ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ
.1 ’ k'ARAAAV
ΣΧΟΛΗ: Σ.Τ.Ε.Φ.
ΤΜΗΜΑ: ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ
Π Τ \ ΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ
ΤΙΤΛΟΣ: ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΠΕΑΙΟΥ ΕΡΑ ΤΕΙΝΟΥ - ΚΑΒΑ^ίΑΣ
ΣΠΟΥΔΑΣΤΗΣ: X. ΜΟΥΡΘΟΣ
ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: Κ. ΠΟΤΟΛΙΑΣ
ΚΑΒΑΛΑ 10/2007
fcil
ΣΧΟΛΗ: Σ.Τ.Ε.Φ.
ΤΜΗΜΑ: ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ
Τ Μ ^ Α ΗΛΕΚΙ^ΟΓΙΑΣ
ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ
ΤΙΤΛΟΣ: ΑΞΙΟΛ ΟΓΗΣΗ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΕΡΑ ΤΕΙΝΟΥ - ΚΑΒΑΛΑΣ
ΣΠΟΥΔΑΣΤΗΣ: X. ΜΟΥΡΘΟΣ
ΕΠΙΒΑΕΠΩΝ: Κ. ΠΟΤΟΛΙΑΣ
ΚΑΒΑΛΑ 10/2007
Πρόλογος
Τον Ιούνιο του 2004, η γερμανική κυβέρνηση φιλοξένησε ένα τιαγκόσμιο συνέδριο για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, το οποίο φιλοδοξούσε να είναι το μεγαλύτερο που πραγματοποιήθηκε ποτέ. Η πρωτοβουλία αυτή προέκυψε ως απόρροια των έντονων συζητήσεων που προηγήθηκαν το φθινόπωρο του 2002 στο Γιοχάνεσμπουργκ, στη Διάσκεψη Κορυφής για το μέλλον του πλανήτη μας και τις προοπτικές της αειφορίας, όπου τα ενεργειακά ζητήματα ατιοτέλεσαν εκ των κορυφαίων θεμάτων της ατζέντας.
Τα ενεργειακά θέματα και, κυρίως η σχέση της παραγωγής και χρήσης ενέργειας με το περιβάλλον, αποτελούν πλέον αντικείμενο συζητήσεων και προβληματισμών, όχι μόνο για το χώρο των εττιστη μόνων και των πολιτυτών, αλλά, και αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό, και για το χώρο των επιχειρήσεων και κατ’ επέκταση για όλη την κοινωνία.
Το τοπίο αλλάζα άρδην. Νέα δεδομένα ανατρέπουν συνήθειες και πρακπκές δεκαετιών, το πολιτικό και θεσμικό πλαίσιο αναδομείται εκ νέου λαμβάνοντας υπ’ όψιν του τις περιβαλλοντικές και κοινωνικές ‘εξωτερικότητες’ που σχετίζονται με την παραγωγή της ενέργειας ενώ νέες, καθαρές και πολλά υποσχόμενες τεχνολογίες κάνουν δυναμα:ά την εμφάνισή τους με το φιλόδοξο στόχο να εκτοπίσουν τα παραδοσιακά ρυπογόνα καύσιμα και να μας οδηγήσουν στην ‘εποχή του ήλιου’ και στην ‘οικονομία του υδρογόνου.
Σε περιόδους μεγάλων και ριζικών αλλαγών, πολλοί είναι αυτοί ^ υ αντιδρούν αμυνόμενοι και θωρακιζόμενοι απένανη στο νέο και άγνωστο. Μια τέτοια αντίδραση θα ήταν όμως λαθεμένη, κυρίως για τον επιχειρηματικό κόσμο, ο οποίος στο κύμα αυτό των αλλαγών, θα πρέπει να αναζητήσει νέες προοττπκές νέες προκλήσεις αλλά και νέες ευκαιρίες για επενδύσεις σε καινοτόμες τεχνολογίες προϊόντα και ειραρμογές
Είναι σαφές ότι από το ποσοστό διείσδυσης των ανανεώσιμων ττηγών ενέργειας (ΑΠΕ) που βρισκόμαστε σήμερα (8,4%) ως το 20,1% το 2010, υπάρχει ένας μακρύς δρόμος. Κι αυτό παρόλο το εντυπωσιακό ενδιαφέρον που υπάρχει μεταξύ των επενδυτών για επενδύσεις σε καθαρές πηγές ενέργειας. Είναι χαρακτηρισπκό ότι ως τις αρχές του 2003, υπήρξαν αιτήσεις για προώθηση σχεδόν 16.000 MW ΑΠΕ, εκ των οποίων πάνω από 14.000 MW αφορούσαν αιολικά πάρκα. Έχει εκτιμηθεί ότι ως το 2010 θα έχουν εγκατασταθεί 3.500 MW ΑΠΕ (54), εκτίμηση όμως που δεν συμμερίζονται όλος μιας και τα εμπόδια (γραφειοκρατία, έλλειψη απαραίτητων δυαύων, αντιδράσεις κ.λπ) είναι πολλά. Να σημειωθεί εδώ ότι αν δεν πετύχουμε το στόχο για την απαιτούμενη διείσδυση των ΑΠΕ στο ενεργειακό ισοζύγιο, δεν θα μπορέσουμε να πιάσουμε και τον στόχο του Κιότο. Αν συνεπώς επιβεβαιωθεί το σενάριο αναμενόμενης εξέλιξης (Business as Usual) του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών (οώξηση αερίων του θερμοκηπίου 35,8% ως το 2010), τότε οι κυρώσεις που θα υποστεί η χώρα μας για μη τήρηση των διεθνών δεσμεύσεων της, ή τα χρήματα που θα απαιτηθούν για την εξαγορά δικαιωμάτων ρύπανσης μέσω του μηχανισμού της εμπορίας ρύπων, εκτιμάται ότι μπορεί να ιρτάσουν σε πολλές δεκάδες εκατομμύρια ευρώ ετησίως. Παράλληλα, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή ενέκρινε σχέδιο δράσης και σχετικές οδηγίες για την προώθηση της χρήσης εναλλακτικών καυσίμων στις μεταφορές, αρχίζοντας με την κανονιστική και φορολογική προώθηση των βιοκαυσίμων.
Στη τιαρούσα τττυχιακή εργασία γίνεται μια προστιάθεια να παρουσιάσουμε τη γεωθερμική ενέργεια και τις δυνατότητες που μας δίνει σαν ανανεάχημη ενέργεια που είνατ Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (α π.ε ), την αναγκαιότητα χρήσης τους και η συμμετοχή τους στο παγκόσμιο ενεργειακό ισοζύγιο. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρονται τα χαρακτηριστικά εκείνα στοιχεία τιου είναι απαραίτητα για την παρουσία και εκμετάλλευση ενός γεωθερμικού πεδίου.
Προχωρώντας στο τρίτο κεφάλαιο βλέπουμε τις χρήσεις της δυνατότητες χρήσης της γεωθερμικής ενέργειας τόσο στον κόσμο όσο και στον ελλαδικό χώρο. Τέλος στο τέταρτο και πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η έρευνα που έχει γίνει στο γεωθερμικό πεδίο Ερατεινού Καβάλας καθώς οι δυνατότες χρησιμοποίησής του μέσω παραδειγμάτων.
Σήμερα, η πράσινη επιχειρηματικότητα μόλις που τροχοδρομεί, σε ένα νέο ενεργειακό διάδρομο. Το αν η πτήση θα αποδειχθεί άνετη και ασφαλής εξαρτάται προφανώς από τον πιλότο. Και το πιλοτήριο βρίσκεται πλέον στα χέρια των επιχειρήσεων. Το αν θα ανοίξουν τα (ρτερά τους για να κατακτήσουν τη νέα ενεργειακή εποχή είναι ένα ερώτημα και μια μεγάλη πρόκληση. Έτσι όμως πορευόταν τιάντα η ανθρωπότητα. Με πρωτοπόρους που άνοιγαν το δρόμο για ένα καλύτερο αύριο.
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
Πρόλογος Περιεχόμενα Κεφάλαιο 1
Εισαγωγή στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
1.6.5 Ηλιακή ενέργεια...
1.6.6 Γεωθερμική ενέργεια 1.7 Πλεονεκτήματα των Α.Π.Ε . 1.8 Μειονεκτήματα των Α.Π.Ε., 1.9 Οι Α-Π.Ε. παγκοσμίως...
.1 1.1 Τι είναι ενέργεια... ^
1.2 Πηγές ενέργειας ■ ^
1.3 Χρήση ενεργειακών πηγών στις διάφορες εποχές 2
1.4 Αποτελέσματα χρήσης μη ανανεώσιμών πηγών ενέργειας 5
1.5 Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (Α.Π.Ε ) 8
1.6 Μορφές ανανεώσιμών πηγών ενέργειας 10
1.6.1 Αιολική ενέργεια... 10
1.6.2 Υδραυλική ενέργεια... H 1.6.3 Ενέργεια ωκεανών... 1^
1.6.4 Βιομάζα... ... 14
... 15
Κεφάλαιο 2 Χαρακτηριστικά γεωθερμίας ...24
..27
...28
...28
..30
Η δομή της γης Γεωθερμικές περιοχές Γεωθερμικά συστήματα... Μηχανική γεωθερμικών ταμιευτήρων Τύποι γεωθερμικών ταμιευτήρων... .1 Εγκλεισμένοι γεωθερμικοί ταμιευτήρες... ,2 Μη εγκλεισμένοι γεωθερμικοί ταμιευτήρες .3 Γεωθερμικοί ταμιευτήρες με διαρροή... 30
.4 Ιδιότητες γεωθερμικών ταμιευτήρων... 31
Μετάδοση της θερμότητας...32
1 Μετάδοση της θερμότητας με αγωγή 32 .2 Μετάδοση της θερμότητας με συναγωγή 33 Συστήματα παραγωγή και μεταφοράς γεωθερμικών ρευστών...34
1 Σχήματα γεωτρήσεων...34
,2 Αντλίες παραγωγής...35
2.8 Εναλλάκτες θ ε ρ μ ^ τ α ς ... 39
2.8.1 Επιφανειακοί εναλλάκτες... 39
2.8.2 Εναλλάκτες εντός της γεώτρησης 41 2.9 Δίκτυα σωληνώσεων...42
2.9.1 Κατηγορίες σωληνώσεων γεωθερμικών δικτύω ν... 43 2.1
2.2 2.3 2.4 2.5
2.5. :
2.5. :
2.5. ;
2.5. <
2.6 2.6. 2.6. 2.7 2.7.
Κεφάλαιο 3
Η γεωθερμική ενέρτγαα ω ςΑ .Π .Κ
3.1 Σύντομο ιστορικό της γεωθερμίας...
3.2 Χρήσεις γεωθερμικής ενέργειας... 46
3.2.1 Άμεσες χρήσεις 48 3.3 Σημερινό καθεστώς χρήσης της γεωθερμίας... 51
3.4 Το γεωθερμικό δυναμικό της Ελλάδας... 56
3.5 Γεωθερμικές χρήσεις στην Ελλάδα... 62
3.5.1 Γεωθερμικά θερμοκήπια...63
3.5.2 Θέρμανση κτηρίων . . . . .69
3.5.3 Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας... 69
3.5.4 Ξήρανση αγροτικών προϊόντων... 70
3.5.5 Άλλες δραστηριότητες 75 3.6 Αειφορία και ανανεωσιμότητα της γεωθερμίας... 76
3.7 Περιβαλλοντικές επιπτώσεις 78 Κεφάλαιο 4 Η έρευνα στο γεωθερμικό πεδίο Ερατεινού Καβάλας... 80
4.1 Σύντομο ιστορικό της γεωθερμικής έρευνας 80 4.2 Γεωλογική περιγραφή του χώρου...80
4.3 Γεωθερμικό ενδιαφέρον... 81
4.4 Γεωτρητικό πρόγραμμα Ά.Ε.Π 81 4.5 Γεώτρηση N-1-G... 84
4.6 Γεωτρητική έρευνα Ι.Γ.Μ.Ε 85 4.7 Α ξιολό^ση γεωτρήσεων έρευνας-παραγωγής 86 4.8 Γεωχημική συμπεριφορά των γεωθερμικών ρευστών 87 4.9 Χημική θερμοδυναμική των ρευστών 88 4.10 Αποτελέσματα δοκιμαστικών αντλήσεων... 89
4.10.1 Γεώτρηση Ν-1-Π... 89
4.10.2 Γεώτρηση Ν-2-Π...93
4.11 Πρώτη εκτίμηση του θερμοενεργειακού δυναμικού του ταμιευτήρα 96 4.12 Συμπεράσματα προτάσεις 96 Κεφάλαιο 5 Διαχείριση του γεωθερμικού πεδίου Ερατεινού Καβάλχις...98
5.1 Καθορισμός των πιθανών προϊόντων 98 ■ 5.2 Αξιολόγηση των δυνατοτήτων του πεδίου και προσδιορισμός των πιθανών χρήσεών του... 99
5.2.1Δυνατές χρήσεις του γεωθερμικού ρευστού χαμηλής ενθαλπίας στον αγροτικό τ ο μ έ α ... 169
5.2.1.1 Γενικά... 100
2.10 Μηχαννιαί ρευστών ^
5.2.1.2 Θέρμανση θερμοκηπίων...100
5.2.1.3 Θέρμανση εδάφους...101
5.2.1.4 Ξήρανση αγροτικών προϊόντων... 101
5.2.1.5 Υδατοκαλλιέργειες... 103
5.2.1.6 Προσδιορισμός τω ν δυνατών )ζρήσεων του πεδίου Ερατεινού Χρυσούπολης... 103
5.3 Παράθεση των αποτελεσμάτων έρευνας αγοράς (πιθανοί χρήστες των προϊόντων, παραπροϊόντων και υποπροϊόντων του πεδίου, ποσότητες και τιμές). Στη περίπτωση ιδιόχρησης περιλαμβάνονται ο ποσότητες και το κόστος διάθεσης των προϊόντων, παραπροϊόντων και υποπροϊόντων... 105
5.4 Ενεργειακός σχεδιασμός... 107
5.4.1 Μελέτη μονάδας θερμοκηπίου 4.000 m ' ... 107
5.4.2 Θέρμανση φυτειών σ παραγγιώ ν- καρπουζιού... 108
5.4.3 Εγκαταστάσεις ξήρανσης...110
5.4.4 Θέρμανση χώρων... 113
5.4.5 Σύνοψη των ειδικών υπολογισμών ποσοτήτων και ποιοτήτων των διακινούμενων ρευστών σε κάθε φάση, καθώς και των αντίστοιχών ενεργειακών καταναλώσεων... 114
5.5 Αναλυτικός προίίπολογισμός ύψους επένδυσης... 116
Βιβλιογραφία... 117
Ευχαριστίες...118
Εισανω·'^ one avavεώσιuεc τηρκ: ενέίτκια^ ΑΠΕ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1°: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (Α.Π.Ε)
1.1 Τι είναι ενέργεια;
Χρησιμοποιούμε την ενέργεια για τις πιο απλές και καθημερινές μας ανάγκες.
Με την ηλεκτρική ενέργεια φωτίζουμε, θερμαίνουμε ή δροσίζουμε το σττίτι μας, μαγειρεύουμε το φαγητό μας, κρατάμε τα τρόφιμα φρέσκα και πλένουμε τα ραίηγμ μας. Τα αυτοκίνητά μας, τα λεωφορεία, τα τρένα κινούνται με την ενέργεια που τους δίνουν τα καύσψα (π.χ. η βενζίνη) ή ο ηλεκτρισμός (π.χ. ηλεκτρικός σιδηρόδρομος).
Φυσικά, τα πράγματα δεν ήταν πάντα τόσο βολικά και εύκολα για τον άνθρωπο.
Από την ανακάλυψη της χρήσης της φωτιάς από τον προϊστορκό άνθροιπο, που τον βοήθησε να ζεσταθεί, να κυvηγήσa και να μαγειρέψω την τροφή του, μέχρι τα διαστημικά ταξίδια των ημερών μας, τα βήματα γίνανε στγά-σιγά. Κάθε καινούργια, όμως ανακάλυψη για την αξιοτιοίηση μιας νέας πηγής ενέργειας όπως ήταν η ανακάλυψη του ηλεκτρισμού, της πυρηνικής ενέργειας άλλαζε και διευκόλυνε όλο και περισσότερο τη ζωή των ανθρώπων και δημιουργούσε νέες δυνατότητες.
Μπορείς να φανταστείς σε πόσες απλές καθημερινές δραστηριότητες χρησιμοποιούμε ενέργεια, ακόμα και μέσα στο σπίτι ή στη γειτονιά μας;
Κοίτα, λοιπόν πόσα πράγματα κάνΏ η ενέργεια για μας.
Ζωή και ενέργεια είναι δυο έννοιες άρρηκτα δεμένες. Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί για να επιζήσουν απαιτούν ενέργεια, αλλά και οι φυσικές όπως και οι ανθρωπογενείς διαδικασίες απαιτούν ενέργεια. Οτιδήποτε κινείται ή προκαλεί κίνηση διαθέτη ενέργεια, ο ήλιος ακτινοβολεί την ενέργειά του, όταν καίμε ξύλα στο τζάκι απελευθερώνεται ενέργεια που τη νιώθουμε σαν ζέστη, οι πυλώνες της ΔΕΗ μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια, ακόμη στους πυρηνικούς αντιδραστήρες η πυρηνική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Λεν μπορούμε πάντοτε να την παρατηρήσουμε, αλλά αισθανόμαστε πάντα την επίδρασή της σε εμάς και γενικότερα στον κόσμο μας.
Η ενέργεια λοιπόν υπάρχω παντού, μας περιβάλλει, αλλΔ εμςκινίζεται και μέσα στους οργανισμούς μας.
1.2 Πτιγές ενέργειας
Οι " αποθήκες " ενέργειας ονομάζονται "Πηγές Ενέργειας" και διακρίνονται σε αυτογενείς (ττυρήνες ατόμων, ήλιος γαιάνθρακες ή πετρέλαιο) και τεχνητές (ταμιευτήρες, ηλεκτρικοί συσσωρευτές). Επίσης διακρίνονται σε προπογενείς ττηγές που περιλαμβάνουν τη δυναμική ενέργεια των πυρήνων και δευτερογενείς που είναι όλες οι άλλες μορφές / πηγές ενέργειας. Όσον αφορά όμως τα αποθέματα ενέργειας (ενεργειακό δυναμικό), οι πηγές ενέργειας διακρίνονται σε συμβατικές ή μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (απε).
Οι αυτογενείς ή πρωταρχικές πηγές ενέργειας είναι αποθηκευμένες ή υπάρχουν στη φύση. Ο ήλιος είναι η πρωταρχική και η βασική πηγή ενέργειας της γης. Η ενέργειά του είναι αποθηκευμένη και σε ά ^ ς πρωταρχικές πηγές, όπως στο κάρβουνο, στο πετρέλαιο, στο φυσικό αέριο στη βιομάζα και προκαλεί τον υδρολογκό κύκλο και την ενέργεια του ανέμου. Αλλες πρωταρχικές πηγές ενέργειας που υπάρχουν στη γη
Κεφάλαιο I Εισαηονή one ανανεώσιιιεε τπτγέζ ενέρνειαι: AUE είναι η ττυρηνική ενέργεια των ραδιενεργών στοιχείων, η θερμική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στο εσαπερικό της γης και βέβαια η δυναμική ενέργεια.
Για να είναι χρήσιμη μια πηγή ενέργειας είναι αναγκαίες ορισμένες προϋποθέσεις:
* Η ενέργεια αυτή να είναι άφθονη και η πρόσβαση στην ενεργειακή πηγή εύκολη.
)> Να μεταφέρεται εύκολα
» Να αποθηκεύεται εύκολα
» Να μετατρέπεται χωρίς δυσκολία σε μορφή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από μηχανήματα.
Μη ανανεώσιυεα πηνέε
Αποκαλούνται έτσι γιατί δεν είναι δυνατό να ανανεώσουν σε εύλογο, για τον άνθρωπο, χρονικό διάστημα την αποθηκευμένη τους ενέργεια. Η διαδικασία σχηματισμού τους διήρκεσε εκατομμύρια χρόνια. Οι μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας περιλαμβάνουν :
■ Τα στερεά καύσιμα των γαιανθράκων, όπως λιγνίτη, ανθρακίτη, τύρφη,
• Τα υγρά καύσιμα που τιαίρνουμε με κατεργασία, όπως μαζούτ, πετρέλαιο, βενζίνη, κηροζίνη κλπ.
• Τα αέρια καύσιμα όπως το φυσικό αέριο, υγραέριο κλπ. και Την πυρηνική ενέργεια που ^ ίρ νουμ ε από τη σχάση ραδιενεργών υλικών.
1.3 Χοήσΐΐ ενεργειακών ττηνών <rric διάφορεα επογέο
Ο άνθρωπος "τροφοσυλλέκτης" των προϊστορικών χρόνων στηριζόταν αποκλεισπκά στη μυϊκή του ενέργεια (δύναμη) για να βρίσκει την τροφή του και να φτιάχνει τα καταφύγιά του. Με την πάροδο των ετών χρησιμοποίησε πιο αποδοτικά τη μυϊκή του ενέργεια ιρτιάχνοντας τα πρώτα απλά εργαλεία από ξύλο, πέτρα, κόκαλα. Αξιοποίησε επίσης τη μυϊκή ενέργεια των ζώων είτε για τη μεταιρορά επιβατών και αντικειμένων είτε για όργωμα και άντληση νερού σε συνδυασμό με εργαλεία (π.χ. αλέτρι) και απλές μηχανές. Οι σημαντικότεροι σταθμοί στην ιστορία του ανθρώπου υπήρξαν αναμφισβήτητα η ανακάλυψη και χρήση της φωτιάς και η επινόηση του τροχού.
Από τη λίθινη (Εικ.1) ακόμη εποχή γνωρίζουμε ότι οι κάτοικοι των σπηλαίων χρησιμοποίησαν την ενέργεια της φωτιάς αρχικά για το φωτισμό, τη θέρμανση και τη μαγειρική και με το πέρασμα των χιλιετιών για τη μεταλλουργία και την υαλουργία.
Τα πρώτα καύσιμα ήταν τα ξερά χόρτα, το ξύλο, η κοπριά και στη συνέχεια το φυτικό και ζωικό λίπος (ανανεώσιμες πηγές ενέργειας).
Κεφά/.aio 1 Eujgyarm σπα avccveaxnuec πψ^έζ ενέ/τ/εια::
Εικ. 1: Οι άνθρωποι στην λίθινη ατοχή
Αργότερα ανακάλυψε τη δύναμη του ανέμου (Euc. 2) - εαολική ενέργεια - την οτιοία χρησιμο^ίησε σαν «μηχανική ενέργεια» για την ύδρευση και άρδευση, άλεση δημητριακών, θαλάσσιες μεταφορές. Ήδη από το 3500 π.Χ. ο άνθρωπος χρησιμοποίησε την ενέργεια του ανέμου στα ιστιοφόρα πλοία, ενώ οι πρώτοι ανεμόμυλοι εμφανίστηκαν στην Περσία περίπου το 3000 π.Χ. και στην Ευρώπη, στη Γαλλία συγκεκριμένα, το 1180 π.Χ.
Εικ. 2: Το πρώτα στάδια εκμετάλλευσης του ανέμου
Με την ανακάλυψη του τροχού του νερού περίπου το 200 π.Χ (Euc. 3), αξιοποιείται η ενέργεια του νερού που έρεε ή έπειρτε, για την άλεση των σπόρων - υδραυλική ενέργεια - και σήμερα έχει εξελιχθεί στον σύγχρονο υδροστρόβιλο για την παραγωγή του ηλεκτρκού ρεύματος.
Εικ. 3: Η ανακάλυψη του τροχού για την αξιοποίηση της δυναμυ(ής ροής του νερού
Κεφάλαιο 1 Eujqyorn\ one ανανεώσιαεα πηνέ€ ενέονεκκ
Οι πρώτες προσπάθειες κατασκευής και χρήσης πιο πολύπλοκων μηχανών που απαλλάσσουν τον άνθρωπο από επίπονες εργασίες και αξιοποιουν τις πιο πάνω πηγές ενέργειας, εμφανίζονται περί το 300 π.Χ.. Ο Αρχιμήδης αναφέρεται ανάμεσα στους πρώτους εφευρέτες, καθώς το 212 π.Χ με τα κοίλα κάτοτττρα που κατασκευάζει, εκμεταλλεύεται την ηλιακή ενέργεια και κατακαίει τα ρωμαϊκά πλοία κατά την πολιορκία των Συρακουσών.
Ο Ήρων ο Αλεξανδρεύς το 130 π.Χ κατασκευάζα την πρώτη θερμική μηχανή που αποτελείται από μια περιστρεφόμενη σφαίρα με δύο ακροφύσια και εκμεταλλεύεται τη δύναμη του ατμού.
Κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα (467-1453 μ.Χ.) και της Αναγέννησης (1454- 1700 μ.Χ.) εμφανίζονται μερικές από τις σπουδαιότερες εφευρέσεις, όπως το υγρό ή ελληνικό πυρ (7ος αιώνας-Καλλίνικος), η πυξίδα (1180), το τηλεσκόπιο (Γαλιλαίος), το ρολόι εκκρεμές (1673-Κρίστιαν Χόιχενς), ενώ διατυπώνονται οι βασικοί νόμοι της Φυσικής (νόμος βαρύτητας, παγκόσμιας έλξης, νόμοι διατήρησης της ενέργειας κ.λπ ). Οι πρώτες χρήσιμες ατμομηχανές εμφανίζονται με τη χρήση των καύσιμων απολιθωμάτων, οπότε ξεκινά η βιομηχανική επανάσταση (1780-1850 μ.Χ).
Η πρώτη μηχανή εσωτερικής καύσης (Εικ. 4) κατασκευάζεται το 1860 από το Γάλλο εφευρέτη Ζαν-Ζοζέφ-Ετιέν Αενουάρ και τελειοποιείται το 1876 ατιό το Γερμανό μηχανικό Νικολάους Οττο, ο οποίος κατασκευάζει την τετράχρονη μηχανή (Εικ. 5)
Το πρώτο εύχρηστο αυτοκίνητο (Εικ. 6) , με τρεις τροχούς και ανώτατη ταχύτητα 15 χιλιόμετρα την ώρα, κατασκευάζεται το 1885 από το Γερμανό μηχανικό Καρλ Μπεντς.
Κεφάλαιο I Κισανω'/ή o n ; ανανεώσιοε; rcrr/i: εΛ-έρ^.ιο^
Euc. 6: To πρώτο ουτοκίνιιτο
To 1901 γενικεύεται η ^τρελαιοκινούμενη μεταφορά, ενώ στα τέλη του 19®”
αιώνα ανακαλύπτεται ο ηλεκτρισμός τιου μεταμορφώνει τη ζωή και την εργασία του ανθρώπου και δημιουργεί μια παγκόσμια βιομηχανία με τεράστια οικονομικά μεγέθη.
Στον εικοστό αιώνα κατασκευάζονται σε χώρες βιομηχανίες που στηρίζονται στην εντατική χρήση τιετρελαίου και ηλεκτρισμού και Sivow τεράστια ώθηση στην οικονομική ανάπτυξη. Ταυτόχρονα τους δημιουργούνται νέες ανάγκες που απαιτούν κατανάλωση ενέργειας, ενώ συσσωρεύονται πολλά προβλήματα στο ττεριβάλλον, ιδιαίτερα με τη χρήση τους πυρηνυτής ενέργειας από τη δεκαετία του 1970 και μετά.
1.4 Αποτελέσαατα YOii<nic uti ανανεώσιαων πτιγών ενέογειοκ Η χρήση των ορυκτών καυσίμων και τους πυρηνικής ενέργειας επηρέασε τις κλιματικές συνθήκες του πλανήτη, συσσώρευσε αέριους ρύπους στην ατμόσφαιρα, ρύττανε σε σημαντική έκταση τα επιφανειακά ύδατα του πλανήτη, μείωσε τη βιοποικιλότητα και ακόμη μόλυνε περιοχές λόγω των πυρηνικών αποβλήτων.
Ενδευοτικά :
- Το 1952 στο Λονδίνο αναφέρονται χιλιάδες θάνατοι, όταν η άπνοια παγίδεψε τους αέριους ρύπους των εργοστασίων πάνω από την πόλη και δημιούργησε το τραγικό αυτό συμβάν (Euc. 7).
Euc 7: To Λονόί\Ό το 1952
- Το 1973 εκδηλώνεται η πρώτη ενεργειακή κρίση όταν η τιμή του πετρελαίου πενταπλασιάστηκε μέσα σε μικρό χρονκό διάστημα. Διαπιστώνεται η άμεση σχέση της ενεργειακής πολιτικής και της εθνικής ανεξαρτησίας μιας χώρας, αλλά και συνειδητοποιείται το γενικότερο πρόβλημα του εξαντλήσιμου των ενεργειακών αποθεμάτων. Εξαγγέλλονται προγράμματα εξοικονόμησης ενέργειας και αναζητούνται άλλες ενεργειακές πηγές
Κεφάλαιο I Εισανωνή one ανανεώσηιεε πηγές EvipyeuK
-To 1982 εμφανίζονται τα πράττα συμτττώματα καταστροφής των δασών της Κεντρικής Ευρώπης λόγω της όξινης βροχής Αιτία η καύση των υδρογονανθράκων ή γαιανθράκων σε μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (Εικ. 8).
Ειχ. 8: Η καταστροφή των δασών από την όξινη όξινη
- Το 1989, το ναυάγιο του πετρελαιοφόρου Exxon Valdez στον κόλπο Prince William Sound της Αλάσκας, μας υπενθύμισε το κόστος της χρήσης 60 εκ. βαρελιών πετρελαίου την ημέρα (Εικ. 9).
- Το 1986 στην Ουκρανία γίνεται έκρηξη στην πυρηνική μονάδα του Τσερνομπίλ (Εικ. 10).
Το ραδιενεργό νέφος εκτός από την γύρω περιοχή, έπληξε το μεγαλύτερο μέρος της Κεντρικής και Δυτικής Ευρώπης αλλά και μέρος της χώρας μας. Τα δυσμενή αποτελέσματα καταμετρούνται ακόμη και σήμερα.
tifc. Ο): 1 αι-ρνομπίΛ. ι1986)
Κεφόλοαο I Εισανωνή one ανανεώσιυεα Tcrjytc ενέργεια:
-Στο διάστημα 1989-1995 τιαρατηρήθηκε ιδιαίτερα μεγάλος αριθμός (ρυσκών καταστροφών, ότιως οι θυελλώδεις άνεμοι τιου έπληξαν το 1990 τη Βόρεια Ευρώπη, οι μεγάλοι κυκλώνες που έπληξαν την Ασία το 1991, η καταιγίδα " Andrew" στις ΗΠΑ το 1992, αλλά και οι τρομακτικές πλημμύρες στην περιοχή του Μισισιπή το 1993. Σύμφοινα με στοιχεία τιου αναφέρονται στην έκθεση της ετπστημονικης ομάδας εργασίας της IPCC του 1995 (IPCC: Διακυβερνητική Επιτροπή για τις Κλιματικές Αλλαγές που αποτελείται από 2500 επιστήμονες ιδρύθηκε το 1988 και τελεί υπό την αιγίδα του οργανισμού ηνωμένων εθνών (ΟΗΕ)) αποδεικνύεται πλέον καθαρά ό π οι ανθρώτπνες δραστηριότητες επιδρούν στο παγκόσμιο κλίμα. Αλλωστε η αύξηση της θερμοκρασίας κατά 0,3-0,6 °C από το 1860 και μετά δεν μπορεί να αποτελεί φυσικό φαινόμενο.
-Οι βομβαρδισμοί των αμερικανικών και vατoύcώv δυνάμεων το 1991 στον Περσικό Κόλπο με βόμβες απεμπλουτισμένου ουρανίου, μόλυναν τις περιοχές με ραδιενεργά στοιχεία και αποτέλεσαν την αιτία για την εμφάνιση τιοΚλών κρουσμάτων λευχαιμίας και τερατογενέσεων. Ανάλχτγο φαινόμενο έζησε πρόσςκιτα (άνοιξη του 1999) και η γειτονική μας Γιουγκοσλαβία, με συνέπειες που δεν γνωρίζουμε ακόμη πόσο θα στοιχίσουν στο (ρυσκό περιβάλλον και στον άνθρωπο.
Εκτός από τα συγκεκριμένα γεγονότα που ενδεικτικά αναφέρθηκαν παραπάνω, η χρήση των μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας προκάλεσε και συνεχίζη να προκαλεί έντονη περιβαλλοντική επιβάρυνση. Έτσι κατά την καύση των γεαανθράκων (μίγμα πολύπλοκων χημικιυν ενώσεων άνθρακα και υδρογόνου - των λεγόμενων υδρογονανθράκων), ότιου μετατρέπεται η χημική ενέργειά τους σε θερμική ενέργεια, παράγεται αιθάλη και διοξείδιο του άνθρακα, ενώ η καύση του πετρελαίου παράγα επιπλέον οξείδια του αζώτου, του θείου και ελευθερώνεται μόλυβδος.
Η αιθάλη και τα αέρια αυτά σχηματίζουν την οαθαλομίχλη, που συχνά λόγω των θερ- μοκρασιακών αναστροφών εγ ι^ β ίζετα ι στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας με δυσάρεστα αποτελέσματα. Ιδιαίτερα η οαθάλη εισπνέετε αλλά και επικάθεται παντού. Όσον αφορά το διοξείδιο του άνθρακα, με την αύξηση της ποσότητάς του στην ατμόσφαιρα, αυξάνεται και η διαφορά μεταξύ της εισερχόμενης στην ατμόσφαιρα ηλιακής ακτινοβολίας και της εξερχόμενης από αυτή μετά την ανάκλασή της στη Γη. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη, το γνωστό φαινόμενο του θερμοκηπίου, όπου το ρόλο του γυάλινου σκέπαστρου του θερμοκηπίου, παίζει η βεβαρημένη ατμόσφαιρα κυρίως με διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο και οξείδια του αζώτου (αέρια θερμοκηπιοο, Σχ. 1).
Εκτός από την αέρια ρύπανση ακόμη και η έρευνα για ανακάλυψη κοιτασμάτων φυσικού αερίου και η εκμετάλλευσή τους συνοδεύεται από σοβαρά περιβαλλονπκά προβλήματα. Κάθε φορά που γίνεται π.χ. μια γεώτρηση στη θάλασσα για φυσικό αέριο, παράγονται κατά μέσο όρο 1.500 - 2.000 τόνοι τοξικής λάσπης που περιέχει πτητικές οργανικές ενώσεις, πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες, αρσενικό, μόλυβδο και ραδιενεργά υλικά, όπως το ράδιο. Η απόρριψη της λάσπης αυτής στη θάλασσα ή η διάθεσή της στην ξηρά εγκυμονεί σημαντικούς κινδύνους.
Είναι χαρακτηριστική η περίπτωση του Κόλπου του Μεξικού όπου η εντατική άντληση αερίου έχει καταστήσει μια περιοχή 3.000 τετραγωνικών μιλίων νεκρή ζώνη.
Κεφάλοαο I ΕισαηχΰΎή one avavEdxnuec πψ/έζ ενέρτειας
Χχ. 1: Οι επβττώβεις που προκού-ούν οι αέριοι ρύποι
1.5 Οι ανανεώσιαε£ ττηνέο ενεογειας ίΑΠΕ)
Από τα παραπάνω (τυμπεραίνουμε η ενέργεια παίζει πρωταγωνιστικό ρόλο στη ζωή του ανθρώπου, ωστόσο όμως οι μορφές με τις οποίες αντλείται και παράγεται είναι εξ’ ολοκλήρου βλαβερές και καταστρεπτικές. Γι’ αυτό είναι επιτακτική η ανάγκη στροφής προς την χρήση των ανανεώσμιων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ).
Οι (ΑΠΕ) είναι πηγές τα αποθέματα των οποίων ανανεώνονται φυσικά. Στην κατηγορία αυτή, η σημασία της οποίας για τη βιωσιμότητα του πλανήτη έχει πλέον συνειδητοποιηθεί ευρέως, συγκαταλέγονται ο ήλιος, ο άνεμος τα ποτάμια, οι οργανικές ύλες όπως το ξύλο και τα απορρίμματα οικιακής και γεωργυ(ής προέλευσης.
Η ανάπτυξη και εκμετάλλευση των (ΑΠΕ) που υποκαθιστούν τις καθιερωμένες συμβατικές ενεργειακές πηγές (ορυκτά καύσιμα), πολλές από τις οποίες εξαντλούνται ταχύτατα, αποτελεί βασικό στοιχείο της ενεργειακής πολιτικής των τεχνολογκά ανεπτυγμένων χωρών.
Οι ΑΠΕ πρακτικά είναι ανεξάντλητες, η χρήση τους δεν pυπαίva το περιβάλλον και η αξιοτιοίησή τους έγκειται μόνο στην ανάπτυξη αξιόπιστων και oucovoμικά αποδεκτών τεχνολογιών τιου θα δεσμεύουν το δυναμικό τους.
Το ενδιαφέρον στη σύγχρονη εποχή για την ανάπτυξη των τεχνολογιών αυτών και την ευρύτερη αξιοποίηση των ΑΠΕ, παρουσιάσθηκε αρχικά μετά την πρώτη πετρελαϊκή κρίση του 1974 και παγιώθηκε μετά τη συνειδητοποίηση των παγκόσμιων περιβαλλοντικών προβλημάτων.
Για πολλές χώρες, οι ΑΠΕ αποτελούν μια εγχώρια τηγή ενέργειας με ευνοϊκές προοτΓπκές συν^σφοράς στο ενεργειακό τους ισοζύγιο, συμβάλλοντας στη μείωση της εξάρτησης από το ακριβό εισαγόμενο πετρέλαιο και στην ενίσχυση της ασφάλειας του ενεργειακού τους εφοδιασμού. Παράλληλα, συμβάλλουν στη βελτίωση της ποιότητας του περιβάλλοντος καθώς έχει πλέον διαπιστωθεί ότι ο
Κεφάλαιο 1 Εισαν(θτγή one ανανεώσιαες xtm e ενειπεκκ ενεργειακός τομέας είναι ο κλάδος που ευθύνετσι κατά κύριο λόγο για τη ρύτιανση του περιβάλλοντος Είναι χαρακτηριστικό ότι ο μόνος δυνατός τρότιος που διαφαίνεται για να μπορέσει η Ευρωπαϊκή Ένωση να ανταποκριθεί στο φιλόδοξο στόχο που έθεσε το 1992 στη συνδιάσκεψη του Ρίο για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη, να περιορίσει δηλαδή τους ρύπους του διοξειδίου του άνθρακα, είναι να ετηταχύνει την ανάπτυξη των ΑΠΕ.
Η Ελλάδα είναι μια χώρα ιδιαίτερα προικισμένη όσον αφορά τις ΑΠΕ, οι οποίες περιλαμβάνουν την ηλιακή και αιολική ενέργεια, την υδάτινη ενέργεια, τόσο στη ξηρά (μικρά υδροηλεκτρικά) όσο και στη θάλασσα (ενέργεια των κυμάτων), τη βιομάζα, αλλά και τη γεωθερμία. Η χώρα μας απολαμβάνει υψηλή ηλιακή ακτινοβολία καθ' όλη τη διάρκεια του χρόνου, και στο μεγαλύτερο τμήμα της χώρας η ηλιοφάνεια διαρκεί περισσότερο από 2.700 ώρες το χρόνο. Η ολική ηλιακή ακτινοβολία σε οριζόντιο επίπεδο κυμαίνεται από 5.000 έως 6.100 Mj/m^ ανά έτος.
Αρκετές επίσης περιοχές της ηπειρωτικής και νησιωτικής Ελλάδας έχουν σταθερούς και δυνατούς ανέμους σε συνεχή βάση. Λόγω της μορφολογίας του εδάφους σε πολλά σημεία της ενδοχώρας, κυρίως στη Δυτική Ελλιίδα, υπάρχουν κατάλληλες συνθήκες, που ευνοούν τη δημιουργία μικρών αλλά και μεγάλων φραγμάτων, τα οποία μέσω των υδάτινων ταμιευτήρων που δημιουργούν, επιτρέπουν την παραγωγή ηλεκτρισμού μέσω των υδατοπτώσεων. Παράλληλα, η Ελλάδα ως χώρα κυρίως γεωργική, διαθέτει αρκετά αποθέματα βιομάζας κατάλληλα για την παραγοιγή ενέργειας (π.χ. αιθανόλη από ζαχαρότευτλα). Επιπλέον, η Ελλάδα είναι προικισμένη και με την ενέργεια του υπεδάιρους τη γεωθερμία, ειρόσσν σε πολλές περιοχές της χώρας υπάρχουν εξακριβωμένα πεδία υψηλής αλλά και χαμηλής ενθαλπίας.
Παρά το γεγονός ότι, η Ελλάδα είναι πλούσια σε όλες τις παραπάνω μοριρές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, εν τούτοις η αξιοποίησή τους με λίγες εξαιρέσεις παραμένει ακόμη σε εμβρυακό στάδιο, συγκρινόμενη με άλλες χώρες αλλά και με αυτές τις ίδιες τις δυνατότητες της χώρας. Χωρίς υπερβολή, η ανάτιτυξη των ΑΠΕ μέσα στα επόμενα χρόνια μπορεί να θεωρηθεί ως υπ' αριθμόν ένα πρόκληση στον τομέα της ενέργειας τόσο για το κράτος όσο και για τους ιδιώτες.
Πράγματι, το ενδιαφέρον της πολιτείας για την ανάπτυξη του τομέα αυτού τα τελευταία χρόνια, είναι έντονο. Συνέπεια αυτού του ενδιαφέροντος είναι η εφαρμογή αξιόλογων προγραμμάτων, που σχετίζονται με την ανάπτυξη και διάδοση των ΑΠΕ.
Πολλά από τα προγράμματα αναπτύχθηκαν από τα διάφορα ανώτατα εκπαιδευτικά ιδρύματα (ΑΕΙ) της χώρας καθώς και από το Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΚΑΠΕ) το οποίο ως βασικό του σκοπό έχει ακριβώς την προώθηση και αξιοποίηση των τιηγών αυτών. Μάλιστα τα τελευταία τιέντε χρόνια, ιδίως μετά την ψήφιση του Ν 2244/94 περί ΑΠΕ και το Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Ενέργειας, έχει υπάρξει έντονο επενδυτικό ενδιαφέρον από ιδιωτικές εταιρίες κυρίως στο χώρο της αιολικής ενέργειας, των μικρών υδροηλεκτρικών αλλά και στον τομέα εξοικονόμησης ενέργειας, όπου αρκετά προγράμματα χρηματοδοτήθηκαν από το Β' κοινοτικό πλαίσιο στήριξης (ΚΠΣ).
Η χρήση των ΑΠΕ στη χώρα μας, όπως άλλωστε και στον υπόλοιπο κόσμο, δεν είναι κάτι καινούργιο. Έτσι, παλαιότερα οι ενεργειακές ανάγκες της χώρας καλύπτονταν κατά κύριο λόγο από τις ΑΓΙΕ, και ιδιαίτερα από τη βιομάζα και την αιολική ενέργεια (π.χ. άντληση νερού, άλεσμα σιτηρών). Σιγά σιγά όμως η χώρα
Κε<βά).αιο I Eiacciurri} tm c avocvedixrmec πηγά: ενέργειοις
3ΐέρ(χσε στη χρήση των ορυκτών κατκτίμων (λιθάνθρακα και πετρελαίου), με αποτέλεσμα από τη πλήρη ενεργειακή αυτάρκεια που επικρατούσε μέχρι το τέλος του περασμένου αιώνα, να φτάσει σήμερα σε μεγάλο βαθμό εξάρτησης άνω του 65%.
Όπως είναι γνωστό, τα παγκόσμια αποθέματα αργού πετρελαίου, φυσικού αερίου και στερεών καυσίμων θα εξαντληθούν σε μερυτές δεκαετίες. Κατά την περίοδο αυτή προβλέπεται ο δυιλασιασμός του πληθυσμού της γης με ταυτόχρονη αύξηση των κατά κεφαλήν ενεργειακών καταναλώσεων. Πρέπει να σημειωθεί, ό π γίνεται μεγάλη σπατάλη ενέργειας δεδομένου ότι η χρήσιμη ενέργεια υ^λογίζεται στο 40% περίπου της συνολικά χρησιμοποιούμενης ενέργειας.
Ώριμες τεχνολογίες ΑΠΕ χαρακτηρίζονται εκείνες για τις οποίες έχει διαμορφωθεί κάποια αγορά, έστω και εξειδικευμένη, και έχουν ξειρύγει από το ερευνητικό-πιλοτικό στάδιο. Οι περισσότερες από τις τεχνολογίες αυτές είναι ήδη ή τ^ σ ιάζο υν να γίνουν οικονομικά εκμεταλλεύσιμες ιδιαίτερα όταν ληφθεί υπ* όψιν και το εσωτερικό κόστος της παραγόμενης ενέργειας (περιβαλλονπκό-κοινωνικό). Ως τέτοιες μπορούν να χαρακτηριστούν τα συστήματα ενεργειακής αξιοποίησης της βιομάζας τα συστήματα εκμετάλλευσης της αιολικής της υδροδυναμυοής και της γεωθερμικής ενέργειας, τα φωτοβολταικά και τα θερμικά ηλιακά συστήματα και, στην κατεύθυνση της εξοικονόμησης ενέργειας τα παθητικά ηλιακά συστήματα.
Εκτός από τις λεγόμενες ώριμες υπάρχουν και άλλες όχι τόσο εξελιγμένες τεχνολογίες ΑΠΕ (π.χ. τεχνολογίες για την εκμετάλλευση της ενέργειας των θαλασσίων κυμάτων ή της θερμικής ενέργειας των ωκεανών ή παλιρροιών, τα συγκεντρωτικά ηλιακά συστήματα ισχύος, οι ηλιακές λίμνες κλπ).
1.6 Μορφές οτνανεώσιαων ττπγών ενέργειας
1.6.1 Αιολιιαι ενέργεια
Η αιολική ενέργεια είναι από τις πλέον γνωστές και από τις παλαιότερες χρησιμοποιούμενες μορφές ενέργειας. Οι άνεμος δηλαδή οι μεγάλες μάζες αέρα που μετακινούνται με ταχύτητα από μία περιοχή σε κάποια άλλη, οφείλονται στην ανομοιόμορφη θέρμανση της επιφάνειας της Γης από την ηλιακή ακτινοβολία. Η κινητική ενέργεια των ανέμων είναι τόση που, με βάση τη σημερινή τεχνολογία εκμετάλλευσής τη ς θα μπορούσε να καλύψει πάνω από δύο φορές τις ανάγκες της ανθρωπότητας σε ηλεκτρική ενέργεια.
Η εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας χάνεται στα βάθη της ιστορίας. Ο εγκλωβισμός, κατά τον Όμηρο, των ανέμων στον ασκό του Αιόλου δείχνει ακριβώς την ανάγκη των ανθρώπων να διαθέτουν τους ανέμους στον τόπο και χρόνο που οι ίδιοι θα ήθελαν. Για πολλές εκατοντάδες χρόνια η κίνηση των πλοίων στηριζόταν στη δύναμη του ανέμου, ενώ η χρήση του ανεμόμυλου ως κινητήριας μηχανής εγκαταλείπεται μόλις στα μέσα του προηγούμενου αιώνα. Είναι η εποχή που εξαπλώνονται ραγδαία τα συμβατικά καύσιμα και ο ηλεκτρισμός ο οποίος φτάνΏ ως τα πιο απομακρυσμένα σημεία. Η πετρελαϊκή κρίση στις αρχές της δεκαετίας του 70, φέρνει ξανά στο προσκήνιο τις ΑΠΕ και την αιολική ενέργεια. Στο διάστημα μέχρι σήμερα, σημειώνεται μια αλματώδης ανάπτυξη, κάτι που ενισχύεται και από την επιτακτική ανάγκη για την προστασία του περιβάλλοντος. Γίνεται πλέον συνείδηση
Κεφάλοαο I______________________Etaacmm στις ccvavedxnuec myicsyepmsi σε όλο και περισσότερο κόσμο, πως ο άνεμος είναι μια καθαρή ανεξάντλητη πηγή ενέργειας.
Τα σύγχρονα συστήματα εκμετάλλευσης της αιολικής ενέργειας αφορούν κυρίως μηχανές που μετατρέπουν την ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική ενέργεια και ονομάζονται «ανεμογεννήτριες».
Εικ. 11: Αιολικό κάρκο
Η σημαντικότερη οικονομικά εφαρμογή των ανεμογεννητριών είναι η σύνδεσή τους στο ηλεκτρικό δίκτυο μιας χώρας. Στην περίπτωση αυτή, ένα αιολικό πάρκο (Εικ. 11), δηλαδή μία συστοιχία πολλών ανεμογεννητριών, εγκαθίσταται και λειτουργεί σε μία περιοχή με υψηλό αιολικό δυναμικό και διοχετεύει το σύνολο της παραγωγής του στο ηλεκτρικό σύστημα. Υπάρχει βέβαια και η δυνατότητα οι ανεμογεννήτριες να λειτουργούν αυτόνομα, για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε περιοχές που δεν ηλεκτροδοτούνται, μηχανικής ενέργειας για χρήση σε αντλιοστάσια, καθώς και θερμότητας. Όμως, η ισχύς που παράγεται σε εφαρμογές αυτού του είδους είναι περιορισμένη, το ίδιο και η οικονομική τους σημασία.
1.6.2 Υδραυλικά ενέργεια
Η υδραυλική ενέργεια, η ενέργεια του νερού, είναι μια (χνανεώσιμη, και αποκεντρωμένη πηγή ενέργειας που υπηρέτησε και υπηρετεί πιστά τον άνθραιπο στο δρόμο της ανάπτυξης. Πολυάριθμοι υδραυλικοί τροχοί, νερόμυλοι, δριστέλλες, υδροτριβεία, πριονιστήρια, κλωστοϋφαντουργεία και άλλοι μηχανισμοί υδροκίνησης συνεχίζουν ακόμη και σήμερα να χρησιμοποιούν τη δύναμη του νερού, συμβάλλοντας σημαντικά στην πρόοδο της τοπικής οικονομίας πολλών περιοχών, με απόλυτα φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο.
Σε πολλά σημεία του ελληνικού χώρου κάποιες παραδοσιακές (Εικ. 12α), αλλά και σύγχρονες εγκαταστάσεις μικρών υδροηλεκτρικών έργων (Εκ. 12β), εξακολουθούν να αξιοποιούν την ενέργεια του νερού για την παραγωγή μηχανκού έργου αλλά κυρίως ι ^ ο ν για την παραγωγή ηλεκτρκού ρεύματος.
(α) Παραδοσιακή μορ<|τή εκμετάλλευσης της δυναμικής ροής του νερού
(Ρ) Σύγχρονη μορφή εκμετάλλευσης της δυναμικής ροής του νερού Εικ. 12: Μορφές εκμετάλλευσης της δυναμικής
ενέργειας του νερού
Η αξιΟΜΓοίηση του μκρού υδροδυναμικού των χιλιάδων μικρών ή μεγαλύτερων υδατορρευμάτων και ττηγών της ορεινής Ελλάδος περνά από την υλοποίηση αποκεντρωμένων, αναπτυξιακών μικρών υδροηλεκτρικών σταθμών πολλαπλής σκοτημότητας, που μπορούν δηλαδή να λειτουργούν και για την ταυτόχρονη κάλυψη υδρευτκών, αρδευτικών και άλλων τοπικών αναγκών.
Οι πολύ υψηλοί βαθμοί απόδοσης των υδροστροβίλων, που μερικές φορές υπερβαίνουν και το 90%, και η πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής των υδροηλεκτρκών έργων, που μπορεί να υπερβαίνει και τα 100 έτη, αποτελούν δύο χαρακτηρισπκούς δείκτες για την ενεργειακή αποτελεσματικότητα και την τεχνολογυςή ωριμότητα των μικρών υδροηλεκτρικών σταθμών.
Τα μυςρά υδροηλεκτρικά έργα παρουσιάζουν σημανηκά πλεονεκτήματα όπως είναι η δυνατότητα άμεσης σύνδεσης - απόζευξης στο δίκτυο, ή η αυτόνομη λειτουργία τους, η αξιοτηστία τους η παραγωγή ενέργειας αρίστης ποιότητας χωρίς διακυμάνσεις, η άριστη διαχρονική συμπεριφορά τους, η μεγάλη διάρκεια ζωής ο προβλέψιμος χρόνος απόσβεσης των αναγκαίων επενδύσεων που οφείλεται στο πολύ χαμηλό κόστος συντήρησης και λειτουργίας και στην ανυπαρξία κόστους πρώτης ύλης, η φιλικότητα προς το περιβάλλον με τις μηδεvucές εκπομπές ρύπων και τις περιορισμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις η ταυτόχρονη ικανοποίηση και άλλων αναγκών χρήσης νερού (ύδρευσης άρδευσης, κλπ.), η δυνατότητα παρεμβολής τους σε υπάρχουσες υδραυλικές εγκαταστάσεις, κ.α.
Εξ' ορισμού, ένας μικρός υδροηλεκτρικός σταθμός αποτελεί ένα έργο απόλυτα συμβατό με το περιβάλλον, που μπορεί να συμβάλει ακόμη και στη δημιουργία νέων υδροβιοτόπων μικρής κλίμακας. Το σύνολο των επί μέρους συνιστωσών του έργου μπορεί να ενταχθεί αισθητικά και λειτουργικά στα χαρακτηρισπκά του
Εισανατή στκ ανανεώσιαες ntmQ cv^m s.
τιεριβάλλοντος, αξιοποιώντας τα τοπικά υλικά με ανα ^μ ίζο ν τα ς το γύρω χώρο
1.63 Ενέργεια ωκεανών
Οι ωκεανοί μπορούν να μας προσφέροιΛ' τεράστια ποσά ενέργεαζς Υπάρχουν τρεις βασικοί τρόποι για να εκμεταλλευτούμε την ενέργεια της θάλασσας:
α) από τα κύματα
β) από τις παλίρροιες (μικρές και μεγάλες) γ) από τις θερμοκρασιακές διαφορές του νερού
Σχ. 2: Αξιοπαίηβη της ενέργειας των κυμάτων
α) Η κινητική ενέργεια των κυμάτων μπορεί να περιστρέψει την τουρμπίνα, όπως φαίνεται στο σχήμα 2 . 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 ποράγα ρεύμα. Αυτός είναι ένας μόνο τύπος εκμετάλλευσης της ενέργειας των κυμάτων. Η παραγόμενη ενέργεια είναι σε θέση να καλύψει τις ανάγκες μιας οικίας ενός φάρου.
β) Η αποποίηση της παλιρροϊκής ενέργειας χρονολογείται από εκατοντάδες χρόνια πριν, αφού με τα νερά που δεσμεύονταν στις εκβολές ποταμών από την παλίρροια, κινούνταν νερόμυλοι. Ο τρόπος είναι απλός: Τα εισερχόμενα νερά της παλίρροιας στην ακτή κατά την πλημμυρίδα μπορούν να παγιδευτούν σε φράγματα, οπότε κατά την άμπωτη τα αποθηκευμένα νερά ελευθερώνονται και κινούν υδροστρόβιλο, όπως στα υδροηλεκτρικά εργοστάσια Τα πλέον κατάλληλα μέρη για την κατασκευή σταθμών ηλεκτροπαραγωγής είναι οι στενές εκβολές ποταμών. Η διαφορά μεταξύ της στάθμης του νερού κατά την άμπωτη και την πλημμυρίδα πρέπει να είναι τουλάχιστον 10 μέτρα
Σήμερα οι μικροί σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από το θαλασσινό νερό βρίσκονται σε πειραματικό στάδιο. Η ηλεκτρική ενέργεια που μπορεί να
Εισανωνή otic ocvavecixnuec πηνέα ενέονεκκ τιαραχθεί είναι ικανή να καλύψει τις ανάγκες μιας τιόλης μέχρι και 240 χιλχάδοτν κατοίκων. Ο πράπος τιαλιρροϊκός σταθμός κατασκευάσθηκε στον τιοταμό La Ranee σπς ακτές της Βορειοδυτικής Γαλλίας το 1962 και οι υδροστρόβιλοί του μπορούν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια καθώς το νερό κινείται κατά τη μια ή την άλλη κατεύθυνση. Αλλοι τέτοιοι σταθμοί ΐίειτουργούν στη Ρωσία, στη θάλασσα Barents και στον κόλπο Fuhdy της Νέας Σκοτίας.
γ) Η θερμική ενέργεια των ωκεανών μπορεί επίσης να αξιοποιηθεί με την εκμετάλλευση της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ του θερμότερου επιφανειακού νερού και του ψυχρότερου νερού του τιυθμένα. Η διαφορά αυτή πρέτιει να είναι τουλάχιστον 3,5 °C. Τα πλεονεκτήματα από τη χρήση της ενέργειας των ωκεανών, εκτός από "καθαρή" και ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, με τα γνωστά ευεργετήματα, είναι το σχετικά μικρό κόστος κατασκευής των απαιτούμενων εγκαταστάσεων, η μεγάλη απόδοση (40-70 KW ανά μέτρο μετώπων κύματος) και η δυνατότητα παραγωγής υδρογόνου με ηλεκτρόλυση από το άφθονο θαλασσινό νερό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο.
Στα μειονεκτήματα αναφέρεται το κόστος μεταιροράς της ενέργειας στη στεριά.
1.6.4 Βιοιιάϋα
Ο κλάδος της ενέργειας βιομάζας είναι πιθανώς η πιο συγκεκριμένη και άμεσα διαθέσιμη εναλλακηκή πηγή ενέργειας και μια από τις πιο ελπιδοφόρες για την τιαραγωγή θερμότητας και ενέργειας.
Οι κύριες εφαρμογές της είναι στην παραγωγή ενέργειας (βιοενέργεια), στη σύνθεση καυσίμων (βιολογικά καύσιμα) και στη σύνθεση προϊόντων (βιολογικά προϊόντα). Τα κύρια πλεονεκτήματα της βιομάζας τιροέρχονται από την αφθονία των πράηων υλών, την ευκολία εξαγαχγής της ενέργειας, την παραγωγή της σε απομακρυσμένες περιοχές και συνεπώς την αύξηση της απασχόλησης. Η χρήση της δεν συμβάλλει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, και, με δεδομένο το χαμηλό ετιίπεδο θείου, δε συμβάλλει στη δημιουργία όξινης βροχής. Επιπλέον, είναι ανανεώσιμη και στο τέλος του κύκλου ζωής της μπορεί να μετατραπεί σε λίπασμα.
1.6.5 Ηλιακή ενέργεια
Ο ήλιος εκπέμπει τεράστια ποσότητα ενέργειας ημερησίως. Η ηλιακή ακτινοβολία αξιοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρισμού με δύο τρόπους, θερμικές και φοηοβολταϊκές εφαρμογές. Η πρώτη είναι η συλλογή της ηλιακής ενέργειας για να παραχθεί θερμότητα, κυρίως για τη θέρμανση του νερού και τη μετατροπή του σε ατμό για την κίνηση τουρμπίνων. Στη δεύτερη εφαρμογή τα φωτοβολταϊκά συστήματα μετατρέπουν το φως του ήλιου σε ηλεκτρισμό με τη χρήση φωτοβολταϊκών κυψελών ή συστοιχιών. Αυτή η τεχνολογία που εμφανίστηκε στις αρχές του 1970 στα διαστημικά προγράμματα των ΗΠΑ έχει μειώσει το κόστος παραγωγής ηλεκτρισμού με αυτόν τον τρόπο από $300 σε $4 το Watt. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα χρησιμοποιούνται κυρίως σε αγροτικές και απομακρυσμένες περιοχές όπου η σύνδεση με το δίκτυο είναι πολύ ακριβή. Αν και όλη η γη δέχεται την ηλιακή ακτινοβολία, η ποσότητά της εξαρτάται κυρίως από τη γεωγραφική θέση, την ημέρα, την εποχή και τη νεφοκάλυψη. Η έρημος δέχεται περίπου το διπλάσιο ποσό ηλιακής ενέργειας από άλλες περιοχές.
