ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Γ. Λευθεριώτης, Αναπλ. Καθηγητής Γ. Συρροκώστας, Μεταδιδακτορικός Ερευνητής
Τι είναι ενέργεια; (Αφηρημένη έννοια) Στιγμιότυπο από την κίνηση ενός βλήματος καθώς διαπερνά ένα μήλο. Έχει ενέργεια. Προκαλεί μεταβολές. Ορισμός: Ένα σώμα έχει ενέργεια, όταν μπορεί να παράγει έργο, ή να προκαλέσει κάποια μεταβολή Την ενέργεια την παρατηρούμε μόνο όταν μεταβιβάζεται ή μετασχηματίζεται από τη μία μορφή στην άλλη
Γενικοί τύποι ενέργειας Α) Αποθηκευμένη (σε ένα σύστημα) ενέργεια 1. Μηχανική (Κινητική, Δυναμική: μόνο οι μεταβολές της έχουν νόημα) 2. Θερμική (Λανθάνουσα θερμότητα**) 3. Ηλεκτρική (μπαταρίες, πυκνωτές) 4. Ηλεκτρομαγνητική (ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ενός πυκνωτή) 5. Χημική (ενέργεια αλληλεπίδρασης μεταξύ ηλεκτρονίων - πυρήνων) 6. Πυρηνική (ενέργεια αλληλεπίδρασης μέσα στον πυρήνα - Πυρηνικές δυνάμεις) Β) Μεταβατική ενέργεια 1. Έργο 2. Θερμική (Διάδοση θερμότητας) 3. Ηλεκτρική (Ηλεκτρικό ρεύμα) 4. Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (E = h*c/λ ) Αγωγή Μεταφορά Ακτινοβολία Λανθάνουσα θερμότητα: η ενέργεια που προσφέρεται σε ένα σώμα προκειμένου να αλλάξει η φυσική του κατάσταση, π.χ. από υγρό σε αέριο
ΜΟΝΑΔΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ SI: Joule (J) =1 kg m 2 s -2 kwh = 3,6 x 10 6 J ev = 1,6 x 10-19 J (Joule = Coulomb Volt) P ηλ = V I = V Q/t E ηλ = P ηλ t =V I t = V Q cal = 4,186 J Btu = 1055 J toe = 4,19 x 10 10 J
Αρχή διατήρησης της ενέργειας Η ενέργεια δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί, ούτε να καταστραφεί, μπορεί να μετασχηματιστεί από μια μορφή σε κάποια άλλη, αλλά η ολική της ποσότητα ουδέποτε μεταβάλλεται αλλά υποβαθμίζεται (τριβές, Joule) Ποιότητα ενέργειας: όταν μια μορφή ενέργειας μπορεί να μετατραπεί σε μια άλλη με μεγάλη απόδοση, τότε λέμε ότι είναι καλής ποιότητας
Ενεργειακές μετατροπές Θερμική μηχανή: θερμότητα σε μηχανικό έργο Ψυκτική μηχανή: μηχανικό έργο σε θερμότητα Φωτοβολταϊκά, ανεμογεννήτριες, κτλ: μετατροπή σε ηλεκτρική ενέργεια
ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΣ Απόδοση μετατροπής Παράδειγμα: Μετατροπή θερμότητας σε έργο (και το αντίστροφο) Τ 1 Τ 1 Q 1 W Q 1 W Q 2 Q 2 Τ 2 Τ 2 W T 2 1, T1 T2 Q 1 T 1 T 2 dq S S S T T 1 2 1 Q 2 2 r, T1 T2 W T1 T2 Q T T 1 1 p, T1 T2 W T1 T2
ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Ηλιακή Αιολική Μικρά Υδροηλεκτρικά Βιομάζα Κύματα-ρεύματα Γεωθερμία Παλίρροιες Θερμοκρασιακη διαφορά ωκεανών ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ Ορυκτά καύσιμα Πυρηνική Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Γαιάνθρακες (λιγνίτης) Πετρέλαιο και παράγωγα Φυσικό αέριο Σχάση Σύντηξη ΣΥΜΒΑΤΙΚΕΣ (ΜΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ: πολύ αργή ανανέωση)
Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Μείωση χωρητικότητας Μείωση χρόνου ζωής (μη ανανεώσιμη πηγή) Υδροηλεκτρικό εργοστάσιο στις Πηγές Αωού Υδροηλεκτρικό εργοστάσιο Λάδωνα Σημαντικές επιπτώσεις στο περιβάλλον (αλλαγή οικοσυστήματος, περιορισμός στη μετακίνηση ειδών, πλημμύρα εκτεταμένων περιοχών, συσσώρευση διαφόρων υλικών, κτλ.)
Μικρά Υδροηλεκτρικά Πηγή: Μαμάσης Ν. Ευστρατιάδης Α., Κουτσογιάννης ΕΜΠ, 2015
Πηγή: Μαμάσης Ν. Ευστρατιάδης Α., Κουτσογιάννης ΕΜΠ, 2015
Βιομάζα (Βιοκαύσιμα) Με τον όρο βιομάζα αποκαλείται οποιοδήποτε υλικό που παράγεται από ζωντανούς οργανισμούς (όπως είναι το ξύλο και άλλα προϊόντα του δάσους, υπολείμματα καλλιεργειών, κτηνοτροφικά απόβλητα, απόβλητα βιομηχανιών τροφίμων κ.λπ.) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για παραγωγή ενέργειας. Το καύσιμο βιομάζας είναι γνωστό στην Ελλάδα κι ως πέλετ. (Πηγή: Wikipedia) Pellet (ξύλου, πυρήνα, κτλ.)
Κύματα Γεωθερμία Γεωθερμία ή Γεωθερμική ενέργεια ονομάζουμε τη φυσική θερμική ενέργεια της Γης που διαρρέει από το θερμό εσωτερικό του πλανήτη προς την επιφάνεια. Α) Με αγωγή από το εσωτερικό προς την επιφάνεια (0,04 0,06 W/m2) Β) Με ρεύματα μεταφοράς
ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Υψηλό κόστος διαχείρισης των αποβλήτων Ατυχήματα με ανυπολόγιστες συνέπειες Η σύντηξη «αργεί»..
P/Q ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Εξάντληση των αποθεμάτων: Νόμος του Hubert- PEAK OIL 0,06 0,05 0,04 0,03 α = 0,0536 κλίση ευθείας = -α/q 0 Qo/2 0,02 0,01 1971 Q o = 228 Q 0 0 100 200 Q (billion barrels) Q e 0 a( t t ) 1 m P aq 0 1 2 1 cosh{ a( t t )} m
P= dq/dt (Gtons/yr) P/Q (1/yr) ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Εξάντληση των αποθεμάτων: Νόμος του Hubert- PEAK OIL 0,07 0,06 0,05 0,04 α = 0,06 yr -1 Κλίση της ευθείας: α / Q 0 Το 90% των αποθεμάτων θα εξαντληθούν περίπου 30 χρόνια μετά τη μεγιστοποίηση της παραγωγής 0,03 0,02 0,01 Q 0 =165 Gtons 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Q (Gtons) 3 2,5 P=dQ/dt Q P max = αq 0 /4 180 160 140 2 1,5 1 0,5 Q max = Q 0 /2 120 100 80 60 40 20 Q (Gtons) 0 0 1900 1950 2000 2050 2100 Έτος
ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Εξάντληση των αποθεμάτων: Νόμος του Hubert- PEAK OIL
ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Εξάντληση των αποθεμάτων: Νόμος του Hubert- PEAK OIL
ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Εξάντληση των αποθεμάτων: Τιμή Αργού Πετρελαίου
ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ: ΛΙΓΝΙΤΗΣ Τα συνολικά γεωλογικά αποθέματα λιγνίτη ανέρχονται σε 5 δισ. τόνους, με τα κατάλληλα για ενεργειακή εκμετάλλευση τα 3,2 δισ. τόνους που ισοδυναμούν με 450 εκ. τόνους πετρελαίου. Επαρκούν για πάνω από 45 χρόνια, με τις συνολικά εξορυχθείσες ποσότητες να φτάνουν το 29% του συνολικού αποθέματος. Έχει όμως 5 έως 10 φορές μικρότερο θερμιδικό περιεχόμενο από αυτό του πετρελαίου
ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ: ΛΙΓΝΙΤΗΣ
ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ: ΛΙΓΝΙΤΗΣ Μειονεκτήματα: Χαμηλή θερμογόνο δύναμη ή θερμαντική αξία Eίδη γαιανθράκων είδος γαιάνθρακα περιεκτικότητα σε άνθρακα % w/w θερμαντική αξία σε άνθρακα kj/kg ανθρακίτης 90% 33820 λιθάνθρακας 75-90% 29300 34750 λιγνίτης 65-75% 20000 21350 τύρφη έως 65% 15900-18000 Δεν μπορεί να μεταφερθεί εύκολα, εργοστάσια κοντά στα σημεία εξόρυξης Ατμοσφαιρική ρύπανση, ειδικά στα σημεία εξόρυξης Αλλοίωση περιβάλλοντος
ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Περιβαλλοντικό κόστος Φαινόμενο του θερμοκηπίου Ρύπανση των νερών και του εδάφους Αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία
ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΑΝΑΓΚΕΣ 492 E (10 18 ) J/year (2008) Τροφή Οικονομικές δραστηριότητες Μετακινήσεις Ψυχαγωγία Όλες οι ανθρώπινες δραστηριότητες απαιτούν ενέργεια.
ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ Η ΕΕ-15 καταναλώνει ενέργεια ίση με το 15% της παγκόσμιας κατανάλωσης, με τον πληθυσμό της να αποτελεί το 6% του παγκόσμιου πληθυσμού
ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Fossil & Nuclear 81,6% 2.6% Παγκόσμια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας: 20.000 TWh/year Δηλαδή 72 EJ/year (~15%) Να κάνετε τη μετατροπή TWh σε EJ
ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
Ετήσιο μίγμα καυσίμου για όλη τη χώρα 2004 Υδροηλεκτρική 10% ΑΠΕ 2% Διασυνδέσεις 5% 2014 Διασυνδέσεις 17% Φυσικό αέριο 15% Πετρελαϊκή 5% Λιγνητική 63% ΑΠΕ 17% Υδροηλεκτρική 8% Φυσικό αέριο 14% Λιγνητική 44% Πετρελαϊκή 0%
Κόστος παραγωγής από ΑΠΕ ΑΠΕ Ευρώ/kWh φωτοβολταϊκά 0,25-1,25 ανεμογεννήτριες 0,03-0,15 βιομάζα 0,03-0,08 γεωθερμία 0,01-0,05 ΔΕΗ 0,095 Εγγυημένες τιμές ΑΠΕ (Απρίλιος 2010, Ευρώ/kWh) Member state Windpower Wind power Solar PV Biomass Hydro 'On-shore' 'Off-shore' Greece 0.07-0.09 0.55 0.07-0.08 0.07-0.08 Germany 0.05-0.09 0.13-0.15 0.29-0.55 0.08-0.12 0.04-0.13 Italy 0.3 0.3 0.36-0.44 0.2-0.3 0.22
ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΟΡΘΟΛΟΓΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΕΙΦΟΡΙΑ ΒΙΩΣΙΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ «Βιώσιμη ανάπτυξη είναι η βελτίωση της ποιότητας της ζωής μέσα στα πλαίσια της φέρουσας ικανότητας των υποστηρικτικών οικοσυστημάτων»
Εθνικό Σχέδιο Δράσης 20-20-20 Μόνο το 2014 είχαμε μείωση κατά 6,6% στην κατανάλωση ενέργειας