη των 27 χωρών την περίοδο και αντίστοιχες εκπομπές από τον τομέα της ενέργειας [34] 112

113 6. Οι πτητικές οργανικές ενώσεις, NMVOC. Είναι όλες οι οργανικές ενώσεις πλην του μεθανίου. Δεν συμπεριλαμβάνονται στα κύρια αέρια του θερμοκηπίου, δηλαδή αυτά που απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία, αλλά έμμεσα, συμμετέχοντας σε φωτοχημικές αντιδράσεις, προκαλούν αύξηση του τροποσφαιρικού όζοντος. Η κύρια πηγή εκπομπής τους είναι οι μεταφορές. Η παραγωγή Η.Ε. δημιουργεί ένα πολύ μικρό ποσοστό έμμεσα από τη συμμετοχή της στην αποθήκευση πετρελαιοειδών, όπου παρατηρείται διαφυγή αερίων από τις αναθυμιάσεις. Στο Σχήμα 8.10 [34] φαίνεται η παραγωγή μη μεθανιούχων οργανικών πτητικών ενώσεων από τον τομέα της ενέργειας στην Ευρώπη των 27 χωρών και η εξέλιξή της από το 1990 μέχρι το Σχήμα 8.10: Εκπομπές μη μεθανιούχων οργανικών πτητικών ενώσεων στην Ευρώπη των 27 χωρών την περίοδο από τον τομέα της ενέργειας [34] 7. Το μονοξείδιο του άνθρακα, CO. Είναι δηλητηριώδες αέριο και προκαλείται από την ατελή καύση. Προέρχεται κυρίως από τον τομέα των μεταφορών. Η παραγωγή Η.Ε. ελάχιστα συμβάλλει στις εκπομπές του. Στο Σχήμα 8.11 [34] φαίνονται οι συνολικές εκπομπές μονοξειδίου του άνθρακα στην Ευρώπη των 27 χωρών και πως αυτές εξελίχθηκαν από το 1990 μέχρι το 2009, καθώς επίσης και η αντίστοιχη συμμετοχή της παραγωγής ενέργειας. 113

114 Σχήμα 8.11: Συνολικές εκπομπές μονοξειδίου του άνθρακα στην Ευρώπη των 27 χωρών την περίοδο και αντίστοιχες εκπομπές από τον τομέα της ενέργειας [34] Όταν αναφέραμε πιο πάνω την συμβολή της ηλεκτροπαραγωγής στην εκπομπή των διαφόρων αερίων, είναι φανερό ότι εξετάζαμε τη σημερινή κατάσταση με τη συμμετοχή κάθε καυσίμου κατά το ποσοστό που κατέχει σήμερα στην παραγωγή Η.Ε. Στον Πίνακα 8.1 [34] φαίνονται οι εκπομπές ρύπων ανά παραγόμενη MWh και ανά είδος καυσίμου, ενώ στους πίνακες 8.2 [51] και 8.3 [45] φαίνονται οι συντελεστές εκπομπής αερίων ρύπων και οι τιμές της θερμογόνου δύναμης των διαφόρων καυσίμων αντίστοιχα. Πίνακας 8.1: Εκπομπές αερίων ανά καύσιμο [34] Ντίζελ Μαζούτ Λιγνίτης Φυσικό αέριο Κατανάλωση Καυσίμου(kg/MWh) Εκπομπές CO 2 (kg/mwh) Εκπομπές SO 2 (kg/mwh) ,4 0,004 Εκπομπές NO x (kg/mwh) 1,2 1,8 1,5 0,583 Εκπομπές CO(kg/MWh) 0,14 0,14 0,75 0,09 Εκπομπές NMVOC (kg/mwh) 0,033 0,029 0,065 0,01 Τέφρα (kg/mwh) 0,018 0,144 17,243 0,

115 Πίνακας 8.2: Συντελεστές εκπομπής αερίων ρύπων [51] SOx[g/GJ] NOx [g/gj] CO [g/gj] CO 2 [t/gj] NMVOC [g/gj] Τέφρα [g/gj] Ντίζελ Μαζούτ Λιγνίτης Φυσικό αέριο Πίνακας 8.3: Τιμές θερμογόνου δύναμης καυσίμων σε MJ/kg [45] Καύσιμο Θερμογόνος δύναμη [MJ/kg] Ντίζελ Μαζούτ Λιγνίτης Φυσικό αέριο ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΩΝ ΥΔΑΤΩΝ Δυστυχώς οι ανθρώπινες δραστηριότητες δεν άφησαν ανέπαφους και τους υδάτινους αποδέκτες, που αποτελούν πηγή ζωής για όλους τους ζώντες οργανισμούς. Ένα από τα μεγαλύτερα περιβαλλοντικά προβλήματα είναι η ρύπανση των υδάτων, που οφείλεται κατά κύριο λόγο στην ανθρώπινη δραστηριότητα και ειδικότερα στη βιομηχανική δράση. Η ρύπανση αυτή συντελείται με διάφορους τρόπους, ανάλογα με τη μορφή των διαφόρων αποβλήτων. Οι αέριοι ρύποι μεταφέρονται με τη βροχή και μπορούν να ρυπάνουν υδάτινες ποσότητες μακριά από τον τόπο εκπομπής τους. Τα υγρά απόβλητα που αποβάλλουν τα διάφορα εργοστάσια, πολλές φορές χωρίς καμία επεξεργασία, μεταφέρουν διάφορες οργανικές και ανόργανες ουσίες, όπως υδρογονάνθρακες, νιτρικά άλατα, φαινόλες, πλαστικά, βαρέα μέταλλα, επικίνδυνα ιχνοστοιχεία και πολλά άλλα. Δυστυχώς πολλές φορές η ρύπανση αυτή δεν περιορίζεται στα επιφανειακά ύδατα, αλλά καταλήγει να μολύνει και τους υδροφόρους ορίζοντες. Από την ηλεκτροπαραγωγή προκαλείται ρύπανση των υδάτων μέσω των καυσαερίων που μεταφέρονται από τον αέρα και τη βροχή. Η όξινη βροχή που αναφέραμε πιο πάνω καταλήγει στα ποτάμια και τις θάλασσες. Η κυριότερη όμως επίδραση των θερμοηλεκτρικών και πυρηνικών εργοστασίων είναι η θερμική ρύπανση. Η σταθερή μέση θερμοκρασία είναι βασικό χαρακτηριστικό του υδάτινου περιβάλλοντος και έχει ζωτική σημασία για τους ζωντανούς οργανισμούς που ζουν και αναπτύσσονται σε αυτό. Τόσο τα θερμοηλεκτρικά εργοστάσια, όσο και οι πυρηνικοί σταθμοί κατασκευάζονται σε τοποθεσίες όπου υπάρχει μεγάλη ποσότητα νερού, το οποίο και χρησιμοποιούν σαν ψυκτικό μέσο και επαναδιοχετεύουν στον υδάτινο φορέα απ όπου προέρχεται. Το ίδιο συμβαίνει και σε μονάδες βιομάζας, αλλά και σε γεωθερμικές πηγές, όπου μεγάλες ποσότητες νερού χρησιμοποιούνται ως μέσο ψύξης και στη συνέχεια απορρίπτονται στον υδάτινο φορέα απ όπου αντλήθηκαν. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του υδάτινου φορέα και τη διατάραξη της ισορροπίας του οικοσυστήματος που ζει στον υγρότοπο. Πολλά είναι τα είδη εκείνα που δεν κατορθώνουν να αντέξουν την 115

116 απότομη αλλαγή και πεθαίνουν. Επιπρόσθετα, πολλές φορές κάποια βλάβη στη λειτουργία των πυρηνικών εργοστασίων έχει σαν αποτέλεσμα τη μόλυνση του ψυκτικού τους μέσου, του νερού και τη μεταφορά μέσω αυτού ραδιενεργών ουσιών. Αλλά ακόμη και τα μεγάλα υδροηλεκτρικά εργοστάσια, που είναι πιο φιλικά προς το περιβάλλον έχουν το μερίδιό τους στην αλλοίωση των υδάτινων και μη οικοσυστημάτων. Η κατασκευή τους συνήθως αρχίζει με το χτίσιμο φραγμάτων για τη δημιουργία ταμιευτήρων, όπου θα μπορούν να συγκεντρώνονται μεγάλες ποσότητες νερού. Στη συνέχεια μία μεγάλη περιοχή κατακλύζεται από νερό και δημιουργείται μία λίμνη σκεπάζοντας όλη τη βλάστηση που προϋπήρχε. Τα φυτά που μένουν σκεπασμένα από το νερό αργούν πάρα πολύ να αφομοιωθούν από το νέο περιβάλλον, εμποδίζοντας έτσι την επιβίωση ακόμη και των υδρόβιων οργανισμών και πλασμάτων. Χαρακτηριστικό είναι σε πολλές τεχνητές λίμνες οι κορφές των δένδρων που σκεπάστηκαν από νερό να φαίνονται κοντά ή και πάνω από την επιφάνεια της λίμνης. Αλλά και κατά τη λειτουργία του ένας ΥΗΣ επηρεάζει τη λίμνη που τον τροφοδοτεί. Οι ΥΗΣ λειτουργούν ως σταθμοί αιχμής, δηλαδή λειτουργούν μόνο λίγες ώρες το εικοσιτετράωρο. Η διέλευση μεγάλων ποσοτήτων νερού κατά τις ώρες αυτές προκαλούν μία σημαντική πτώση της στάθμης του. Κατά τη διακοπή της λειτουργίας του η στάθμη του επανέρχεται σταδιακά πάλι στο αρχικό της ύψος. Με αυτό τον τρόπο όμως οι μικροοργανισμοί και η βλάστηση που είναι χαρακτηριστικά σε ένα παράκτιο οικοσύστημα δεν μπορούν να επιβιώσουν. Σε πολλές τεχνητές λίμνες αυτό είναι εμφανές. Μεγάλη επιρροή στα θαλάσσια οικοσυστήματα έχουν και οι διατάξεις αξιοποίησης της θαλάσσιας και κυματικής ενέργειας. Με την εγκατάσταση των διατάξεων αυτών τα οποία λειτουργούν ως τεχνητοί ύφαλοι επηρεάζονται τα βενθικά οικοσυστήματα. Επιπλέον, απελευθερώνονται πολλές φορές χρωστικές ουσίες από το ύφαλο τμήμα, οι οποίες μπορεί να είναι τοξικές για το υδάτινο περιβάλλον ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ-ΑΠΟΒΛΗΤΑ Το έδαφος αποτελεί τον ενδιάμεσο αποδέκτη ανάμεσα στην ατμόσφαιρα και τον υδάτινο αποδέκτη. Οι ρύποι που διοχετεύονται σε αέρια κατάσταση στην ατμόσφαιρα μεταφέρονται πολλά χιλιόμετρα μακριά από τον τόπο παραγωγής τους με τους ανέμους και τη βροχή και επικάθονται στο έδαφος. Επιπλέον, τα ρυπασμένα νερά επιβαρύνουν το έδαφος με διάφορα πολλές φορές τοξικά στοιχεία, με αποτέλεσμα την εξαφάνιση πολλών χερσαίων οικοσυστημάτων. Σε πολλές περιπτώσεις έχει γίνει το έδαφος τόσο φτωχό, που είναι αδύνατο να καλλιεργηθεί, και σε άλλες πάλι η συσσώρευση σε αυτό τοξικών αποβλήτων και βαρέων μετάλλων καθιστούν επικίνδυνη την καλλιέργειά του για φυτά της τροφικής αλυσίδας. Η καύση των ορυκτών καυσίμων προϋποθέτει την εξόρυξή τους. Η διαδικασία της εξόρυξης είναι διαφορετική ανάλογα με το βάθος και τον τύπο του κάθε ορυκτού. Η επιβάρυνση όμως του γύρω περιβάλλοντος είναι βέβαιη. Το μετάλλευμα που αξιοποιείται για την εξαγωγή του άνθρακα έχει μεγάλη περιεκτικότητα σε στείρα υλικά, που μετά το διαχωρισμό τους εναποτίθενται στη 116

117 γύρω περιοχή. Με την αυτοματοποίηση των τεχνικών εξόρυξης η αναλογία άνθρακα/στείρων υλικών έχει μειωθεί σημαντικά. Ωστόσο, τα προβλήματα παραμένουν λόγω των μεγάλων ποσοτήτων άνθρακα που απαιτείται με την ολοένα αυξανόμενη ζήτηση σε ηλεκτρική ενέργεια. Έχει υπολογιστεί στην Μ. Βρετανία ότι για κάθε 50 εκατομμύρια τόνους άνθρακα που εξορύσσονται με υπόγειες μεθόδους, χρειάζονται 2000 στρέμματα νέας επιφάνειας που θα δεχθεί τα στείρα υλικά. Επιπλέον, πολύ συχνά συμβαίνουν καθιζήσεις στους τόπους εξόρυξης, καθώς τα υπερκείμενα στρώματα τείνουν να καταλάβουν τους κενούς χώρους που δημιουργούνται. Η πιο συχνή μάλιστα αιτία πρόκλησης καθιζήσεων είναι η υπόγεια εκμετάλλευση κοιτασμάτων γαιανθράκων, σε αντίθεση με αυτή των μετάλλων που συνήθως δεν έχει σημαντικές επιπτώσεις. Έχουν παρατηρηθεί καθιζήσεις μεγάλης έκτασης, όπως στη Γαλλία, στο ανθρακοφόρο πεδίο Nord Pas-de-Calais, όπου έχουν προκληθεί καθιζήσεις με έκταση τετραγωνικά χιλιόμετρα. Οι καθιζήσεις δεν μπορούν να ελεγχθούν αν και έχουν γίνει πολλά βήματα προς την κατανόηση των μηχανισμών που τις προκαλούν. Μόνο με την εγκατάλειψη σημαντικών ποσοτήτων άνθρακα στο έδαφος μπορούν να αποφευχθούν. Αυτό συνέβη στο Selby του Yorkshire της Αγγλίας, όταν εγκαταλείφθηκαν πάνω από τόνοι άνθρακα προκειμένου να μην προκληθούν ζημιές σε κτίρια ιστορικής σημασίας. Από την άντληση πετρελαίου συμβαίνουν επίσης καθιζήσεις, λιγότερο όμως σημαντικές από αυτές του άνθρακα. Ο λόγος είναι ότι στην περίπτωσή του η απομάκρυνση ποσοτήτων πετρελαίου δεν δημιουργεί κενό όπως στον άνθρακα, αλλά προκαλεί πτώση της πίεσης στις πετρελαιοφόρες ζώνες, οπότε τα υπερκείμενα κοιτάσματα «κάθονται» ομαλά σε χαμηλότερα επίπεδα. Η χειρότερη επίδραση, όμως, που δέχεται το έδαφος και η οποία σχετίζεται με μονάδες παραγωγής ενέργειας από ορυκτά καύσιμα, είναι η απόθεση σε αυτό των ραδιενεργών υλικών από τους πυρηνικούς σταθμούς. Αρχικά, κατά τη διαδικασία εξόρυξης του ουρανίου, εξορύσσονται μαζί και διάφορα άλλα ραδιενεργά αλλά άχρηστα υλικά. Τα υλικά αυτά αρχικά αφήνονταν στους τόπους εξόρυξης βλάπτοντας ανεπανόρθωτα το έδαφος αλλά και τις τοπικές κοινωνίες. Αλλά και μετά τη χρήση του ουρανίου στα πυρηνικά εργοστάσια, τα προϊόντα της σχάσης εκπέμπουν μεγάλες ποσότητες ραδιενέργειας, ώστε είναι αδύνατο να εγκαταλειφθούν οπουδήποτε. Η αποθήκευσή τους είναι ένα περίπλοκο πρόβλημα, αφού δεν είναι σίγουρη καμία μέθοδος απομάκρυνσής τους. Το σφράγισμά τους με βαριά περιβλήματα δεν έχει αποδειχτεί ότι θα μπορέσει να τα κρατήσει ερμητικά κλειστά για τις επόμενες εκατονταετίες ή ακόμη και χιλιετίες που είναι η διάρκεια ζωής τους. Ακόμη και όταν αποθηκευτούν μακριά από κατοικημένες περιοχές, η ακτινοβολία τους επιδρά στην αλλοίωση των γενετικών χαρακτηριστικών των ζώων που βρίσκονται κοντά. Σε πυρηνικά ατυχήματα, τέλος, τόνοι ραδιενεργού σκόνης έχουν μεταφερθεί με τον άνεμο και έχουν επικαθίσει στο έδαφος και μέσω της τροφικής αλυσίδας έχουν προκαλέσει σοβαρές βλάβες σε ζώντες οργανισμούς. Εξάλλου, τα υδροηλεκτρικά έργα δεν αφήνουν ανέπαφο το έδαφος καθώς εμποδίζουν την τροφοδοσία με φερτές ύλες των κατάντη εκτάσεων, ενώ επιπλέον μεταβάλλονται οι χρήσεις της γης στην περιοχή του ταμιευτήρα και χάνονται όλα τα χερσαία οικοσυστήματα. Σε ότι αφορά τα φωτοβολταϊκά έργα, αυτά μπορούν να προκαλέσουν ρύπανση του εδάφους μόνο σε περιπτώσεις διαρροής κάποιου από τα χημικά που χρησιμοποιούνται για τη συντήρησή τους. Στα γεωθερμικά πεδία 117

118 όπου υπάρχει εγκατάσταση παραγωγής ενέργειας παρατηρούνται πολύ συχνά καθιζήσεις όταν παρατηρείται μεγαλύτερη απομάκρυνση γεωθερμικών ρευστών από τη φυσική τους εισροή. Επίσης, σε περιοχές γεωθερμικών σταθμών παρατηρείται πολλές φορές αύξηση της φυσικής σεισμικότητας του εδάφους. Καθιζήσεις μπορούν επίσης να παρατηρηθούν σε μονάδες βιομάζας που αξιοποιούν βιοαέριο από ΧΥΤΑ. Τέλος, οι μονάδες αξιοποίησης της θαλάσσιας και κυματικής ενέργειας μπορούν επίσης να επιφέρουν μεταβολές στο χερσαίο περιβάλλον. Πιο συγκεκριμένα, τροποποιούνται τα θαλάσσια ρεύματα και δημιουργείται έτσι ο κίνδυνος παράκτιας διάβρωσης, ο οποίος αυξάνεται όσο πιο κοντά είναι το σύστημα στην ακτή ΔΙΑΤΑΡΑΞΗ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΞΑΝΤΛΗΣΗ ΑΠΟΘΕΜΑΤΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ Η ολοένα αυξανόμενη δράση του ανθρώπινου είδους και η εξάπλωσή του σε συνδυασμό με τον υπερπληθυσμό έχει περιορίσει σημαντικά το δραστικό χώρο πολλών άλλων πλασμάτων. Η βιομηχανοποίηση, με τα δυσμενή αποτελέσματά της που αναφέρθηκαν πιο πάνω, και η συχνή χρήση και απόθεση χημικών ουσιών στο περιβάλλον είναι συχνά η αιτία για την εξαφάνιση πολλών ειδών από τον πλανήτη. Υπολογίστηκε από ειδικούς ερευνητές ότι καθημερινά χάνονται 50 ποικιλίες από το φυτικό και ζωικό βασίλειο. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με την καύση των ορυκτών καυσίμων συμμετέχει στην αλλοίωση του περιβάλλοντος στο οποίο είναι προσαρμοσμένα πολλά είδη, ώστε να καθίσταται δύσκολη η επιβίωσή τους. Κατά την κατασκευή μεγάλων ΥΗΣ, αποσκοπώντας στη μεγαλύτερη δυνατή εκμετάλλευση του υδροδυναμικού, γίνονται αλλοιώσεις του περιβάλλοντος, όπως εκτροπές ποταμών και δημιουργίες λιμνών, με αποτέλεσμα σημαντική διατάραξη της οικολογικής ισορροπίας. Πολλές φορές οι επεμβάσεις αυτές είχαν σαν αποτέλεσμα ακόμη και την καταστροφή σημαντικών υδροβιότοπων ή εθνικών δρυμών. Η συστηματική εξόρυξη των ορυκτών καυσίμων θα εξαντλήσει μέσα σε λίγα σχετικά χρόνια τα αποθέματα που χρειάστηκαν χιλιετίες για να δημιουργηθούν. Σε κάποιες περιπτώσεις ακόμη και πιο ήπιες μέθοδοι, όπως είναι η καύση της βιομάζας, όταν γίνονται με εντατικούς ρυθμούς, σπάζουν την οικολογική αλυσίδα. Όταν τα οργανικά απορρίμματα καίγονται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, οι ποσότητες του άνθρακα και των άλλων στοιχείων που περιέχουν στέλνονται στην ατμόσφαιρα, ενώ σε έναν υγιή βιολογικό κύκλο μέσω της αποσύνθεσής τους θα έτρεφαν το έδαφος και κατ επέκταση τα νέα φυτά που θα φύτρωναν εκεί. 118

119 8.5. ΜΕΤΡΑ ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΙΩΣΗ ΤΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ Η συνειδητοποίηση των καταστροφών που έχει προκαλέσει η ανθρώπινη δραστηριότητα από τις βιομηχανικά ανεπτυγμένες χώρες αποτελεί το πρώτο μεγάλο βήμα. Η ανησυχία που κυριαρχεί δίνει τα τελευταία χρόνια μία ώθηση αφενός στην εξεύρεση νέων μεθόδων, λιγότερο επιβλαβών για το περιβάλλον και αφετέρου στον περιορισμό των αρνητικών συνεπειών της σημερινής τεχνολογίας. Η Σύμβαση Πλαίσιο των Ηνωμένων Εθνών για την αλλαγή του κλίματος (United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC) σε συνδυασμό με το Πρωτόκολλο του Κιότο παρέχουν το παγκόσμιο θεσμικό πλαίσιο για την αντιμετώπιση των κλιματικών αλλαγών, ορίζοντας τους στόχους των προσπαθειών, καθώς και τις βασικές αρχές για την επίτευξή τους. Η πρώτη συμφωνία μεταξύ χωρών σε όλο τον κόσμο για την αντιμετώπιση της αλλαγής του κλίματος ήταν η Σύμβαση-Πλαίσιο του ΟΗΕ για την Αλλαγή του Κλίματος. Η σύμβαση αυτή ξεκίνησε το 1992 στη Συνδιάσκεψη του Ρίο Ντε Τζανέιρο στη Βραζιλία. Ο λόγος της συμφωνίας ήταν η κοινή πεποίθηση ότι οι ανθρώπινες δραστηριότητες συμβάλλουν στην αλλαγή του κλίματος, γεγονός που μπορεί να έχει αρνητικές επιπτώσεις για ολόκληρη την ανθρωπότητα. Φυσικά, δεν ήταν εύκολο να συμφωνήσουν όλες οι χώρες. Ωστόσο, στις 21 Μαρτίου του 1994 η συνθήκη τέθηκε σε ισχύ μετά τη δήλωση συμμετοχής 165 κρατών. Δυστυχώς, στη συνέχεια η συνθήκη δεν επικυρώθηκε από όλα αυτά τα κράτη, ώστε να γίνει και εθνικός νόμος στις ίδιες τις χώρες. Ο στόχος της Σύμβασης ήταν η σταθεροποίηση των συγκεντρώσεων των αερίων θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, χωρίς όμως να καθορίζει εξ αρχής ένα συγκεκριμένο όριο συγκεντρώσεων. Η συμφωνία δήλωνε απλά ότι εντός επαρκούς χρονικού πλαισίου θα πρέπει να επιτευχθεί επίπεδο εκπομπών τέτοιο, «που να επιτρέπει στα οικοσυστήματα να προσαρμόζονται φυσικά στην αλλαγή του κλίματος, να εξασφαλίζει ότι δεν απειλείται η παραγωγή τροφίμων και να διευκολύνει την οικονομική ανάπτυξη, ώστε να συνεχιστεί με βιώσιμο τρόπο». Η σύμβαση είχε δύο θετικά αποτελέσματα: πρώτον, σχεδόν όλες οι κυβερνήσεις του πλανήτη είναι μέλη της σύμβασης και δεύτερον, οδήγησε το 1997 στη δημιουργία του Πρωτοκόλλου του Κιότο, που είναι το πρώτο βήμα για την επίτευξη του στόχου της Σύμβασης-Πλαίσιο του ΟΗΕ για την Αλλαγή του Κλίματος [42]. Το Πρωτόκολλο του Κιότο υπογράφθηκε στις 11 Δεκεμβρίου 1997 στην πόλη Κιότο της Ιαπωνίας, ενώ τέθηκε σε ισχύ το Φεβρουάριο του Αποτελεί μια νομική δέσμευση των αναπτυγμένων χωρών για μείωση των εκπομπών αερίων και το έχουν επικυρώσει συνολικά 184 κράτη και η Ευρωπαϊκή Ένωση. Το Πρωτόκολλο του Κιότο πραγματεύεται έξι συνολικά αέρια τα οποία είναι τα εξής: το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), το μεθάνιο (CH 4 ), το υποξείδιο του αζώτου (N 2 O), τους υδροφθοράνθρακες (HFCs), τους υπερφθοράνθρακες (PFCs) και το εξαφθοριούχο θείο (SF 6 ). Σύμφωνα με το Πρωτόκολλο του Κιότο, τα κράτη που το έχουν συνυπογράψει δεσμεύτηκαν να ελαττώσουν τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου την πρώτη περίοδο ανάληψης υποχρεώσεων, 2008 έως 2012, κατά ένα συγκεκριμένο στόχο σε σχέση με τις εκπομπές του 1990 ή του 1995 για HFC, PFC και SF 6. Το Πρωτόκολλο του Κιότο περιλαμβάνει τρεις ευέλικτους μηχανισμούς, έτσι ώστε η μείωση των 119

120 εκπομπών ρύπων να γίνει με τον πιο αποδοτικό οικονομικά τρόπο. Οι μηχανισμοί αυτοί είναι: η Εμπορία Δικαιωμάτων Εκπομπών (Emissions Trading - ΕΤ) τα Προγράμματα από Κοινού (Joint Implementation - JI) ο Μηχανισμός Καθαρής Ανάπτυξης (Clean Development Mechanism - CDM) Ο πρώτος μηχανισμός προβλέπει την αγοραπωλησία δικαιωμάτων εκπομπών μεταξύ των ενδιαφερόμενων μερών (όπως για παράδειγμα κράτη και υπόχρεες εγκαταστάσεις), ενώ οι άλλοι δύο βασίζονται σε προγράμματα έργων. Η εμπορία εκπομπών αερίων θερμοκηπίου είναι ένα σύστημα σύμφωνα με το οποίο κατανέμονται σε βιομηχανίες βάσει του Εθνικού Σχεδίου Κατανομής Δικαιωμάτων Εκπομπών (National Allocation Plan) μερίδια για τις εκπομπές τους σε συνάρτηση με τους στόχους της κυβέρνησης σε θέματα περιβάλλοντος. Βάσει αυτής της διάταξης επιτρέπεται σε βιομηχανίες ή επιχειρήσεις να εκπέμπουν περισσότερο από το επιτρεπόμενο όριό τους εφόσον βρουν άλλη βιομηχανία η οποία έχει εκπέμψει λιτότερο από το επιτρεπόμενο και τους πωλεί το μερίδιό της, ενώ ευνοείται η ανάπτυξη νέων τεχνολογιών για τη μείωση των εκπομπών. Η εμπορία εκπομπών σε κοινοτικό επίπεδο υπολογίζεται πως θα μπορούσε να μειώσει τις δαπάνες για τη συμμόρφωση προς το πρωτόκολλο του Κιότο κατά ένα πέμπτο. Στις 8 Δεκεμβρίου 2012, μετά από 12 μέρες σκληρών διαπραγματεύσεων στη Ντόχα του Κατάρ, «μεγάλοι ρυπαντές» του πλανήτη κατέληξαν σε συμφωνία για παράταση της ισχύος του Πρωτοκόλλου του Κιότο έως το Τη συμφωνία επικύρωσαν η Ευρωπαϊκή Ένωση των 27, η Αυστραλία, η Ελβετία και οκτώ ακόμα βιομηχανοποιημένες χώρες. Η συμφωνία που επιτεύχθηκε στη Ντόχα περιλαμβάνει την αύξηση της χρηματοδότησης των πλούσιων χωρών προς τις φτωχές προκειμένου αυτές να καταφέρουν να αναπτύξουν κλιματικές πολιτικές, αλλά και να επενδύσουν σε περιβαλλοντικά φιλικές πηγές ενέργειας, με το κονδύλι να ανέρχεται σε 100 δισ. δολάρια ως το 2020 [55]. Ο Πίνακας 8.4 που ακολουθεί παρουσιάζει αναλυτικά τα όρια μείωσης ή για κάποιες χώρες την οριακή αύξηση εκπομπής CO 2, που συμφωνήθηκε με χρονικό ορίζοντα το

121 Πίνακας 8.4: Όρια περιορισμού εκπομπής CO 2 για βιομηχανοποιημένες χώρες, σύμφωνα με το πρωτόκολλο του Κιότο Ευρωπαϊκή Ένωση, Βουλγαρία, Εσθονία, Λετονία, Λιθουανία, Ρουμανία, Σλοβακία, Σλοβενία, Τσεχία -8% ΗΠΑ -7% Καναδάς, Ιαπωνία, Ουγγαρία, Πολωνία -6% Κροατία -5% Νέα Ζηλανδία, Ουκρανία, Ρωσία 0% Νορβηγία +1% Αυστραλία +8% Ισλανδία +10% Η Ευρωπαϊκή Ένωση, υιοθετώντας το Πρωτόκολλο του Κιότο, έθεσε σε εφαρμογή τον Ιούνιο του 2000 το Ευρωπαϊκό Πρόγραμμα για την Αλλαγή του Κλίματος (European Climate Change Program - ECCP). Σύμφωνα με το Πρωτόκολλο, όλες οι χώρες θα πρέπει να προσπαθήσουν να επιτύχουν δύο στόχους. Πρώτον, να περιορίσουν την αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη στους δύο βαθμούς Κελσίου και δεύτερον, να μειώσουν τις βλαβερές για το περιβάλλον εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα κατά 30% έως το Για την επίτευξη αυτών των στόχων το Ευρωπαϊκό Πρόγραμμα για την Αλλαγή του Κλίματος δημιούργησε μια σειρά από μέτρα που αφορούν όλους τους τομείς που επηρεάζουν την εκπομπή αερίων ρύπων, όπως είναι η παραγωγή ενέργειας, οι μεταφορές, οι βιομηχανία και η γεωργία. Τα μέτρα αυτά αφορούν κυρίως τα εξής: 1. Βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας της Ε.Ε. κατά 20% μέχρι το Πρόγραμμα εμπορίας δικαιωμάτων εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου με ημερομηνία έναρξης την 1η Ιανουαρίου Αύξηση της χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας κατά 20% μέχρι το Ενίσχυση του Ευρωπαϊκού Συστήματος Κατανομής Δικαιωμάτων Εκπομπών για τις βιομηχανίες. 5. Περιορισμό των ρύπων που προέρχονται από τον τομέα των μεταφορών και κυρίως από τα ιδιωτικά Ι.Χ. και τις αεροπορικές εταιρείες. 6. Μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα που προέρχονται από την καθημερινή χρήση ενέργειας που κάνουν τα νοικοκυριά, τα εμπορικά κτίρια κτλ. 7. Σημαντική αύξηση του ευρωπαϊκού προϋπολογισμού, μετά το 2013, για δράσεις που θα αφορούν το περιβάλλον, την ενέργεια και την έρευνα κυρίως στον τομέα των μεταφορών. 8. Η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει επιπλέον δεσμευτεί για τη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου τουλάχιστον κατά 20% σε σχέση με τα επίπεδα του 1990 έως το 2020 καθώς και για περαιτέρω μείωση έως το 30%, εφόσον οι 121

122 υπόλοιπες βιομηχανοποιημένες χώρες συμφωνήσουν να πράξουν το ίδιο με την παράλληλη δραστηριοποίηση και των αναπτυσσόμενων χωρών. Η μείωση κατά 20% τουλάχιστον, προϋποθέτει εκτός από τα ήδη υφιστάμενα μέτρα, όπως το Σύστημα Εμπορίας Δικαιωμάτων, θα πρέπει να θεσπιστούν νέα μέτρα, που θα αποσκοπούν ειδικά στην ενίσχυση της ενεργειακής απόδοσης, την αύξηση του μεριδίου των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και τον εξοπλισμό των νέων εργοστασίων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με τεχνολογία δέσμευσης και αποθήκευσης άνθρακα. [43] Πίνακας 8.5: Καταμερισμός υποχρεώσεων μείωσης των εκπομπών στο εσωτερικό της Ε.Ε. [44] Κράτος Μέλος Ποσοστό μείωσης Λουξεμβούργο -28% Γερμανία, Δανία -21% Αυστρία -13% Βρετανία -12,5% Εσθονία, Λετονία, Λιθουανία, Σλοβακία, Σλοβενία, Τσεχία -8% Βέλγιο - 7,5% Ιταλία - 6,5% Ουγγαρία, Πολωνία, Ολλανδία - 6% Γαλλία, Φινλανδία 0% Σουηδία +4% Ιρλανδία +13% Ισπανία +15% Ελλάδα +25% Πορτογαλία +27% Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Στην Ελλάδα αν και η κατάσταση εμφανίστηκε κάπως διαφορετική, καθώς ήταν μια από τις ελάχιστες αναπτυγμένες χώρες που είχαν το δικαίωμα να αυξήσουν τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου βάσει του Πρωτοκόλλου του Κιότο μέχρι και 25%, ήδη μέχρι το 2005, είχε αυξήσει τις εκπομπές της κατά 28% σε σύγκριση με τα επίπεδα του Τα στοιχεία αυτά κατέστησαν επιτακτική την ανάγκη της Ελλάδας να λάβει άμεσα μια σειρά από δραστικά μέτρα. Προκειμένου να εκπληρωθούν οι εθνικές υποχρεώσεις από την εφαρμογή του Πρωτοκόλλου του Κιότο για την πρώτη περίοδο δέσμευσης, από το 2008 έως το 2012, και την εναρμόνιση της Ελλάδας με τις Κοινοτικές οδηγίες, υιοθετήθηκαν πρόσθετες πολιτικές και μέτρα για τον περιορισμό των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Οι κύριες δράσεις που προβλέπονται για το σκοπό αυτό περιλαμβάνουν: Περαιτέρω διείσδυση του φυσικού αερίου σε όλους τους τομείς τελικής ζήτησης και της ηλεκτροπαραγωγής, συμπεριλαμβανομένης και της συμπαραγωγής. Προώθηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. 122

123 Εξοικονόμηση ενέργειας στη βιομηχανία και στον οικιακό και τριτογενή τομέα. Προώθηση ενεργειακά αποδοτικών συσκευών και ενεργειακού εξοπλισμού στον οικιακό και τριτογενή τομέα. Διαρθρωτικές αλλαγές στη γεωργία και στη χημική βιομηχανία. Δράσεις περιορισμού εκπομπών στις μεταφορές και στη διαχείριση απορριμμάτων.[45] ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Μέχρι τώρα εξετάστηκαν τρόποι μείωσης των εκπομπών που προέρχονται από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, είτε βελτιώνοντας την ήδη υπάρχουσα τεχνολογία, είτε αναπτύσσοντας νέες για την αξιοποίηση των ΑΠΕ. Είδαμε όμως ότι με οποιοδήποτε τρόπο και αν έχουμε ηλεκτροπαραγωγή, θα έχουμε βλαβερές συνέπειες για το περιβάλλον. Ακόμη και στην περίπτωση που θα είχαμε πλήρη παραγωγή από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, η επέμβαση στο περιβάλλον δεν θα ήταν μικρή. Αρκεί να αναλογιστούμε τις τεράστιες εκτάσεις για την εγκατάσταση μονάδων παραγωγής από ηλιακή ή αιολική ενέργεια και την οπτική ρύπανση που συνεπάγονται. Επειδή πρόκειται και στις δύο περιπτώσεις για πηγές χωρίς σταθερή απόδοση καθ όλη την διάρκεια του 24ώρου, η αποθήκευση της παραγόμενης ενέργειας θα απαιτήσει μεγάλες ποσότητες συσσωρευτών, οι οποίοι μετά τη χρησιμοποίησή τους θα δημιουργήσουν σωρούς αποβλήτων με μεγάλη περιεκτικότητα σε χημικά και βαρέα μέταλλα. Η πρόταση επομένως είναι όχι μόνο καθαρότερη παραγωγή Η.Ε. αλλά και μείωση αντί για αύξηση της ζήτησής της. Οι τρόποι που μπορεί να επιτευχθεί αυτό είναι πολλοί και δεν είναι του παρόντος να αναλυθούν εκτενέστερα. Θα κάνουμε απλώς μία αναφορά σε μερικούς από αυτούς. Ελάττωση των απωλειών θερμότητας σε κτίρια με ειδικά μελετημένες μονώσεις και εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας για τη θέρμανσή τους με παθητικά συστήματα. Η χρήση μονωτικών υλικών θα μειώσει τη ζήτηση ενέργειας και το καλοκαίρι διότι θα υπάρχει φυσικός δροσισμός των κτιρίων και δεν θα απαιτείται χρήση κλιματιστικών μηχανημάτων. Εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας με τη χρήση ηλιακών συστημάτων θέρμανσης νερού. Μελέτη για χρησιμοποίηση λαμπτήρων και συσκευών γενικότερα με μικρή κατανάλωση και μεγάλη απόδοση. Στους τομείς αυτούς ήδη γίνονται αρκετές έρευνες με επιτυχία από αρκετές εταιρείες. Μείωση του φαινομένου του καταναλωτισμού που έχει σαν αποτέλεσμα τη σπατάλη ενέργειας και πρώτων υλών για την κατασκευή προϊόντων με μικρή διάρκεια ζωής. Τα παραπάνω αποτελούν προτάσεις που η εφαρμογή τους απαιτεί κυρίως τη συνειδητοποίηση του καθενός μας για την αναγκαιότητά τους, και σε αυτό μπορεί να συμβάλλει το κράτος με τη σωστή παιδεία και τα ειδικά κίνητρα που θα θεσπίσει. Η εφαρμογή τους παράλληλα με τις προσπάθειες για καθαρότερες τεχνολογίες θα βελτιώσει την ποιότητα ζωής και θα συμβάλλει στη διατήρηση του περιβάλλοντος για τις επόμενες γενιές. 123

124 9. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Η ηλεκτροπαραγωγή εμφανίστηκε στην Ελλάδα το 1889 στην Αθήνα και το 1899 στην Θεσσαλονίκη. Την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ανέλαβαν διάφορες εταιρείες. Η ίδρυσή τους έγινε από ιδιώτες, ξένους επιχειρηματίες ή ακόμη και συμπράξεις, σε κάποιες από τις οποίες συμμετείχε και το Ελληνικό Δημόσιο. Σε πολλές πόλεις ιδρύθηκαν τοπικές εταιρείες για την κάλυψη της περιοχής. Ο αριθμός τους μέχρι το 1950 έφτασε τις 400, πολλές δε από αυτές είχαν χαρακτήρα δημοτικής ή κοινοτικής επιχείρησης. Στην Αθήνα υπήρχαν τρεις εταιρείες για την τροφοδότηση διαφορετικών περιοχών. Στην Θεσσαλονίκη λειτουργούσε ένα εργοστάσιο στον Λευκό Πύργο και τρία πλοία που κάλυπταν άλλες περιοχές. Η παραγωγή γινόταν με συνεχές ρεύμα μέχρι το 1945, οπότε επεκτάθηκε η χρήση του εναλλασσόμενου και στη χώρα μας. Η τιμή της KWh προέκυπτε ανάλογα με τα έξοδα και τα έσοδα κάθε επιχείρησης. Οι τιμές ανάμεσα στις εταιρείες παρουσίαζαν σημαντικές διαφορές. Το μεγάλο βέβαια κόστος ήταν απαγορευτικό για τους περισσότερους και καθιστούσε τον ηλεκτρισμό είδος πολυτελείας ΔΕΗ Το 1950 με το Νόμο 1468 δημιουργήθηκε η ΔΕΗ, η οποία θα αναλάμβανε αποκλειστικά, μετά την εξαγορά των μονάδων που ήδη λειτουργούσαν, την παραγωγή, μεταφορά και διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας. Ο σκοπός της ίδρυσής της ήταν η σταδιακή κάλυψη σε ηλεκτρισμό όλης της Ελλάδας, μέχρι και τον πιο απομακρυσμένο οικισμό, η διάθεσή της σε ενιαία τιμή για όλο το δίκτυο και η ορθολογική τεχνοοικονομική οργάνωση της παραγωγής και διανομής για μεγαλύτερη αξιοπιστία των υπηρεσιών Η παραγωγή από την ΔΕΗ άρχισε το 1953, τροφοδοτώντας κατ αρχήν τις εταιρείες που υπήρχαν, των οποίων η εξαγορά ολοκληρώθηκε το Από τότε μέχρι το 1994 είχε το αποκλειστικό δικαίωμα παραγωγής και πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας, εκτός από τις περιπτώσεις παραγωγών που για ειδικούς λόγους είχαν άδεια παραγωγής Η.Ε. αποκλειστικά όμως για δική τους χρήση. Από την ίδρυσή της μέχρι σήμερα η ΔΕΗ ανταποκρίθηκε με επιτυχία στον σκοπό της και κατόρθωσε μέχρι σήμερα: να έχει αναπτύξει το Σύστημα που καλύπτει όλη την επικράτεια να εγγυάται την ασφάλεια του εφοδιασμού να έχει προωθήσει τους στόχους της εθνικής ενεργειακής πολιτικής να αξιοποιεί το εγχώριο ενεργειακό δυναμικό (λιγνίτες, υδροδυναμικό) σε ικανοποιητικό βαθμό και μάλιστα κάτω από όχι εύκολες συνθήκες να έχει επιτύχει τιμή ρεύματος από τις χαμηλότερες στην Ευρώπη, ενιαία σε όλο τον Ελληνικό χώρο κατά κατηγορία καταναλωτών να έχει εξασφαλίσει υψηλή πιστοληπτική ικανότητα, που της επιτρέπει να χρηματοδοτεί την ανάπτυξή της με ικανοποιητικούς όρους. Η Δημόσια Επιχείρηση Ηλεκτρισμού Α.Ε. είναι η μεγαλύτερη εταιρία παραγωγής και προμήθειας ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα, με περίπου 7,5 εκατομμύρια πελάτες. Διαθέτει σήμερα μια μεγάλη υποδομή σε εγκαταστάσεις ορυχείων λιγνίτη, παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Κατέχει περίπου το 124

125 70% της εγκατεστημένης ισχύος των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής στην Ελλάδα συμπεριλαμβάνοντας στο ενεργειακό της μείγμα λιγνιτικούς, υδροηλεκτρικούς και πετρελαϊκούς σταθμούς, καθώς και σταθμούς φυσικού αερίου, αλλά και μονάδες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ). Η εγκατεστημένη ισχύς των μονάδων παραγωγής της ΔΕΗ το 2011 ανήλθε σε MW. Στον τομέα των ΑΠΕ, η ΔΕΗ δραστηριοποιείται μέσω της θυγατρικής της «ΔΕΗ Ανανεώσιμες Α.Ε.», έχοντας στο χαρτοφυλάκιό της 22 αιολικά πάρκα, 12 μικρούς υδροηλεκτρικούς σταθμούς και 12 φωτοβολταϊκούς. Η συνολική εγκατεστημένη ισχύς των σταθμών της ΔΕΗ Ανανεώσιμες, συμπεριλαμβανομένων και 9 σταθμών στους οποίους αυτή συμμετέχει μέσω κοινοπραξιών, ανέρχεται σε 132 MW [5]. Σχήμα 9.1: Εγκατεστημένη ισχύς (GW) σταθμών ΔΕΗ Α.Ε. [5] 9.2. ΑΠΕΛΕΥΘΕΡΩΣΗ ΤΗΣ ΑΓΟΡΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η αυξανόμενη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και η αναγκαιότητα για προσφορά υψηλής ποιότητας ισχύος οδήγησε στην είσοδο νέων παραγωγών στην αγορά Η.Ε. και στην κατάργηση εθνικών μονοπωλίων, όπως είναι η ΔΕΗ στην Ελλάδα. Η εξέλιξη αυτή οδήγησε την έρευνα σε παράλληλους δρόμους που αφορούσαν είτε στην επεξεργασία του κατάλληλου θεσμικού πλαισίου για την απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας είτε στην επένδυση σε νέες τεχνολογίες. Η δυναμική του όλου εγχειρήματος, προϊόν της προτεραιότητας, που έδωσε η Ευρωπαϊκή Επιτροπή, απέφερε πλήθος νέων προτάσεων. Ταυτόχρονα δε με την καλλιέργεια και μιας νέας περιβαλλοντικής συνείδησης, η διείσδυση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και γενικά μονάδων διανεμημένης παραγωγής δημιούργησε νέα δεδομένα και στη χώρα μας. Το θεσμικό πλαίσιο που διέπει την ελληνική αγορά Ηλεκτρικής Ενέργειας βασίζεται, κατά κύριο λόγο, στο Νόμο 2773/99 περί απελευθέρωσης της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Ο νόμος πλαίσιο 2773/1999 διακρίνει τον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας σε δραστηριότητες παραγωγής, μεταφοράς, διανομής και 125

126 προμήθειας. Επίσης, βάσει του νόμου 2773/1999, εισάγεται η διάκριση μεταξύ του διασυνδεδεμένου συστήματος και των μη διασυνδεδεμένων νησιών. Πριν τεθεί σε ισχύ ο Νόμος περί Απελευθέρωσης της Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας, το ρυθμιστικό πλαίσιο για την εσωτερική αγορά ηλεκτρικής ενέργειας (νόμος 2244/1994) χορηγούσε στη ΔΕΗ το σχεδόν αποκλειστικό δικαίωμα παραγωγής, μεταφοράς, προμήθειας και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Εκτός από τη ΔΕΗ, επιτρεπόταν μόνο σε ορισμένες βιομηχανίες να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια αρχικά για δική τους κατανάλωση, ενώ ιδιωτική εμπορική παραγωγή επιτρεπόταν μόνο από ανανεώσιμες πηγές, καθώς επίσης και για τη συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. Η Ελληνική Κυβέρνηση ρύθμιζε τα τιμολόγια που η ΔΕΗ χρέωνε στους πελάτες της, ενώ κάθε αύξηση των τιμολογίων γινόταν μετά από έγκριση του Υπουργού Οικονομίας και Οικονομικών. Η ΔΕΗ αποφάσιζε για την κατανομή του φορτίου στους σταθμούς παραγωγής, με βάση τις εσωτερικές λειτουργικές διαδικασίες της. Επίσης η ΔΕΗ ήταν υπεύθυνη για τη διαχείριση του συστήματος μεταφοράς και του δικτύου διανομής. Ο Νόμος περί Απελευθέρωσης τέθηκε σε ισχύ στις 22 Δεκεμβρίου 1999 στο πλαίσιο της εναρμόνισης της ελληνικής νομοθεσίας με την Οδηγία Ηλεκτρικής Ενέργειας 96/92/EK. Ο Νόμος περί Απελευθέρωσης, που σήμερα αποτελεί το κυρίαρχο νομοθέτημα που διέπει τη λειτουργία του κλάδου της ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα, σηματοδότησε τη μετατροπή του μονοπωλιακού καθεστώτος σε καθεστώς ελεύθερου ανταγωνισμού. Μετά την απόσχιση των κλάδων Μεταφοράς και Διανομής, δημιουργήθηκαν δύο 100% θυγατρικές εταιρείες της ΔΕΗ Α.Ε., ο ΑΔΜΗΕ Α.Ε. (Ανεξάρτητος Διαχειριστής Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας Α.Ε.) και ο ΔΕΔΔΗΕ Α.Ε. (Διαχειριστής Ελληνικού Δικτύου Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας Α.Ε.). Ο ΑΔΜΗΕ Α.Ε. έχει την ευθύνη της διαχείρισης, λειτουργίας, ανάπτυξης και συντήρησης του Ελληνικού Συστήματος Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας και των διασυνδέσεών του, ενώ ο ΔΕΔΔΗΕ Α.Ε. έχει την ευθύνη για τη διαχείριση, ανάπτυξη, λειτουργία και συντήρηση του Ελληνικού Δικτύου Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας [5]. Η Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας (ΡΑΕ), η οποία συγκροτήθηκε τον Ιούλιο του 2000, αποτελεί ανεξάρτητη διοικητική αρχή, στην οποία έχει ανατεθεί η παρακολούθηση της αγοράς ενέργειας, όπως αυτή αναπτύσσεται τόσο μονοσήμαντα στην Ελληνική αγορά - όσο και όπως αυτή λειτουργεί και αναπτύσσεται σε σχέση με τις ξένες αγορές ενέργειας, και ιδίως με αυτές με τις οποίες διασυνδέεται. Η λειτουργία οποιασδήποτε δραστηριότητας στον τομέα του ηλεκτρισμού, ο οποίος ειδικότερα διακρίνεται στις δραστηριότητες της παραγωγής, μεταφοράς, διανομής και προμήθειας ηλεκτρικής ενέργειας, απαιτεί τη χορήγηση άδειας. Οι άδειες χορηγούνται από τον Υπουργό Ανάπτυξης κατόπιν γνωμοδότησης της ΡΑΕ, σύμφωνα με τις διατάξεις του Κανονισμού Αδειών Παραγωγής και Προμήθειας ηλεκτρικής ενέργειας [46]. Στο σχήμα 9.2 [47] φαίνεται η πορεία της παραγωγής Η.Ε. στην Ελλάδα την περίοδο , καθώς και η σύνθεσή της. 126

127 Σχήμα 9.2: Η παραγωγή Η.Ε. στην Ελλάδα (TWh) την περίοδο [47] Στον Πίνακα 9.1 [48] παρουσιάζονται οι μονάδες που συμπεριλαμβάνονται στο μητρώο μονάδων του ΑΔΜΗΕ. Πίνακας 9.1: Μονάδες στο Μητρώο Μονάδων [48] A/A ΜΟΝΑΔΑ ΚΑΘΑΡΗ ΙΣΧΥΣ (MW) ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ 1 ELPEDISON_ΘΙΣΒΗ 410 ELPEDISON ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ Α.Ε. 2 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 389,38 ELPEDISON ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ Α.Ε. 3 PROTERGIA_CC 432,7 PROTERGIA A.E. 4 ΑΗΣ ΑΓ. ΓΕΩΡΓΙΟΥ ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 5 ΑΗΣ ΑΓ. ΓΕΩΡΓΙΟΥ ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 6 ΑΗΣ ΑΓ. ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ II 274 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 7 ΑΗΣ ΑΓ. ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ III 283 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 8 ΑΗΣ ΑΓ. ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ IV 283 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 9 ΑΗΣ ΑΓ. ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ V 342 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 10 ΑΗΣ ΑΓ. ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ Ι 274 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 11 ΑΗΣ ΑΛΙΒΕΡΙΟΥ ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 12 ΑΗΣ ΑΛΙΒΕΡΙΟΥ ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 13 ΑΗΣ ΑΜΥΝΤΑΙΟΥ I 273 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 14 ΑΗΣ ΑΜΥΝΤΑΙΟΥ II 273 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 15 ΑΗΣ ΚΑΡΔΙΑΣ I 275 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 16 ΑΗΣ ΚΑΡΔΙΑΣ II 275 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 17 ΑΗΣ ΚΑΡΔΙΑΣ III 280 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 18 ΑΗΣ ΚΑΡΔΙΑΣ IV 280 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 19 ΑΗΣ ΚΟΜΟΤΗΝΗΣ I 476,3 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 20 ΑΗΣ ΛΑΥΡΙΟΥ I 123 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 21 ΑΗΣ ΛΑΥΡΙΟΥ II 287 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 22 ΑΗΣ ΛΑΥΡΙΟΥ III 173,4 ΔΗΜΟΣΙΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ Α.Ε. 127