Διπλωματική Εργασία Των φοιτητριών του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Διπλωματική Εργασία Των φοιτητριών του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών"

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ, ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ, ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΕΩΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Διπλωματική Εργασία Των φοιτητριών του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΚΟΡΚΑ ΣΤΥΛΙΑΝΗ ΣΙΜΩΝΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ Αριθμός Μητρώου: Θέμα «ΕΛΕΓΧΟΣ ΙΣΧΥΟΣ ΚΑΙ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΕ ΑΣΥΓΧΡΟΝΗ ΜΗΧΑΝΗ ΔΙΠΛΗΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ (DFIG)» Επιβλέπων Αντώνιος Θ. Αλεξανδρίδης Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Νοέμβριος 2013

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα «ΕΛΕΓΧΟΣ ΙΣΧΥΟΣ ΚΑΙ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΕ ΑΣΥΓΧΡΟΝΗ ΜΗΧΑΝΗ ΔΙΠΛΗΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ (DFIG)» Του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Κόρκα Στυλιανή του Ιωάννη Σιμώνη Βασιλική του Παναγιώτη Αριθμός Μητρώου: Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Ο Επιβλέπων Ο Διευθυντής του Τομέα Αντώνιος Θ. Αλεξανδρίδης Καθηγητής Αντώνιος Θ. Αλεξανδρίδης Καθηγητής

3 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: «ΕΛΕΓΧΟΣ ΙΣΧΥΟΣ ΚΑΙ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΕ ΑΣΥΓΧΡΟΝΗ ΜΗΧΑΝΗ ΔΙΠΛΗΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ (DFIG)» Φοιτήτριες: Κόρκα Στυλιανή Σιμώνη Βασιλική Επιβλέπων: Αντώνιος Θ. Αλεξανδρίδης Περίληψη Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη και ανάλυση ενός αιολικού συστήματος με ασύγχρονη μηχανή διπλής τροφοδοσίας. Αρχικά, γίνεται μία εισαγωγή στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, με ιδιαίτερη αναφορά στην αιολική ενέργεια. Κατόπιν, περιγράφονται τα κυριότερα ανεμολογικά χαρακτηριστικά οι διάφοροι τρόποι ταξινόμησης των ανεμογεννητριών που υπάρχουν σήμερα, τα δομικά στοιχεία αυτών, καθώς και οι βασικές τεχνικές ελέγχου που εφαρμόζονται σ αυτές. Ακολουθεί η γενική παρουσίαση μίας διπλά τροφοδοτούμενης επαγωγικής γεννήτριας. Προκειμένου να γίνει μελέτη των μεταβατικών καταστάσεων, παρουσιάζεται το δυναμικό μοντέλο και ο διανυσματικός έλεγχος μίας διπλά τροφοδοτούμενης επαγωγικής γεννήτριας διπλής τροφοδοσίας. Τέλος, γίνεται η προσομοίωση ενός αιολικού πάρκου, που περιλαμβάνει ανεμογεννήτριες αυτού του τύπου και μελετώνται τα δεδομένα που προκύπτουν για τυχαίες μεταβολές του ανέμου. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ Αιολική ενέργεια, ανεμογεννήτρια μεταβλητών στροφών, Γεννήτρια επαγωγής διπλής τροφοδοσίας, Ελεγκτής γωνίας βήματος πτερυγίων, Μετατροπέας, Ηλεκτρονικά ισχύος

4 ABSTRACT The subject of this thesis is the study and analysis of a variable speed wind turbine equipped with a doubly-fed induction generator (DFIG). At first, an introduction is made of the renewable energy sources, with special mention of the wind energy. Then, there is the description of the different types of wind turbines than exist nowadays, their components and their aerodynamic conversion. A general presentation of a doubly-fed induction generator (DFIG) is made. After that, the dynamic model and the vector control doubly-fed induction generator are presented in order to study various transition phenomena. Finally, the simulation of a wind farm that includes wind turbines of this type, is made and we study the effects of sudden changes of the wind speed. KEY WORDS Wind energy, Variable Speed Wind turbine, Doubly-fed, Induction machine, Pitch Control, Electric Control

5 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Στο σημείο αυτό, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε θερμά τον καθηγητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών κ. Αντώνιο Αλεξανδρίδη για την ανάθεση και επίβλεψη αυτής της τόσο ενδιαφέρουσας διπλωματικής εργασίας. Θα θέλαμε, κατόπιν, να ευχαριστήσουμε τον υποψήφιο διδάκτορα Μιχάλη Μπουρδούλη για την πολύτιμη βοήθειά του τόσο στην κατανόηση και την οργάνωση του υλικού, όσο και στην προσομοίωση σε περιβάλλον MATLAB/Simulink.

6 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΚΑΙ Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ... 4 ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ..7 ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΤΟΥ ΚΙΟΤΟ 11 ΟΙ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ...13 ΒΙΟΜΑΖΑ..16 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ.20 ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 25 ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 33 ΠΑΛΙΡΡΟΙΑ..36 ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ.41 ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ..47 ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΑΠΕ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΕΜΠΟΔΙΑ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΩΝ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ..66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΑΙΟΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ΑΝΕΜΟΣ.68 ΑΝΕΜΟΛΟΓΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ.71 ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ.77 ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΟΥ ΚΑΙ ΟΡΙΖΟΝΤΙΟΥ ΑΞΟΝΑ.82 ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕΝΟΙ ΤΥΠΟΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ 87 ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ.87 ΑΣΥΓΧΡΟΝΕΣ Ή ΕΠΑΓΩΓΙΚΕΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ..89 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ 93

7 ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ 116 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΙΣΧΥΟΣ ΣΤΑ ΑΙΟΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ.129 ΕΛΕΓΧΟΣ ΙΣΧΥΟΣ ΣΤΙΣ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ.150 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΙΟΛΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ ΣΤΡΟΦΩΝ ΜΕ ΕΠΑΓΩΓΙΚΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΔΑΚΤΥΛΙΟΦΟΡΟΥ ΔΡΟΜΕΑ ΔΙΠΛΗΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ..159 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΒΑΣΙΚΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ..160 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΜΗΧΑΝΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΜΗΧΑΝΗΣ.165 ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΤΑΣΕΩΝ ΑΥΓΧΡΟΝΗΣ ΜΗΧΑΝΗΣ ΚΑΙ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟ ΚΥΚΛΩΜΑ 167 ΙΣΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΙΣΧΥΟΣ ΑΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΜΗΧΑΝΗΣ 171 ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΜΕ ΕΠΑΓΩΓΙΚΗ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΔΙΠΛΗΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ 176 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ DFIG..180 MEIONEKTHMATA DFIG..181 ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ 181 ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ PARK.185 MONΤΕΛΟ d q ΗΛΕΚΤΟΝΙΚΟΙ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΙΣΧΥΟΣ..192 ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗΝ ΠΛΕΥΡΑ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟ ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ.205 ΜΕΘΟΔΟΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΙΣΧΥΟΣ 217 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ/ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΕ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ MATLAB/SIMULINK

8 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ. 223 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 239

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ~ 1 ~

10 ΕΝΕΡΓΕΙΑ Οι αρχαίοι Έλληνες φιλόσοφοι αναζήτησαν τα στοιχεία από τα οποία αποτελείται ο κόσμος και προσπάθησαν να ερμηνεύσουν τις μεταβολές που συμβαίνουν στη φύση. Ο Αριστοτέλης πίστευε ότι ο κόσμος συγκροτείται από τέσσερα στοιχεία, τη φωτιά, το νερό, τη γη και τον αέρα. Από αυτά το «πυρ», δηλαδή η φωτιά, συμβόλιζε τις συνεχείς αλλαγές που βλέπουμε γύρω μας. Ο Ηράκλειτος θεωρούσε ότι μόνο το πυρ είναι το πρωταρχικό στοιχείο από το οποίο γεννιούνται όλα τα όντα και σε αυτό επανέρχονται. Το πυρ δε χάνεται, αλλά παίρνει κάθε τόσο διαφορετικές μορφές και περνάει από διάφορες καταστάσεις. Όλα τα υπόλοιπα αλλάζουν: «τα πάντα ρει». Έτσι, για πρώτη φορά στην ιστορία εμφανίζεται η αντίληψη της διατήρησης ενός μεγέθους (πυρ) το οποίο μπορεί να αλλάζει μορφές, αλλά τελικά διατηρείται. Η παραπάνω άποψη του Ηράκλειτου επανήλθε στο προσκήνιο τον 17ο αιώνα με την εισαγωγή μιας καινούριας για την εποχή αυτή έννοιας: της ενέργειας. Ο όρος χρησιμοποιήθηκε αρχικά από τον Γαλιλαίο, χωρίς όμως επιστημονικό ορισμό. Η ρίζα της λέξης είναι αρχαιοελληνική από το εν (μέσα) και έργο, δηλαδή σημαίνει την εσωτερική ικανότητα κάποιου να παράγει έργο. Μόλις όμως πριν από 200 περίπου χρόνια η έννοια απέκτησε επιστημονικό περιεχόμενο. Οι φυσικοί αξιοποιώντας την έννοια της ενέργειας κατάφεραν να περιγράψουν με ενιαίο τρόπο φαινόμενα, όπως τα κινητικά, τα θερμικά, τα ηλεκτρικά, τα φωτεινά, τα ηχητικά και τα χημικά, τα οποία ως τότε αντιμετωπίζονταν ως ανεξάρτητα μεταξύ τους. Στις αρχές του εικοστού αιώνα, η έννοια της ενέργειας αποτέλεσε τη βάση για να διατυπωθούν δύο από τις σύγχρονες φυσικές θεωρίες: η θεωρία της σχετικότητας και η κβαντική θεωρία και εξελίχθηκε σε κεντρική ενοποιητική έννοια της γλώσσας που χρησιμοποιούν οι φυσικοί για να περιγράψουν τα φαινόμενα που μελετά η επιστήμη της φυσικής. Επιπλέον, η ενέργεια είναι η έννοια που συνδέει τη φυσική με τις άλλες φυσικές επιστήμες και την τεχνολογία. Σήμερα όλοι είμαστε εξοικειωμένοι με την έννοια της ενέργειας. Ενέργεια με τη μορφή της ακτινοβολίας έρχεται στη γη από τον ήλιο, περιέχεται στις τροφές που τρώμε και διατηρεί τη ζωή. Παρόλο που η ενέργεια είναι η πιο διαδεδομένη έννοια στις φυσικές επιστήμες, ο ορισμός της είναι ιδιαίτερα δύσκολος. Η χρήση ενεργειακών πηγών χαρακτηρίζει τις ανθρώπινες κοινωνίες πολύ πριν την εμφάνιση των βιομηχανικών κοινωνιών. Αρχικά, η φωτιά χρησιμοποιήθηκε για ζεστασιά, για φωτισμό και για μαγείρεμα της τροφής. Αργότερα χρησιμοποιήθηκε για την επεξεργασία των μετάλλων, την κατασκευή αγγείων. Επίσης τα ζώα χρησιμοποιήθηκαν για την έλξη στην αγροτική παραγωγή, ο αέρας χρησιμοποιήθηκε για την κίνηση των πλοίων αλλά και για την κίνηση των ανεμόμυλων. Οι φυσικές δυνάμεις χρησιμοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια πολλών αιώνων στις μεταφορές και στην παραγωγή. ~ 2 ~

11 Η ενέργεια αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα αγαθά της σύγχρονης κοινωνίας. Για την πλειονότητα του κόσμου η ενέργεια είναι απαραίτητη για την εκπλήρωση των βασικών αναγκών. Ο τρόπος ζωής μας εξαρτάται απόλυτα από την εύκολα διαθέσιμη ενέργεια Οι άνθρωποι για τις καθημερινές τους ανάγκες χρησιμοποιούν όλο και περισσότερο ηλεκτρικές συσκευές ηλεκτρική κουζίνα, ψυγείο, ηλεκτρονικός υπολογιστής, ραδιόφωνο, τηλεόραση κ.ά. Μεγάλος αριθμός ηλεκτρικών μηχανών χρησιμοποιούνται και στη βιομηχανία. Η ενέργεια κρατά τα εργοστάσια και τις πόλεις σε λειτουργία, προσφέροντας θέσεις εργασίας σε εκατομμύρια ανθρώπους. Η λειτουργία των ηλεκτρικών μηχανών απαιτεί ηλεκτρικό ρεύμα. Οι σύγχρονες κοινωνίες καταναλώνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας για τη θέρμανση χώρων, τα μέσα μεταφοράς, την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και για τη λειτουργία των βιομηχανικών μονάδων. Χρειαζόμαστε ενέργεια για να ζεστάνουμε, να δροσίσουμε, να φωτίσουμε το σπίτι μας, όπως επίσης για την επεξεργασία της τροφής μας. Η ενέργεια τροφοδοτεί τα αυτοκίνητά μας και τα άλλα μέσα μεταφοράς. Ενέργεια χρειάζονται οι βιομηχανίες μας, τα γραφεία μας, και οι άλλοι χώροι εργασίας μας. Η ενέργεια επίσης συνδέεται με το βιοτικό επίπεδο. Μπορούμε να βελτιώσουμε το επίπεδο ζωής μας αν έχουμε ενέργεια να καταναλώσουμε. Το ηλεκτρικό φως παρέχει τη δυνατότητα να παρατείνουμε τις εργάσιμες ημέρες, το καύσιμο ντίζελ κινητοποιεί βαριά μηχανήματα για την κατασκευή δρόμων, την κατασκευή κτιρίων ή βοηθά στη γεωργία. Με αρκετή ενέργεια τα εργοστάσια μπορούν να παράγουν καταναλωτικά αγαθά και τα φορτηγά που λειτουργούν με ορυκτά καύσιμα μπορούν να τα μεταφέρουν. Όπου η ενέργεια είναι δυσεύρετη, αν και είναι κάτι που θεωρούμε δεδομένο, είναι και ακριβή - προνόμιο των πλουσίων. Και το αντίστροφο είναι επίσης αλήθεια: μια χώρα που μπορεί να διαθέσει περισσότερη ενέργεια στον πληθυσμό της μπορεί να βελτιώσει γενικά την ποιότητα ζωής των κατοίκων της Σήμερα στις βιομηχανικές κοινωνίες μας σχεδόν όλη αυτή η ενέργεια παράγεται κύρια από ορυκτά καύσιμα πετρέλαιο αγοράς και φυσικό αέριο και σε μικρότερο βαθμό από την πυρηνική ενέργεια. Τα ορυκτά καύσιμα, σήμερα φαίνονται να είναι άφθονα, φθηνά και άμεσα διαθέσιμα. Η ευκολία με την οποία χρησιμοποιούμε τις ηλεκτρικές μας συσκευές, πχ. με το πάτημα ενός διακόπτη ανάβει το φως, και η αφθονία αυτών μας οδηγούν στο να μη δίνουμε σημασία στον τρόπο παραγωγής όλης αυτής της ενέργειας, ή τις επιπτώσεις που όλη η διαδικασία έχει στο περιβάλλον και στον άνθρωπο. ~ 3 ~

12 ΤΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΚΑΙ Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ Το ενεργειακό πρόβλημα είναι ένα από τα σημαντικότερα και πολυπλοκότερα παγκόσμια προβλήματα. Αντίθετα απ ό,τι πιστεύεται, το ενεργειακό πρόβλημα δεν εκδηλώθηκε και πολύ περισσότερο δεν δημιουργήθηκε το 1973 με τη γνωστή κρίση του πετρελαίου. Το ενεργειακό πρόβλημα άρχισε να δημιουργείται και να εκδηλώνεται ταυτόχρονα με την αλλαγή του κύριου καυσίμου από άνθρακα σε πετρέλαιο, που έγινε μετά τα μέσα του 19ου αιώνα. Μέχρι την εποχή εκείνη, η πηγή της κύριας καύσιμης ύλης (άνθρακας) βρισκόταν στις κυρίαρχες και οικονομικά αναπτυγμένες χώρες. Αντίθετα, η πηγή της νέας κύριας καύσιμης ύλης (πετρέλαιο) βρισκόταν στις αποικίες ή σε χώρες εξαρτημένες, όπως ήταν την εποχή εκείνη η Οθωμανική Αυτοκρατορία. Την εποχή εκείνη οι αποικίες και οι εξαρτημένες χώρες άλλαξαν ρόλο και απέκτησαν πολύ μεγαλύτερη σημασία για τις αναπτυγμένες χώρες, επειδή έπαψαν πλέον να είναι μόνον απλά αγροτικά εξαρτήματά τους. Επιπλέον, οι οικονομικά αναπτυγμένες χώρες άρχισαν να αισθάνονται ενεργειακά εξαρτημένες από τις αποικίες και από τις χώρες που ήταν υπό την προστασία τους. Εξαιτίας όλων αυτών, άρχισε ο μακροχρόνιος αιματηρός αγώνας για την αναδιανομή των αποικιών, ανάμεσα στις οικονομικά αναπτυγμένες χώρες, το διαμελισμό των εξαρτημένων χωρών και την αύξηση των σφαιρών επιρροής, γενικότερα. Αποκαλυπτικός υπήρξε ο ρόλος της Μεγάλης Βρετανίας. Μέχρι τα μέσα του 19ου αιώνα η Μεγάλη Βρετανία πρωτοστατούσε στη διατήρηση της ακεραιότητας της Οθωμανικής Αυτοκρατορίας, ώστε να αποτραπεί η κάθοδος της τσαρικής Ρωσίας στη Μεσόγειο. Όμως, στη συνέχεια, μετά την αλλαγή του κύριου καυσίμου από άνθρακα σε πετρέλαιο, η Μεγάλη Βρετανία πρωτοστάτησε στο διαμελισμό της. Άρχισε με την αγορά της Κύπρου, χωρίς την καταβολή τιμήματος, και συνέχισε με τον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο. Το τέλος αυτού του πολέμου βρήκε τη Μεγάλη Βρετανία κυρίαρχη των πηγών πετρελαίου της Αραβικής χερσονήσου και του Ιράκ. Από την ανάλυση που προηγήθηκε, δεν είναι δύσκολο να κατανοήσει κανείς ότι όλες οι μεγάλες πολεμικές συρράξεις, οι πολιτικές και οικονομικές κρίσεις του 20ού αιώνα είχαν ως κύρια αιτία το πετρέλαιο και τον έλεγχο των πηγών του. Έτσι, μια από τις βασικές συνέπειες του ενεργειακού προβλήματος είναι οι κατά καιρούς πολιτικοί, οικονομικοί και πολεμικοί ανταγωνισμοί. Στις μέρες μας, οι ανταγωνισμοί αυτοί εντείνονται, επειδή διαφαίνεται η εξάντληση των αποθεμάτων σε πετρέλαιο. Δεν αρκεί πλέον ο έλεγχος των πηγών, αλλά επιβάλλεται και η φύλαξή τους, ώστε να αποτραπεί η ανεξέλεγκτη διαχείριση των αποθεμάτων, που μπορεί να έχει σημαντικές συνέπειες στην ισορροπία του παγκόσμιου οικονομικού συστήματος. Κάτω απ αυτό το πρίσμα μπορεί να αιτιολογηθεί ο πρόσφατος πόλεμος στον Περσικό Κόλπο και η παραμονή στρατευμάτων στην περιοχή. ~ 4 ~

13 Μπορούμε να λοιπόν να πούμε με λίγα λόγια ότι η ουσία του ενεργειακού προβλήματος βρίσκεται στη συσχέτιση των ενεργειακών αποθεμάτων που διαρκώς μειώνονται με τις απαιτήσεις για κατανάλωση ενέργειας που διαρκώς αυξάνονται. Παρουσιάζει τα εξής χαρακτηριστικά ανεξαρτήτως τόπου και χρονικής στιγμής: Άνοδος στις τιμές ενέργειας. Η τιμή του πετρελαίου και γενικότερα των καυσίμων αυξάνουν ραγδαία με το χρόνο. Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι η ενέργεια έχει ένα επιπλέον κόστος που προς το παρόν παραμένει κρυφό και καλύπτεται από τους κρατικούς προϋπολογισμούς, χωρίς να επιρρίπτεται άμεσα στο καταναλωτικό κοινό. Το κρυφό κόστος της ενέργειας αναφέρεται στο κόστος της φύλαξης των πηγών καυσίμου και στο κόστος της αποκατάστασης των καταστροφών του περιβάλλοντος που προκαλεί η κατανάλωση των καυσίμων. Εκτιμάται ότι η φύλαξη και η αποκατάσταση των καταστροφών του περιβάλλοντος, επιβαρύνει το κόστος κάθε βαρελιού πετρελαίου, που προέρχεται από τη Μέση Ανατολή, με το ποσό των 50$. Μόλυνση του περιβάλλοντος Προκαλείται από την αλόγιστη χρήση ενέργειας. Η κακή ποιότητα των μηχανών, η αδιαφορία, η άγνοια, τα κακώς εννοούμενα συμφέροντα και πολλοί άλλοι παράγοντες έχουν οδηγήσει σε δραματικά οικολογικά αδιέξοδα, που επιβάλλεται να αντιμετωπιστούν αμέσως. Η κύρια επιβλαβής επίδραση στο περιβάλλον της χρήσης των ορυκτών καυσίμων που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας είναι η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) στην ατμόσφαιρά που έχει ως αποτέλεσμα την υπερθέρμανση του πλανήτη. Με την καύση των ορυκτών καυσίμων, εκτός από το διοξείδιο του άνθρακα, απελευθερώνονται και άλλες επιβλαβείς ουσίες στην ατμόσφαιρα όπως νιτρικά, θειϊκά ή ανθρακικά οξέα τα οποία είναι υπεύθυνα για τον σχηματισμό όξινης βροχής. Πολλές χώρες του κόσμου έχουν ήδη συνειδητοποιήσει την επείγουσα ανάγκη για καθαρή παραγωγή ενέργειας, χωρίς δηλαδή πρόκληση ρύπανσης, και βασίζουν την παραγωγή τους σε ηλεκτρισμό ολοένα και περισσότερο στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Όμως, αυτές αποτελούν ακόμη μεμονωμένα λαμπρά παραδείγματα. Οι ανθρωπογενείς δραστηριότητες στο σύνολό τους παραμένουν έντονα επιβαρυντικές για το περιβάλλον. Συνεχόμενη αύξηση της παγκόσμιας ενεργειακής κατανάλωσης με αποτέλεσμα την αβεβαιότητα επάρκειας ενεργειακής τροφοδοσίας, αφού τα ορυκτά καύσιμα εξαντλούνται. Η παγκόσμια ενεργειακή κατανάλωση αυξάνεται διαρκώς με αποτέλεσμα την ανάγκη για παραγωγή μεγαλύτερων ποσοτήτων ενέργειας. Σύμφωνα με μελέτη του Οργανισμού Ηνωμένων Εθνών, το έτος 2011 ο παγκόσμιος πληθυσμός έφτανε τα ~ 5 ~

14 6,974 δισεκατομμύρια ενώ οι προβλέψεις θέλουν να προσεγγίζει τα 9 δισεκατομμύρια το έτος Το έτος 2010 ο ΟΗΕ έδωσε στοιχεία για την αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού με ρυθμό 1,14% ή περίπου 75 εκατομμύρια άνθρωποι ανά έτος, μετά από ένα μέγιστο 88 εκατομμυρίων ανά έτος το 1989, ωστόσο, ο παγκόσμιος ετήσιος ρυθμός στην αύξηση του πληθυσμού μειώνεται σταθερά από το μέγιστο 2,19% του έτους Οι σημερινές προβλέψεις δείχνουν ότι αν οι τρέχουσες ενεργειακές τάσεις παραμείνουν αμετάβλητες η παγκόσμια ενεργειακή κατανάλωση θα αυξάνεται με ρυθμό περίπου 4% το χρόνο στις επόμενες δεκαετίες. Κατά τη διάρκεια του 20ού αιώνα, η χρήση ορυκτών καυσίμων στον κόσμο πολλαπλασιάστηκε επί 12 και η εξόρυξη υλικών πόρων επί 34. Στην διαμόρφωση της κατάστασης αυτής συνέβαλε η έλλειψη ενημέρωσης των πολιτών σχετικά με την ορθολογική χρήση της ενέργειας και η επικράτηση της άποψης ότι τα αποθέματα ενέργειας είναι απεριόριστα. Μόλις πριν από λίγα χρόνια έγινε αντιληπτό το μέγεθος της κατασπατάλησης των διαθέσιμων ενεργειακών πόρων του πλανήτη από το γεγονός ότι η ανθρωπότητα έχει δαπανήσει τα τελευταία 100 χρόνια, αποθέματα πρώτων υλών και πηγών ενέργειας, τα οποία αποταμιεύτηκαν σε μια μεγάλη χρονική περίοδο. Δεν θα ήταν υπερβολή να λέγαμε ότι η ενέργεια που σήμερα αντλείται αξιοποιείται σε ποσοστό μικρότερο από 20%. Το υπόλοιπο 80% στην κυριολεξία πετιέται μετατρεπόμενο σε απώλειες (θερμότητα). Αν μπορούσαμε να μειώσουμε τις απώλειες στο 25% (ή ακόμα και στο 50%), θα είχαμε ουσιαστικά πετύχει τον τριπλασιασμό (διπλασιασμό) των ενεργειακών αποθεμάτων του πλανήτη που σήμερα εκμεταλλευόμαστε. Βρισκόμαστε δηλαδή αντιμέτωποι με το πρόβλημα της εξάντλησης των ενεργειακών αποθεμάτων του πλανήτη. Η εξοικονόμηση ενέργειας, λοιπόν, αποτελεί το πρώτο μεγάλο βήμα για την ορθή αντιμετώπιση του ενεργειακού προβλήματος. Πρέπει να εξαντλήσουμε τη δημιουργική μας φαντασία, ώστε να βελτιώσουμε το συντελεστή απόδοσης όλων των συσκευών, μηχανών και διατάξεων που μετατρέπουν την ενέργεια από τη μια μορφή στην άλλη. Σήμερα, το επίπεδο της επιστήμης και της τεχνολογίας το επιτρέπουν. Άλλωστε, όσο κι αν φαίνεται παράξενο, δεν έχουμε παρά να διορθώσουμε χονδροειδέστατα λάθη και αβλεψίες που έγιναν στο παρελθόν, όταν οι άνθρωποι ήταν ανυποψίαστοι για τις επιπτώσεις των ενεργειών τους. Τα οφέλη από την εξοικονόμηση ενέργειας θα είναι αμέσως ορατά. Για παράδειγμα, μπορούμε να φωτίζουμε εξίσου καλά τους χώρους μας καταναλώνοντας μόνο το ένα τρίτο της ενέργειας που ξοδεύουμε σήμερα, αρκεί να αντικαταστήσουμε στα σπίτια μας και στους δρόμους τους λαμπτήρες με λαμπτήρες υψηλής απόδοσης. Αυτή η πράξη θα αποφέρει την εξοικονόμηση μεγάλων ποσών ενέργειας. Έτσι, αντί να εισάγουμε ηλεκτρική ενέργεια ή αντί να επενδύουμε για τη δημιουργία νέων μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, μπορούμε να χρηματοδοτήσουμε ένα πρόγραμμα αντικατάστασης των ηλεκτρικών λαμπτήρων. Η εξοικονόμηση ενέργειας είναι μια εξαιρετικά ευέλικτη διαδικασία. Μπορεί να εφαρμοστεί ανά πάσα χρονική στιγμή και με οποιοδήποτε ρυθμό επιτρέπει η υπάρχουσα οικονομική κατάσταση και ο βαθμός κατανόησης του προβλήματος. Είναι ~ 6 ~

15 μια προσπάθεια από την οποία κανείς δεν χάνει ποτέ. Αυτό που χρειάζεται είναι η ενθάρρυνσή της από τις κυβερνήσεις και γενικά από τους πολιτικούς και η ενημέρωση του κοινού, ιδιαίτερα μέσα από τη γενική εκπαίδευση. Βέβαια, όσο ευέλικτη κι αν είναι η εξοικονόμηση ενέργειας, οι καιροί δεν περιμένουν και τα προγράμματα για εξοικονόμηση ενέργειας πρέπει να προωθηθούν όσο το δυνατό γρηγορότερα. Η εξοικονόμηση ενέργειας μπορεί να επιτευχθεί το ενδιαφέρον με την αξιοποίηση των λεγόμενων ήπιων μορφών ενέργειας. Η ενέργεια από τον ήλιο, τον αέρα, τη βιομάζα και άλλες πηγές δεν έχουν τα προβλήματα των συμβατικών πηγών ενέργειας που χρησιμοποιεί ο άνθρωπος. Θεωρείται ότι δεν προκαλούν εξαρτήσεις, είναι πρακτικά ανεξάντλητες και ανανεώσιμες και οικολογικά καθαρές. Οι ήπιες μορφές ενέργειας φαίνεται να ικανοποιούν όλες τις απαιτήσεις, ώστε να αποτελέσουν τις κύριες πηγές ενέργειας του μέλλοντος. ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ Είναι γνωστό ότι το κλίμα διαμορφώνει την ιστορία. Επηρέασε καθοριστικά τις πιο βασικές δραστηριότητες του ανθρώπου την εύρεση τροφής και στέγης και επέβαλλε το πλαίσιο για την ανάπτυξη του πολιτισμού. Στις ακραίες εκφράσεις του, καταδίκασε ολόκληρες κοινωνίες σε παρακμή, ενώ στη γενναιόδωρη εκδοχή του επέτρεψε σε άλλες κοινωνίες και πολιτισμούς να ανθίσουν. Τελικά, η προσαρμογή της διαδικασίας εξέλιξης στο κλίμα βοήθησε τον άνθρωπο να επιβιώσει τις καταπονήσεις στα ακραία περιβάλλοντα στα οποία ζει. Φαίνεται ότι η ανάπτυξη πολλών διαφορετικών φυλών συνδέεται με τη διαδικασία επιλογής και προσαρμογής του ανθρώπου στο κλίμα και στο περιβάλλον που αυτό δημιουργεί. Το κλίμα της γης αλλάζει συνεχώς. Βιώνοντας μόνο μια πολύ μικρή πράξη του έργου, δυσκολευόμαστε πολλές φορές να αντιληφθούμε τις μεγάλες αλλαγές του κλίματος της γης το οποίο χαρακτηρίζεται από πολλές περιόδους παγετώνων, οι οποίες διακόπτονται από σύντομα διαλείμματα ζέστης και ακμάζουσας ζωής. Οι κάτοικοι της Ευρώπης και της Βόρειας Αμερικής, ζώντας στην πλειοψηφία τους σε ένα εύκρατο κλίμα, δεν μπορούν εύκολα να παραδεχθούν ότι μόλις πριν από χρόνια τεράστιες εκτάσεις των περιοχών αυτών καλύπτονταν από πάγους. Από την άλλη μεριά, στη βορειοδυτική Ινδία, τίποτα δε μαρτυράει ότι η ίδια περιοχή, στον οποία κυριαρχούν σήμερα οι αμμόλοφοι, χαρακτηριζόταν πριν από χρόνια από το χυμώδες πράσινο των δέντρων και των δημητριακών. Αυτή η εικόνα επικρατούσε στην περιοχή πριν το κλίμα αλλάξει και οι μουσώνες αναιρέσουν τις υποσχέσεις τους στον πολιτισμό της κοιλάδας του Ινδού. ~ 7 ~

16 Το παγκόσμιο κλίμα καθορίζεται και επηρεάζεται από μια σειρά φυσικών δυνάμεων, όπως, μεταξύ άλλων, τη γωνία του άξονα της γης ως προς την ηλιακή ακτινοβολία, την ηφαιστειακή και ευρύτερη γεωτεκτονική δραστηριότητα, τα θαλάσσια ρεύματα, τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των ωκεανών (π.χ. οξύτητα), αλλά κυρίως από την ανθρώπινη δραστηριότητα. Ένας επιπλέον σημαντικός φυσικός κλιματικός μηχανισμός είναι το φαινόμενο του θερμοκηπίου, ο κατεξοχήν παράγοντας που επιτρέπει την ανάπτυξη και την επιβίωση της ζωής στον πλανήτη μας. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι μια διαδικασία με την οποία θερμική ακτινοβολία από την επιφάνεια του πλανήτη απορροφάται από τα αέρια θερμοκηπίου της ατμόσφαιρας, και εκ νέου ακτινοβολείται προς όλες τις κατευθύνσεις. Δεδομένου ότι ένα μέρος αυτής της ακτινοβολίας επιστρέφει πίσω προς την επιφάνεια του πλανήτη και τα στρώματα της κατώτερης ατμόσφαιρας, αυτό οδηγεί σε μια ανύψωση της μέσης θερμοκρασίας της επιφάνειας πάνω από αυτή που θα ήταν σε περίπτωση απουσίας των αερίων του θερμοκηπίου. Πρόκειται για ένα γεωφυσικό φαινόμενο που είναι ουσιώδες και απαραίτητο για την ύπαρξη, διατήρηση και εξέλιξη της ζωής στον πλανήτη. Η γη λαμβάνει ενέργεια από τον ήλιο με τη μορφή υπεριώδους, ορατής και υπέρυθρης ακτινοβολίας, που αντιστοιχεί σε ροή περίπου 1966 W/m 2 στο όριο της ατμόσφαιρας. Ένα μέρος αυτής απορροφάται από το σύστημα γης - ατμόσφαιρας, ενώ το υπόλοιπο διαφεύγει στο διάστημα. Από το συνολικό ποσό ενέργειας που είναι διαθέσιμο στα υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας, περίπου το 50% απορροφάται από την επιφάνεια της γης. Λόγω της θερμοκρασίας της, η επιφάνεια της γης εκπέμπει μακριά (κατ ανάλογο τρόπο με τον ήλιο) την υπέρυθρη θερμική ακτινοβολία η οποία αποτελείται κυρίως από μήκη κύματος πολύ μεγαλύτερα από τα μήκη κύματος τα οποία απορροφώνται. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της θερμικής ακτινοβολίας απορροφάται από τα αέρια του θερμοκηπίου της ατμόσφαιρας και ακτινοβολείται ξανά προς όλες τις κατευθύνσεις, πίσω στο διάστημα και προς την επιφάνεια της γης. Η ακτινοβολία που εκπέμπεται προς την επιφάνεια της γης απορροφάται από αυτήν. Αυτή η «παγίδευση» της μεγάλου μήκους κύματος θερμικής ακτινοβολίας οδηγεί σε αύξηση της μέσης επιφανειακής θερμοκρασίας της γης, γεγονός που καθιστά τη γη κατοικήσιμη. Χωρίς το φαινόμενο του θερμοκηπίου, η μέση θερμοκρασία της γης θα ήταν περίπου κατά 33 ο C χαμηλότερη δηλαδή περίπου - 18 ο C, αντί για +15 ο C που είναι σήμερα και η ύπαρξη ζωής θα ήταν αδύνατη, τουλάχιστον στη μορφή που τη γνωρίζουμε σήμερα. Τα κυριότερα αέρια του θερμοκηπίου και η αντίστοιχη συμβολή τους στο φαινόμενο είναι: υδρατμοί (36% - 70%), διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) (9% - 26%), μεθάνιο (CH 4 ) (4% - 9%) και όζον (O 3 ) (3% - 7%). Άλλα αέρια του θερμοκηπίου με μικρότερη επιρροή στο φαινόμενο είναι το υποξείδιο του αζώτου (N 2 Ο), οι υδροχλωροφθοράνθρακες (HCFCs) οι υπερφθοράνθρακες (PFCs), οι υδροφθοράνθρακες (HFCs) και το εξαφθοριούχο θείο (SF 6 ). Tα σύννεφα, επίσης, ~ 8 ~

17 παίζουν καθοριστικό ρόλο στο φαινόμενο του θερμοκηπίου καθώς απορροφούν και εκπέμπουν υπέρυθρη ακτινοβολία. Στο σχήμα που ακολουθεί, επιχειρείται μία γραφική αναπαράσταση του φαινομένου του θερμοκηπίου. Σχηματική παράσταση της διαδικασίας που οδηγεί στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Τα τελευταία χρόνια πληθαίνουν οι ενδείξεις ότι οι ανθρωπογενείς εκπομπές ρυπογόνων ουσιών στην ατμόσφαιρα ωθούν το κλίμα σε μια νέα κατάσταση αστάθειας.. Σύμφωνα με την τελευταία έκθεση αξιολόγησης από την Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή, «το μεγαλύτερο μέρος της παρατηρούμενης αύξησης των μέσων παγκόσμιων θερμοκρασιών από τα μέσα του 20ου αιώνα, οφείλεται στην αύξηση της συγκέντρωσης των αερίων του θερμοκηπίου που προέρχονται από την ανθρώπινη δραστηριότητα». Το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) παράγεται από την καύση ορυκτών καυσίμων και άλλες δραστηριότητες, όπως η παραγωγή τσιμέντου και η αποψίλωση των τροπικών δασών. Οι μετρήσεις του διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) από το παρατηρητήριο Mauna Loa δείχνουν ότι οι συγκεντρώσεις έχουν αυξηθεί από περίπου 313 ppm που ήταν το 1960 σε περίπου 400ppm στις 9 Μαΐου του Το δεκατέσσερα θερμότερα έτη, από την εποχή που ξεκίνησαν οι μετρήσεις, συνέβησαν μετά το Τα τελευταία χρόνια σημαδεύτηκαν από ασυνήθιστα ακραία φαινόμενα σε όλο τον κόσμο. Η μέση στάθμη της θάλασσας έχει ανέβει τα τελευταία 140 χρόνια περίπου 15 20cm. Οι μετρήσεις ~ 9 ~

18 δείχνουν ότι η παγκόσμια θερμοκρασία αυξήθηκε κατά περίπου 0,4 o C 0,7 o C από το 1860 μέχρι σήμερα και αν δεν προχωρήσουμε άμεσα στη λήψη μέτρων για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής, θα οδηγηθούμε σε αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της γης για τα επόμενα 100 χρόνια από 2 o C έως και 6 ο C. Συνοψίζοντας, οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής και του φαινομένου του θερμοκηπίου είναι οι ακόλουθες: Λιώσιμο των πάγων και άνοδος της στάθμης της θάλασσας, που συνεπάγεται την εξαφάνιση από το χάρτη αρκετών παραθαλάσσιων περιοχών. Εντονότερα ακραία καιρικά φαινόμενα. Εξάπλωση ασθενειών. Εξαφάνιση ειδών. Εμφάνιση μόνιμων «κλιματικών προσφύγων». ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΤΟΥ ΚΙΟΤΟ Οι πρώτοι που άρχισαν να κρούουν τον κώδωνα του κινδύνου για την κλιματική μεταβολή που οφείλεται σε ανθρωπογενείς αιτίες ήταν οι επιστήμονες. Στοιχεία από τις δεκαετίες του 1960 και 1970 έδειχναν ότι οι συγκεντρώσεις του διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) στην ατμόσφαιρα αυξάνονταν σημαντικά, γεγονός που οδήγησε τους περιβαλλοντολόγους αρχικά και στη συνέχεια και άλλους επιστήμονες να πιέσουν για δράση. Δυστυχώς, πήρε πολλά χρόνια στη διεθνή κοινότητα για να ανταποκριθεί στο αίτημα αυτό. Το 1988, δημιουργήθηκε από τον Παγκόσμιο Οργανισμό Μετεωρολογίας και το Περιβαλλοντικό Πρόγραμμα των Ηνωμένων Εθνών (UNEP) μία Διακυβερνητική Επιτροπή για την Αλλαγή του Κλίματος. Αυτή η ομάδα παρουσίασε μια πρώτη έκθεση αξιολόγησης το 1990, η οποία απεικόνιζε τις απόψεις 400 επιστημόνων. Σύμφωνα με την αναφορά αυτή, το πρόβλημα της αύξησης της θερμοκρασίας ήταν υπαρκτό και όφειλε να αντιμετωπιστεί άμεσα. Τα συμπεράσματα της Διακυβερνητικής Επιτροπής ώθησαν τις κυβερνήσεις να δημιουργήσουν τη Σύμβαση - Πλαίσιο των Ηνωμένων Εθνών για τις Κλιματικές Μεταβολές (UNFCCC). Σε σχέση με τα δεδομένα για τις διεθνείς συμφωνίες, η διαπραγμάτευση της Σύμβασης ήταν σχετικά σύντομη. Ήταν έτοιμη προς υπογραφή στη Διάσκεψη των Ηνωμένων Εθνών για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη (γνωστότερη ως συνάντηση κορυφής για την προστασία της Γης) το 1992 στο Ρίο ντε Τζανέιρο. Η Σύμβαση - Πλαίσιο των Ηνωμένων Εθνών για την αλλαγή του κλίματος, καθώς και το Πρωτόκολλο του Κιότο που ακολούθησε, αποτελούν τα μόνα διεθνή πλαίσια για την καταπολέμηση των κλιματικών αλλαγών. ~ 10 ~

19 Το Πρωτόκολλο του Κιότο πήρε το όνομά του από την παλιά πρωτεύουσα της Ιαπωνίας το Κιότο, όπου υπογράφτηκε το 1997 και προέκυψε από τη Διεθνή Σύμβαση για τις κλιματικές αλλαγές, που είχε υπογραφεί στη Διάσκεψη του Ρίο το Πρόκειται για μία φιλόδοξη όσο και περίπλοκη συμφωνία 168 χωρών, με δεσμευτικό χαρακτήρα, η οποία υιοθετήθηκε στις 11 Δεκεμβρίου 1997, ύστερα από μαραθώνιες διαπραγματεύσεις που κράτησαν 11 μέρες, στην οποία περιλαμβάνονται τα απαραίτητα βήματα για τη μακροπρόθεσμη αντιμετώπιση της αλλαγής του κλίματος που προκαλείται λόγω της αύξησης των ανθρωπογενών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Σύμφωνα με αυτό, οι βιομηχανικές χώρες συνολικά υποχρεούνται να μειώσουν τις εκπομπές των αερίων του φαινομένου του θερμοκηπίου κατά 5,2% κατά μέσο όρο σε σχέση µε τα επίπεδα του 1990 (ή του 1995 για ορισμένα αέρια), κατά τη διάρκεια της πρώτης «περιόδου δέσμευσης», η οποία καλύπτει τα έτη 2008 έως Για τις αναπτυσσόμενες χώρες δεν καθορίζονται στόχοι ως προς τις εκπομπές. Αυτό επιχειρείται να γίνει με τον πιο οικονομικά αποδοτικό τρόπο, ώστε να μην επιβαρυνθεί η παγκόσμια οικονομία. Έτσι, το Πρωτόκολλο του Κιότο περιλαμβάνει τρεις ευέλικτους μηχανισμούς: Εμπόριο Δικαιωμάτων Εκπομπών Αερίων του Θερμοκηπίου Το Πρωτόκολλο του Κιότο διαθέτει μηχανισμό «εμπορίου εκπομπών». Η εθνική υποχρέωση για μείωση των εκπομπών σύμφωνα με το Πρωτόκολλο καθορίζεται με βάση ένα εθνικό ανώτατο όριο εκπομπών. Αν μια χώρα δεν εκπέμψει εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου που να φθάνουν το ανώτατο όριο εκπομπών που της αναλογεί, μπορεί να πουλήσει το αχρησιμοποίητο μέρος των εκπομπών της σε κάποια άλλη χώρα που έχει ξεπεράσει το δικό της επιτρεπτό ανώτατο όριο εκπομπών. Μηχανισμοί Καθαρής Ανάπτυξης (Clean Development Mechanisms - CDM) Νέο οικονομικό όργανο που απορρέει από το Πρωτόκολλο του Κιότο, οι Μηχανισμοί Καθαρής Ανάπτυξης προκαλούν το ενδιαφέρον ως εργαλείο για την προώθηση των τεχνολογιών του μέλλοντος. Οι CDM προτάθηκαν από τις εκβιομηχανισμένες χώρες ως μέσο για την εκπλήρωση -με μεγαλύτερη ευελιξία- των συνολικών υποχρεώσεων τους στο πλαίσιο του Πρωτοκόλλου του Κιότο. Έτσι, μια βιομηχανικά αναπτυγμένη χώρα, εκτός από την προσπάθεια μείωσης των εκπομπών στο εσωτερικό της, μπορεί να βοηθήσει στη μείωση των εκπομπών σε κάποια φτωχότερη χώρα. Οι μειώσεις που επιτυγχάνονται με αυτόν τον τρόπο και οι μειώσεις που προέρχονται από εγχώριες πολιτικές και μέτρα συμψηφίζονται και προσμετρούνται προς την επίτευξη του στόχου της βιομηχανοποιημένης χώρας. Στην αναπτυσσόμενη χώρα μένουν τα οφέλη της επένδυσης, όπως η χρήση τεχνολογιών και η μείωση των ρύπων. Κοινή Υλοποίηση (Joint Implementation - JI) ~ 11 ~

20 Οι ανεπτυγμένες χώρες και οι χώρες που η οικονομία τους βρίσκεται σε μεταβατικό στάδιο μπορούν να εφαρμόσουν από κοινού προγράμματα μείωσης της εκπομπής αερίων θερμοκηπίου στο έδαφος της μιας χώρας και μετά να «μοιραστούν» το αποτέλεσμα αυτών των προγραμμάτων (μείωση εκπομπών) κατά την περίοδο Τα προγράμματα αυτού του είδους καλούνται προγράμματα «από κοινού υλοποίησης» (JI). Στα Παραρτήματα I και II του Πρωτοκόλλου του Κιότο περιλαμβάνονται διάφορα σημαντικά στοιχεία που αφορούν στη λειτουργία των μηχανισμών που προβλέπονται από αυτό προκειμένου να αντιμετωπιστεί η κλιματική αλλαγή. Συγκεκριμένα, στο Παράρτημα I περιλαμβάνονται: τα αέρια που συμβάλλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου και συμμετέχουν στους μηχανισμούς του Κιότο. Το Πρωτόκολλο του Κιότο πραγματεύεται τις εκπομπές έξι αερίων του θερμοκηπίου: διοξείδιο του άνθρακα CO 2 (που αποτελεί το σημαντικότερο αέριο) μεθάνιο CH 2 υποξείδιο του αζώτου N 2 O υδροφθοράνθρακες HFC πλήρως φθοριωμένοι υδρογονάνθρακες ή υπερφθοράνθρακες PFC εξαφθοριούχο θείο SF 6 οι τομείς και οι κατηγορίες πηγών που είναι υπεύθυνοι για τα αέρια αυτά και οι οποίοι συμμετέχουν στους μηχανισμούς του Κιότο. Τα συμβαλλόμενα κράτη στο Παράρτημα Ι της σύμβασης, όπως περιγράψαμε και παραπάνω δεσμεύονται συλλογικά να μειώσουν τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου, κατά 5,2%, τουλάχιστον, σε σύγκριση με τα επίπεδα του 1990, την περίοδο Το παράρτημα ΙΙ, ορίζει τις αριθμητικές δεσμεύσεις τις οποίες αναλαμβάνουν τα συμβαλλόμενα κράτη. Στις 31 Μαΐου 2002, η Ευρωπαϊκή Ένωση των τότε 15 κρατών μελών επικύρωσε το πρωτόκολλο του Κιότο. Δεσμεύθηκε έτσι για συνολική μείωση των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου κατά 8% την περίοδο Το πρωτόκολλο ετέθη σε ισχύ στις 16 Φεβρουαρίου 2005, ύστερα από την υπογραφή του από τη Ρωσία. Αρκετές εκβιομηχανισμένες χώρες αρνήθηκαν να επικυρώσουν το πρωτόκολλο, μεταξύ των οποίων οι Ηνωμένες Πολιτείες που αρνούνται συστηματικά να υπογράψουν το Πρωτόκολλο, παρόλο που αποτελούν τον μεγαλύτερο ρυπαντή παγκοσμίως. Οι Ηνωμένες Πολιτείες λάμπουν δια της απουσίας τους από το Πρωτόκολλο του Κιότο. Ο μεγαλύτερος ρυπαντής του κόσμου αποχώρησε το 2001, όταν ο ~ 12 ~

21 πρόεδρος Μπους αμφισβήτησε την επιστημονική βασιμότητα του φαινομένου του θερμοκηπίου, θεωρώντας τη συνθήκη, πολύ ακριβή για την αμερικανική οικονομία. Χωρίς τη συμμετοχή των ΗΠΑ, όμως, το Πρωτόκολλο του Κιότο, δεν έχει και πολλές ελπίδες επιβίωσης, ισχυρίζονται οι σκεπτικιστές. Το σύνολο των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) των ΗΠΑ ανέρχεται σε 5,41 δισεκατομμύρια τόνους ετησίως, σχεδόν το ένα τέταρτο των συνολικών εκπομπών CO 2 παγκοσμίως. Οι εκπομπές στις ΗΠΑ αυξάνονται συνεχώς και είναι πλέον κατά 11% υψηλότερες από αυτές του 1990, αν και όταν προσωρινά δήλωσαν συμμετοχή στο Κιότο είχαν υποσχεθεί μείωση κατά 6%. Η Ελλάδα έχει δεσμευτεί ότι οι εκπομπές της δεν θα αυξηθούν περισσότερο από 25% πάνω από τα επίπεδα του 1990 κατά την περίοδο Το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών εκτιμά ότι αν συνεχιστεί ο σημερινός ρυθμός αύξησης των εκπομπών, η χώρα μας δεν πρόκειται να εκπληρώσει τις υποχρεώσεις της απέναντι στο Πρωτόκολλο του Κιότο. Η παρούσα δεσμευτική περίοδος για τις χώρες που έχουν υπογράψει το Πρωτόκολλο εκπνέει στο τέλος του Στο τέλος του Νοεμβρίου οι κυβερνήσεις αναμένεται να συναντηθούν στη Ντόχα του Κατάρ για την υπογραφή μιας νέας συμφωνίας η οποία θα υπογραφεί το 2015 και θα τεθεί σε ισχύ το ΟΙ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Εξ ορισμού ανανεώσιμη πηγή ενέργειας σημαίνει ανεξάντλητη πηγή ενέργειας σε αντίθεση με το σύνολο των συμβατικών καυσίμων, των οποίων τα βεβαιωμένα αποθέματα του πλανήτη μας αναμένεται να εξαντληθούν σε σύντομο χρονικό διάστημα. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), ή μη συμβατικές μορφές ενέργειας, ή ήπιες μορφές ενέργειας, ή καθαρές πηγές ενέργειας, ή εναλλακτικές πηγές ενέργειας είναι μορφές εκμεταλλεύσιμης ενέργειας που προέρχονται από διάφορες φυσικές διαδικασίες, όπως τον άνεμο, τη γεωθερμία, τον ήλιο, το νερό, τη βιομάζα, τα κύματα, υπάρχουν σε αφθονία στο φυσικό μας περιβάλλον, δεν εξαντλούνται, αλλά διαρκώς ανανεώνονται και δύνανται να μετατραπούν σε ηλεκτρική ή θερμική ενέργεια. Ο όρος ανανεώσιμες αναφέρεται στο γεγονός ότι οι μορφές αυτές είναι σε αφθονία στο φυσικό περιβάλλον και για τη χρησιμοποίησή τους, δεν επηρεάζεται η ροή ενέργειας που ήδη υπάρχει στη φύση. Ο όρος ήπιες αναφέρεται σε δύο βασικά τους χαρακτηριστικά. Καταρχάς, για την εκμετάλλευσή τους δεν απαιτείται κάποια ενεργειακή παρέμβαση όπως η ~ 13 ~

22 εξόρυξη, άντληση ή καύση, όπως με τις μέχρι τώρα χρησιμοποιούμενες πηγές ενέργειας, αλλά απλώς η εκμετάλλευση της ήδη υπάρχουσας ροής ενέργειας στη φύση. Δεύτερον, πρόκειται για καθαρές μορφές ενέργειας, πολύ φιλικές στο περιβάλλον, που δεν αποδεσμεύουν υδρογονάνθρακες και διοξείδιο του άνθρακα ή τοξικά απόβλητα, όπως οι υπόλοιπες πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται σε μεγάλη κλίμακα. Ο όρος εναλλακτικές χρησιμοποιείται για να τονίσει τη διαφορά τους από τις μέχρι σήμερα ευρέως χρησιμοποιούμενες μορφές ενέργειας, υποδηλώνει δηλαδή κάτι το καινούριο, κάτι το διαφορετικό από τα ήδη καθιερωμένα δεδομένα. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι οι ακόλουθες: Η ενέργεια από βιομάζα. Η γεωθερμική ενέργεια. Η ηλιακή ενέργεια. Η υδροηλεκτρική ενέργεια. Η ενέργεια από κύματα. Η ενέργεια από παλίρροιες. Η αιολική ενέργεια. Αυτές οι μορφές ενέργειας, βασίζονται κατά πλειοψηφία στην ηλιακή ακτινοβολία, με εξαίρεση τη γεωθερμική ενέργεια, η οποία είναι ροή ενέργειας από το εσωτερικό του φλοιού της γης, και την ενέργεια απ' τις παλίρροιες που εκμεταλλεύεται τη βαρύτητα. Οι ΑΠΕ θεωρούνται από πολλούς μια αφετηρία για την επίλυση των οικολογικών προβλημάτων που αντιμετωπίζει η γη. Γι αυτό το λόγο, τα τελευταία χρόνια παρατηρείται στροφή προς τη χρησιμοποίησή τους. Η χρήση και η εφαρμογή τους από τον άνθρωπο αναμφισβήτητα έχει και θετικά αλλά και αρνητικά αποτελέσματα. Πλεονεκτήματα των ΑΠΕ Όπως δηλώνει και η ονομασία τους, αποτελούν καθαρές μορφές ενέργειας, ήπιες προς το περιβάλλον. Η χρήση τους δεν επιβαρύνει τα οικοσυστήματα των περιοχών εγκατάστασής τους, και παράλληλα αντικαθιστά ρυπογόνες πηγές ενέργειας, όπως ο άνθρακας, το πετρέλαιο και η πυρηνική ενέργεια, γι αυτό και η χρήση τους είναι γενικά αποδεκτή από το κοινωνικό σύνολο. Αποτελούν ανεξάντλητες πηγές ενέργειας, μιας και βασίζονται στην ηλιακή ακτινοβολία δεν πρόκειται να εξαντληθούν όσο υπάρχει ο ήλιος. (εξαίρεση αποτελεί η γεωθερμική ενέργεια η οποία ανανεώνεται σε κλίμακα χιλιετιών.) Οι περισσότερες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας δεν έχουν μεγάλο λειτουργικό κόστος και η ανάγκη για συντήρηση του εξοπλισμού τους είναι μικρή. Συνήθως επιδοτούνται από τις κυβερνήσεις. ~ 14 ~

23 Βοηθούν στην αποκέντρωση του ενεργειακού συστήματος αφού είναι διάσπαρτες γεωγραφικά και συμβάλλουν στην ενεργειακή αυτάρκεια μικρών και αναπτυσσόμενων χωρών, καθώς ελαχιστοποιούν την εξάρτησή τους από το πετρέλαιο. Οι επενδύσεις στις ΑΠΕ δημιουργούν πολλές θέσεις εργασίας ιδιαίτερα σε τοπικό και περιφερειακό επίπεδο. Μειονεκτήματα των ΑΠΕ Ο συντελεστής απόδοσής του είναι αρκετά μικρός της (κυμαίνεται μεταξύ 25% και 35%) και αυτός είναι ο λόγος που προς το παρόν χρησιμοποιούνται ως συμπληρωματικές και εφεδρικές πηγές ενέργειας σε συνδυασμό πάντοτε με κάποια άλλη πηγή ενέργειας. Υπάρχει στοχαστικότητα στην εμφάνιση μερικών ΑΠΕ (αιολικής, υδροηλεκτρικής και ηλιακής ενέργειας), η οποία εξαρτάται από την εποχή του έτους, το γεωγραφικό πλάτος, το κλίμα και τις καιρικές συνθήκες της περιοχής στην οποία εγκαθίστανται. Σε περίπτωση διασύνδεσης με το ηλεκτρικό δίκτυο η παραγόμενη ενέργεια δεν πληροί πάντοτε τις τεχνικές απαιτήσεις του δικτύου με αποτέλεσμα να είναι απαραίτητη η τοποθέτηση αυτοματισμών ελέγχου, μηχανημάτων ρυθμίσεως τάσης και συχνότητας, καθώς και ελέγχου της άεργης ισχύος. Σε περιπτώσεις αυτόνομων μονάδων είναι απαραίτητη η ύπαρξη συστημάτων αποθήκευσης της παραγόμενης ενέργειας σε μια προσπάθεια να έχουμε εξισορρόπηση μεταξύ της ζητηθείσας και της διαθέσιμης ενέργειας. Το γεγονός αυτό συνεπάγεται αυξημένο αρχικό κόστος (λόγω της προσθήκης του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας) και βέβαια επιπλέον απώλειες ενέργειας κατά τις φάσεις μετατροπής και αποθήκευσης καθώς και αυξημένες υποχρεώσεις συντήρησης και εξασφάλισης της ομαλής λειτουργίας. Υψηλό κόστος αρχικής επένδυσης για την εγκατάσταση μιας μονάδας παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ. Βέβαια τα τελευταία χρόνια παρατηρείται μια συμπίεση των τιμών λόγω του ανταγωνισμού των εταιριών αλλά και της συνεχούς εξέλιξης της τεχνολογίας. ΒΙΟΜΑΖΑ ~ 15 ~

24 Βιομάζα ονομάζουμε οποιοδήποτε υλικό παράγεται από ζωντανούς οργανισμούς (όπως είναι το ξύλο και άλλα προϊόντα του δάσους, υπολείμματα καλλιεργειών, κτηνοτροφικά απόβλητα, απόβλητα βιομηχανιών τροφίμων κλπ.) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για παραγωγή ενέργειας. Είναι δηλαδή τα υπολείμματα φυτών και τ απορρίμματα ζωικών οργανισμών, που μπορούν με κατάλληλες χημικές ή βιολογικές διεργασίες να παράγουν τα βιοκαύσιμα. Η ενέργεια της βιομάζας είναι δευτερογενής ηλιακή ενέργεια κι αυτό γιατί στην πραγματικότητα είναι αποθηκευμένη ηλιακή ενέργεια που δεσμεύτηκε από τα φυτά κατά τη φωτοσύνθεση, ενώ οι ζωικοί οργανισμοί προσλαμβάνουν αυτή την ενέργεια με την τροφή τους και αποθηκεύουν ένα μέρος της. Αυτή την ενέργεια αποδίδει τελικά η βιομάζα, μετά την επεξεργασία και τη χρήση της. Κατά τη φωτοσυνθετική διαδικασία η χλωροφύλλη των φυτών μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια μαζί με το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα και μαζί με ανόργανα στοιχεία από το έδαφος, σε χημική ενέργεια που αποθηκεύεται στα φυτά, τη βιομάζα και σε οξυγόνο. Ηλιακή ενέργεια + Η 2 Ο + CO 2 + Ανόργανα Στοιχεία Βιομάζα + Ο 2 Κύριες πηγές της βιομάζας είναι: Υπολείμματα της γεωργικής παραγωγής (υπολείμματα ξυλείας, σοδειάς, κλαδιά δέντρων, στελέχη βάμβακος) καθώς και τα κατάλοιπα που προέρχονται από την επεξεργασία των παραπάνω τα οποία μπορούν να δημιουργήσουν βιομάζα όπως το πριονίδι και τα ελαιοπυρηνόξυλα. Υπολείμματα των βιομηχανιών επεξεργασίας γεωργικών προϊόντων και παραγωγής τροφίμων, παραπροϊόντα και απόβλητα κτηνοτροφίας, παραπροϊόντα επεξεργασίας ξύλου. ~ 16 ~

25 Υγρά απόβλητα και το μεγαλύτερο μέρος από τα αστικά απορρίμματα (υπολείμματα τροφών, χαρτί κ.ά.) και τα βιομηχανικά λύματα τα οποία έχουν υποστεί βιολογική επεξεργασία. Φυτικοί οργανισμοί που προέρχονται από φυτικά οικοσυστήματα όπως τα δάση, τα φυτά και τα φύκια καθώς και ειδικές καλλιέργειες δασικών και γεωργικών ειδών όπως ο ευκάλυπτος και το καλάμι, φυτομάζα από κλάδεμα δενδροκαλλιεργειών, βοηθητικά φυτά (βοσκές, καλαμιές) και αναξιοποίητη δασική ύλη αλλά και οι πρότυπες ενεργειακές καλλιέργειες. Η βιομάζα είναι η πιο παλιά και διαδεδομένη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Ο πρωτόγονος άνθρωπος, για να ζεσταθεί και να μαγειρέψει, χρησιμοποίησε την ενέργεια (θερμότητα) που προερχόταν από την καύση των ξύλων, που είναι ένα είδος βιομάζας. Αλλά και μέχρι σήμερα, κυρίως οι αγροτικοί πληθυσμοί, τόσο της Αφρικής, της Ινδίας και της Λατινικής Αμερικής, όσο και της Ευρώπης, για να ζεσταθούν, να μαγειρέψουν και να φωτιστούν χρησιμοποιούν ξύλα, φυτικά υπολείμματα (άχυρα, πριονίδια, άχρηστους καρπούς ή κουκούτσια κ.ά.) και ζωικά απόβλητα (κοπριά, λίπος ζώων, άχρηστα αλιεύματα κ.ά.). Η βιομάζα αξιοποιείται για την κάλυψη αναγκών θέρμανσης ή και ηλεκτρισμού σε γεωργικές και βιομηχανικές περιοχές, στην παραγωγή υγρών και αερίων καυσίμων (κύρια αιθανόλη, υδρογονάνθρακες, μεθάνιο, υδρογόνο, υδρόθειο και μονοξείδιο του άνθρακα) με βιοχημικά και θερμοχημική μετατροπή της βιομάζας αντίστοιχα. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σαν συμπληρωματικό καύσιμο στους ηλεκτρικούς σταθμούς, που χρησιμοποιούν γεωλογικά καύσιμα, με ταυτόχρονη ελάττωση των οξειδίων θείου και αζώτου (κυρίως με χρήση υπολειμμάτων ξύλου). Ευρεία είναι η χρήση της βιομάζας για θέρμανση θερμοκηπίων, στις ενεργειακές καλλιέργειες και ως βιοαέριο σε αγροτικές περιοχές. Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα της Βιομάζας Η βιομάζα είναι μία ιδιαίτερα φιλική προς το περιβάλλον πηγή ενέργειας που τα αποθέματά της είναι ικανά να αντικαταστήσουν με ιδιαίτερη αποτελεσματικότητα τις πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται ευρέως σήμερα όπως το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και ο άνθρακας. Επιπλέον, αντίθετα από τα ορυκτά καύσιμα, η βιομάζα είναι ανανεώσιμη καθώς απαιτείται μόνο μια σύντομη χρονική περίοδος για να αναπληρωθεί ό, τι χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από τη χρήση της βιομάζας είναι: Η βιομάζα είναι ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και παρέχει ενέργεια αποθηκευμένη με χημική μορφή. Η αξιοποίηση της μπορεί να γίνει με μετατροπή της σε μεγάλη ποικιλία προϊόντων, με διάφορες μεθόδους. Η καύση της βιομάζας έχει μηδενικό ισοζύγιο διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ), δε συνεισφέρει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, επειδή οι ποσότητες του ~ 17 ~

26 διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) που απελευθερώνονται κατά την καύση της βιομάζας δεσμεύονται πάλι από τα φυτά κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης για τη δημιουργία της βιομάζας. Η μηδαμινή ύπαρξη του θείου, που παράγεται κατά την καύση των ορυκτών καυσίμων, στη βιομάζα συμβάλλει σημαντικά στον περιορισμό των εκπομπών του διοξειδίου του θείου (SO 2 ) που είναι υπεύθυνο για την όξινη βροχή. Εφόσον η βιομάζα είναι εγχώρια πηγή ενέργειας, η αξιοποίησή της σε ενέργεια συμβάλλει σημαντικά στη μείωση της εξάρτησης από εισαγόμενα καύσιμα και βελτίωση του εμπορικού ισοζυγίου, στην εξασφάλιση του ενεργειακού εφοδιασμού και στην εξοικονόμηση του συναλλάγματος. Η ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας σε μια περιοχή αυξάνει την απασχόληση στις αγροτικές περιοχές με τη χρήση εναλλακτικών καλλιεργειών (διάφορα είδη ελαιοκράμβης, σόργο, καλάμι) τη δημιουργία εναλλακτικών αγορών για τις παραδοσιακές καλλιέργειες (ηλίανθος κ.ά.), και τη συγκράτηση του πληθυσμού στις εστίες τους, συμβάλλοντας έτσι στη κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη της περιοχής. Μελέτες έχουν δείξει ότι η παραγωγή υγρών βιοκαυσίμων έχει θετικά αποτελέσματα στον τομέα της απασχόλησης τόσο στον αγροτικό όσο και στο βιομηχανικό χώρο. Τέλος, ισχυρά είναι και τα κοινωνικά κίνητρα των εταιριών, όταν με την επιλογή της βιομάζας επιλύουν το πρόβλημα διάθεσης των απορριμμάτων των πελατών τους. Από την άλλη, σα μορφή ενέργειας η βιομάζα χαρακτηρίζεται από μειονεκτήματα που σχετίζονται με τη χρησιμοποίησή της και αυτά είναι: Πολυμορφία, χαμηλό ενεργειακό περιεχόμενο, σε σύγκριση με τα ορυκτά καύσιμα, λόγω χαμηλής πυκνότητας και υψηλής περιεκτικότητας σε νερό. Αυτό έχει σαν συνέπεια να είναι δύσκολη η ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας και έτσι το κόστος μετατροπής της σε πιο εύχρηστες μορφές ενέργειας να είναι υψηλό. Εποχικότητα, μεγάλη διασπορά που δυσκολεύουν τη συνεχή τροφοδοσία με πρώτη ύλη των μονάδων ενεργειακής αξιοποίησης της βιομάζας και αυξάνουν το κόστος μεταφοράς. Βάση των παραπάνω παρουσιάζονται δυσκολίες κατά τη συλλογή, μεταφορά, και αποθήκευση της βιομάζας που αυξάνουν το κόστος της ενεργειακής αξιοποίησής της. Οι σύγχρονες και βελτιωμένες τεχνολογίες μετατροπής της βιομάζας απαιτούν υψηλό κόστος εξοπλισμού, συγκρινόμενες με αυτό των συμβατικών καυσίμων. Στα μειονεκτήματα της στερεάς βιομάζας ως καυσίμου θερμικών σταθμών για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, περιλαμβάνεται η χαμηλή θερμογόνος της δύναμη και η ακαταλληλότητά της για μηχανές εσωτερικής καύσης ή αεριοστρόβιλους. Για τους λόγους αυτούς επιδιώκεται συχνά η μετατροπή της σε άλλη μορφή ή φάση που είναι δαπανηρή και δύσκολη. ~ 18 ~

27 Το μέλλον της Βιομάζας Φαίνεται ότι οι συμβατικές πηγές ενέργειας συνεχώς και εξαντλούνται και ο παγκόσμιος πληθυσμός σχεδόν διπλασιάστηκε με αποτέλεσμα οι ενεργειακές ανάγκες του παγκόσμιου πληθυσμού να είναι πλέον πολύ μεγαλύτερες. Το αποτέλεσμα της εξάντλησης αυτών των πηγών ενέργειας που ο πλανήτης δημιούργησε εδώ και εκατομμύρια χρόνια είναι ότι ο άνθρωπος μέσα σε δύο αιώνες κατάφερε να εξαντλήσει αυτές τις μορφές ενέργειας με τεράστιες επιπτώσεις σε όλο τον πλανήτη με το φαινόμενο του θερμοκηπίου, την όξινη βροχή κλπ. Έτσι η ανάπτυξη της βιομάζας ως πηγής ενέργειας είναι απαραίτητη παρόλα τα κάποια μειονεκτήματα που υπάρχουν και είναι η απαραίτητη η συμβολή και των πολιτών αλλά και της πολιτείας για να πραγματοποιηθεί αυτό το εγχείρημα. Τα θετικά από την αξιοποίηση της βιομάζας θα είναι συντριπτικά περισσότερα από τα αρνητικά τόσο για τη προστασία του περιβάλλοντος όσο και για τους τομείς της οικονομίας και της ενέργειας αρκεί να γίνει ολική εκμετάλλευση των τεραστίων εκτάσεων ανεκμετάλλευτων ποσοτήτων βιομάζας καθώς και του εργατικού δυναμικού που μπορεί να ασχοληθεί για την αξιοποίηση αυτών των ποσοτήτων Η έρευνα και η τεχνολογική πρόοδος που έχουν πραγματοποιηθεί τα τελευταία δέκα χρόνια έχουν καταστήσει τις τεχνολογίες ενεργειακής μετατροπής της βιομάζας εξαιρετικά ελκυστικές σε παγκόσμιο επίπεδο. Οι προοπτικές, μάλιστα, της βιοενέργειας καθίστανται διαρκώς μεγαλύτερες και πιο ελπιδοφόρες. Στις πιο προηγμένες οικονομικά χώρες, αναμένεται να καλύπτει σημαντικό τμήμα της ενεργειακής παραγωγής μελλοντικά. Προς το παρόν, η βιομάζα παγκοσμίως παραμένει σε γενικές γραμμές ανεκμετάλλευτη. Έτσι κατά μέσο όρο σε όλο το πλανήτη γίνεται εκμετάλλευση του 14% περίπου της συνολικής βιομάζας. Η απλούστερη μέθοδος μετατροπής της ποώδους βιομάζας σε πιο βολική και αποδοτικότερη καύσιμη ύλη είναι η παραγωγή συμπυκνωμάτων ή συσσωματωμάτων για την μείωση του όγκου της και αφαίρεση μέρους της υγρασίας της. Οι δύο βασικοί τύποι τέτοιων συσσωματωμάτων βιομάζας είναι οι μπρικέτες και τα πελλέτες, τα οποία είναι κυλινδρικής μορφής τις περισσότερες φορές. Χρήση της Βιομάζας στην Ελλάδα Στην Ελλάδα υπάρχει μεγάλη διαθεσιμότητα πελλετών βιομάζας, αφού λειτουργούν 5 εργοστάσια παραγωγής πελλετών, ενώ εντός του 2010 μπήκε στην παραγωγή και ένα 6ο στο Νευροκόπι που είναι και το μεγαλύτερο στη χώρα. Η χρήση της βιομάζας δεν είναι χαρακτηριστικό της σύγχρονης εποχής αφού μέχρι το τέλος του 19ου αιώνα χρησιμοποιούνταν αποκλειστικά τα καυσόξυλα που ήταν η βιομάζα της τότε περιόδου. Στις μέρες μας γίνεται συνολική εκμετάλλευση ~ 19 ~

28 μόλις του 3% της βιομάζας στη χώρα μας. Χρησιμοποιείται για τη θέρμανση των θερμοκηπίων, στην παραγωγή των ελιών, για το μαγείρεμα, για τη θέρμανση των σπιτιών, και σε περιορισμένη ποσότητα στις βιομηχανίες. Παρότι ακόμη η παραγωγή βιομάζας στην Ελλάδα κυμαίνεται σε ιδιαίτερα χαμηλά επίπεδα, το μέλλον διαφαίνεται ιδιαίτερα αισιόδοξο γιατί υπάρχουν μεγάλες ποσότητες ανεκμετάλλευτες που μπορούν να μετατραπούν σε βιομάζα και οι τιμές της βιομάζας μπορεί να είναι αρκετά πιο συμφέρουσες για τις τσέπες των Ελλήνων πολιτών από τις συμβατικές πηγές ενέργειας. ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Γεωθερμία ή γεωθερμική ενέργεια ονομάζουμε τη φυσική θερμική ενέργεια της γης που ρέει από το θερμό εσωτερικό του πλανήτη προς την επιφάνεια, είναι δηλαδή η θερμική ενέργεια των πετρωμάτων, του εσωτερικού της γης. Η ενέργεια αυτή σχετίζεται με την ηφαιστειότητα και τις ειδικότερες γεωλογικές και γεωτεκτονικές συνθήκες κάθε περιοχής. Υπάρχουν περιοχές της γης (ονομαζόμενες γεωθερμικά πεδία), που η θερμική ενέργεια των πετρωμάτων της γης εμφανίζεται επιφανειακά, υπό μορφή ζεστού νερού (60 C C), υγρού ατμού (νερό με πίεση μεγαλύτερη της ατμοσφαιρικής και θερμοκρασία μεγαλύτερη των 100 C) ή κεκορεσμένου ξηρού ατμού. Η γη αποτελείται από τρία ανομοιογενή, ομόκεντρα στρώματα που έχουν διαφορετικές θερμοκρασίες, σύσταση και πυκνότητα, το φλοιό, το μανδύα και τον πυρήνα, συνολικού πάχους 6.371km περίπου. ~ 20 ~

29 75km. Ο φλοιός αποτελεί την εξωτερική στοιβάδα της γης και έχει πάχος από 5 έως Ο μανδύας είναι το αμέσως επόμενο στρώμα και φτάνει μέχρι το βάθος των 2.900km. Έχει αβέβαιη σύσταση. Το άνω μέρος του μανδύα συνίσταται κυρίως από ενώσεις του πυριτίου με βαρέα μέταλλα, ενώ το κάτω μέρος συγκροτείται από θειούχες, οξυγονούχες και πυριτικές ενώσεις του σιδήρου, του μαγνησίου και άλλων βαρέων μετάλλων. Το ανώτερο τμήμα του μανδύα και ο φλοιός αποτελούν τη λιθόσφαιρα. Ο πυρήνας διακρίνεται σε εξωτερικό που είναι σε υγρή/ρευστή κατάσταση και αποτελείται κυρίως από σίδηρο, και σε εσωτερικό που είναι σε στερεή κατάσταση. Όσο προσχωρούμε προς το κέντρο της γης, η θερμοκρασία της αυξάνει, με αποτέλεσμα η ροή θερμότητας να γίνεται από το εσωτερικό προς το εξωτερικό της γης. Ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας ονομάζεται «γεωθερμική βαθμίδα» και στο στρώμα της λιθόσφαιρας έχει κανονική τιμή περίπου 30 C/km. Το φαινόμενο κατά το οποίο σε μια περιοχή η θερμοκρασία αυξάνει με ταχύτερο ρυθμό ονομάζεται γεωθερμική ανωμαλία και παρατηρείται σε περιοχές όπου συντρέχουν ειδικές γεωλογικές συνθήκες και όπου είναι πιθανό να υπάρχει εκμεταλλεύσιμη γεωθερμική ενέργεια. Για να υφίσταται διαθέσιμο θερμό νερό ή ατμός σε μια περιοχή, πρέπει να υπάρχει κάποιος ταμιευτήρας αποθήκευσής του. Η γεωμορφολογία της περιοχής πρέπει να είναι κατάλληλη ώστε το βρόχινο νερό να μπορεί να διεισδύσει σε αυτούς οι οποίοι με τη σειρά τους πρέπει να βρίσκονται κοντά σε ένα θερμικό κέντρο. Η αυξημένη ροή θερμότητας, λόγω της έντονης τεκτονικής και μαγματικής δραστηριότητας, δημιούργησε εκτεταμένες θερμικές ανωμαλίες, με μέγιστες τιμές γεωθερμικής βαθμίδας που πολλές φορές ξεπερνούν του 100 C/km. Σε κατάλληλες γεωλογικές συνθήκες, η ενέργεια αυτή θερμαίνει «ρηχούς» υπόγειους ταμιευτήρες ρευστών σε θερμοκρασίες μέχρι 100 C. Στην περίπτωση αυτή, το νερό του ταμιευτήρα θερμαίνεται και ανεβαίνει προς την επιφάνεια, ενώ το ψυχρότερο νερό κατεβαίνει βαθύτερα όπου στη συνέχεια θερμαίνεται. Τα γεωθερμικά ρευστά εμφανίζονται κάποιες φορές επιφανειακά με τη μορφή θερμού νερού ή ατμού, ενώ άλλες φορές πρέπει να γίνει γεώτρηση. Η γεωθερμική ενέργεια, θερμότητα που εκλύεται από τον πυρήνα της γης, αξιοποιείται ήδη από το 1904 για την παραγωγή καθαρής, «πράσινης» ενέργειας. Το μυστικό για την παραγωγή ενέργειας κρύβεται στα γεωθερμικά ρευστά, δηλαδή σε υπόγειες δεξαμενές νερού από θαλάσσια ή άλλα νερά, τα οποία θερμαίνονται σε θερμοκρασίες που συχνά υπερβαίνουν τους 350 C, λόγω της επαφής τους με πετρώματα που έχουν ήδη θερμανθεί από τη λάβα που βρίσκεται στο εσωτερικό της γης. ~ 21 ~

30 Μεγάλη σημασία για τον άνθρωπο έχει η αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας για την κάλυψη αναγκών του, καθώς είναι μια πρακτικά ανεξάντλητη πηγή ενέργειας. Οι εφαρμογές της γεωθερμικής ενέργειας ποικίλουν ανάλογα με τη θερμοκρασία και περιλαμβάνουν: Όταν η θερμοκρασία είναι χαμηλή, η γεωθερμική ενέργεια αξιοποιείται για τη θέρμανση κατοικιών και άλλων κτιρίων ή κτιριακών εγκαταστάσεων, (με καλοριφέρ για θ > 60 C, με αερόθερμα για θ > 40 C, με ενδοδαπέδιο σύστημα για θ > 25 C), για τη θέρμανση θερμοκηπίων και εδαφών επειδή τα φυτά αναπτύσσονται γρηγορότερα και γίνονται μεγαλύτερα με τη θερμότητα (για θερμοκρασίες θ > 25 C), ή και για αντιπαγετική προστασία, για θέρμανση κτηνοτροφικών μονάδων, ιχθυοκαλλιεργειών (για θερμοκρασίες θ > 15 C) επειδή τα ψάρια χρειάζονται ορισμένη θερμοκρασία για την ανάπτυξή τους. Επίσης, χρησιμοποιείται για ψύξη και κλιματισμό (με αντλίες θερμότητας απορρόφησης για θ > 60 C, ή με υδρόψυκτες αντλίες θερμότητας για θ < 30 C), σε βιομηχανικές εφαρμογές όπως αφαλάτωση θαλασσινού νερού για την παραγωγή γλυκού νερού (για θερμοκρασίες θ > 60 C), ξήρανση αγροτικών προϊόντων, σε θερμά λουτρά (για θερμοκρασίες από 25 C έως 40 C). Στις περιπτώσεις που τα γεωθερμικά ρευστά έχουν μέση θερμοκρασία (80 ο C έως 150 C), η γεωθερμική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με δυαδικό κύκλο (με κλειστό κύκλωμα φρέον που έχει χαμηλό σημείο ζέσεως), σε βιομηχανίες, θερμοκήπια και για τη θέρμανση κατοικιών ή και ξήρανση ξυλείας και αγροτικών προϊόντων. Όταν η θερμοκρασία είναι υψηλή (θ > 150 C), η γεωθερμική ενέργεια χρησιμοποιείται συνήθως για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας η θερμική ενέργεια των πετρωμάτων της γης απορροφάται με τροφοδότηση αλμυρού νερού σε γεώτρηση βάθους 500m m και με άντλησή του από άλλη κοντινή γεώτρηση. Αν το γεωθερμικό πεδίο διαθέτει ξηρό ατμό, τροφοδοτείται απευθείας ένας ατμοστρόβιλος χαμηλής πίεσης, ενώ αν διαθέτει υγρό ατμό τροφοδοτείται ένας εναλλάκτης θερμότητας, που προσδίδει τη θερμότητα σε δευτερεύοντα υγρά εργασίας (π.χ. φρέον) για να κινήσουν το στρόβιλο. Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα της Γεωθερμικής Ενέργειας Συγκρινόμενη με τις άλλες Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), η γεωθερμία δεν υστερεί σε περιβαλλοντικά οφέλη. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από τη χρήση της γεωθερμικής ενέργειας είναι: Καθαρότερη ατμόσφαιρα αφού η γεωθερμική ενέργεια ρε ρυπαίνει το περιβάλλον και δεν εκπέμπει αέρια του θερμοκηπίου, όπως το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) και το μονοξείδιο του άνθρακα (CO), διοξείδιο του θείου ~ 22 ~

31 (SO 2 ) και άλλα βλαβερά μικροσωματίδια που εκπέμπουν οι συμβατικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας. Μικρή απαίτηση γης και μικρό λειτουργικό κόστος, αν και το κόστος παγίων είναι σημαντικά αυξημένο σε σχέση και με τις συμβατικές μορφές ενέργειας. Η έκταση γης που απαιτείται για την αξιοποίηση της γεωθερμίας (π.χ. για την εγκατάσταση της μονάδας, το χώρο για τις γεωτρήσεις, τις σωληνώσεις μεταφοράς και τους δρόμους πρόσβασης) είναι γενικά μικρότερη από την έκταση της γης που απαιτούν άλλες μορφές ενέργειας (ατμοηλεκτρικοί σταθμοί άνθρακα). Εφόσον η γεωθερμία αποτελεί τοπική πηγή ενέργειας, η αξιοποίησή της συμβάλλει σημαντικά στη μείωση της ενεργειακής εξάρτησης μιας χώρας από εισαγόμενα καύσιμα, στην οικονομική ανάπτυξη της γεωθερμικής περιοχής, στην εξοικονόμηση φυσικών πόρων, κυρίως με την ελάττωση κατανάλωσης των εγχώριων αποθεμάτων λιγνίτη και στην εξοικονόμηση του συναλλάγματος. Συνεχής παροχή ενέργειας, με υψηλό συντελεστή λειτουργίας (90%). Γενικά, η αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας συναντά ορισμένα βασικά προβλήματα, τα οποία θα πρέπει να λυθούν ικανοποιητικά για την οικονομική εκμετάλλευση της εναλλακτικής αυτής μορφής ενέργειας. Όλα αυτά τα προβλήματα σχετίζονται άμεσα με την ιδιάζουσα χημική σύσταση των περισσότερων γεωθερμικών ρευστών. Τα μειονεκτήματα τα οποία παρουσιάζονται είναι: Τα γεωθερμικά ρευστά λόγω της υψηλής θερμοκρασίας και της παραμονής τους σε επαφή με διάφορα πετρώματα περιέχουν κατά κανόνα σημαντικές ποσότητες διαλυμένων αλάτων και αερίων. Η αλλαγή των θερμοδυναμικών χαρακτηριστικών των ρευστών στο στάδιο της εκμετάλλευσής τους μπορεί να δημιουργήσει συνθήκες ευνοϊκές τόσο για τη χημική προσβολή των μεταλλικών επιφανειών, όσο και για την απόθεση ορισμένων διαλυμένων ή αιωρούμενων στερεών και την απελευθέρωση στο περιβάλλον επιβλαβών ουσιών. Ανησυχία επίσης, προκαλεί η διάθεση των γεωθερμικών νερών στους υδάτινους αποδέκτες. Λόγω της υψηλής θερμοκρασίας και της περιεκτικότητάς του σε διάφορα χημικά συστατικά, το γεωθερμικό ρευστό προτού διατεθεί σε υδάτινους αποδέκτες θα πρέπει να υποστεί κάποια επεξεργασία και να μειωθεί η θερμοκρασία του. Η περιβαλλοντικά περισσότερο αποδεκτή μέθοδος διάθεσης των γεωθερμικών ρευστών είναι η επανεισαγωγή τους στον ταμιευτήρα. Το υδρόθειο (H 2 S), λόγω της έντονης οσμής του και της σχετικής τοξικότητάς του, ο θόρυβος και ο φόβος για τη δημιουργία μικροσεισμικότητας και καθιζήσεων κατά τη φάση της έρευνας, την ανόρυξης γεωτρήσεων, των δοκιμών και της κατασκευής της μονάδας είναι υπεύθυνοι τις περισσότερες φορές για τη προκατάληψη που εκδηλώνεται κατά της γεωθερμίας. ~ 23 ~

32 Η Γεωθερμία σε Παγκόσμιο Επίπεδο Παγκοσμίως, η εγκατεστημένη ισχύς των ηλεκτρικών σταθμών, που χρησιμοποιούν γεωθερμική ενέργεια, είναι περίπου 9.000MW. Η απόδοση αυτών των σταθμών είναι μικρότερη των σταθμών που χρησιμοποιούν γεωλογικά καύσιμα, αλλά το κόστος κατασκευής τους είναι μικρότερο και φυσικά το καύσιμο δωρεάν, καθιστώντας τη γεωθερμία μια αξιόπιστη, προσιτή και απόλυτα φιλική στο περιβάλλον εναλλακτική πηγή ενέργειας. Η πρώτη βιομηχανική εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας έγινε στο Lardarello της Ιταλίας, όπου από τα μέσα του περασμένου αιώνα χρησιμοποιήθηκε ο φυσικός ατμός για να εξατμίσει τα νερά που περιείχαν βορικό οξύ αλλά και να θερμάνει διάφορα κτήρια. Το 1904 έγινε στο ίδιο μέρος η πρώτη παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος από τη γεωθερμία (σήμερα παράγονται εκεί 2,5 δισ. ΚWh/έτος). Σπουδαία είναι η αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας από την Ισλανδία, όπου καλύπτεται πολύ μεγάλο μέρος των αναγκών της χώρας σε ηλεκτρική ενέργεια και θέρμανση. Η Διεθνής Γεωθερμική Ένωση (IGA) αναφέρει ότι το 2010, 72 χώρες είχαν αναπτύξει γεωθερμικές εφαρμογές χαμηλής-μέσης θερμοκρασίας, με εγκατεστημένη παραγωγική ισχύ MWe κάτι που δηλώνει σημαντική πρόοδο σε σχέση με το 1990, όταν είχαν αναφερθεί εφαρμογές μόνο σε 28 χώρες με εγκατεστημένη ισχύ 5.831MWe παρουσιάζοντας αύξηση 75%, με μέση ετήσια αύξηση 12%. Χρήση της Γεωθερμίας στην Ελλάδα Η ανάπτυξη της γεωθερμίας εξαρτάται από ειδικούς παράγοντες, όπως πχ. το βάθος, τα χαρακτηριστικά του γεωθερμικού ταμιευτήρα, τη σύνθεση του γεωθερμικού ρευστού και την τροφοδοσία του, τη χρήση γης στην επιφάνεια του εδάφους κ.ά. Η παραγωγή ενέργειας από γεωθερμία αποτελεί έναν από τους βασικούς άξονες ανάπτυξης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και εντάσσεται στις προτεραιότητες του επιχειρησιακού σχεδίου της ΔΕΗ Ανανεώσιμες Α.Ε. Η έρευνα για την αναζήτηση γεωθερμικής ενέργειας άρχισε ουσιαστικά στη χώρα μας το 1971 με βασικό φορέα το Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών (ΙΓΜΕ) και μέχρι το 1979 (πριν από τη δεύτερη ενεργειακή κρίση) αφορούσε μόνο τις περιοχές υψηλής ενθαλπίας. Κατά την εξέλιξη των εργασιών, το 1973, η ΔΕΗ σαν άμεσα ενδιαφερόμενη για την ηλεκτροπαραγωγή, ανέλαβε τις παραγωγικές γεωτρήσεις υψηλής ενθαλπίας και την ανάπτυξη των πεδίων, χρηματοδοτώντας επιπλέον τις έρευνες στις πιθανές για τέτοια ρευστά γεωθερμικές περιοχές. Συντάχθηκε έτσι ο προκαταρκτικός χάρτης γεωθερμικής ροής του ελληνικού χώρου, όπου φάνηκε ότι η γεωθερμική ροή στην Ελλάδα είναι σε πολλές περιοχές εντονότερη από τη μέση γήινη. Από το 1971 ερευνήθηκαν οι περιοχές: Μήλος, Νίσυρος, Λέσβος, Μέθανα, Σουσάκι Κορινθίας, Καμένα Βούρλα, Θερμοπύλες, Υπάτη, Αιδηψός, Κίμωλος, Πολύαιγος, Σαντορίνη, Κως, Ικαρία, Νότια Θεσσαλία, Αλμωπία, περιοχή Στρυμόνα, περιοχή Ξάνθης, Σαμοθράκη, Λεκάνη Σπερχειού, Ακροπόταμος και άλλες. ~ 24 ~

33 Λόγω κατάλληλων γεωλογικών συνθηκών, ο Ελλαδικός χώρος διαθέτει σημαντικές γεωθερμικές πηγές και των τριών κατηγοριών (υψηλής, μέσης και χαμηλής ενθαλπίας) σε οικονομικά βάθη (100m 1.500m). Σε μερικές περιπτώσεις τα βάθη των γεωθερμικών ταμιευτήρων είναι πολύ μικρά, κάνοντας ιδιαίτερα ελκυστική, από οικονομική άποψη, τη γεωθερμική εκμετάλλευση. Το απολήψιμο γεωθερμοηλεκτρικό δυναμικό στη χώρα μας εκτιμάται ότι είναι μεταξύ 200MW και 300 MW και βρίσκεται κυρίως στις νήσους Μήλο, Νίσυρο και Λέσβο, όπου η σύνθλιψη των λιθοσφαιρικών πλακών στην περιοχή του Αιγαίου δημιούργησε το ομώνυμο ηφαιστειακό τόξο. Στη Μήλο και τη Νίσυρο έχουν ανακαλυφθεί σπουδαία γεωθερμικά πεδία και έχουν γίνει γεωτρήσεις παραγωγής (πέντε και δύο αντίστοιχα). Στη Μήλο μετρήθηκαν θερμοκρασίες μέχρι 325 C σε βάθος 1000m και στη Νίσυρο 350 C σε βάθος 1500m. Οι γεωτρήσεις αυτές θα μπορούσαν να στηρίξουν μονάδες ηλεκτροπαραγωγής 20MW και 5 ΜW, ενώ το πιθανό συνολικό δυναμικό υπολογίζεται να είναι την τάξης των 200MW και 50 MW αντίστοιχα. Στη Βόρεια Ελλάδα η γεωθερμία προσφέρεται για θέρμανση, θερμοκήπια, ιχθυοκαλλιέργειες κλπ. Στην λεκάνη του Στρυμόνα έχουν εντοπισθεί τα πολύ σημαντικά πεδία Θερμών-Νιγρίτας, Λιθότροπου-Ηράκλειας, Θερμοπηγής- Σιδηρόκαστρου και Αγγίστρου. Πολλές γεωτρήσεις παράγουν νερά μέχρι 75 C, συνήθως αρτεσιανά και πολύ καλής ποιότητας και παροχής. Μεγάλα και μικρότερα γεωθερμικά θερμοκήπια λειτουργούν στην Νιγρίτα και το Σιδηρόκαστρο. Στην πεδινή περιοχή του Δέλτα Νέστου έχουν εντοπισθεί δύο πολύ σημαντικά γεωθερμικά πεδία, στο Ερατεινό Χρυσούπολης και στο Ν. Εράσμιο Μαγγάνων Ξάνθης. Νερά αρίστης ποιότητας μέχρι 70 C και σε πολύ οικονομικά βάθη παράγονται από γεωτρήσεις στις εύφορες αυτές πεδινές περιοχές. Στην Ν. Κεσσάνη και στο Πόρτο Λάγος Ξάνθης, σε μεγάλης έκτασης γεωθερμικά πεδία, παράγονται νερά θερμοκρασίας μέχρι 82 C. Στην λεκάνη των λιμνών Βόλβης και Λαγκαδά έχουν εντοπισθεί τρία πολύ ρηχά πεδία με θερμοκρασίες μέχρι 56 C. Στην Σαμοθράκη υπάρχουν ενθαρρυντικά στοιχεία καθώς σε γεωτρήσεις βάθους μέχρι 100m βρέθηκαν νερά της τάξης των 100 C. Τα γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας είναι διάσπαρτα στη νησιωτική και ηπειρωτική Ελλάδα. Η συμβολή τους στο ενεργειακό ισοζύγιο μπορεί να γίνει σημαντική, καθόσον αποτελούν ενεργειακό πόρο φιλικό στο περιβάλλον, κοινωνικά αποδεκτό και παρουσιάζουν σημαντικό οικονομικό και αναπτυξιακό ενδιαφέρον. ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ~ 25 ~

34 Το φωτοβολταϊκό πάρκο της Κύθνου, ισχύος 0,1MW ο πρώτος διασυνδεδεμένος φωτοβολταϊκός σταθμός που λειτούργησε στην Ευρώπη. Με το όρο ηλιακή ενέργεια χαρακτηρίζουμε το σύνολο των διαφόρων μορφών ενέργειας που προέρχονται από τον ήλιο. Το φως και η θερμότητα που ακτινοβολούνται, απορροφούνται από στοιχεία και ενώσεις στη γη και μετατρέπονται σε άλλες μορφές ενέργειας. Όσον αφορά την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας, θα μπορούσαμε να πούμε ότι χωρίζεται σε τρεις κατηγορίες εφαρμογών: τα ενεργητικά θερμικά ηλιακά συστήματα, τα παθητικά ηλιακά συστήματα και τα φωτοβολταϊκά συστήματα. Η πιο απλή και διαδεδομένη μορφή των ενεργητικών θερμικών ηλιακών συστημάτων είναι οι γνωστοί σε όλους μας ηλιακοί θερμοσίφωνες, οι οποίοι απορροφούν την ηλιακή ενέργεια και στη συνέχεια, τη μεταφέρουν με τη μορφή θερμότητας σε κάποιο ρευστό, όπως το νερό για παράδειγμα. Η απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας γίνεται μέσω ηλιακών συλλεκτών, σκουρόχρωμων δηλαδή επιφανειών καλά προσανατολισμένων στον ήλιο, οι οποίες βρίσκονται σε επαφή με νερό και του μεταδίδουν μέρος της θερμότητας που παρέλαβαν. Το παραγόμενο ζεστό νερό χρησιμοποιείται για απλή οικιακή ή πιο σύνθετη βιομηχανική χρήση, τελευταία δε ακόμη και για τη θέρμανση και ψύξη χώρων μέσω κατάλληλων διατάξεων. Τα παθητικά ηλιακά συστήματα εκμεταλλεύονται τη θερμότητα που λαμβάνουμε από τον ήλιο με φυσικό τρόπο. Αποτελούνται από δομικά στοιχεία, κατάλληλα σχεδιασμένα και συνδυασμένα μεταξύ τους, ώστε να υποβοηθούν την ~ 26 ~

35 εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας για τον φυσικό φωτισμό των κτιρίων ή για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας μέσα σε αυτά. Τα παθητικά ηλιακά συστήματα αποτελούν την αρχή της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής και μπορούν να εφαρμοσθούν σε όλους σχεδόν τους τύπους κτιρίων, έτσι ώστε να προκύπτει λιγότερη ανάγκη για επιπρόσθετη θέρμανση. Πρώτο βήμα αυτής της έξυπνης αρχιτεκτονικής διάταξης αποτελεί η μόνωση του κτιρίου. Σε νέα κτίρια η κατάλληλη τοποθέτηση και ο κατάλληλος προσανατολισμός των παραθύρων μπορεί να μεγιστοποιεί την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία, ενώ οι επιφάνειες στις οποίες προσπίπτει η ηλιακή ακτινοβολία μέσα στο σπίτι θα πρέπει να έχουν σκούρο χρώμα. Τέλος το κτίριο θα πρέπει να έχει ογκώδεις εσωτερικούς τοίχους έτσι ώστε να περιορίζονται οι ημερήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα στηρίζονται στην άμεση μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρικό ρεύμα μέσω των φωτοβολταϊκών κυττάρων των οποίων η λειτουργία βασίζεται στο φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα είναι κρυσταλλοδίοδοι οι οποίες αποτελούνται από ημιαγωγούς. Πρόκειται για συστήματα που εδώ και πολλά χρόνια, χρησιμοποιούνται για την ηλεκτροδότηση μη διασυνδεδεμένων στο ηλεκτρικό δίκτυο καταναλώσεων. Δορυφόροι, φάροι και απομονωμένα σπίτια χρησιμοποιούν παραδοσιακά τα φωτοβολταϊκά για την ηλεκτροδότησή τους. Η ηλιακή ενέργεια που προσπίπτει στην επιφάνεια της γης είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που παράγεται στον ήλιο. Φτάνει σχεδόν αμετάβλητη στο ανώτατο στρώμα της ατμόσφαιρας του πλανήτη μας, διαμέσου του διαστήματος, και στη συνέχεια κατά τη διέλευσή της από την ατμόσφαιρα υπόκειται σε σημαντικές αλλαγές, που οφείλονται στην σύσταση της ατμόσφαιρας. Ο ήλιος είναι ο αστέρας του ηλιακού μας συστήματος και το λαμπρότερο σώμα του ουρανού. Είναι σχεδόν μια τέλεια σφαίρα με διάμετρο 1,4 εκατομμύρια χιλιόμετρα (109 φορές περισσότερο από τη γη), και η μάζα του ( κιλά) αποτελεί το 99,86% της μάζας του ηλιακού συστήματος. Η φωτεινότητά του είναι τέτοια, ώστε κατά την διάρκεια της ημέρας να μην επιτρέπει, λόγω της έντονης διάχυσης του φωτός, σε άλλα ουράνια σώματα να εμφανίζονται. Η θερμοκρασία στο κέντρο του ήλιου είναι 10 6 Κ, θεωρούμε δε ότι ακτινοβολεί σφαιρικά σαν ένα μέλαν σώμα σε 5800Κ επιφανειακή θερμοκρασία. Η περιφορά της γης γύρω από τον ήλιο διαρκεί 365,2564 μέσες ηλιακές ημέρες (ή ένα αστρικό έτος) και η τροχιά της κίνησής της είναι ελλειπτική με τον ήλιο στη μία εστία και μήκος μεγάλου άξονα ,7km. Το μήκος του μεγάλου άξονα αποτελεί και την αστρονομική μονάδα (α.μ.) είναι μονάδα μέτρησης αποστάσεων και συμβολίζεται με το AU. Η ελλειπτικότητα της τροχιάς της γης αλλάζει, μεταξύ δύο τιμών: για σχεδόν κυκλική τροχιά (e=0.005) και για περισσότερο ελλειπτική τροχιά (e=0.058), έχοντας μια μέση τιμή e= Η μεταβολή αυτή συμβαίνει με μια μη σταθερή περίοδο, τάξεως δεκάδων έως εκατοντάδων χιλιάδων ετών (~ έτη). Η απόσταση γης ήλιου λόγω της ελλειπτικής τροχιάς ~ 27 ~

36 μεταβάλλεται περιοδικά, κατά τη διάρκεια του έτους, μεταξύ μιας μέγιστης τιμής, που παρατηρείται στις 4 Ιουλίου και ονομάζεται αφήλιο ( km) και της ελάχιστης που παρατηρείται στις 3 Ιανουαρίου και ονομάζεται περιήλιο ( km). Η διαφορά ανάμεσα στις δύο θέσεις ανέρχεται στα km. Με την παραδοχή ότι η ατμόσφαιρα της γης είναι απόλυτα διαφανής ή καλύτερα ότι η γη στερείται ατμόσφαιρας και η ηλιακή ενέργεια δεν υφίσταται καμία απορρόφηση, προκύπτει ότι η ποσότητα της ηλιακής ενέργειας που φτάνει στη γη δεν έχει την ίδια ένταση κατά τη διάρκεια όλων των μηνών σ ένα τόπο, αλλά και την ίδια χρονική στιγμή διαφέρει από τόπο σε τόπο. Στη γη φθάνει ένα πολύ μικρό τμήμα της συνολικά εκπεμπόμενης ισχύος από τον ήλιο. Η ένταση την ηλιακής ακτινοβολίας ελαττώνεται κατά τρόπο αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της απόστασης, καθώς απομακρυνόμαστε από την πηγή εκπομπής, δηλαδή τον ήλιο. Η ετήσια ακτινοβολούμενη ενέργεια από τον ήλιο στα όρια της γήινης ατμόσφαιρας ανέρχεται σε 5.47*10 24 Joules από την οποία ένα μικρό ποσοστό φθάνει στην επιφάνεια της γης. Η ακτινοβολούμενη ηλιακή ενέργεια είναι 600 φορές μεγαλύτερη από τις παγκόσμιες ενεργειακές ανάγκες του Όμως η μέση ηλιακή ενέργεια στη γήινη επιφάνεια είναι αρκετά χαμηλή (500cal/cm 2 ανά ημέρα), πράγμα που καθιστά απαραίτητη την κατασκευή συστημάτων μετατροπής της ενέργειας, με κόστος χαμηλό και υψηλή απόδοση. Η ηλιακή ενέργεια είναι ιδιαίτερα ελκυστική διότι είναι μετατρέψιμη σε άλλες μορφές ενέργειας με διάφορους τρόπους (φωτοσύνθεση, φωτοθερμική, κίνηση ανέμων, φωτοβολταϊκή κ.ά.) που αποκλείουν κινδύνους μόλυνσης του περιβάλλοντος και ζημιές στο οικολογικό σύστημα. Η χρήση της όμως είναι αρκετά δύσκολη εξ αιτίας της ημερήσιας ασυνέχειας της ακτινοβολίας και της διασποράς της. Αρχικά, η χρήση της ηλιακής ενέργειας ήταν περιορισμένη και χρησιμοποιούνταν σε εφαρμογές που απαιτούσαν μικρή ισχύ ενώ πολύ γρήγορα στράφηκαν σε εφαρμογές που απαιτούν μέσες ισχείς όπως: άντληση νερού, άδρευση, αγροτικός εξηλεκτρισμός με σκοπό να αντικαταστήσουν ή και να συμπληρώσουν τις ντιζελογεννήτριες ιδιαίτερα στις αναπτυσσόμενες χώρες. Σε πολλές περιοχές του πλανήτη τα ηλιακά συστήματα θέρμανσης νερού χρήσης, γνωστά και ως ηλιακά συστήματα Ζ.Ν.Χ (Ζεστό Νερό Χρήσης) μπορούν να καλύψουν από 50% έως 100% της ζήτησης ζεστού νερού στις κατοικίες. Φωτοβολταϊκά συστήματα συναντώνται σε μικρούς υπολογιστές και ρολόγια. Δορυφόροι, φάροι και απομονωμένα σπίτια χρησιμοποιούν παραδοσιακά τα φωτοβολταϊκά για την ηλεκτροδότησή τους. Η πιο διαδεδομένη χρήση των ηλιακών συστημάτων είναι στους ηλιακόυς θερμοσίφωνες. Στα παθητικά συστήματα για τη θέρμανση χώρων χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι, όπως ο τοίχος Trombe, τα συστήματα άμεσου κέρδους με ανοίγματα εισόδου της ηλιακής ακτινοβολίας, οι τοίχοι θερμικής διόδου και οι ημιδιαφανείς τοίχοι. Τέλος τα φωτοβολταϊκά χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με την κατευθείαν μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική λειτουργώντας είτε αυτόνομα, είτε σε συνεργασία με το διασυνδεδεμένο δίκτυο. Μια φωτοβολταϊκή εγκατάσταση μπορεί να αποτελεί λοιπόν ένα αυτόνομο σύστημα που ~ 28 ~

37 να καλύπτει το σύνολο των ενεργειακών αναγκών ενός κτιρίου ή μιας επαγγελματικής χρήσης. Σ αυτή την περίπτωση, για τη συνεχή εξυπηρέτηση του καταναλωτή, η εγκατάσταση θα πρέπει να περιλαμβάνει και μια μονάδα αποθήκευσης (μπαταρίες) και διαχείρισης της ενέργειας. Ή εναλλακτικά, ένα σύστημα παραγωγής ηλεκτρισμού με φωτοβολταϊκά μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με το δίκτυο της ΔΕΗ (διασυνδεδεμένο σύστημα). Στην περίπτωση αυτή, καταναλώνει κανείς ρεύμα από το δίκτυο όταν το φωτοβολταϊκό σύστημα δεν επαρκεί (π.χ. όταν έχει συννεφιά ή κατά τη διάρκεια της νύχτας) και δίνει ενέργεια στο δίκτυο όταν η παραγωγή υπερκαλύπτει τις ανάγκες του, π.χ. τις ηλιόλουστες ημέρες ή όταν λείπει κανείς. Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα της Ηλιακής Ενέργειας Η ηλιακή ενέργεια είναι πρωτογενής, ήπια και ανανεώσιμη πηγή ενέργειας η οποία έμμεσα δίνει γένεση σε άλλες τρεις ήπιες και ανανεώσιμες πηγές ενέργειας: την υδραυλική, την αιολική και την ενέργεια της βιομάζας. Τα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από τη χρήση της ηλιακής ενέργειας είναι: Προέρχεται από τον ήλιο, είναι δηλαδή ανεξάντλητη. Δεν έχει κόστος καθώς η ενέργεια από τον ήλιο είναι ο μόνος πόρος που απαιτείται για την τροφοδοσία των ηλιακών συλλεκτών και μας παρέχεται πλουσιοπάροχα και δωρεάν. Δε μολύνει το περιβάλλον και δεν παράγει θόρυβο, δεν έχει επιβλαβείς εκπομπές και δεν παράγει ρυπογόνα αέρια. Η καύση των φυσικών πόρων για την παραγωγή ενέργειας μπορεί να δημιουργήσει καπνό, να προκαλέσει όξινη βροχή, ρύπανση του νερού. Η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιεί μόνο την ισχύ του ήλιου ως καύσιμο. Δε δημιουργεί επιβλαβή υποπροϊόντα και συμβάλλει ενεργά στην προστασία του πλανήτη. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με τη βοήθεια των ηλιακών κυττάρων και κατ επέκταση των φωτοβολταϊκών συστημάτων συνοδεύεται από μια σειρά πλεονεκτήματα τα βασικότερα των οποίων είναι τα εξής: Τα φωτοβολταϊκά συστήματα λειτουργούν χωρίς κινητά μέρη, είναι πολύ ασφαλή και αξιόπιστα, με ελάχιστη ανάγκη για συντήρηση και έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής (η εκτιμώμενη διάρκεια ζωής μια φωτοβολταϊκής μονάδας είναι 30 χρόνια και αρκεί μια επιθεώρηση μια φορά τον μήνα). Επιπλέον, έχουν σταθερή απόδοση με την πάροδο των χρόνων (μετά από 25 χρόνια λειτουργίας η απόδοσή τους φτάνει μέχρι και πάνω από 80% της αρχικής). Λειτουργούν χωρίς καύσιμα και δεν παράγουν έτσι βλαβερά αέρια απόβλητα. Παρέχεται η δυνατότητα αυτονόμησης από τα κέντρα διανομής και έτσι είναι δυνατό ένα σύνολο καταναλωτών να τροφοδοτείται απ ευθείας από την ενέργεια που παράγουν οι φωτοβολταϊκοί σταθμοί. Τηλεπικοινωνιακά συστήματα σε απομακρυσμένες περιοχές είναι μια πολύ συνηθισμένη χρήση των φωτοβολταϊκών συστημάτων. ~ 29 ~

38 Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία κατασκευάζονται από πυρίτιο (Si), ένα από τα πλέον εν αφθονία και μη τοξικά στοιχεία (το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο άφθονο υλικό της γης) και είναι δυνατό να συναρμολογηθούν τυποποιημένα στοιχεία μαζικής παραγωγής σε σύστημα οποιουδήποτε μεγέθους (και βαθμό απόδοσης πρακτικά ανεξάρτητο του μεγέθους) για να καλύψουν μικρές, μέσες και μεγάλες ενεργειακές ανάγκες. Είναι αποδοτικά σε χαμηλές θερμοκρασίες και λειτουργούν και με νεφελώδη ουρανό. Παρουσιάζουν γρήγορη απόκριση σε ξαφνικές μεταβολές της ηλιοφάνειας και έχουν μεγάλες δυνατότητες σε μια ευρεία περιοχή ισχύων ( από mw μέχρι ΜW). Αν ένα κομμάτι πάθει βλάβη, το σύστημα συνεχίζει τη λειτουργία του μέχρι την αντικατάστασή του. Η εκμετάλλευση όμως της ηλιακής ενέργειας είναι ένα δύσκολο τεχνολογικά πρόβλημα, καθώς παρουσιάζει και κάποια μειονεκτήματα τα οποία είναι: Έχει μικρή ένταση ανά μονάδα επιφάνειας γεγονός που απαιτεί τη χρησιμοποίηση μεγάλων σχετικά φωτοβολταϊκών επιφανειών. Είναι διαθέσιμη μόνο ένα μέρος της ημέρας και εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες και η αποθήκευσή της είναι δαπανηρή. Το μέλλον της Ηλιακής Ενέργειας Τα φωτοβολταϊκά και η ηλιακή ενέργεια ουσιαστικά αναπτύχθηκαν την τελευταία δεκαετία και αναμένεται να σημειώσουν μεγαλύτερη άνθιση τα επόμενα χρόνια. Σύμφωνα με τον Ευρωπαϊκό Σύνδεσμο Φωτοβολταϊκών Βιομηχανιών (European Photovoltaic Industry Association EPIA) στο τέλος του 2010 η εγκατεστημένη ισχύς ήταν 40GW παγκοσμίως, σημειώνοντας αύξηση της τάξης του 80% σε σχέση με το 2009 που ήταν 7,2GW. Η Ευρωπαϊκή Ένωση συμβάλλει σε ποσοστό πάνω από 60% σε παγκόσμιο επίπεδο στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον ήλιο. Εκτιμάται ότι σήμερα πάνω από 3 εκατομμύρια νοικοκυριά στην Ευρώπη καλύπτουν τις ενεργειακές τους ανάγκες με ενέργεια που παράγεται από την ηλιακή ενέργεια. Μέχρι το 2020, προσδοκάται ότι η ηλιακή ενέργεια μπορεί να γίνει μια επικρατούσα πηγή ενέργειας στην Ευρώπη καλύπτοντας έως και το 12% της ζήτησης, αντιπροσωπεύοντας έτσι 390GW εγκατεστημένης ισχύος και 460 TWh της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό, είναι δυνατόν να επιτευχθεί με τις κατάλληλες πολιτικές (συνεχής μείωση του κόστους των εγκαταστάσεων εκσυγχρονισμός του δικτύου υποδομών, εισαγωγή των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, βελτίωση της αποθήκευσης, κλπ.) και με τη δυναμική εισαγωγή Γερμανίας και Ισπανίας στην αγορά των φωτοβολταϊκών. ~ 30 ~

39 Σε παγκόσμιο επίπεδο, τα ηλιακά φωτοβολταϊκά σημείωσαν μια αυξητική τάση το 2011, ακόμη και εν μέσω μιας χρηματοπιστωτικής και οικονομικής κρίσης. Η Κίνα ήταν η κορυφαία μη ευρωπαϊκή αγορά φωτοβολταϊκών το 2011, με 2,2GW εγκατεστημένη ισχύ, ακολουθούμενη από τις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής με 1,9GW. Οι Ηνωμένες Πολιτείες σημειώνουν σημαντικούς ρυθμούς ανάπτυξης χάρη στα μεγάλα έργα, το σύστημα του leasing και τις χαμηλές τιμές στα φωτοβολταϊκά στοιχεία και η εγκατεστημένη ισχύς εκεί διπλασιάστηκε το 2012 σε σύγκριση με το Υπερδιπλασιασμός της εγκατεστημένης ισχύος αναμένεται και στην Κίνα η οποία έχει θέσει στόχο τα 21GW στα φωτοβολταϊκά ως το Η Ιαπωνία από την άλλη πλευρά έχει θέσει τον φιλόδοξο στόχο των 28GW ως το 2030 ανακοινώνοντας ένα 20ετές πρόγραμμα εγγυημένων τιμών. Τέλος, η Ινδία είναι μια από τις ταχύτερα αναπτυσσόμενες αγορές ηλιακής ενέργειας στον κόσμο με στόχο τα 20GW ως το Οι νήσοι Τοκελάου είναι μία από τις πλέον απομακρυσμένες χώρες του κόσμου - και η πρώτη, πλήρως ενεργειακά τροφοδοτούμενη από φωτοβολταϊκά. Το σύστημα του 1MW που έχει εγκατασταθεί εκεί αποτελεί το μεγαλύτερο αυτόνομο σύστημα παραγωγής ενέργειας στον κόσμο. Το σύστημα ξεπερνάει τις παρούσες ενεργειακές ανάγκες των κατοίκων των νησιών και καλύπτει κατά 100% τις υποχρεώσεις τους, ως προς την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής. Χρήση της Ηλιακής Ενέργειας στην Ελλάδα Ο ήλιος είναι μια ανεξάντλητη πηγή ενέργειας η οποία μπορεί να μετατραπεί είτε άμεσα είτε έμμεσα σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα εκμεταλλεύονται απευθείας την ηλιακή ενέργεια μετατρέποντάς την σε ηλεκτρική χάρη στο φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Το υψηλό ηλιακό δυναμικό της Ελλάδας καθιστά την αξιοποίηση της παραπάνω τεχνολογίας ιδιαίτερα αποδοτική. Η Ελλάδα είναι η δεύτερη χώρα στην Ευρώπη μετά την Γερμανία σε συνολική εγκατεστημένη επιφάνεια ηλιοσυλλεκτών. Περίπου το 30% των νοικοκυριών χρησιμοποιούν ηλιακούς θερμοσίφωνες. Το κόστος μιας τέτοιας εγκατάστασης λειτουργεί αποτρεπτικά σε συνδυασμό με τα ανύπαρκτα φορολογικά κίνητρα, παρά το γεγονός ότι η προσφερόμενη οικονομία στην κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος που μπορεί να προσφέρει η εγκατάσταση εξασφαλίζει απόσβεση του κόστους τα επόμενα 5 με 10 χρόνια. Για μια χώρα με μεγάλη ηλιοφάνεια όπως η Ελλάδα, η ηλιακή ενέργεια θα έπρεπε να αποτελεί ανεξάντλητο ενεργειακό πόρο. Όμως, όσο αναφορά την ηλιακή ενέργεια η παραγωγή της μέσω των φωτοβολταϊκών δεν αξιοποιείται αρκετά. Σήμερα, αξιοποιείται η ενέργεια του ήλιου για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω των 8 φωτοβολταϊκών πάρκων που βρίσκονται σε λειτουργία σε 3 νησιώτικες περιοχές της χώρας, στη Σίφνο, στην Κύθνο και την Κρήτη. Μάλιστα, το ~ 31 ~

40 φωτοβολταϊκό πάρκο της Κύθνου, το οποίο δημιουργήθηκε το 1983, ήταν το πρώτο έργο, τέτοιου είδους που λειτούργησε στην Ευρώπη. Η συνολική εγκατεστημένη ισχύς των φωτοβολταϊκών πάρκων στη χώρα μας είναι 700KW ενώ η ΔΕΗ Ανανεώσιμες προχωρά στην ανάπτυξη σημαντικών φωτοβολταϊκών έργων. Πιο συγκεκριμένα η εταιρεία προχωρά στην ανάπτυξη ενός από τα μεγαλύτερα φωτοβολταϊκά πάρκα στον κόσμο, στην περιοχή της Μεγαλόπολης. Το πάρκο θα έχει συνολική ισχύ 50 MW και υπολογίζεται ότι η ενεργειακή παραγωγή του θα καλύπτει το 42% των ενεργειακών αναγκών του Ν. Αρκαδίας, ποσοστό το οποίο αντιστοιχεί σε νοικοκυριά. Η συμβολή του έργου στην προστασία του περιβάλλοντος πρόκειται να είναι ανεκτίμητη, καθώς από τη λειτουργία του θα παράγονται περίπου MWh/έτος και θα αποφεύγεται η εκπομπή τόνων διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ), 680 τόνων διοξειδίου του θείου (SO 2 ) και 131 τόνων νιτρικού οξειδίου (ΝΟ) και νιτρικού διοξειδίου (ΝΟ 2 ) ετησίως. Παράλληλα, το έργο αποτελεί το πρώτο βήμα για την ανάδειξη της περιοχής σε ενεργειακό κέντρο ανανεώσιμων πηγών ενέργειας της χώρας μας. Επιπλέον, η ΔΕΗ Ανανεώσιμες προχωρά στην ανάπτυξη φωτοβολταϊκών πάρκων ισχύος 200MW στην περιοχή της Πτολεμαΐδας, το οποίο θα είναι και το μεγαλύτερο φωτοβολταϊκό πάρκο στον κόσμο και 9,7MW στον υδροηλεκτρικό σταθμό Στράτου Αιτωλοακαρνανίας. Ακόμα, σε συνεργασία με την ΕΤΒΑ ΒΙΠΕ ΑΕ, προχωρά στην ανάπτυξη 34,7MW σε διάφορες βιομηχανικές περιοχές της χώρας. Τέλος, η εταιρεία προγραμματίζει την εγκατάσταση φωτοβολταϊκών σταθμών μικρής ισχύος σε στέγες κτιρίων. Παρακάτω ακολουθεί κατάλογος έργων σε λειτουργία και υπό ανάπτυξη, με την ισχύ κάθε έργου σε MW: Φωτοβολταϊκά Πάρκα υπό ανάπτυξη Περιοχή Ισχύς (MW) Φ/Β Πάρκο Στράτος Αγρινίου 9,7 Φ/Β Πάρκο Μεγαλόπολης 50 Φ/Β Πάρκο Πτολεμαΐδας 200 Φ/Β Στέγες ΔΕΗ Αθήνας 0,79 Φ/Β Στέγες ΔΕΗ Θεσσαλονίκης 0,35 Σύνολο 260,84 Φωτοβολταϊκά Πάρκα που έχουν εγκατασταθεί ~ 32 ~

41 Περιοχή Ισχύς (MW) Φ/Β Αθερινόλακκος Κρήτης 0,48 Φ/Β Πάρκο Κύθνου 0,1 Φ/Β Πάρκο Σίφνου 0,06 Φ/Β Σταθμός ΕΘΕλ 0,02 Φ/Β Σταθμός Ειρήνης, ΗΣΑΠ 0,02 Φ/Β Σταθμός ΗΛΠΑΠ 0,02 Σύνολο 0,7 ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Γεννήτρια κυματικής ενέργειας Η κυματική ενέργεια, είναι ένας καινούριος τρόπος παραγωγής ενέργειας από τη δυναμική ενέργεια που μεταφέρουν τα κύματα της θάλασσας. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι παραγωγής ενέργειας από τα κύματα, αλλά μια από τις αποτελεσματικότερες λειτουργεί όπως μια μηχανή κυμάτων πισινών. Σε έναν σταθμό παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος κυμάτων, η άφιξη των κυμάτων προκαλεί άνοδο και πτώση του νερού εντός του θαλάμου του σταθμού, το οποίο προκαλεί τον αέρα να κινείται μέσα και έξω από μια τρύπα στην κορυφή του θαλάμου. Σε αυτή την ~ 33 ~

42 τρύπα τοποθετείται μια τουρμπίνα, η οποία γυρίζει με την κίνηση του αέρα μέσα έξω, με αποτέλεσμα η τουρμπίνα να λειτουργεί ως γεννήτρια. Ένα πρόβλημα σε αυτό το σχέδιο είναι ότι ο κινούμενος αέρας μπορεί να είναι πολύ θορυβώδης, εκτός και αν εγκατασταθεί στο στρόβιλο σιγαστήρας. Παρόλα αυτά ο θόρυβος δεν είναι τεράστιο πρόβλημα, δεδομένου ότι τα κύματα κάνουν αρκετό θόρυβο από μόνα τους. Το σύστημα εκμεταλλεύεται την ταχύτητα του κύματος, το ύψος, το βάθος και τη ροή του κάτω από το πλησιάζον κύμα, παράγοντας κατά συνέπεια την ενέργεια αποτελεσματικότερα και φτηνότερα από άλλα θαλάσσια κύματα και τις υπόλοιπες συμβατικές τεχνολογίες. Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα της Κυματικής Ενέργειας Η παραγωγή ηλεκτρισμού από τον ήλιο, τον αέρα και τη βιομάζα είναι προ πολλού γνωστή στο πεδίο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Σε εμβρυακό στάδιο βρίσκεται ακόμη όμως η τεχνική παραγωγής ηλεκτρισμού μέσω των θαλάσσιων κυμάτων. Τα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από την χρήση της ενέργειας των κυμάτων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι: Η αποδεδειγμένη ύπαρξη μεγάλων ενεργειακών ρευμάτων στην ανοιχτή θάλασσα. Η παραγόμενη ισχύς είναι ανάλογη του τετραγώνου του πλάτους του κύματος και ανάλογη της περιόδου του (η περίοδος όμως των κυμάτων είναι πολύ μικρή 0,1Hz, γεγονός που αποτελεί και μειονέκτημα). Τα θαλάσσια κύματα είναι μια ισχυρή πηγή ενέργειας. Ωστόσο, το πρόβλημα είναι ότι δεν είναι εύκολο να χρησιμοποιηθεί αυτή η ενέργεια για να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια σε μεγάλα ποσά. Τα μειονεκτήματα που υπάρχουν από τη χρήση των κυμάτων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι: Τα κύματα έχουν ακανόνιστη μορφή (πλάτος, φάση, διεύθυνση) και γι αυτό το λόγο υπάρχει δυσκολία στην κατασκευή διατάξεων που να καλύπτουν λειτουργικά πολλές μεταβλητές μεγάλου εύρους. Η μέγιστη ένταση συναντάται σε κύματα μακριά από την ακτή και ανάλογα με τις καιρικές συνθήκες υπάρχει πιθανότητα κυμάτων ακραίας έντασης (10 φορές μεγαλύτερη της μέσης τιμής). Η ενέργεια των κυμάτων είναι αρκετά διασκορπισμένη και πολύ δύσκολη ως προς τη συλλογής της, αφού βρίσκεται μακριά από τους τόπους κατανάλωσης. Υπάρχει μεγάλη δυσκολία στην κατασκευή, συντήρηση και ασφάλεια τέτοιων σταθμών παραγωγής και επομένως μεγάλο κόστος παραγωγής που τους καθιστά αντιοικονομικούς. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Βοστόνης βρήκαν τη λύση για να παράγουν φτηνή, καθαρή ενέργεια από τα κύματα της θάλασσας. Η ιδέα τους είναι να στείλουν πλοία στη μέση του ωκεανού και τα πλοία αυτά να συλλέγουν την ενέργεια που παράγεται από την κίνηση που προκαλούν τα κύματα. ~ 34 ~

43 Η ενέργεια που θα συλλέγεται θα αποθηκεύεται σε μεγάλες μπαταρίες πάνω στο πλοίο και όταν οι μπαταρίες γεμίσουν τα πλοία θα επιστρέφουν και η ενέργεια που έχει συλλεχθεί θα τροφοδοτεί το δίκτυο. Η εκμετάλλευση της κυματικής ενέργειας μέχρι τώρα απαιτούσε ακριβά καλώδια που μεταφέρουν την ενέργεια που παράγεται από τα κύματα στη στεριά, ανεβάζοντας πολύ το κόστος του ηλεκτρισμού που παράγεται από κυματική ενέργεια. Η συλλογή της ενέργειας των κυμάτων με πλοία θα μπορούσε να ρίξει το κόστος σχεδόν στο 50% και το κάθε πλοίο μπορεί να συλλέγει αρκετά MW ενέργειας μέσα σε περίπου 20 ώρες που θα βρίσκεται στον ωκεανό. H Ενέργεια των Κυμάτων σε Ευρωπαϊκό Επίπεδο Το Oregon State University έχει εκτιμήσει έπειτα από μελέτες ότι αν μπορούσε να αξιοποιηθεί το 0,2% της ανεκμετάλλευτης ενέργειας των ωκεανών, τότε θα μπορούσε να παραχθεί επαρκής ενέργεια για ολόκληρο τον κόσμο. Η πρώτη εφαρμογή της νέας τεχνικής παραγωγής ηλεκτρισμού για εμπορική χρήση έγινε στο Μουτρίκο. Στο μικρό χωριό της Χώρας των Βάσκων, που βρίσκεται στις ακτές του Ατλαντικού, 30 χλμ. δυτικά του Σαν Σεμπαστιάν, στήθηκε και λειτουργεί η πρώτη μονάδα που μετασχηματίζει τη δύναμη των κυμάτων σε ηλεκτρισμό. Η παραγόμενη ενέργεια καλύπτει τις ανάγκες των 600 από τους συνολικά κατοίκους. Οι επικριτές του έργου καταγγέλλουν την καθυστέρηση 2 ετών για την ολοκλήρωσή του, καθώς και το υψηλότατο κόστος κατασκευής του (7 εκ. ευρώ) σε συνάρτηση με την ετήσια παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος, η οποία ανέρχεται μόλις στις 600 κιλοβατώρες. Ένα ακόμα σύστημα παραγωγής ενέργειας από τα κύματα για εμπορική εφαρμογή άρχισε να λειτουργεί στο νησάκι Islay της Σκωτίας. Η εταιρεία Seagen Rotor Marine Current Turbines, έχει τοποθετήσει στο Strangford Narrows, 400 μέτρα από την ακτή, στην Βόρεια Ιρλανδία σύστημα παραγωγής ενέργειας από τα κύματα, με δυναμικότητα 1,2MW. Οι 4 γεννήτριες διαμέτρου 16 μέτρων παράγουν ενέργεια για σπίτια. Η Πορτογαλία έφτιαξε τον Agucadoura, την πρώτη παγκοσμίως φάρμα κυμάτων, που αποτελείται από τρεις μετατροπείς ενέργειας κυμάτων, που παράγουν συνολικά 2,25MW. Οι μακριές μεταλλικές συσκευές, ανεβοκατεβαίνουν με τα κύματα, ενώ εσωτερικά πιστόνια σταθερά στερεωμένα, αντλούν υδραυλικά υγρό. Αυτό κινεί ηλεκτρικές γεννήτριες, η ενέργεια των οποίων μεταφέρεται στη στεριά μέσω υποθαλάσσιων ηλεκτρικών καλωδίων. Η φάρμα κυμάτων παράγει τώρα σταθερά συνεχή, ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια για τις ανάγκες νοικοκυριών. ~ 35 ~

44 ΠΑΛΙΡΡΟΙΑ Παλιρροϊκός σταθμός παραγωγής στις εκβολές του ποταμού La Rance της βόρειας Γαλλίας Ενέργεια από παλίρροιες ονομάζεται η ενέργεια που παράγεται κατά την διάρκεια της παλίρροιας, με αποδοτικότητα που μπορεί να φτάσει σε ποσοστό 80% κατά τη διαδικασία μετατροπής της ενέργειας του νερού σε ηλεκτρική. Παλίρροια ονομάζεται το φυσικό φαινόμενο της περιοδικής ανόδου και καθόδου της στάθμης του νερού των θαλασσών, είναι δηλαδή οι οριζόντιες μετατοπίσεις της θαλάσσιας μάζας που έχουν ως αποτέλεσμα τις αυξομειώσεις της θαλάσσιας στάθμης. Αρχικά, η θάλασσα αποσύρεται και η κίνηση αυτή ονομάζεται άμπωτη, έπειτα η θάλασσα επανέρχεται και η κίνηση αυτή ονομάζεται πλημμυρίδα. Το φαινόμενο αυτό που επαναλαμβάνεται δύο φορές το εικοσιτετράωρο οφείλεται στην κλίση και τη βαρυτική έλξη της σελήνης πάνω στη γη, στην περιστροφή της γης, στην έλξη του ήλιου πάνω στη γη και τέλος στις μετεωρολογικές συνθήκες. Παλιρροϊκός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής είναι ένας ηλεκτρικός σταθμός ισχύος που μετατρέπει την ενέργεια των παλιρροιών της θάλασσας σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο παλιρροϊκός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής εκμεταλλεύεται τη διαφορά στάθμης του ύδατος κατά τη πλημμυρίδα και την άμπωτη. Όταν ένα φράγμα κλείσει τον κόλπο ή τις εκβολές ενός ποταμού που ρέει στη θάλασσα ή στον ωκεανό, σχηματίζεται υδατοδεξαμενή, που καλείται λεκάνη παλιρροϊκού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής. Αν η πλημμυρίδα προκαλεί αρκετή διαφορά ύψους (πάνω από 4 μέτρα) μπορεί να δημιουργηθεί αρκετή πίεση για να περιστρέψει υδροστρόβιλους συνδεδεμένους με ηλεκτρογεννήτριες που έχουν εγκατασταθεί στο φράγμα. Παλιρροϊκός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής με λεκάνη, που λειτουργεί σε κανονικό ~ 36 ~

45 παλιρροϊκό κύκλο 12 ωρών, μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια αδιάκοπα για 4 ή 5 ώρες, τέσσερις φορές την ημέρα, με αντίστοιχα διαλείμματα μιας ή δύο ωρών. (Ο παλιρροϊκός αυτός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής καλείται σταθμός μιας λεκάνης και δύο κύκλων). Για να αποφευχθεί η ανομοιόμορφη παραγωγή ηλεκτρισμού η λεκάνη του παλιρροϊκού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής μπορεί να χωριστεί με φράγματα σε δύο ή τρεις μικρότερες. Στην πρώτη λεκάνη η στάθμη ύδατος διατηρείται στη στάθμη της άμπωτης και στη δεύτερη στη στάθμη πλημμυρίδας ενώ η τρίτη λεκάνη είναι εφεδρική. Η γεννήτρια υδραυλικού κινητήρα εγκαθίσταται στα διαχωριστικά φράγματα. Αλλά ακόμα και αυτή η διάταξη δεν αποτρέπει εντελώς τις διακυμάνσεις της ηλεκτρικής ισχύος που προκαλούνται από την περιοδική υφή των παλιρροιών σε περίοδο μισού μήνα. Όταν ο παλιρροϊκός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής περιληφθεί σε ένα σύστημα ηλεκτρικής ισχύος με άλλους, μεγάλης ισχύος θερμικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, περιλαμβανομένων και πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγει μπορεί να βοηθήσει για την κάλυψη των αναγκών αιχμής του συστήματος. Αν το σύστημα περιλαμβάνει υδροηλεκτρικούς σταθμούς με υδατοδεξαμενές για εποχιακή ρύθμιση, ο παλιρροϊκός σταθμός μπορεί να αντισταθμίσει τις διακυμάνσεις της παλιρροϊκής ενέργειας, που παρουσιάζονται κατά την περίοδο ενός μηνός. Οι γεννήτριες τυμπάνου διυδραυλικών κινητήρων που εγκαθίστανται στους παλιρροϊκούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, μπορούν να λειτουργούν με σχετικά υψηλό βαθμό απόδοσης σε άμεσα ή ανάστροφα συστήματα γεννήτριας και αντλίας και σαν ανοίγματα για τη ροή ύδατος. Κατά τις ώρες που η περίοδος χαμηλού φορτίου του συστήματος συμπίπτει με την άμπωτη ή την πλημμυρίδα οι γεννήτριες διυδραυλικών κινητήρων κλείνουν ή λειτουργούν σαν αντλίες κατευθύνοντας το νερό από τη λεκάνη κάτω της στάθμης της άμπωτης στη λεκάνη πάνω από τη στάθμη της πλημμυρίδας. Έτσι συσσωρεύεται ενέργεια μέχρι τη στιγμή της ζήτησης αιχμής. Όταν η πλημμυρίδα ή η άμπωτη συμπίπτουν χρονικά με το μέγιστο φορτίο του συστήματος ο παλιρροϊκός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής λειτουργεί σαν γεννήτρια. Κατά συνέπεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν εφεδρικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής. είναι: Υπάρχουν τρεις μέθοδοι παραγωγής ενέργειας από τις παλίρροιες, οι οποίες Παλιρροϊκές γεννήτριες ρεύματος: Συχνά αναφέρονται ως παλιρροϊκοί μετατροπείς ενέργειας. Είναι μηχανήματα που ουσιαστικά αντλούν ενέργεια από τις κινούμενες μάζες νερού, εκμεταλλεύονται τα παλιρροϊκά κύματα που έχουν ταχύτητα 2-3m/sec και παράγουν ηλεκτρισμό μεταξύ 4-13kW/m 2. Κάποια είδη αυτών των μηχανημάτων λειτουργούν σαν υποβρύχιες ανεμογεννήτριες και αναφέρονται ως παλιρροϊκές τουρμπίνες. Παλιρροϊκό φράγμα: Είναι από τις παλαιότερες μεθόδους παλιρροϊκής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ουσιαστικά πρόκειται για φράχτες που ~ 37 ~

46 μοιάζουν με μεγάλες περιστρεφόμενες πόρτες, που αρχικά επιτρέπουν στο νερό να ρέει στον κόλπο ή στο ποτάμι κατά τη διάρκεια υψηλής παλίρροιας και απελευθερώνουν το νερό κατά τη διάρκεια της άμπωτης. Οι γεννήτριες και οι μετασχηματιστές που χρησιμοποιούνται για να συλλάβουν την ενέργεια από την κίνηση των υδάτινων μαζών, μπορούν να τοποθετηθούν ψηλά έξω από το νερό και αυτό είναι το πλεονέκτημα ενός φράγματος. Παλιρροϊκοί στρόβιλοι: Πρόκειται για τον κύριο ανταγωνιστή των παλιρροιακών φρακτών μιας και έχουν χαμηλότερες υλικές απαιτήσεις. Μοιάζουν με μία υποβρύχια τουρμπίνα και προσφέρουν διάφορα πλεονεκτήματα σε σχέση με τον παλιρροιακό φράκτη. Είναι λιγότερο καταστρεπτικοί στην άγρια φύση, επιτρέποντας στις μικρές βάρκες να συνεχίσουν να χρησιμοποιούν την περιοχή, και έχουν πολύ χαμηλότερες υλικές απαιτήσεις από τον παλιρροϊκό φράκτη. Οι παλιρροιακοί στρόβιλοι λειτουργούν καλά όπου τα παράκτια ρεύματα τρέχουν με m/s (τα πιο αργά ρεύματα τείνουν να είναι αντιοικονομικά ενώ τα μεγαλύτερα βάζουν πολλή πίεση στον εξοπλισμό). Τέτοια ρεύματα παρέχουν μια ενεργειακή πυκνότητα τέσσερις φορές μεγαλύτερη από τον αέρα, σημαίνοντας ότι ένας στρόβιλος διαμέτρου 15m θα παραγάγει τόση ενέργεια όσο ένας ανεμόμυλος διαμέτρου 60m. Επιπλέον, τα παλιρροιακά ρεύματα είναι και προβλέψιμα και αξιόπιστα, ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα που τους δίνει ένα πλεονέκτημα και σε σύγκριση με τα αιολικά και ηλιακά συστήματα. Είναι περιστρεφόμενες μηχανές, οι οποίες μετατρέπουν τη δυναμική ενέργεια του νερού σε μηχανική και χωρίζονται σε δυο βασικούς τύπους: Στρόβιλοι ώσης (ή υψηλού φορτίου): Χρησιμοποιούνται σε σημεία που το νερό ρέει γρήγορα, αλλά η παροχή είναι χαμηλή. Στρόβιλοι αντίδρασης (ή χαμηλού φορτίου): Χρησιμοποιούνται για υψηλή παροχή νερού το οποίο όμως ρέει αργά. Μια υποθαλάσσια φτερωτή είναι ο πιο σύγχρονος τρόπος μετατροπής των δυνάμεων της θάλασσας σε ενέργεια. Η φτερωτή, που έχει άνοιγμα πτερύγων 12 μέτρα, αγκιστρώνεται στον πυθμένα με τη βοήθεια ενός σταθμού πρόσδεσης. Ανάμεσα στη φτερωτή και το ρεμέτζο υπάρχει ένα καλώδιο. Αυτό, από τη μια, συγκρατεί τη φτερωτή στη θέση της και, από την άλλη, μεταφέρει στη στεριά τον ηλεκτρισμό που παράγουν μια τουρμπίνα και μια γεννήτρια. Το συνολικό βάρος της κατασκευής είναι περίπου 7 τόνοι. Η φτερωτή, που ενεργοποιείται από την παλίρροια, συμπεριφέρεται όπως η ανεμογεννήτρια. Οι κινήσεις της κατευθύνονται με τη βοήθεια ενός πηδαλίου και, όπως κατέδειξαν τα πειράματα, οι κινήσεις σε σχήμα «8» παράγουν τη μέγιστη ποσότητα ενέργειας, δηλαδή γύρω στα 500kW. Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα της Παλιρροιακής Ενέργειας Αρχικά, η αξιοποίηση της παλιρροιακής ενέργειας χρησιμοποιήθηκε για την λειτουργία νερόμυλων κατά τον 11ο αιώνα. Κατά τη διάρκεια των προηγούμενων σαράντα ετών, έχει υπάρξει σταθερό ενδιαφέρον για την εκμετάλλευση της. Ούσα μια ~ 38 ~

47 αναπτυσσόμενη μορφή ενέργειας, οι μηχανισμοί της είναι σχετικά καινούριοι και έτσι ακόμα δεν έχουν μελετηθεί αρκετά. Απ όσα γνωρίζουμε μέχρι τώρα, τα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από την εκμετάλλευση της παλιρροιακής ενέργειας είναι: Παρουσιάζει υψηλή αποδοτικότητα που μπορεί να φτάσει σε ποσοστό 80% κατά τη διαδικασία μετατροπής της ενέργειας του νερού σε ηλεκτρική. Δε δημιουργεί στερεά ή αέρια απόβλητα τα οποία να μολύνουν το περιβάλλον ή να συμβάλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Έχει μικρές περιβαλλοντικές επιπτώσεις όπως π.χ. μικρή αύξηση της θερμοκρασίας του νερού. Πέρα από τα πλεονεκτήματα, η χρήση της παλιρροιακής ενέργειας παρουσιάζει και ορισμένα μειονεκτήματα τα οποία είναι: Όπως κάθε καινούρια τεχνολογική συσκευή έχει πολύ μεγάλο κόστος κατασκευής και αρχικής εγκατάστασης. (Το κόστος κατασκευής του σταθμού στην εκβολή La Rance της Γαλλίας ήταν 2,5 φορές μεγαλύτερο από το κόστος συμβατικού ποτάμιου υδροηλεκτρικού σταθμού της ίδιας ισχύος). Μηχανισμοί αξιοποίησής της μπορούν να εγκατασταθούν μόνο σε ορισμένες περιοχές του πλανήτη. Στη χώρα μας για παράδειγμα, παρόλο βρέχεται από θάλασσα και έχει τόσα νησιά δεν μπορούμε να εγκαταστήσουμε τέτοια συστήματα. Μπορεί στις μεθόδους παραγωγής ενέργειας από την παλίρροια να μη χρησιμοποιούνται στερεά καύσιμα με αποτέλεσμα να είναι μειωμένη η εκπομπή αερίων θερμοκηπίου, ωστόσο δημιουργεί προβλήματα στο περιβάλλον. Με τη κατασκευή δεξαμενών στις εκβολές των ποταμών υπάρχει πιθανότητα να αυξηθεί το ίζημα καθώς και η θολερότητα του νερού. Πρέπει να ληφθεί μέριμνα έτσι ώστε η εγκατάσταση να γίνεται σε περιοχές που δεν επηρεάζεται η ναυσιπλοΐα, η αλιεία, ο τουρισμός κ.ά. H Παλιρροιακή Ενέργεια σε Παγκόσμιο Επίπεδο Αρχικά, το ενδιαφέρον για την παλιρροιακή ενέργεια εστιάστηκε στις εκβολές ποταμών, όπου οι μεγάλοι όγκοι του ύδατος περνούν μέσω των στενών καναλιών και παράγονται υψηλές τρέχουσες ταχύτητες. Οι μηχανικοί θεώρησαν ότι εμποδίζοντας τις εκβολές με ένα φράγμα και οδηγώντας το νερό μέσω των στροβίλων θα ήταν ένας αποτελεσματικός τρόπος να παραχθεί η ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό αποδείχθηκε από την κατασκευή ενός παλιρροιακού φράγματος στην εκβολή του ποταμού La Rance της βόρειας Γαλλίας, που κατασκευάστηκε το 1966 παλιρροϊκός σταθμός ισχύος 240MW. H διαφορά ύψους των νερών μεταξύ της πλημμυρίδας και της άμπωτης είναι h = 9,2m και η ροή της παλίρροιας εκτιμάται ότι είναι m 3 /s. Ο πρώτος πειραματικός παλιρροϊκός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής κατασκευάστηκε με έναν υδροηλεκτρικό σταθμό ισχύος στην Kislaya Guba της ~ 39 ~

48 θάλασσας Barents στη Murmansk της Ρωσσίας, μεταξύ των ετών 1963 και Η κατασκευή αυτή έκλεισε τον ισθμό του κόλπου και σχημάτισε λεκάνη παλιρροϊκού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής. Σε αυτό το σταθμό εγκαταστάθηκαν δύο αμφίστροφες γεννήτριες διυδραυλικού κινητήρα ισχύος 400kW η κάθε μια. Οι πρώτοι μεγάλης κλίμακας εμπορικοί φράκτες έχουν χτιστεί στη Νοτιοανατολική Ασία. Το πιο προηγμένο σχέδιο είναι για έναν φράκτη στο πέρασμα Dalupiri μεταξύ των νησιών Dalupiri και Samar στις Φιλιππίνες. Η περιοχή, από τη νότια πλευρά είναι περίπου 41m βαθιά (με ένα σχετικά επίπεδο κατώτατο σημείο) και έχει ένα μέγιστο παλιρροιακό ρεύμα περίπου 8 κόμβων. Κατά συνέπεια, ο φράκτης αναμένεται να παραγάγει μέχρι 2.200MW μέγιστη δύναμη (με έναν καθημερινό μέσο όρο 11.00MW). Οι Φιλιππίνες, η Ινδονησία, η Κίνα και η Ιαπωνία θα μπορούσαν όλες να αναπτύξουν τα υποβρύχια αγροκτήματα στροβίλων. Στην Ευρώπη, η πιο γνωστή παλιρροιακή εγκατάσταση λειτουργεί από τον Ιούλιο του 2008 στο Strangford Lough στη Βόρειο Ιρλανδία σε απόσταση 400m περίπου από την ακτή. Eίναι το μεγαλύτερο σύστημα παραγωγής ενέργειας στον κόσμο και έχει δυναμικότητα 1,2ΜW. Η συγκεκριμένη μονάδα ζυγίζει τόνους και στη βάση της υπάρχουν 4 υδροστρόβιλοι οι οποίοι λειτουργούν 18 με 20 ώρες την ημέρα, παράγοντας ενέργεια για περίπου νοικοκυριά. Η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει προσδιορίσει ήδη 106 περιοχές που θα ήταν κατάλληλες για τους στροβίλους, 42 από αυτές γύρω από το Ηνωμένο Βασίλειο. Ρεύματα που μπορούν να αξιοποιηθούν στο δίκτυο ηλεκτρικής παραγωγής βρίσκονται επίσης στα στενά της Μάγχης, στη Νότιο Ιρλανδία καθώς και στην περιοχή της Μεσσίνας στην Kάτω Ιταλία. Χρήση της Παλιρροιακής Ενέργειας στην Ελλάδα Μία πρωτοπόρα μονάδα παραγωγής ενέργειας που θα εκμεταλλεύεται τα παλιρροιακά ρεύματα του Ευρίπου πρόκειται να κατασκευαστεί στη Χαλκίδα. Στο ύψος της παλαιάς γέφυρας θα τοποθετηθεί ένα σύστημα υδροστρόβιλων, που θα λειτουργούν κάτω από τη θάλασσα και θα παράγουν ενέργεια αξιοποιώντας τα υποθαλάσσια ρεύματα του πορθμού. Τη μελέτη του έργου έχει αναλάβει το Ελληνικό Κέντρο Θαλασσίων Ερευνών μαζί με το Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΚΑΠΕ). Η ηλεκτρική ενέργεια που θα παράγεται από την παλίρροια θα αρκεί για να τροφοδοτήσει τις ανάγκες τουλάχιστον 200 νοικοκυριών ημερησίως. Οι δυσκολίες για την υλοποίηση του έργου είναι μεγάλες. Οι επιστήμονες αναζητούν την ιδανική τοποθεσία σε περιοχή που δεν επηρεάζει την κίνηση των διερχόμενων πλοίων. Σύμφωνα με τις μελέτες που έχουν γίνει, τα νερά του Ευρίπου παράγουν 2kW/m 2, δηλαδή η ισχύς του ρεύματος θα φτάνει τα 500kW. Παρ' όλα αυτά, η περαιτέρω ένταξη του έργου στον ενεργειακό σχεδιασμό της χώρας είναι ένα αρκετά δύσκολο σενάριο για να υλοποιηθεί, και έτσι η ενέργεια που ~ 40 ~

49 θα παράγεται θα προορίζεται αρχικά για την ηλεκτρική τροφοδότηση ενός κτιρίου που θα βρίσκεται κοντά στη γέφυρα της Χαλκίδας. ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Υδροηλεκτρικός σταθμός Αγίας Βαρβάρας Βέροιας, ισχύος 0,9MW Υδροηλεκτρική ενέργεια είναι η ενέργεια που αποταμιεύεται ως δυναμική ενέργεια μέσα στο βαρυτικό πεδίο με τη συσσώρευση μεγάλων ποσοτήτων νερού σε υψομετρική διαφορά από τη συνεχή ροή ελεύθερου νερού και αποδίδεται ως κινητική ενέργεια μέσω της υδατόπτωσης. Η κινητική ενέργεια, στη συνέχεια, μπορεί είτε να χρησιμοποιείται αυτούσια (π.χ. νερόμυλοι), είτε να μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος του αποθηκευμένου νερού και όσο υψηλότερα βρίσκεται, τόσο περισσότερη είναι η ενέργεια που περιέχει. Η εκμετάλλευση της ενέργειας των υδάτων γίνεται με τη χρήση υδροηλεκτρικών έργων (υδατοταμιευτήρες, φράγματα, κλειστοί αγωγοί πτώσεως, υδροστρόβιλοι, ηλεκτρογεννήτριες, διώρυγες φυγής). Οι υδροηλεκτρικές μονάδες εκμεταλλεύονται τη φυσική διαδικασία του κύκλου του νερού. Η ενέργεια του ήλιου, εξατμίζει το νερό των ωκεανών και των ποταμών της γης και το οδηγεί προς τα πάνω με τη μορφή υδρατμών. Όταν οι υδρατμοί φτάνουν στα ψυχρότερα στρώματα αέρα της ατμόσφαιρας, ~ 41 ~

50 συμπυκνώνονται και σχηματίζουν τα σύννεφα. Το νερό καταλήγει τελικά στη γη ως βροχή ή χιόνι, αναπληρώνοντας το νερό στους ωκεανούς και τα ποτάμια. Όσο ο κύκλος του νερού συνεχίζεται, δε θα ξεμείνουμε από αυτή την πηγή ενέργειας. Η υδροηλεκτρική ενέργεια στηρίζεται στην εκμετάλλευση και μετατροπή της δυναμικής ενέργειας του νερού των λιμνών και της κινητικής ενέργειας του νερού των ποταμών σε ηλεκτρική ενέργεια. Η μετατροπή αυτή γίνεται σε δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο, έχουμε την μετατροπή της κινητικής ενέργειας του νερού σε μηχανική ενέργεια. Αρχικά, «αποθηκεύουμε» την ενέργεια του νερού, συγκεντρώνοντάς το σε τεχνητές λίμνες (ταμιευτήρες), με τη βοήθεια φραγμάτων, σε μεγάλο υψόμετρο. Στη συνέχεια, εκμεταλλευόμαστε αυτή την αποθηκευμένη δυναμική ενέργεια μετατρέποντάς τη σε άλλη μορφή ενέργειας, αν αφήσουμε το νερό να ρέει μέσα σε αγωγούς με ταχύτητα, από τις υψηλότερες προς τις χαμηλότερες περιοχές. Λόγω της υψομετρικής διαφοράς h, μεταξύ της επιφάνειας του νερού στη δεξαμενή αποθήκευσης (ταμιευτήρα) και του στροβίλου, το νερό καθώς πέφτει με ταχύτητα, υπό πίεση, παρέχει κινητική ενέργεια στον υδροστρόβιλο. Στο δεύτερο στάδιο, έχουμε τη μετατροπή της μηχανικής (κινητικής) ενέργειας σε ηλεκτρική, μέσω της γεννήτριας η οποία τίθεται σε κίνηση από τον υδροστρόβιλο. Η ποσότητα της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας καθορίζεται από τον όγκο του νερού που ρέει, τη διαφορά μανομετρικού ύψους μεταξύ της ελεύθερης επιφάνειας του ταμιευτήρα και του στροβίλου, κ.ά. Συνεπώς, ο παραγόμενος ηλεκτρισμός εξαρτάται από την ποσότητα του νερού στον ταμιευτήρα. Όταν προκαλούμε γρήγορες αλλαγές της ηλεκτρικής ισχύος των υδροηλεκτρικών σταθμών, αυτές προκαλούν γρήγορες μεταβολές της ροής του νερού στους σωλήνες προσαγωγής νερού, που δημιουργούν κρουστικά κύματα (υδραυλικό πλήγμα), που είναι δυνατόν να καταστρέψουν τους σωλήνες. Γι αυτό χρησιμοποιείται η δεξαμενή εκτόνωσης κύματος. Το σύνολο των έργων και του εξοπλισμού μέσω των οποίων γίνεται η μετατροπή της ενέργειας των υδάτων σε ηλεκτρική, ονομάζεται υδροηλεκτρικό έργο. Υπάρχουν τρεις κυρίως τύποι υδροηλεκτρικών σταθμών: Μεγάλου h ή μεγάλης δεξαμενής αποθήκευσης (μεγάλης κλίμακας υδροηλεκτρικές μονάδες): απαιτούν τη δημιουργία φραγμάτων και τεράστιων δεξαμενών με σημαντικές επιπτώσεις στο περιβάλλον. Η δεξαμενή γεμίζει σε περισσότερες από 400 ώρες. Η κατασκευή φραγμάτων περιορίζει τη μετακίνηση των ψαριών, της άγριας ζωής και επηρεάζει ολόκληρο το οικοσύστημα καθώς μεταβάλλει ριζικά τη μορφολογία της περιοχής. Μέσου h ή μικρής δεξαμενής αποθήκευσης: η δεξαμενή γεμίζει σε 200 με 400 ώρες. Ένας μικρός υδροηλεκτρικός σταθμός αποτελεί ένα έργο απόλυτα συμβατό με το περιβάλλον, καθώς το σύνολο των επιμέρους παρεμβάσεων στην περιοχή εγκατάστασης του έργου μπορεί να ενταχθεί αισθητικά και λειτουργικά στα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος αξιοποιώντας τους ~ 42 ~

51 τοπικούς πόρους. Κατά τη λειτουργία τους, μέρος της ροής ενός ποταμού, οδηγείται σε στρόβιλο για την παραγωγή μηχανικής ενέργειας και συνακόλουθα ηλεκτρικής μέσω της γεννήτριας. Η χρησιμοποιούμενη ποσότητα νερού κατόπιν επιστρέφει στο φυσικό ταμιευτήρα ακολουθώντας τη φυσική της ροή. Ροής ποταμών: εγκαθίστανται δίπλα σε ποτάμια ή κανάλια και η λειτουργία τους παρουσιάζει πολύ μικρή περιβαλλοντική όχληση. Είναι δυνατόν να δημιουργείται h από 3-5m και μικρές δεξαμενές που γεμίζουν σε λιγότερο από 2 ώρες. Δεν περιλαμβάνουν σημαντική περισυλλογή και αποταμίευση ύδατος και συνεπώς ούτε και κατασκευή μεγάλων φραγμάτων και ταμιευτήρων. Τύποι Υδροστροβίλων Η υψομετρική διαφορά h, μεταξύ της επιφάνειας του νερού στη δεξαμενή αποθήκευσης και του στροβίλου, παρέχει κινητική ενέργεια στο νερό που μεταδίδεται στον υδροστρόβιλο, που περιστρέφει τη γεννήτρια. Ένας υδροστρόβιλος είναι μια περιστρεφόμενη μηχανή που μετατρέπει τη δυναμική ενέργεια του νερού σε μηχανική ενέργεια. Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι στροβίλων, γνωστοί ως «στρόβιλοι ώσης» και «στρόβιλοι αντίδρασης». Οι «στρόβιλοι ώσης» μετατρέπουν τη δυναμική ενέργεια του νερού σε κινητική ενέργεια μέσω μιας δέσμης νερού η οποία εκρέει από ένα ακροφύσιο και προσπίπτει επάνω στους κάδους ή τα πτερύγια του δρομέα. Οι «στρόβιλοι αντίδρασης» χρησιμοποιούν την πίεση αλλά και την ταχύτητα του νερού για να αναπτύξουν μηχανική ισχύ. Ο δρομέας κατακλύζεται πλήρως και τόσο η πίεση όσο και η ταχύτητα μειώνονται από την είσοδο προς την έξοδο. Ανάλογα με την τιμή της υψομετρικής διαφοράς h, οι υδροστρόβιλοι ταξινομούνται ως εξής: Στρόβιλοι τύπου Kaplan και έλικας. Στρόβιλοι τύπου Francis. Στρόβιλοι τύπου Pelton και άλλοι στρόβιλοι ώσης. Οι στρόβιλοι Kaplan και οι τύπου έλικας είναι αξονικής ροής στρόβιλοι αντίδρασης οι οποίοι γενικά λειτουργούν με τη φυσική ροή ποταμών, για μικρά ύψη πτώσης (συνήθως έως και 61m). O στρόβιλος Kaplan έχει στροφείο, που χρησιμοποιεί αξονική ροή νερού και ρυθμιζόμενα πτερύγια δρομέα και μπορεί να διαθέτει ή όχι ρυθμιζόμενα οδηγά πτερύγια. Εάν είναι ρυθμιζόμενα και τα πτερύγια του δρομέα και τα οδηγά πτερύγια, τότε ο στρόβιλος περιγράφεται ως «διπλής ρύθμισης», ενώ εάν είναι σταθερά τα οδηγά πτερύγια τότε λέγεται «απλής ρύθμισης». Στη συμβατική του έκδοση ο στρόβιλος Kaplan έχει ένα σπειροειδές περίβλημα (είτε από χάλυβα είτε από σιδηροπαγές σκυρόδεμα). Η ροή εισάγεται ακτινικά προς το εσωτερικό και εκτελεί μια στροφή ορθής γωνίας προτού εισέλθει στο δρομέα με αξονική κατεύθυνση. Όταν ο δρομέας έχει σταθερά πτερύγια, ο στρόβιλος είναι ~ 43 ~

52 γνωστός ως τύπου έλικας. Οι στρόβιλοι έλικας μπορούν να έχουν κινητά ή σταθερά οδηγά πτερύγια. Οι μη ρυθμιζόμενοι στρόβιλοι τύπου έλικας χρησιμοποιούνται μόνο όταν τόσο η παροχή όσο και το ύψος πτώσης παραμένουν πρακτικώς σταθερά. Οι στρόβιλοι Francis χρησιμοποιούνται για h από 37m 490m είναι στρόβιλοι αντίδρασης ακτινικής ροής, δηλαδή το νερό έχει μικρή ταχύτητα και μεγάλη πίεση και κατά τη ροή του από τον τροχό μειώνεται η πίεση και αυξάνεται η ταχύτητα. Η αντίδραση, που προκαλείται από τη μεταβολή της ταχύτητας, περιστρέφει τον τροχό. Γύρω από τον τροχό υπάρχει ο ακίνητος μεριστής, δηλαδή ένας αριθμός πτερυγίων που κατευθύνουν το νερό από τα πλάγια στα πτερύγια του τροχού. Οι στρόβιλοι Pelton χρησιμοποιούνται για h από 184m 1840m και είναι στρόβιλοι ώσης με μία ή πολλαπλές δέσμες καθεμία από τις οποίες εκρέει μέσα από ένα ακροφύσιο με μια βελονοβαλβίδα για τον έλεγχο της ροής. Το νερό κατευθύνεται με μεγάλη ταχύτητα σε έναν υδραυλικό τροχό με ρυθμιζόμενης ροής ακροφύσια. Είναι δηλαδή υδροστρόβιλος δράσης στον οποίο το νερό φθάνει αποκλειστικά με κινητική ενέργεια, μέσω αγωγών πίεσης. Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα της Υδροηλεκτρικής Ενέργειας Με δεδομένη την ύπαρξη κατάλληλων υδάτινων πόρων και τον επαρκή εφοδιασμό τους με τις απαραίτητες βροχοπτώσεις, οι υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις καθίστανται μια σημαντικότατη εναλλακτική πηγή ανανεώσιμης ενέργειας που παρουσιάζει τα παρακάτω πλεονεκτήματα: Είναι μια «καθαρή» και ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, αφού η ηλεκτρική ενέργεια αποκτάται χωρίς ρύπανση του περιβάλλοντος, οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί δεν παράγουν ρυπογόνα αέρια και το «καύσιμο» ανανεώνεται κάθε χρόνο με το χιόνι και τις βροχοπτώσεις. Συμβάλλει στην εξοικονόμηση συναλλάγματος, αφού αποτελεί μια τοπική πηγή ενέργειας που αποκλείει την ενεργειακή εξάρτηση μιας χώρας από κάποια άλλη. Είναι ο φθηνότερος τρόπος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (σήμερα, το κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τους υδροηλεκτρικούς σταθμούς είναι λιγότερο από 1cent/kWh, σε σύγκριση με το κόστος παραγωγής από μία θερμική εγκατάσταση που είναι 4cent/kWh). Αυτό συμβαίνει γιατί από τη στιγμή που εγκαθίσταται ένα υδροηλεκτρικό φράγμα και το σύνολο του εξοπλισμού, η ενεργειακή πηγή, δηλαδή το νερό, είναι δωρεάν χωρίς να απαιτείται μεγάλο κόστος συντήρησης. Είναι δυνατό να τεθούν σε λειτουργία αμέσως μόλις απαιτηθεί, σε αντίθεση με τους θερμικούς σταθμούς που απαιτούν σημαντικό χρόνο προετοιμασίας, εκκίνησης και ανάληψης φορτίου. ~ 44 ~

53 Σχεδιάζονται έτσι ώστε να εξυπηρετούν πολλούς σκοπούς, όπως ύδρευση, άρδευση, ανάσχεση χειμάρρων, διευκόλυνση της ναυσιπλοΐας, δημιουργία υγροτόπων, περιοχών αναψυχής και αθλητισμού. Δυστυχώς, οι κατάλληλες εδαφικές συνθήκες για την κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών δεν υπάρχουν πάντοτε. Τα παραπάνω ελκυστικά χαρακτηριστικά επισκιάζονται από κάποια μειονεκτήματα που οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί παρουσιάζουν, και τα οποία σχετίζονται με τη δημιουργία έργων μεγάλης κλίμακας και είναι: Το υψηλό κόστος των έργων πολιτικού μηχανικού, που απαιτούν αυτοί οι σταθμοί, όπως επίσης και το γεγονός ότι η σχεδίαση και κατασκευή τους απαιτεί πέντε έως οχτώ χρόνια. Οικολογικοί και βιολογικοί συντελεστές θέτουν στενά όρια για την αξιοποίηση των υδάτινων πηγών στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τα φράγματα των ποταμών, αλλάζουν μόνιμα τη μορφή των υδάτινων συστημάτων, τόσο τη χλωρίδα όσο και την πανίδα (μέρος του ποταμού μπορεί να αποξηρανθεί, προκύπτουν επιπτώσεις στα ψάρια). Επιπλέον, η ποιότητα του νερού επηρεάζεται από τη συνεχή ανάδευσή του, καθώς υπάρχει περίπτωση, διαλυμένα μέταλλα που είχαν κατακαθίσει από βιομηχανική χρήση, καιρό πριν, να έρθουν πάλι στην επιφάνεια. Βέβαια, όλα τα παραπάνω, αμβλύνονται με τη χρήση κατάλληλων τεχνικών. Η Υδροηλεκτρική Ενέργεια σε Παγκόσμιο Επίπεδο Η υδροηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται για αιώνες. Από τα αρχαία χρόνια οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν την ενέργεια των υδάτων για το άλεσμα σιτηρών και καλαμποκιού. Στις αρχές τις δεκαετίας του 1800 αμερικανικά και ευρωπαϊκά εργοστάσια χρησιμοποίησαν τους νερόμυλους για την κίνηση των μηχανών. Στα τέλη του 19ου αιώνα, η δύναμη της πτώσης του νερού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ο πρώτος υδροστρόβιλος κατασκευάστηκε το 1869 στον ποταμό Claverack Creek στο Stotville της Νέας Υόρκης και ο πρώτος σύγχρονος υδροηλεκτρικός σταθμός χτίστηκε το 1882 στο Appleton, του Wisconsin παρήγαγε 12.5kW, και παρείχε φως σε δύο χαρτοβιομηχανίες και ένα σπίτι. Το 1898 λειτούργησε στο Mechanicville της Νέας Υόρκης, επί του ποταμού Hudson, ο παλαιότερος σταθμός παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας από όσους υφίστανται σήμερα. Στις επόμενες δεκαετίες, πολλά περισσότερα υδροηλεκτρικά έργα χτίστηκαν. Σε παγκόσμιο επίπεδο και σε απόλυτους αριθμούς, η Κίνα είναι η μεγαλύτερη παραγωγός υδροηλεκτρικής ενέργειας και ακολουθούν ο Καναδάς, η Βραζιλία και οι ΗΠΑ. ~ 45 ~

54 Σήμερα, η υδροηλεκτρική ενέργεια αποτελεί, με διαφορά, τη σημαντικότερη μορφή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στον τομέα της παραγωγής ηλεκτρισμού, καλύπτοντας σχεδόν το 67% του παραγόμενου ηλεκτρισμού από εναλλακτικές μορφές ενέργειας. Η υδροηλεκτρική ενέργεια παράγει το 24% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας με τα υδροηλεκτρικά εργοστάσια να έχουν χωρητικότητα MW ετησίως και να παράγουν πάνω από 2,3*10 12 ΚW ηλεκτρικής ενέργειας, ισοδύναμη ενέργεια με 3,6*10 9 βαρέλια πετρελαίου. Συνήθως η ενέργεια που παράγεται, χρησιμοποιείται μόνο συμπληρωματικά ως προς άλλες συμβατικές πηγές ενέργειας, καλύπτοντας φορτία αιχμής. Χρήση της Yδροηλεκτρικής Ενέργειας στην Ελλάδα Στην Ελλάδα η υδροηλεκτρική ενέργεια ικανοποιεί περίπου το 9% των ενεργειακών μας αναγκών σε ηλεκτρισμό. Μια από τις αναξιοποίητες πλουτοπαραγωγικές πηγές της Ηπείρου αποτελεί το τεράστιο υδάτινο δυναμικό το οποίο σύμφωνα με συντηρητικές εκτιμήσεις φαίνεται να πλησιάζει το 30% του συνολικού φρέσκου νερού της Ελλάδας. Όλοι οι ποταμοί της Ηπείρου έχουν τις πηγές τους στην οροσειρά της Πίνδου. Η οροσειρά της Πίνδου έχει σημαντικές βροχοπτώσεις και εδαφολογία τέτοια ώστε να μπορούμε να εκμεταλλευτούμε το υδάτινο δυναμικό από μεγάλες υψομετρικές διαφορές ενώ από την άλλη πλευρά το έδαφος της οροσειράς είναι τέτοιο που ευνοεί τη δημιουργία τεχνητών λιμνών και δεξαμενών ύδατος. Οι μέχρι τώρα έρευνες έδειξαν ότι στην Ήπειρο μπορούν να δημιουργηθούν μέχρι 18 μεγάλα υδροηλεκτρικά εργοστάσια καθώς επίσης μέχρι και 50 περίπου μικρά, που μπορούν να παράγουν 5.000GWh περίπου ετησίως. Η παραγωγή αυτή ενέργειας αντιστοιχεί στο 25% του αξιοποιήσιμου υδάτινου δυναμικού της χώρας και στο 15% της καταναλισκόμενης ισχύος στην Ελλάδα ανά έτος. Η ΔΕΗ Ανανεώσιμες έχει σήμερα 15 μικρούς υδροηλεκτρικούς σταθμούς σε λειτουργία και κατασκευάζει 2 επί πλέον. Ταυτόχρονα, 7 νέα έργα έχουν λάβει άδεια παραγωγής. Παρακάτω ακολουθεί κατάλογος έργων σε λειτουργία και υπό ανάπτυξη, με την ισχύ κάθε έργου σε MW: Υδροηλεκτρικοί σταθμοί υπό παραγωγή ~ 46 ~

55 Περιοχή Ισχύς (MW) Αλατόπετρα Γρεβενών 2,43 Ιλαρίωνα Κοζάνης 4,2 Καλαμά 2,79 Λάδωνα 4,9 Μακροχώρι ΙΙ 4,84 Μεσοχώρα Τρικάλων 1,6 Πουρνάρι ΙΙ 0,66 Σμόκοβο ΙΙ 3,2 Σύνολο 24,62 Υδροηλεκτρικοί σταθμοί που έχουν κατασκευαστεί Περιοχή Ισχύς (MW) Αγία Βαρβάρα Βέροιας 0,9 Άγιος Ιωάννης Σερρών 0,7 Αλμυρός Χανίων 0,3 Βέρμιο Βέροιας 1,8 Βορεινό Αριδαίας 2,01 Γιτάνη Ηγουμενίτσας 2,06 Γκιώνα Άμφισσας 8,5 Γλαύκος Πάτρας 3,7 Ελεούσα Χαλκηδόνας 3,23 Λόυρος Πρέβεζας 10,3 Μακροχώρι Βέροιας 10,8 Οινούσα Σερρών 1,5 Παπαδιά Φλώρινας 0,5 Σμόκοβο Καρδίτσας 10,4 Στράτος ΙΙ Αγρινίου 6,2 Σύνολο 62,9 ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ~ 47 ~

56 Αιολικό πάρκο στο Παναχαϊκό, το οποίο αποτελεί το μεγαλύτερο αιολικό πάρκο της Ελλάδας με 40 ανεμογεννήτριες, εγκαινιάστηκε το 2006 Αιολική ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια που παράγεται από την εκμετάλλευση του πνέοντος ανέμου. Είναι δηλαδή η μετατροπή της ενέργειας του ανέμου σε μια χρήσιμη μορφή ενέργειας, για παράδειγμα με τη χρήση ανεμογεννητριών σε ηλεκτρική ενέργεια, με τη χρήση ανεμόμυλων σε μηχανική, με τη χρήση αντλιών αέρα για την άντληση υδάτων, για την ώθηση των ιστιοφόρων πλοίων, κ.ά. Ονομάζεται αιολική γιατί στην ελληνική μυθολογία ο Αίολος ήταν ο θεός του ανέμου. Η αιολική ενέργεια είναι δευτερογενής ηλιακή ενέργεια γιατί δημιουργείται έμμεσα από την ηλιακή ακτινοβολία. Οι άνεμοι αποτελούν κίνηση αέριας μάζας στην ατμόσφαιρα που προκαλείται από την ηλιακή ακτινοβολία. Ειδικότερα, είναι αποτέλεσμα των θερμοκρασιακών διαφορών που δημιουργούνται στην ατμόσφαιρα είτε λόγω γεωγραφικού πλάτους είτε λόγω διαφορετικής θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης. Οι διαφορετικές γεωγραφικές θερμοκρασίες οφείλονται σε δύο κυρίως παράγοντες: α) την υψομετρική διαφορά μεταξύ δύο σημείων και β) την διαφορετική φύση της επιφάνειας (έδαφος ή νερό). Οι άνεμοι που δημιουργούνται λόγω διαφορετικού γεωγραφικού πλάτους είναι φαινόμενα σχεδόν σταθερά ή μεταβλητά με μεγάλη περίοδο μεταβολής (εποχικά) καθώς επηρεάζονται από την περιστροφή της γης γύρω από τον άξονά της. Οι άνεμοι που οφείλονται στο δεύτερο παράγοντα χαρακτηρίζονται από μικρή χρονική διάρκεια (ωριαία ή ημερήσια) και παρατηρούνται είτε κοντά σε ορεινούς όγκους είτε σε περιοχές κοντά σε θάλασσα όπου υπάρχει διαφορετικός βαθμός θέρμανσης ή ψύξης του εδάφους και του υδάτινου όγκου. Η πηγή της αιολικής ενέργειας είναι πρακτικά ανεξάντλητη, ανανεώνεται συνεχώς γι αυτό και κατατάσσεται στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Εάν υπήρχε η ~ 48 ~

57 δυνατότητα, με τη σημερινή τεχνολογία, να καταστεί εκμεταλλεύσιμο το συνολικό αιολικό δυναμικό της γης, εκτιμάται ότι η παραγόμενη σε ένα χρόνο ηλεκτρική ενέργεια από τον άνεμο θα ήταν υπερδιπλάσια από τις ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια της ανθρωπότητας στο ίδιο διάστημα. Ωστόσο, ένα μόνο μικρό ποσοστό αυτής της τεράστιας ποσότητας ενέργειας είναι σήμερα εκμεταλλεύσιμο. Συνήθως, η αιολική ενέργεια χρησιμοποιείται: Για την παραγωγή ηλεκτρισμού σε περιοχές διασυνδεδεμένες στο δίκτυο, είτε για την κάλυψη ίδιων αναγκών, είτε για την πώληση του ρεύματος στην εταιρία εκμετάλλευσης του δικτύου. Για την παραγωγή ηλεκτρισμού σε περιοχές που δεν είναι διασυνδεδεμένες στο δίκτυο, για λειτουργία είτε σε συνδυασμό με σταθμό ηλεκτροπαραγωγής με ντίζελ, είτε ως μοναδικός πάροχος ηλεκτρικής ενέργειας με συσσωρευτές. Για θέρμανση (π.χ. σε θερμοκήπια) με διαδοχική μετατροπή της αιολικής ενέργειας σε ηλεκτρισμό και ακολούθως σε θερμότητα, με τη χρήση ηλεκτρικής αντίστασης ή με την κίνηση αντλιών θερμότητας. Για την εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας χρησιμοποιούνται ειδικές διατάξεις που εκθέτουν έναν δρομέα στο ρεύμα του ανέμου, λαμβάνοντας μέρος έτσι της κινητικής ενέργειάς του, με αποτέλεσμα την περιστροφική κίνηση του δρομέα. Οι διατάξεις αυτές ονομάζονται ανεμογεννήτριες όταν ο άξονας τους κινεί ηλεκτρογεννήτρια παραγωγής ρεύματος. Σήμερα, έχει αλλάξει η τεχνολογία στην αιολική ενέργεια σημαντικά. Οι σύγχρονες τεχνολογίες έχουν αντικαταστήσει τις μικρές παλιές ανεμογεννήτριες οι οποίες χρησιμοποιούνταν κατευθείαν στο δίκτυο. Σήμερα χρησιμοποιούνται μεγάλοι τριπτέρυγοι ανεμοκινητήρες από 1,5 έως 5MW με διάμετρο 70 ως 100 μέτρα, ενώ το ύψος τους φτάνει τα 130 περίπου μέτρα μαζί με τον πυλώνα. Οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται είναι κύρια η τεχνολογία μεταβλητού βήματος, και η τεχνολογία μεταβλητής ταχύτητας μέσω μετατροπέων ισχύος που συμπεριλαμβάνουν διασύνδεση συνεχούς ρεύματος. Τώρα όλες οι σύγχρονες κατασκευές στις ανεμογεννήτριες έχουν μια ενδιάμεση μετατροπή σε συνεχές ρεύμα, από εναλλασσόμενο σε συνεχές και μετά σε εναλλασσόμενο, είτε συνολικά είτε μέσω του δρομέα ανάλογα με τον τύπο της γεννήτριας. Όλα αυτά απαιτούν ασφαλώς προηγμένες τεχνολογίες ελέγχου. Όλες αυτές οι σύγχρονες τεχνολογίες στα αιολικά συστήματα πραγματικά αυξάνουν σημαντικά το βαθμό απόδοσης και μπορούν να λειτουργούν με τη μέγιστη απομάστευση ισχύος από τον άνεμο, να περιορίζουν τα φορτία στις υψηλές ταχύτητες, να δίνουν επιπλέον βοηθητικές υπηρεσίες που είναι απαραίτητες για το δίκτυο, να αντιμετωπίζουν σφάλματα στο δίκτυο και βέβαια να έχουν βελτιωμένα περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά σε σχέση με το θόρυβο κ.ά.. Και το τελευταίο, να μειώνουν το κόστος της αιολικής kwh λόγω οικονομίας κλίμακας. Αυτό σημαίνει ότι οι σύγχρονες αυτές ανεμογεννήτριες έχουν δυνατότητα λειτουργίας για ταχύτητες ~ 49 ~

58 από 4 έως 25 m/s, ενώ η παλαιάς τεχνολογίας λειτουργούσαν πολύ καλά με υψηλό βαθμό απόδοσης γύρω στα 12 με 14 m/s ταχύτητα ανέμου. Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα της Αιολικής Ενέργειας Η αιολική ενέργεια είναι η περισσότερο ταχέως αναπτυσσόμενη πηγή ενέργειας στον κόσμο και η δεύτερη πιο διαδεδομένη από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, μετά την υδροηλεκτρική. Αποτελεί μια ελκυστική λύση στο πρόβλημα της ηλεκτροπαραγωγής και τα κυριότερα οφέλη που παρουσιάζει είναι: Είναι μια ανεξάντλητη μορφή ενέργειας διότι το «καύσιμο» είναι άφθονο αφού παρέχεται από τον ήλιο και επιπλέον υπάρχει αρκετό αιολικό δυναμικό στον πλανήτη το οποίο μπορεί να υπερκαλύψει τις ενεργειακές μας ανάγκες. Συμβάλλει στην προστασία του περιβάλλοντος και την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής καθώς είναι μια απολύτως καθαρή, ήπια μορφή ενέργειας, η οποία δε μολύνει το περιβάλλον με στερεά απόβλητα ή καυσαέρια όπως το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). Κάθε 1MW αιολικής ισχύος αποτρέπει 3,2 τόνους σωματιδίων το χρόνο, 5 τόνους οξειδίων του αζώτου (ΝΟ x ), 6 τόνους διοξείδιο του θείου (SO 2 ) και και πλέον τόνους διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). Δεν έχει κόστος καθώς η ενέργεια του ανέμου είναι ο μόνος πόρος που απαιτείται για την τροφοδοσία των ανεμογεννητριών και μας παρέχεται δωρεάν. Συμβάλλει στη μείωση της εξάρτησης από συμβατικούς ενεργειακούς πόρους οι οποίοι στο μέλλον θα εξαντληθούν, γεγονός που συνεπάγεται συναλλαγματικά οφέλη. Αποτελεί μια αποκεντρωμένη μορφή ενέργειας, καθώς το αιολικό δυναμικό είναι διάσπαρτο στον πλανήτη και έτσι με τη χρήση των ανεμογεννητριών το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να πάει παντού, ακόμα και σε ορεινές και δύσβατες περιοχές, κάτι που στο παρελθόν δε συνέβαινε καθώς ήταν οικονομικά ασύμφορο. Είναι μια τοπική μορφή ενέργειας, δίνει συνεπώς μια ενεργειακή αυτοδυναμία, χωρίς εξαρτήσεις από ξένους παράγοντες, διακυμάνσεις τιμών κλπ. Παρουσιάζει ελάχιστες απαιτήσεις γης και είναι μια ασφαλής επένδυση, αφού υπάρχουν τεράστια και άφθονα αποθέματα, το λειτουργικό κόστος από τη χρήση της αιολικής ενέργειας είναι χαμηλό και ο χρόνος εγκατάστασης ενός αιολικού πάρκου είναι μικρός (περίπου ένας χρόνος). Σε ένα μέσο αιολικό πάρκο η ανεμογεννήτρια θα αποσβέσει όλη την ενέργεια που έχει χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή, εγκατάσταση και λειτουργία της σε διάστημα μικρότερο των 3μηνών. Τα κυριότερα μειονεκτήματα από τη χρήση του ανέμου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι τα ακόλουθα: ~ 50 ~

59 Ο άνεμος είναι απρόβλεπτος και υπάρχει αβεβαιότητα στην εμφάνισή του, καθώς πρόκειται για ένα καθαρά στοχαστικό μέγεθος και μιας μεταβλητής φύσεως πηγή ενέργειας, οπότε δεν μπορούμε να αναμένουμε σταθερή παραγωγή ενέργειας. Όταν λοιπόν δε φυσάει άνεμος, επειδή ακόμα δεν υπάρχουν δυνατότητες για οικονομική αποθήκευση μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας, επιβάλλεται να υπάρχει εφεδρεία συμβατικών σταθμών για το σύνολο της εγκατεστημένης ισχύος. Η μεταβλητότητα του ανέμου προκαλεί σημαντικές διακυμάνσεις στην απόδοση ισχύος με αποτέλεσμα την εμφάνιση μηχανικών και ηλεκτρικών ταλαντώσεων, καθώς και τη μείωση της ποιότητας της ηλεκτρικής ισχύος, η οποία τροφοδοτείται στο ηλεκτρικό δίκτυο. Το πρόβλημα αυτό είναι ακόμα πιο έντονο στην περίπτωση της «διεσπαρμένης παραγωγής», όπου τα δίκτυα με τα οποία συνδέονται τα αιολικά πάρκα είναι συνήθως ασθενή δίκτυα απομακρυσμένων περιοχών και εξομαλύνεται όσο μεγαλύτερο είναι το πλήθος των ανεμογεννητριών που χρησιμοποιούνται. Οι κυριότερες επιπτώσεις της «διασπαρμένης παραγωγής» στη λειτουργία των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας είναι: αλλαγές στο επίπεδο της τάσης των δικτύων, μειωμένη ποιότητα ηλεκτρικής ισχύος, μεταβολή των ρευμάτων από σφάλματα του δικτύου, αλλαγή του επιπέδου βραχυκύκλωσης, αύξηση της αρμονικής παραμόρφωσης των τάσεων και ρευμάτων του δικτύου, διακύβευση της ευστάθειας του συστήματος. Υψηλό κόστος έρευνας και εγκατάστασης. Η αιολική ενέργεια πρέπει να συναγωνιστεί τις συμβατικές πηγές ενέργειας σε επίπεδο κόστους. Παρ ότι το κόστος της αιολικής ενέργειας έχει μειωθεί δραματικά τα τελευταία χρόνια, η τεχνολογία απαιτεί μια αρχική επένδυση υψηλότερη από εκείνη των γεννητριών που λειτουργούν με καύση ορυκτών. Υπάρχουν αρνητικές επιπτώσεις κατά τη φάση της κατασκευής στα είδη της χλωρίδας στην περιοχή κατάληψης του έργου αλλά οι επιπτώσεις αυτές κρίνονται ως ασθενείς ως προς την ένταση, τοπικού χαρακτήρα και μπορούν να χαρακτηριστούν σχεδόν ολικά αντιστρεπτές μετά το πέρας της φάσης της κατασκευής. Όσον αφορά την πιθανή όχληση από εκπομπή θορύβου, οι σύγχρονες ανεμογεννήτριες είναι σχεδόν αθόρυβες. Ο μηχανικός θόρυβος των παλαιότερων μηχανών έχει πρακτικά εκμηδενιστεί, ενώ έχει μειωθεί στο ελάχιστο και ο αεροδυναμικός θόρυβος. Επιπλέον, από το σύνολο της πανίδας, μόνο τα πτηνά μπορούν να επηρεασθούν από το αιολικό πάρκο κυρίως με θανάτωση (ή τραυματισμό) μετά από προσκρούσεις στους ανεμοκινητήρες. Ωστόσο, μακροχρόνιες έρευνες για τα πτηνά έχουν δείξει ότι οι θάνατοι (ή τραυματισμοί) από προσκρούσεις σε ανεμογεννήτριες είναι πολύ λιγότερες από τους θανάτους που προέρχονται από συγκρούσεις πτηνών με διάφορες κατασκευές των ανθρώπων. Οι ανεμογεννήτριες μπορεί να προκαλέσουν αυξομειώσεις άλλων σημάτων (τηλεπικοινωνιακών ή ραδιοτηλεοπτικών), λόγω των κινούμενων πτερυγίων τους, αφού τα σήματα ανακλώνται σε αυτά. Με τις σύγχρονες όμως ~ 51 ~

60 τεχνολογίες κατασκευής των πτερυγίων των ανεμογεννητριών, η επίπτωση στη μετάδοση των σημάτων περιορίζεται στο ελάχιστο. Η Αιολική Ενέργεια σε Παγκόσμιο Επίπεδο Από τα αρχαία χρόνια ο άνθρωπος γνώριζε για τη δύναμη του ανέμου και είχε ανάγκη να τον διαθέσει προς όφελος του. Εκμεταλλεύτηκε αυτή τη μορφή ενέργειας για να ταξιδέψει σε μεγάλες αποστάσεις, αλλά και για το άλεσμα και την άντληση νερού. Γι αυτό και η αιολική ενέργεια χρησιμοποιείται για τουλάχιστον χρόνια και έπαιξε αποφασιστικό ρόλο στην εξέλιξη της ανθρωπότητας. Η πρώτη χρήση αιολικής ενέργειας έγινε στην ναυσιπλοΐα. Οι Αιγύπτιοι, γύρω στο 3500 π.χ. χρησιμοποιούσαν τον άνεμο για την κίνηση ιστιοφόρων πλοίων για τη μεταφορά ανθρώπων κατά μήκος του Νείλου ποταμού. Το γεγονός αυτό συνέβαλε αποφασιστικά στην ανάπτυξη της ναυτιλίας. Άλλοι πολιτισμοί που χρησιμοποίησαν την αιολική ενέργεια είναι οι Κινέζοι, οι Έλληνες, οι Ινδοί καθώς επίσης και οι λαοί της Περσίας, του Θιβέτ και του Αφγανιστάν όπου μικροί νερόμυλοι στην χρησίμευαν για την άλεση δημητριακών αλλά και για παροχή πόσιμου νερού σε οικισμούς Μέχρι το 12ο αιώνα η αιολική ενέργεια χρησιμοποιούνταν για να παρέχει την απαιτούμενη μηχανική ενέργεια για την άντληση νερού ή για το άλεσμα των δημητριακών. Στις αρχές του 1970, με την πρώτη πετρελαϊκή κρίση, το ενδιαφέρον για την αιολική ενέργεια επανήλθε στο προσκήνιο. Αυτή τη φορά όμως το κυρίως ενδιαφέρον ήταν η εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και όχι μηχανικής (κάτι που γινόταν έως τότε). Με τον τρόπο αυτό, κατέστη δυνατή η παροχή μιας αξιόπιστης και σταθερής πηγής ενέργειας με τη χρήση άλλων τεχνολογιών ενέργειας, η οποία θα λειτουργούσε ως εφεδρική για το ηλεκτρικό δίκτυο. Στις μέρες μας, πολλές χώρες παγκοσμίως παράγουν μέρος της αναγκαίας ενέργειάς τους με την εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας. Στα πρώτα στάδια, η εκμετάλλευσή της ήταν ασύμφορη. Ωστόσο, με το πέρασμα των δεκαετιών η επιστημονική έρευνα έχει φτάσει σε τέτοιο σημείο προόδου, που επιτρέπει την όλο και αποδοτικότερη εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας. Σύμφωνα με την ετήσια έκθεση του Παγκόσμιου Συμβουλίου Αιολικής Ενέργειας (GWEC), το έτος 2012 σημειώθηκε ισχυρή ανάπτυξη και ταυτόχρονα σημαντικές οπισθοδρομήσεις σε διάφορα σημεία του κόσμου όσον αφορά τη χρήση της αιολικής ενέργειας. Προστέθηκαν περίπου 44GW νέας εγκατεστημένης αιολικής ισχύος, που αντιστοιχούν σε σχεδόν 10% αύξηση της ετήσιας αγοράς σε σύγκριση με το 2011, ποσοστό που είναι χαμηλότερο από το 22% που είναι ο ετήσιος μέσος ρυθμός ανάπτυξης κατά τα τελευταία 10 χρόνια, και περισσότερο από 19% συνολικά εγκατεστημένης αιολικής ισχύος. Στο τέλος του 2012 λοιπόν το νέο παγκόσμιο σύνολο εγκατεστημένης αιολικής ισχύος είναι 282,5GW με πάνω από ανεμογεννήτριες σε λειτουργία. ~ 52 ~

61 Στο τέλος του 2011, λόγω της συνεχιζόμενης επιβράδυνσης της οικονομικής δραστηριότητας στην Ευρώπη και της πολιτικής αβεβαιότητας στις ΗΠΑ, ήταν δύσκολο να γίνουν προβλέψεις για την αγορά της αιολικής ενέργειας το Παρόλα αυτά, το 2012 αποτέλεσε χρονιά ρεκόρ για τις παραδοσιακές αγορές της Βόρειας Αμερικής και της Ευρώπης. Αντίθετα, η Κίνα, η μεγαλύτερη αγορά για την αιολική ενέργεια από το 2009, σημείωσε αργή ανάπτυξη, παρέμεινε όμως στην κορυφή μαζί με τις ΗΠΑ. Η Ασία εξακολουθεί να οδηγεί τις παγκόσμιες αγορές με τη Βόρεια Αμερική να είναι δεύτερη και την Ευρώπη να ακολουθεί. Μέχρι το τέλος του περασμένου έτους, ο αριθμός των χωρών με εγκατεστημένη ισχύ πάνω από 1.000MW είχε αυξηθεί σε 24 μεταξύ των οποίων 16 στην Ευρώπη, 3 στην Ασία, 3 στη Βόρεια Αμερική, 1 στην Ωκεανία και 1 στη Νότια Αμερική. Η ενοποίηση της αγοράς στην Κίνα και η πολιτική αστάθεια στην Ινδία ήταν οι κυριότεροι λόγοι για τη σημαντική επιβράδυνση στην Ασία το Στον Καναδά, τη Βραζιλία και το Μεξικό αναμένεται σημαντική ανάπτυξη στον τομέα της αιολικής ενέργειας το 2013, ενώ μερικές εκατοντάδες MW από τη Νότια Αφρική και την Αιθιοπία θα παραχθούν για πρώτη φορά. Σημαντικές επεκτάσεις προβλέπεται να γίνουν και στη Μογγολία, το Πακιστάν, τις Φιλιππίνες και την Ταϋλάνδη. ~ 53 ~

62 Οι δέκα πρώτες χώρες παγκοσμίως, σε νέα εγκατεστημένη αιολική ισχύ, Ιανουάριος - Δεκέμβριος 2012 Οι δέκα πρώτες χώρες παγκοσμίως, σε συνολικά εγκατεστημένη αιολική ισχύ, Δεκέμβριος 2012 ~ 54 ~

63 Η ετήσια παγκόσμια εγκατάσταση αιολικής ισχύος από το 1996 έως το 2012 Η συνολική παγκοσμίως εγκατεστημένη αιολική ισχύς από το 1996 έως και το 2012 Ασία Για πέμπτη συνεχόμενη χρονιά, η Ασία ήταν η μεγαλύτερη αγορά αιολικής ενέργειας, με προσθήκη αιολικής ικανότητας πάνω από 15GW. Η Κίνα, με την προσθήκη 12,96GW (μέγεθος που παρουσιάζει σημαντική πτώση σε σύγκριση με τα στοιχεία των τριών τελευταίων ετών), παραχώρησε την ηγετική της θέση στις ΗΠΑ το 2012, αν και η διαφορά που είχαν μεταξύ τους, ήταν λιγότερο από 200MW. Το 2012, η παραγωγή αιολικής ενέργειας στην Κίνα ανερχόταν σε 100,4*10 12 kwh, ~ 55 ~

64 αντιπροσωπεύοντας το 2% της συνολικής παραγόμενης ενέργειας της χώρας, από 1,5% που ήταν το Τριπλασίασε σχεδόν την παραγωγική της ικανότητα από 25,8GW το 2009, και έφτασε τα 75,3GW μέχρι το τέλος του 2012, επιτρέποντας στην Κίνα διατηρήσει την ηγετική της θέση όσον αφορά την παγκόσμια εγκατεστημένη δυναμικότητα αιολικής ενέργειας. Μέχρι το τέλος του 2012, η αιολική ενέργεια ήταν η τρίτη μεγαλύτερη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας μετά από τη θερμική και την υδροηλεκτρική, ξεπερνώντας την πυρηνική. Αναμένεται, ότι κατά το 2013 θα υπάρξει προσθήκη 18GW στις ήδη υπάρχουσες κινεζικές εγκαταστάσεις αιολικής ενέργειας. Η Ινδία σήμερα είναι μια σημαντική αγορά για τη βιομηχανία αιολικής ενέργειας. Παρά το γεγονός ότι το 2011 σημειώθηκε η μεγαλύτερη ετήσια ανάπτυξη, με προσθήκη πάνω από 3GW νέων εγκαταστάσεων, το 2012 η αιολική ενέργεια παρουσίασε μικρότερη ανάπτυξη λόγω της πολιτικής αστάθειας, με τις νέες εγκαταστάσεις να φτάνουν τα MW και το συνολικό ποσό της εγκατεστημένης αιολικής ισχύος να διαμορφώνεται στα MW. Αυτός ο ρυθμός ανάπτυξης διατηρεί την ινδική αγορά αιολικής ενέργειας σταθερά στην πρώτη πεντάδα στην παγκόσμια κατάταξη σε παγκόσμιο επίπεδο. Μέχρι το τέλος του 2012, οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αντιπροσώπευαν πάνω από 12% της συνολικής εγκατεστημένης ισχύος, και περίπου το 6% της ηλεκτρικής ενέργειας, ποσοστό σημαντικά μεγαλύτερο από το 2% που ήταν το Η αιολική ενέργεια αντιπροσώπευε περίπου το 69% της συνολικής δυναμικότητας των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας ή περίπου το 8% της συνολικής εγκατεστημένη ισχύος στην Ινδία. Με την οξεία ανάγκη για ηλεκτροδότηση και την αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας στη χώρα, η αιολική ενέργεια πρόκειται να αποκτήσει ολοένα και πιο σημαντικό μερίδιο στην αγορά ηλεκτρικής ενέργειας της Ινδίας. Ενώ η υπόλοιπη Ασία δεν έκανε μεγάλη πρόοδο το 2012, υπάρχουν ορισμένα ευνοϊκά σημάδια στον ορίζοντα. Στην Ιαπωνία η συνολική ισχύς έφτασε τα 2.614MW στο τέλος του 2012, αυξανόμενη κατά 88MW σε σχέση με το 2011, ποσό που αντιπροσωπεύει το 0,5% της συνολικής παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας. Μετά το ατύχημα της Φουκουσίμα το Μάρτιο του 2011, η Ιαπωνία κινείται προς μια διαφοροποίηση του ενεργειακού της συστήματος αυξάνοντας τη συμβολή της αιολικής ενέργειας και των άλλων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Η κυβέρνηση της Νότιας Κορέας έχει εντάξει την "πράσινη ανάπτυξη" πολύ ψηλά στις εθνικές αναπτυξιακές της προτεραιότητες. Παρά το γεγονός ότι η αιολική ενέργεια είναι ακόμα μια σχετικά νέα τεχνολογία παραγωγής ενέργειας, 76MW αιολικής ισχύος παραγόμενα από χερσαία αιολικά πάρκα (onshore) προστέθηκαν το 2012, αυξάνοντας το αιολικό δυναμικό της χώρας σε 483MW. Στόχος της κυβέρνησης, είναι να η επίτευξη περισσότερων από 15GW συνολικής εγκατεστημένης αιολικής ισχύος μέχρι το Το 2012 στο Πακιστάν λειτούργησε το πρώτο εμπορικό αιολικό πάρκο των 50MW στην επαρχία Sindh. Η συνολική εγκατεστημένη ισχύς της χώρας έφθασε τα 56MW. Αν και αποτελεί ένα σχετικά μικρό έργο, είναι ο προάγγελος των μεγάλων ~ 56 ~

65 εξελίξεων που έρχονται, με σχεδόν 150MW νέας παραγωγικής ικανότητας να είναι υπό κατασκευή επί του παρόντος και έργα συνολικού ύψους 700MW να αναμένεται να επιτευχθούν μέχρι το τέλος του Τέλος, το πρώτο εμπορικό αιολικό πάρκο των 50MW θα τεθεί σε λειτουργία το καλοκαίρι του 2013 στη Μογγολία. Όσο για τις υπόλοιπες Ασιατικές χώρες Ταϋλάνδη και Φιλιππίνες αναμένεται να έχουν έτοιμες τις πρώτες τους αιολικές εγκαταστάσεις μέχρι το τέλος του Βόρεια Αμερική Στις ΗΠΑ, η έκρηξη στην ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας παρατηρείται πάνω από μία δεκαετία. Ωστόσο, η αιολική βιομηχανία ενέργειας των ΗΠΑ, παρουσίασε τη μεγαλύτερη άνθισή της το 2012, καθιστώντας την σε ηγετική θέση στην αγορά όσον αφορά τις νέες εγκαταστάσεις αιολικής ενέργειας σε παγκόσμιο επίπεδο το περασμένο έτος. Πάνω από 13,1GW νέας αιολικής ισχύος παραγόμενα από 190 έργα συνδέθηκαν στο δίκτυο, διαμορφώνοντας τη συνολική δυναμικότητα στα 60GW από 46,9GW που ήταν το Στην πραγματικότητα, το 2012 ήταν ένα ισχυρό έτος για όλες τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, καθώς όλες μαζί κάλυπταν πάνω από το 55% της ζητούμενης ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας. Μία άνευ προηγουμένου αύξηση 8.4GW αιολικής ισχύος σημειώθηκε κατά το τέταρτο τρίμηνο και μόνο, γεγονός που το καθιστά το ισχυρότερο τρίμηνο στη μέχρι τώρα ενεργειακή ιστορία της χώρας. Όσον αφορά τις περιοχές με τη μεγαλύτερη ανάπτυξη στον τομέα της αιολικής ενέργειας το 2012 είναι: το Τέξας επιπλέον 1.826MW, η Καλιφόρνια με 1.656ΜW να προστίθενται στο αιολικό της δυναμικό, το Κάνσας με προσθήκη 1.440MW, η Οκλαχόμα με 1.127MW και τέλος το Ιλλινόις με 823MW περισσότερα σε σχέση με το Στον Καναδά, το 2012 σημειώθηκε αύξηση 935MW στη συνολική εγκατεστημένη αιολική ισχύ της χώρας σε σχέση με το 2011, καθιστώντας τη χώρα την ένατη μεγαλύτερη αγορά για το έτος αυτό. Σε σύγκριση με τα νέα 1.267MW που είχαν προστεθεί το 2011 σε σύγκριση με το 2010, παρουσιάστηκε μια μικρή επιβράδυνση το 2012, αλλά εξακολουθεί να είναι η δεύτερη καλύτερη χρονιά όλων των εποχών. Το Οντάριο ηγείται στην αιολική δυναμικότητα με περισσότερα 2GW προμηθεύοντας πάνω από το 3% της επαρχιακής ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας και ακολουθεί το Κεμπέκ. Το 2013 αναμένεται να είναι χρονιά ρεκόρ για την καναδική αγορά με τη λειτουργία επιπλέον 1,5GW αιολικής ενέργειας. Στο Μεξικό, η ισχύς που εγκαταστάθηκε το 2012, υπερδιπλασίασε τη συνολικά εγκατεστημένη αιολική ισχύ της χώρας, με τα 801MW που προστέθηκαν να διαμορφώνουν το σύνολο σε 1.370MW. Νότια Αμερική Η αιολική ενέργεια έχει στις μέρες μας σημειώσει μεγάλη ανάπτυξη στις χώρες της Λατινικής Αμερικής, συμπληρώνοντας τη συνολική προσπάθεια στροφής ~ 57 ~

66 στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας που γίνεται με την αξιοποίηση της υδροηλεκτρικής ενέργειας και της βιομάζας. Για πρώτη φορά το 2012, εγκαταστάθηκε πάνω από 1GW αιολικής ισχύος στην περιοχή. Η Βραζιλία ηγείται των χωρών της Λατινικής Αμερικής στον τομέα της αιολικής ενέργειας, με 1.077MW νέας αιολικής ισχύος το 2012, προσθέτοντας τη χώρα στη μικρή λίστα των χωρών με ετήσιες εγκαταστάσεις πάνω από 1GW παγκοσμίως. Η Βραζιλία είναι μία από τις πλέον υποσχόμενες αγορές στα χερσαία (onshore) αιολικά πάρκα με έργα αιολικής ισχύος 7GW τα οποία αναμένεται να ολοκληρωθούν μέχρι το 2016 και τις τρέχουσες προβλέψεις της κυβέρνησης να προβλέπουν 16GW συνολικής εγκατεστημένης ισχύος στη χώρα μέχρι το τέλος του Το αιολικό δυναμικό της Αργεντινής, αυξήθηκε κατά 54MW το περασμένο έτος σε σύγκριση με το 2011 φέρνοντας τη συνολική εγκατεστημένη ισχύ 167MW. Η Αργεντινή είναι μια πολλά υποσχόμενη αγορά η οποία έχει τεράστιους πόρους αιολικής ενέργειας. Ένας αριθμός αιολικών έργων είναι υπό ανάπτυξη γεγονός που θα βοηθήσει στην άμβλυνση των χρόνιων ελλείψεων ηλεκτρικής ενέργειας στη χώρα. Ορισμένοι αναλυτές υποστηρίζουν ότι οι άνεμοι που πνέουν στην Αργεντινή είναι επαρκείς για να καλύψουν την ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας όλης της Λατινικής Αμερικής. Το 2012 σηματοδότησε τη λειτουργία του πρώτου εμπορικού πάρκου ισχύος 30MW στη Βενεζουέλα. Στην Ουρουγουάη, η συνολική εγκατεστημένη ισχύς έφτασε τα 52MW, 9MW περισσότερα σε σχέση με το Στην Κεντρική Αμερική και την Καραϊβική, η Νικαράγουα και η Κόστα Ρίκα αύξησαν την παραγωγική ικανότητα κατά 40MW και 15MW με τη συνολική εγκατεστημένη ισχύ να φτάνει τα 102MW και 147MW αντίστοιχα. Ωκεανία Η περιοχή είδε τη συνολική εγκατεστημένη της ισχύ να ξεπερνά τα 3GW το Στην αγορά της Αυστραλίας, προστέθηκαν 358MW την περασμένη χρονιά (ποσό που παρουσιάζεται αυξημένο σε σχέση με τα 234MW που προστέθηκαν το 2011), φέρνοντας τη συνολική εγκατεστημένη αιολική ισχύ στα 2.584MW. Στόχος της αυστραλιανής κυβέρνησης είναι να καλύπτει το 20% της συνολικής ζήτησης για ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές μέχρι το Στη Νέα Ζηλανδία υπάρχει σήμερα υπό κατασκευή αιολικό πάρκο ισχύος 60MW. Αφρική και Μέση Ανατολή Οι χώρες της Αφρικής και της Μέσης Ανατολής έχουν αρχίσει να εκμεταλλεύονται το τεράστιο αιολικό τους δυναμικό, παρόλο που η πρόοδος που σημειώθηκε το 2012 εξακολουθεί να είναι μικρή, με λίγα παραπάνω από 100MW συνολικής εγκατεστημένης ισχύος σε ολόκληρη την περιοχή. Ωστόσο, αρκετές χώρες ~ 58 ~

67 έχουν ανακοινώσει μακροπρόθεσμα σχέδια για την εγκατάσταση μεγάλης κλίμακας αιολικών πάρκων μεταξύ των οποίων είναι η Νότια Αφρική, η Αιθιοπία, το Μαρόκο, η Κένυα και η Σαουδική Αραβία. Το αιολικό δυναμικό της Αφρικής είναι καλύτερο γύρω από τις ακτές και τα ανατολικά υψίπεδα. Στο τέλος του 2012, πάνω από το 98% του συνόλου των εγκαταστάσεων αιολικής ενέργειας της περιοχής, περίπου δηλαδή 1.135MW ήταν εγκατεστημένο σε 6 μόνο χώρες (στην Αίγυπτο 550MW, στο Μαρόκο 291MW, στην Τυνησία 104 MW, στην Αιθιοπία 52MW, στο Ιράν 91MW και το Πράσινο Ακρωτήρι 24MW. Ευρώπη Κατά τη διάρκεια του 2012, MW αιολικής ισχύος εγκαταστάθηκαν σε όλη την Ευρώπη με τις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης να κατέχουν τα MW του συνόλου. Η οικονομική κρίση που πλήττει την Ευρώπη και το κλίμα αβεβαιότητας που έχει αυτή δημιουργήσει από το 2011, έχει αρνητικό αντίκτυπο στον τομέα της αιολικής ενέργειας. Σήμερα, το 7% της συνολικής ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας της Ευρώπης ικανοποιείται από την αιολική ενέργεια, ενώ το 2011 το αντίστοιχο ποσοστό ήταν 6,3%, και το 2009 ήταν 4,8%. Στην κορυφή της Ευρώπης σε εγκαταστάσεις αιολικής ενέργειας είναι η Γερμανία (21% της συνολικής νέας δυναμικότητας αιολικής ενέργειας), ακολουθεί το Ηνωμένο Βασίλειο (16%), η Ιταλία (11%), η Ρουμανία (8%) και η Πολωνία (8%). Από την άποψη της συνολικής εγκατεστημένης ισχύος, η Γερμανία οδηγεί και πάλι (30% της συνολικής εγκατεστημένης ισχύος), ακολουθούμενη από την Ισπανία (22%), το Ηνωμένο Βασίλειο (8%), την Ιταλία (8%) και τη Γαλλία (7%). Η Γερμανία ηγείται στην αγορά αιολικής ενέργειας συνεχίζοντας σταθερά την ανάπτυξή της και το 2012, εγκαθιστώντας MW νέας δυναμικότητα, 80 MW εκ των οποίων (3,3%) παρέχονταν από υπεράκτια (offshore) αιολικά πάρκα, ανεβάζοντας τη συνολική δυναμικότητα της χώρας στα MW το τέλος του Το Ηνωμένο Βασίλειο βρίσκεται στην καλύτερη γεωγραφική θέση από τη σκοπιά της αιολικής ενέργειας και παρουσιάζει τους καλύτερους πόρους MW εγκαταστάθηκαν το 2012 από τα οποία τα 1.043MW παρήχθησαν από χερσαία και τα 854MW από υπεράκτια αιολικά πάρκα, φέρνοντας τη χώρα στην έβδομη θέση παγκοσμίως. Η συνολική εγκατεστημένη ισχύς το 2012 αυξήθηκε κατά 33% σε σύγκριση με το 2011 και το 5,5% της συνολικής ενεργειακής ζήτησης της χώρας καλύπτεται από την αιολική ενέργεια. Η Ιταλία, είχε συνολική εγκατεστημένη δυναμικότητα 8.144MW, το τέλος του 2012, σε σύγκριση με τα 6.737MW που είχαν εγκατασταθεί το Στην Ισπανία, λόγω της οικονομικής κατάστασης της χώρας, η αιολική ισχύς μειώθηκε σε 1.112MW, χωρίς καμία προοπτική ανάκαμψής της το εγγύς μέλλον. ~ 59 ~

68 Στη Γαλλία, η αιολική ισχύς αυξάνεται σταθερά και έχει φτάσει τα 7.564MW στα τέλη του 2012, με τη γαλλική κυβέρνηση να έχει θέσει ως στόχο τα 25GW μέχρι το τέλος του Η εγκατεστημένη αιολική ισχύς ανά κράτος στις χώρες της Ευρώπης ~ 60 ~

69 Η εγκατεστημένη αιολική ισχύς ανά κράτος στις χώρες της Ευρώπης Η ετήσια εγκατάσταση αιολικής ισχύος ανά ήπειρο από το 2005 έως και το 2012 ~ 61 ~

70 Χρήση της Αιολική Ενέργεια στην Ελλάδα Η Ελλάδα αποτελεί ιδανική χώρα για εγκατάσταση αιολικών πάρκων, καθώς διαθέτει πλούσιο αιολικό δυναμικό της τάξης MW MW με βάση τις σημερινές τεχνολογικές δυνατότητες και τους βασικούς περιορισμούς χωροθέτησης αιολικών πάρκων για ταχύτητες ανέμου πάνω από 6m/sec και η μορφολογία του εδάφους (αρκετά βουνά, νησιά και βραχονησίδες) είναι τέτοια που ευνοεί την υψηλή απόδοση τέτοιων μορφών ενέργειας. Ειδικότερα στα παράλια της ηπειρωτικής Ελλάδας και κυρίως στα νησιά του Αιγαίου Πελάγους, και συγκεκριμένα στην Κρήτη, στην ανατολική και νοτιοανατολική Πελοπόννησο, την Εύβοια και την νοτιοανατολική Θράκη όπου οι άνεμοι που πνέουν ξεπερνούν πολύ συχνά σε ένταση τα 8 ή 9 Beaufort (ταχύτητα ανέμου άνω των 60km/h), η αιολική ενέργεια μπορεί να αποτελέσει σημαντική δύναμη ανάπτυξης. Έτσι, τα τελευταία 10 χρόνια η αύξηση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από την εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας ήταν ραγδαία. Πλέον υπάρχουν 1.640MW εγκατεστημένης ισχύος (σύμφωνα με τα στατιστικά στοιχεία της Διεθνούς Υπηρεσίας Αιολικής Ενέργειας, ΙΕΑ WIND για τα τέλη του 2011), ποσό που αυξήθηκε κατά 35,5% σε σύγκριση με τα 1.210MW που ήταν εγκατεστημένα μέχρι το τέλος του Η ελληνική κυβέρνηση έχει θέσει ως στόχο η ηλεκτροπαραγωγή από ανεμογεννήτριες να προσεγγίσει τελικά τις GWh έως το 2020, περίπου 5GW - με αρχικό στόχο τα 6,6GWεγκατεστημένης ισχύος, καλύπτοντας έτσι το 15% της συνολικής κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα. ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΑΠΕ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Η Έκθεση του Εθνικού Σχεδίου Δράσης για την επίτευξη της συμβολής των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στην τελική κατανάλωση ενέργειας σε ποσοστό 20% έως το 2020 (γνωστό και ως στόχος ), απορρέει από την Οδηγία 2009/28/ΕΚ, και περιλαμβάνει εκτιμήσεις για την εξέλιξη του ενεργειακού τομέα και ~ 62 ~

71 τη διείσδυση των τεχνολογιών των ΑΠΕ έως το Οι εκτιμήσεις αυτές εξειδικεύονται στη συμμετοχή των ΑΠΕ στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, θερμότητας και ψύξης κυρίως για τον οικιακό τομέα, αλλά και στη χρήση βιοκαυσίμων στις μεταφορές. Αναφέρονται επίσης μέτρα για την μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και την αύξηση της αξιοποίησης των ΑΠΕ, καθώς και στοιχεία για τις βασικές διοικητικές δομές που θα επιταχύνουν τη διείσδυση αυτή. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με το σχέδιο αυτό προβλέπεται: Συμμετοχή των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας κατά 20% στη συνολική τελική κατανάλωση ενέργειας. Συμμετοχή των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας κατά 40% στην ηλεκτροπαραγωγή. Συμμετοχή κατά 10% των βιοκαυσίμων στις μεταφορές. Μείωση των εκπομπών αερίων φαινομένου του θερμοκηπίου κατά 4% από όλες τις δραστηριότητες, πλην αυτών που εξαιρούνται από την οδηγία για την εμπορία δικαιωμάτων εκπομπών. Στα πλαίσια της επίτευξης των στόχων αυτών, η Ελλάδα οφείλει να πραγματοποιήσει έναν δραστικό μετασχηματισμό του συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ορυκτά καύσιμα και να διαμορφώσει μια ενεργειακή πολιτική βασιζόμενη στην αύξηση της διείσδυσης των ΑΠΕ. Εθνικοί δεσμευτικοί στόχοι για τη συμμετοχή των ΑΠΕ στην καταναλισκόμενη ενέργεια. Οι ρυθμίσεις για την απλοποίηση των διαδικασιών αδειοδότησης των έργων ΑΠΕ έχουν αυξήσει τόσο το επενδυτικό ενδιαφέρον, όσο και τη συνολική εγκατεστημένη ισχύ των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στη χώρα μας. Ο Λειτουργός Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΛΑΓΗΕ), έχει δημοσιεύσει τον πίνακα κατάστασης της αδειοδοτικής εξέλιξης των έργων ΑΠΕ μέχρι το τέλος του Ιουλίου του ~ 63 ~

72 Κατά τη διάρκεια του πρώτου επταμήνου το 2013 η συνολική εγκατεστημένη ισχύς από σταθμούς ΑΠΕ στη χώρα μας ενισχύθηκε κατά 970MW και έφτασε τα 4.118MW. Tα φωτοβολταϊκά αποτελούν την κυρίαρχη μορφή ανανεώσιμης ενέργειας με συνολική ισχύ 2.017MW (φωτοβολταϊκά στεγών 340MW), η αιολική ενέργεια ακολουθεί με 1.497MW, στη συνέχεια έρχονται τα μικρά υδροηλεκτρικά με 218MW και η βιομάζα με 46MW. Οι υπόλοιπες μορφές ήπιων μορφών ενέργειας, όπως η γεωθερμία, η κυματική ενέργεια και η ενέργεια από την παλίρροια βρίσκονται ακόμα σε αρχικά στάδια. Εγκατεστημένη ισχύς (ΜW) μονάδων ΑΠΕ σε λειτουργία στο διασυνδεδεμένο σύστημα. Παρακάτω δίνεται η γεωγραφική κατανομή εγκατεστημένης ισχύος (MW) μονάδων ΑΠΕ στο διασυνδεδεμένο σύστημα για το ~ 64 ~

73 ~ 65 ~

74 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ ΕΜΠΟΔΙΑ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΩΝ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Γεγονός είναι ότι η Ελλάδα έχει καθυστερήσει την ανάπτυξη των ΑΠΕ σε σχέση με άλλες χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Τα κυριότερα από τα εμπόδια μιας μεγαλύτερης ανάπτυξης των έργων εγκατάστασης ΑΠΕ είναι τα ακόλουθα: Μη τήρηση ή απουσία χρόνων ανταπόκρισης των υπηρεσιών. Οι αρμόδιοι φορείς δεν τηρούν τους μέγιστους προβλεπόμενους, ή έστω λογικούς χρόνους ανταπόκρισης, ή δεν υποχρεώνονται από τη νομοθεσία να τηρούν συγκεκριμένο χρονοδιάγραμμα, με αποτέλεσμα η αδειοδότηση των έργων να καθίσταται χρονοβόρα. Η αδειοδοτική διαδικασία καθίσταται αναιτιολόγητα χρονοβόρα (από 3 έως 5 χρόνια), γεγονός που ενισχύεται από την εμπλοκή πληθώρας υπηρεσιών και γραφειοκρατικών διαδικασιών. Τοπικές αντιδράσεις και μικροπολιτικά συμφέροντα. Είναι απαραίτητη η εκπαίδευση και ενημέρωση των τοπικών κοινωνιών, με σκοπό την αποδοχή των μη συμβατικών πηγών ενέργειας, δεδομένου ότι οι αντιδράσεις προκαλούν εμπόδια στην πρόοδο της αδειοδοτικής διαδικασίας. Οικονομικά αντικίνητρα. Παρόλο που παρασχέθηκαν κίνητρα ξένων και εγχώριων επενδυτών για έργα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ, η ενέργεια αυτή δεν απέδωσε τα αναμενόμενα. Για το λόγο αυτό, δημιουργήθηκε η ανάγκη να αυξηθεί η τιμή της kwh, να γίνουν διαγωνισμοί με πολύ ευνοϊκούς όρους, εγγυημένη αποζημίωση της ισχύος και εγγύηση στην αύξηση της οριακής τιμής, χωρίς, όμως το θετικό αποτέλεσμα που αναμενόταν. ~ 66 ~

75 ~ 67 ~

76 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΑΙΟΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ - ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ~ 67 ~

77 ΆΝΕΜΟΣ Οι άνεμοι, δηλαδή η κίνηση αερίων μαζών στην ατμόσφαιρα, προκαλούνται από την ηλιακή ακτινοβολία. Είναι αποτέλεσμα των θερμοκρασιακών διαφορών που δημιουργούνται στην ατμόσφαιρα, είτε λόγω γεωγραφικού πλάτους είτε λόγω διαφορετικής θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης. Οι διαφορετικές γεωγραφικές θερμοκρασίες οφείλονται σε δύο παράγοντες κυρίως: Την υψομετρική διαφορά μεταξύ δύο σημείων. Οι άνεμοι που οφείλονται σ αυτόν τον παράγοντα χαρακτηρίζονται από σταθερότητα ή μεταβάλλονται με μεγάλη περίοδο μεταβολής (εποχικά) καθώς επηρεάζονται από την περιστροφική κίνηση της γης γύρω από τον άξονά της. Τη διαφορετική φύση της επιφάνειας (έδαφος ή νερό κ.ά.). Οι άνεμοι που οφείλονται σ αυτόν τον παράγοντα χαρακτηρίζονται από μικρή χρονική διάρκεια (ωριαία ή ημερήσια) και εκδηλώνονται είτε κοντά σε ορεινούς όγκους είτε σε περιοχές κοντά σε θάλασσα, όπου υπάρχει διαφορετικός βαθμός θέρμανσης ή ψύξης του εδάφους και του υδάτινου όγκου. Όταν μια αέρια μάζα θερμανθεί, εκτονώνεται, γίνεται πιο ελαφριά και κινείται προς τα πάνω. Ο ατμοσφαιρικός αέρας θερμαίνεται κυρίως από την επαφή του με τη θερμή επιφάνεια της γης. Ο θερμός αέρας είναι ελαφρύτερος, έχει μικρότερη πυκνότητα από τον ψυχρό και τείνει προς τα πάνω. Έτσι, ένα στρώμα αέρα που θα έρθει σε επαφή με τη γήινη επιφάνεια θα θερμανθεί και θα ανέλθει. Τη θέση του θα καλύψει ένα στρώμα ψυχρότερου αέρα, που με τη σειρά του κι αυτό θα θερμανθεί και θα ανέλθει. Αυτή η επαναλαμβανόμενη ανοδική καθοδική κίνηση των θερμών και ψυχρών αέριων μαζών, ονομάζεται κατακόρυφη μεταφορά. Κατακόρυφη μεταφορά, ιδανική κίνηση του ανέμου αν η γη δεν περιστρεφόταν. ~ 68 ~

78 Η κατακόρυφη μεταφορά, σε συνδυασμό με την περιστροφή της γης γύρω απ τον άξονά της, δημιουργεί τον αέρα. Ο ήλιος θερμαίνει ανομοιόμορφα την επιφάνεια της γης επομένως κάθε τόπος θερμαίνεται διαφορετικά, ανάλογα με το γεωγραφικό του πλάτος. Επομένως, είναι αναμενόμενο οι περιοχές γύρω από τον ισημερινό να θερμαίνονται πολύ περισσότερο από τους πόλους. Σε περίπτωση λοιπόν που η γη δεν περιστρεφόταν γύρω από τον άξονα της, η κίνηση του αέρα θα ακολουθούσε τη διαδικασία της κατακόρυφης μεταφοράς, δηλαδή από τους πόλους προς τον ισημερινό και πάλι πίσω (όπως στο παραπάνω σχήμα). Η περιστροφή όμως της γης έχει ως αποτέλεσμα την εκτροπή των αερίων μαζών από την κατακόρυφη μεταφορά και περιπλέκει την κυκλοφορία τους στην ατμόσφαιρα. Σ αυτό συνεισφέρει και η ανομοιογένεια του ανάγλυφου της γης (στεριά, θάλασσα, υψομετρικές διαφορές), έχοντας ως αποτέλεσμα τη δημιουργία τοπικών φαινομένων. Για παράδειγμα, η στεριά έχει μικρότερη θερμοχωρητικότητα από τη θάλασσα, άρα ψύχεται και θερμαίνεται πιο γρήγορα. Την ημέρα, η στεριά είναι προφανώς θερμότερη από τη θάλασσα και έτσι οι ψυχρότερες αέριες μάζες μετακινούνται από τη θάλασσα προς τη στεριά για να αντικαταστήσουν τις θερμές μάζες που ανέρχονται. Αυτή είναι η γνωστή θαλάσσια αύρα. Κατά τη διάρκεια της νύχτας συμβαίνει το αντίθετο αφού η θάλασσα είναι πιο ζεστή από τη στεριά. Επιπλέον, την ημέρα, τα βουνά θερμαίνονται πιο γρήγορα από τις γειτονικές κοιλάδες. Έτσι, δημιουργούνται τοπικοί άνεμοι από κοιλάδα προς την πλαγιά. Το αντίθετο συμβαίνει τη νύχτα. Α. Θαλάσσια αύρα που συμβαίνει κατά τη διάρκεια της ημέρας. Β. Απόγειος αύρα που συμβαίνει κατά τη διάρκεια της νύχτας. Γενικά οι άνεμοι κατατάσσονται στις παρακάτω κατηγορίες: Ημερήσιοι. Δημιουργούνται κατά τη διάρκεια του εικοσιτετραώρου εξαιτίας της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ ξηράς και θάλασσας ή μεταξύ ορεινών και πεδινών περιοχών. Τέτοιοι άνεμοι είναι η θαλάσσια αύρα ή μπάτης και απόγειος αύρα. Διηνεκείς και περιοδικοί. ~ 69 ~

79 Διηνεκείς είναι οι άνεμοι που πνέουν όλο το χρόνο, ενώ περιοδικοί είναι εκείνοι που πνέουν μόνο κατά ορισμένες περιόδους. Εμπορικοί. Έτσι ονομάζονται οι άνεμοι που πνέουν από τις 30 ο βόρειο γεωγραφικό πλάτος προς τον ισημερινό, από τα βορειοανατολικά και εκείνοι που φυσούν από τις 30 ο νότιο πλάτος προς τον ισημερινό, από τα νοτιοανατολικά. Ήταν πολύτιμοι για τους ναυτικούς την εποχή που τα πλοία ήταν ιστιοφόρα. Μουσώνες. Είναι οι δυνατοί άνεμοι που φυσούν στον Ινδικό Ωκεανό και αλλάζουν διεύθυνση ανάλογα με την εποχή. Πλανητικοί ή γήινοι. Είναι οι δυνατοί άνεμοι που φυσούν από τις 30 ο -35 ο βόρειο και νότιο γεωγραφικό πλάτος προς τους αντίστοιχους πόλους. Τοπικοί. Έτσι ονομάζονται οι άνεμοι που πνέουν σε ορισμένες μόνο περιοχές της γης. Δημιουργούνται εξαιτίας της τοπογραφικής διαμόρφωσης αυτών των περιοχών και ορισμένων καιρικών διαταραχών. Σπουδαιότεροι από αυτούς είναι ο Bora (Αδριατική), Mistral (Γαλλία), Sirocco (Σαχάρα), Pampero (Αργεντινή και Ουρουγουάη), Khamsin (Αίγυπτος), Simoon (Αφρικανικές ερήμους), Λίβας και Βαρδάρης (Ελλάδα). Αληγείς και ανταληγείς. Ως αληγείς χαρακτηρίζονται οι άνεμοι που πνέουν μεταξύ της Ζώνης υποτροπικών νηνεμιών, δηλαδή της περιοχής με υψηλές βαρομετρικές πιέσεις σε κάθε ημισφαίριο, και της Ζώνης τροπικών νηνεμιών στον ισημερινό, όπου και παρατηρούνται χαμηλές βαρομετρικές πιέσεις. Ανταληγείς είναι οι άνεμοι που πνέουν κατ αντίθετη κατεύθυνση από εκείνη των αληγών. Αιολική Ενέργεια Ιστορική Αναδρομή Η δύναμη του ανέμου εκτιμήθηκε και χρησιμοποιήθηκε από τους ανθρώπους από πολύ νωρίς. Είχε τόσο εκτιμηθεί η σπουδαιότητά του, που ως φυσική δύναμη θεοποιούνταν. Οι αρχαίοι Έλληνες τιμούσαν σαν θεούς το Βορέα (το βόρειο άνεμο), το Νότο (το νότιο άνεμο), τον Εύρο (τον ανατολικό άνεμο), το Ζέφυρο (το δυτικό άνεμο). Ο Δίας είχε ορίσει διαχειριστεί και φύλακα των ανέμων τον Αίολο, ο οποίος τους κατηύθυνε από τη μυθική του νήσο, την Αιολία. Ο εγκλωβισμός των ανέμων στον ασκό του Αιόλου, υποδεικνύει την ανάγκη των ανθρώπων να τιθασεύσουν τους ανέμους και να τους διαθέτουν, τον καθένα στον τόπο και το χρόνο που οι ίδιοι ήθελαν. ~ 70 ~

80 Η αιολική ενέργεια χρησιμοποιήθηκε αρχικά στη ναυσιπλοΐα για την κίνηση των ιστιοφόρων πλοίων, για εμπορικές συναλλαγές, «συγκοινωνία» και εξερευνήσεις. Ιστορικές αναφορές δείχνουν πως είναι μια μορφή ενέργειας που χρησιμοποιείται ήδη από το 3500 π.χ. Οι Αιγύπτιοι Οι Αιγύπτιοι χρησιμοποιούσαν τον άνεμο για την κίνηση ιστιοφόρων πλοίων, για τη μεταφορά ανθρώπων και αγαθών κατά μήκος του Νείλου ποταμού. Έλληνες, Πέρσες, Κινέζοι και άλλοι λαοί εκμεταλλεύονταν τη δύναμη του ανέμου στον αγροτικό τομέα για το άλεσμα δημητριακών και την άντληση νερού. Ο άνεμος δηλαδή έπαιξε αποφασιστικό ρόλο στην εξέλιξη της ανθρωπότητας. Για πολλές εκατοντάδες χρόνια η κίνηση των πλοίων στηριζόταν στη δύναμη του ανέμου, ενώ η χρήση του ανεμόμυλου ως κινητήριας μηχανής εγκαταλείπεται στα μέσα του προηγούμενου αιώνα. Είναι η εποχή που εξαπλώνονται ραγδαία τα συμβατικά καύσιμα και ο ηλεκτρισμός, ο οποίος φτάνει ως τα πιο απομακρυσμένα σημεία. Η πετρελαϊκή κρίση στις αρχές της δεκαετίας του 70, φέρνει ξανά στο προσκήνιο τις ΑΠΕ και την αιολική ενέργεια. Από τότε μέχρι σήμερα, η χρήση της αιολικής ενέργειας σημειώνει μια αλματώδη ανάπτυξη, κάτι που ενισχύεται και από την επιτακτική ανάγκη για την προστασία του περιβάλλοντος. ΑΝΕΜΟΛΟΓΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Ως χαρακτηριστικό για το αιολικό δυναμικό μιας περιοχής θεωρείται η ταχύτητα του ανέμου. Τα όργανα που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του αιολικού δυναμικού είναι τα ανεμόμετρα. Αυτά καταγράφουν την ταχύτητα και την κατεύθυνση του ανέμου, μετατρέποντας την κινητική ενέργεια του αέρα σε μηχανική ροπή που στρέφει έναν άξονα συνδεδεμένο με μια μετρητική συσκευή. Υπάρχουν άλλες διατάξεις όπως τα ανεμόμετρα Sonic, laser Doppler κ.ά. που μετράνε τη θερμική ενέργεια που μεταφέρεται από τον αέρα σε ένα ηλεκτρισμένο καλώδιο εκτεθειμένο στον άνεμο. Οι μηχανικές διατάξεις είναι οι πιο διαδεδομένες λόγω της απλότητας της κατασκευής τους και της μικρής κατανάλωσης ενέργειας. Οι πιο συνηθισμένες μονάδες μέτρησης είναι: μέτρα ανά δευτερόλεπτο [m/s], χιλιόμετρα ανά ώρα [km/h], ναυτικά μίλια ανά ώρα [mph] (1mph = 0.51m/s = 1.836km/h). Η κλίμακα Μποφόρ (Βeaufort) είναι ένας εμπειρικός τρόπος μέτρησης της έντασης των ανέμων, που βασίζεται στην παρατήρηση των αποτελεσμάτων του ανέμου στη στεριά ή τη θάλασσα. Ανάλογα με την έντασή του ο άνεμος χαρακτηρίζεται ως: νηνεμία, 0 Μποφόρ (άπνοια) υποπνέων, 1 Μποφόρ ασθενής, 2-3 Μποφόρ μέτριος, 4-5 Μποφόρ ισχυρός, 6 Μποφόρ σφοδρός, 7 Μποφόρ θυελλώδης, 8-9 Μποφόρ (θύελλα) καταιγίζων, Μποφόρ (καταιγίδα) έντασης τυφώνα, 12 Μποφόρ (τυφώνας) Μέσω του ροδογράμματος μας δίνεται αμέσως η ταχύτητα και η κατεύθυνση του ανέμου σε συγκεκριμένη περιοχή. Στο κέντρο εμφανίζεται το ποσοστό άπνοιας ετησίως. Για τη δημιουργία του ροδογράμματος πρέπει να γίνουν μετρήσεις μεγάλης χρονικής διάρκειας (τουλάχιστον 10 ετών), σε ένα καθορισμένο ύψος (10 μέτρα ~ 71 ~

81 συνήθως), ώστε να θεωρηθούν αξιόπιστες. Ανά δέκα λεπτά, μετράται η ταχύτητα του ανέμου, τα δεδομένα αξιολογούνται σε διάστημα ενός έτους, ώστε να προκύψει η ετήσια μέση ταχύτητα του ανέμου και η ετήσια σχετική κατανομή. Ροδογράμματα διεύθυνσης και έντασης ανέμου (Λεσινίου και Αργοστολίου). Όμως, η γνώση μόνο αυτών των μεγεθών, δεν αποτελεί κριτήριο για την εκτίμηση του αξιοποιήσιμου αιολικού δυναμικού που μπορεί να προσφέρει μια περιοχή. Επιπλέον, απαιτείται, πληροφόρηση για τη συχνότητα εμφάνισης της κάθε ταχύτητας του ανέμου. Διεύθυνση του ανέμου Ως σημείο αναφοράς για το χαρακτηρισμό της διεύθυνσης του ανέμου, παίρνεται το σημείο του ορίζοντα από το οποίο πνέει ο άνεμος. Η κίνηση του ανέμου θεωρείται κατά προσέγγιση οριζόντια και ευθύγραμμη, για την ευκολότερη περιγραφή της κίνησής του. Γενικά χρησιμοποιούνται 2 τρόποι για τη διατύπωση της διεύθυνσης του ανέμου: ο κύκλος του ορίζοντα διαιρείται σε όγδοα ή σε δέκατα έκτα ή τριακοστά δεύτερα και τα χαρακτηριστικά των διάφορων σημείων του ανεμολογίου αυτού είναι ίδια με τα χαρακτηριστικά που αναγράφονται στην περιφέρεια του κινητού πλαισίου της μαγνητικής βελόνας της ναυτικής πυξίδας. ο ρόδακας των ανέμων στο ναυτικό ανεμολόγιο διαιρείται σε 32 κόμβους,οι οποίοι αριθμούνται από 1-32 κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού και με αφετηρία το σημείο του βορρά, ενώ στο μετεωρολογικό ανεμολόγιο η ~ 72 ~

82 αρίθμηση γίνεται σε δεκάμοιρα. Το σημείο του βορρά αντιστοιχεί στο γεωγραφικό και όχι στο μαγνητικό βορρά. Τα όργανα και οι συσκευές που δείχνουν την διεύθυνση του ανέμου ονομάζονται ανεμοδείκτες. Στην ευρύτερη περιοχή της Ευρώπης οι άνεμοι επηρεάζονται από τα ανατολικά ρεύματα του Ατλαντικού Ωκεανού, τα ψυχρά βόρεια ρεύματα και τα θερμά τοπικά ρεύματα της Σαχάρας. Έτσι οι επικρατούντες άνεμοι είναι για το χειμώνα οι νοτιοδυτικοί και για το καλοκαίρι οι δυτικοί και βορειοδυτικοί άνεμοι. Κατανομή ταχύτητας του ανέμου Κύριες διευθύνσεις των ανέμων στην Ευρώπη. Η ταχύτητα του ανέμου μπορεί να αντιμετωπιστεί σαν μια συνεχής τυχαία μεταβλητή, αφού ο άνεμος έχει διακυμάνσεις και δεν παραμένει σταθερός. Η πιθανότητα για να εμφανιστεί κάποια τιμή της ταχύτητας του ανέμου, μπορεί να περιγραφεί από μια συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας. Υπάρχουν πολλές τέτοιες σχέσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να περιγράψουν πως κατανέμεται η ταχύτητα του ανέμου. Οι δύο πιο κοινές είναι οι κατανομές Weibull και Rayleigh. Η κατανομή Weibull είναι μια ειδική περίπτωση της γενικευμένης Γάμμα κατανομής, ενώ η κατανομή Rayleigh είναι υποσύνολο της κατανομής Weibull. Το ποσοστό των ωρών του χρόνου κατά τις οποίες η ταχύτητα του ανέμου περιέχεται μεταξύ v και v+dv προσεγγίζεται από την κατανομή Weibull: ~ 73 ~

83 Όπου k1 kv k ( vc / ) f () v dv e dv cc f(v) είναι η πυκνότητα της πιθανότητας v είναι η ταχύτητα του αέρα, είναι θετικό μέγεθος [m/s] k είναι παράμετρος μορφοποίησης, είναι θετικό μέγεθος c είναι η παράμετρος κλίμακας, είναι θετικό μέγεθος Διάγραμμα της κατανομής Weibull για διάφορες τιμές της παραμέτρου μορφoποίησης k. Διάφορες μετρήσεις που έχουν γίνει σε όλο τον κόσμο με πραγματικές τιμές της ταχύτητας του ανέμου, έχουν δείξει πως η κατανομή Weibull μπορεί να τις προσεγγίσει με πολύ μεγάλη ακρίβεια, με μοναδική προϋπόθεση ότι αναφέρονται σε μια χρονική περίοδο που δεν είναι πολύ μικρή. Περίοδοι αρκετών εβδομάδων αλλά και μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα μπορούν να περιγραφούν πολύ ικανοποιητικά από την κατανομή Weibull, ενώ για μικρότερα χρονικά διαστήματα η περιγραφή αυτή δεν είναι τόσο αντιπροσωπευτική. Στον Ελλαδικό χώρο η παράμετρος μορφοποίησης συνήθως λαμβάνει τιμές μεταξύ 1,5 και 2. Όσο μικρότερη είναι η τιμή του k, τόσο η κατανομή γίνεται πιο ομοιόμορφη και οι ταχύτητες κοντά στη μέση ταχύτητα είναι συχνότερες. Η μέση ταχύτητα του ανέμου μπορεί να υπολογιστεί με τη χρήση της εξίσωσης που υπολογίζει την προσδοκόμενη τιμή μιας συνεχούς τυχαίας μεταβλητής και η οποία είναι: v mean c 1 vf () v dv k k 0 ~ 74 ~

84 Όπου Γ είναι η εξίσωση γάμμα του Euler. z1 t z t e dt ( ) Αν η παράμετρος k ισούται με 2, τότε η κατανομή Weibull ισούται με την κατανομή Rayleigh. Το πλεονέκτημα της κατανομής Rayleigh είναι ότι εξαρτάται μόνο από την παράμετρο κλίμακας c, η οποία με τη σειρά της εξαρτάται μόνο από τη μέση ταχύτητα του ανέμου. Η παράμετρος c μπορεί να υπολογιστεί με βάση μια δεδομένη μέση ταχύτητα ανέμου ως εξής: 2 c vmean 0 για k = 2, Γ( 1 2 )= Διάγραμμα της συνάρτησης κατανομής Rayleigh για διαφορετικές τιμές του συντελεστή κλίμακας c. Ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα Καθώς η ατμόσφαιρα βρίσκεται σε σχετική κίνηση με τη γη, στο κατώτατο τμήμα της λόγω του ιξώδους του αέρα δημιουργείται ένα στρώμα αέρα, το ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα, μέσα στο οποίο η σχετική ταχύτητα μεταβάλλεται από μηδέν, πάνω στην επιφάνεια της γης, μέχρι μεγαλύτερες τιμές. Τα χαρακτηριστικά του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος καθορίζονται κυρίως από τη μορφή της επιφάνειας της γης (τραχύτητα εδάφους) και από τον άνεμο. Για ομαλό έδαφος και αδύναμο άνεμο το πάχος του οριακού στρώματος μπορεί να είναι της τάξης των 200 μέτρων, ενώ για ανώμαλη επιφάνεια (μεγάλη τραχύτητα) και έντονο άνεμο είναι δυνατό να φθάσει μέχρι μέτρα. Έτσι όταν έχουμε στοιχεία για τη μέση ταχύτητα του ανέμου σε μια περιοχή ή έχουμε διαθέσιμες μετρήσεις του ανέμου πρέπει να γνωρίζουμε και το ύψος στο οποίο αναφέρονται, ώστε να μπορούμε να τα ανάγουμε στο ύψος που μας ενδιαφέρει. ~ 75 ~

85 Ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα και οι μεταβολές του ανάλογα μα την τραχύτητα του εδάφους. Ισχύς του ανέμου Η ισχύς ορίζεται ως ο ρυθμός χρήσης ή μετατροπής της ενέργειας και εκφράζεται ως ενέργεια ανά μονάδα χρόνου (W = Joule/sec). Για τον υπολογισμό της ισχύος του ανέμου, θεωρούμε μια αέρια μάζα m στιγμιαίας ταχύτητας v(t). Η κινητική ενέργεια του ανέμου είναι: 1 W t mv t 2 2 ( ) ( ) [J ή Ν.m] Αν Α είναι το εμβαδόν [m 2 ] μιας επιφάνειας που διαπερνά κάθετα ο άνεμος με ταχύτητα v(t) [m/s] και ρ η πυκνότητα της αέριας μάζας [kg/m 3 ] (συνήθης τιμή της πυκνότητας του αέρα ρ = 1,23kg/m 3 ), τότε η ανά μονάδα χρόνου μάζα του αέρα είναι: m( t) v( t) [kg/s] (μάζα του αέρα που διέρχεται από μια επιφάνεια Α ανά δευτερόλεπτο) Αντικαθιστώντας την παραπάνω σχέση στην εξίσωση που μας δίνει την κινητική ενέργεια του ανέμου προκύπτει ότι η ενέργεια ανά δευτερόλεπτο είναι: 1 3 W ( t) v ( t) [J/s] 2 Όμως η ισχύς ορίζεται ως ενέργεια ανά δευτερόλεπτο, επομένως από τις παραπάνω σχέσεις συνεπάγεται ότι η στιγμιαία ισχύς του ανέμου (ενέργεια στη μονάδα του χρόνου) θα προκύπτει από τη σχέση: ~ 76 ~

86 Pav v () t [W] Για μία ανεμογεννήτρια όμως A 2 R [m 2 ] Όπου R η ακτίνα του ρότορα της ανεμογεννήτριας Άρα Pav R v () t [W] Από την τελευταία σχέση φαίνεται ποσοτικά η σπουδαιότητα της ενέργειας του ανέμου σε σχέση με την ταχύτητά του καθώς η ισχύς είναι ανάλογη του κύβου της ταχύτητας και ανάλογη της επιφάνειας μέσω της οποίας διέρχεται ο άνεμος. Όμως στην πραγματικότητα μόνο ένα κλάσμα της διαθέσιμης ισχύος μπορεί να δεσμευτεί από μια ανεμογεννήτρια, λόγω απωλειών κατά τη διαδικασία δέσμευσης και παραγωγής ενέργειας. ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ Όλοι γνωρίζουμε ότι τα τελευταία χρόνια υπάρχει μία ραγδαία αύξηση στη ζήτηση «καθαρής» ενέργειας, ώστε να μειωθεί κατά το δυνατόν η επιβάρυνση στο περιβάλλον. Η στροφή προς τις ήπιες μορφές ενέργειας έδωσε ώθηση στην εξέλιξη των τεχνολογιών των συστημάτων μετατροπής της αιολικής ενέργειας σε ηλεκτρική και στην εμπορευματοποίηση των ανεμογεννητριών. Οι ανεμογεννήτριες κατασκευάστηκαν με σκοπό την εκμετάλλευση της κινητικής ενέργειας του ανέμου με σκοπό την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η αιολική ενέργεια μετατρέπεται στην ανεμογεννήτρια, αρχικά, σε μηχανική (κινητική) και στη συνέχεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Δημιουργήθηκε λοιπόν η ανάγκη εκπόνησης εκτεταμένων ερευνών για τη βελτιστοποίηση των συστημάτων αυτών. Η τεχνολογία των ανεμογεννητριών είναι συνεχώς εξελισσόμενη με αποτέλεσμα τη δημιουργία πιο αξιόπιστων και συνεχώς μεγαλύτερων ανεμογεννητριών όσον αφορά την ισχύ, το μέγεθος και την ενεργειακή απόδοσή τους. Στα τέλη του 1989 μια ανεμογεννήτρια των 300kW με διάμετρο πτερυγίων 30 μέτρων θεωρούνταν μεγάλο επίτευγμα. Ανεμογεννήτριες των 2.000kW και με διάμετρο πτερυγίων στα 80 μέτρα ήταν διαθέσιμες στις αρχές του Στις μέρες μας, υπάρχουν εμπορικά διαθέσιμες ανεμογεννήτριες ισχύος μέχρι 7MW με διάμετρο πτερυγίων 164 μέτρα. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η πρόοδος και η εξέλιξη της τεχνολογίας των ανεμογεννητριών στην πάροδο των χρόνων. ~ 77 ~

87 Εξέλιξη του μεγέθους των ανεμογεννητριών. Ιστορική εξέλιξη ανεμογεννητριών Η αιολική ενέργεια είναι μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, μια καθαρή ήπια μορφή ενέργειας, η οποία δε μολύνει το περιβάλλον και δεν συμβάλλει όπως άλλες συμβατικές πηγές με τα καυσαέρια στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Επιπρόσθετα είναι μια ανεξάντλητη μορφή ενέργειας. Είναι μια από τις παλαιότερες φυσικές μορφές ενέργειας που αξιοποίησε από πολύ νωρίς ο άνθρωπος και έπαιξε αποφασιστικό ρόλο στην εξέλιξη της ανθρωπότητας. Η εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας γίνεται σχεδόν αποκλειστικά με μηχανές που μετατρέπουν την ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική και ονομάζονται ανεμογεννήτριες. Ιστορικές αναφορές δείχνουν πως οι Αιγύπτιοι, οι Έλληνες, οι Πέρσες και οι Κινέζοι χρησιμοποιούσαν αιολικές μηχανές. Γύρω στο 700 π.χ. στη Μεσοποταμία και την Κίνα άρχισαν να χρησιμοποιούνται ανεμόμυλοι κατακόρυφου άξονα περιστροφής, όπως το πανεμόνιο. Το πανεμόνιο είναι ο αρχαιότερος τύπος αιολικής μηχανής, που χρησιμοποιήθηκε κυρίως για την άντληση νερού. Είναι αιολική μηχανή κατακόρυφου άξονα, που διαθέτει 2 4 ημικυλινδρικά πτερύγια. Στρέφεται με αργό ρυθμό και έχει το μικρότερο συντελεστή απόδοσης σε σχέση με τις υπόλοιπες μηχανές. Υπάρχουν επίσης αναφορές για τη χρήση ανεμοκινητήρων στην Περσία το 200 π.χ. Δε γνωρίζουμε με σιγουριά πότε ακριβώς χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά ο άνεμος για την παραγωγή μηχανικού έργου. Ωστόσο, η πρώτη γραπτή αναφορά σε ανεμόμυλο (συγκεκριμένα γίνεται αναφορά σε ένα συγκρότημα ανεμόμυλων) εμφανίζεται σε έργα Αράβων συγγραφέων του 9ου μ.χ. αιώνα. Αυτό το συγκρότημα ανεμόμυλων του 644 μ.χ. χρησιμοποιούνταν για την άλεση σιτηρών και βρισκόταν στο Σεϊστάν, μια περιοχή ανάμεσα στο σημερινό Αφγανιστάν και Ιράν. ~ 78 ~

88 Οι ανεμόμυλοι του Σεϊστάν, όπως σώζονται σήμερα. Ήταν οριζόντιου τύπου, δηλαδή με ιστία τοποθετημένα ακτινικά (οριζόντια φτερωτή) σε έναν κατακόρυφο άξονα. Ο άξονας αυτός στηριζόταν σε ένα μόνιμο κτίσμα, με ανοίγματα σε αντιδιαμετρικά σημεία για την είσοδο και την έξοδο του αέρα. Κάθε μύλος, μετέδιδε απ ευθείας κίνηση σε ένα μόνο ζεύγος οριζόντια τοποθετημένων μυλοπετρών. Οι πρώτοι μύλοι είχαν ιστία κάτω από τις μυλόπετρες, όπως δηλαδή συμβαίνει και τους οριζόντιους νερόμυλους, οι οποίοι πιθανότατα να αποτέλεσαν πρότυπο για την κατασκευή τους. Σε μερικούς από τους μύλους που σώζονται σήμερα, τα ιστία τοποθετούνται πάνω από τις μυλόπετρες. Το 13ο αιώνα οι μύλοι αυτού του τύπου ήταν γνωστοί στη Βόρεια Κίνα, όπου μέχρι και τον 16ο αιώνα τους χρησιμοποιούσαν για την εξάτμιση του θαλασσινού νερού στην παραγωγή αλατιού. Τον τύπο αυτού του μύλου χρησιμοποιούσαν επίσης στην Κριμαία, στις περισσότερες χώρες της Δυτικής Ευρώπης και στις ΗΠΑ, μόνο που λίγοι από αυτούς διασώζονται σήμερα. Ο πιο αντιπροσωπευτικός από όλους αυτούς τους τύπους των ανεμόμυλων είναι ο τύπος με το στροφείο σχήματος S (S rotor), εφευρέτης του οποίου είναι ο Φιλανδός S.J. Savοnius (1922), που ακόμη και σήμερα χρησιμοποιείται σε φτωχές ή απομονωμένες περιοχές λόγω της φτηνής και εύκολης κατασκευής του. Ανεμόμυλος τύπου Savonius ~ 79 ~

89 Οι ανεμόμυλοι αυτοί χρησιμοποιήθηκαν για την άλεση καλαμποκιού και για την άντληση νερού. Αυτούς τους ανεμόμυλους έφεραν στην Ευρώπη, πρώτα οι Σταυροφόροι με την Α Σταυροφορία και αργότερα οι εξερευνητές της Κίνας. Γρήγορα εξαπλώθηκαν στην Ιβηρική Χερσόνησο και τη Νότια Ευρώπη. Αργότερα, γύρω στο 1500 μ.χ., χρησιμοποιήθηκαν στην Ολλανδία ως μέρος του αντιπλημμυρικού συστήματος της χώρας και για την αποξήρανση περιοχών στον ποταμό Ρήνο. Ανεμόμυλος που χρησιμοποιούνταν στην Ολλανδία Στις αρχές του 14ου αιώνα αναπτύχθηκε στη Γαλλία ο ανεμόμυλος σε σχήμα πύργου (ξετροχάρης). Σε αυτό τον τύπο ανεμόμυλου οι μυλόπετρες και οι οδοντωτοί τροχοί ήταν τοποθετημένοι σε ένα σταθερό πύργο με κινητή οροφή ή κάλυμμα, στην οποία στηρίζονταν τα ιστία και η οποία μπορούσε να στραφεί επάνω σε ειδική τροχιά στην κορυφή του πύργου. Ο περιστρεφόμενος ανεμόμυλος με κοίλο εσωτερικά άξονα, επινοήθηκε στις Κάτω Χώρες στις αρχές του 15ου αιώνα. Διέθετε έναν κατακόρυφο άξονα με γρανάζια στα δύο άκρα του, ο οποίος περνούσε μέσα από τον κοίλο άξονα και κινούσε ένα τροχό με περιφερειακά διαταγμένα σκαφίδια που μετέφερε νερό σε υψηλότερη στάθμη. Οι ανεμόμυλοι διαδόθηκαν ευρέως στην Ευρώπη για 650 έτη, από το 12ο αιώνα μέχρι τις αρχές του 19ου αιώνα. Ήδη το 1900 στη Δανία υπήρχαν περισσότεροι από ανεμοκινητήρες για μηχανικά φορτία, όπως αντλίες και μύλοι. Με την πάροδο των χρόνων όμως περάσαμε από την εποχή των απλών ανεμοκινητήρων στην εποχή των ανεμοκινητήρων ανεμογεννητριών και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από αυτές. Η πρώτη γνωστή ανεμογεννήτρια που λειτούργησε ήταν μια μηχανή φόρτισης μπαταρίας που εγκαταστάθηκε το 1887 από τον James Blyth στη Σκωτία. Ένας από τους πρώτους πρόγονους των μοντέρνων ~ 80 ~

90 ανεμογεννητριών οριζόντιου άξονα που χρησιμοποιούνται σήμερα μπήκε σε λειτουργία στη Γιάλτα της πρώην Σοβιετικής Ένωσης το Η ανεμογεννήτρια αυτή ήταν 100kW και συνδέθηκε με το τοπικό δίκτυο των 6,3kV. Στην Αμερική η τεχνολογία των ανεμόμυλων μεταφέρεται κατά το 17ο αιώνα, όπου και χρησιμοποιούνται για το άλεσμα σιτηρών. Στα εδάφη των σημερινών Η.Π.Α, εμφανίστηκαν οι ανεμόμυλοι γύρω στο Άγγλοι μετανάστες ανόρθωσαν τον πρώτο ανεμόμυλο στη Βιρτζίνια και έπειτα κατά μήκος της Ατλαντικής ακτής. Γαλλόφωνοι μετανάστες κατασκεύασαν του πρώτους ανεμόμυλους στα εδάφη του σημερινού Καναδά. Αυτοί οι Ευρωπαϊκού τύπου ανεμόμυλοι συνήθως είχαν τέσσερα πτερύγια καλυμμένα με πανιά από καμβά και ρυθμίζονταν δια χειρός, έτσι ώστε να βλέπουν προς τον άνεμο. Ήταν όμως μεγάλες και ακριβές κατασκευές. Το 1854 κατασκευάστηκαν από ιδιώτη οι πρώτοι λεγόμενοι αμερικανικοί ανεμόμυλοι, λόγω της διάδοσης που γνώρισαν στις Η.Π.Α. Επρόκειτο, για αργές και πολύπτερες αιολικές μηχανές που χρησιμοποιούνταν για την άντληση νερού και για το άλεσμα περιορισμένων ποσοτήτων σιτηρών. Η πρώτη ανεμογεννήτρια για την παραγωγή ενέργειας λειτούργησε το 1888 στο Κλίβελαντ του Οχάιο από τον Charles F. Brush. Η πρώτη ανεμογεννήτρια της τάξης των MW εγκαταστάθηκε στο Βέρμοντ το 1941, αν και μπόρεσε να δουλέψει μόνο για ώρες. Σιγά σιγά όμως, με την είσοδο στην αγορά των ατμομηχανών, άρχισε σταδιακά να περιορίζεται η χρήση των ανεμογεννητριών. Λόγω της οικονομικής ύφεσης του 1930 η βιομηχανία κατασκευής των ανεμόμυλων στις Η.Π.Α. δέχτηκε μεγάλο πλήγμα, από το οποίο δεν μπόρεσε ποτέ να ανακάμψει. Η οριστική εκτόπιση των ανεμόμυλων άρχισε μετά τον Α Παγκόσμιο Πόλεμο, παράλληλα με την ανάπτυξη του κινητήρα εσωτερικής καύσης και τη διάδοση του ηλεκτρισμού. Κατά τη δεκαετία του 1970, το ενδιαφέρον για την εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας με ανεμογεννήτριες και ανεμόμυλους ανανεώθηκε, λόγω της ενεργειακής κρίσης και των προβλημάτων που δημιουργεί η ρύπανση του περιβάλλοντος. Σήμερα, η Δανία, χώρα πλούσια σε αιολικό δυναμικό, έχει τα πρωτεία στην κατασκευή αλλά και τη χρήση ανεμογεννητριών. Και άλλες χώρες όμως έχουν αρχίσει να αναπτύσσουν ραγδαία την τεχνολογία των ανεμογεννητριών, που αποτελούν τη συνέχεια των ανεμόμυλων. Στην Ελλάδα, ο πρώτος ανεμόμυλος σχεδιάστηκε από τον Ήρωνα τον 1ο μ.χ. αιώνα και ήταν οριζόντιου άξονα περιστροφής. Σχηματική αναπαράσταση του ανεμόμυλου του Ήρωνα Η χρήση των ανεμόμυλων υπήρξε στη χώρα μας αρκετά εκτεταμένη, λόγω του πλούσιου αιολικού δυναμικού που είναι διαθέσιμο. Αν και είχαν εμφανιστεί ~ 81 ~

91 πολλούς αιώνες πριν, η χρήση τους καθιερώθηκε κατά τη Βυζαντινή περίοδο, γνωρίζοντας ακόμα μεγαλύτερη διάδοση κατά την περίοδο της Φραγκοκρατίας, κυρίως στο Ανατολικό Αιγαίο αλλά και στην ενδοχώρα. Κατά κανόνα, στεγάζονταν σε κυλινδρικά, πέτρινα, διώροφα κτίρια. Στον επάνω όροφο βρισκόταν ο άξονας και το σύστημα μετάδοσης της κίνησης, ενώ στον κάτω όροφο γινόταν η άλεση και αποθήκευση των σιτηρών. Τα πτερύγιά τους, ήταν πάνινα, 5 15 μέτρα σε μήκος και πλάτος το 1/5 του μήκους τους. Ένας ανεμόμυλος μπορούσε να αλέσει κιλά σιτηρών την ώρα, ανάλογα με την ένταση και τη φορά του ανέμου. Μια παραλλαγή ανεμόμυλων χρησιμοποιήθηκε στο οροπέδιο του Λασιθίου της Κρήτης, για την άντληση νερού. Αυτοί ήταν σιδερένιες κατασκευές με πάνινα πτερύγια. Από τους που υπολογίζεται ότι υπήρχαν στις αρχές του 20ου αιώνα, σήμερα λειτουργούν περίπου Στις μέρες μας, οι περισσότεροι ανεμόμυλοι έχουν ερειπωθεί και διατηρούνται ελάχιστοι, κυρίως για τουριστικούς λόγους. Στην Ελλάδα συναντώνται τέσσερις τύποι ανεμόμυλων. Δύο από αυτούς προέρχονται απευθείας από τον υδραυλικό τροχό με κατακόρυφο και οριζόντιο άξονα αντίστοιχα και χαρακτηρίζονται με την κοινή ονομασία ταράλης. Ο τρίτος τύπος αξετροχάρης ή μονόπαντος είναι σχεδιασμένος για μόνο μία διεύθυνση ανέμου, ενώ ο τέταρτος ξετροχάρης γυρίζει πάντα κάθετα προς τη διεύθυνση του ανέμου και είναι ο πιο διαδεδομένος. Ο πρώτος τύπος ταράλη, είναι ακριβώς όμοιος με τους ανεμόμυλους κατακόρυφου άξονα του Σεϊστάν. Φαίνεται πως είναι ο αρχαιότερος τύπος ελληνικού ανεμόμυλου με τα ιστία στο κάτω μέρος του μύλου και το σύστημα άλεσης των καρπών ακριβώς από πάνω. Ο δεύτερος τύπος ταράλη είναι οριζόντιου άξονα και μοιάζει ιδιαίτερα με τους υδροτροχούς των νερόμυλων. Μια κατασκευή σαν χοάνη οδηγεί τον άνεμο προς τα φτερά τα οποία, όταν κινούνται δίνουν μέσω ενός άξονα κίνηση στη μυλόπετρα. Και οι δύο παραπάνω τύποι είναι σχεδιασμένοι για μόνο μια διεύθυνση του ανέμου και τους βρίσκουμε μόνο στην Κάρπαθο. Ο αξετροχάρης ή μονόπαντος συναντάται, μόνο στην Κρήτη και στα Δωδεκάνησα. Είναι ανεμόμυλος που η σκεπή του δεν στρέφεται προς τη διεύθυνση του ανέμου. Το κτίσμα που στεγάζει τις μυλόπετρες και τους συναφείς μηχανισμούς είναι πεταλόσχημο και τα ιστία, που βρίσκονται στο προσήνεμο τμήμα του κτίσματος, ξετυλίγονται από τα ξύλινα δοκάρια του μύλου (αντένες) ανάλογα με την ένταση του ανέμου. Οι αντένες είναι στερεωμένες σε οριζόντιο άξονα συνήθως σε τέσσερα διαφορετικά επίπεδα, έτσι ώστε το σχήμα των ιστίων να είναι συστρεμμένο. Ο πιο διαδεδομένος ανεμόμυλος στον ελληνικό χώρο και ιδίως στα αιγαιοπελαγίτικα νησιά και στην Κρήτη, είναι ο ξετροχάρης. Πρόκειται για ανεμόμυλο, του οποίου η σκέπη περιστρέφεται ανάλογα με την διεύθυνση του ανέμου. Το κυρίως κτίσμα του μύλου είναι συνήθως κυλινδρικό ή μερικές φορές στενότερο στην κορυφή, μοιάζει δηλαδή με κόλουρο κώνο. Η σκέπη είναι κωνική ή σαγματοειδής. ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΟΥ ΚΑΙ ΟΡΙΖΟΝΤΙΟΥ ΑΞΟΝΑ Η μορφή των ανεμογεννητριών έχει περάσει από πολλά στάδια στην πάροδο των χρόνων, πριν φτάσουμε στην κλασική, σημερινή τους μορφή. Σχεδόν σε όλες τις ανεμογεννήτριες έχουν δοκιμαστεί πολλές διαφορετικές λύσεις και όσον αφορά τον αριθμό των πτερυγίων αλλά και τον προσανατολισμό του άξονα. Οι δύο βασικές κατηγορίες ανεμογεννητριών διακρίνονται ανάλογα προς τον προσανατολισμό του ~ 82 ~

92 άξονα τους σε σχέση με την ροή του ανέμου σε ανεμογεννήτριες κατακόρυφου και οριζόντιου άξονα. Ανεμογεννήτριες κατακόρυφου άξονα (VAWT - Vertical Axis Wind Turbines) Οι ανεμογεννήτριες κατακόρυφου άξονα έχουν τον άξονα περιστροφής τους κάθετο ως προς το έδαφος και κατακόρυφο ως προς τη ροή του ανέμου. Από τον τρόπο της κατασκευής τους, "πιάνουν" τον αέρα από κάθε κατεύθυνση γεγονός που τις κάνει καταλληλότερες σε τοποθεσίες όπου ο αέρας δεν είναι σταθερός ή όπου περιβάλλονται από κάποια μικρά εμπόδια. Το μηχανικό έργο μεταφέρεται μέσω του κατακόρυφου άξονα στο έδαφος όπου είναι τοποθετημένο το σύστημα για μετατροπή σε άλλη μορφή ενέργειας. Οι πιο γνωστοί τύποι ανεμογεννητριών κατακόρυφου άξονα είναι οι ανεμογεννήτριες τύπου Darrieus και Savonius, οι οποίες όμως δεν έχουν γνωρίσει την εμπορική ανάπτυξη που έχουν οι ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα. ~ 83 ~

93 Η υψηλότερη ανεμογεννήτρια κατακόρυφου άξονα στο Quebec του Καναδά, ύψους 110m. Πλεονεκτήματα Η μηχανή δεν χρειάζεται να προσανατολίζεται προς τον άνεμο για να είναι αποτελεσματική, δηλαδή μπορεί να περιστρέφεται από άνεμο που έρχεται από κάθε κατεύθυνση κάθε στιγμή, οπότε δεν απαιτείται μηχανισμός προσανατολισμού. Το γεγονός αυτό δίνει πλεονέκτημα σε μέρη που υπάρχει μεγάλη μεταβλητότητα στην κατεύθυνση του ανέμου. Η ηλεκτρική γεννήτρια σε αυτές τις μηχανές μπορεί να τοποθετηθεί κοντά στο έδαφος, κάτι που συνεπάγεται μια απλή και οικονομική σχεδίαση για τον πύργο. Επίσης, οι ανεμογεννήτριες αυτού του τύπου, είναι εύκολα προσβάσιμα συστήματα, καθιστώντας τη συντήρησή τους πολύ εύκολη και πολλές φορές δεν χρειάζεται πυλώνας στήριξης. Είναι κατάλληλες για αστικές εφαρμογές, καθώς μπορούν να τοποθετηθούν ακόμα και σε υψηλά κτίρια. Προκαλούν λιγότερο θόρυβο από τις ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα. Το κόστος κατασκευής τους είναι χαμηλό λόγω του απλού τους σχεδιασμού. Σε αυτές τις μηχανές ο έλεγχος βήματος πτερυγίου δεν είναι απαραίτητος όταν χρησιμοποιούνται με σύγχρονη γεννήτρια. ~ 84 ~

94 Μειονεκτήματα Πολλές φορές δεν είναι δυνατό να ξεκινήσουν να περιστρέφονται χωρίς εξωτερική επέμβαση, μιας και η ροπή εκκίνησης τους είναι πάρα πολύ υψηλή. Στην περίπτωση αυτή υποχρεωτικά πρέπει να λειτουργήσουν στην αρχή σαν κινητήρες, τραβώντας ρεύμα από το δίκτυο. Έχουν σχετικά μικρή απόδοση (για τον τύπο Savonius η απόδοση δεν ξεπερνά το 15%) μιας και η ταχύτητα ανέμου σε αυτά τα ύψη είναι σχετικά χαμηλή και επίσης κατά την περιστροφή τους υπάρχουν σημεία στα οποία η συνεισφορά του ανέμου είναι σχεδόν μηδενική. Σε σύγκριση με τις ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα, μια ανεμογεννήτρια κατακόρυφου άξονα για να έχει την ίδια περίπου παραγωγή με μια οριζόντιου άξονα, θα πρέπει να έχει μέχρι και τριπλάσια επιφάνεια επαφής με τον αέρα. Αυτό συνεπάγεται μεγάλο όγκο και βάρος της κατασκευής. Ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα (HAWT - Horizontal Axis Wind Turbines) Οι ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα έχουν τον άξονα περιστροφής τους οριζόντιο ως προς το έδαφος και σχεδόν παράλληλο στη ροή του ανέμου. Αυτή τη στιγμή παγκόσμια οι ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα κατέχουν το συντριπτικό μερίδιο της αγοράς. Οι ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα χαρακτηρίζονται και κατηγοριοποιούνται με βάση των αριθμό των πτερυγίων τους. Οι ανεμογεννήτριες με ένα πτερύγιο ονομάζονται μονοπτέρυγες, με δύο διπτέρυγες, με τρία τριπτέρυγες και όλες οι άλλες με περισσότερα από τρία πτερύγια ονομάζονται πολυπτέρυγες. Η πτερωτή τους µπορεί να τοποθετηθεί είτε σε προσήνεµη διάταξη (up wind), δηλαδή μπροστά από τον πύργο στήριξης, είτε σε υπήνεµη διάταξη (down wind), δηλαδή πίσω από τον πύργο στήριξης σε σχέση µε την διεύθυνση του ανέµου. Οι μονοπτέρυγες αν και είναι φθηνότερες όλων, δεν απέκτησαν ποτέ μεγάλη δημοφιλία, είτε για αισθητικούς λόγους, είτε λόγω προβλημάτων στην εξισορρόπηση δυνάμεων της όλης κατασκευής κατά την περιστροφή τους, γεγονός που κάνει απαραίτητη την τοποθέτηση αντίβαρου στην πλήμνη. Παρόμοια προβλήματα εμφανίζουν και οι διπτέρυγες ανεμογεννήτριες αν και εκεί τα πράγματα είναι σαφώς καλύτερα. Σήμερα, η συντριπτική πλειοψηφία των ανεμογεννητριών που χρησιμοποιούνται στην αγορά είναι οι τριπτέρυγες. Το βασικό πλεονέκτημά τους είναι ότι είναι πιο σταθερές μιας και το αεροδυναμικό φορτίο κατανέμεται ομοιόμορφα ενώ και το μηχανικό εξισορροπείται. Εφαρμογές με μεγαλύτερο αριθμό πτερύγων (6, 8, 12 κ.ά.) έχουν υλοποιηθεί κατά καιρούς. Ο λόγος μεταξύ του συνολικού εμβαδού των πτερύγων προς την επιφάνεια σάρωσης ονομάζεται στιβαρότητα. Οι μηχανές με μεγάλο αριθμό πτερύγων προτιμώνται σε εφαρμογές που απαιτείται μεγάλη ροπή εκκίνησης, γιατί έχουν την ιδιότητα να μπορούν να ξεκινούν να περιστρέφονται ευκολότερα (μεγαλύτερη επιφάνεια αλληλεπιδρά με τον άνεμο αρχικά). Παρόλα αυτά, η ισχύς που παράγουν είναι μάλλον μικρότερη συγκρινόμενη με μια ανεμογεννήτρια λιγότερων πτερύγων που σαρώνει την ίδια επιφάνεια, λόγω αυξημένων αεροδυναμικών απωλειών. Έχει αποδειχθεί ότι οι τριπτέρυγοι ρότορες έχουν μεγαλύτερο αεροδυναμικό συντελεστή ισχύος από τους πολυπτέρυγους, έτσι οι τελευταίοι χρησιμοποιούνται ~ 85 ~

95 περιορισμένα μόνο σε κάποιες εφαρμογές όπως η άντληση υδάτων, όπου η απαιτούμενη ροπή εκκίνησης είναι μεγάλη. Χαρακτηριστικό παράδειγμα ανεμογεννήτριας οριζόντιου άξονα Πλεονεκτήματα Δε χρειάζονται πολύ υψηλές ταχύτητες ανέμου για να ξεκινήσουν να περιστρέφονται, οπότε και με πολύ μικρές ταχύτητες ανέμου μπορούμε να έχουμε ικανοποιητικά αποτελέσματα. Η υψηλή βάση του πύργου επιτρέπει την πρόσβαση στον ισχυρότερο αέρα στις κατάλληλες περιοχές. Σε μερικές περιοχές με ισχυρό άνεμο, ανεβαίνοντας δέκα μέτρα στον πύργο, η ταχύτητα του αέρα μπορεί να αυξηθεί κατά 20% και η παραγωγή ισχύος κατά 34%. Εμφανίζουν υψηλό αεροδυναμικό συντελεστή και υψηλή αποδοτικότητα, δεδομένου ότι τα πτερύγια κινούνται κάθετα προς τον αέρα, λαμβάνοντας ισχύ μέσω μιας πλήρους περιστροφής. Μειονεκτήματα Η γεννήτρια και το κιβώτιο ταχυτήτων πρέπει να τοποθετηθούν πάνω στον πύργο, γεγονός που κάνει την κατασκευή τους ακριβή και δύσκολη. Επιπλέον, οι πύργοι είναι πού υψηλοί και τα πτερύγια φτάνουν μέχρι και τα 150 μέτρα σε μήκος, γεγονός που κάνει δύσκολη τη μεταφορά και τοποθέτησή τους. ~ 86 ~

96 Σε σύγκριση με τις ανεμογεννήτριες κατακόρυφου άξονα, οι ανεμογεννήτριες οριζόντιου άξονα χρειάζονται ενεργό μηχανισμό περιστροφής ή συνηθέστερα ένα ουριαίο πτερύγιο για τον προσανατολισμό στην κατεύθυνση του ανέμου. ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕΝΟΙ ΤΥΠΟΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ Αυτή τη στιγμή, οι περισσότεροι και μεγαλύτεροι παραγωγοί ανεμογεννητριών στον κόσμο κατασκευάζουν μεταβλητής ταχύτητας ανεμογεννήτριες με έλεγχο γωνίας βήματος πτερυγίων. Ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος τύπος γεννήτριας είναι οι επαγωγικές γεννήτριες, ενώ σε πολύ μικρό ποσοστό που όμως τελευταία παρουσιάζει κάποιες τάσεις αύξησης χρησιμοποιούνται σύγχρονες γεννήτριες με μόνιμο μαγνήτη. Κυρίαρχος τύπος ανεμογεννήτριας στην αγορά ανεμογεννητριών (σε ποσοστό που ξεπερνά το 70%) είναι αυτός με επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας (DFIG), με μεταβλητή ταχύτητα και μεταβλητό έλεγχο γωνίας κλίσης των πτερυγίων. Για ισχείς της τάξης των MW, μια ανεμογεννήτρια μπορεί να εξοπλιστεί με οποιονδήποτε τύπο τριφασικής γεννήτριας. Οι γενικές κατηγορίες γεννητριών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ανεμογεννήτριες είναι οι εξής: Σύγχρονες γεννήτριες Σύγχρονες γεννήτριες με μόνιμο μαγνήτη (PMSG) Σύγχρονες γεννήτριες δακτυλιοφόρου δρομέα (WRSG) Ασύγχρονες ή επαγωγικές γεννήτριες Επαγωγικές γεννήτριες βραχυκυκλωμένου κλωβού (SCIG) Επαγωγικές γεννήτριες δακτυλιοφόρου δρομέα (WRIG) Επαγωγικές γεννήτριες δακτυλιοφόρου δρομέα με ηλεκτρονικά μεταβαλλόμενη αντίσταση δρομέα (OSIG) Επαγωγικές γεννήτριες δακτυλιοφόρου δρομέα διπλής τροφοδοσίας (DFIG) ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ Η σύγχρονη γεννήτρια είναι πολύ πιο ακριβή και μηχανολογικά πολύ πιο πολύπλοκη από μια επαγωγική γεννήτρια ανάλογου μεγέθους. Το πλεονέκτημά της όμως σε σύγκριση με την ασύγχρονη γεννήτρια, είναι ότι το ρεύμα μαγνήτισης δε δημιουργείται από το κύκλωμα του στάτη. Το μαγνητικό πεδίο στις σύγχρονες γεννήτριες μπορεί να δημιουργηθεί με τη χρήση μόνιμων μαγνητών ή συμβατικών τυλιγμάτων στο δρομέα. Αν η σύγχρονη γεννήτρια έχει ένα κατάλληλο, μεγάλο αριθμό πόλων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και χωρίς κιβώτιο ταχυτήτων. ~ 87 ~

97 Σα σύγχρονη μηχανή, είναι καταλληλότερη για έλεγχο πλήρους ισχύος, μιας και συνδέεται στο δίκτυο μέσω ενός ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος. Ο μετατροπέας αυτός αποσβένει τις διαταραχές ισχύος που οφείλονται στις ριπές ανέμου και τα μεταβατικά φαινόμενα που προέρχονται από το δίκτυο και ελέγχει τη μαγνήτιση έτσι ώστε η μηχανή να παραμένει συγχρονισμένη με τη συχνότητα του δικτύου, επιτρέποντας τη λειτουργία με μεταβλητή ταχύτητα στην ανεμογεννήτρια. Οι δύο πιο συνηθισμένοι τύποι σύγχρονων γεννητριών που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία των ανεμογεννητριών είναι: η σύγχρονη γεννήτρια δακτυλιοφόρου δρομέα (WRSG) και η σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη (PMSG). Σύγχρονη γεννήτρια δακτυλιοφόρου δρομέα (WRSG) H σύγχρονη γεννήτρια δακτυλιοφόρου δρομέα είναι ο βασικότερος τύπος σύγχρονης γεννήτριας που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Τα τυλίγματα του στάτη είναι συνδεδεμένα απευθείας στο δίκτυο και αυτό έχει σαν αποτέλεσμα η ταχύτητα περιστροφής να ρυθμίζεται από τη συχνότητα του δικτύου. Τα τυλίγματα του δρομέα διεγείρονται από συνεχές ρεύμα με τη χρήση δακτυλίων ολίσθησης και ψηκτρών ή μέσω ενός διεγέρτη χωρίς ψήκτρες με ένα στρεφόμενο ανορθωτή και είναι αυτά που παράγουν το πεδίο διέγερσης, το οποίο περιστρέφεται με σύγχρονη ταχύτητα. Το πλεονέκτημά της σε σχέση με τις επαγωγικές γεννήτριες, είναι ότι δε χρειάζεται περαιτέρω μέτρα αντιστάθμισης για τη ρύθμιση της αέργου ισχύος. Η ταχύτητα της σύγχρονης γεννήτριας καθορίζεται από τη συχνότητα του στρεφόμενου πεδίου και του αριθμού των πόλων. Σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη (PMSG) Τα τελευταία χρόνια, οι σύγχρονες γεννήτριες μόνιμου μαγνήτη έχουν αποκτήσει πολλούς υποστηρικτές, κι αυτό γιατί έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι αυτοδιεγειρόμενες και λειτουργούν με υψηλό συντελεστή ισχύος και υψηλή απόδοση. Η απόδοσή τους είναι υψηλότερη από των επαγωγικών μηχανών, επειδή η διέγερσή τους παρέχεται χωρίς να υπάρχει επιπλέον παροχή ενέργειας (αυτοδιεγειρόμενες). Ωστόσο, θα πρέπει να αναφερθεί εδώ ότι τα υλικά με τα οποία κατασκευάζονται οι μόνιμοι μαγνήτες είναι πολύ ακριβά και δύσκολα στην επεξεργασία, γεγονός που αυξάνει το κόστος των σύγχρονων γεννητριών μόνιμου μαγνήτη. Επιπλέον, η χρήση τέτοιων γεννητριών απαιτεί τη χρήση ενός μετατροπέα ισχύος πλήρους κλίμακας (o μετατροπέας που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση με το δίκτυο είναι ΑC/DC/AC) προκειμένου να γίνεται προσαρμογή της τάσης και της συχνότητας της γεννήτριας στην τάση και στη συχνότητα της γραμμής. Η χρήση αυτού του μετατροπέα ισχύος, αποτελεί ένα πρόσθετο κόστος. Το πλεονέκτημα όμως από τη χρήση τέτοιων γεννητριών είναι ότι μπορεί να παραχθεί ενέργεια σε κάθε ~ 88 ~

98 ταχύτητα. Ο στάτης των σύγχρονων γεννητριών μόνιμου μαγνήτη αποτελείται από ένα συμβατικό τριφασικό τύλιγμα και ο δρομέας αποτελείται από ένα σύστημα πόλων μόνιμου μαγνήτη, που μπορεί να είναι κυλινδρικοί ή έκτυποι. Οι έκτυποι πόλοι είναι πιο συνηθισμένοι σε μηχανές χαμηλής ταχύτητας και είναι πιο χρήσιμοι για εφαρμογές ανεμογεννητριών. Τα μειονεκτήματα που προκύπτουν από τη χρήση σύγχρονων μηχανών με μόνιμο μαγνήτη στη λειτουργία των ανεμογεννητριών είναι ότι μπορεί να δημιουργήσουν προβλήματα κατά την εκκίνηση, το συγχρονισμό και τη ρύθμιση της τάσης καθώς επίσης προκαλούν δύσκαμπτη συμπεριφορά σε περίπτωση που η ταχύτητα του αέρα δεν είναι σταθερή. Επιπλέον, τα μαγνητικά υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τους είναι ευαίσθητα στις υψηλές θερμοκρασίες με αποτέλεσμα να απαιτείται κάποιο σύστημα ψύξης. ΑΣΥΓΧΡΟΝΕΣ Ή ΕΠΑΓΩΓΙΚΕΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ Ο τύπος της γεννήτριας που κυρίως χρησιμοποιείται στις ανεμογεννήτριες, είναι η επαγωγική γεννήτρια. Τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν αυτές οι γεννήτριες είναι αρκετά, όπως ευρωστία, απλότητα στο μηχανικό κομμάτι και χαμηλό κόστος, που οφείλεται στο μεγάλο αριθμό παραγωγής τους. Το μεγάλο τους μειονέκτημα είναι ότι καταναλώνουν άεργο ισχύ. Η άεργος ισχύς μπορεί να παρέχεται από το δίκτυο ή από συστοιχίες πυκνωτών ή από ένα κατάλληλο σύστημα ηλεκτρονικών ισχύος. Η ασύγχρονη μηχανή σαν γεννήτρια διακρίνεται σε βραχυκυκλωμένου κλωβού και δακτυλιοφόρου δρομέα. Στην επαγωγική γεννήτρια βραχυκυκλωμένου κλωβού το μαγνητικό πεδίο του δρομέα δημιουργείται εξ επαγωγής μόνο όταν ο στάτης είναι συνδεδεμένος με το δίκτυο. Στην επαγωγική γεννήτρια δακτυλιοφόρου δρομέα, σε περίπτωση AC διέγερσης, το δημιουργούμενο μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται σε μια ταχύτητα η οποία καθορίζεται από τον αριθμό των πόλων και τη συχνότητα του ρεύματος, δηλαδή τη σύγχρονη ταχύτητα. Ο δρομέας μπορεί να περιστρέφεται με ταχύτητα μεγαλύτερη ή μικρότερη της σύγχρονης ταχύτητας. Τότε ένα ηλεκτρικό πεδίο επάγεται μεταξύ του δρομέα και του στρεφόμενου πεδίου του στάτη από τη σχετική κίνηση (ολίσθηση), γεγονός που προκαλεί ένα ρεύμα στα τυλίγματα του δρομέα. Η αλληλεπίδραση μεταξύ του μαγνητικού πεδίου του δρομέα με το πεδίο του στάτη έχουν σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία ροπής στο δρομέα. Επαγωγική γεννήτρια βραχυκυκλωμένου κλωβού (SCIG) Οι επαγωγικές γεννήτριες βραχυκυκλωμένου κλωβού είναι η επικρατούσα επιλογή σε απλές εφαρμογές εξαιτίας της μηχανικής τους απλότητας, της υψηλής τους απόδοσης και του ελάχιστου κόστους συντήρησης που απαιτούν. Με σύνδεση ~ 89 ~

99 απευθείας στο δίκτυο, η ταχύτητα της επαγωγικής γεννήτριας βραχυκυκλωμένου κλωβού μεταβάλλεται μόνο κατά ένα μικρό ποσοστό, εξαιτίας της ολίσθησης της γεννήτριας η οποία οφείλεται στις αλλαγές της ταχύτητας του ανέμου. Για το λόγο αυτό, οι γεννήτριες αυτές χρησιμοποιήθηκαν πολύ για σταθερής ταχύτητας ανεμογεννήτριες. Η γεννήτρια και ο άξονας της ανεμογεννήτριας συνδέονται μέσω του κιβωτίου ταχυτήτων, μιας και η βέλτιστη προσδοκώμενη τιμή της ταχύτητας άξονα είναι διαφορετική από αυτή της γεννήτριας. Οι ανεμογεννήτριες που έχουν επαγωγικές γεννήτριες βραχυκυκλωμένου κλωβού συνήθως έχουν και ένα μηχανισμό ηλεκτρονικά ελεγχόμενου εκκινητή και αντισταθμιστή αέργου ισχύος με πυκνωτές, μιας και οι γεννήτριες αυτού του τύπου καταναλώνουν άεργο ισχύ. Οι επαγωγικές γεννήτριες βραχυκυκλωμένου κλωβού έχουν σαν χαρακτηριστικό τις απότομες αλλαγές στη ροπή με αποτέλεσμα οι διαταραχές του ανέμου να περνούν απευθείας στο δίκτυο. Αυτές οι διαταραχές είναι ιδιαίτερα σημαντικές κατά τη σύνδεση της ανεμογεννήτριας στο δίκτυο, όπου η ένταση του μεταβατικού ρεύματος είναι 7 8 φορές μεγαλύτερη από την ονομαστική. Σε ένα αδύναμο δίκτυο, αυτό το υψηλό μεταβατικό ρεύμα μπορεί να προκαλέσει μεγάλες διαταραχές στην τάση, οπότε για αποφυγή αυτών των διαταραχών, η σύνδεση της ασύγχρονης γεννήτριας βραχυκυκλωμένου κλωβού με το δίκτυο θα πρέπει να γίνεται σταδιακά προκειμένου να μειωθεί το μεταβατικό ρεύμα. Κατά τη διάρκεια της μόνιμης λειτουργίας και της άμεσης σύνδεσης με ένα στιβαρό AC δίκτυο, η σύγχρονη γεννήτρια βραχυκυκλωμένου κλωβού είναι πολύ εύρωστη και ευσταθής. Η ολίσθηση ποικίλει και αυξάνεται με αύξηση του φορτίου. Το μεγαλύτερο πρόβλημα είναι ότι λόγω του ρεύματος μαγνήτισης που παρέχεται από το δίκτυο στα τυλίγματα του στάτη, ο συντελεστής ισχύος υπό πλήρες φορτίο είναι σχετικά μικρός, γεγονός που δεν είναι αποδεκτό και θα πρέπει να αντισταθμιστεί με σύνδεση πυκνωτών παράλληλα με τη γεννήτρια. Στις επαγωγικές γεννήτριες βραχυκυκλωμένου κλωβού υπάρχει μια μοναδική σχέση μεταξύ αέργου ισχύος, ενεργού ισχύος, τάσης στο τερματικό σημείο και ταχύτητας του δρομέα. Αυτό σημαίνει ότι σε υψηλές ταχύτητες ανέμου, η ανεμογεννήτρια μπορεί να παράγει μεγαλύτερα ποσά ενεργού ισχύος μόνο αν απορροφήσει περισσότερο άεργο ισχύ. Η κατανάλωση αέργου ισχύος για αυτές τις γεννήτριες είναι μη ελέγξιμη γιατί μεταβάλλεται με βάση τις συνθήκες του αέρα. Αν δεν υπάρχουν ηλεκτρικά στοιχεία να παρέχουν την άεργο ισχύ, τότε αυτή πρέπει να προέλθει απευθείας από το δίκτυο. Η άεργος ισχύς που παίρνεται από το δίκτυο μπορεί να προκαλέσει επιπρόσθετες απώλειες μεταφοράς και σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να κάνει το δίκτυο ασταθές. Σε περίπτωση σφάλματος, οι ασύγχρονες γεννήτριες βραχυκυκλωμένου κλωβού που δεν έχουν κανένα σύστημα για την αντιστάθμιση της αέργου ισχύος, μπορεί να οδηγήσουν το δίκτυο σε αστάθεια της τάσης. Όταν υπάρξει ένα σφάλμα ή μία πτώση τάσης, ο δρομέας της ανεμογεννήτριας επιταχύνεται στιγμιαία εξαιτίας της ανισορροπίας μεταξύ της ηλεκτρικής και της μηχανικής ροπής. Απαιτείται τότε μεγαλύτερη ποσότητα αέργου ισχύος από το δίκτυο, το οποίο συνεπάγεται περεταίρω ~ 90 ~

100 μείωση της τάσης, λόγω της αύξησης της ολίσθησης, και οδηγούμαστε έτσι σ ένα φαύλο κύκλο. Με τη μεγάλη ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ισχύος, οι επαγωγικές γεννήτριες βραχυκυκλωμένου κλωβού μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν μεταβλητής ταχύτητας ανεμογεννήτριες. Επαγωγική γεννήτρια δακτυλιοφόρου δρομέα (WRIG) Στις επαγωγικές γεννήτριες δακτυλιοφόρου δρομέα, τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του δρομέα μπορούν να ελεγχθούν εξωτερικά από την τάση του δρομέα. Τα τυλίγματα του δρομέα συνδέονται εξωτερικά μέσω δακτυλίων ολίσθησης και ψηκτρών και με τη χρήση ηλεκτρονικών ισχύος, η ισχύς μπορεί να εξαχθεί ή και να εισαχθεί στο κύκλωμα του δρομέα και η γεννήτρια μπορεί να μαγνητιστεί είτε από το κύκλωμα του στάτη είτε από το κύκλωμα του δρομέα. Το μειονέκτημα της επαγωγικής γεννήτριας δακτυλιοφόρου δρομέα είναι το σχετικά υψηλότερο κόστος σε σχέση με την αντίστοιχη βραχυκυκλωμένου κλωβού. Οι συνήθεις τύποι ασύγχρονων γεννητριών δακτυλιοφόρου δρομέα που χρησιμοποιούνται είναι: με ηλεκτρονικά μεταβαλλόμενη αντίσταση δρομέα (OSIG) και η επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας (DFIG). Επαγωγική γεννήτρια δακτυλιοφόρου δρομέα με ηλεκτρονικά μεταβαλλόμενη αντίσταση δρομέα (OSIG) Η επαγωγική γεννήτρια με ηλεκτρονικά μεταβαλλόμενη αντίσταση δρομέα εισήχθη στην αγορά προκειμένου να μειωθεί το φορτίο στην ανεμογεννήτρια εξαιτίας των ριπών ανέμων. Επιτρέπει στη γεννήτρια να έχει μεταβαλλόμενη, θετική ολίσθηση και να επιλέγει τη βέλτιστη τιμή ολίσθησης, έτσι ώστε να έχουμε μικρότερες διαταραχές στη ροπή και στην εξαγόμενη ενέργεια. Η μεταβλητή ολίσθηση είναι πολύ αξιόπιστη και εύκολη να επιτευχθεί και συμβάλλει στην αποτελεσματική μείωση των φορτίων σε σχέση σε άλλες πιο πολύπλοκες λύσεις. Στην επαγωγική γεννήτρια με ηλεκτρονικά μεταβαλλόμενη αντίσταση δρομέα, η εξωτερική μεταβλητή αντίσταση προσαρμόζεται στα τυλίγματα του δρομέα. Η ολίσθηση της γεννήτριας αλλάζει με τη μεταβολή της συνολ&