ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α ΟΦΕΛΗ - ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ (A)

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ - ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΣΥΣΚΕΥΩΝ ΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α ΟΦΕΛΗ - ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ (A) ΤΣΙΛΙΓΚΙΡΙ ΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ρ. Μηχανολόγος Μηχανικός, επίκουρος καθηγητής Θεσσαλονίκη 2007

2 Αξιοποίηση Ηλιακής Ενέργειας Παραγωγή Χηµικών Καυσίµων (Βιοκαύσιµα) Άµεση Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας (Φ/Β). Παραγωγή Θερµότητας: Παραγωγή Ζεστού Νερού Χρήσης (υποκατάσταση ηλεκτρισµού καυσίµων). Θέρµανση Χώρων (βελτίωση COP αντλιών θερµότητας - υποκατάσταση καυσίµων). Ψύξη χώρων (διατάξεις απορρόφησης ή αφύγρανσης - υποκατάσταση ηλεκτρικής ενέργειας). Παραγωγή Μηχανικού Έργου (κίνηση στροβίλων).

3 ΦΩΤΟΘΕΡΜΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Εφαρµογή Απαιτούµενο θερµοκρασιακό πεδίο Ζεστό νερό χρήσης Νερό κολυµβητηρίου C Θέρµανση χώρων (αέρας, νερό) Ζεστό νερό χρήσης Θέρµανση χώρων C Ξήρανση αγροτικών προϊόντων Ζεστό νερό για τη βιοµηχανία Ψύξη µε απορρόφηση C Παραγωγή ατµού για διεργασίες Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας C Τήξη υλικών ~ 3500 C

4 Θερµικά Ηλιακά Συστήµατα Χαµηλής Θερµοκρασίας (<80 C) επίπεδοι συλλέκτες, απλοί ή κενού χωρίς συγκέντρωση. Μέσης Θερµοκρασίας ( C) οικιακές / βιοµηχανικές εφαρµογές κυρίως σωλήνων κενού ή συγκεντρωτικών συλλεκτών χαµηλού βαθµού συγκέντρωσης. Υψηλής Θερµοκρασίας (>250 C) βιοµηχανικές εφαρµογές συγκεντρωτικών συλλεκτών υψηλού βαθµού συγκέντρωσης και µε διάταξη παρακολούθησης του ήλιου.

5 Συλλέκτες σωλήνων κενού

6 Συγκεντρωτικά Ηλιακά Συστήµατα Οδηγούµενος σε έναν άξονα παραβολικός συλλέκτης Σύστηµα Κεντρικού Πύργου Ηλιακό Χυτήριο

7 Η ηλιακή θερµότητα στον Κόσµο Η συνολική εγκατεστηµένη παγκοσµίως επιφάνεια ηλιακών υπολογίζεται στα τέλη του 2005 σε m² ή σε 115 GWh therm. Σε σύγκριση µε τις άλλες ΑΠΕ είναι δεύτερη µετά την αιολική ενέργεια.

8 Η ηλιακή θερµότητα στον Κόσµο Το µεγαλύτερο µέρος των εγκατεστηµένων συλλεκτών είναι επίπεδοι συλλέκτες. Μόνο στην Κίνα κυριαρχούν οι σωλήνες κενού.

9 Η ηλιακή θερµότητα στον Κόσµο

10 Θερµικά Ηλιακά Χαµηλής Θερµοκρασίας Η ιεθνής Θέση της Χώρας (1) 10,000,000 2,993,714 2,266,000 2,181,857 2,145,000 1,595,000 1,425,714 1,000, , , , , , , , , , , , ,857 5,701,000 4,790,000 7,726,000 7,280,143 9,000,000 8,000,000 7,000,000 6,000,000 5,000,000 4,000,000 3,000,000 2,000,000 1,000,000 0 Η Ελλάδα στην 6 η θέση Κίνα Ιαπωνία Τουρκία Γερµανία Ισραήλ Ελλάδα Βραζιλία Αυστρία ΗΠΑ Αυστραλία Ταϊβάν Ινδία Κύπρος Γαλλία Ισπανία Ιταλία Ελβετία ανία Ολλανδία Πορτογαλία Μεξικό Ν. Αφρική Σουηδία Μ. Βρετανία [τ.µ.] 62,000,000

11 70.0 Ηλιακά Θερµικά Συστήµατα Θερµικά Ηλιακά Χαµηλής Θερµοκρασίας Η ιεθνής Θέση της Χώρας (2) Η Ελλάδα στην 4 η θέση Κύπρος Ισραήλ Μπαρµπάντος Ελλάδα Αυστρία Τουρκία Αυστραλία Γερµανία Ταϊβάν Ιαπωνία ανία Σλοβενία Κίνα Ελβετία Μάλτα Πορτογαλία Λουξεµβούργο Σουηδία Ν. Ζηλανδία Ολλανδία Ισπανία Βραζιλία MWth/ κατοίκους

12 Θερµικά Ηλιακά Χαµηλής Θερµοκρασίας Η Θέση της Χώρας στην EE (1) 1 m² = 0,7 kwh th

13 Θερµικά Ηλιακά Χαµηλής Θερµοκρασίας Η Θέση της Χώρας στην EE (2005) (2) 800 Ηλιακά Θερµικά Συστήµατα [m²/1,000 capita] CY AT GR DE DK CH

14 Στην Ελλάδα (1) Ηλιακά Θερµικά Συστήµατα Η χώρα µας κατέχει µία από τις πρώτες θέσεις στην Ευρώπη τόσο στη χρήση όσο και στην παραγωγή ηλιακών συστηµάτων. Εξάγεται περισσότερο από το 40% της εγχώριας παραγωγής συλλεκτών. Ελληνικοί συλλέκτες εξάγονται σε δεκάδες χώρες και σε δύσκολες αγορές (Γερµανία, Αυστρία, Κύπρος, Ισραήλ, Τουρκία). Κατέχει το 25% της γερµανικής αγοράς. Λειτουργούν περί τα 3 εκ. m² συλλεκτών Χρησιµοποιούν ηλιακό θερµοσίφωνα > νοικοκυριά

15 Λόγοι ευνοϊκής θέσης Στην Ελλάδα (2) Ηλιακά Θερµικά Συστήµατα Αρχικά Φοροαπαλλαγές & Χαµηλότοκα δάνεια για αγορά ηλιακού θερµοσίφωνα Αναπτυξιακός νόµος για επιχειρήσεις Στη συνέχεια Ευνοϊκότερη θέση λόγω κατοχής σηµαντικού µεγέθους αγοράς Σηµαντική βελτίωση ποιότητας και απόδοσης προϊόντων Ενηµερωτικές καµπάνιες Υψηλοί λογαριασµοί της ΕΗ και εφαρµογή του ΦΠΑ

16 Πωλήσεις Ηλιακών Συλλεκτών ΧΘ

17 Εγκατεστηµένη Επιφάνεια Ηλιακών Συλλεκτών 3,000,000 2,500,000 2,000,000 1,500,000 1,000, , [τ.µ.]

18 Σχόλια Ηλιακά Θερµικά Συστήµατα Οι πωλήσεις σήµερα δεν αυξάνουν την εγκατεστηµένη επιφάνεια, αλλά αντικαθιστούν συστήµατα που ολοκλήρωσαν τον κύκλο ζωής τους Οι παλαιοί χρήστες ηλιακής ενέργειας συνεχίζουν να την χρησιµοποιούν Ο αριθµός νέων χρηστών ηλιακής ενέργειας είναι πολύ µικρός.

19

20 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ - ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΣΥΣΚΕΥΩΝ ΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α ΟΦΕΛΗ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ (B) ΤΣΙΛΙΓΚΙΡΙ ΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ρ. Μηχανολόγος Μηχανικός, επίκουρος καθηγητής Θεσσαλονίκη 2007

21 Ηλιακές Εφαρµογές στην Ελλάδα Τοµείς εφαρµογών των τεχνολογιών ενεργητικών ηλιακών συστηµάτων: Θέρµανση νερού χρήσης Θέρµανση χώρου Θερµοκήπια Ξήρανση Θερµότητα για βιοµηχανικές εφαρµογές Αφαλάτωση Το 95% της συνολικής εγκαταστηµένης συλλεκτικής επιφάνειας αφορά συστήµατα παραγωγής ζεστού νερού χρήσης στον οικιακό τοµέα. Μόνο το 5% της συνολικής εγκαταστηµένης συλλεκτικής επιφάνειας αφορά κεντρικά ηλιακά συστήµατα σε: Ξενοδοχεία Βιοµηχανίες Θερµοκήπια Αθλητικά Κέντρα

22 Θερµοσιφωνικά συστήµατα (1)

23 Θερµοσιφωνικά συστήµατα (2)

24 Συστήµατα εξαναγκασµένης ροής (1)

25 Συστήµατα εξαναγκασµένης ροής (2)

26

27 Επίπεδος Ηλιακός Συλλέκτης

28 Τοµή επίπεδου ηλιακού συλλέκτη

29 ιαµορφώσεις Απορροφητικής Επιφάνειας Σωλήνες εκτονωµένοι σε πτερύγια Σωλήνες κολληµένοι στην απορροφητική επιφάνεια µε υπέρηχους Σωλήνες συνδεδεµένοι µε την απορροφητική επιφάνεια µε σύνδεση µορφής Τύπου Σάντουιτς

30 ιαµορφώσεις της Απορροφητικής Επιφάνειας ΤΥΠΟΥ ΣΑΝΤΟΥΙΤΣ Απλότητα στο σχεδιασµό και τις διεργασίες παραγωγής. Χρήση του συνόλου της επιφάνειας του απορροφητή. Άµεση µεταφορά της θερµότητας στο εργαζόµενο ρευστό. Οµοιόµορφη κατανοµή της θερµοκρασίας στην επιφάνεια του απορροφητή. Οµοιόµορφη κατανοµή της ροής µεταξύ των δύο πλακών. εν εµφανίζει µεγάλη αντοχή σε πίεση µε αποτέλεσµα να υπάρχει κίνδυνος διαρροής, ιδιαίτερα σε υψηλές πιέσεις, όπως όταν χρησιµοποιείται αντλία. Χαµηλό βαθµό απόδοσης. ΤΥΠΟΥ ΣΩΛΗΝΩΝ ΧΑΛΚΟΥ ΜΕ ΠΤΕΡΥΓΙΑ Υψηλός βαθµός απόδοσης. Μικρό βάρος. Μη οµοιόµορφη κατανοµή της θερµοκρασίας στην απορροφητική επιφάνεια. Υψηλότερη θερµοκρασία, άρα και µεγαλύτερες απώλειες, στην περίπτωση χαµηλής ροής.

31 εξαµενή Ζεστού Νερού 1. Stainless Steel Boiler 7. Anti-corrosion protection 2. Heat Exchanger (mantle type) 8. Hot water supply pipe 3. Insulation (PU70mm) 9. Closed loop circuit pipe 4. External boiler casing 10. Domestic water inlet pipe 5. Safety valve 11. Coil for auxiliary thermal source 6. Electrical resistance

32 Συνήθη υλικά Η.Θ.Σ. Ηλιακά Θερµικά Συστήµατα Υλικά απορροφητή Επιφάνεια απορροφητή Μόνωση Υλικό καλύµµατος Πλαίσιο συλλέκτη εξαµενή αποθήκευσης Κάλυµµα δεξαµενής Χαλυδβοέλασµα ή ανοξείδωτη λαµαρίνα Πτερύγια αλουµινίου ή χαλκού συγκολληµένα σε σωλήνες ανοξείδωτου χάλυβα Σωλήνες χαλκού εκτονωµένοι σε πτερύγια αλουµινίου Σωλήνες χαλκού εκτονωµένοι σε πτερύγια χαλκού Μαύρη βαφή Επικάλυψη µε επιλεκτική βαφή Υαλοβάµβακας σε συνδυασµό µε PU-non CFC PU-non CFC Ηλιακό Τζάµι 3-5 mm Πλαστικό τζάµι - Plexiglass Αλουµίνιο Ανοξείδωτος χάλυβας Χαλυβδοέλασµα Ανοξείδωτος/ Γαλβανισµένος χάλυβας Χαλκός Αλουµίνιο Ανοξείδωτος χάλυβας Χαλυβδοέλασµα

33 Εξέλιξη της συνολικής εγκατεστηµένης επιφάνειας [m²] 3,000,000 2,500,000 2,000,000 1,500,000 Copper - Foils Cu-Fe Copper - Foils Cu-Al High Copper - Foils Cu-Al Low Copper - Foils Cu-Cu High Copper - Foils Cu-Cu Low SW 1,000, ,

34 Περιβαλλοντικό όφελος από την χρήση ΗΘΣ στον οικιακό τοµέα 2.5% 2.0% SO2 CO2 NOx 1.5% 1.0% 0.5% 0.0%

35 Σύγκριση µείωσης CO 2 µε τον στόχο του ελληνικού προγράµµατος για την Κλιµατική Αλλαγή (1995) [Mt] Πραγµατικά εξοικονοµούµενο CO2 Εξοικονοµούµενο CO2 σύµφωνα µε το πρόγραµµα Κλιµατικής Αλλαγής

36 Τι θα έπρεπε να κάνει η Πολιτεία Συνεχή και συστηµατική ενηµέρωση του κοινού για τα οφέλη από τη χρήση της ηλιακής ενέργειας. Να επιβάλλει την εγκατάσταση ηλιακών συστηµάτων σε νέες ή ανακαινιζόµενες κατασκευές. Να ενισχύσει οικονοµικά την αντικατάσταση παλαιών και την εγκατάσταση νέων συστηµάτων. Να δηµιουργήσει αντικίνητρα στη χρήση συµβατικών µορφών ενέργειας.

37 Τι κάνει η Πολιτεία σήµερα (1) ραστική µείωση του µοναδικού κινήτρου που υπήρχε! Η απαλλαγή φόρου µειώθηκε από το 100% στο 20% της αξίας του συστήµατος! Πριµοδότηση συµβατικής ενέργειας! Μηνιαία τιµολόγια ΕΗ και ΦΑ µε ΦΠΑ9% - Εφάπαξ ανά 15-ετία τιµολόγιο αγοράς ηλιακών µε ΦΠΑ19%! Κεντρική παραγωγή ΖΝΧ σε πολυκατοικίες σε συνδυασµό µε τηντιµολογιακή πολιτική παροχής νερού υπέρογκο κόστος ζεστού νερού, λόγω «υψηλής» κλίµακας κατανάλωσης!

38 Τι κάνει η Πολιτεία σήµερα (2) Οι ΕΠ.Α.Ε. µπορούν να απαγορεύσουν τους συλλέκτες για «αισθητικούς» λόγους! Οι συστοιχίες ηλιακών συλλεκτών προσµετρούνται στο µέγιστο ύψος οικοδοµής µείωση κατά ένα του αριθµού ορόφων! Καµία πρόβλεψη υποχρεωτικής τοποθέτησης ηλιακών συστηµάτων! Καµία εκστρατεία ενηµέρωσης του πληθυσµού!

39 Τι κάνουν άλλοι; Ηλιακά Θερµικά Συστήµατα Ενδεικτικά η Ισπανία: Υποχρεωτική κάλυψη µέρους θερµικών αναγκών νέων κτιρίων µε ήλιο (30 70% ζεστού νερού χρήσης, ανάλογα µε τα κλιµατολογικά χαρακτηριστικά της περιοχής για νέα και ανακαινιζόµενα κτίρια).

40 Προοπτικές για το µέλλον Το τεχνικά αξιοποιήσιµο δυναµικό της χώρας φτάνει τα 28,5 εκ.m² ή 2,7 m²/κάτοικο. εκαπλάσιο της σηµερινής κατάστασης. Η προβλεπόµενη εγκατεστηµένη επιφάνεια το 2010 θα φτάσει τα 5,1 6,3 εκ.m². Για να επιτευχθούν µεγάλοι ρυθµοί ανάπτυξης χρειάζονται µέτρα σε επίπεδο πολιτικής. Λήψη µέτρων ανάλογα µε το παράδειγµα της Βαρκελώνης, δηλαδή τουλάχιστον το 60% των συνολικών αναγκών σε ζεστό νερό σε νεόδµητες και ανακαινιζόµενες κατοικίες από ηλιακά συστήµατα. Εξοµοίωση του ΦΠΑ µεταξύ ηλεκτρικής ενέργειας και ηλιακών συστηµάτων.

41 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Γενικά η διεθνής θέση της χώρας στον τοµέα των θερµικών ηλιακών είναι καλή, αλλά µπορεί και επιβάλλεται να γίνει πολύ καλύτερη, καθώς η εγκατεστηµένη θερµική ισχύς µπορεί και πρέπει να τριπλασιασθεί. Απαιτείται ενίσχυση του µέσου νοικοκυριού και άρση των υφιστάµενων αντικινήτρων δράσεις µικρού ή µηδενικού δηµοσιονοµικού κόστους. Νοµοθετική πρόβλεψη υποχρεωτικής εγκατάστασης τουλάχιστον για την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης.

42 Βιβλιογραφία Πηγές Tsilingiridis G., Martinopoulos G., Kyriakis N. (2004): Life cycle environmental impact of a thermosyphonic domestic solar hot water system in comparison with electrical and gas water heating. Renewable Energy, Vol. 29/8, pp Tsilingiridis G., Martinopoulos G., Kyriakis N. (2004): Environmental performance of thermosyphonic domestic solar hot water systems under different climatic conditions: A case study for Greece. Global NEST, the Int. J., Vol. 6, No.3, pp Martinopoulos G., Tsilingiridis G., Kyriakis N. (2007): Three eco-tool comparison with the example of the environmental performance of domestic solar flat plate hot water systems. Global NEST, the Int. J., Vol. 9, No.2, pp Martinopoulos G., Tsilingiridis G., Kyriakis N., (2006): Life Cycle Analysis implementation for CO2 abatement in energy systems. The case of solar thermal systems. Lecturers Series on Computer and Computational Sciences, Vol. 7, pp , Μαρτινόπουλος Γ., Τσιλιγκιρίδης Γ., (2006): Ηλιακά θερµικά συστήµατα στην Ελλάδα: Ενεργειακά και περιβαλλοντικά οφέλη. Πρακτικά 8ου Εθνικού Συνεδρίου για τις Ήπιες Μορφές Ενέργειας, σ , Θεσσαλονίκη, Μαρτίου European Solar Thermal Industry Federation, Solar Thermal Markets in Europe 2004, June European Solar Thermal Industry Federation, Sun in Action II Vol.2, April ECOFYS, Soltherm Europe European market report, European Commission DG TREN, IEA SHC, Solar Heat Worldwide: Markets and Contribution to the Energy Supply 2004, March 2006.