«ΕΠΙΣΤΗΜΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ - ΙΑΤΜΗΜΑΤIΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ «ΕΠΙΣΤΗΜΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Υ ΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ» ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΚΤΙΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΗΣ ΠΗΓΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΕΜΦΑΣΗ ΣΤΙΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ Λιούµη Σ. Χριστίνα - Ιωάννα Αθήνα, Οκτώβριος 2010 Επιβλέπων καθηγητής: Χατζηµπίρος Κίµων

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή µου κ. Χατζηµπίρο για την εµπιστοσύνη που µου έδειξε ώστε να αναλάβω την συγκεκριµένη διπλωµατική εργασία, και για το καταλυτικό του ρόλο στο να φτάσω στο σηµείο της παρουσίασης µου. Επίσης, την κ. Τσουκαλά για την σηµαντική καθοδήγηση της κατά την εκπόνηση της διπλωµατικής µου εργασίας. Ακόµη, θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια µου για την βοήθεια τους και την υποµονή τους όλο το χρονικό διάστηµα της πτυχιακής µου. Τέλος, ένα ευχαριστώ στους φίλους µου για την πολύτιµη ηθική υποστήριξη που µου προσέφεραν.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ I EXTENDED ABSTRACT III ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 1.1. ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1 1.2. ΙΑΡΘΡΩΣΗ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟ ΘΑΛΑΣΣΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ 3 2.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 3 2.2. ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 6 2.3. ΠΑΛΙΡΡΟΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 10 2.4. ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 15 3.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 15 3.2. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΥΠΕΡΑΚΤΙΩΝ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΠΑΡΚΩΝ 17 3.3. ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ 25 3.3.1. ΤΑ ΥΠΕΡΑΚΤΙΑ ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ 25 3.4. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΑ ΥΠΕΡΑΚΤΙΑ ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ 33 3.4.1. ΕΠΑΝΑΙΩΡΗΣΗ ΤΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ, ΡΥΠΟΙ ΚΑΙ ΘΟΛΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ 33 3.4.2. ΑΛΛΑΓΕΣ ΣΤΟ ΚΑΘΕΣΤΩΣ ΤΩΝ ΡΕΥΜΑΤΩΝ 40 3.4.3. ΘΟΡΥΒΟΣ ΚΑΙ ΟΝΗΣΗ 40 3.4.4. ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ ΙΑ 44 3.4.5. ΑΛΙΕΙΑ 46 3.4.6. ΣΥΓΚΡΟΥΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΧΡΗΣΤΩΝ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ 47 3.4.7. ΟΠΤΙΚΗ ΟΧΛΗΣΗ 50 3.4.8. ΠΟΥΛΙΑ 50 3.5. ΕΜΠΕΙΡΙΑ ΑΠΟ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΑ ΕΡΓΑ 52 3.5.1. ΥΠΕΡΑΚΤΙΟ ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ ΣΤΗ ΑΝΙΑ 52 3.5.1.1. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΟ ΥΠΕΡΑΚΤΙΟ ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ ΤΟΥ HORNS REV 58 3.5.2. ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ: ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ ΣΤΟ ΚΟΛΠΟ ΤΩΝ ΠΕΤΑΛΙΩΝ 61 3.5.2.1. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΟ ΥΠΕΡΑΚΤΙΟ ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ ΣΤΟ ΚΟΛΠΟ ΤΩΝ ΠΕΤΑΛΙΩΝ 63 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 : ΠΑΛΙΡΡΟΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 68 4.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 68 4.2. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΣΥΣΚΕΥΩΝ ΠΑΛΙΡΡΟΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 69 4.3. ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ 78 4.3.1. ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΠΑΛΙΡΡΟΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ 79 4.4. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΠΑΛΙΡΡΟΙΑΚΩΝ ΣΥΣΚΕΥΩΝ 85 4.4.1. ΕΠΑΝΑΙΩΡΗΣΗ ΤΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ, ΡΥΠΟΙ ΚΑΙ ΘΟΛΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ 85 4.4.2. ΑΛΛΑΓΕΣ ΣΤΟ ΚΑΘΕΣΤΩΣ ΤΩΝ ΡΕΥΜΑΤΩΝ 87 4.4.3. ΘΟΡΥΒΟΣ ΚΑΙ ΟΝΗΣΗ 87 4.4.4. ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ ΙΑ 88 4.4.5. ΑΛΙΕΙΑ 89 4.4.6. ΣΥΓΚΡΟΥΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΧΡΗΣΤΩΝ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ 90 4.4.7. ΟΠΤΙΚΗ ΟΧΛΗΣΗ 90 4.4.8. ΑΥΞΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ 91 4.5. ΕΜΠΕΙΡΙΑ ΑΠΟ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΑ ΕΡΓΑ 92 4.5.1. Η ΠΑΛΙΡΡΟΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΗ ΝΟΡΒΗΓΙΑ 92

4.5.1.1. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗ ΠΑΛΙΡΡΟΙΑΚΗ ΣΥΣΚΕΥΗ ΣΤΟ KVALSUND ΤΗΣ ΝΟΡΒΗΓΙΑΣ 94 4.5.2. ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΑΛΙΡΡΟΙΑΚΗΣ ΣΥΣΚΕΥΗΣ ΣΤΟ ΚΟΛΠΟ FUNDY 95 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 98 5.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 98 5.2. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΣΥΣΚΕΥΩΝ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 99 5.3. ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ 105 5.3.1. ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ 105 5.4. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗ ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 115 5.4.1. ΕΠΑΝΑΙΩΡΗΣΗ ΤΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ, ΡΥΠΟΙ ΚΑΙ ΘΟΛΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ 115 5.4.2. ΑΛΛΑΓΕΣ ΣΤΟ ΚΑΘΕΣΤΩΣ ΤΩΝ ΡΕΥΜΑΤΩΝ 116 5.4.3. ΘΟΡΥΒΟΣ ΚΑΙ ΟΝΗΣΗ 117 5.4.4. ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ ΙΑ 119 5.4.5. ΑΛΙΕΙΑ 120 5.4.6. ΣΥΓΚΡΟΥΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΧΡΗΣΤΩΝ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ 120 5.4.7. ΟΠΤΙΚΗ ΟΧΛΗΣΗ 121 5.5. ΕΜΠΕΙΡΙΑ ΑΠΟ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΑ ΕΡΓΑ 123 5.5.1. Η ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΗ ΠΟΡΤΟΓΑΛΙΑ 123 5.5.2. ΜΕΛΕΤΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΣΥΣΚΕΥΩΝ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗ ΒΑΛΤΙΚΗ ΘΑΛΑΣΣΑ ΚΑΙ ΣΤΗ ΑΝΙΑ 125 5.5.2.1. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΙΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΙΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ HOBURG, FARO KAI ΣΤΗΝ ΥΤΙΚΗ ΑΚΤΗ ΤΗΣ ΑΝΙΑΣ 127 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 130 6.1. ΣΥΝΟΠΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΑ ΥΠΕΡΑΚΤΙΑ ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ 130 6.2. ΣΥΝΟΠΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΙΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΠΑΛΙΡΡΟΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 132 6.3. ΣΥΝΟΠΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΙΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 134 6.4. ΓΕΝΙΚΟ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ 138 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 141

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείµενο της παρούσας διπλωµατικής εργασίας αποτελεί η περιβαλλοντική διερεύνηση των εφαρµογών των ανανεώσιµων πηγών ενέργειας στο θαλάσσιο περιβάλλον. Οι ανανεώσιµες πηγές που µελετώνται είναι η αιολική ενέργεια, η παλιρροιακή και κυµατική ενέργεια στο θαλάσσιο περιβάλλον. Παρουσιάζονται οι προγενέστερες αλλά και οι πρόσφατες τεχνολογίες για την αξιοποίηση αυτής της ενέργειας. Ιδιαίτερη έµφαση δίνεται στις φυσικές επιπτώσεις που προκύπτουν από την εγκατάσταση αυτών των τεχνολογιών στο θαλάσσιο περιβάλλον. Η αιολική ενέργεια αποτελεί σήµερα την ταχύτερα αναπτυσσόµενη ενεργειακή τεχνολογία στον κόσµο. Τα αιολικά πάρκα οριοθετούνται σε περιοχές όπου µπορούν να εξασφαλίσουν υψηλές µέσες ταχύτητες ανέµου για τη µέγιστη δέσµευσης της ενέργειας, πράγµα που συµβαίνει συνήθως στις ορεινές παράκτιες και υπεράκτιες περιοχές. Υπεράκτια αιολικά πάρκα κατασκευάζονται σε πολλές χώρες ώστε να συλλέξουν την αιολική ενέργεια πάνω από τον ωκεανό και να την µετατρέψουν σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι άνεµοι έχουν µεγαλύτερες ταχύτητες πάνω από τον ωκεανό από ότι πάνω από την ξηρά µε αποτέλεσµα να παράγεται µεγαλύτερη ηλεκτρική ενέργεια από τα υπεράκτια αιολικά πάρκα. Η θάλασσα έχει θεωρηθεί από καιρό ως πηγή ενέργειας. Οι τεχνολογίες παλιρροιακής ενέργειας αξιοποιούν την αυξοµείωση της θαλάσσιας στάθµης κατά τη παλίρροια. Σήµερα, τα παλιρροιακά ρεύµατα θεωρούνται ιδιαίτερα αποδοτική πηγή ενέργειας. Την τελευταία δεκαετία πολλοί ευρωπαϊκοί οργανισµοί και τεχνικές εταιρείες έχουν εστιάσει τις δραστηριότητές τους σε αυτόν τον τοµέα. Τα θαλάσσια κύµατα προέρχονται από τον άνεµο που φυσά κατά µήκος του ωκεανού. Αυτή η µεταφορά ενέργειας παρέχει µια φυσική αποθήκη αιολικής ενέργειας στο νερό κοντά στην επιφάνεια της θάλασσας. Παρουσιάζει µεταξύ των ανανεώσιµων πηγών την υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα. Η µελέτη των περιβαλλοντικών επιπτώσεων από τις εφαρµογές των ανανεώσιµων πηγών στηρίχτηκε στην ανάλυση των µεταβολών που µπορεί να υποστεί ο πυθµένας και η υδρογραφία στην περιοχή εφαρµογής. Ακόµη, ερευνήθηκαν τα θέµατα του θορύβου, της οπτικής όχλησης και της παραγωγής ηλεκτροµαγνητικών πεδίων που σχετίζονται µε τις εφαρµογές. Σηµαντικό θέµα αναφοράς αποτέλεσε η σύγκρουση που µπορεί να I

προκύψει µεταξύ των χρηστών µιας θαλάσσιας περιοχής, ύστερα από την τοποθέτηση µιας ανανεώσιµης εγκατάστασης σε αυτή. Με έναυσµα αυτή την ανάλυση θεωρήθηκε σκόπιµο το θέµα της αλιείας να αποδοθεί ως ξεχωριστό υποκεφάλαιο. Τέλος, εξετάστηκε η επιρροή των εφαρµογών των ανανεώσιµων πηγών στα πουλιά, θεωρώντας την καίριας σηµασίας. Συµπερασµατικά, οι δυνατότητες για την ανάπτυξη Ανανεώσιµων Πηγών Ενέργειας στο Θαλάσσιο Περιβάλλον είναι ιδιαίτερα υψηλές και ελπιδοφόρες. Η συστηµατική έρευνα πάνω σε αυτές τις εφαρµογές έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη τεχνολογιών που µπορούν να συνδυάσουν αρκετά ικανοποιητικά τη παραγωγή ενέργειας από το θαλάσσιο περιβάλλον µε την ταυτόχρονη προστασία του. Βελτιώσεις των τεχνολογιών προσδοκούν στην καλύτερη απόδοση αυτού του συνδυασµού. II

EXTENDED ABSTRACT Introduction The generation of electricity from renewable energy resources is fast becoming a key objective of many countries. The driving force behind this is the link between nonrenewable fossil fuels and environmental degradation. Countries with coastlines have particularly valuable renewable energy resources in the form of tides, currents, waves and offshore wind. Coastal waters are extensive and the associated renewable energy resources are plentiful. In addition, the perceived aesthetic problem of sitting large numbers of energy generating devices (e.g. wind turbines) in terrestrial landscapes is reduced by locating them offshore. Not surprisingly therefore, considerable attention is now being directed towards coastal waters in an effort to harness offshore renewable energy sources. Coastal zones, however, are already under significant pressure from human activity owing to their high biological productivity and accessibility and their provision of valuable ecosystem services and functions. It is imperative therefore that the implications of generating electricity from offshore renewable sources are appropriately assessed with regard to the current ecological status of the coastal zone and the potential consequences. This postgraduate thesis aims to study the environmental impacts of renewable energy in the coastal/marine environment. The term coastal/marine renewable energy covers coastal and mainly offshore wind farms, tidal energy and wave energy structures. The study is based particularly on possible pressures and potential physical impacts from the marine renewable energy devices. Structure The present thesis consists of 6 chapters, namely: The first chapter is an introduction about the wind, tidal and wave energy. The second chapter considers the wind energy and its applications in the marine environment from past to present. The same structure is followed for the other renewable energy, tidal and wave energy in separate chapters, respectively. III

In the third chapter an extensive presentation of the wind energy in the marine environment is conducted. More specifically, the technology of offshore wind farms, the current development and prospects of them worldwide, with emphasis on the region of Europe, are the topics that are dealt with in this chapter. Furthermore, the potential environmental impacts of wind farms, with emphasis on physical effects are analyzed. This chapter ends with examples of existing projects from offshore wind farms. In the fourth chapter an extensive presentation of the tidal energy in the marine environment is conducted, mainly in the form of tidal currents. More specifically, the technology of the most important tidal devices, the current development and prospects of them worldwide, with emphasis on the region of Europe, are the topics that are dealt with in this chapter. Concluding this chapter the potential environmental impacts of tidal devices, with emphasis on physical effects and examples of existing projects from tidal installations are analyzed. In the fifth chapter an extensive presentation of the wave energy in the marine environment is conducted. More specifically, the technology of the most important wave devices, the current development and prospects of them worldwide, with emphasis on the region of Europe, are the topics that are dealt with in this chapter. Furthermore, in this chapter is been analyzed the environmental impacts of wave energy devices, with emphasis on physical effects. This chapter ends with an existing example and a detailed study of a wave installation. The environmental impact of the renewable energy devices is based on an analysis of the disturbance of seabed and on hydrography, sea currents and water quality. Also, special attention was given in noise emissions, visual impact and production of electromagnetic fields associated with the marine devices. Furthermore, important issues are the impact on other sea users and on birds. The issue of fishing is discussed in a separate subsection. In the sixth chapter, the conclusions for the environmental impacts from the marine renewable energy devices are presented. The most prominent of these are presented. Concerning the offshore wind farms, there is a matter about noise generated by the blades of the wind turbine, the visual impact and the collisions of birds on the wind turbines. Tidal current energy devices reduce or increase the tidal currents, which can IV

disturb the ecosystems of marine organisms. Large wave energy projects can modify the regime of the waves and change the morphology of the nearest coastal zone. V

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Στην παρούσα διπλωµατική εργασία καταγράφηκαν οι κυριότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τις εγκαταστάσεις των αιολικών πάρκων και από τις εγκαταστάσεις παλιρροιακής και κυµατικής ενέργειας στο θαλάσσιο περιβάλλον. Ιδιαίτερη έµφαση δόθηκε στις φυσικές επιπτώσεις που προκύπτουν από τις προαναφερθείσες εφαρµογές. Η µελέτη των φυσικών επιπτώσεων µπορεί να αποτελέσει έναυσµα για µελλοντικές έρευνες έτσι ώστε να επιτευχθεί η εύρεση των κατάλληλων περιοχών για την εγκατάσταση των αιολικών πάρκων και των έργων της παλιρροιακής και κυµατικής ενέργειας στο θαλάσσιο περιβάλλον. Επέκταση αυτής της µελέτης αποτελούν οι λήψεις κατάλληλων αποφάσεων στα πλαίσια ενός σωστά αξιοποιήσιµου, µε τις ελάχιστες δυνατές φυσικές επιπτώσεις, θαλάσσιου περιβάλλοντος. 1.2. ΙΑΡΘΡΩΣΗ Σε αυτό το σηµείο θα δοθεί µια συνοπτική περιγραφή των κεφαλαίων της διπλωµατικής εργασίας στοχεύοντας στην ενηµέρωση του αναγνώστη για το περιεχόµενο της. Το Κεφάλαιο 1 είναι εισαγωγικό και έχει ως ρόλο την πληροφόρηση του αναγνώστη για το σκοπό και το περιεχόµενο της διπλωµατικής εργασίας που θα ακολουθήσει. Το Κεφάλαιο 2 αποτελεί µια γενική πρώτη γνωριµία του θέµατος µε το οποίο ασχολείται η διπλωµατική εργασία. Αρχικά, παρουσιάζεται η αιολική ενέργεια και οι εφαρµογές της στο θαλάσσιο περιβάλλον από το παρελθόν έως σήµερα. Η ίδια δοµή ακολουθείται και για τις άλλες δύο ανανεώσιµες πηγές ενέργειας, την παλιρροιακή ενέργεια και την κυµατική ενέργεια. Η κάθε ανανεώσιµη πηγή ενέργειας παρουσιάζεται σε ξεχωριστά υποκεφάλαια. 1

Το Κεφάλαιο 3 µελετά διεξοδικά την αιολική ενέργεια στο θαλάσσιο περιβάλλον. Παρουσιάζεται η τεχνολογία ενός υπεράκτιου αιολικού πάρκου συγκρίνοντας την µε αυτή του χερσαίου. Στη συνέχεια, καταγράφονται η υφιστάµενη ανάπτυξη και οι προοπτικές των υπεράκτιων αιολικών πάρκων σε παγκόσµια κλίµακα µε ιδιαίτερη έµφαση την περιοχή της Ευρώπης. Επιπλέον, αναλύονται οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις των παράκτιων και κυρίως των υπεράκτιων αιολικών πάρκων, δίνοντας έµφαση στις φυσικές επιπτώσεις. Τέλος, παρατίθενται παραδείγµατα υφιστάµενων έργων από υπεράκτια αιολικά πάρκα και αναλύονται στο βαθµό που είναι δυνατό µε τα σηµερινά δεδοµένα. Το Κεφάλαιο 4 µελετά διεξοδικά την παλιρροιακή ενέργεια κυρίως µε την µορφή των παλιρροιακών ρευµάτων. Παρουσιάζονται οι τεχνολογίες των συσκευών που χρησιµοποιούνται για την αξιοποίηση της παλιρροιακής ενέργειας, τονίζοντας ιδιαίτερα τις πιο σηµαντικές εξ αυτών. Στη συνέχεια, καταγράφονται η υφιστάµενη ανάπτυξη και οι προοπτικές των παλιρροιακών εγκαταστάσεων σε παγκόσµια κλίµακα µε ιδιαίτερη έµφαση την περιοχή της Ευρώπης. Επιπλέον, αναλύονται οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις των παλιρροιακών εγκαταστάσεων, δίνοντας έµφαση στις φυσικές επιπτώσεις. Τέλος, παρατίθενται παραδείγµατα υφιστάµενων έργων από εγκαταστάσεις παλιρροιακών συσκευών και αναλύονται στο βαθµό που είναι δυνατό µε τα σηµερινά δεδοµένα. Το Κεφάλαιο 5 µελετά διεξοδικά την κυµατική ενέργεια στο θαλάσσιο περιβάλλον. Παρουσιάζονται οι τεχνολογίες των συσκευών που χρησιµοποιούνται για την αξιοποίηση της κυµατικής ενέργειας στο παράκτιο και υπεράκτιο περιβάλλον, τονίζοντας ιδιαίτερα τις πιο σηµαντικές εξ αυτών. Στη συνέχεια, καταγράφονται η υφιστάµενη ανάπτυξη και οι προοπτικές των εγκαταστάσεων κυµατικής ενέργειας σε παγκόσµια κλίµακα µε ιδιαίτερη έµφαση την περιοχή της Ευρώπης. Επιπλέον, αναλύονται οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις των εγκαταστάσεων της κυµατικής ενέργειας, δίνοντας έµφαση στις φυσικές επιπτώσεις. Τέλος, παρατίθεται παράδειγµα υφιστάµενου έργου αλλά και µια αναλυτική µελέτη εφαρµογής εγκαταστάσεων συσκευών κυµατικής ενέργειας. Το Κεφάλαιο 6 αφορά τα συµπεράσµατα της διπλωµατικής εργασίας. Καταγράφονται τα συµπεράσµατα των επιπτώσεων από τα υπεράκτια αιολικά πάρκα και τις εγκαταστάσεις της παλιρροιακής και κυµατικής ενέργειας στο θαλάσσιο περιβάλλον. 2

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟ ΘΑΛΑΣΣΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ 2.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο άνεµος είναι µία ανεξάντλητη πηγή ενέργειας, η οποία µάλιστα παρέχεται δωρεάν. Η αιολική ενέργεια ενισχύει την ενεργειακή ανεξαρτησία και ασφάλεια και προστατεύει τον πλανήτη, καθώς αποφεύγονται οι εκποµπές των αερίων του θερµοκηπίου που αποσταθεροποιούν το παγκόσµιο κλίµα. Κάθε µία κιλοβατώρα που παράγεται από τον άνεµο αντικαθιστά µία κιλοβατώρα που παράγεται από συµβατικούς σταθµούς και ρυπαίνει την ατµόσφαιρα µε αέρια του θερµοκηπίου (http://www.greenpeace.org/greece/137368/137396/138594). Τρεις είναι οι βασικοί παράγοντες που δηµιουργούν και διαµορφώνουν τις κινήσεις του ατµοσφαιρικού αέρα: α) Η περιστροφή της Γης γύρω από τον άξονα της β) η ηλιακή ενέργεια που απορροφά η ατµόσφαιρα και η επιφάνεια του εδάφους και γ) η ανοµοιοµορφία του γήινου ανάγλυφου. Εξαιτίας αυτών των τριών παραγόντων, η κατανοµή της ατµοσφαιρικής πίεσης στην επιφάνεια της Γης δεν είναι οµοιόµορφη και η διαφορά πιέσεων που δηµιουργείται, εξαναγκάζει τις αέριες µάζες να κινηθούν, για να αντισταθµίσουν αυτή τη διαφορά. Τόσο οι µεγάλες, όσο και οι µικρές µεταβολές της πίεσης οφείλονται προπάντων στις δυνάµεις που δηµιουργούνται κατά τη µετατροπή της θερµικής ηλιακής ενέργειας σε κινητική ενέργεια των µαζών του αέρα. Τα κυριότερα είδη των ανέµων είναι: 1. Ηµερήσιοι άνεµοι. ηµιουργούνται κατά τη διάρκεια του 24ώρου εξαιτίας της διαφοράς της θερµοκρασίας (που παρατηρείται τη νύχτα ή τη µέρα) µεταξύ ξηράς και θάλασσας ή µεταξύ ορεινών και πεδινών περιοχών. Τέτοιοι άνεµοι είναι: α) Η θαλάσσια αύρα ή µπάτης. Το δροσερό αεράκι που φυσά από τη θάλασσα το καλοκαίρι. Ο άνεµος αυτός οφείλεται στη διαφορά θερµοκρασίας ανάµεσα στη θάλασσα και στη στεριά. Επειδή, η στεριά θερµαίνεται ευκολότερα από τη θάλασσα κατά τη 3

διάρκεια της µέρας, ο αέρας της ανεβαίνει ψηλά, και τότε ψυχρότερος αέρας από τη θάλασσα ορµά να καταλάβει τη θέση του. Έτσι δηµιουργείται ο µπάτης. β) Απόγειος αύρα. Κατά τη νύχτα η στεριά κρυώνει γρηγορότερα και η θάλασσα έχει υψηλότερη θερµοκρασία. Τότε ο αέρας που βρίσκεται πάνω από την επιφάνειά της ανεβαίνει ψηλά, και το χώρο που αφήνει, ορµά να τον καταλάβει ο ψυχρότερος αέρας της στεριάς, η απόγειος αύρα, που λέγεται και µπουκαδούρα. Ηµερήσιοι άνεµοι, λιγότερο γνωστοί όµως και µικρότερης σηµασίας, είναι οι αύρες των κοιλάδων και οι αύρες των βουνών. Οι άνεµοι διαιρούνται σε διηνεκείς και περιοδικούς. ιηνεκείς είναι οι άνεµοι που πνέουν όλο το χρόνο, ενώ περιοδικοί είναι εκείνοι που πνέουν µόνο κατά ορισµένες περιόδους. 2. Εµπορικοί. Οι δυνατοί άνεµοι που φυσούν βορειοανατολικά από τo 30 ο βόρειο πλάτος προς τον Ισηµερινό, και εκείνοι που φυσούν νοτιοανατολικά από το 30 ο νότιο πλάτος προς τον Ισηµερινό. Οι άνεµοι αυτοί ήταν πολύτιµοι για τους ναυτικούς την εποχή που τα πλοία ήταν ιστιοφόρα, γι' αυτό και ονοµάστηκαν εµπορικοί. 3. Μουσούν (µουσώνες). υνατοί άνεµοι που φυσούν στον Ινδικό ωκεανό και αλλάζουν διεύθυνση ανάλογα µε την εποχή. Στην Ινδία, το χειµώνα, οι µουσώνες φυσούν από τα βορειοανατολικά και είναι στεγνοί ή θερµοί, ενώ το καλοκαίρι φυσούν από τα νοτιοδυτικά, από τη θάλασσα, είναι υγροί και προκαλούν δυνατές βροχές στις νότιες πλαγιές των Ιµαλαΐων και στις πεδιάδες. 4. Πλανητικοί ή γήινοι. υνατοί άνεµοι που φυσούν από τις 30 ο -35 ο βόρειο και νότιο πλάτος προς τους αντίστοιχους πόλους. 5. Τοπικοί. Άνεµοι που πνέουν σε ορισµένες µόνο περιοχές της Γης, για τις οποίες έχουν και ιδιαίτερη σηµασία. ηµιουργούνται εξαιτίας της τοπογραφικής διαµόρφωσης αυτών των περιοχών και ορισµένων καιρικών διαταραχών (http://www.geo.auth.gr/431/th/lesson08_wind.pdf,http://www.neo.gr/website/ergasiam athiti/109.htm). Οι ωκεανοί µπορούν να µας προσφέρουν τεράστια ποσά ενέργειας. ύο βασικοί τρόποι για να εκµεταλλευτούµε την ενέργεια της θάλασσας είναι: α) από τα κύµατα β) από τις παλίρροιες (µικρές και µεγάλες) 4

(http://www.allaboutenergy.gr/energeiaokeanon.html). Η κυριότερη αιτία δηµιουργίας θαλάσσιων κυµάτων είναι ο άνεµος. Σε κλειστές µάλιστα θάλασσες όπως είναι η Μεσόγειος, η Βαλτική και ο Εύξεινος Πόντος που θεωρούνται απαλλαγµένες από παλίρροιες, ο άνεµος αποτελεί την κατ εξοχήν αιτία των παρατηρουµένων κυµάτων. Το βάθος στο οποίο αναταράζεται η θάλασσα από τα κύµατα είναι όσο περίπου και το επιφανειακό µήκος κύµατος, (λίγο µικρότερο), του υφιστάµενου κάθε φορά κυµατισµού. Αυτό είναι πολύ γνωστό στα υποβρύχια που "εν καταδύσει" ταξιδεύουν πάντα "εν ηρεµία". Το µέγιστο ύψος κύµατος που είχε καταγραφεί επίσηµα, από πλοίο, µέχρι το 1965, ήταν στον Βόρειο Ατλαντικό όπου έφτασε περίπου τα 22m. Η κινητική ενέργεια ακόµη και κυµάτων µεσαίας κλίµακας, είναι πολύ µεγάλη. Λόγου χάρη, κύµα ύψους περίπου 8m, µεταφέρει ενέργεια στην ακτογραµµή που ισοδυναµεί µε 700 ΗΡ/µέτρο (ΗΡ/m). Το γεγονός αυτό ερµηνεύει και τα καταστροφικά αποτελέσµατα των κυµάτων στις ακτές (http://el.wikipedia.org/wiki/%ce%9a%cf%85%ce%bc%ce%b1%cf%84%ce%b9 %CF%83%CE%BC%CF%8C%CF%82). Η θάλασσα έχει θεωρηθεί από καιρό ως πηγή ενέργειας. Κατά τον Μεσαίωνα (1200-1500) οι αγρότες παγίδευαν το νερό της θάλασσας ώστε να το χρησιµοποιήσουν στους υδρόµυλους. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων πενήντα ετών, οι µηχανικοί έχουν αρχίσει να εξετάζουν την παλιρροιακή δύναµη και τη δύναµη των κυµάτων σε µια µεγαλύτερη, βιοµηχανική κλίµακα. Αν και µερικά πιλοτικά έργα έδειξαν ότι η ενέργεια θα µπορούσε να παραχθεί, κάποια άλλα επίσης έδειξαν ότι, ακόµα κι αν το κόστος για την παράγωγη της ενέργειας δεν ληφθεί υπόψη, υπάρχει ένα πραγµατικό πρόβληµα, που αφορά την ικανότητα του εξοπλισµού να αντέξει το εξαιρετικά σκληρό θαλάσσιο περιβάλλον. Προς το τέλος της δεκαετίας του '90, έχει γίνει σαφές ότι η τεχνολογία έχει προωθηθεί σε σηµείο όπου η αξιόπιστη και φτηνή ηλεκτρική ενέργεια από τους ωκεανούς γίνεται πραγµατικότητα. Το Ηνωµένο Βασίλειο παρήγαγε την πρώτη ηλεκτρική ενέργεια από θαλάσσια και παλιρροϊκά κύµατα µε την οποία εφοδίασε τον εθνικό του δίκτυο το έτος 2000, αναγκάζοντας και άλλες χώρες να σκεφτούν σοβαρά να πράξουν κάτι ανάλογο. Με την εισαγωγή νέων πηγών ενέργειας στην αγορά υπάρχει η προσδοκία ότι οι συνθήκες για την χρησιµοποίηση της δύναµης κυµάτων θα ωριµάσει 5

έτσι ώστε να έχει σηµαντική συµβολή στην κάλυψη των ενεργειακών µας αναγκών (http://www.allaboutenergy.gr/energeiaokeanon.html). 2.2. ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η ιστορία της χρήσης της αιολικής ενέργειας είναι πολύ παλιά. Το έπος του Οµήρου, που µιλά για την παγίδευση των ανέµων στο ασκί του Αιόλου, υποδηλώνει ακριβώς την ανάγκη του ανθρώπου να έχει στην κατοχή του την δύναµη του ανέµου όποια στιγµή και σε όποιο µέρος την χρειάζεται. Για πολλούς αιώνες, η κίνηση των καραβιών εξαρτιόταν από την δύναµη των ανέµων, ενώ η χρήση του ανεµόµυλου σαν κινητήρια δύναµη εγκαταλείφθηκε µόνο στα µέσα του εικοστού αιώνα. Ήταν η εποχή που τα συµβατικά καύσιµα επεκτάθηκαν ταχέως και ο ηλεκτρισµός έφτασε ακόµη και στην πιο αποµακρυσµένη περιοχή. Η κρίση του πετρελαίου στην αρχή του 1970 έφερε στο προσκήνιο ξανά τις ανανεώσιµες πηγές ενέργειας. Από εκείνη τη περίοδο, η ανάπτυξη έχει ενισχυθεί από την άµεση ανάγκη για την προστασία του περιβάλλοντος. Όλο και περισσότεροι άνθρωποι συνειδητοποιούν ότι ο άνεµος είναι µια καθαρή και ανεξάντλητη πηγή ενέργειας (http://www.cres.gr/kape/energeia_politis/energeia_politis_wind_eng.htm). Η αιολική ενέργεια αποτελεί σήµερα την ταχύτερα αναπτυσσόµενη ενεργειακή τεχνολογία στον κόσµο. Τα αιολικά πάρκα οριοθετούνται σε περιοχές όπου µπορούν να εξασφαλίσουν υψηλές µέσες ταχύτητες ανέµου για τη µέγιστη δέσµευσης της ενέργειας, πράγµα που συµβαίνει συνήθως στις ορεινές παράκτιες και υπεράκτιες περιοχές (http://www.bwe.com/pdf/wfd.pdf). Υπεράκτια αιολικά πάρκα κατασκευάζονται σε πολλές χώρες ώστε να συλλέξουν την αιολική ενέργεια πάνω από τον ωκεανό και να την µετατρέψουν σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι άνεµοι έχουν µεγαλύτερες ταχύτητες πάνω από τον ωκεανό από ότι πάνω από την ξηρά µε αποτέλεσµα να παράγεται µεγαλύτερη ηλεκτρική ενέργεια από τα υπεράκτια αιολικά πάρκα. Τέτοιες εγκαταστάσεις συνήθως κατασκευάζονται κοντά σε µεγάλα εµπορικά κέντρα όπου υπάρχει υψηλή ενεργειακή ζήτηση και η εγκατάσταση τους στην ξηρά είναι δύσκολη. 6

Επειδή το ενεργειακό δυναµικό που παράγεται από τον άνεµο είναι ανάλογο µε το τετράγωνο της ταχύτητας του ανέµου, η αύξηση της ταχύτητας του ανέµου µόλις λίγα χιλιόµετρα ανά ώρα µπορεί να παράγει ένα σηµαντικά µεγαλύτερο ποσό ηλεκτρικής ενέργειας. Για παράδειγµα, µια ανεµογεννήτρια σε µια τοποθεσία µε µια µέση ταχύτητα ανέµου 25,75 km/ώρα θα παράγει 50% περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από ότι σε µια τοποθεσία µε µέση ταχύτητα ανέµου 22,53 km/ώρα (http://ocsenergy.anl.gov/guide/wind/index.cfm). Στην Εικόνα 2.2.1. απεικονίζονται οι µέσες ταχύτητες του ανέµου (m/s) σε ύψος 10m από την επιφάνεια της θάλασσας, σε παγκόσµια κλίµακα για την χρονική περίοδο 1975-1995. Όπως, ήταν αναµενόµενο οι ταχύτητες του ανέµου είναι υψηλότερες πάνω από τον ωκεανό µε τις µεγαλύτερες να φτάνουν τα 10m/s και πάνω από την ξηρά τα 6,0 m/s (www.windatlas.dk). 7

Εικόνα 2.2.1. Η ταχύτητα του ανέµου σε παγκόσµια κλίµακα (m/s) (www.windatlas.dk) Πιο συγκεκριµένα, στην Εικόνα 2.2.2. απεικονίζονται οι ταχύτητες του ανέµου στις παράκτιες περιοχές της Ευρώπης. Εικόνα 2.2.2. Η ταχύτητα του ανέµου στις παράκτιες περιοχές της Ευρώπης (www.windatlas.dk) 8

Πολλές παράκτιες περιοχές έχουν ιδανικές συνθήκες ανέµου για τις εγκαταστάσεις αιολικής ενέργειας. Η ανία και η Αγγλία έχουν εγκαταστήσει µεγάλες υπεράκτιες εγκαταστάσεις αιολικής ενέργειας για να επωφεληθούν από τους συνεχής ανέµους. Σήµερα, µόλις πάνω από 600 MW της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας είναι εγκατεστηµένα σε όλο τον κόσµο, όλα σε ρηχά νερά (<30m) στα ανοικτά των ακτών της Ευρώπης. Τα προτεινόµενα έργα των υπεράκτιων εγκαταστάσεων αιολικής ενέργειας έως το 2010 ανέρχονται σε περισσότερα από 11.000 MW, µε περίπου 500 MW για τις Ηνωµένες Πολιτείες και τον Καναδά αντίστοιχα, µε τα υπόλοιπα MW στην Ευρώπη και την Ασία (http://ocsenergy.anl.gov/guide/wind/index.cfm). Εικόνα 2.2.3. Αεροφωτογραφία ενός υπεράκτιου αιολικού πάρκου (http://ocsenergy.anl.gov/guide/wind/index.cfm) 9

2.3. ΠΑΛΙΡΡΟΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η γενεσιουργός δύναµη των παλιρροιών είναι η βαρυτική δύναµη που προκαλεί ο Ήλιος και η Σελήνη, o Ήλιος λόγω της µεγάλης του µάζας ενώ η Σελήνη λόγω της µικρής σχετικά απόστασης από τη Γη. Η έλξη που ασκείται από αυτά τα σώµατα στη Γη (στο κέντρο της) και σε κάποιο σηµείο της επιφάνειάς της είναι διαφορετική, έτσι η γενεσιουργός αυτή δύναµη είναι αντιστρόφως ανάλογη µε το τετράγωνο της απόστασης από τον Ήλιο και τη Σελήνη. Ωστόσο η επίδραση της απόστασης είναι σηµαντική, αν ληφθεί υπόψη ότι η δράση του Ηλίου φθάνει στο ήµισυ από εκείνη της Σελήνης (http://www.bwea.com/marine/tides.html). Οι τεχνολογίες παλιρροιακής ενέργειας αξιοποιούν την αυξοµείωση της θαλάσσιας στάθµης κατά την παλίρροια. Οι παλίρροιες έχουν σταθερές περιόδους περίπου 12,5 και 24 ωρών, και για το λόγο αυτό είναι προβλέψιµες. Οι αυξοµειώσεις της θαλάσσιας στάθµης κατά την παλίρροια είναι συνυφασµένες µε «παλιρροιακά ρεύµατα», οριζόντιες µετατοπίσεις θαλάσσιας µάζας, οι οποίες έχουν περίπου την ίδια περιοδικότητα. Τα ρεύµατα είναι ισχυρά, και θεωρούνται ιδιαίτερα κατάλληλα για ενεργειακή αξιοποίηση, επειδή εµφανίζονται σε σχετικά µικρά βάθη. Η αξιοποίηση της παλιρροϊκής ενέργειας χρονολογείται από εκατοντάδες χρόνια πριν, αφού µε τα νερά που δεσµεύονταν στις εκβολές ποταµών από την παλίρροια, κινούνταν νερόµυλοι (http://www.allaboutenergy.gr/energeiaokeanon.html). Η εκµετάλλευση της δυναµικής ενέργειας της παλίρροιας γίνεται µε την κατασκευή ενός φράγµατος στην είσοδο ενός κόλπου ή θαλάσσιου διαύλου, δηµιουργώντας έτσι µία φυσική δεξαµενή. Κατά την άνοδο της παλίρροιας το νερό εισέρχεται στη φυσική αυτή δεξαµενή µέσα από υδατοφράκτες, οι οποίοι κλείνουν όταν η παλίρροια φτάσει στο µεγαλύτερο ύψος της. Οι υδατοφράκτες ανοίγουν πάλι όταν η παλίρροια έχει φτάσει στο ελάχιστο ύψος, επιτρέποντας την έξοδο του νερού διά µέσου υδροστροβίλων. Η φάση της παλίρροιας όπου τα νερά παρουσιάζουν το µεγαλύτερο "ηµερήσιο" ύψος λέγεται πλήµµη ή πληµµυρίδα (high water) (h/w). Το αντίθετο, η φάση όπου τα νερά παρουσιάζουν το µικρότερο "ηµερήσιο" ύψος λέγεται ρηχία ή άµπωτη (low water) (l/w). Η υψοµετρική διαφορά µεταξύ πλήµµης και ρηχίας ονοµάζεται εύρος παλίρροιας (range of tide). Αυτό µπορεί να µεταβάλλεται κατά τόπους µέχρι και 10m. Η παραπάνω τεχνολογία αποτελεί την τεχνολογία <πρώτης γενιάς>. Λίγοι σταθµοί αυτού του τύπου έχουν κατασκευασθεί παγκόσµια. Ο µεγαλύτερος µε συνολική ισχύ 240 MW, κατασκευάστηκε τη δεκαετία του 1960-1962 στη γαλλική πόλη La Rance (Εικόνα 2.3.1.), και λειτουργεί από τότε µε επιτυχία. Άλλοι τέτοιοι σταθµοί λειτουργούν στη Ρωσία, στη θάλασσα Barents και στον κόλπο Fundy της Νέας Σκωτίας. 10

Εικόνα 2.3.1. Ο σταθµός στη La Rance (http://bioenergynews.blogspot.com/2008/04/blog-post_1246.html) Σήµερα, τα παλιρροιακά ρεύµατα θεωρούνται ιδιαίτερα αποδοτική πηγή ενέργειας. Την τελευταία δεκαετία πολλοί ευρωπαϊκοί οργανισµοί και τεχνικές εταιρείες έχουν εστιάσει τις δραστηριότητές τους σε αυτόν τον τοµέα. Οι τεχνολογίες είναι παρόµοιες προς αυτές της αιολικής ενέργειας, χρησιµοποιούν δηλαδή στροβίλους οριζόντιου ή κατακόρυφου άξονα, πλωτούς ή εγκατεστηµένους στον θαλάσσιο πυθµένα. Λόγω της πολύ µεγαλύτερης πυκνότητας του ύδατος, το µέγεθος ενός στροβίλου παλιρροιακού ρεύµατος είναι πολύ µικρότερο, περίπου το 1/4, από αυτό µίας ανεµογεννήτριας της ίδιας ηλεκτρικής ισχύος (http://bioenergynews.blogspot.com/2008/04/blog-post_1246.html). 2.4. ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η ενέργεια του θαλάσσιου κυµατισµού είναι, όπως όλες οι ανανεώσιµες πηγές ενέργειας, ανεξάντλητη. Η ιδέα για την εκµετάλλευση του θαλάσσιου κυµατισµού δεν είναι νέα. Η πρώτη ευρεσιτεχνία χρονολογείται στα 1799, ενώ πλήθος άλλων τεχνολογιών επινοήθηκε και λειτούργησε σε µικρή κλίµακα µέχρι τα µέσα του περασµένου αιώνα. Η συντονισµένη έρευνα όµως στον τοµέα αυτό ξεκίνησε στις αρχές της δεκαετίας του 1970 µετά την µεγάλη πετρελαϊκή κρίση. Πολλές ευρωπαϊκές χώρες όπου εντοπίζονται ιδιαίτερα υψηλά επίπεδα κυµατικού δυναµικού, ξεκίνησαν εντατικές έρευνες για την ανάπτυξη τεχνολογιών εκµετάλλευσης της ενέργειας των κυµάτων. Πολλά ερευνητικά προγράµµατα αναπτύχθηκαν στην ανία, Ιρλανδία, Νορβηγία, Πορτογαλία, Σουηδία και Αγγλία µε στόχο την άµεση αλλά και µακροπρόθεσµη εκµετάλλευση της κυµατικής ενέργειας (http://www.cres.gr/kape/pdf/download/wave%20energy%20brochure.pdf). Υπολογίζεται ότι η αξιοποίηση του 1% του κυµατικού δυναµικού του πλανήτη µας θα κάλυπτε στο τετραπλάσιο την παγκόσµια ενεργειακή ζήτηση. Παρουσιάζει µεταξύ των ανανεώσιµων πηγών την υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα. Για παράδειγµα, σε ηµερήσια βάση, η ενέργεια κυµατισµού 11

ύψους 1m µπορεί -σε µέτωπο πλάτους µόλις ενός µέτρου- να ξεπεράσει τις 300 kwh. Από την ενέργεια αυτή θα µπορούσε να µετατραπεί σε ηλεκτρισµό τουλάχιστον το 5-10%, περίπου 15-30 kwh ηµερησίως. Συγκριτικά αναφέρεται ότι µία τετραµελής οικογένεια καταναλώνει κατά µέσον όρο 10 kwh ηµερησίως. Μεταξύ των διάφορων µορφών κυµατισµού, τα ανεµογενή κύµατα, που δηµιουργούνται από την αλληλεπίδραση του ανέµου µε τη θαλάσσια επιφάνεια, παρουσιάζουν το µεγαλύτερο ενδιαφέρον για ενεργειακή εκµετάλλευση (http://bioenergynews.blogspot.com/2008/04/blogpost_1246.html). Τα θαλάσσια κύµατα προέρχονται από τον άνεµο που φυσά κατά µήκος του ωκεανού. Αυτή η µεταφορά ενέργειας παρέχει µια φυσική αποθήκη αιολικής ενέργειας στο νερό κοντά στην επιφάνεια της θάλασσας. Τα κύµατα µπορούν να ταξιδέψουν πολλά χιλιόµετρα µε µικρή απώλεια ενέργειας. Αρκετά κοντά στην ακτογραµµή η ένταση των κυµάτων µειώνεται εξαιτίας της αλληλεπίδρασης τους µε τον πυθµένα. Η ενέργεια ενός κύµατος είναι ανάλογη του τετραγώνου του πλάτους και της περιόδου του κύµατος. Κύµατα µε µεγάλη περίοδο 1-10s και µεγάλο πλάτος 2m, έχουν ροές ενέργειας που ξεπερνούν τα 40-50 kw ανά µέτρο πλάτους κύµατος. Όπως οι περισσότερες µορφές των ανανεώσιµων πηγών ενέργειας, έτσι και η κυµατική ενέργεια είναι άνισα κατανεµηµένη ανά την υφήλιο. Αυξηµένη κυµατική δραστηριότητα βρίσκεται ανάµεσα στα γεωγραφικά πλάτη 30 ο και 60 ο και στα δύο ηµισφαίρια, που προκαλείται από τους δυτικούς ανέµους (Westerlies) που πνέουν στις περιοχές αυτές (http://www.cres.gr/kape/pdf/download/wave%20energy%20brochure.pdf). Πιο συγκεκριµένα, τα υψηλότερα επίπεδα κυµατικής ενέργειας σε παγκόσµια κλίµακα εµφανίζονται στην περιοχή του Ανατολικού Ατλαντικού και του Νότιου Ειρηνικού (Εικόνα 2.4.1.). Σύµφωνα µε πρόσφατες µελέτες, το υπεράκτιο κυµατικό δυναµικό για τις χώρες της Ε.Ε., συµπεριλαµβανόµενης της Νορβηγίας, εκτιµάται σε 320 GW, από τα οποία περίπου 30 GW αφορούν την Μεσόγειο Θάλασσα. Σε ετήσια βάση, ο µέσος όρος κυµατικής ισχύος ανά µέτρο µετώπου κύµατος κυµαίνεται στον Ανατολικό Ατλαντικό σε 25-70 kw/m, στην Βόρειο Θάλασσα 10-25 kw/m και στο Αιγαίο (όπου παρουσιάζονται οι υψηλότερες τιµές κυµατικής ισχύος στην Μεσόγειο) 4-11 kw/m. Το τεχνικά εκµεταλλεύσιµο κυµατικό δυναµικό για τα κράτη µέλη της Ευρωπαϊκής Ένωσης υπολογίζεται συνολικά σε 150-230 TWh/έτος, από τα οποία 5-9 TWh/έτος αντιστοιχούν στις ελληνικές θάλασσες (http://vergina.eng.auth.gr/iht/b%20tomos/b03%20- %20YDROHLEKTRIKA%20-%20ENERGEIA%20KYMMATWN/03- Lemonis KYMATIKH%20ENERGEIA%20.pdf). 12

Εικόνα 2.4.1. Χάρτης του παγκόσµιου κυµατικού δυναµικού σε kw/m (http://bioenergynews.blogspot.com/2008/04/blog-post_1246.html) Υπάρχουν τεχνολογίες όπως η παλλόµενη στήλη ύδατος, πλωτήρες, πλωτές δεξαµενές, πλωτά αρθρωτά συστήµατα, (οι οποίες θα αναλυθούν σε παρακάτω κεφάλαιο) και µπορούν επιτυχώς να χρησιµοποιηθούν για την ηλεκτροδότηση παράκτιων περιοχών και νησιών (http://bioenergynews.blogspot.com/2008/04/blog-post_1246.html). Ένας τύπος εκµετάλλευσης της ενέργειας των κυµάτων είναι αυτός που απεικονίζεται στην Εικόνα 2.4.2. Η κινητική ενέργεια των κυµάτων µπορεί να περιστρέψει την τουρµπίνα, όπως φαίνεται στην Εικόνα. Η ανυψωτική κίνηση του κύµατος πιέζει τον αέρα προς τα πάνω, µέσα στο θάλαµο και θέτει σε περιστροφική κίνηση την τουρµπίνα έτσι ώστε η γεννήτρια να παράγει ρεύµα. Για παράδειγµα, η παραγόµενη ενέργεια είναι σε θέση να καλύψει τις ανάγκες µιας οικίας ή ενός φάρου (http://www.allaboutenergy.gr/energeiaokeanon.html). 13

Εικόνα 2.4.2. Σχηµατική διάταξη παραγωγής ηλεκτρικού ρεύµατος από τον κυµατισµό της θάλασσας (http://www.allaboutenergy.gr/energeiaokeanon.html) 14

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 3.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι άνεµοι, ορίζονται σαν µεγάλες αέριες µάζες που µετακινούνται πολύ γρήγορα από τη µια περιοχή στην άλλη και δηµιουργούνται µέσω της ανοµοιογενής θέρµανσης της επιφάνειας της γης από την ηλιακή ακτινοβολία. Η αξιοποίηση της κινητικής ενέργειας του ανέµου µέσω της τωρινής τεχνολογίας µπορεί να καλύψει παραπάνω από το διπλάσιο των ανθρώπινων αναγκών για ηλεκτρική ενέργεια (http://www.cres.gr/kape/energeia_politis/energeia_politis_wind_eng.htm). Ένα αιολικό πάρκο αποτελείται από µια οµάδα ανεµογεννητριών που χρησιµοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύµατος. Οι µεµονωµένες ανεµογεννήτριες συνδέονται µε ένα ηλεκτρικό δίκτυο µέσης τάσης (συνήθως 34,5kV). Μέσω ενός υποσταθµού η µέση τάση του ηλεκτρικού ρεύµατος αυξάνεται για τη σύνδεση µε το δίκτυο µεταφοράς υψηλής τάσης. Ένα µεγάλο αιολικό πάρκο µπορεί να αποτελείται από µερικές δεκάδες έως εκατοντάδες επιµέρους ανεµογεννητριών, και καλύπτει µια εκτεταµένη περιοχή εκατοντάδων τετραγωνικών µιλίων. Ένα αιολικά πάρκο µπορεί να εγκατασταθεί σε µια παράκτια περιοχή σε απόσταση 3km στην ακτογραµµή ή στην θάλασσα έως και 10km από την στεριά (Εικόνα 3.1.1.). Ένα αιολικό πάρκο µπορεί να εγκατασταθεί στην θάλασσα, σε περιοχές που απέχουν 10km και περισσότερο, από την στεριά (Εικόνα 3.1.2.). Η µέση ταχύτητα του ανέµου σε αυτές τις περιοχές είναι συνήθως σηµαντικά υψηλότερη από ότι στις παράκτιες περιοχές ή στην στεριά (http://en.wikipedia.org/wiki/wind_farm). Εικόνα 3.1.1. α) Αιολικό πάρκο σε παράκτια περιοχή (http://www.darvill.clara.net/altenerg/wind.h tm#intro) Εικόνα 3.1.2. β) Υπεράκτιο αιολικό πάρκο (http://en.wikipedia.org/wiki/file:danis hwindturbines.jpg) 15

Η υπεράκτια αιολική ενέργεια αποτελεί µία πολλά υποσχόµενη µορφή ανανεώσιµης πηγή ενέργειας και η εκµετάλλευσή της µπορεί να ικανοποιήσει άµεσα τόσο την παγκόσµια απαίτηση για ανανεώσιµες και καθαρές µορφές ενέργειας όσο και την αναγκαιότητα για εξασφάλιση νέων ενεργειακών πηγών,δεδοµένων των περιβαλλοντικών αλλαγών του πλανήτη και των ιδιαίτερα υψηλών τιµών του πετρελαίου και των άλλων καυσίµων. Συγκριτικά µε τα χερσαία έργα αιολικής ενέργειας, η κατασκευή υπεράκτιων ανεµογεννητριών απαιτεί εφαρµοσµένη µηχανική όσον αφορά την υποδοµή, την τοποθέτηση, την ηλεκτρική σύνδεση και τη χρήση υλικών που αντέχουν στις διαβρώσεις του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Για το λόγο αυτό, παρά το γεγονός ότι η ταχύτητα των υπεράκτιων ανέµων είναι γενικά µεγαλύτερη από αυτήν των ανέµων στη στεριά, δεν έχει γίνει ιδιαίτερη σηµαντική υπεράκτια χρήση των ανεµογεννητριών κατά το παρελθόν. Είναι γεγονός ότι από το 1970 µέχρι το 1990 οι ανεµογεννήτριες περιορίζονταν κυρίως σε χερσαίες εγκαταστάσεις. Ωστόσο, η αύξηση του µεγέθους και της αποδοτικότητας των ανεµογεννητριών, σε συνδυασµό µε τα πλεονεκτήµατα της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας, µείωσαν τα κόστη ανάθεσης και λειτουργίας των υπεράκτιων αιολικών πάρκων. Ένας ακόµα παράγοντας που είχε σηµαντική επίδραση στην ανάπτυξη της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας ήταν οι εξελίξεις στο σχεδιασµό, όπως η εισαγωγή νέων υλικών (π.χ. ανθρακοΐνες, ίνες γυαλιού). Τα νέα υλικά παρείχαν στους µηχανικούς τη δυνατότητα να αντιµετωπίσουν κρίσιµα θέµατα όπως το διαβρωτικό θαλάσσιο περιβάλλον ή τα µεγαλύτερα, στιβαρότερα και ελαφρύτερα πτερύγια του ρότορα. Οι πρώτες µικρές πειραµατικές υπεράκτιες µονάδες τέθηκαν σε λειτουργία για λόγους επίδειξης. Το 1991 στη ανία ξεκίνησε η λειτουργία του πρώτου υπεράκτιου αιολικού πάρκου κοντά στο Vindeby στα ανοικτά των ακτών του Lolland. Τα πρώτα βήµατα στην κατεύθυνση της εµπορικής υπεράκτιας χρήσης της αιολικής ενέργειας έχουν γίνει στα τέλη της δεκαετίας του '90 (http://vivliothmmy.ee.auth.gr/813/1/diploma.pdf). 16

3.2. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΥΠΕΡΑΚΤΙΩΝ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΠΑΡΚΩΝ Βασικό στοιχείο κάθε αιολικού πάρκου, είτε χερσαίου είτε θαλάσσιου, είναι οι ανεµογεννήτριες. Υπάρχουν πολλών ειδών ανεµογεννήτριες οι οποίες µπορούν να χωριστούν σε δύο κύριες κατηγορίες (Εικόνα 3.2.1.): 1. Τις ανεµογεννήτριες οριζόντιου άξονα. Αποτελούνται στη συντριπτική τους πλειοψηφία από δύο ή τρία πτερύγια και θυµίζουν ιδιαίτερα έλικα αεροπλάνου. Οι σύγχρονες ανεµογεννήτριες διαθέτουν µοντέρνα αεροδυναµική σχεδίαση, που οφείλεται στην πρόοδο του σχεδιασµού των αεροπορικών πτερυγίων και ελίκων. Οι µηχανές που έχουν την µεγαλύτερη εµπορική επιτυχία είναι τρίπτερες ή δίπτερες µεγέθους περίπου µέχρι 1MW και κατασκευάζονται στη ανία, τις ΗΠΑ, την Αγγλία, την Ολλανδία, τη Γερµανία, την Ιταλία, την Ισπανία, το Βέλγιο, την Ιαπωνία, την Αυστρία και την Κίνα. Μονόπτερες µηχανές κατασκευάζονται κυρίως στη Γερµανία και την Ιταλία (http://vivliothmmy.ee.auth.gr/813/1/diploma.pdf). 2. Τις ανεµογεννήτριες κατακόρυφου άξονα. Οι µηχανές κατακόρυφου άξονα στηρίζονται στις ιδέες του Georges Darrieus και τις επινοήσεις του γύρω στο 1925. Η απόδοση µιας ανεµογεννήτριας εξαρτάται από το µέγεθος της και την ταχύτητα του ανέµου. Το µέγεθος της είναι συνάρτηση των αναγκών που καλείται να εξυπηρετήσει και ποικίλει από µηχανές που παράγουν µερικές ή εκατοντάδες Watt και φτάνουν τα µερικά MW (http://www.cres.gr/kape/energeia_politis/energeia_politis_windmill.htm). Εικόνα 3.2.1. Οι δύο κατηγορίες των ανεµογεννητριών (http://www.generalcover.gr/images/ane mo.jpg) Εικόνα 3.2.2. Ανεµογεννήτρια οριζόντιου άξονα (http://www.cres.gr/kape/energeia_poli tis/energeia_politis_windmill.htm) 17

Μια ανεµογεννήτρια συνίσταται από: I. Τουρµπίνα Οι τουρµπίνες που χρησιµοποιούνται για την εκµετάλλευση της ενέργειας του ανέµου στα τωρινά παράκτια και υπεράκτια έργα, συνήθως είναι µηχανές που σχεδιάστηκαν για να χρησιµοποιηθούν στη ξηρά αλλά µε τροποποιήσεις, όπως µια µεγάλη γεννήτρια µε µεγαλύτερη εξειδίκευση στα όργανα λειτουργίας και µε περισσότερα εξαρτήµατα, συγκεκριµένα ηλεκτρικά συστήµατα. Οι απαιτήσεις από µια παράκτια τουρµπίνα διαφέρουν από εκείνες της ξηράς, όµως η ανάγκη για υψηλή αξιοπιστία οδήγησε στη χρήση ήδη δοκιµασµένων τουρµπινών (http://www.offshorewindenergy.org/). Μια τουρµπίνα αποτελείται από (Εικόνα 3.2.3.): 1. Ανεµόµετρο (Anemometer): Μετρά την ταχύτητα του ανέµου και µεταδίδει τα δεδοµένα της ταχύτητας ανέµου στον ρυθµιστή. 2. Λεπίδες ή Πτερύγια (Blades): Οι περισσότερες ανεµογεννήτριες έχουν δύο ή τρεις λεπίδες. Ο άνεµος που φυσάει πάνω στις λεπίδες τις ωθεί να περιστραφούν. 3. Pitch: Χρησιµοποιείται για την αλλαγή της κατεύθυνσης των πτερυγίων. 4. Εφεδρικό Φρένο (Brake): Ένα δισκόφρενο, που µπορεί να εφαρµοστεί µηχανικά, ηλεκτρικά, υδραυλικά ή να σταµατήσει το ρότορα σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης. 5. Ρυθµιστής (Controller): Ο ρυθµιστής της λειτουργίας µιας ανεµογεννήτριας ξεκινά τη µηχανή σε ταχύτητες ανέµου περίπου 8 έως 16 µίλια/ώρα (mph) και σβήνει τη µηχανή στα περίπου 55mph. Οι ανεµογεννήτριες δεν λειτουργούν σε ταχύτητες ανέµου πάνω από περίπου 55 µίλια/ώρα διότι µπορεί να καταστραφούν από τους δυνατούς ανέµους. 6. Κιβώτιο ταχυτήτων (Gear box): Το κιβώτιο συνδέει τον άξονα της χαµηλής ταχύτητας ως προς τον άξονα υψηλής ταχύτητας και αυξάνει τις ταχύτητες περιστροφής από περίπου 30 έως 60 περιστροφές/λεπτό (rpm) σε περίπου 1000 µε 1800 στροφές/λεπτό, η ταχύτητα περιστροφής που απαιτείται από τις περισσότερες γεννήτριες για την παραγωγή ηλεκτρισµού. Το κιβώτιο ταχυτήτων είναι δαπανηρό (και βαρύ) µέρος των ανεµογεννητριών και οι µηχανικοί ερευνούν γεννήτριες που λειτουργούν σε χαµηλότερες ταχύτητες περιστροφής και δεν χρειάζονται κιβώτια ταχυτήτων. 7. Γεννήτρια (Generator): Συνήθως είναι µια γεννήτρια επαγωγής που παράγει 60-cycle AC ηλεκτρικής ενέργειας. 8. Υψηλής ταχύτητας άξονας (High-speed shaft): Λειτουργεί την γεννήτρια. 9. Χαµηλής ταχύτητας άξονας (Low-speed shaft): Ο ρότορας περιστρέφει τον άξονα µε χαµηλή ταχύτητα περίπου 30 έως 60 περιστροφές ανά λεπτό. 18

10. Άτρακτος (Nacelle) : Η άτρακτος βρίσκεται στην κορυφή του πύργου και περιέχει το κιβώτιο ταχυτήτων, τους άξονες χαµηλής και υψηλής ταχύτητας, την γεννήτρια, τον ρυθµιστή, και τα φρένα. 11. Ρότορας (Rotor): Οι λεπίδες και η πλήµνη µαζί ονοµάζονται ρότορας (δροµέας). 12. Πύργος (Tower): Οι πύργοι είναι κατασκευασµένοι από ατσάλινους σωλήνες (Εικόνα 3.2.3.), σκυρόδεµα, ή από πλέγµα χάλυβα. Επειδή η ταχύτητα του ανέµου αυξάνει µε το ύψος, οι ψηλότεροι πύργοι επιτρέπουν στις τουρµπίνες να συλλέξουν περισσότερη ενέργεια και να παράγουν περισσότερο ηλεκτρικό ρεύµα. 13. Ανεµοδείκτης (Wind vane): Μέτρα την διεύθυνση του ανέµου και επικοινωνεί µε τη µονάδα εκτροπής ώστε να προσανατολίσει σωστά την τουρµπίνα σε σχέση µε τον άνεµο. 14. ίσκος εκτροπής (Yaw drive): Χρησιµοποιείται στις ανεµογεννήτριες που λειτουργούν µε ανάλογα µε την κατεύθυνση που φυσά ο άνεµος. Είναι απαραίτητος σε αυτές ώστε να κρατήσει το δροµέα προς τον άνεµο σύµφωνα µε τις αλλαγές της κατεύθυνσης του. Οι ανεµογεννήτριες που δεν κινούνται ανάλογα µε τη κατεύθυνση του ανέµου δεν απαιτούν µια µονάδα εκτροπής, ο άνεµος φυσάει το δροµέα κατάντη. 15. Κινητήρας εκτροπής (Yaw motor): Είναι αρµόδιος για την κίνηση του δίσκου εκτροπής. (http://www1.eere.energy.gov/windandhydro/wind_how.html) Εικόνα 3.2.3. Τα µέρη που αποτελείται µια τουρµπίνα (http://www.wwindea.org/technology/ch01/imgs/1_2_img1.jpg) 19

Συγκριτικά µε τις χερσαίες, οι υπεράκτιες ανεµογεννήτριες έχουν περισσότερες απαιτήσεις όσον αφορά τον τεχνικό τους εξοπλισµό. Οι κυριότερες διαφορές τους αφορούν τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Πολύ µεγαλύτερη αντιδιαβρωτική προστασία σε όλα σχεδόν τα δοµικά στοιχεία. Άτρακτοι µε καλύτερη σφράγιση. Κλειστό σύστηµα ψύξης για τη γεννήτρια. Συστήµατα παρακολούθησης και ελέγχου που µπορούν να ξανά προγραµµατιστούν από τη στεριά. Ύπαρξη ειδικού γερανού επάνω στην άτρακτο για τη διευκόλυνση της συντήρησης και επισκευής. Ειδικά εργαλεία άρσης στην άτρακτο και στον πύργο για τα βαρέα στοιχεία και φορτία. Πλατφόρµες σύνδεσης για σκάφη συντήρησης µε ειδικές ενισχύσεις πρόσβασης σε περίπτωση θαλασσοταραχής. Φωτισµό, σύµφωνα µε τους κανόνες στη θάλασσα. (http://vivliothmmy.ee.auth.gr/813/1/diploma.pdf) II. Είδη θεµελιώσεων Τα περισσότερα αιολικά πάρκα ως βάση της κατασκευής τους, στα πολύ ρηχά νερά (κάτω των 5m) έχουν χαλίκια, ενώ σε µεσαία βάθη (πάνω των 5 µέτρων) έχουν στύλους (monopiles). Θεµελίωση βαρύτητας µε χαλίκια Τα χαλίκια σαν βάση των κατασκευών έχουν χρησιµοποιηθεί στα πρώτα τρία παράκτια αιολικά πάρκα στην ανία. Η Εικόνα 3.2.4. δείχνει τον τύπο της βάσης που χρησιµοποιήθηκε στο Middelgrunden. Η κατασκευή έχει µια µεγάλη επίπεδη βάση, για να αντέχει στις περιστροφικές δυνάµεις που προκαλούνται από το ρότορα (περιστροφικό µοτέρ µε έλικες) της τουρµπίνας, το µέγεθος του οποίου εξαρτάται από την µορφολογία του εδάφους και το καθεστώς του κύµατος. 20

Εικόνα 3.2.4. Βάση της κατασκευής από χαλίκια (http://www.offshorewindenergy.org/) Εικόνα 3.2.5. Αιολικό πάρκο στο Middelgrunden της ανίας (http://www.ewea.org/fileadmin/ewea_documents/images/publications/offshore_report/eweaoffshore_report.pdf) Θεµελίωση µονού πυλώνα (monopile) Η πρόσφατη φιλοσοφία σχεδιασµού των αιολικών πάρκων σε βάθη µεγαλύτερα από 20m στηρίζεται στον µονό πυλώνα. Ο τρόπος εγκατάστασης (µεταφορά, εκσκαφή ή ένωση) εξαρτάται από τις ιδιότητες του εδάφους, το βάθος του νερού και την εµπειρία του υπεύθυνου για το έργο. Οι πυλώνες είναι συνήθως περίπλοκες κατασκευές και για αυτό είναι δύσκολο να σχεδιαστούν, για παράδειγµα αβεβαιότητες στην δοµή του εδάφους µπορούν να οδηγήσουν σε µια κατασκευή µε εντελώς διαφορετική κατασκευαστική συχνότητα από αυτή για την οποία σχεδιάστηκε. 21

Εικόνα 3.2.6. Πυλώνας ως στήριξη της κατασκευής (http://www.offshorewindenergy.org/) Τρίποδο Για τα µεγαλύτερα βάθη ως βάση της κατασκευής µπορούν να χρησιµοποιηθούν τα τρίποδα (όµως ακόµη δεν έχει αποφασιστεί). Ήδη υπάρχει ένα είδος παράκτιας τουρµπίνας που κατασκευάστηκε πάνω σε τρίποδο. Η πρώτη τοποθετήθηκε στο Nogersund της Σουηδίας, παρόλα αυτά αυτή ήταν µια µικρή τουρµπίνα τοποθετηµένη σε ρηχά νερά. Σήµερα παρατηρείται αρνητική αντιµετώπιση προς την κατασκευή τέτοιων δοµών στο µέλλον. Εικόνα 3.2.7. Τρίποδο ως στήριξη της κατασκευής (http://www.offshorewindenergy.org/) Πλωτή κατασκευή Η χρήση των πλωτών κατασκευών θα εξαρτηθεί, αν θα µπορέσει το υψηλό κόστος τους να ξεπεραστεί από την εύρεση καινοτόµων λύσεων στην κατασκευή τους και στην εγκατάσταση. Χώρες στην Βόρεια Ευρώπη είναι τυχερές σε αυτό το τοµέα, γιατί πολλές έχουν σηµαντικές 22

εκτάσεις µε ρηχά νερά κοντά στην ακτή τους και κοντά στα κέντρα ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας µε αποτέλεσµα να είναι οι πρώτες που θα αναπτυχθούν. Εικόνα 3.2.8. Πλωτή κατασκευή (http://www.offshorewindenergy.org/) Εικόνα 3.2.9. Είδη πλωτών κατασκευών (http://offshorewind.net/other_pages/t urbine-foundations.html) Εικόνα 3.2.10. Είδη θεµελίωσης µιας ανεµογεννήτριας ανάλογα µε το βάθος της θάλασσας (http://ocsenergy.anl.gov/guide/wind/ind ex.cfm) 23

Σε µεγάλα υπεράκτια αιολικά πάρκα, η ηλεκτρική υποδοµή αποτελεί ένα ανεξάρτητο και συγκριτικά πιο πολύπλοκο σύστηµα από την αντίστοιχη εγκατάσταση σύνδεσης των ανεµογεννητριών στην ξηρά. Υπάρχουν τρεις πτυχές που πρέπει να ληφθούν υπόψη πολύ περισσότερο από ό, τι στη στεριά. Είναι η αξιοπιστία των συστηµάτων, το υψηλότερο κόστος των υλικών και της εγκατάστασης στη θάλασσα καθώς και η πολύ µεγαλύτερη απόσταση για τη µεταφορά της ενέργειας µε τη γη. Οι ηλεκτρικές υποδοµές µπορούν να υποδιαιρεθούν σε τέσσερις τοµείς: Το εσωτερικό σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας του αιολικού πάρκου. Ο υπεράκτιος σταθµός µετατροπής τάσης. Το καλώδιο διασύνδεσης από τη θάλασσα στη στεριά. Σύνδεση µε το διασυνδεδεµένο δίκτυο στη στεριά. (http://vivliothmmy.ee.auth.gr/813/1/diploma.pdf) Εικόνα 3.2.11. Τυπική διάταξη ενός υπεράκτιου αιολικού πάρκου (http://ocsenergy.anl.gov/documents/docs/nrel_scoping_6_06_2006_web.pdf) 24

3.3. ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ Σύµφωνα µε την παγκόσµια κατανοµή των υπεράκτιων αιολικών πάρκων, τα περισσότερα είναι εγκατεστηµένα στην Ευρώπη, µε την Αγγλία (883MW) και την ανία (639MW) να αποτελούν τις δύο κορυφαίες χώρες. Η Αγγλία ξεπέρασε το 1 GW τον Απρίλιο του 2010 µετά από δύο ακόµη υπεράκτια αιολικά πάρκα που έθεσε σε λειτουργία. Η Κίνα το 2009, εγκατέστησε το πρώτο µεγάλο υπεράκτιο αιολικό πάρκο εκτός Ευρώπης. Το έργο λειτούργησε στις αρχές του 2010 και έχει δυναµικότητα 102 MW. Το 2009, η Ιαπωνία πρόσθεσε στο ενεργειακό δυναµικό της 1 MW. Στην Αµερική δεν κατατέθηκαν προγράµµατα για νέα υπεράκτια αιολικά πάρκα το έτος 2009, παρόλα αυτά πάνω από 10 είναι στο στάδιο της έγκρισης. Τον Απρίλιο του 2010 εγκρίθηκε το έργο Cape Wind κοντά στην ακτή της Μασαχουσέτης, µε δυναµικότητα 420 MW (http://www.ren21.net/globalstatusreport/ren21_gsr_2010_full.pdf). 3.3.1. ΤΑ ΥΠΕΡΑΚΤΙΑ ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ Από όλους τους τύπους των ανανεώσιµων πηγών ενέργειας στο θαλάσσιο περιβάλλον, τα αιολικά πάρκα έχουν αναπτυχθεί γρηγορότερα, µε εγκαταστάσεις γύρω από τις ακτές της Αµερικής, στη Βόρειο Θάλασσα, στη Βαλτική Θάλασσα, στα ανοικτά των ακτών της Γερµανίας και της ανίας. Σήµερα υπάρχουν 31 αιολικά πάρκα σε λειτουργία, 9 υπό κατασκευή, 18 εγκεκριµένα, και 9 υπό έγκριση. Στην Εικόνα 3.3.1 φαίνεται η θέση των εν λόγω περιοχών, καθώς και ο Πίνακας 3.1. δείχνει τις λεπτοµέρειες για τα αιολικά πάρκα που βρίσκονται σε λειτουργία. Μεταξύ του έτους 2000 και 2004 ο αριθµός των αιολικών πάρκων αυξήθηκε κατά 42,3%. Στη συνέχεια επεκτάθηκε γρήγορα µεταξύ του έτους 2005 και του 2009, όταν αυξήθηκαν κατά 257,7% (http://www.iwcoffice.org/_documents/sci_com/sc61docs/sc-61-e7.pdf). 25

Εικόνα 3.3.1. Υπεράκτια αιολικά πάρκα στην Ευρώπη (http://www.iwcoffice.org/_documents/sci_com/sc61docs/sc-61-e7.pdf). 26

Πίνακας 3.1. Στοιχεία των αιολικών πάρκων στην Ευρώπη Σε λειτουργία Σηµείο No. Όνοµα Τοποθεσία Περιοχή Τουρµπίνες Κατασκευαστής Χώρα Χρόνος Ενεργειακή παραγωγή Ενεργειακή ικανότητα Πηγή πληροφοριών 0 Scroby Sands 3km NE Great Yarmouth Norfolk 30 E.ON UK Renewables Αγγλία 2004 2MW 60MW BWEA website www.bwea.com/ukwed/ operational.asp 1 Wether Hill Dunfries & Galloway 14 Scottish Power Σκωτία 2007 1.3MW 18.2MW BWEA website www.bwea.com/ukwed/ operational.asp 2 Barrow 7km Walney Island North West/ Cumbria 30 DONG Energy/ Centrica Renewable Αγγλία 2006 3MW 90MW BWEA website www.bwwa.com/ukwed/ operational.asp 3 Beatrice Beatrice Oilfield, Moray Firth Scotland 2 Scottish and Southern Σκωτία 2007 5MW 10MW BWEA website www.bwea.com/ukwed/ operational.asp 4 Blyth Offshore 1km Blyth Harbour North East Northumberla nd 2 E.ON UK Renewables Αγγλία 2000 2MW 3,8ΜW BWEA website www.bwea.com/ukwed/ operational.asp 5 Burbo Bank 5.2km Crosby North West/ Merseyside 25 DONG Energy Αγγλία 2007 3.6MW 90MW BWEA website www.bwea.com/ukwed/ operational.asp 6 Kentish 8.5km υπεράκτια του Whitstable North West Kent 30 Vattenfall Αγγλία 2005 3MW 90MW BWEA website www.bwea.com/ukwed/ operational.asp 27