Διερεύνηση θερμικής συμπεριφοράς του κτιριακού κελύφους του κτιρίου Ξενία (Α & Β)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

Πτυχιακή εργασία:

«∆ιερεύνηση θερμικής συμπεριφοράς του κτιριακού κελύφους του κτιρίου Ξενία (Α & Β)»

Επιβλέπων καθηγητής: ∆ίας Χαραλαμπόπουλος

Επιμέλεια εργασίας: Μαρία Αντωνίου Μυτιλήνη

Αύγουστος 2008

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

Πτυχιακή εργασία:

«∆ιερεύνηση θερμικής συμπεριφοράς του κτιριακού κελύφους του κτιρίου Ξενία (Α & Β)»

Επιβλέπων καθηγητής: ∆ίας Χαραλαμπόπουλος

Επιμέλεια εργασίας: Μαρία Αντωνίου

Μυτιλήνη

Αύγουστος 2008

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

Ευχαριστώ ιδιαίτερα τον κ. Δία Χαραλαμπόπουλο Αναπληρωτή Καθηγητή για την βοήθεια στην ολοκλήρωση της συγγραφής της διπλωματικής μου εργασίας και τον συμφοιτητή μου Γεράσιμο Μεσολωρά για τη βοήθειά του κατά τη διάρκεια των πειραματικών μετρήσεων.

ΠΡΟΛΟΓΟΣ

Τα ελληνικά κτίρια αποδεικνύονται αρκετά σπάταλα, σε ότι αφορά την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Έχοντας φθάσει να απομυζούν το 40% της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας στη χώρα μας, απειλούν την ευστάθεια του συστήματος παραγωγής και διάθεσης της ηλεκτρικής ενέργειας. Η κατανάλωση ενέργειας στα ελληνικά κτίρια, είναι κατά βάση η αιτία που ο μέσος ρυθμός αύξησης της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας, κατά την τελευταία δεκαετία στη χώρα μας, ανήλθε στο 4,6%

και σύμφωνα με όλες τις μελέτες, ο ρυθμός αύξησης θα διατηρηθεί σε υψηλά επίπεδα και την επόμενη δεκαετία, σε ποσοστό 2-3% ετησίως.

Στο παραπάνω πλαίσιο κινείται η παρούσα εργασία, στόχος της οποίας είναι η διερεύνηση της κατανάλωσης ενέργειας σε κτίριο και πιο συγκεκριμένα στα κτίρια Ξενία Α και Β.

Η περιεκτική βιβλιογραφική ανασκόπηση που διενεργήθηκε έχει ως αποτέλεσμα την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων σχετικά με την ζήτηση και κατανάλωση τις ενέργειας στις μεταφορές στην βιομηχανία και στα κτίρια, για μεθόδους εξοικονόμησης ενέργειας, και για τη θερμική συμπεριφορά των κτιρίων.

Στη συγκεκριμένη εργασία γίνεται ένας έλεγχος της απώλειας ενέργειας από τα υπό μελέτη κτίρια με τη χρήση διαφόρων οργάνων: θερμοζεύγη, αισθητήρες θερμικής ροής και θερμογραφικής κάμερας.

Στόχος της εργασίας η διεξαγωγή συμπερασμάτων για την απώλεια ενέργειας στα συγκεκριμένα κτίρια και η διερεύνηση της θερμικής συμπεριφοράς του κτιριακού κελύφους.

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ... - 9 -

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1^ο... - 10 -

ΕΝΕΡΓΕΙΑ... - 11 -

1.1 Τι είναι ενέργεια... - 11 -

1.1.1 Μορφές ενέργειας... - 11 -

1.1.1.1 Κινητική ενέργεια... - 12 -

1.1.1.2 Δυναμική ενέργεια... - 12 -

1.1.2 Πηγές Ενέργειας και Περιβαλλοντικές επιπτώσεις... - 13 -

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2^ο... - 15 -

ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ... - 16 -

2.1 Ο Ήλιος... - 16 -

2.2 Η Ηλιακή Σταθερά, Gsc... - 17 -

2.3 Μεταβολή της εξωγήινης ακτινοβολίας... - 18 -

2.4 Ισοζύγιο Ακτινοβολιών... - 19 -

2.5 Φασματική Κατανομή Ακτινοβολιών... - 20 -

2.6 Ηλιακή Ακτινοβολία στην επιφάνεια της γης... - 21 -

2.7 Συντελεστής Αιθριότητας, Κτ... - 21 -

2.8 Ηλιακή Γεωμετρία... - 21 -

2.9 Διαγράμματα Ηλίου... - 22 -

2.10 Ηλιακή Ώρα... - 24 -

2.11 Διεύθυνση Άμεσης Ακτινοβολίας... - 25 -

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3^ο... - 27 -

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΖΗΤΗΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ... - 28 -

3.1 Ζήτηση ενέργειας στην Ευρώπη... - 28 -

Η ενέργεια στην ανάπτυξη και την απασχόληση... - 28 -

3.1.2 Ζήτηση ενέργειας στην Ελλάδα... - 30 -

3.2 Κατανάλωση Ενέργειας... - 30 -

3.2.1 Κατανάλωση Ενέργειας από τη Βιομηχανία... - 31 -

3.2.2 Κατανάλωση Ενέργειας στις Μεταφορές... - 32 -

3.2.3 Κατανάλωση Ενέργειας από τα Κτίρια... - 33 -

3.2.3.1 Νομοθεσία για τη μόνωση των κτιρίων... - 34 -

3.2.3.1.1 Ελληνική νομοθεσία για τη θερμομόνωση των κτιρίων... - 35 -

3.4 Εξοικονόμηση Ενέργειας... - 39 -

3.4.1 Εξοικονόμηση Ενέργειας από τις Βιομηχανίες... - 40 -

3.4.2 Εξοικονόμηση Ενέργειας στις Μεταφορές... - 42 -

3.4.3 Εξοικονόμηση ενέργειας σε κτίρια... - 43 -

3.5 Μέθοδοι εξοικονόμησης ενέργειας... - 44 -

3.5.1 Βιοκλιματικός Σχεδιασμός... - 44 -

3.5.2 Θερμομόνωση κτιριακού κελύφους... - 45 -

3.3 Ηλιασμός... - 47 -

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4^ο... - 50 -

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ... - 50 -

4.1 Αγωγή... - 50 -

4.2 Συναγωγή... - 50 -

4.3 Ακτινοβολία... - 51 -

4.3.1 Μέλαν σώμα... - 52 -

4.3.1.1 Ο Νόμος του Planck... - 52 -

4.3.1.2 Ο νόμος Stefan – Boltzmann ... - 54 -

4.3.2 Ακτινοβολία πραγματικών επιφανειών... - 54 -

4.3.3 Απορρόφηση, αντανάκλαση και διάβαση της ακτινοβολίας... - 55 -

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5^ο... - 57 -

ΘΕΡΜΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΤΙΡΙΩΝ... - 58 -

5.1 Κτιριακό Κέλυφος... - 58 -

5.2 Ροές θερμότητας στο κτιριακό κέλυφος... - 59 -

5.3 Θερμική ποιότητα και θερμική μάζα κτιρίου... - 60 -

5.3.1 Θερμικά «ελαφρά» κτίρια... - 60 -

5.3.2 Θερμικά «βαριά» κτίρια... - 60 -

5.4 Θερμική Συμπεριφορά Κτιρίου... - 61 -

5.4.1 Θερμική Αντίσταση κτιρίου, R-Value... - 61 -

5.4.2 Θερμική Αγωγιμότητα... - 61 -

5.4.3 Θερμική συμπεριφορά οικοδομικών υλικών, U-Value ... - 62 -

5.4.4 Θερμοδιαφυγή - Συντελεστής Θερμοδιαφυγής – Αντίσταση Θερμοδιαφυγής... - 63 -

5.4.5 Θερμοπερατότητα-Αντίσταση Θερμοπερατότητας... - 63 -

5.4.6 Θερμοχωρητικότητα... - 65 -

5.5 Θερμική αποθήκευση... - 65 -

5.5.1 Χρονική Υστέρηση – Συντελεστής Μείωσης... - 67 -

3.5.2 Ημερήσια Θερμοχωρητικότητα... - 70 -

5.6 Θερμομόνωση... - 71 -

5.6.1 Θερμική αντίσταση της μόνωσης... - 71 -

5.6.2 Απόδοση της μόνωσης... - 72 -

5.6.3 Επίδραση της υγρασίας... - 72 -

5.6.4 Έλεγχος της υγρασίας... - 73 -

6^Ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ... - 74 -

ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ... - 75 -

6.1 Καταγραφή οργάνων... - 76 -

6.1.1 Καταγραφική μονάδα – Data logger ... - 76 -

6.1.1.1 Περιγραφή οργάνου... - 76 -

Εικόνα 6.1 Καταγραφική μονάδα – data logger ... - 76 -

6.1.1.2 Αρχές Προγραμματισμού και Λειτουργίας... - 76 -

6.1.1.4 Επικοινωνία με το καταγραφικό... - 77 -

6.1.2 Όργανα Μετρήσεων Πειράματος... - 77 -

6.1.2.1 Θερμοζεύγη... - 77 -

6.1.2.2 Αισθητήρες Ροής Θερμότητας... - 78 -

6.1.2.3 Πυρανόμετρο ολικής ακτινοβολίας... - 79 -

6.1.3 Θερμογραφική κάμερα ThermaCAM™ FLIR Ε300 ... - 80 -

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7^Ο... - 84 -

ΤΟ ΚΤΙΡΙΟ ΞΕΝΙΑ... - 85 -

7.1 Τοποθεσία και Γενική Άποψη του Κτιρίου... - 85 -

7.2 Το Κτιριακό Κέλυφος... - 86 -

7.2.1 Προδιαγραφές κανονισμού θερμομόνωσης... - 88 -

7.3 Κτιριακό Κέλυφος και Ηλιακή Ακτινοβολία... - 88 -

7.4 Εγκαταστάσεις... - 89 -

7.4.1 Κλιματισμός – Θέρμανση – Εξαερισμός... - 89 -

7.4.1.1 Κλιματισμός – Θέρμανση... - 90 -

7.4.1.2 Εξαερισμός... - 94 -

7.4.2 Ηλεκτροδότηση του κτιρίου... - 95 -

7.4.3 Φωτισμός-Φωτισμός Ασφαλείας... - 96 -

7.5 Λειτουργία του κτιρίου... - 97 -

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8^Ο... - 99 -

ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ ΞΕΝΙΑ Α&Β... - 100 -

Α’ Μέρος... - 104 -

ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ... - 104 -

8.1 1^ο Πείραμα... - 104 -

8.2 2^ο Πείραμα... - 108 -

8.3 3^ο Πείραμα... - 111 -

8.4 4^ο Πείραμα... - 115 -

8.5 5^ο Πείραμα... - 118 -

8.6 6^ο Πείραμα... - 122 -

8.7 7^ο Πείραμα... - 124 -

8.8 8^ο Πείραμα... - 128 -

Β’ Μέρος... - 131 -

ΕΙΚΟΝΕΣ ΑΠΟ ΘΕΡΜΟΓΡΑΦΙΚΗ ΚΑΜΕΡΑ Flir thermacam Ε300 ... - 131 -

9^ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ... - 135 -

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ... - 136 -

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... - 137 -

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Ο στόχος της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας ήταν η διεύρυνση της θερμικής συμπεριφοράς του κτιρίου του Πανεπιστημίου Αιγαίου, του Τμήματος Περιβάλλοντος,

«Ξενία». Για την επίτευξη του στόχου αυτού, έγιναν πειράματα, τα οποία αφορούσαν τις θερμοκρασίες στο εσωτερικό του κτιρίου, τις ροές θερμότητας προς το εξωτερικό περιβάλλον, μέσω του κτιριακού κελύφους και λήφθηκαν θερμικές εικόνες.

Προκειμένου να μελετηθεί η θερμική συμπεριφορά του κτιρίου Ξενία, βρέθηκαν κάποιοι χώροι στους οποίους υπήρχε εύκολη πρόσβαση για τας πειράματα. Οι χώροι που επιλέχθηκαν είναι η κεντρικές είσοδοι των κτιρίων Ξενία Α (παλιό κτίριο) και Ξενία Β (καινούργιο κτίριο) Οι μετρήσεις αφορούσαν χρονικές περιόδους κανονικής λειτουργίας του Πανεπιστημίου. Οι μετρήσεις συνοδεύτηκαν από δεδομένα του μετεωρολογικού σταθμού Ε.Μ.Υ.

Στα κεφάλαια που ακολουθούν γίνεται αναφορά στην ενέργεια που καταναλώνεται από κτίρια και προκειμένου να κατανοηθούν οι διεργασίες με τις οποίες ανταλλάσσεται θερμότητα μεταξύ του κτιρίου και του εξωτερικού περιβάλλοντος, γίνεται αναφορά στους μηχανισμούς μετάδοσης θερμότητας, καθώς επίσης και στις θερμοφυσικές ιδιότητες του κτιριακού κελύφους. Στη συνέχεια, αναλύεται το υπό μελέτη κτίριο και ακολουθεί η ανάλυση των πειραματικών μετρήσεων.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1^Ο ΕΝΕΡΓΕΙΑ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1^ο

ΕΝΕΡΓΕΙΑ 1.1 Τι είναι ενέργεια

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 διαθέτει 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. Η ενέργεια υπάρχει παντού, μας περιβάλλει, αλλά εμφανίζεται και μέσα στους οργανισμούς μας.

Ενέργεια ονομάζεται η ικανότητα παραγωγής έργου ή ακόμη η ικανότητα οργάνωσης ή αλλαγής της ύλης. Ενέργεια: εν + έργο, δηλαδή έργο μέσα σε κάποιο σώμα. Το έργο σχετίζεται με την αλλαγή, την κίνηση ή τη στήριξη και ισοδυναμεί με την ενέργεια που δόθηκε στο αντικείμενο. Η ύλη, όταν προσλάβει ενέργεια, μπορεί να αποκτήσει διαφορετική οργάνωση στη δομή της (από στερεή να γίνει υγρή ή αέρια), ακόμη και να αλλάξει τη δομή της π.χ. με χημική αντίδραση. Η ενέργεια είναι φυσική ποσότητα που μπορεί να μετρηθεί και καθορίζει ποιες αλλαγές, γεγονότα ή φυσικά φαινόμενα είναι δυνατόν να συμβούν. Δεν καθορίζει όμως αν θα συμβούν, μια που αυτό εξαρτάται από τις εκάστοτε συνθήκες. Για παράδειγμα, η απαραίτητη συνθήκη για να θερμανθεί το περιβάλλον από ένα θερμό σώμα (έχει αποθηκευμένη ενέργεια) είναι η θερμοκρασία του περιβάλλοντος να είναι χαμηλότερη από αυτή του θερμού σώματος. Η έννοια της ενέργειας χρησιμοποιείται και ευρύτερα, όταν αναφερόμαστε σε κοινωνικές, πολιτικές, πολιτιστικές, αισθητικές δραστηριότητες. Η ενέργεια περικλείεται ή εμπεριέχεται, αποθηκεύεται, εκπέμπεται, μεταβιβάζεται, απορροφάτε, μετατρέπεται, διατηρείται, υποβαθμίζεται, ρέει.

1.1.1 Μορφές ενέργειας

Από φυσική άποψη διακρίνονται δύο είδη ή πρωταρχικές μορφές ενέργειας η κινητική και η δυναμική.

1.1.1.1 Κινητική ενέργεια

Είναι η ενέργεια που έχει ένα υλικό όταν κινείται και αναφέρεται στην ικανότητά του να παράγει έργο. Μαθηματικά, η κινητική ενέργεια ενός σώματος, ορίζεται υπολογίζεται ως το ήμισυ του γινομένου της μάζας του επί το τετράγωνο της ταχύτητάς του:

_{κινητική} 1 ²

E = m . v

2 (1.1) Όπου m η μάζα του σώματος και ν η ταχύτητα.

1.1.1.2 Δυναμική ενέργεια

Η ενέργεια δηλαδή που έχει το σώμα όταν βρίσκεται σε κάποιο πεδίο δυνάμεων, διακρίνεται σε ενέργεια θέσεως, (π.χ. η βαρύτητα) και ενέργεια μορφής, που εμφανίζεται όταν συστρέφετε, συμπιέζετε, τεντώνετε ή λυγίζετε ένα υλικό αλλάζοντας τη φυσική του μορφή π.χ. το παραμορφωμένο μέταλλο ή λάστιχο.

Η δυναμική ενέργεια ενός σώματος ορίζεται ως το γινόμενο της δύναμης που ασκείται επάνω του επί την απόστασή του από το σημείο του πεδίου, όπου θεωρούμε ότι η δυναμική ενέργεια έχει μηδενική τιμή:

ή Fh

δυναμικ

Ε = (1.2)

Όπου F η συνισταμένη δύναμη που ασκείται στο σώμα, και h απόσταση από το σημείο με μηδενική δυναμική ενέργεια.

Η Κινητική και η Δυναμική ενέργεια αποτελούν τη Μηχανική ενέργεια. Εκτός των πρωταρχικών μορφών ενέργειας, κινητικής και δυναμικής, εμφανίζονται και άλλες εκφράσεις ειδικών περιπτώσεων ή συνδυασμών των πρωταρχικών μορφών ενέργειας. Άλλες από αυτές γίνονται εύκολα αισθητές, όπως το φως, η θερμότητα, η πυρηνική ενέργεια και άλλες όχι. Αυτές οι μορφές ενέργειας είναι η θερμική, η ηλεκτρική, η χημική, η πυρηνική, η φωτεινή και η ηλιακή.

• Η θερμική ενέργεια, το σύνολο δηλαδή της κινητικής ενέργειας των σωματιδίων που συγκροτούν τα υλικά σώματα, καθώς αυτά κινούνται στο εσωτερικό τους. Με τον όρο θερμότητα εννοούμε ειδικά την ενέργεια που μεταφέρεται από ένα

σώμα υψηλής θερμοκρασίας σε άλλο με χαμηλότερη θερμοκρασία, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η κινητική ενέργεια των σωματιδίων του.

• Η χημική ενέργεια, το σύνολο της δυναμικής ενέργειας που απαιτήθηκε για τη συγκρότηση μορίων χημικών ουσιών από διάφορα άτομα, κάτω από την αλληλεπίδραση ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων. Η χημική ενέργεια αποδίδεται συνήθως ως θερμική ή ηλεκτρική, όταν τα μόρια διασπώνται και πάλι σε άτομα ή μετασχηματίζεται στους οργανισμούς σε θερμική και κινητική, με βιολογικούς μηχανισμούς, και ονομάζεται ζωική ενέργεια.

• Η πυρηνική ενέργεια, είναι η δυναμική ενέργεια που είναι εγκλεισμένη στους πυρήνες των ατόμων λόγω της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων που τα συνιστούν και απελευθερώνεται κατά τη σχάση ή τη σύντηξη των πυρήνων.

• Φωτεινή ενέργεια χαρακτηρίζεται η ενέργεια που μεταφέρεται ως ορατό ηλεκτρομαγνητικό κύμα, δηλαδή φως και αποτελεί μέρος της ηλιακής ενέργειας.

• Ηλιακή ενέργεια, είναι η πυρηνική ενέργεια που προέρχεται από τη σύντηξη πυρήνων υδρογόνου στον ήλιο ( αναλυτική περιγραφή σε επόμενο κεφάλαιο)

1.1.2 Πηγές Ενέργειας και Περιβαλλοντικές επιπτώσεις

Στον παρακάτω πίνακα 1.1 παρουσιάζονται οι πηγές ενέργειας καθώς και τις θετικές και αρνητικές πλευρές τους.

Πίνακας 1.1 Θετικές και αρνητικές πλευρές των πηγών ενέργειας

(Πηγή: Ετήσια έκδοση τμ. Περιβαλλοντικής Εκπαίδευσης Ν. Σάμου -Τεύχος 3) Πηγή ενέργειας Θετικές πλευρές Αρνητικές πλευρές

Ήλιος Μηδέν εκπομπές Ανανεωσιμότητα

Επάρκεια

Αστάθεια Ακριβή τεχνολογία (εκτός από τη θέρμανση)

Άνεμος Μηδέν εκπομπές Ανανεωσιμότητα

Επάρκεια

Δεσμεύει εκτεταμένες περιοχές

Προβλήματα συντήρησης

Βιοκαύσιμα Ελάχιστες εκπομπές Ανανεωσιμότητα

Μεταφορά βιομάζας Χρήση νερού στην παραγωγή βιομάζας. Πιθανές επιπτώσεις

στα οικοσυστήματα

Υδατοπτώσεις Μηδέν εκπομπές Δωρεάν πρώτη ύλη

Χαμηλό λειτουργικό κόστος Υψηλό κόστος κατασκευής

Επιπτώσεις στο τοπίο Επιπτώσεις στα

οικοσυστήματα

Άνθρακας Σταθερότητα Επάρκεια στην αγορά

Υψηλές εκπομπές CO2 , SO2 Μη ανανεώσιμη πηγή Συσσώρευση υπολειμμάτων

Πετρέλαιο

Αναπτυγμένη τεχνολογία Εξαιρετικά ευέλικτο

καύσιμο

Περιορισμένη διαθεσιμότητα Κόστος μεταφοράς ιδιαίτερα

όταν

μεταφέρεται σε μεγάλες αποστάσεις Μη ανανεώσιμη πηγή.

Εύφλεκτο

Υψηλές εκπομπές CO2 ,NOx

Φυσικό αέριο

"Σχετικά" φιλικό προς το περιβάλλον Καύσιμο υψηλής ενεργειακής αξίας με

εύκολο χειρισμό

Περιορισμένη διαθεσιμότητα Σχετική ρύπανση. Μη

ανανεώσιμη πηγή.

Εκτεταμένο δίκτυο διανομής Εκπομπές CO2

Πυρηνική ενέργεια Αφθονία πρώτης ύλης Μεταφορά πρώτων

υλών

Απόβλητα Κίνδυνος εξάπλωσης

πυρηνικών όπλων Ραδιενέργεια από λειτουργία

και ατυχήματα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2^ο ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2^ο

ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 2.1 Ο Ήλιος

Ο ήλιος είναι μια σφαίρα έντονα ζεστής αέριας ύλης με διάμετρο 1,39x10⁹m. Απέχει από τη γη 1,5x10¹¹m και κάνει μια περιστροφή γύρω από τον άξονά του μια φορά ανά τέσσερις βδομάδες. Δεν περιστρέφεται ως στερεό σώμα. Ο ισημερινός χρειάζεται περίπου 27 μέρες, ενώ οι πολικές περιοχές 30 μέρες για μια τέτοια περιστροφή.

Από τις αντιδράσεις σύντηξης που έχουν προταθεί προκειμένου να εξηγήσουν την ενέργεια που εκπέμπεται από τον ήλιο, η πιο σημαντική θεωρείται αυτή κατά την οποία τέσσερις πυρήνες υδρογόνου ενώνονται για να σχηματίσουν ένα πυρήνα ηλίου, σύμφωνα με τις παρακάτω αντιδράσεις:

1H + ¹H → ²H + e⁺ + v_e

2H + ¹H → ³He + γ

3He + ³He → ⁴He + ¹H + ¹H

Κατά τη διαδικασία αυτή, 657 εκατομμύρια τόνοι υδρογόνου μετατρέπονται σε 652,5 εκατομμύρια τόνους ήλιο και το εμφανιζόμενο έλλειμμα των 4,5 εκατομμυρίων τόνων είναι η ανά δευτερόλεπτο απελευθερωθείσα ενέργεια, η οποία προέρχεται από το εσωτερικό του, μεταφέρεται στην επιφάνεια με μηχανισμούς συναγωγής και ακτινοβολίας και από εκεί εκπέμπεται στο διάστημα.

Η δομή του ηλίου απεικονίζεται στο Σχήμα 2.1:

Σχήμα 2.1 Η Δομή του Ήλιου (πηγή: Duffie & Beckmann, 1991)

Εκτιμάται ότι το 90% της ενέργειας παράγεται στην περιοχή από 0-0,23R, στο οποίο περιέχεται το 40% της μάζας του ηλίου. Η ζώνη που εκτείνεται από 0,7-1R, καλείται ζώνη συναγωγής, με R την ακτίνα του ήλιου. Το εξωτερικό της στρώμα ονομάζεται φωτόσφαιρα. Είναι η πηγή του μεγαλύτερου μέρους της ηλιακής ακτινοβολίας. Τα αέριά της είναι ισχυρά ιονισμένα και είναι ικανά να εκπέμψουν και να απορροφήσουν συνεχές φάσμα ακτινοβολίας. Πάνω από τη φωτόσφαιρα υπάρχει το στρώμα αναστροφής, το οποίο βρίσκεται σε χαμηλότερη θερμοκρασία, ακολουθεί η χρωμόσφαιρα με θερμοκρασία λίγο υψηλότερη αυτής της φωτόσφαιρας και τέλος υπάρχει η κορόνα, περιοχή πολύ μικρής πυκνότητας και μεγάλης θερμοκρασίας (10⁶Κ).

Η εκπεμπόμενη ηλιακή ακτινοβολία είναι το σύνθετο αποτέλεσμα των μηχανισμών εκπομπής και απορρόφησης των διαφόρων στρωμάτων του ήλιου σε διάφορα μήκη κύματος.

2.2 Η Ηλιακή Σταθερά, G_sc

Στη μέση απόσταση Γης – Ήλιου, 1,495x10¹¹m, ο ήλιος φαίνεται υπό γωνία 32’. Η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τον ήλιο και η σχέση του στο χώρο με τη γη, έχει ως αποτέλεσμα έξω από την ατμόσφαιρα της γης η ακτινοβολία να έχει σχεδόν σταθερή ένταση.

Σχήμα 2.2 Απόσταση Γης - Ήλιου (πηγή: Duffie & Beckmann, 1991)

Η ηλιακή σταθερά, G_sc, ορίζεται ως η ακτινοβολούμενη ενέργεια από τον ήλιο, που προσπίπτει σε μονάδα επιφανείας, κάθετα στη διεύθυνση της ακτινοβολίας, ανά μονάδα χρόνου, στη μέση απόσταση γης-ήλιου, έξω από την ατμόσφαιρα της γης.

Μετά από πληθώρα πειραματικών μετρήσεων και προσπαθειών προσδιορισμού της ηλιακής σταθεράς, το Παγκόσμιο Κέντρο Ακτινοβολίας (World Radiation Center) υιοθέτησε την τιμή των 1367W/m² με αβεβαιότητα της τάξης του 1%.

2.3 Μεταβολή της εξωγήινης ακτινοβολίας

Εντοπίζονται δύο πηγές μεταβολών της εξωγήινης ακτινοβολίας. Η πρώτη οφείλεται σε μεταβολή της ακτινοβολίας που εκπέμπει ο ήλιος, ενώ η δεύτερη στη μεταβολή της απόστασης γης – ήλιου και δίνεται από τη σχέση:

[1 0.033 (360 )]

on sc 365

G =G × + × ×N

Η μεταβολή της εξωγήινης ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια ενός έτους, φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Σχήμα 2.3 – Μεταβολή της εξωγήινης ακτινοβολίας στη διάρκεια ενός έτους (πηγή: Duffie & Beckmann, 1991)

Ο πίνακας που ακολουθεί δίνει τη μέση μηνιαία ακτινοβολία έξω από την ατμόσφαιρα, σε οριζόντιο επίπεδο, για γεωγραφικό πλάτος 40^ο:

(2.1)

Πίνακας 2.1 – Μέση μηνιαία ακτινοβολία (W/m²) έξω από την ατμόσφαιρα, σε οριζόντιο επίπεδο, για γεωγραφικό πλάτος 40^ο

(πηγή: Χαραλαμπόπουλος Δίας, Σημειώσεις Ηλιακή Ενέργεια)

Μέση ακτινοβολία Ηο σε W/m² για οριζόντιο επίπεδο έξω από την ατμόσφαιρα [MJ/month] και για γεωγραφικό πλάτος 40^ο

φ Ιαν Φεβ Μάρ Απρ Μάιος Ιουν Ιούλ Αύγ Σεπτ Οκτ Νοέ Δεκ

40^ο 468 573 843 1029 1218 1242 1249 1122 891 691 489 422

2.4 Ισοζύγιο Ακτινοβολιών

Η ακτινοβολία εκπέμπεται από τον ήλιο με ταχύτητα ίση με αυτή του φωτός και χρειάζεται περίπου 8 λεπτά για να φτάσει στη γη. Καθώς διέρχεται από τα διάφορα ατμοσφαιρικά στρώματα και μέχρι να φτάσει στην επιφάνεια της γης, υφίσταται μεταβολές και απώλειες, που οφείλονται κυρίως στους μηχανισμούς απορρόφησης και διάχυσης.

Το σημαντικότερο μέρος φτάνει στην επιφάνεια σαν δέσμη ακτινών που προέρχονται απ’ ευθείας από τον ήλιο και ονομάζεται άμεση ηλιακή ακτινοβολία. Ταυτόχρονα, ένα μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας διαχέεται από την ατμόσφαιρα και φτάνει στην επιφάνεια του εδάφους, σαν διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία, προερχόμενη από όλα τα σημεία του ουρανού. Μέρος της ακτινοβολίας ανακλάται από την επιφάνεια της γης και από την ατμόσφαιρα και αναφέρεται ως ανακλώμενη ακτινοβολία. Η επιφάνεια του εδάφους θερμαίνεται από την ακτινοβολία που προσπίπτει σε αυτήν και εκπέμπει με τη σειρά της προς την ατμόσφαιρα ακτινοβολία που ονομάζεται γήινη.

Τέλος, η ίδια η ατμόσφαιρα θερμαινόμενη και αυτή από την ηλιακή ακτινοβολία, ακτινοβολεί με τη σειρά της ακτινοβολία προς όλες τις κατευθύνσεις και ονομάζεται ατμοσφαιρική ακτινοβολία.

Σχηματική παράσταση των μηχανισμών απορρόφησης, διάχυσης και αντανάκλασης, και των ποσοστών τους απεικονίζονται στο παρακάτω σχήμα:

Σχήμα 2.4 Ισοζύγιο ακτινοβολιών

2.5 Φασματική Κατανομή Ακτινοβολιών

Η φασματική κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας αναφέρεται στην κατανομή της στα διαφορετικά μήκη κύματος ή στη συχνότητά της. Στην επιφάνεια της γης είναι διαφορετική απ’ ότι έξω από την ατμόσφαιρα, λόγω της αλληλεπίδρασης με τα μόρια του αέρα σε διαφορετικά μήκη κύματος.

Η αέρια μάζα m ορίζεται ως η συνολική ποσότητα της ατμόσφαιρας, μέσα από την οποία διέρχεται η ηλιακή ακτινοβολία. Είναι αδιάστατο μέγεθος και είναι ανάλογο του αριθμού των μορίων κατά μήκος της διαδρομής μέσα από την ατμόσφαιρα. Παίρνει την τιμή 0 έξω από την ατμόσφαιρα και την τιμή 1 όταν ο ήλιος βρίσκεται πάνω από το επίπεδο της θάλασσας.

Στο παρακάτω σχήμα απεικονίζεται η φασματική κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας για αέριες μάζες 0, 1, 5.

Σχήμα 2.5 Φασματική Κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης για m=1 και m=5 και εξωγήινη ηλιακή ακτινοβολία

(πηγή: Balcomb, 1992)

2.6 Ηλιακή Ακτινοβολία στην επιφάνεια της γης

Η ηλιακή ακτινοβολία που δέχεται η επιφάνεια της γης εξαρτάται από τις μεταβολές της εξωγήινης ακτινοβολίας, και στην ατμοσφαιρική διάχυση από τα μόρια του αέρα, του νερού και της σκόνης, καθώς επίσης και στην ατμοσφαιρική απορρόφηση από το O3, H2O και το CO2.

Το όζον στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της ακτινοβολίας μικρού κύματος, σε περιοχές κάτω των 0.29μm. Η απορρόφηση του μειώνεται καθώς το μήκος κύματος αυξάνεται, μέχρι τα 0.35μm, όπου μηδενίζεται. Το εξατμισμένο νερό εμφανίζει ισχυρή απορρόφηση στα 1, 1.4 και 1.8μm. Σε μήκη κύματος μεγαλύτερα των 2.5μ η διαπερατότητα της ατμόσφαιρας είναι πολύ μικρή εξαιτίας της απορρόφησης από τους υδρατμούς και το διοξείδιο του άνθρακα.

2.7 Συντελεστής Αιθριότητας, Κτ

Η ηλιακή ακτινοβολία στην επιφάνεια ενός κτιρίου θεωρείται το άθροισμα τριών συνιστωσών, της άμεσης, της διάχυτης και της ανακλώμενης από το έδαφος. Η πρώτη σχετίζεται άμεσα με τον συντελεστή αιθριότητας Κτ (Balcomb, 1992), ο οποίος ορίζεται ως ο λόγος της ηλιακής ακτινοβολίας προς τη μέγιστη δυνατή ακτινοβολία, δηλαδή την ακτινοβολία έξω από την ατμόσφαιρα. Μπορεί να οριστεί για την ώρα, τη μέρα ή και το μήνα:

T o

K H

= H

,όπου Η είναι η ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στην οριζόντια επιφάνεια στη διάρκεια μιας μέρας

Ηο είναι η ακτινοβολία που προσπίπτει σε οριζόντια επιφάνεια που βρίσκεται έξω από την ατμόσφαιρα στη διάρκεια μιας μέρας

2.8 Ηλιακή Γεωμετρία

Για τις ηλιακές εφαρμογές, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τη φαινόμενη κίνηση του ήλιου στα διάφορα γεωμετρικά πλάτη. Η γη κινείται γύρω από τον ήλιο σε ελλειπτική τροχιά και έχει 4 χαρακτηριστικά σημεία. Το θερινό και χειμερινό ηλιοστάσιο στις 21 Ιουνίου και στις 21 Δεκεμβρίου αντίστοιχα και την ανοιξιάτικη και φθινοπωρινή

(2.2)

ισημερία στις 21 Μαρτίου και στις 21 Σεπτεμβρίου αντίστοιχα. Κατά την ελλειπτική αυτή κίνηση της γης γύρω από τον ήλιο, ο άξονας της γης έχει μια κλίση ως προς το ελλειπτικό επίπεδο. Λόγω αυτής της κλίσης έχουμε τις εποχές του έτους και τις διαφορετικές φαινόμενες ημερήσιες τροχιές του ήλιου. Στο Σχήμα 2.6 φαίνεται η ημερήσια διαδρομή του ήλιου στον ουρανό:

Σχήμα 2.6 Ημερήσια διαδρομή του ήλιου στον ουρανό για γεωγραφικό πλάτος 40^οΒ (πηγή: Brown, Gillespie, 1995)

Λόγω της κλίσης του άξονα της γης, ο ήλιος βρίσκεται ψηλότερα στον ουρανό το καλοκαίρι, παρά το χειμώνα. Το υψηλότερο σημείο της ημερήσιας διαδρομής του ήλιου στον ουρανό λέγεται ηλιακό μεσημέρι.

Η φαινόμενη θέση του ήλιου στον ορίζοντα, για μια δεδομένη στιγμή, ορίζεται από το ύψος του και το αζιμούθιό του. Ύψος του ήλιου είναι η γωνία που σχηματίζει η ευθεία ήλιος – παρατηρητής, με το οριζόντιο επίπεδο του παρατηρητή (στο σχήμα είναι η γωνία θ). Το αζιμούθιο ορίζεται ως η γωνία που σχηματίζει η προβολή της ευθείας ήλιος – παρατηρητής στο οριζόντιο επίπεδο με το Νότο (στο σχήμα είναι η γωνία φ).

Το αζιμούθιο είναι αρνητικό τις πρωινές ώρες και θετικό τις απογευματινές. Παίρνει την τιμή μηδέν το ηλιακό μεσημέρι.

Στο Παράρτημα 1 δίνεται πίνακας για το ύψος και αζιμούθιο του ήλιου για γεωγραφικό πλάτος 40^ο.

2.9 Διαγράμματα Ηλίου

Όπως αναφέρθηκε στην παράγραφο 1.8, η θέση του ήλιου συναρτήσει του παρατηρητή, ορίζεται από το ύψος του και το αζιμούθιο του. Οι δύο αυτές γωνίες καθορίζουν τη θέση του ήλιου στον ουράνιο θόλο, ο οποίος είναι ένας φανταστικός ημισφαιρικός θόλος που καλύπτει την επιφάνεια του ουρανού. Το κυλινδρικό

διάγραμμα ηλίου που απεικονίζεται παρακάτω είναι η προβολή της διαδρομής του ήλιου στον ουράνιο θόλο.

Σχήμα 2.7 Διάγραμμα ήλιου για γεωγραφικό πλάτος 40^ο (πηγή: Balcomb, 1992)

Το ύψος του απεικονίζεται στον κατακόρυφο άξονα, ενώ το αζιμούθιο του στον οριζόντιο. Οι μαύρες σκούρες γραμμές απεικονίζουν την τροχιά του ήλιου για συγκεκριμένες μέρες. Εκτός από την 21 Ιουνίου και 21 Δεκεμβρίου, κάθε γραμμή περιλαμβάνει δύο μέρες, καθώς η διαδρομή του ήλιου είναι ίδια για την άνοιξη και το φθινόπωρο αυτές τις μέρες. Οι διακεκομμένες γραμμές αντιπροσωπεύουν την ώρα του ήλιου από το ξημέρωμα (στα αριστερά σε ύψος 0^ο), στο ηλιοβασίλεμα (στα δεξιά σε ύψος 0^ο), με το μεσημέρι να βρίσκεται στην κάθετη γραμμή στη μέση του διαγράμματος.

Για τα διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη πρέπει να κατασκευάζονται ξεχωριστά διαγράμματα. Διορθώσεις στο μήκος κύματος δε χρειάζονται, καθώς κάθε διάγραμμα αναφέρεται στο ηλιακό μεσημέρι.

Κατά το σχεδιασμό ενός κτιρίου ή την τοποθέτηση παθητικών διατάξεων, πρωταρχικός στόχος είναι η πρόσβαση της ηλιακής ακτινοβολίας κατά τους χειμερινούς μήνες, και η προστασία τους από αυτή τους θερινούς. Η χρησιμότητα αυτών των διαγραμμάτων στηρίζεται στην πρόβλεψη του σκιασμού του κτιρίου ή των παθητικών διατάξεων από δέντρα, γειτονικά κτίρια, λόφους, κλπ. Αυτή η τεχνική

αφορά την άμεση ακτινοβολία, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα μικρή ανακρίβεια το χειμώνα, αλλά σοβαρό σφάλμα από τον Απρίλιο μέχρι το Σεπτέμβριο, όπου η διάχυτη και η ανακλώμενη από το έδαφος είναι μεγαλύτερες (Balcomb, 1992).

2.10 Ηλιακή Ώρα

Η ηλιακή ώρα στηρίζεται στη φαινόμενη γωνιακή κίνηση του ήλιου στον ορίζοντα, με το ηλιακό μεσημέρι την ώρα που διασχίζει ο ήλιος τον μεσημβρινό του παρατηρητή.

Δε συμπίπτει με την τοπική ώρα. Προκειμένου να μετατραπεί η τοπική ώρα σε ηλιακή, απαιτούνται δύο διορθώσεις. Η πρώτη αφορά τη διαφορά μεταξύ του μεσημβρινού του παρατηρητή και του μεσημβρινού στον οποίο στηρίζεται η τοπική ώρα. Ο ήλιος χρειάζεται 4 λεπτά να διασχίσει 1^ο γεωγραφικού μήκους. Η δεύτερη προκύπτει από την εξίσωση της ώρας, η οποία συμπεριλαμβάνει τις διαταραχές στο ρυθμό περιστροφής της γης, ο οποίος επηρεάζει την ώρα που ο ήλιος διασχίζει το μεσημβρινό του παρατηρητή. Η διαφορά της ηλιακής ώρας και της τοπικής δίνεται από τη σχέση:

ΗΛΙΑΚΗ ΩΡΑ – ΤΟΠΙΚΗ ΩΡΑ = 4 x (L_st-L_loc) + E

, όπου E=9.87 sin(2 ) 7.53 cos× B − × B−1.5 sin( )× B Lst ο μεσημβρινός της χώρας σε μοίρες

L_loc ο τοπικός μεσημβρινός σε μοίρες Β = 360(N-81)/364

N η ημέρα του χρόνου, 1≤Ν≤365

Ακολουθεί η σχηματική εξίσωση της ώρας σε λεπτά συναρτήσει της εποχής του χρόνου:

Σχήμα 2.8 Σχηματική εξίσωση της ώρας σε λεπτά, συναρτήσει της εποχής του χρόνου

(πηγή: Duffie, Beckman, 1991)

Προσοχή πρέπει να δίνεται κατά τη θερινή διόρθωση της ώρας, όπου προστίθεται μια ώρα την τελευταία Κυριακή του Απριλίου και αφαιρείται την τελευταία Κυριακή του Οκτωβρίου.

2.11 Διεύθυνση Άμεσης Ακτινοβολίας

Είναι η γωνία που σχηματίζεται από την ευθεία ήλιος – παρατηρητής και την κάθετο στο κεκλιμένο επίπεδο (γωνία θ του σχήματος).

Σχήμα 2.9 Γωνία Πρόσπτωσης Ηλιακής Ακτινοβολίας σε κεκλιμένο επίπεδο (πηγή: Duffie & Beckman, 1991)

Ο υπολογισμός της γωνίας πρόσπτωσης του ήλιου θ, σε μια επιφάνεια, δίνεται από την εξίσωση:

cos sin sin cos sin cos sin cos cos cos cos cos

cos sin sin cos cos cos sin sin sin

θ δ φ β δ φ β γ

δ φ β ω

δ φ β γ ω

δ β γ ω

= × × − × × ×

+ × × ×

+ × × × ×

+ × × ×

όπου φ = το γεωγραφικό πλάτος του τόπου σε μοίρες δ = κλίση του ήλιου, -23.45^ο <δ<23.45^ο

β = κλίση του επιπέδου σε μοίρες γ = γωνία αζιμουθίου για το επίπεδο

ω = ωριαία γωνία σε μοίρες, με μετατόπιση του ήλιου 15^ο ανά ώρα. Ισχύει ότι ω=0 στις 12 το μεσημέρι και έχει θετικές τιμές για ώρες μετά από αυτό, ενώ αρνητικές για ώρες πριν από αυτό

θ = γωνία πρόσπτωσης μεταξύ της διεύθυνσης της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας και της κάθετης στο επίπεδο

Η κλίση του ήλιου δ ορίζεται ως: 284

23.45 sin(360( ))

365

δ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3^ο

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΖΗΤΗΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3^ο

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΖΗΤΗΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

3.1 Ζήτηση ενέργειας στην Ευρώπη

Η Ευρώπη, για την επίτευξη των οικονομικών, κοινωνικών και περιβαλλοντικών στόχων της, έχει να αντιμετωπίσει σοβαρά προβλήματα στο θέμα της ενέργειας. Την αυξανόμενη εξάρτησή της από τις εισαγωγές, τις ευμετάβλητες τιμές των υδρογονανθράκων, την αλλαγή του κλίματος, την άνοδο της ζήτησης και τα εμπόδια στην εσωτερική αγορά ενέργειας. Ως δεύτερη αγορά ενέργειας στον κόσμο, η ΕΕ μπορεί να εκμεταλλευθεί την πρώτη θέση που κατέχει διεθνώς στον τομέα της διαχείρισης της ζήτησης και της προώθησης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή καλεί τα κράτη μέλη να καταβάλουν κάθε προσπάθεια για την υλοποίηση μιας ευρωπαϊκής ενεργειακής πολιτικής, η οποία θα έχει τρεις κύριους στόχους:

• τη βιωσιμότητα, για να καταπολεμηθεί δραστήρια η αλλαγή του κλίματος με την προώθηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και της ενεργειακής απόδοσης,

• την ανταγωνιστικότητα, για να βελτιωθεί η απόδοση του ευρωπαϊκού δικτύου μέσω της ολοκλήρωσης της εσωτερικής αγοράς ενέργειας,

• την ασφάλεια εφοδιασμού, για να συντονισθεί καλύτερα η ζήτηση και η προσφορά ενέργειας εντός της ΕΕ μέσα στο διεθνές περιβάλλον.

Η ενέργεια στην ανάπτυξη και την απασχόληση

Το άνοιγμα των αγορών σημαίνει θεμιτό ανταγωνισμό μεταξύ των επιχειρήσεων σε ευρωπαϊκό επίπεδο για να καταστεί η Ευρώπη της ενέργειας πιο ασφαλής και πιο ανταγωνιστική. Από τον Ιούλιο του 2007, οι καταναλωτές θα έχουν νομικά το δικαίωμα να επιλέγουν οποιαδήποτε ευρωπαϊκή επιχείρηση για την προμήθεια σε φυσικό αέριο και ηλεκτρισμό. Για να ολοκληρωθεί η εσωτερική αγορά ενέργειας, πρέπει να καταβληθούν προσπάθειες στους εξής τομείς κατά προτεραιότητα :

• την ανάπτυξη ενός ευρωπαϊκού δικτύου, με κοινούς κανόνες όσον αφορά τις διασυνοριακές ανταλλαγές, έτσι ώστε να επιτραπεί στους προμηθευτές εναρμονισμένη πρόσβαση στα εθνικά δίκτυα. Αυτοί οι κοινοί κανόνες θα καθορισθούν από τους διαχειριστές των δικτύων σε συνεργασία μεταξύ τους και, εάν χρειασθεί, με μια ευρωπαϊκή ρυθμιστική αρχή·

• ένα κατά προτεραιότητα σχέδιο διασυνδέσεων για να αυξηθούν οι επενδύσεις στις υποδομές που συνδέουν τα διάφορα εθνικά δίκτυα, τα περισσότερα από τα οποία παραμένουν υπερβολικά απομονωμένα·

• την επένδυση σε μονάδες ηλεκτροπαραγωγής για να αντιμετωπισθεί η απότομη άνοδος της κατανάλωσης, μέσω του ανοίγματος των αγορών και της ανταγωνιστικότητας για να τονωθούν οι επενδύσεις·

• τον σαφέστερο διαχωρισμό των δραστηριοτήτων για να διακρίνονται με σαφήνεια οι επιχειρήσεις που παράγουν φυσικό αέριο και ηλεκτρική ενέργεια από τις επιχειρήσεις μεταφοράς τους. Η σύγχυση που συντηρείται σε ορισμένες χώρες είναι μια μορφή προστατευτισμού, η οποία θα αποτελέσει το αντικείμενο νέων μέτρων της Κοινότητας·

• την ενίσχυση της ανταγωνιστικότητας της ευρωπαϊκής βιομηχανίας, με τη διάθεση ενέργειας σε προσιτές τιμές.

Η παραγωγή ενέργειας στην Ευρώπη σήμερα είναι εξαρτημένη κατά βάση από το πετρέλαιο, τα στερεά καύσιμα, τις ανανεώσιμες πηγές, το φυσικό αέριο, τα βιοκαύσιμα κ.α. πηγές. Μετά το 1997 και την υπογραφή από την πλευρά μας του πρωτοκόλλου του Κιότο αλλά κυρίως μετά τις δεσμεύσεις που η συμφωνία επιβάλλει από το έτος 2005 η παγκόσμια ενεργειακή ισορροπία ταρακουνήθηκε με πρώτο επίκεντρο την Γηραιά Ήπειρο και φυσικά την Ελλάδα. Η ανάγκη για πετρελαϊκή απεξάρτηση τόσο για τα κράτη – μέλη τη Ε. Ε. που η εξάρτηση τους από το πετρέλαιο είναι κατά 50% και ακόμα περισσότερο για την Ελλάδα που φτάνει στο 65% είναι επιτακτική. Η βασική στρατηγική της Ευρωπαϊκής Ένωσης για το πετρέλαιο είναι να μείνει η εξάρτηση από το πετρέλαιο μόνο σε ορισμένους κλάδους της οικονομίας (οδικές μεταφορές και την πετροχημεία) χωρίς να μπορεί να επηρεάζει άμεσα ή έμμεσα το σύνολο της οικονομίας. Ο ρόλος του φυσικού αερίου είναι επομένως στρατηγικός και για το πετρέλαιο. Έτσι αποδυναμώνεται η πολιτική ισχύς του ΟΠΕΚ γιατί οι επιπτώσεις των αποφάσεών του στην οικονομία θα είναι μικρότερες. Η γεωπολιτική δε του φυσικού αερίου είναι σε αρκετό βαθμό διαφορετική από αυτή του πετρελαίου. Η απεξάρτηση της Ελληνικής Οικονομίας από το πετρέλαιο δεν μπορεί παρά να ακολουθήσει την ίδια στρατηγική. Το ενεργειακό ζήτημα έχει επομένως δύο διαστάσεις: μια οικονομική διάσταση και μια πολιτική διάσταση. Οι δυο διαστάσεις συνδέοντα αιτιωδώς μεταξύ τους. Οι πολιτικές εξελίξεις επηρεάζουν την οικονομία και οι οικονομικές επιπτώσεις την εσωτερική και εξωτερική πολιτική. Επίσης κύριο είναι το ερώτημα πώς θα είναι η ενεργειακή παραγωγή στο μέλλον. Οι φυσικοί ενεργειακοί πόροι (λιγνίτης, πετρέλαιο) είναι περιορισμένοι και η χρήση τους είναι συνδεδεμένοι με περιβαλλοντικές επιβαρύνσεις. Στατιστικά ένας

πολίτης της σύγχρονης κοινωνίας καταναλώνει τόση ενέργεια ετησίως, όση παράγεται από έξι τόνους λιγνίτη, ελευθερώνοντας δώδεκα τόνους διοξειδίου του άνθρακα, οδηγώντας έτσι τις μελλοντικές κοινωνίες - γενιές σε δύσκολες κλιματικά εποχές.

3.1.2 Ζήτηση ενέργειας στην Ελλάδα

Το Ελληνικό ενεργειακό σύστημα βρίσκεται την τελευταία δεκαετία σε φάση σημαντικών αλλαγών. Η διείσδυση του φυσικού αερίου, η κατασκευή των διευρωπαϊκών δικτύων, η προώθηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και της εξοικονόμησης ενέργειας και τέλος η απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας αποτελούν τα νέα δεδομένα του.

Σημαντικές είναι οι επιπτώσεις των νέων αυτών δεδομένων στην ασφάλεια του ενεργειακού εφοδιασμού της χώρας, στην μείωση της εξάρτησης της από το εισαγόμενο πετρέλαιο, με όλα τα συνεπαγόμενα οφέλη στην εθνική οικονομία, στην εξοικονόμηση μη ανανεωμένων ενεργειακών πόρων, στην αύξηση της αποδοτικότητας των διαδικασιών παραγωγής και κατανάλωσης ενέργειας, στην προστασία του περιβάλλοντος και τέλος στην βελτίωση των παρεχομένων υπηρεσιών στους καταναλωτές.

Τα σημαντικότερα στοιχεία του ενεργειακού συστήματος της χώρας σχετίζονται με την υποδομή του, το μέγεθος και τη σύνθεση των επιμέρους τομέων του καθώς και το είδος και τη χρήση των διαφόρων ενεργειακών μορφών σ' αυτό.

3.2 Κατανάλωση Ενέργειας

Η κατά κεφαλή ζήτηση πρωτογενούς ενέργειας στην Ελλάδα είναι χαμηλότερη από το μέσο όρο της ΕΕ. Η υψηλή ένταση ενέργειας προσφέρει ευκαιρίες για μείωση της ζήτησης ενέργειας μέσω ορθολογικής χρήσης των ενεργειακών πηγών και της προώθησης τεχνολογιών εξοικονόμησης ενέργειας. Μέχρι τώρα, ο ενεργειακός τομέας στην Ελλάδα στηρίζεται σε συμβατικά καύσιμα, συμβάλλοντας σημαντικά στην απελευθέρωση ατμοσφαιρικών ρύπων. Ειδικότερα, στον τομέα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, η επιλογή της εκμετάλλευσης εγχώριων πόρων λιγνίτη ως μέσο αντιμετώπισης της ενεργειακής κρίσης της δεκαετίας του ’70, χρειάζεται να αναθεωρηθεί υπό το φως των εξελίξεων στους τομείς της ολοκλήρωσης των δικτύων, της απελευθέρωσης της αγοράς και της προστασίας του περιβάλλοντος. Η συνολική επιχειρησιακή ηλεκτροπαραγωγική δυναμικότητα από εργοστάσια φυσικού αερίου θα αυξηθεί κατά 52 % μέχρι το 2010, από υδροηλεκτρικά εργοστάσια κατά 18 % και από

ανανεώσιμες πηγές τουλάχιστον κατά 100 % ενώ η παραγωγική ικανότητα των εργοστασίων λιγνίτη θα μειωθεί κατά 3 %.

Σχήμα 3.1 Η μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας γίνεται στις μεταφορές (39%) και στον οικιακό τομέα (30%)

(πηγή: Πεκόπουλος Δ, 2000)

3.2.1 Κατανάλωση Ενέργειας από τη Βιομηχανία

Σύμφωνα με το ενεργειακό ισοζύγιο της χώρας, η συμμετοχή της βιομηχανίας στη συνολική κατανάλωση τελικής ενέργειας ανέρχεται περίπου στο 23% (στοιχεία Υπουργείου Ανάπτυξης, 2002). Από τη συνολική ενέργεια που καταναλώνεται στη βιομηχανία, το 26,8% είναι ηλεκτρισμός, το 67,8% παράγεται από συμβατικά καύσιμα και το 5,4% προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ).Η ενεργειακή ένταση (κατανάλωση ενέργειας ανά μονάδα παραγόμενου προϊόντος) που παρουσιάζει η ελληνική βιομηχανία είναι υψηλή σε σχέση με χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης που εμφανίζουν παρεμφερή βιομηχανική δομή και ανάπτυξη.

Αυτό σημαίνει για τη χώρα μας κατανάλωση ενέργειας με χαμηλό βαθμό απόδοσης.

Ο χαμηλός βαθμός ενεργειακής απόδοσης της ελληνικής βιομηχανίας οφείλεται κυρίως στην έλλειψη επεμβάσεων εξοικονόμησης ενέργειας, αλλά και εκσυγχρονισμού.

Η σχετικά μικρή συμμετοχή του ενεργειακού κόστους στο τελικό κόστος του προϊόντος, στις περισσότερες ελληνικές βιομηχανίες, παράλληλα με τα γενικότερα οικονομικά προβλήματα που αντιμετωπίζει ο κλάδος, έχουν σαν αποτέλεσμα η