Αρχές Οικολογίας και Περιβαλλοντικής Χηµείας

Transcript

1 Αρχές Οικολογίας και Περιβαλλοντικής Χηµείας Ενεργειακή στρατηγική και εναλλακτικές πηγές ενέργειας Νίκος Μαµάσης Τοµέας Υδατικών Πόρων Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αθήνα 211 Εισαγωγή Ενέργεια: H ικανότητα ενός φυσικού συστήµατος να παράγει έργο. Το µέγεθος αυτό συνδέεται µεκάθεµεταβολή στο φυσικό κόσµο. Μορφές ενέργειας Μηχανική (δυναµική, κινητική) Ηλεκτροµαγνητική (ηλεκτρική, µαγνητική) Πυρηνική Χηµική Θερµική-βιολογική Θερµότητα-Ακτινοβολία Μόνο ο άνθρωπος καταναλώνει ενέργεια για άλλους λόγους εκτός από τροφή Ισχύς: Ορυθµός µεταβολής της ενέργειας στη µονάδα του χρόνου 1

2 Εισαγωγικές έννοιες Πηγές ενέργειας Ηλιακή ακτινοβολία. Η ηλιακή ενέργεια σε ένα έτος είναι περίπου 14 µεγαλύτερη από την παγκόσµια κατανάλωση ενέργειας (ηλιακή σταθερά (1367 W/m 2 ). Εκτός των άλλων η ενέργεια αυτή: (α) απορροφάται από τη γη και µετατρέπεται σε θερµότητα διατηρώντας τη θερµοκρασία περιβάλλοντος, (β) συντηρεί τον υδρολογικό κύκλο (εξάτµιση-βροχόπτωση), (γ) συντηρεί την κατακόρυφη µεταφορά (αιολική ενέργεια, ρεύµατα), και (δ) συντηρεί την φωτοσύνθεση Ορυκτά καύσιµα. Πρόκειται για τον άνθρακα, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο που προέρχονται από τα λείψανα της αρχαίας χλωρίδας και πανίδας. Είναι αποθηκευµένα για 6 εκατοµµύρια έτη και η καύση τους παράγει ενέργεια τα τελευταία 3 έτη. Ο ρυθµός κατανάλωσης είναι πολλαπλάσιος από το ρυθµό δηµιουργίας τους και στο µέλλον θα εξαντληθούν Βιοµάζα. Η χρήση της ξεκίνησε πριν 4. έτη (homo erectus) και προκάλεσε τεχνολογική επανάσταση Γη. Οι θερµικές, χηµικές και ραδιενεργές πηγές που βρίσκονται στο εσωτερικό της γης προκαλούν ροή ενέργειας στην επιφάνεια (της τάξης των.63 W/m 2) Βαρύτητα. Προέρχεται από τη σχετική θέση Γης, Ηλίου και Σελήνης και δηµιουργεί τις παλίρροιες και τα θαλάσσια ρεύµατα. Εκτιµάται στο 1% τηςγήινηςενέργειας Εισαγωγή Προσεγγιστικοί συντελεστές µετατροπών Τα ορυκτά καύσιµα µετρούνται σε τόνους ισοδύναµου πετρελαίου (ΤΙΠ) ή toe (tones oil equivalent) 1 toe προσεγγιστικά ισοδυναµεί µε: Μονάδες θερµότητας Στερεά καύσιµα 1 6 kcal ή 42 GJ ή 4*1 6 Btu 1.5 mt σκληρού άνθρακα ή 3 mt λιγνίτη Ηλεκτρική ενέργεια: 12 ΜWh εδοµένου όµωςότιαπόδοσηείναικάτωαπό4 %, 1 toe παράγει περίπου 4.4 MWh ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα σύγχρονο σταθµό παραγωγής 2

3 Εισαγωγή Προσεγγιστικοί συντελεστές µετατροπών Ακατέργαστο πετρέλαιο Πυκνότητα:.8581 kg/m 3 1 mt = m 3 = 7.33 barrels = US gallons 1 barrel= 159 lt =136 kg=42 US gallons 1 barrel/day= 49.8 mt/year Παράγωγα πετρελαίου Πυκνότητα kg/m 3 Barrels/mt LPG Gasoline Kerosene Gas oil/ diesel Residual fuel oil Φυσικό αέριο (NG) και υγροποιηµένο φυσικό αέριο (LNG) 1 m 3 NG = 35.3 ft 3 =.73 kg LNG 1 m 3 NG =1 kcal = 37.7 MJ=1.5 kwh 1 m 3 NG =.73 mt LNG=.9 toe=6.29 barrels oe= 36*1 6 BTU=38 GJ Πηγή: BP-Statistical Review of World Energy 21 Εισαγωγικές έννοιες Πηγές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Στερεά καύσιµα (Λιθάνθρακας, Λιγνίτης) Υγρά καύσιµα (Diesel, Μαζούτ) Αέρια καύσιµα (Φυσικό Αέριο) ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Ουράνιο ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ Αιολική Ηλιακή Υδροηλεκτρική Γεωθερµία Βιοµάζα Ενέργεια κυµάτων - παλιρροιών 3

4 Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Παγκόσµια ηλεκτρική παραγωγή Έτος 26: TWh Ορυκτά καύσιµα 66,2% ( TWh) Πυρηνική ενέργεια 15,% (284 TWh) Υδροηλεκτρική ενέργεια 16,6% (3142 TWh) Βιοµάζα 1,1% (28 TWh) Αιολική ενέργεια,6% (114 TWh) Γεωθερµία,3% (57 TWh) Μη ανανεώσιµα απορρίµµατα,2% (38 TWh) Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Εγκατεστηµένη ισχύς στην Ελλάδα (26) 6,3 % Ανανεώσιµα Παραγωγή ενέργειας στην Ελλάδα (26) 3,4 % Ανανεώσιµα 7, % Εισαγωγές 17,3 % Φυσικό Αέριο 21,7 % Υδροηλεκτρικά 13,4 % Πετρέλαιο 17, % Φυσικό Αέριο 1,5 % Υδροηλεκτρικά 18, % Πετρέλαιο 36,7 % Λιγνίτης 48,7 % Λιγνίτης 4

5 Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Χρονική εξέλιξη παραγωγής ( ) σε GWh Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας (G Wh) Εισαγωγές-Εξαγ ωγ ές Υδροηλεκτρικά Φυσικό αέριο Πετρελαϊκά Αιολικά κλπ Λιγνιτικά ιασυνδεδεµένο Σύστηµα Έτος Ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας Παράγοντες διαµόρφωσης ζήτησης Η ζήτηση ενέργειας από ένα σύστηµα (π.χ. κράτος-νησί) εξαρτάται από: Τον πληθυσµό (κάτοικοι-επισκέπτες, µετανάστες) Το είδος των δραστηριοτήτων (βιοµηχανία) Τις κλιµατολογικές συνθήκες (θερµοκρασία, υγρασία, ηλιακή ακτινοβολία, ταχύτητα ανέµου) ιάφορα οικονοµικά µεγέθη (τιµήενέργειας, µέσο εισόδηµα, ΑΕΠ κλπ) Υποδοµές (δίκτυα µεταφοράς, κατοχή οικιακών συσκευών κλπ) Κοινωνικές συνθήκες (καταναλωτικές συνήθειες, ηµέρες και ώρες που γίνονται διάφορες δραστηριότητες) Πολιτικές συνθήκες (εξοικονόµηση ενέργειας, περιβαλλοντικοί περιορισµοί) 5

6 Ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας Κατανάλωση (kwh ανά κάτοικο ανά έτος) Χώρα Χώρα Iceland 27,987 31,328 36,853 Haiti Norway 25,83 24,1 24,98 Ethiopia Finland 16,12 17,177 17,162 Benin Canada 17,319 16,724 16,995 Nepal Luxembourg 15,681 16,414 16,315 Tanzania Kuwait 15,345 16,311 16,198 Sudan United Arab Emirates 13,759 14,622 16,165 Cambodia Sweden 15,44 15,231 15,238 Myanmar Bahrain 11,622 12,527 14,153 Togo United States 13,71 13,582 13,652 Congo Ελλάδα 5,242 5,372 5,628 Ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας Γενικά στοιχεία για την Ελλάδα Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα εκτιµάται σε περίπου 55 kwh/άτοµο/έτος, ενώ το 199 ήταν 3 kwh/άτοµο/έτος Η συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας είναι της τάξης των 5 TWh/έτος ΗτιµήτηςkWh για οικιακή χρήση ξεκινά από τα.9 ΕURO Καταναλώνεται περισσότερη ενέργεια κατά τους µήνες µεακραίες θερµοκρασίες (χειµώνα, καλοκαίρι) και λιγότερη κατά τους µεταβατικούς µήνες (άνοιξη, φθινόπωρο) Καταναλώνεται περισσότερη ενέργεια τις καθηµερινές από ότι τα Σαββατοκύριακα Εκλύονται περίπου.875 kg CO 2 ανά παραγόµενη kwh Οι συνθήκες θερµικής άνεσης είναι θερµοκρασία 2 ο C και σχετική υγρασία 4-6% 6

7 ιαχείριση ηλεκτρικής ενέργειας Η τροφοδότηση του ηλεκτρικού δικτύου µεενέργεια, έχει δύο βασικούς περιορισµούς: Το δίκτυο πρέπει συνεχώς να τροφοδοτείται µε ακριβώς τόση ενέργεια όση καταναλώνεται για αυτό και η παραγωγή πρέπει να µεταβάλλεται συνεχώς Ο χρόνος ενεργοποίησης και µεταβολής του φορτίου των σταθµών παραγωγής είναι διαφορετικός. Ητάξηµεγέθους του χρόνου αυτού είναι ηµέρες για τους λιγνιτικούς, ώρες για τους σταθµούς φυσικού αερίου και λεπτά για τους υδροηλεκτρικούς Οι αιχµές ζήτησης φορτίου καθορίζουν τη συνολική ισχύ που πρέπει να υπάρχει εγκατεστηµένη (Μονάδες Αιχµής) Κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας 12: 24: Ώρες ηµέρας Το κατώφλι ζήτησης φορτίου καθορίζει την τιµή τηςισχύος που αδιάλειπτα πρέπει να παρέχεται (Μονάδες Βάσης) ιαχείριση ηλεκτρικής ενέργειας Η µεταβολή της παραγωγής ώστε να ισούται µε τηνκατανάλωσηπραγµατοποιείται µε την παρακάτω διαδικασία: Όταν η ΕΗ προγραµµατίζει την παραγωγή ενέργειας για τους επόµενους µήνες, µε βάσητηνπροηγούµενη εµπειρία για το ποια είναι η κατανάλωση κάθε µήνα, καθώςκαιτιςδιεθνείςτιµές ενέργειας, κάνει διεθνείς συµφωνίες για αγορά ή πώληση ενέργειας. Έτσι, άλλους µήνες αγοράζει ενέργεια και άλλους µήνες πουλά ενέργεια, πράγµα που επηρεάζει το ενεργειακό ισοζύγιο. Όταν προγραµµατίζει την παραγωγή ενέργειας για τις επόµενες µέρες, µε βάση την προηγούµενη εµπειρία και την πρόγνωση του καιρού, µπορεί να µεταβάλλει την «ενέργεια βάσης», δηλαδή την ελάχιστη ισχύ της ηµέρας, αυξοµειώνοντας την ισχύ των λιγνιτικών σταθµών. Όταν προγραµµατίζει την παραγωγή για τις επόµενες ώρες, µπορεί να µεταβάλλει την ισχύ µικρών θερµοηλεκτρικών σταθµών, ιδιαίτερα σταθµών φυσικού αερίου, που έχουν σχετικά γρήγορη απόκριση. Ηρύθµιση της παραγωγής ενέργειας ώστε να προσαρµόζεται στην κατανάλωση από λεπτό σε λεπτό γίνεται µεταβάλλοντας την παραγωγή των υδροηλεκτρικών σταθµών, που έχουν απόκριση λίγων λεπτών Τέλος µε τη χρήση αεριοστροβίλων επιτυγχάνεται η κάλυψη των αιχµών σε χρονική κλίµακα λεπτού 7

8 ιαχείριση ηλεκτρικής ενέργειας Καθορισµός µίγµατος καυσίµων Ορυκτά καύσιµα Λιγνίτης: Άφθονα εγχώρια κοιτάσµατα, αποτελεί τη βάση του συστήµατος Diesel: Εισαγόµενο καύσιµο, µε µεγάλες διακυµάνσεις στην τιµή, µεγάλο κόστος λειτουργίας στους σταθµούς των νησιών Λιθάνθρακας: Εισαγόµενο καύσιµο µε σχετικά σταθερές τιµές, καλύτερο από το λιγνίτη χρειάζεται διάλογος χωρίς κραυγές Φυσικό αέριο: Εισαγόµενο καύσιµο, µε καλές περιβαλλοντικές επιδόσεις χρειάζεται αλλαγή στη στρατηγική χρήσης του Ανανεώσιµες πηγές Αιολικά Υδροηλεκτρικά: Μεγάλη πυκνότητα ισχύος, µπορούν να συνδυαστούν, ιδανικά για κάλυψη ενεργειακών αναγκών νησιών περιορίζοντας το diesel Φωτοβολταϊκά Ηλιοθερµικά: Απαραίτητη η διάδοσή τους στον οικιακό βιοµηχανικό τοµέα Βιοµάζα: Σηµαντική ενεργειακή πηγή, παντελώς αναξιοποίητη Πρωτογενής ενέργεια Κατανάλωση ανά καύσιµοτο29 Κόσµος: Mtoe ΗΠΑ: 2182 Mtoe Κίνα: 2177 Mtoe ΕΕ: 1623 Mtoe 27. Πρώην ΣΕ: 955 Mtoe Ελλάδα: 32.7 Mtoe.4.8 Πετρέλαιο Φυσικό αέριο Άνθρακας Πυρηνική Υδροηλεκτρικά

9 Πρωτογενής ενέργεια Παγκόσµια κατανάλωση (1 6 τόνοι ισοδύναµου πετρελαίου ΜΤΙΠ-Μtoe)* * εν περιλαµβάνονται καύσιµα όπωςξύλο, τύρφη, κ.α καθώς και η αιολική, ηλιακή και γεωθερµική ενέργεια. Η κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας έπεσε το 29 κατά 1.1% σε όλες τις περιοχές της γης. Αν και το πετρέλαιο παραµένει το κύριο καύσιµο (34.8 %) συνεχίζει να χάνει το µερίδιό του στην αγορά. Το µερίδιο του άνθρακα ήταν το µεγαλύτερο από το 197. Πηγή: BP-Statistical Review of World Energy 21 Πρωτογενής ενέργεια Κατανάλωση ανά καύσιµοσεtwh (1 Mtoe=4.42 TWh) 28 ΗΠΑ ΚΙΝΑ ΕΕ ΠΣΕ ΕΛΛΑ Α Πετρέλαιο Φυσικό αέριο Γαιάνθρακας Πυρηνική ενέργεια Υδροηλεκτρικά Σύνολο Ηλεκτρική ενέργεια Ηλεκτρική προς πρωτογενή ΚΟΣΜΟΣ Πετρέλαιο Φυσικό αέριο Γαιάνθρακας Πυρηνική ενέργεια Υδροηλεκτρικά Σύνολο Ηλεκτρική ενέργεια Ηλεκτρική προς πρωτογενή ΗΠΑ ΚΙΝΑ ΕΕ ΠΣΕ ΕΛΛΑ Α ΚΟΣΜΟΣ

10 12 9 ΚΟΣΜΟΣ Πρωτογενής ενέργεια Κατανάλωση (Μtoe) 4 3 ΕΛΛΑ Α ΗΠΑ 2 ΕΕ ΚΙΝΑ 2 ΠΣΕ Πρωτογενής ενέργεια Ποσοστό συµµετοχής καυσίµων (%) το 29 σε διάφορες περιοχές Το πετρέλαιο είναι το κύριο καύσιµο σχεδόν σε όλες τις περιοχές. Το φυσικό αέριο έχει µεγάλο µερίδιο στην Ευρώπη ο Γαιάνθρακας στην Ασία, η υδροηλεκτρική στην Ν. Αµερική και ηπυρηνικήενέργειαστηνευρώπηκαιτηνβ. Αµερική Πηγή: BP-Statistical Review of World Energy 21 1

11 Πρωτογενής ενέργεια Κατανάλωση ανά κάτοικο to 29 (toe) Ελλάδα: 3.3 toe Κόσµος: 1.6 toe Πηγή: BP-Statistical Review of World Energy 21 Ορυκτά καύσιµα Ο Γαιάνθρακας (coal) είναι σκληρό οργανικό υλικό που σχηµατίστηκε σε στρώµατα µέσα σε αποθέσεις ιζηµάτων. Συνίσταται (α) από οργανικό υλικό φυτών (άνθρακας, άζωτο, υδρογόνο, οξυγόνο) που στερεοποιήθηκαν κάτω ειδικές συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης και (β) ανόργανα υλικά σε ποσοστό 1-3%, Με τη θέρµανση του γαιάνθρακα απελευθερώνονται CO, CO 2, CH 4 και υδρατµοί Υπάρχουν διάφορές κατηγορίες κοιτασµάτων ανάλογα µετηθερµογόνο δύναµη και την περιεκτικότητα σε άνθρακα και υδρογόνο. Ο παλαιότερος σχηµατισµός είναι ο ανθρακίτης (95-98% C και 3-4% Η) µε θερµογόνο δύναµη µεγαλύτερη από 32MJ/kg (8.9 kwh/kg). Ονεότεροςσχηµατισµός είναι ο λιγνίτης (73-78% C και 5-6% Η) µεθερµογόνο δύναµη µικρότερη από 19 MJ/kg (5.3 kwh/kg). Τα ελληνικά κοιτάσµατα λιγνίτη έχουν χαµηλή θερµογόνο δύναµη. Στα κοιτάσµατα της Πτολεµαίδας είναι της τάξης των 146 kcal/kg (6.1MJ/kg) και σε άλλες περιοχές της χώρας της τάξης των kcal/kg (7.3MJ/kg) Παράδειγµα Γιαναπαραχθεί1 kwh (3.6 ΜJ) ηλεκτρικής ενέργειας σε θερµικό σταθµό µε απόδοση 37 % απαιτούνται 3.6 /.37= 9.7 MJ θερµικής ενέργειας τα οποία περιέχονται σε 1.6 kg λιγνίτη µε θερµογόνο δύναµη 6.1 MJ/kg. Ακόµη απελευθερώνονται στην ατµόσφαιρα 3 gr C που ισοδυναµούν µε 1.1 kg CO 2 11

12 Ορυκτά καύσιµα Πετρέλαιο (Petroleum) ονοµάζεται µια µεγάλη ποικιλία υδρογονονθράκων που περιλαµβάνει το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, την πίσσα και την παραφίνη. Σχηµατίστηκε από θαλάσσια φυτά που θάφτηκαν σε αποθέσεις ιζηµάτων ειδικότερα σε λιµναίους βράχους που σχηµατίστηκαν µέσα σε λίµνες και υγροτόπους. Οι σχηµατισµοί στους οποίους βρίσκεται πετρέλαιο είναι παλαιότεροι από αυτούς του άνθρακα (ο παλαιότερος ανήκει στην Προκάµβρια εποχή-1*1 9 έτη πριν). Η άσφαλτος χρησιµοποιείται από την αρχαιότητα ως στεγανωτικό ενώ αργότερα επιφανειακά κοιτάσµατα πετρελαίου χρησιµοποιήθηκαν ως καύσιµο. Η πρώτησυστηµατική εκµετάλλευση κοιτασµάτων πετρελαίου έγινε στην Πενσυλβάνια των ΗΠΑ το Σήµερα είναι κατανεµηµένο σε όλες τις περιοχές του πλανήτη και ειδικότερα στις ηπειρωτικές περιοχές που κάποτε ήταν ωκεανοί. Εξορύσσεται ως αργό (crude) και µεταφέρεται σε διυλιστήρια για την παραγωγή πολλών προϊόντων αλλά κυρίως πετρελαίου (gasoline, petrol), βενζίνης και diesel. Ορυκτά καύσιµα Το φυσικό αέριο (natural gas-ng) είναι µείγµα υδρογονανθάκων και άλλων αερίων και αποτελείται κυρίως από µεθάνιο (85-95%). Ησύστασήτουδιαφέρει στα διάφορα κοιτάσµατα. Το φυσικό αέριο βρίσκεται: (α) στο πάνω µέρος κοιτασµάτων πετρελαίου, (β) διαλυµένο µέσα στο πετρέλαιο και (γ) σε πολύ βαθειές αποθέσεις ανεξάρτητα από κοιτάσµατα του πετρελαίου. Τα τελευταία προέρχονται από οργανικό υλικό συνήθως άνθρακα µετά από θερµικήαποσύνθεσηκαιφυσικήαεριοποίησητου, σταβαθύτεραστρώµατα όπου η θερµοκρασία είναι µεγαλύτερη. Τα πρώτα χρόνια εκµετάλλευσης του πετρελαίου η θερµική αξία του συνοδεύοντος αερίου δεν αξιοποιήθηκε εµπορικά. Η βιοµηχανική επεξεργασία του άνθρακα δίνει αέριο που χρησιµοποιείται όπωςκαιτοφυσικόσεδιάφορεςεφαρµογές. Το φυσικό αέριο πολλές φορές υγροποιείται σε LNG (Liquefied natural gas) για ευκολία στην αποθήκευση και µεταφορά 12

13 Ορυκτά καύσιµα Το φυσικό ουράνιο βρίσκεται σε πυριγενή πετρώµατα και ειδικότερα στο γρανίτη. Η σχάσηενόςκιλούουρανίου235 χονδρικά παράγει ενέργεια 8 TJ και ισοδυναµεί µετηνκαύση27 τόνων άνθρακα ή 2 τόνων πετρελαίου. Τα αποθέµατα εκτιµώνται σε 33 τόνους (27) και τα µισά από αυτά βρίσκονται σε πέντε χώρες (Αυστραλία, Καζακστάν, Καναδάς, Ρωσία και Νότια Αφρική). Άλλες χώρες µε κοιτάσµατα ουρανίου είναι η Ναµίµπια, ηβραζιλία, ο Νίγηρας, οι ΗΠΑ, ηκίνα, ηιορδανία, το Ουζµπεκιστάν, η Ουκρανία η Ινδία και η Μογγολία Η συνολικήεγκατεστηµένη ισχύς των πυρηνικών σταθµών είναι περίπου 38 GW Τα αποθέµατα ουρανίου χαµηλού κόστους (< 8 $/kg) εκτιµώνται σε τόνους. Η παραγωγή του 28 ήταν 4393 τόνοι. Ορυκτά καύσιµα Πηλίκο αποθεµάτων προς παραγωγή (reserves to production ratio) στο τέλος του 29 (έτη) Ο γαιάνθρακας είναι το ορυκτό καύσιµο που βρίσκεται σε µεγαλύτερη αφθονία µε R/P 119 έτη 13

14 Πυρηνική ενέργεια Αποθέµατα Ουρανίου το 29 (tones) Ελλάδα Σταθµοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και γραµµές µεταφοράς Πηγή: ΕΗ 14

15 Ελλάδα Αποθέµατα λιγνίτη Τα αποθέµατα λιγνίτη στην Ελλάδα εκτιµώνται σε 39*1 6 tones (.5 % των παγκόσµιων αποθεµάτων) και η παραγωγή σήµερα ανέρχεται σε 64*1 6 tones. Το R/P εκτιµάται σε 62 έτη. Τα κυριότερα εκµεταλλεύσιµακοιτάσµατα λιγνίτη βρίσκονται στις περιοχές: Πτολεµαϊδας, Αµυνταίου και Φλώρινας (απόθεµα 18 *1 6 tones), ράµας (απόθεµα 9 *1 6 tones) Ελασσόνας (απόθεµα 169 *1 6 tones) Μεγαλόπολης, (απόθεµα 223 *1 6 tones) Με τα σηµερινά δεδοµένα τα κοιτάσµατα που είναι κατάλληλα για ενεργειακή εκµετάλλευση, ανέρχονται σε περίπου 32 * 1 6 tones και ισοδυναµούν µε 45 *1 6 toe. Γενικά η ποιότητα των ελληνικών λιγνιτών είναι χαµηλή. Ηθερµογόνος δύναµη κυµαίνεται σε: kcal/kg στις περιοχές Μεγαλόπολης, Αµυνταίου και ράµας kcal/kg στην περιοχή Πτολεµαϊδας στις περιοχές Φλώρινας και Ελασσόνας Σηµαντικό πλεονέκτηµα των λιγνιτών της χώρας µας είναι η χαµηλή περιεκτικότητα σε καύσιµο θείο. 4 Ελλάδα Κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας (Μtoe) : 32.7 Mtoe Πετρέλαιο Φυσικό αέριο Άνθρακας Πυρηνική Υδροηλεκτρικά 15

16 Ελλάδα Κατανάλωση Πετρέλαιο (Μt) Φυσικό αέριο (Μtoe) Πετρέλαιο (1 3 barrels/day) 1 Γαιάνθρακας (Μtoe) Ελλάδα Εκποµπές CO 2 (1 6 tones) Υπολογισµοί µε βάση την περιεκτικότητα σε άνθρακα ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ: 733 kg CO 2 per TJ (3.7 tones per toe) ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ: 561 kg CO 2 per TJ (2.35 tones per toe) ΑΝΘΡΑΚΑΣ: 946 kg CO 2 per TJ (3.96 tones per toe) Η τρέχουσα χρηµατιστηριακή τιµή δικαιώµατος εκποµπής CO 2 είναι περίπου 14 EURO/ τόνο 16

17 ΗΠΙΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Οι ΉπιεςΜορφέςΕνέργειας(ΗΠΕ) είναι µορφές εκµεταλλεύσιµης ενέργειας που προέρχεται από διάφορες φυσικές διαδικασίες, όπως ο άνεµος, η γεωθερµία, η κυκλοφορία του νερού και άλλες. Οόρος"ήπιες" αναφέρεται σε δυο βασικά χαρακτηριστικά τους: εν απαιτείται κάποια ενεργητική παρέµβαση για την εκµετάλλευσή τους (εξόρυξη, άντληση, καύση), αλλά απλώς η εκµετάλλευση της ήδη υπάρχουσας ροής ενέργειας στη φύση. Πρόκειται για µορφές ενέργειας οι οποίες που δεν αποδεσµεύουν υδρογονάνθρακες, διοξείδιο του άνθρακα ή τοξικά και ραδιενεργά απόβλητα Οι τεχνολογίες αυτές αναφέρονται και ως Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας δεδοµένου ότι το βασικό τους χαρακτηριστικό είναι η διαχρονική τους ανανέωση και η απεριόριστη διαθεσιµότητά τους. Ακόµη είναι γνωστές και σαν Εναλλακτικές Μορφές Ενέργειας γιατί αποτελούν σήµερα εναλλακτικές λύσεις για την παραγωγή ενέργειας αντί των συµβατικών Σήµερα οι Ήπιες Μορφές Ενέργειας χρησιµοποιούνται είτε άµεσα (κυρίως για θέρµανση) είτε µετατρεπόµενες σε άλλες µορφές ενέργειας (κυρίως ηλεκτρισµόή µηχανική ενέργεια). Υπολογίζεται ότι το τεχνικά εκµεταλλεύσιµο ενεργειακόδυναµικό από τις µορφές αυτές είναι πολλαπλάσιο της παγκόσµιας συνολικής κατανάλωσης. ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Αιολική ενέργεια. Χρησιµοποιείται η ένταση του ανέµου. Τατελευταίαχρόνιαέχειαρχίσει να χρησιµοποιείται ευρέως στην παραγωγή ηλεκτρικού ρεύµατος. Ηλιακή ενέργεια. Χρησιµοποιείται η ηλιακή ακτινοβολία. Η χρήση της για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύµατος προωθείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση. Υδατοπτώσεις. Χρησιµοποιείται η κινητική ενέργεια του νερού. Είναι η πιο διαδεδοµένη µορφή ανανεώσιµης ενέργειας. Βιοµάζα. Χρησιµοποιούνται οι υδατάνθρακες των φυτών µε σκοπό την αποδέσµευση της ενέργειας που δεσµεύτηκε απ' το φυτό µε τηφωτοσύνθεση. Είναι µια πηγή ενέργειας µε πολλές δυνατότητες και εφαρµογές. Γεωθερµική ενέργεια. Προέρχεται από τη θερµότητα που παράγεται απ' τη ραδιενεργό αποσύνθεση των πετρωµάτων της γης. Είναι εκµεταλλεύσιµη εκείόπουηθερµότητα ανεβαίνει µε φυσικό τρόπο στην επιφάνεια. Ενέργεια από παλίρροιες. Εκµεταλλεύεται τη βαρύτητα του Ήλιου και της Σελήνης, που προκαλεί ανύψωση της στάθµης του νερού. Ενέργεια από κύµατα. Εκµεταλλεύεται την κινητική ενέργεια των κυµάτων της θάλασσας. Ενέργεια από τους ωκεανούς. Εκµεταλλεύεται τη διαφορά θερµοκρασίας ανάµεσα στα στρώµατα του ωκεανού, κάνοντας χρήση θερµικών κύκλων. 17

18 Πλεονεκτήµατα ΗΠΙΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Είναι ανεξάντλητες, σε αντίθεση µε ταορυκτάκαύσιµα. Είναι πολύ φιλικές προς το περιβάλλον, έχοντας σχεδόν µηδενικά κατάλοιπα και απόβλητα. Μπορούν να αποτελέσουν εναλλακτική πρόταση σε σχέση µε τηνοικονοµία του πετρελαίου. Είναι ευέλικτες εφαρµογές που µπορούν να παράγουν ενέργεια ανάλογη µετις ανάγκες του επί τόπου πληθυσµού σε αποµεµακρυσµένες περιοχές Στις περισσότερες εφαρµογές ο εξοπλισµός είναι κατασκευαστικά απλός και µε µεγάλο χρόνο ζωής. Η υλοποίηση ΑΠΕ σήµερα επιδοτείται από τις περισσότερες κυβερνήσεις. Μειονεκτήµατα Έχουν αρκετά µικρό συντελεστή απόδοσης καιγιαυτόαπαιτείταιαρκετάµεγάλο αρχικό κόστος εφαρµογής. Η απόδοση της αιολικής, υδροηλεκτρικής και ηλιακής ενέργειας εξαρτάται από την εποχή του έτους, το γεωγραφικό πλάτος και το κλίµα της περιοχής στην οποία εγκαθίστανται. Για τις αιολικές µηχανές υπάρχει η άποψη ότι δεν είναι κοµψές από αισθητική άποψη κι ότι προκαλούν θόρυβο και θανάτους πουλιών. Σήµεραταπροβλήµατα αυτά έχουν επιλυθεί. ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ 18

19 Αιολική ενέργεια Αιολική ονοµάζεται η ενέργεια που παράγεται από την εκµετάλλευση του πνέοντος ανέµου Χρησιµοποιείται από την αρχαιότητα στη ναυσιπλοΐα Πρόκειται για ανανεώσιµηπηγή ενέργειας, µε ανεξάντλητη και χωρίς κόστος πρώτη ύλη που δεν ρυπαίνει το περιβάλλον Αξιοποιείται στην παραγωγή µηχανικής (αλευρόµυλοι, άντληση υπόγειων νερών, αποστράγγιση) και ηλεκτρικής (ανεµογεννήτριες) ενέργειας Αιολική ενέργεια Η πρώτη χρήση αιολικής ενέργειας έγινε στη ναυσιπλοΐα, ενώ οι πρώτοι ανεµόµυλοι χρησιµοποιήθηκαν για άλεσµαδηµητριακών και άντληση νερού. Οι αρχαιότεροι ανεµόµυλοι (κατακόρυφου άξονα) κατασκευάστηκαν στην Περσία τον 6 ο έως τον 9 ο αιώνα µ.χ., ενώ η πρώτη γραπτή αναφορά γίνεται στην Κίνα το 13 ο αιώνα µ.χ. Στην Ευρώπη αναπτύχθηκαν διάφορα είδη ανεµόµυλου (οριζόντιου άξονα) από τον 13 ο αιώνα και πιθανόν οι νερόµυλοι να αποτέλεσαν πρότυπο για την κατασκευή τους. Το 17 ο αιώνα η τεχνολογία µεταφέρεται στην Αµερική όπου οι ανεµόµυλοι χρησιµοποιήθηκαν κυρίως για άντληση νερού. Στην Ελλάδα (ειδικότερα στο Αιγαίο) ηχρήσηανεµοµύλων χρονολογείται από το 13οαιώνα. Το 196 υπήρχαν 1 ανεµόµυλοι στο Οροπέδιο Λασιθίου, 25 στην υπόλοιπη Κρήτη, και 6 στη Ρόδο Οπρώτοςανεµόµυλος για παραγωγή ηλεκτρισµού κατασκευάστηκε το 1888 στο Cleveland του Ohio. Είχε διάµετρο πτερωτής 17 µέτρα και ισχύ 12 kw. Σήµεραη ανίαχώραπλούσιασεαιολικόδυναµικόέχειταπρωτείαστην κατασκευή αλλά και στην χρήση ανεµογεννητριών. Πριν 3 χρόνια, µια τυπική ανεµογεννήτρια ήταν της τάξης των 25 kw. Σήµερα, οι αιολικές µηχανές που παράγονται είναι των kw. 19

20 Θαλάσσια ενέργεια Η θαλάσσια (ωκεάνια, πελαγική) ενέργεια υπάρχει σε διάφορες µορφές στις θάλασσες και τους ωκεανούς. Αποτελεί µια ανανεώσιµη µορφή ενέργειας και µπορεί να ληφθεί µεδιαφόρουςτρόπους. εδοµένου ότι η πυκνότητα του νερού είναι 832 φορές µεγαλύτερη από αυτήν του αέρα η κινητική ενέργεια από ένα θαλάσσιο ρεύµα 5 knots (2.36 m/s) ισοδυναµεί µε αυτήν που παράγεται από ρεύµααέραµε ταχύτητα27 km/h Ρευστοδυναµική κυµατισµός παλίρροιες θαλασσιά ρεύµατα Φυσικοχηµικές ιδιότητες του νερού θαλασσοθερµική οσµωτική Υδροηλεκτρική ενέργεια Υδροηλεκτρική ενέργεια ονοµάζεται η ενέργεια του νερού το οποίο, µέσω υδατοπτώσεων κινεί υδροστροβίλους για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Η αξιοποίηση της υδραυλικής ενέργειας πραγµατοποιούταν από την αρχαιότητα µέσω των υδρόµυλων γιατοάλεσµα τωνδηµητριακών και την κοπή ξυλείας (υδροπρίονα) 2

21 Χαρακτηριστικά υδροηλεκτρικών έργων Συνιστώσες υδροηλεκτρικού σταθµού (ΥΗΣ) Φράγµα Στάθµη ίκτυο υψηλής τάσης Υψοµετρική διαφορά ΥΗΣ Υδροληψία Γεννήτρια Μετασχηµατιστής Αγωγός πτώσης I = ρ * g * Q * H * n I: ισχύς (W) ρ: πυκνότητα νερού 1 kg/m 3 g: επιτάχυνση βαρύτητας 9.81 m/s 2 Q: παροχή m 3 /s H: υψοµετρική διαφορά m n: συνολικός βαθµός απόδοσης 85 % Στρόβιλος Παροχή Αγωγός φυγής I (kw) = 9.81 * Q (m 3 /s) * H (m) * n Φωτοβολταϊκά συστήµατα Ένα φωτοβολταϊκό σύστηµα έχει στόχο την µετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Αποτελείταιαπόέναήπερισσότεραφωτοβολταϊκάστοιχείακαιτις απαραίτητες συσκευές και διατάξεις για τη µετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στην επιθυµητή µορφή. Το φωτοβολταϊκό στοιχείο είναι συνήθως από άµορφο ή κρυσταλλικό πυρίτιο. Εκτός από το πυρίτιο χρησιµοποιούνται και άλλα υλικά για την κατασκευή των φωτοβολταϊκών στοιχείων, όπως το Κάδµιο - Τελλούριο και ο ινδοδισεληνιούχος χαλκός. Οβαθµός απόδοσης εκφράζει το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που µετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια στο φωτοβολταϊκό στοιχείο. Τα πρώτα φωτοβολταϊκά στοιχεία που σχεδιάστηκαν τον 19ο αιώναείχαν1-2% απόδοση, τη δεκαετία του 195 ηαπόδοσηήταν6%, ενώ σήµερα βρίσκεται στο 13-15%. Συγκρινόµενη µε την απόδοση άλλων συστηµάτων (συµβατικού, αιολικού, υδροηλεκτρικού κλπ.) παραµένει ακόµααρκετάχαµηλή. Έτσι απαιτείται να καταληφθεί µεγάλη επιφάνεια προκειµένου να παραχθεί η επιθυµητή ηλεκτρική ισχύς. Ωστόσο, η απόδοση ενός δεδοµένου συστήµατος µπορεί να βελτιωθεί σηµαντικά µε την τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών σε ηλιοστάτη. 21

22 Βιοµάζα Βιοµάζα είναι η ύλη που έχει βιολογική προέλευση. Πρακτικά, στον όρο βιοµάζα εµπεριέχεται οποιοδήποτε υλικό προέρχεται άµεσα ή έµµεσα από το φυτικό κόσµο. Οι φυτικές ύλες που προέρχονται από φυσικά οικοσυστήµατα (αυτοφυή φυτά και δάση) Ταυποπροϊόντακαικατάλοιπατηςφυτικής, ζωικής, δασικής και αλιευτικής παραγωγής (άχυρα, στελέχη αραβόσιτου, στελέχη βαµβακιάς, κλαδοδέµατα, κλαδιά δένδρων, φύκη, κτηνοτροφικά απόβλητα, οι κληµατίδες κ.ά. Τα υποπροϊόντα που προέρχονται από τη µεταποίηση ή επεξεργασία των υλικών αυτών (ελαιοπυρηνόξυλα, υπολείµµατα εκκοκκισµού βαµβακιού, το πριονίδι) Οι ενεργειακές καλλιέργειες δηλαδήταφυτάπουκαλλιεργούνταιειδικάµε σκοπό την παραγωγή βιοµάζας για παραγωγή ενέργειας (σόργοτοσακχαρούχο, το καλάµι, ο ευκάλυπτος) το βιολογικής προέλευσης µέρος των αστικών λυµάτων και σκουπιδιών. Γεωθερµία Θερµική ενέργεια από το διάπυρο εσωτερικό της γης. Ο πλανήτης εκδηλώνει µε ενεργητικό τρόπο την θερµική αυτή ενέργεια που περικλείει στο εσωτερικό του (σεισµοί-ηφαιστειακές εκρήξεις-θερµές πηγές-ατµίδες κλπ) Σε κατάλληλες συνθήκες επιφανειακά νερά εισδύουν µέσω ρωγµών, θερµαίνονται και ανεβαίνουν προς τα πάνω (γεωθερµικά ρευστά) µέσω φυσικών διόδων ή γεωτρήσεων Αύξηση της θερµοκρασίας κατά 3-5 ο C ανά km βάθους Το µεγαλύτερο µέρος της γήινης ενέργειας µεταδίδεται προς την ψυχρότερη επιφάνεια µε τηναγωγιµότητα και µεαργόρυθµό τηςτάξηςτων5-1 kw/km 2 Σε γεωλογικά σταθερές περιοχές θερµοκρασία 5-15 ο C σε βάθη1-3 km Οι εφαρµογές της γεωθερµικής ενέργειας ποικίλουν ανάλογα µε τηθερµοκρασία και περιλαµβάνουν: 1. Ηλεκτροπαραγωγή (θ>9 C), 2. Θέρµανση χώρων (µεκαλοριφέργιαθ>6 C, µε αερόθερµα γιαθ>4 C, µε ενδοδαπέδιο σύστηµα θ>25 C), 3. Ψύξη και κλιµατισµό (µε αντλίεςθερµότητας απορρόφησης για θ>6 C, ή µε υδρόψυκτες αντλίες θερµότητας για θ<3 C) 4. Θέρµανση θερµοκηπίων και εδαφών επειδή τα φυτά αναπτύσσονται γρηγορότερα και γίνονται µεγαλύτερα µε τηθερµότητα(θ>25 C), ή και για αντιπαγετική προστασία 5. Ιχθυοκαλλιέργειες (θ>15 C) επειδή τα ψάρια χρειάζονται ορισµένη θερµοκρασία για την ανάπτυξή τους 6. Βιοµηχανικές εφαρµογές όπως αφαλάτωση θαλασσινού νερού (θ>6 C), ξήρανση αγροτικών προϊόντων, κλπ 7. Θερµά λουτράγιαθ= 25-4 C 22