Πιλοτικό πρόγραμμα με μονάδα αφαλάτωσης και παραγωγή υδρογόνου από ΑΠΕ στην Ίο Γιώργος Κάραλης, Δρ Μηχανολόγος Μηχανικός ΕΜΠ Μάνος Ζούλιας, Δρ Χημικός Μηχανικός ΕΜΠ
Γενικά (χαρακτηριστικά και ανάγκες νησιών) Γιατί στην Ίο; Περιγραφή συστήματος Αιολικής ενέργειας με αντλησιοταμίευση Περιγραφή συστήματος Αιολικής ενέργειας Αφαλάτωσης Παραγωγής Υδρογόνου και χρήσης σε οχήματα με κυψέλες καυσίμου Διαστασιολόγηση Κοστολόγηση Αναμενόμενα οφέλη Δομή Παρουσίασης Διαπιστώσεις - Συμπεράσματα 1/27
Γενικά (1/4) Τα μη διασυνδεδεμένα ηλεκτρικά συστήματα των ελληνικών νησιών χαρακτηρίζονται από: Υψηλό κόστος παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας Εξάρτηση από το πετρέλαιο Χαμηλό συντελεστή φορτίου Έλλειψη νερού - Υψηλό κόστος νερού (υδροφόρες, λιμνοδεξαμενές) Χαρακτηριστικά ζήτησης: Ηλεκτρικής ενέργειας (Έντονες διακυμάνσεις εντός των 24 ωρών, και έντονες εποχιακές διακυμάνσεις) Νερού (αύξηση τους καλοκαιρινούς μήνες) 2/27
Γενικά (2/4) Οι μεταφορές αποτελούν τον κύριο λόγο αύξησης της ενεργειακής ζήτησης μέχρι το 2020 στην Ευρώπη. Νέοι δεσμευτικοί στόχοι Ευρωπαϊκής Ένωσης (18% της κατανάλωσης ενέργειας από ΑΠΕ το 2020) Ανάγκη επιτάχυνσης δράσεων σε Ηλεκτρισμό, Θερμότητα και Μεταφορές Ραγδαία αύξηση τιμής πετρελαίου $/b Ελάχιστη τιμή Μέγιστη τιμή Μέση τιμή 2005 43 68 54 2006 55 78.5 65 2007 49 96.6 73 2008 88 110 97 3/27
Γενικά (3/4) Για τα μη Διασυνδεδεμένα νησιά ισχύουν περιορισμοί της διείσδυσης αιολικής ισχύος: 30% της αιχμής τουπροηγούμενουέτους(υα 8295/95) Μεθοδολογία ΡΑΕ (2003) και προκήρυξη νέου περιθωρίου ισχύος Αιτήσεις από μεγάλες εταιρίες για αιολικά πάρκα μεγάλης κλίμακας και διασύνδεση νησιών Μελέτες διασύνδεσης (ΡΑΕ, ΕΜΠ) Σε περίπτωση διασύνδεσης, επιτρεπόμενη αιολική ισχύς ίση ή το πολύ διπλάσια με την αιχμή (ανακοίνωση ΡΑΕ) Σχέδιο Ειδικού χωροταξικού πλαισίου για τις ΑΠΕ, ορίζει μέγιστη πυκνότητα «τυπικών» ανεμογεννητριών ανά km 2 Νέα νομοθεσία για υβριδικά συστήματα 4/27
Γενικά (4/4) Μέγιστη επιτρεπόμενη ισχύς φωτοβολταϊκών σταθμών (Απόφαση της ΡΑΕ 85/2007): 15% του μέσου ετήσιου φορτίου σε νησιά όπου έχει ήδη αδειοδοτηθεί σημαντική ισχύς αιολικών πάρκων 35% του μέσου ετήσιου φορτίου σε νησιά όπου δεν έχουν αδειοδοτηθεί αιολικά πάρκα Σύμφωνα με το Πρόγραμμα Ανάπτυξης Φωτοβολταϊκών του Υπουργείου Ανάπτυξης: 700MW (500MW στην κυρίως Ελλάδα και 200MW στα μη διασυνδεδεμένα νησιά). Σύμφωνα με τη ΡΑΕ οι δυνατότητες ανάπτυξης φωτοβολταϊκών σταθμών προσδιορίζονται σε 100,95 MWp (96/2007), για το σύνολο των μη διασυνδεδεμένων νησιών. 5/27
Κυκλάδες Κεα Κυθνο ς Σερ ιφο ς Ανδρο ς Συρ ο ς Αντιπ αρος Σιφνο ς Κιμωλο ς Την ο ς Παρο ς Ιο ς Σικιν ο ς Μυκο ν ο ς Να ξο ς Σχ ο ιν ο υσα Ηρ ακλεια Κο υφο ν ησ ια Ελινα 82.000 Μόνιμοι Κάτοικοι Αριθμός Κλινών Πληθυσμιακή Πυκνότητα (Κάτοικοι/km²) 60-195 30-60 15-30 0-15 Δονουσα Αμοργος Γεωγραφική ασυνέχεια Ανισόμετρη ανάπτυξη Γεωγραφική Τομεακή Πυκνότητα πληθυσμού Μόνιμοι κάτοικοι / αριθμός κλινών Ετερογένεια στη χωρική κατανομή και διάρθρωση (Διοικητικών υπηρεσιών, Κοινωνικών υπηρεσιών, Υπηρεσιών εκπαίδευσης) Μηλο ς Φο λεγανδ ρ ο ς Θηρασια Θηρα Αναφη 6/27
Κυκλάδες: Υδατικοί Πόροι-Προβλήματα Υδατοστεγείς γεωλογικοί σχηματισμοί δεν επιτρέπουν τη διαμόρφωση υπόγειων υδροφορέων ικανοποιητικής απόδοσης Μικρή έκταση και έντονο ανάγλυφο δεν επιτρέπουν τον εμπλουτισμό των υπόγειων υδροφορέων Χαμηλό ετήσιο ύψος βροχής περιορίζει επιφανειακή απορροή και κατείσδυση Εποχιακή αύξηση πληθυσμού τη θερινή περίοδο Μόνιμος πληθυσμός περίπου 95000 κάτοικοι Αύξηση το καλοκαίρι 5-7 φορές Στο ελάχιστο σημείο υδρολογικού δυναμικού Μεγάλη τουριστική ανάπτυξη των ακτών Υπερεκμετάλλευση των παράκτιων υδροφορέων (υφαλμύρωση) Συνεπώς: Ανάγκη ολοκληρωμένων λύσεων για τα νησιά στο τρίπτυχο ηλεκτρισμός / νερό / μεταφορές. 7/27
Σημασία συμμετοχής της τοπικής αυτοδιοίκησης θετική αντίδραση τοπικής κοινωνίας (παράδειγμα Κρήτης) Υπό σχεδίαση έργο Αιολικής Ενέργειας με Αντλησιοταμίευση Υφιστάμενη δεξαμενή (ύδρευση και άρδευση) Τοπικό ηλεκτρικό σύστημα νησιών / ανάγκη αποκέντρωσης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Ανάγκη εξασφάλισης νερού Γιατί στην Ίο; 8/27
Γιατί στην Ίο; Σύστημα Παρο-Ναξίας (αιχμή: 62MW, Ετήσια ζήτηση: 203GWh) 70 60 50 40 Transportations 42% Domestic sector 28,5% 30 20 10 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Tertiary sector 10,3% Industry 10,2% Agriculture 8,9% 9/27
Σύστημα αιολικής ενέργειας με αντλησιοταμίευση 10/27
Σύστημα αιολικής ενέργειας με αντλησιοταμίευση Σχεδιασμός έργου: Διπλή σωλήνωση θεώρηση του στροβίλου ως στρεφόμενη εφεδρεία για αύξηση της στιγμιαία επιτρεπόμενη διείσδυση των αιολικών Κάλυψη σχετικών-ημερήσιων αιχμών (σταθερή ημερήσια παραγωγή, κατανομή σύμφωνα με τις ανάγκες) Διαστασιολόγηση: Στρόβιλος Αιολικά: 8-8MW Άνω δεξαμενή: 120.000m 3 - Κάτω δεξαμενή (υφιστάμενη): 260.000m 3 Αντλίες: 6,5MW (~10 αντλίες) Συνεισφορά το 2010: 10% 3%+7% Εγγυημένη ισχύς 8MW (7% αιχμής) 11/27
Σύστημα αιολικής ενέργειας με αντλησιοταμίευση Δυνάμενη να παραχθεί αιολική ενέργεια (εντός υβριδικού) Αιολική Ενέργεια (εντός υβριδικού) απορροφούμενη από το δίκτυο Αιολική Ενέργεια (εντός υβριδικού) απορριπτόμενη από το δίκτυο Αιολική ενέργεια απορριπτόμενη (εντός υβριδικού) που χρησιμοποιείται για άντληση βάση της δυναμικότητας του αντλιοστασίου και της χωρητικότητας της άνω δεξαμενής Ενέργεια από το δίκτυο που χρησιμοποιείται για άντληση Παραγωγή Στροβίλου Αιολική Ενέργεια που δεν χρησιμοποιείται GWh/y 28.47 4.67 23.80 15.45 5.28 14.6 8.35 12/27
Σύστημα αιολικής ενέργειας με αντλησιοταμίευση Ενεργειακή χρήση νερού είναι δευτερεύουσα σε σύγκριση με ύδρευση και άρδευση Προκύπτει η ανάγκη εξασφάλισης του νερού για όλες τις χρήσεις 13/27
Πιλοτικό πρόγραμμα με μονάδα αφαλάτωσης και παραγωγή υδρογόνου από ΑΠΕ στην Ίο Σκοπός έργου: Παραγωγή νερού που θα χρησιμοποιείται για ύδρευση και άρδευση και Παραγωγή Υδρογόνου που θα χρησιμοποιείται για την κίνηση επιδεικτικών οχημάτων. Σχεδιασμός έργου - Διαστασιολόγηση: Ανεμογεννήτρια: 400kW - εκτός δικτύου Αφαλάτωση: 4x60kW 1400m 3 /d Μονάδα παραγωγής Υδρογόνου (ηλεκτρόλυση): ~11kW, με ικανότητα παραγωγής 2Nm 3 /hr Η 2, καθαρότητας 99,999% σε πίεση 15 ή 20 bar. Επιδεικτικά οχήματα που λειτουργούν με Υδρογόνο (π.χ: scooter, μικρό επιχειρησιακό όχημα - σκουπιδιάρικο, μικρό διθέσιο όχημα smart, πλεούμενο). 14/27
Διάταξη συστήματος Ανεμογεννήτρια Αφαλάτωση Νερό για ύδρευση, άρδευση και αντλησιοταμίευση Ηλεκτρόλυση Δεξαμενή Αποθήκευσης Υδρογόνου Επιδεικτικά δημοτικά οχήματα με Υδρογόνο 15/27
Ανεμογεννήτρια Ανεμογεννήτρια: 400kW - εκτός δικτύου Μεταβλητών στροφών και βήματος, προσαρμογή παραγωγής ισχύος στην κατανάλωση (μονάδες αφαλάτωσης και ηλεκτρόλυση) Enercon stand alone system Ανεμολογικά δεδομένα: 8,5m/s, CF=41% 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 16/27
Αφαλάτωση Αφαλάτωση 240kW(4x60) 1400m 3 /d Ονομαστική ικανότητα μονάδας 350m 3 /d ή 14,6m 3 /h 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 A/A μονάδας 4 3 2 1 Σύνολο Ώρες λειτουργίας ετησίως 2820 3480 4400 5750 Παραγωγή νερού (1000 m 3 ) 41,1 50,7 64,2 83,9 240 17/27
Αφαλάτωση (2 η περίπτωση) 4 μονάδες σταθερού σημείου λειτουργίας 3 μονάδες σταθερού και 1 μονάδα μεταβλητού σημείου λειτουργίας Σχετικό Όφελος Παραγωγή νερού (1000 m 3 ) 240 275 +35 18/27
Αποτίμηση μονάδας ανεμογεννήτριας με αφαλάτωση Δυνάμενη να παραχθεί αιολική ισχύς: 1424MWh Κατανάλωση αιολικής ισχύος από τις μονάδες αφαλάτωσης:987 1137MWh Παραγωγή νερού: 240-275 (1000m 3 ) Χωρητικότητα κάτω δεξαμενής: 230 (1000m 3 ) Εκτίμηση αναγκών νερού: 220lt/ημέρα/άτομο 2000 μόν. Κάτοικοι +4000 επισκέπτες (2 μήνες): 160+53=213 (1000m3) + ανάγκες άρδευσης Συνεπώς: Καλή διαστασιολόγηση αφαλάτωση, Κάλυψη των αναγκών νερού Καλή εκμετάλλευση αιολικής ισχύος (69% - 79%) και Καλή εκμετάλλευση εγκατεστημένων μονάδων αφαλάτωσης (47% - 54%) 19/27
Ηλεκτρόλυση Αποθήκευση - Οχήματα Συσκευή ηλεκτρόλυσης τύπου PEM, 11kW - 2Nm 3 /hr Η 2, καθαρότητας 99,999% σε πίεση 15 ή 20 bar, που μπορεί να λειτουργήσει στο 20%- 110% της ονομαστικής της ισχύος με αντίστοιχο βαθμό απόδοσης. Για τη λειτουργία της και την παραγωγή 1Nm 3 Η 2 απαιτείται η παροχή απιονισμένου νερού 1lt, μέσω κατάλληλης συσκευής απιονισμού. Για την αποθήκευση του Η 2 απαιτούνται δύο δεξαμενές με συνολικό όγκο 8m 3, και συνολική χωρητικότητα 200Nm 3 Η 2. Επιδεικτικά οχήματα (Δύο scooter ~0.5 kw, μικρό επιχειρησιακό όχημα ευέλικτο για τα στενά σοκάκια της Ίου κατάλληλο για την αποκομιδή των σκουπιδιών ~2kW, μικρό διθέσιο επιβατικό όχημα ~1 kw). Τα μικρο-οχήματα θα κινούνται με κυψέλες καυσίμου τύπου ΡΕΜ, θα διαθέτουν δεξαμενές αποθήκευσης υδρογόνου τύπου μεταλλοϋδριδίων, κατάλληλα προδιαγεγραμμένων ώστε να πληρώνονται σε χαμηλή πίεση απευθείας από την δεξαμενή δίχως την απαίτηση συμπιεστή. 20/27
Ηλεκτρόλυση Αποθήκευση - Οχήματα Η μονάδα ηλεκτρόλυσης λειτουργεί: ~8760 ή 2800ώρες στο ονομαστικό φορτίο Παράγει ~17000 ή 5600Νm 3 H 2 (Δεξαμενή 200Νm 3 H 2 ), Και εξασφαλίζει στα οχήματα (4kW) κίνηση για 3-9ώρες ημερήσιας λειτουργίας για όλο το έτος. Βαθμός εκμετάλλευσης μονάδας ηλεκτρόλυσης: 100%-32% 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 21/27
Προ-κοστολόγηση έργου ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ (περιλαμβάνεται και κόστος εγκατάστασης) 1. Ανεμογεννήτρια 400kW 2. Αφαλάτωση (4*60kW) 3. Συσκευή ηλεκτρόλυσης 11kW 4. Συσκευή απιονισμού νερού 5. Δύο δεξαμενές αποθήκευσης υδρογόνου χαμηλής πίεσης, συνολικής χωρητικότητας 200Nm 3 Η 2. 6. Σωληνώσεις, έργα πολιτικού μηχανικού, εξοπλισμός ασφαλείας και ελέγχου της μονάδας ηλεκτρόλυσης και αποθήκευσης υδρογόνου 7. Οχήματα: - Δύο δίκυκλα οχήματα (scooter) - Ένα επιβατικό διθέσιο όχημα - Μικρό επιχειρησιακό όχημα Σύνολο 1.000.000 1.260.000 200.000 6.000 12.000 35.000 30.000 30.000 45.000 2.618.000 22/27
Προ-κοστολόγηση έργου Συνολικός προϋπολογισμός έργου: 2.618.000 Hλεκτρόλυση 10% Οχήματα 4% Ανεμογεννήτρια 38% Αφαλάτωση 48% 23/27
Πρωτοποριακό έργο σε Ευρωπαϊκό επίπεδο Τεχνογνωσία στη χρήση υδρογόνου ως ενεργειακού φορέα στον τομέα των μεταφορών Συμμετοχή τοπικής αυτοδιοίκησης Ευαισθητοποίηση κοινού μέσω συστήματος πληροφόρησης για την παραγωγή του αιολικού πάρκου, την παραγωγή νερού, και την παραγωγή υδρογόνου. Ανάδειξη της Ίου: Οφέλη από το πρόγραμμα Νησί που καλύπτει πλήρως τις υδατικές του ανάγκες με νερό που έχει αφαλατωθεί με χρήση αιολικής ενέργειας Νησί με δημοτικά οχήματα Υδρογόνου Ανάπτυξη ενεργειακού τουρισμού 24/27
ΚΑΠΕ: Πιλοτική μονάδα ανεμογεννήτριας υδρογόνου 25/27
ΕΜΠ Enercon: Μονάδα αφαλάτωσης με ανεμογεννήτρια στη Σύρο (1997) 26/27
Ευχαριστώ για την προσοχή σας! Πληροφορίες Επικοινωνία gcaralis@central.ntua.gr