Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας Ενότητα 1:Ήπιες & Νέες Μορφές Ενέργειας για τον 21ο αιώνα Σκόδρας Γεώργιος, Αν. Καθηγητής gskodras@uowm.gr Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ψηφιακά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Ενεργειακή πολιτική, εναλλακτικές μορφές ενέργειας και βιώσιμη ανάπτυξη Ενεργειακή πολιτική: Η απάντηση στα ερωτήματα Ποιος ενεργειακός πόρος Για ποια χρήση Με τι ενεργειακά συστήματα μετατροπής Με ποιο οικονομικό κόστος Με τι περιβαλλοντικό, πολιτικό και κοινωνικό κόστος Και με ποιο χρονικό ορίζοντα υλοποίησης των αποφάσεων που θα οδηγήσουν στην επίτευξη των στόχων που τέθηκαν Η αλλιώς: Μακροχρόνιος Ενεργειακός Σχεδιασμός 4
Το ελληνικό ενεργειακό ισοζύγιο Πρωτογενής κατανάλωση ενέργειας: 33,1 ΜΤΙΠ (2005) Το Πετρέλαιο και ο Λιγνίτης αποτελούν τον στυλοβάτη του ενεργειακού ισοζυγίου και αναμένεται και τα επόμενα χρόνια να διατηρήσουν τη θέση αυτή Το φυσικό αέριο θα διαδραματίσει σημαντικό ρόλο. Η ολοένα αυξανόμενη διείσδυσή του το καθιστά στρατηγικό καύσιμο κυρίως των μεγάλων μονάδων ηλεκτροπαραγωγής. 5
Ενεργειακή Ένταση: Το μεγάλο ζητούμενο 6
Ενεργειακή Ένταση: Το μεγάλο (ελληνικό) πρόβλημα Αναποτελεσματική χρήση ενέργειας εξαιτίας: - διαρθρωτικών ανεπαρκειών στις μεταφορές - ανάγκης εκσυγχρονισμού βιομηχανίας - μη ορθολογικής χρήσης ενέργειας στον τομέα των κτιρίων και των υπηρεσιών Ακόμη: - έλλειψη ενεργειακής παιδείας - πρόταξη κοινωνικών και κλαδικών πολιτικών σε σχέση με την ανάγκη για ορθολογική χρήση και εξοικονόμηση ενέργειας 7
Ποια ενεργειακή πολιτική επιδιώκουμε; (1/4) Δεκαετίες 1970 και 1980: Στόχος η ενεργειακή αυτάρκεια Νέες λιγνιτικές μονάδες, αλλά και χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας για κάθε δυνατή εφαρμογή. Εισαγωγή του Κανονισμού Θερμομόνωσης Κτιρίων. Προώθηση θερμικών ηλιακών συστημάτων. Αναπτυξιακός Νόμος (Ν1262/82). Πρώτες απόπειρες ΑΠΕ. 8
Ποια ενεργειακή πολιτική επιδιώκουμε; (2/4) Δεκαετία 1990: Στόχος η κάλυψη των αυξανόμενων αναγκών Το σενάριο της «ενεργειακής πείνας» που είχε θεωρηθεί υπερβολικό, τελικά παρ ολίγο να επαληθευτεί. Προσπάθεια προώθησης των ΑΠΕ σε ανεξάρτητη παραγωγή (Ν2234/96) Παρουσίαση της οδηγίας και εισαγωγή Ν2773/99 για την απελευθέρωση της αγοράς ενέργειας. Εισαγωγή φυσικού αερίου. Καμία εξέλιξη στο θεσμικό πλαίσιο των κτιρίων. 9
Ποια ενεργειακή πολιτική επιδιώκουμε; (3/4) Δεκαετία 2000: Στόχος η εναρμόνιση με τα ισχύοντα στην ΕΕ Προς την απελευθερωμένη αγορά. Εντατικοποίηση της προώθησης των ΑΠΕ και του φυσικού αερίου. ΚΟΧΕΕ ΚΕΝΑΚ (1998 2007!). Στόχοι Κιότο Εθνικό Σχέδιο Κατανομής Εκπομπών. Ευρωπαϊκή Οδηγία για την Ενεργειακή Απόδοση Κτιρίων. Ευρωπαϊκή Οδηγία για την Ενεργειακή Αποδοτικότητα. Ευρωπαϊκή Οδηγία για χρήση ΑΠΕ σε θέρμανση-ψύξη κτιρίων. 10
Ποια ενεργειακή πολιτική επιδιώκουμε; (4/4) Στόχοι βάσει Λευκής Βίβλου για το 2010: 20,1% της παραγόμενης ενέργειας να προέρχεται από ΑΠΕ: - 8% Μεγάλα Υδροηλεκτρικά και - 12% λοιπές ΑΠΕ Με τα έως τώρα δεδομένα (2006: 7,8% και 2,1% αντίστοιχα) είναι απλώς αδύνατο να επιτευχθεί 11
ΑΠΕ 2008: Που είμαστε σε επίπεδο τεχνολογίας; (1/6) Μικρά Υδροηλεκτρικά: Ώριμη και ανταγωνιστική τεχνολογία Αξιοποιήσιμο δυναμικό υπάρχει. Ωστόσο, συχνά υπάρχουν ζητήματα πρόσβασης και περιβαλλοντικά προβλήματα. Αιολικά: Η πιο αναπτυγμένη και ανταγωνιστική τεχνολογία Στα νησιά πεπερασμένο το απολήψιμο δυναμικό λόγω περιορισμών δικτύου. Στην ηπειρωτική χώρα σε κάποιες περιοχές προβλήματα διασύνδεσης. Βιομάζα: Τεχνολογία σε εξέλιξη με μεγάλες δυνατότητες ανάπτυξης, τόσο για παραγωγή θερμότητας από pellets, όσο και για παραγωγή βιοκαυσίμων. Ωστόσο, απαιτείται πολύ προσεκτική αξιολόγηση των logistics, ενώ χρειάζεται συντονισμός και με την αγροτική πολιτική. 12
ΑΠΕ 2008: Που είμαστε σε επίπεδο τεχνολογίας; (2/6) 13
ΑΠΕ 2008: Που είμαστε σε επίπεδο τεχνολογίας; (3/6) Ηλιακά θερμικά: Γνωστά και δοκιμασμένα Το κόστος τους πρέπει να μειωθεί, η εποχική χρήση τους να διευρυνθεί και η χρήση τους για κλιματισμό οφείλει να προωθηθεί. Φωτοβολταϊκά: Η πιο «ήπια» λύση ηλεκτροπαραγωγής Μεγάλο δυναμικό, αλλά ακόμη πολύ ακριβά. Γεωθερμία: Ενδιαφέρον δυναμικό, ελάχιστη αξιοποίηση Εμφανίζονται ενδιαφέροντα περιθώρια για εφαρμογές μικρού βάθους για θέρμανση και ψύξη σε συνδυασμό με αντλίες θερμότητας. 14
ΑΠΕ 2008: Που είμαστε σε επίπεδο τεχνολογίας; (4/6) 15
ΑΠΕ 2008: Που είμαστε σε επίπεδο τεχνολογίας; (5/6) Υβριδικά συστήματα: Μία ενδιαφέρουσα πρόκληση Σε ορισμένες περιπτώσεις μπορούν να συμβάλλουν σημαντικά στην εύρυθμη λειτουργία του ηλεκτρικού συστήματος, όπως με αποταμίευση για αξιοποίηση σε ένα απομονωμένο-νησιωτικό σύστημα, ή για την επίλυση προβλημάτων διαχείρισης ΧΥΤΑ. Βιοκαύσιμα: Μια ενδιαφέρουσα, αμφίσημη λύση Κόστος, διαθεσιμότητα, logistics κυρίως, όμως, αντίφαση με γεωργικές εκμεταλλεύσεις Υδρογόνο: Η «εφεύρεση» του 21ου αιώνα (;) Απλώς, δεν είναι μορφή ενέργειας, αλλά φορέας αποθήκευσής της! Αν δεν απαντήσουμε στο πώς θα το παράγουμε, κάθε συζήτηση είναι σε αέρια βάση. 16
ΑΠΕ 2008: Που είμαστε σε επίπεδο τεχνολογίας; (6/6) 17
ΑΠΕ 2008: Πού είμαστε οικονομοτεχνικά 18
ΑΠΕ 2008: Μία σύγκριση κόστους παραγωγής Αλλά, όπως επισημαίνει και η πράσινη βίβλος για την ενεργειακή αποδοτικότητα: Η παραγωγή μίας ηλεκτρικής kwh βάσης στοιχίζει από 0,03 έως 0,08 Ευρώ Η παραγωγή μίας ηλεκτρικής kwh αιχμής από 0,10 έως 0,25 Ευρώ Η εξοικονόμηση της ίδιας kwh μόλις 0,03 Ευρώ 19
ΑΠΕ 2008: Οι τάσεις του κόστους Στα φωτοβολταϊκά στοιχεία 2004 2010 2020 2030 Κόστος ανα module ( /Wp) 3 2 1 0,5 Κόστος ανά σύστημα ( /Wp) 5 3,5 2 1 Κόστος ηλ.ενέργειας ( /kwh) 0,25-0,65 0,12-0,30 0,05-0,12 Και στους ηλιακούς συλλέκτες 20
ΑΠΕ 2008: Οι τάσεις των επιδοτήσεων Στα φωτοβολταϊκά στοιχεία Countries Feed-in tariffs for solar electricity ( /kwh) Germany 0.406 0.523 Spain 0.23 0.44 France 0.30 0.55 Italy 0.445 0.49 Portugal 0.28 0.45 21
ΑΠΕ 2008: Οι τάσεις των επιδοτήσεων Στην Ελλάδα: 0.40 έως 0.50, αλλά με σχεδόν διπλάσια ηλιακή ακτινοβολία από τη Γερμανία και ίση με αυτήν της Ισπανίας Project No After tax return on investment (%) Simple payback (years) Year-to-positive cash flow (years) Benefit-cost ratio (%) Case 1 14.0 7.7 9.1 1.58 Case 2 16.8 6.7 8.1 1.80 Case 3 16.1 6.9 8.3 1.74 Case 4 18.9 6.1 7.0 1.96 22
ΑΠΕ 2008: Η αποδοτικότητα των επενδύσεων Στα αιολικά: Γ ΚΠΣ Συνολική εγκατεστημένη ισχύς (Ιούνιος 2007): 750 ΜW Action 2.1.1 Action 2.1.2 Action 2.1.3 Information, support, promotion and dissemination of CHP, RES and ES Expansion of the technical support infrastructure in CHP, RES and ES Economic incentives for the support of private energy investments 4.728.000 4.000.000 986.796.833 Action 2.1.4 Special status for the support of energy investments 76.480.788 Action 3.1.1 Applications of demonstration projects of innovative technologies 5.428.370..... Action 7.3.6 Support of the engagements τήρησης of environmental commitments 1.761.000 Total budget 1.266.296.621 23
Ένα καλό (ελληνικό) παράδειγμα: Ηλιακοί συλλέκτες (1/2) Η μεγαλύτερη κατά κεφαλήν εγκατεστημένη επιφάνεια στην Ε.Ε. (σχεδόν) Βιομηχανικός κλάδος με ουσιαστική προστιθέμενη αξία, πέραν των εξοικονομούμενων ενεργειακών πόρων Συσχέτιση με απασχόληση, αφού η λειτουργία συστημάτων ΑΠΕ δεν δημιουργεί θέσεις εργασίας. 24
Ένα καλό (ελληνικό) παράδειγμα: Ηλιακοί συλλέκτες (2/2) Το παράδειγμα του κλάδου των ηλιακών συλλεκτών αποτελεί μία από τις πολύ λίγες περιπτώσεις επιτυχούς ανάπτυξης ενός κλάδου, μέσα από μια ουσιαστική πολιτική στήριξης, από το 1975 ως σήμερα, προσαρμοζόμενη στις απαιτήσεις των συνθηκών. Collectors' production [1000 m2] 10,000 9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 1996 1997 1998 1999 All other EU France Greece Austria Germany 25
Οι ΑΠΕ ως οικονομοτεχνικό σύστημα ποιοτική πολυμορφία των ΑΠΕ τοπική ιδιαιτερότητά τους (site-specificity) μικρή χωρική πυκνότητα των ροών τους Απαιτούν: αποκέντρωση της παραγωγής πρόκληση για το σύστημα ρύθμισης και διανομής 26
Οικονομική συγκρότηση των ΑΠΕ Η αρχική επένδυση είναι υψηλή και η απόδοση όχι πάντα βέβαιη Η οικονομική τους επίδοση διαρκώς βελτιώνεται, Στα συμβατικά συστήματα αγνοείται συχνά το κόστος των περιβαλλοντικών επιπτώσεων Η προώθηση των ΑΠΕ βασίζεται στο συνδυασμό τους με την ορθολογική χρήση και την εξοικονόμηση ενέργειας Τα πολλαπλασιαστικά αποτελέσματα της ανάπτυξης των ΑΠΕ είναι σημαντικά 27
Κοινωνική συγκρότηση των ΑΠΕ ενεργοποίηση του κοινωνικού συνόλου και αλλαγή αξιών απαιτούνται νέες ειδικότητες και δημιουργούνται νέες, διαφορετικής λογικής, θέσεις εργασίας το υφιστάμενο γνωστικό κεφάλαιο απαξιώνεται. καινούριες επιχειρηματικές ευκαιρίες Οι ΑΠΕ είναι μία λύση σε συγκεκριμένα προβλήματα, και όχι μία τεχνολογία σε αναζήτηση εφαρμογής 28
ΑΠΕ 2008: Που είμαστε θεσμικά και διοικητικά στην Ελλάδα; Έλλειψη κτηματολογίου και χαρακτηρισμού χρήσεων γης που οδηγεί σε χρονοβόρες διεργασίες και τριβές με τις τοπικές κοινωνίες. Παρά τη βελτίωση που έχει επιτευχθεί, η αδειοδοτική διαδικασία παραμένει περίπλοκη. Ο Ν 3468/06 απέχει σημαντικά από τις αρχικές σκέψεις που είχαν διατυπωθεί από τη ΡΑΕ και άφησε ανικανοποίητες προσδοκίες. Στον κτιριακό τομέα υπήρξε το απόλυτο κενό μετά το 1979. Η αγορά δεν λειτουργεί ακόμη ως απελευθερωμένη, με αποτέλεσμα και στρεβλώσεις να υπάρχουν και προσκόμματα να συναντώνται. Η μακροχρόνια ύπαρξη επιχορηγήσεων και άλλων, όχι πάντα απαραίτητων, κινήτρων οδηγεί τους επενδυτές σε μία στρεβλή λογική ανάλυσης της σκοπιμότητας και της βιωσιμότητας των σχεδίων. 29
Τελικά, ποια ενεργειακή πολιτική επιδιώκουμε; (1/2) Από την πρώτη πετρελαϊκή κρίση του 1973 και ως την οιονεί διαρκή ηλεκτροπαραγωγική κρίση της τρέχουσας δεκαετίας εφαρμόζουμε μία πολιτική διαχείρισης της παραγωγής ενέργειας και όχι μία πολιτική διαχείρισης της ζήτησης. 30
Τελικά, ποια ενεργειακή πολιτική επιδιώκουμε; (2/2) Το 2007 η ζήτηση αιχμής ξεπέρασε τα 10.400 MW, το 1998 μόλις 7170 MW Από τα 10.400 ΜW, τα «άνω 800» απαιτούνται για λιγότερες από 20 μέρες ετησίως. Αν δεν αλλάξουν δραματικά οι οριακές συνθήκες θα χρειαζόμαστε 500 νέα ΜW σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς για να καλυφθεί η επιπρόσθετη αιχμή κατανάλωσης. Κι αυτό κάθε χρόνο για τα επόμενα πέντε τουλάχιστον χρόνια. Η πολιτική αυτή είναι από υπερβολικά δαπανηρή έως απλώς αδιέξοδη. 31
Οι ΑΠΕ, ως πόρος παραγωγής ενέργειας, δεν είναι η λύση του ενεργειακού προβλήματος Πρέπει να δοθεί έμφαση στη διαχείριση της ζήτησης: Εξοικονόμηση ενέργειας πολύ πιο έντονα απ ό,τι έως τώρα. Ορθολογική χρήση με επιλογή του κατάλληλου πόρου για κάθε εφαρμογή. Μείωση των αιχμών ζήτησης με χρονική μετατόπισή τους, με εφαρμογή τεχνικών διαχείρισης ζήτησης, με αξιοποίηση αποκεντρωμένων ενεργειακών συστημάτων. Αλλιώς αναπαράγουμε το έργο των Δαναΐδων. 32
Αντί συμπεράσματος: Χρόνος, κόστος και θάρρος (1/7) Ο σχεδιασμός, η αδειοδότηση και η κατασκευή ενός μεγάλου θερμοηλεκτρικού σταθμού απαιτούν 4 με 5 χρόνια. Ο σχεδιασμός, η αδειοδότηση και η κατασκευή ενός αιολικού πάρκου απαιτούν 2 με 3 χρόνια. Προς το παρόν πληρώνουμε την έλλειψη διορατικότητας και θάρρους για τη λήψη των απαραίτητων αποφάσεων αλλά και τη συλλογική μας αδιαφορία ως πολιτών που χαρακτήριζε την, ενεργειακά τουλάχιστον, ανέμελη δεκαετία του 1990 και την έλλειψη αποφασιστικότητας και πολιτικής τόλμης στην ενεργειακή μας πολιτική στη δεκαετία του 2000 Και το περιβάλλον? 33
Αντί συμπεράσματος: Χρόνος, κόστος και θάρρος (2/7) 14 7 Εκπομπές Άνθρακα (σε δισ τόνους / χρόνο) 380 Αντίδραση 850 470 ΤΑ «ΣΦΗΝΑΚΙΑ» ΤΩΝ PACALA & SOCOLOW (2004) 7 «ΣΦΗΝΑΚΙΑ» 1. Εξοικονόμηση Ενέργειας 2. Αλλαγή καυσίμου 3. Αποθήκευση άνθρακα 4. Ανανεώσιμες Πηγές 5. Πυρηνική Ενέργεια 6. Διαχείριση Δασών 7. Διαχείριση Μεθανίου 500 2 500 1950 2000 2050 2100 34
Αντί συμπεράσματος: Χρόνος, κόστος και θάρρος (3/7) 155,0 152,5 150,0 147,5 145,0 142,5 ΤΑΣΗ ΣΤΟΧΟΣ 140,0 137,5 135,0 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Πλησιάζοντας (?) τους στόχους του Κιότο Πηγή: Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών, 2005 35
Αντί συμπεράσματος: Χρόνος, κόστος και θάρρος (4/7) Χρειαζόμαστε ένα νέο αειφορικό δόγμα: «Ακριβότερη, λιγότερη, καθαρότερη» ενέργεια Παιδεία: καλλιέργεια κουλτούρας σε όλες τις βαθμίδες Υπουργείο Περιβάλλοντος: ανεξάρτητο & ισχυρό Προσδιορισμός & τήρηση κανόνων & ορίων Παραδείγματα: από δημόσια διοίκηση, επιχειρήσεις, κινήματα 36
Αντί συμπεράσματος: Χρόνος, κόστος και θάρρος (5/7) Και μία οικονομική & φορολογική μεταρρύθμιση Βαθμιαία αύξηση στην έμμεση φορολογία (στους μη ανανεώσιμους Φυσικούς Πόρους) Βαθμιαία μείωση της άμεσης φορολογίας (που επιβαρύνει την εργασία) 37
Αντί συμπεράσματος: Χρόνος, κόστος και θάρρος (6/7) Οι επενδύσεις σε ενεργειακά συστήματα είναι επενδύσεις έντασης κεφαλαίου, που δεσμεύεται για δεκαετίες. Ταυτόχρονα, οι διαθέσιμοι οικονομικοί πόροι είναι, ούτως ή άλλως, περιορισμένοι και πολύτιμοι, ενώ κάθε άστοχη επένδυση αποτελεί νεκρό κεφάλαιο για την εθνική οικονομία. 38
Αντί συμπεράσματος: Χρόνος, κόστος και θάρρος (7/7) Αν δεν πάρουμε σαφείς και τολμηρές αποφάσεις τώρα, και αν δεν τις υλοποιήσουμε αμέσως θα συνεχίσουμε να συζητούμε τα ίδια προβλήματα πολύ πιο οξυμένα 39
Τέλος Ενότητας 40
Σημείωμα Αναφοράς Copyright, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Σκόδρας Γεώργιος. «Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https:// eclass.uowm.gr/courses/mech244/ 41
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Όχι Παράγωγα Έργα Μη Εμπορική Χρήση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] h t t p ://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό 42
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 43