Εργαστήριο Τεχνολογικών Καινοτομιών Περιβάλλοντος Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο «Δυνατότητες και προοπτικές συντηρητικού ενεργειακού σχεδιασμού κατά την επέκταση του ελληνικού τομέα ηλεκτροπαραγωγής» Ηλίας Ραμπίδης, Ph.D., M.Sc., Διπλ. Μηχ. Μηχ/κός Ε.Μ.Π. Γεώργιος Μπεργελές, Καθ. Ε.Μ.Π. Διονύσιος Γιαννακόπουλος, Ερευνητής Β EKETA/Ι.Τ.Ε.Σ.Κ. Συνέδριο ΤΕΕ «Ενέργεια: Σημερινή Εικόνα - Σχεδιασμός - Προοπτικές» 8-9 -1 Μαρτίου 21, Αθήνα
2 Δομή παρουσίασης Το πρόβλημα του ενεργειακού σχεδιασμού Δεσμεύσεις της χώρας Ανάπτυξη συστήματος σχεδιασμού ενεργειακής πολιτικής για τον ηλεκτρικό τομέα Υλοποίηση συντηρητικού σχεδιασμού Ανάλυση τελικού «συντηρητικού» σεναρίου Διερεύνηση εκτεταμένης εγκατάστασης ΑΠΕ στο συντηρητικό σενάριο Συμπεράσματα
3 Το πρόβλημα Το ερώτημα: Πώς πρέπει να επεκταθεί ο ηλεκτρικός τομέας της Ελλάδας; Πολυπαραμετρικό πρόβλημα Πολλά τα διαφορετικά εμπλεκόμενα πεδία Δενέχειβρεθείκάποια λύση που να το αντιμετωπίζει καθολικά Δεν υπάρχει μοναδικότητα λύσης Σύστημα Ηλεκτρ/γής Τομείς Κατανάλωσης Σύστημα Μεταφοράς Τιμές καυσίμων Τιμές CO 2 Κόστος τεχνολογιών Απόδοση τεχνολογιών Παρούσα κατάσταση Περιβαλλοντικές Πολιτικές Κοινωνικές εσμεύσεις Τιμές Κόστη Καταναλώσεις Αποδοτικότητα τεχνολογιών Αναμενόμενη εξέλιξη Προτεραιότητες Αβεβαιότητες Κίνδυνοι Απόφαση Τεχνικοί Τεχνολογικοί Οικονομικοί Κοινωνικοί Χρονικοί Περιορισμοί Περιβαλλοντική αποδοτικότητα Οικονομική αποδοτικότητα Ενεργειακή ασφάλεια Άξονες Στρατηγικής Συμμόρφωση Ανάπτυξη Στόχοι
Δεσμεύσεις της χώρας Διεθνές επίπεδο Σύμβαση - Πλαίσιο του ΟΗΕ για τις Κλιματικές Αλλαγές (UNFCCC) (1992) Πρωτόκολλο Κιότο (1997) (ισχυρότερα και πιο δεσμευτικά μέτρα) Επίπεδο Ευρωπαϊκής Ένωσης Επικύρωση Κιότο 22 (μείωση 8% την περίοδο 28-12 ως προς 199) Ευρωπαϊκό Πρόγραμμα για την Αλλαγή του Κλίματος (ECCPΙ & ΙΙ) 2 & 25 Μηχανισμοί υλοποίησης του Πρωτοκόλλου Κιότο EU ETS Μείωση εκπομπών ΕΕ τουλάχιστον 2% ως προς 199 Δέσμη μέτρων για ενέργεια και τις κλιματικές αλλαγές Δεκ. 28 (έγινε Οδηγία το 29) Ε.Ε. -2% συνολικά εκπομπές CO 2 22 ως προς 199 ή -14% ως προς 25 Επικαιροποίηση για έτος βάσης 25-21% τομείς ΕΣΕΔΕ -1% τομείς εκτός ΕΣΕΔΕ 2%ΑΠΕ Εθνικό επίπεδο Από Κιότο (μέσω ΕΕ) (25% περιορισμός αύξησης το 28-12 ως προς 199) Δέσμη μέτρων για ενέργεια και τις κλιματικές αλλαγές Περιορισμοί 22 ως προς 5-21% τομείς ΕΣΕΔΕ -4% εκτός ΕΣΕΔΕ 18%ΑΠΕ Συνολικά 3%ΑΠΕ Ηλεκ/γή Επίπεδο εγκατάστασης Κατανομή δωρεάν δικαιωμάτων σε εγκαταστάσεις βάσει ΕΣΚΔΕ Ι & ΙΙ (25-212) Πλήρης δημοπράτηση δικαιωμάτων στον τομέα ηλεκτροπαραγωγής μετά το 213 4
5 Σύστημα σχεδιασμού ενεργειακής πολιτικής Δομικά στοιχεία Μοντέλο προσομοίωσης λειτουργίας διασυνδεδεμένου συστήματος (υλοποίηση με ENPEP/BALANCE) Βάση δεδομένων οικονομοτεχνικά στοιχεία μονάδων δεδομένα και εκτιμήσεις κόστους καυσίμων ιστορικά στοιχεία και εκτιμήσεις καταναλώσεων Σύστημα αξιολόγησης σεναρίων Κατάλληλα σχεδιασμένοι δείκτες Βηματική μεθοδολογία σχεδιασμού Πλεονεκτήματα ανά πάσα στιγμή είναι πλήρως αντιληπτά τα αποτελέσματά της, είτε ενδιάμεσα είτε τελικά, όπως και τα αίτια που οδήγησαν στα αποτελέσματα αυτά καθίσταται για το σχεδιαστή εύκολος ο εντοπισμός και η εφαρμογή διορθωτικών δράσεων σε κάθε βήμα Πλήρης έλεγχος σε κάθε βήμα στο σχεδιαστή
6 Σύστημα σχεδιασμού ενεργειακής πολιτικής Μοντελοποίηση του ηλεκτρικού συστήματος με ΕΝΡΕΡ-BALANCE Διακριτοποίηση τομέων Τελική κατανάλωση Ηλεκτρικής Ενέργειας Σύστημα Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας Τομέας Ηλεκτροπαραγωγής Πηγές πρωτογενούς ενέργειας για ηλεκτροπαραγωγή
Σύστημα σχεδιασμού ενεργειακής πολιτικής Προσομοίωση Διασυνδεδεμένου Συστήματος Σταθμός ΚΑΘΑΡΗ ΙΣΧΥΣ (MW) Τύπος Σταθμός ΚΑΘΑΡΗ ΙΣΧΥΣ (MW) Τύπος ΑΓ. ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ 1,456. ΑΜΥΝΤΑΙΟ 546. ΜΕΛΙΤΗ 292.1 ΚΑΡΔΙΑ 1,15. ΠΤΟΛΕΜΑΙΔΑ 57. ΛΙΠΤΟΛ 38. ΜΕΓΑΛΟΠΟΛΗ 756. ΑΛΙΒΕΡΙ ΙΙΙ,IV 288. ΛΑΥΡΙΟ Ι,II 43. ΛΑΥΡΙΟ ΙΙΙ,IV,V 1,11.3 ΚΟΜΟΤΗΝΗ 476.3 ΕΝ.ΘΕΣ 389.4 Λιγ/κές Πετρ/ κές ΜΣΚ Α/Σ ΑΓ. ΓΕΩΡΓΙΟΣ 339. ΦΑ ΗΡΩΝ ΘΕΡΜΟΗΛ/ΚΗ 147.8 Α/Σ ΑΓΡΑΣ 5. ΑΣΩΜΑΤΑ 18. ΑΩΟΣ 21. ΕΔΕΣΣΑΙΟΣ 19. ΘΗΣΑΥΡΟΣ 384. ΚΑΣΤΡΑΚΙ 32. ΚΡΕΜΑΣΤΑ 437.2 ΛΑΔΩΝΑΣ 7. ΠΛΑΣΤΗΡΑΣ 129.9 ΠΛΑΤΑΝΟΒΡΥΣΗ 116. ΠΟΛΥΦΥΤΟ 375. ΠΟΥΡΝΑΡΙ 333.6 ΣΤΡΑΤΟΣ 156.2 ΣΦΗΚΙΑ 315. ΥΗΣ ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ 365.8 ΑΠΕ ΜΙΚΡΟΙ ΥΗΣ 44. (χωρίς Συμπαραγ ΣΤΑΘ. ΒΙΟΜΑΖΑΣ 23.2 ωγή) *Πηγή Μ.Α.Σ.Μ. ΕΣΜΗΕ 7
8 Σύστημα σχεδιασμού ενεργειακής πολιτικής Βασικές παραδοχές σεναρίων Απόσυρση παλαιών μονάδων Εγκατάσταση νέων Υ/Η Εγκατάσταση νέων ΑΠΕ 3 εκδοχές (MW) 11, 1, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, Βάσει προγραμματισμού ΔΕΗ χαμηλή συντηρητική υψηλή Συνολική Εγκ. Ισχύς Νέων ΑΠΕ 28 29 21 211 212 213 214 215 216 217 218 219 22 Έτος
Σύστημα σχεδιασμού ενεργειακής πολιτικής Παράμετροι αξιολόγησης σεναρίων (ποιοτικές - ποσοτικές) Ωριμότητα και οικονομική αποδοτικότητα τεχνολογιών τεχνικοί περιορισμοί συστήματος Μέσο ετήσιο κόστος ηλεκ/γής επιτευξιμότητα οικονομική αποδοτικότητα Κόστος αποφυγής CO 2 ενεργειακή ασφάλεια Ποσοστά εισαγόμενων καυσίμων στο τελικό μείγμα ηλεκτροπαραγωγής Λόγος εγκατεστημένης ισχύος σταθμών Σ.Κ. ως προς αιχμή τεχνικοί περιορισμοί τεχνολογιών (πχ. δυνατότητες, έτος εισαγωγής) μείωση άνθρακα συστήματος περιβαλλοντική αποδοτικότητα Λόγος εγκ. ισχύος ΑΠΕ ως προς εγκ. ισχύ σταθμών Σ.Κ. εκπεμπόμενο CO 2 ανά παραγόμενη MWh Ποσοστό ΑΠΕ ετήσιος και ισοδ. ετήσιος λόγος εκπομπών CO 2 ως προς 25 Ποσοστό εισαγωγών ηλεκτρικής ενέργειας 9
1 Στόχος: Ποιες είναι οι δυνατότητες μιας συντηρητικής ενεργειακής πολιτικής μέχρι το 22? πολιτική χαμηλού κινδύνου συντηρητική χρήση πόρων υψηλή ενεργειακή ασφάλεια χρήση ώριμων τεχνολογιών Βηματική μεθοδολογία ενεργειακού σχεδιασμού Αρχικό σενάριο Αξιολόγηση Σύστημα σχεδιασμού ενεργειακής πολιτικής Εντοπισμός προβλημάτων Λήψη απόφασης Δράσεις βελτίωσης Δημιουργία νέου σεναρίου Ποσοστά εισαγόμενων καυσίμων κάτω του 3% (έκαστο) Λόγος εγκ. ισχύοςβάσηςωςπροςαιχμή όχι χαμηλότερος από 1:2 Εισαγωγές χαμηλότερες από 5% Εγκατάσταση νέων ΑΠΕ μέχρι 6GW Εκκίνηση από σενάριο πλήρους απραξίας
Αποτελέσματα Συντηρητικός ενεργειακός σχεδιασμός Τελικό Σενάριο Ε 25, Εγκατεστημένη Ισχύς 2, MWel 15, 1, 5, 6,665 6,665 5,28 5,96 3,974 4,565 3,431 2,93 2,47 3,717 3,717 665 665 665 969 1,298 1,657 2,46 3,71 3,717 3,717 3,717 3,71 3,71 3,58 3,58 3,58 3,68 3,23 3,416 3,416 3,416 3,477 3,477 3,477 3,477 3,477 3,477 3,477 2,449 2,449 2,449 2,449 2,449 2,322 3,477 2,77 3,477 718 718 718 718 718 531 1,62 1,62 1,593 2,124 2,655 3,186 718 43 4,88 4,88 4,88 4,88 4,88 4,582 4,582 4,582 5,44 5,44 5,44 5,44 4,77 4,225 4,225 3,95 25 26 27 28 29 21 211 212 213 214 215 216 217 218 219 22 Λιγν. (MW) Λιθαν. (MW) Πετρ. (MW) ΦΑ (MW) Υδροηλ. (MW) ΑΠΕ (MW) Ηεγκ. ισχύς των σταθμών στερεών καυσίμων ως προς το φορτίο αιχμής επανέρχεται το 22 στα επίπεδα του 25. Πηγή: Rampidis et al., 21 11
Αποτελέσματα Συντηρητικός ενεργειακός σχεδιασμός Τελικό Σενάριο Ε για και $3/tCO 2 Ηλεκτροπαραγωγή - Σενάριο E 1% 6.4 4.7 3.6 2.7 3.2 3.1 3.5 2.7 3.6 8.4 8.8 8.6 8.3 8.1 7.9 7.6 7.4 7.2 7.2 8.3 9.5 1.6 11.9 13.2 14.5 15.9 8% 15.4..... 1.... 8 29.4 27.2 32.1 27.8 25.7 35.2 25.2 23.4 22.3 6% 6 Ετήσια αύξηση εκπομπών ως προς 25 (%) Συντηρητική επέκταση +6GW ΑΠΕ - $/tco2 Συντηρητική επέκταση +6GW ΑΠΕ - $3/tCO2 4%.. 5.3 1.3 1. 14.6 18.9 22.9 26.7 4 2 2% 1% 42.9 8.4 46. 43.6 4.8 39. 35.6 Ηλεκτροπαραγωγή - Σενάριο E3 3.2 27.7 6.4 4.8 3.6 2.8 3.2 3.1 3.6 2.8 3.6 8.8 8.6 8.3 8.1 7.9 7.6 7.4 7.2 24.8 % 212 213 214 215 216 217 218 219 22 Λιγνίτης Λιθάνθρακας ΦΑ Πετρέλαιο ΑΠΕ Υ/Η Εισαγωγές % -2-4 -6-8 25 26 27 28 29 21 211 212 213 214 215 216 217 218 219 22 8% 7.2 8.3 9.5 1.6 11.9 13.2 14.5 15.9 15.4......... -1-12 6% 35.2 4.8 39.4 37.9 36.9 35.3 33.8 31.8 29.7 4% 2%. 42.9. 5.3 1.3 1. 37.2 33.6 3. 29.8 14.6 26. 18.9 22.9 26.7 21.6 19.2 17.4 Το εκπεμπόμενο CO 2 /MWh el το 22 μειώνεται περίπου 4% σε σχέση με τα επίπεδα 25 για την περίπτωση συντηρητικού σχεδιασμού και $3/tCO 2 % 212 213 214 215 216 217 218 219 22 Λιγνίτης Λιθάνθρακας ΦΑ Πετρέλαιο ΑΠΕ Υ/Η Εισαγωγές Πηγή: Rampidis et al., 21 12
Αποτελέσματα Συντηρητικός ενεργειακός σχεδιασμός Τελικό Σενάριο Ε Μεταβολή μέσου κόστους ηλεκ/γής προς 212 (%) 38 37 36 35 34 33 32 31 34.7 34. 33.6 35.1 34.9 35.6 35.8 35.7 είκτης μέσου κόστους ηλεκ/γής (25=1) 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 3 212 213 214 215 216 217 218 219 22 213 214 215 216 E - $/tco2 217 218 219 E3 - $3/tCO2 22 Ημετάβασησεπλήρη δημοπράτηση το 213 αναμένεται να οδηγήσει σε αύξηση του κόστους ηλεκ/γής κατά 35% ως προς το 212 Η επίδραση του κόστους του CO 2 αναμένεται μειωμένη, λόγω μείωσης της εξάρτησης του συστήματος από τον άνθρακα. Πηγή: Rampidis et al., 21 13
Ετήσια μεταβολή εκπομπών ως προς 25 (%) Αποτελέσματα Εκτεταμένη εγκατάσταση ΑΠΕ 1GW στο σενάριο συντηρητικού σχεδιασμού 7 5 3 1-1 -3-5 -7-9 -11-13 -15-17 -19-21 -23-25 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% %... 4.5 39. 37.1. 34.6 5.3 3.1 Σενάριο E3v 3.4 2.4 1.8 1.8 1.6 1.7 1.3 1.7 8.8 8.6 8.3 8.1 7.9 7.6 7.4 7.2 12.6 14.6 16.6 18.7 2.8 23.1 25.4 24.7. 1.3 1. 25.8 25.3 36.1 34. 31.5 28.5 Ετήσια μεταβολή εκπομπών ως προς 25 (%) - Κόστος CO2 $3/t 25 26 27 28 29 21 211 212 213 214 215 216 217 218 219 22. 14.6 21.1. 18.9 22.9 26.7 17.1 14.4 13.4 Συντηρητική επέκταση +3GW ΑΠΕ - $3/tCO2 Συντηρητική επέκταση +6GW ΑΠΕ - $3/tCO2 Σενάριο E3v - Συντηρητική επέκταση +1GW ΑΠΕ E3v - τρέχων μ.ο... 26.4 213 214 215 216 217 218 219 22 Λιγνίτης Λιθάνθρακας ΦΑ Πετρέλαιο ΑΠΕ Υ/Η Εισαγωγές -8.4-15.2 είκτης μέσου κόστους ηλεκ/γής (25=1) 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 Λόγος εγκ. ισχύος ΑΠΕ / εγκ. ισχύ σταθμών ΣΚ 1.8 1.6 1.4 1.2 1..8.6.4.2. Λόγος εγκ. ισχύος ΑΠΕ / εγκ. ισχύ σταθμών Στερεών Καυσίμων 25 26 27 υνατότητα απορρόφησης απότοδίκτυο; Ασφάλεια συστήματος; 28 29 21 25 26 27 28 29 21 211 211 212 213 214 215 216 217 1.49 E3v - Συντηρητικής επέκτασης με 1GW ΑΠΕ 2. 212 213 214 215 216 217 218 Συντηρητική επέκταση +3GW ΑΠΕ - $3/tCO2 Συντηρητική επέκταση +1GW ΑΠΕ - $3/tCO2 Μεταβολή (%) 218 219 22 6.2 219 22 7 6 5 4 3 2 1 % 14
15 Συμπεράσματα Συντηρητικός Ενεργειακός σχεδιασμός Με συντηρητικό ενεργειακό σχεδιασμό η δυνατότητα μείωσης εκπομπών το 22 για υψηλές τιμές CO 2 εκτιμάται σε 3.8% ως προς το 25, με ειδικές εκπομπές συστήματος.68tco 2 /MWh el. Το δεύτερο μισό της δεκαετίας 21-2 αναμένεται να είναι δυσκολότερο για μείωση CO 2. Η αύξηση του κόστους ηλεκτροπαραγωγής το 213 με την έναρξη της πλήρους δημοπράτησης αναμένεται υψηλή της τάξης του 35%. Οι ΑΠΕ φαίνεται σε κάθε περίπτωση να πετυχαίνουν τον πολλαπλό ρόλο τους αφού οδηγούν σε, μείωση εκπομπών CO 2 και αύξηση εγχώριας ηλεκτροπαραγωγής (τουλάχιστον 4 ποσοστιαίες μονάδες) 6GW ΑΠΕ δεν αρκούν για να επιτευχθεί ο στόχος της Ελλάδας για τις ΑΠΕ το 22. Τίθενται τα ερωτήματα: Αύξηση της εγκ. ισχύος των νέων ΑΠΕ; Αύξηση της διαθεσιμότητας των ΑΠΕ; Αύξηση της συμμετοχής των ΑΠΕ μέσω μείωσης της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας (εξοικονόμηση); «Συντηρητικός» σχεδιασμός χωρίς ουσιαστική εξοικονόμηση ενέργειας είναι δύσκολο να οδηγήσει την Ελλάδα σε συμμόρφωση με τους περιβαλλοντικούς στόχους της Ε.Ε. εκτός αν εφαρμοσθούν ριζικές εναλλακτικές ενεργειακές πολιτικές. Σύστημα ηλεκτροπαραγωγής χωρίς ανθρακικούς σταθμούς είναι δύσκολο να σχεδιαστεί πληρώντας ταυτόχρονα τις αρχές ενεργειακής ασφάλειας της χώρας
16 References: Rampidis M. I., Giannakopoulos D., Bergeles C. G.. Insight into the Greek electric sector and energy planning with mature technologies and fuel diversification, Energy Policy (Accepted, 21) Ευχαριστώ για την προσοχή σας! Το έργο υλοποιήθηκε στο πλαίσιο του Μέτρου 8.3 του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα Γ Κοινοτικό Πλαίσιο Στήριξης και συγχρηματοδοτήθηκε κατά: 9% Δημόσια Δαπάνη (8% τηςδημόσιαςδαπάνηςαπότηνευρωπαϊκήένωση Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο και 2% της Δημόσιας Δαπάνης από το Ελληνικό Δημόσιο Υπουργείο Ανάπτυξης Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας) 1% Ιδιωτική Δαπάνη (ΔΕΗ)