Πτυχιαιο^ εργασία - TEI EMTdigilib.teiemt.gr/jspui/bitstream/123456789/6058/1/STEF...Στην παρούσα εργασία θα αναφερθούν, καθ’ όλη

Πτυχιαιο^ εργασία tou Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσίμ£ς Πηγής Ενέργειες

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Στις μέρες μας οι πηγές ενέργειας αποτελούν σημαντικό στοιχείο επιβεβαίωσης των ανθρώπων, χωρίς αυτές δεν μπορεί να γίνει η οποιαδήποτε παραγωγική διαδικασία , οπότε ανάγκες ανθρώπων δεν μπορούν να καλυφθούν.

Γενικά η ανθρωπότητα εξελίσσεται βάσει της ενέργειας που χρησιμοποιεί. Από την αρχαιότητα χρησιμοποιούσαν την ενέργεια πως όφελος τους. Σημαντικό όμως είναι να αναφερθεί ότι η ενέργεια δεν έχει μόνο θετικά αποτελέσματα, αλλά και πολλές επιπτώσεις ,όπως για παράδειγμα στο περιβάλλον και στη μακροζωία ανθρώπων.

Στη φύση υπάρχουν ελεύθερες πηγές ενέργειας ,όπως η αιολική, ηλιακή, γεωθερμική, βιομάζα, υδροηλεκτρική και η ωκεάνια, αλλά κ οι παραγόμενες πηγές ενέργειας όπως ο ηλεκτρισμός. Η χρήση αυτών βοηθούν στην εξέλιξη του ανθρώπου.

Στην παρούσα εργασία θα αναφερθούν, καθ’ όλη την έκταση της όλες οι υπάρχουσες πηγές ενέργειας. Βασικές έννοιες θα δοθούν για να γίνει κατανοητή η χρήση με την οποία γίνονται οι ενέργειες. Μια βιβλιοανασκοπική θεώρηση που θα δώσει όλες τις έννοιες που αφορούν πηγές ενέργειας.

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνστοηττίνου ΑνανΕώσιμες Πηγής Ενέργειες

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

1.1 ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ1.1.1 Βασικές έννοιες1.1.2 Χρησιμότητα της αιολικής ενέργειας

1.2 ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ1.2.1 Βασικές έννοιες1.2.2 Που υπάρχει ενδιαφέρον στην Ελλάδα1.2.3 Η κατάσταση στην Ελλάδα

1.3 ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ1.3.1 Βασικές έννοιες1.3.2 Κατηγορίες της ανεμογεννήτριας1.3.3 Η λειτουργία της ανεμογεννήτριας1.3.4 Περιγραφή μονάδας ανεμογεννήτριας

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2

2.1 ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ2.1.1 Βασικές έννοιες2.1.2 Ηλιακή ακτινοβολία

2.2 ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣΗλιοθερμικά συστήματα Φωτοβολταϊκά συστήματα

2.3 ΑΥΤΟΝΟΜΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

3.1 ΒΙΟΜΑΖΑ3.1.1 Βασικές έννοιες3.1.2 Επιπτώσεις της ενεργειακής αξιοποίησης της βιομάζας3.1.3 Οι κύριες εφαρμογές με καύσιμο βιομάζα

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνστοτίττίνου Αν<χνεώσιμ£ς Πηγής ΕνέργείΕς

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4

4.1 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 564.1.1 Βασικές έννοιες 564.1.2 Εκμετάλλευση της γεωθερμίας 584.1.3 Φυσικά Γεωθερμικά πεδία 584.1.4 Ανανεώσιμοι τύποι γεωθερμικής ενέργειας 60

4.2 ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΥΨΗΛΗΣ, ΜΕΣΗΣ & ΧΑΜΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ 61

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

5.1 ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 675.1.1 Βασικές έννοιες 675.1.2 Υδροηλεκτρικοί σταθμοί 705.1.3 Υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις 725.1.4 Στοιχεία εκμετάλλευσης υδροηλεκτρικών σταθμών 735.1.5 Οι Υδροηλεκτρικοί Σταθμοί ως έργα πολλαπλού σκοπού 76

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6

6.1 ΩΚΕΑΝΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 816.1.1 Ενέργεια ωκεανών (κυμάτων, παλίρροιας, θερμοκρασιακών διαφορών) 81

6.2 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 866.2.1 Βασικές έννοιες 866.2.2 Μετατροπή της θερμικής ενέργειας των ωκεανών ΜΩΘΕ 866.2.3 Μελλοντικές Προοπτικές της Τεχνολογίας ΜΩΘΕ 87

6.3 ΩΚΕΑΝΙΑ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ, ΘΕΡΜΙΚΟ ΑΠΟΘΕΜΑ,

ΠΕΡΙΒΑΝΤΟΛΛΟΓΙΚΗ ΕΚΤΙΜΗΣΗ 90

Σελίδα 3 από 96

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας αποτελούν ήπιες μορφές ενέργειας και προέρχονται από φυσικές διαδικασίες. Εξαντλώντας τα όρια της φύσης μέσω της υπερεκμετάλλευσης και την καταστροφή του φυσικού περιβάλλοντος ερχόμαστε σήμερα και επιστρέφουμε πάλι στην φύση για να βρούμε λύσεις στα προβλήματα.

Η χρήση συμβατικών καυσίμων είναι ένα θέμα το οποίο έχει προκαλέσει τεράστιες επιτπώσεις στο περιβάλλον και ο μόνος τρόπος αντιμετώπισης του είναι η αντικατάσταση των συμβατικών καυσίμων με τις ΑΠΕ που είναι φιλικές προς το περιβάλλον.

Επειδή η καταστροφή του περιβάλλοντος είναι ένα θέμα που απασχολεί ανά το

παγκόσμιο βλέπουμε ότι όλες οι χώρες έχουν αρχίσει να λαμβάνουν μέτρα και να συμμορφώνονται για να σταματήσουν την καταστροφική πορεία που έχουν αρχίσει.

Σε παγκόσμιο επίπεδο οι ΑΠΕ συνεισφέρουν περίπου στο 18% της παραγωγής ενέργειας. Εξαπλώνονται συνεχώς και οι τεχνολογίες αναπτύσσονται έτσι ώστε να μπορούν να συνεισφέρουν όσο το δυνατότερο σε περισσότερους τομείς αντικαθιστώντας τα συμβατικά καύσιμα.

Όσον αφορά την Ευρώπη κατέχοντας ηγετική θέση στην εισαγωγή καυσίμων από τρίτες χώρες προσπαθεί να απεξαρτητοποιηθεί προωθώντας όλο και περισσότερο τη χρήση των ΑΠΕ. Με σύνθημα το 20-20-20 όλα τα κράτη μέλη υποχρεούνται να επιτύχουν τη μείωση των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα στο 20% και τη συμμετοχή των ΑΠΕ στο 20% μέχρι το 2020. Επίσης, η Ε.Ε έχει θέσει στόχους για την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας, της αιολικής, της υδραυλικής και της βιομάζας ξεχωριστά. Κάποιοι από τους στόχους βρίσκονται κοντά στην πραγματοποίηση άλλοι όμως απέχουν.

Σήμερα ένα από τα μεγάλα θέματα για το μέλλον της ανθρωπότητας είναι και το θέμα του περιβάλλοντος. Οι παρεμβάσεις του ανθρώπου, ιδιαίτερα τους τελευταίους 1-2 αιώνες, δημιούργησαν προβλήματα και καταστροφικές προοτττικές για την ανθρωπότητα.

Μια από τις παρεμβάσεις του ανθρώπου, που δημιουργούν τεράστια προβλήματα στο φυσικό περιβάλλον, είναι οι αναγκαίες σήμερα μεγάλες ποσότητες ενέργειας, που απαιτούνται στη σύγχρονη κοινωνία, θέρμανση, ηλεκτρισμός, μεταφορές είναι

______ Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμΕς Πηγής Ενέργειες______


αναγκαία σε κάθε νοικοκυριό, ενώ και η παραγωγή αγαθών βασίζεται σήμερα στην ενέργεια (βιομηχανία, βιοτεχνία, γεωργία, ορυκτό πλούτο).

Για να περιοριστεί η ρύπανση του φυσικού περιβάλλοντος από την παραγωγή ενέργειας, γίνονται πολλές προτάσεις, μια από τις οποίες είναι οι ΑΠΕ. Καταρχήν πρέπει να τονίσουμε ότι και οι ΑΠΕ έχουν αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, όμως σε μικρότερο βαθμό. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα που έχουν οι ΑΠΕ έναντι των καυσίμων είναι ότι δεν έχουν ημερομηνία λήξης, αφού έχουν διαρκή ανανέωση. Αντίθετα τα καύσιμα, που σήμερα καλύπτουν το μεγαλύτερο ποσοστό σε ενέργεια, έχουν εξαντληθεί αποθέματα, π.χ. τα υγρά καύσιμα και το φυσικό αέριο προβλέπεται ότι θα εξαντληθούν σε λιγότερο από 1 αιώνα. Στις ΑΠΕ υπάγονται:

1. Η αιολική ενέργεια2. Η ηλιακή ενέργεια3. Η βιομάζα4. Η γεωθερμική ενέργεια5. Η υδροηλεκτρική ενέργεια

6. Η ωκεάνια ενέργεια

Είδη ήπιων μορφών ενέργειας

Αιολική ενέργεια. Χρησιμοποιήθηκε παλιότερα για την άντληση νερού από πηγάδια καθώς και για μηχανικές εφαρμογές (π.χ. την άλεση στους ανεμόμυλους). Έχει αρχίσει να χρησιμοποιείται πλατιά για ηλεκτροπαραγωγή.

Ηλιακή ενέργεια. Χρησιμοποιείται περισσότερο για θερμικές εφαρμογές (ηλιακοί θερμοσίφωνες και φούρνοι) ενώ η χρήση της για την παραγωγή ηλεκτρισμού έχει αρχίσει να κερδίζει έδαφος, με την βοήθεια της πολιτικής προώθησης των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας από το ελληνικό κράτος και την Ευρωπαϊκή Ένωση.

Υβριδικό αυτόνομο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, αποτελούμενο από φωτοβολταϊκή συστοιχία, ανεμογεννήτρια, εφεδρικό Η/Ζ και συσσωρευτές

Υδατοπτώσεις. Είναι τα γνωστά υδροηλεκτρικά έργα, που στο πεδίο των ήπιων μορφών ενέργειας εξειδικεύονται περισσότερο στα μικρά υδροηλεκτρικά. Είναι η πιο διαδεδομένη μορφή ανανεώσιμης ενέργειας.

______ Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνστ(τντίνου ΑνανΕώσιμΕς Πηγής Ε νέργίΐίς______


Βιομάζα. Χρησιμοποιεί τους υδατάνθρακες των φυτών (κυρίως αποβλήτων της βιομηχανίας ξύλου, τροφίμων και ζωοτροφών και της βιομηχανίας ζάχαρης) με σκοπό την αποδέσμευση της ενέργειας που δεσμεύτηκε απ' το φυτό με τη φωτοσύνθεση. Ακόμα μπορούν να χρησιμοποιηθούν αστικά απόβλητα και απορρίμματα. Μπορεί να δώσει βιοαιθανόλη και βιοαέριο, που είναι καύσιμα πιο φιλικά προς το περιβάλλον από τα παραδοσιακά. Είναι μια πηγή ενέργειας με πολλές δυνατότητες και εφαρμογές που θα χρησιμοποιηθεί πλατιά στο μέλλον.

Γεωθερμική ενέργεια. Προέρχεται από τη θερμότητα που παράγεται απ' τη ραδιενεργό αποσύνθεση των πετρωμάτων της γης. Είναι εκμεταλλεύσιμη εκεί όπου η θερμότητα αυτή ανεβαίνει με φυσικό τρόπο στην επιφάνεια, π.χ. στους θερμοπίδακες ή στις πηγές ζεστού νερού. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε απευθείας για θερμικές εφαρμογές είτε για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Η Ισλανδία καλύτττει το 80-90% των ενεργειακών της αναγκών με γεωθερμική ενέργεια.

Ενέργεια από παλίρροιες. Εκμεταλλεύεται τη βαρύτητα του Ήλιου και της Σελήνης, που προκαλεί ανύψωση της στάθμης του νερού. Το νερό αποθηκεύεται καθώς ανεβαίνει και για να ξανακατέβει αναγκάζεται να περάσει μέσα από μια τουρμπίνα, παράγοντας ηλεκτρισμό. Έχει εφαρμοστεί στην Αγγλία, τη Γαλλία, τη Ρωσία και αλλού.

Ενέργεια από κύματα. Εκμεταλλεύεται την κινητική ενέργεια των κυμάτων της θάλασσας.

Ενέργεια από τους ωκεανούς. Εκμεταλλεύεται τη διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στα στρώματα του ωκεανού, κάνοντας χρήση θερμικών κύκλων. Βρίσκεται στο στάδιο της έρευνας.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Πλεονεκτήματα

• Είναι πολύ φιλικές προς το περιβάλλον, έχοντας ουσιαστικά μηδενικά κατάλοιπα και απόβλητα,

• Δεν πρόκειται να εξαντληθούν ποτέ, σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα.

______ Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμ^ς Πηγής Ενέργειες______


• Μπορούν να βοηθήσουν την ενεργειακή αυτάρκεια μικρών και αναπτυσσόμενων χωρών, καθώς και να αποτελόσουν την εναλλακτική πρόταση σε σχέση με την οικονομία του πετρελαίου.• Είναι ευέλικτες εφαρμογές που μπορούν να παράγουν ενέργεια ανάλογη με τις ανάγκες του επί τόπου πληθυσμού, καταργώντας την ανάγκη για τεράστιες μονάδες παραγωγής ενέργειας (καταρχήν για την ύπαιθρο) αλλά και για μεταφορά της ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις.• Ο εξοπλισμός είναι απλός στην κατασκευή και τη συντήρηση και έχει μεγάλο χρόνο ζωής.

Μειονεκτήματα

• Έχουν αρκετά μικρό συντελεστή απόδοσης, της τάξης του 30% ή και χαμηλότερο. Συνεπώς απαιτείται αρκετά μεγάλο αρχικό κόστος εφαρμογής σε μεγάλη επιφάνεια γης. Γι ’αυτό το λόγο μέχρι τώρα χρησιμοποιούνται σαν συμπληρωματικές πηγές ενέργειας.• Για τον παραπάνω λόγο προς το παρόν δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κάλυψη των αναγκών μεγάλων αστικών κέντρων.• Η παροχή και απόδοση της αιολικής, υδροηλεκτρικής και ηλιακής ενέργειας εξαρτάται από την εποχή του έτους αλλά και από το γεωγραφικό πλάτος και το κλίμα της περιοχής στην οποία εγκαθίστανται.

• Για τις αιολικές μηχανές υπάρχει η άποψη ότι δεν είναι κομψές από αισθητική άποψη κι ότι προκαλούν θόρυβο και θανάτους πουλιών. Με την εξέλιξη όμως της τεχνολογίας τους και την προσεκτικότερη επιλογή χώρων εγκατάστασης (π.χ. σε πλατφόρμες στην ανοιχτή θάλασσα) αυτά τα προβλήματα έχουν σχεδόν λυθεί.• Για τα υδροηλεκτρικά έργα λέγεται ότι προκαλούν έκλυση μεθανίου από την αποσύνθεση των φυτών που βρίσκονται κάτω απ' το νερό κι έτσι συντελούν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Πτυχιαιαί εργασία tou Κακαμπάκου Κωνρτιιντίνου Ανανεώσίμ£ς Πηγής Ενέργειες


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

τυχιακή εργασία του Κα> αμπάκου Κωνσταντίνου ΑνοτνεώσίμΕς Πηγής Ενέρ- ειες

1.1ΑΙΟΛΙΛΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

1.1.1 Βασικές έννοιες

Η αιολική ενέργεια είναι από τις πλέον γνωστές και από τις παλαιότερες χρησιμοποιούμενες μορφές ενέργειας. Η τεχνολογία των ανεμόμυλων, με την βοήθεια των οποίων η ενέργεια του ανέμου μετατρεπόταν σε μηχανική ενέργεια, ήταν αρκετά γνωστή από αιώνες. Είναι ακόμα γνωστό ότι οι αρχαίοι Έλληνες ανάπτυξαν τους πολιτισμούς τους βασισμένοι στη δύναμη του ανέμου , ο οποίος κινούσε τα πλοία με τα οποία έκαναν το εμπόριο στον τότε γνωστό κόσμο.

Σήμερα, στη γενική τους μορφή οι ανεμοκινητήρες μετατρέπουν την κινητική ενέργεια του ανέμου σε άλλες πιο χρήσιμες μορφές ενέργειας, όπως θερμική, ηλεκτρική και φυσικά μηχανική .

Πετρελαιοφόρα με αεροδυναμικά ιστία.

Γενικά αιολική ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια που παράγεται από την εκμετάλλευση του ττνέοντος ανέμου. Η ενέργεια αυτή χαρακτηρίζεται "ήπια μορφή


ενέργειας" και περιλαμβάνεται στις "καθαρές" πηγές όπως συνηθίζονται να λέγονται οι πηγές ενέργειας που δεν εκπέμπουν ή δεν προκαλούν ρύπους. Η αρχαιότερη μορφή εκμετάλλευσης της αιολικής ενέργειας ήταν τα ιστία (πανιά) των πρώτων ιστιοφόρων πλοίων και πολύ αργότερα οι ανεμόμυλοι στη ξηρά.

Η αιολική ενέργεια αποτελεί σήμερα μια ελκυστική λύση στο πρόβλημα της ηλεκτροπαραγωγής. Το «καύσιμο» είναι άφθονο, αποκεντρωμένο και δωρεάν. Δεν εκλύονται αέρια θερμοκηπίου και άλλοι ρύποι, και οι επιτπώσεις στο περιβάλλον είναι μικρές σε σύγκριση με τα εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής από συμβατικά καύσιμα. Επίσης, τα οικονομικά οφέλη μιας περιοχής από την ανάπτυξη της αιολικής βιομηχανίας είναι αξιοσημείωτα.

Η αιολική ενέργεια δημιουργείται έμμεσα από την ηλιακή ακτινοβολία, γιατί η

ανομοιόμορφη θέρμανση της επιφάνειας της γης προκαλεί τη μετακίνηση μεγάλων μαζών αέρα από τη μια περιοχή στην άλλη, δημιουργώντας έτσι τους ανέμους. Είναι

μια ήπια μορφή ενέργειας, φιλική προς το περιβάλλον, πρακτικά ανεξάντλητη, γΓ αυτό και είναι ανανεώσιμη. Αν υπήρχε η δυνατότητα, με την σημερινή τεχνολογία, να

καταστεί εκμεταλλεύσιμο το συνολικό αιολικό δυναμικό της γης, εκτιμάται ότι η παραγόμενη σε ένα χρόνο ηλεκτρική ενέργεια θα ήταν υπερδιπλάσια από τις ανάγκες τις ανθρωπότητας στο ίδιο διάστημα.

Υπολογίζεται ότι στο 25% της επιφάνειας της γης επικρατούν άνεμοι μέσης ετήσιας

ταχύτητας πάνω από 5,1m/sec, σε ύψος 10πι πάνω από το έδαφος. Όταν οι άνεμοι πνέουν με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτή την τιμή, τότε το αιολικό δυναμικό του

τόπου θεωρείται εκμεταλλεύσιμο και οι απαιτούμενες εγκαταστάσεις μπορούν να καταστούν οικονομικά βιώσιμες, σύμφωνα με τα σημερινά δεδομένα. Άλλωστε το

κόστος κατασκευής των ανεμογεννητριών έχει μειωθεί σημαντικά και μπορεί να θεωρηθεί ότι η αιολική ενέργεια διανύει την πρώτη περίοδο ωριμότητας, καθώς είναι πλέον ανταγωνιστική των συμβατικών μορφών ενέργειας. Η χώρα μας διαθέτει εξαιρετικά πλούσιο αιολικό δυναμικό και η αιολική ενέργεια μπορεί αν γίνει σημαντικός μοχλός ανάπτυξής της. Από το 1982, οπότε εγκαταστάθηκε από τη ΔΕΗ το πρώτο αιολικό πάρκο στην Κύθνο, μέχρι και σήμερα έχουν εγκατασταθεί στην Άνδρο, στην Εύβοια, στην Λήμνο, Λέσβο, Χίο, Σάμο, και στην Κρήτη εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τον άνεμο συνολικής ισχύος πάνω από

30MW. Μεγάλο ενδιαφέρον επίσης δείχνει και ο ιδιωτικός τομέας για την

______ Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνοταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειες______


εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας, ιδιαίτερα στην Κρήτη, όπου το Υπουργείο Ανάπτυξης έχει εκδώσει άδειες εγκατάστασης για νέα αιολικά πάρκα συνολικής ισχύος δεκάδων MW,

______ Πτυχιακή Εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανεώσιμΕς Πηγής Ενέργειες______

1.1.2 Χρησιμότητα της αιολικής ενέργειας

Η συστηματική εκμετάλλευση του πολύ αξιόλογου αιολικού δυναμικού της χώρας μας θα συ μ βάλει:

Στην αύξηση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με ταυτόχρονη εξοικονόμηση σημαντικών ποσοτήτων συμβατικών καυσίμων, που συνεπάγεται συναλλαγματικά οφέλη.

Σε σημαντικό περιορισμό της ρύπανσης του περιβάλλοντος, αφού έχει υπολογισθεί ότι η παραγωγή ηλεκτρισμού μιας μόνο ανεμογεννήτριας ισχύος 550KW σε ένα χρόνο, υποκαθιστά την ενέργεια που παράγεται από την καύση 2.700 βαρελιών

πετρελαίου, δηλαδή αποτροπή της εκπομπής 735 περίπου τόνων CO2 ετησίως καθώς και 2 τόνων άλλων ρύπων στη δημιουργία πολλών νέων θέσεων εργασίας,

αφού εκτιμάται ότι για κάθε νέο MW αιολικής ενέργειας δημιουργούνται 14 νέες θέσεις εργασίας.

Περιβαλλοντικό όφελος αττό την χρήση της αιολικής ενέργειας μέχρι το 2012.

Με την αυξημένη χρήση της αιολικής ενέργειας και παραγωγής ηλεκτρισμού μέσω αυτής υπολογίζεται μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα στην Ευρώπη. Στο πιο κάτω ιστόγραμμα σχηματίζονται οι προβλέψεις για τις χώρες μέλη.


Πτυχιακή εργασία tou Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμες Πηγής Ενέργειες


n „ „ .K < .p y a c la , .v K

1.2 ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΛΡΚΛ

1.2.1 Βασικές έννοιεςΤα αιολικά πάρκα (ΑΓ) αποτελούνται από σειρές ανεμογεννητριών (ΑΓ) που

μετατρέπουν την αιολική ενέργεια σε ηλεκτρική έτσι γίνεται η εκμετάλλευση του τοπικού αιολικού δυναμικού που αποτελείται από μια ανεξάντλητη φυσική πηγή. Η λειτουργία των ΑΓ δεν απαιτεί πρώτες ύλες, εκτός από την αιολική ενέργεια, και δεν εκπέμπει καμία μορφή ρύπου ή αποβλήτων· επίσης, το παραγόμενο προϊόν μεταφέρεται απευθείας στο δίκτυο της ΔΕΗ προς κατανάλωση και, επομένως, δεν απαιτείται κανενός είδους μετατροπή πρώτης ύλης ή προϊόντος.

ΕΙΚΟΝΑ:ΑΙΟΛΙΚΟ ΠΑΡΚΟ


1.2.2 Που υπάρχει ενδιαφέρον στην Ελλάδα

Το πολυσχιδές ανάγλυφο της Ελλάδας, βουνά, πεδιάδες, λόφοι, νησιά κάνουν αρκετά περίπλοκη την κατανομή των ανέμων ως προς την ταχύτητα και την διεύθυνση. Υπάρχουν περιοχές όπως το στενό Ρίου - Αντιρρίου που είναι γνωστές για τους πολύ ισχυρούς τους ανέμους, όμως αυτό δεν βοηθά πολύ την υπόθεση της αξιοποίησης, αφού αυτό συμβαίνει για σχετικά μικρό ποσοστό ημερών. Αντίθετα, η παράκτια και λοφώδης ζώνη της Αιγιαλείας, έχει μεγάλη συχνότητα επικράτησης σταθερών ΒΔ ανέμων, με καλύτερες προοτπικές αξιοποίησης ως προς το αιολικό δυναμικό.

Οι πιο ευνοημένες, από πλευράς αιολικού δυναμικού, περιοχές στην Ελλάδα βρίσκονται πάντως στο Αιγαίο, κυρίως στην περιοχή των Κυκλάδων, της Κρήτης (βόρειο τμήμα του νησιού) στην Ανατολική και Νοτιανατολική Πελοπόννησο και στην Εύβοια (άνεμοι βόρειοι έως ΒΑ) Εκεί επικεντρώνονται οι προσπάθειες ανάτπυξης των αιολικών πάρκων. Από πλευράς οικονομικών συνθηκών όμως το πρόβλημα των νησιών είναι η μη ύπαρξη διασύνδεσης με το εθνικό δίκτυο, ώστε να υπάρχει απορρόφηση της παραγόμενης ενέργειας κατά την εποχή χαμηλής ζήτησης αυτής, έξω από την τουριστική περίοδο.Περιοχές με αιολικό ενδιαφέρον όμως υπάρχουν και στη λοφώδη παράκτια ζώνη της Δ. Ελλάδας αλλά και σε αρκετά βουνά. Σε κάθε περίτττωση όμως πρέπει να υπάρχει εμπεριστατωμένη περιβαλλοντική μελέτη, όπου θα συνεκτιμάται η επίδραση στην πανίδα (κυρίως στα τττηνά) και χλωρίδα και στην γενικότερη αισθητική του τοπίου (στο τελευταίο πάντως πιστεύουμε ότι μια αιολική από μια καμινάδα που βγάζει καττνούς).

Το ότι η καταακευή αιολικών πάρκων δεν συνδέεται κατ’ ανάγκην με την εγκατάσταση σε βουνά φαίνεται από το παράδειγμα των ακτών της Βόρειας Θάλασσας, στη Δανία και στη Γερμανία: Στη ζώνη της παλίρροιας, της οποίας το εύρος είναι περί τα 2-3 μέτρα, υπάρχει μια εκτεταμένη περιοχή (που ονομάζεται Watt στα γερμανικά και tibal flat στα αγγλικά) η οποία μάλιστα αποτελεί το μεγαλύτερο εθνικό πάρκο της Γερμανία, με σημαντικό βιολογικό και γεωλογικό ενδιαφέρον, ενώ είναι και παράδεισος έρευνας για βιολόγους, ειδικούς της θαλάσσιας γεωλογίας και ιζηματολογίας, μετεωρολόγους, χωροτάκτες, οικολόγους αλλά και ενεργειακούς μηχανικούς.

______ Πτυχιακή Εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειχς______


Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανεώσιμΕς Πηγής Ενέργειες

Κριτήρια για την κατάλληλη θέση εγκατάστασης ενός Αιολικού Πάρκου (ΑΠ)

Το υψηλό αιολικό δυναμικό της εξεταζόμενης περιοχής δεν αποτελεί το μόνο κριτήριο για την επιλογή της. Άλλοι παράμετροι που θα πρέπει να συμπεριληφθούν στην εξέταση είναι:

Τα γειτονικά δίκτυα με τη ΔΕΗ ανάλογης ισχύος και η ύπαρξη δρόμων πρόσβασης.

Αποστάσεις από τις κοντινότερες κοινότητες.

Το αρχαιολογικό ενδιαφέρον για την εξεταζόμενη περιοχή.

Η θέση της ΑΓ σε σχέση με τους αναμεταδότες της ΕΡΤ και του ΟΤΕ.

Αποστάσεις από τα αεροδρόμια.

Ειδικά προγράμματα περιβαλλοντικής προστασίας (NATURA, RAMSAR, κλπ.)

1.2.3 Η κατάσταση στην Ελλάδα

Αιολικά πάρκα στο μέγεθος της Ελλάδας θα καλύπτουν τις ενεργειακές ανάγκες της Ευρώπης.

Υπεράκτια αιολικά πάρκα με συνολική έκταση μικρότερη από 150.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα θα μπορούσαν να καλύψουν στο μέλλον τις ενεργειακές ανάγκες ολόκληρης της Ευρώπης με μηδενικές εκπομπές αέριων ρύπων, υποστηρίζει η Ευρωπαϊκή Ένωση Αιολικής Ενέργειας (EWEA).

Η βιομηχανία αιολικής ενέργειας βρίσκεται σε άνθηση, καθώς η διεθνής κοινότητα έρχεται αντιμέτωπη με την κλιματική αλλαγή, συνέπεια της καύσης ορυκτών καυσίμων. Ωστόσο η επέκταση των αιολικών πάρκων συναντά αντιστάσεις, καθώς πολλοί θεωρούν ότι οι ανεμογεννήτριες ασχημαίνουν το τοπίο και απειλούν τα διερχόμενα πουλιά.

Η EWEA ανακοίνωσε πάντως ότι σύντομα θα ξεκινήσει ενημερωτική καμπάνια με στόχο να καθησυχάσει τους φόβους των πολιτών. Η εκστρατεία θα περιλαμβάνει


αφίσες, καταχωρήσεις σε εφημερίδες και εκθέσεις φωτογραφίας αφιερωμένες στην «ομορφιά των τουρμπίνων».

Η Ένωση ευελπιστεί ότι μέχρι το 2012 η ισχύς των αιολικών πάρκων στην Ευρώπη θα έχει αυξηθεί στα 75 Gigawatt (τα 10GW από υπεράκτιες τουρμπίνες) και θα καλύπτει το 5,5% της ζήτησης. Καθώς οι περισσότερες ευρωπαϊκές χώρες θα πρέπει να μειώσουν τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, όπως προβλέπει το Πρωτόκολλο του Κιότο, το νούμερο αυτό θα μπορούσε να αυξηθεί στο 12% έως το 2020.

Όσον αφορά τις επιπτώσεις των αιολικών πάρκων στα πουλιά, ακόμα και περιβαλλοντικές οργανώσεις, όπως οι Φίλοι της Γης, παραδέχονται ότι το θέμα αυτό είναι δευτερεύον, συγκρινόμενο με την απειλή της παγκόσμιας θέρμανσης.

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειες


1.3 ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡ1ΕΣ


Σήμερα η εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας γίνεται σχεδόν αποκλειστικά με μηχανές που μετατρέπουν την ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική και ονομάζονται ανεμογεννήτριες. Η σημερινή τεχνολογία βασίζεται σε ανεμογεννήτριες οριζοντίου άξονα 2 ή 3 πτερυγίων, με αποδιδόμενη ηλεκτρική ισχύ 200 - 400kW. Όταν εντοπιστεί μια ανεμώδης περιοχή - και εφόσον βέβαια έχουν προηγηθεί οι απαραίτητες μετρήσεις και μελέτες - για την αξιοποίηση του αιολικού της δυναμικού τοποθετούνται μερικές δεκάδες ανεμογεννήτριες, οι οποίες απαρτίζουν ένα «αιολικό πάρκο». Η εγκατάσταση κάθε ανεμογεννήτριας διαρκεί 1-3 μέρες. Αρχικά ανυψώνεται ο πύργος και τοποθετείται τμηματικά πάνω στα θεμέλια. Μετά ανυψώνεται η τάτρακσο στην κορυφή του πύργου. Στη βάση του πύργου συναρμολογείται ο ρότοραο ή δρουέαο (οριζοντίου άξονα, πάνω στον οποίο είναι

προσαρτημένα τα πτερύγια), ο οποίος αποτελεί το κινητό μέρος της ανεμογεννήτριας. Η άτρακτος περιλαμβάνει το σύστημα μετατροπής της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Στη συνέχεια ο ρότορας ανυψώνεται και συνδέεται στην άτρακτο. Τέλος, γίνονται οι απαραίτητες ηλεκτρικές συνδέσεις

Διακρίνουμε δύο είδη ανεμογεννητριών: τις δίτττερες και τις τρίτπερες. Οι τρίπτερες, με ρότορα μικρότερο των 10 μέτρων, έχουν τη δυνατότητα εκμετάλλευσης

ασθενούς αιολικού δυναμικού. Στις μηχανές μεγάλου μεγέθους επικρατούν οι δίτπερες, με κόστος κατασκευής και συντήρησης μικρότερο απ' αυτό των τρίτπερων αντίστοιχου μεγέθους. Η σύγχρονη τεχνολογία χρήσης της αισλικής ενέργειας ξεκίνησε με μικρές Α/Γ δυναμικότητας 20 ως 75 KW. Σήμερα χρησιμοποιούνται Α/Γ δυναμικότητας 200 ως 2.000 KW.

Πτυχιακή Εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής ΕνέργΕί£ς

1.3.2 Κατηγορίες της ανεμογεννήτριας

Οι ανεμογεννήτριες κατατάσσονται σε δύο βασικές κατηγορίες. Στις ανεμογεννήτριες με οριζόντιο άξονα και σε αυτές που έχουν κατακόρυφο άξονα. Οι οριζοντίου άξονα είναι εκείνες των οποίων ο δρομέας είναι τύπου έλικας και ο άξονάς


τους μπορεί να περιστρέφεται συνεχώς παράλληλα προς τον άνεμο. Οι κατακόρυφου άξονα είναι εκείνες των οποίων ο άξονας παραμένει σταθερός. Οι κατακόρυφου άξονα έχουν τα πλεονεκτήματα ότι δεν χρειάζονται σύστημα προσανατολισμού και η ηλεκτρική τους γεννήτρια είναι στο έδαφος. Αντίθετα έχουν τα μειονεκτήματα ότι εκμεταλλεύονται μικρότερες ταχύτητες ανέμων αφού είναι κοντά στο έδαφος, έχουν μικρότερο συντελεστή ισχύος και η στερέωσή τους στο έδαφος απαιτεί εγκαταστάσεις που καταλαμβάνουν μεγάλο εμβαδόν.

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώοίμες Πηγής Ενέργειτς

\ Γ ε υ ν ή τ ρ ισ /

^ Μ ε τά δ ο σ η Λ ι ό μ ε τ ρ ο ς iK iu n a n c

, (J j 1 Φ τ ε ρ ω τ ή \) j σ τ α θ ε ρ ή ς \' ' α κ τ ίν α ς

Σ τ ή ρ ι ξ η > , >Μ ε τ ά δ ο σ η ̂ Γ ε ν ν ή τ ρ ια

________ κ ί ν η σ η ς _______

Ο ρ ιζ ο ν τ ίο υ ά ξ ο ν α Κ α θέτο υ ά ξο να

Α ν ε μ ο γ ε ν ν ή τ ρ ιε ς



Οριζοντίου άςονα

Κατακορύφου άξονα

1.3.3 Η λειτουργία της ανεμογεννήτριας

Ο άνεμος περιστρέφει τα πτερύγια μιας ανεμογεννήτριας, τα οποία είναι συνδεδεμένα με ένα περιστρεφόμενο άξονα. Ο άξονας περνάει μέσα σε ένα κιβώτιο μετάδοσης της κίνησης όπου αυξάνεται η ταχύτητα περιστροφής. Το κιβώτιο συνδέεται με έναν άξονα μεγάλης ταχύτητας περιστροφής ο οποίος κινεί μια γεννήτρια παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος. Αν η ένταση του ανέμου ενισχυθεί πάρα πολύ, η τουρμπίνα έχει ένα φρένο που περιορίζει την υπερβολική αύξηση


περιστροφής των πτερυγίων για να περιοριστεί η φθορά της και να αποφευχθεί η καταστροφή της.

Η ταχύτητα του ανέμου πρέπει να είναι περισσότερο από 15Kph για να μπορέσει η μια κοινή τουρμπίνα να παράγει ηλεκτρισμό. Συνήθως παράγουν 50-300KW η κάθε μια. Ένα KW ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να ανάψει 100 λάμπες των 100W.

Καθώς η γεννήτρια περιστρέφεται παράγει ηλεκτρικό ρεύμα τάση 25.000Volt. Το ηλεκτρικό ρεύμα περνάει πρώτα από έναν Μ/Σ στην ηλεκτροπαραγωγική μονάδα ο οποίος ανεβάζει την τάση του στα 400.000Volt. Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα διανύει μεγάλες αποστάσεις είναι καλύτερα να έχουμε υψηλή τάση. Τα μεγάλα χοντρά σύρματα της μεταφοράς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι κατασκευασμένα από χαλκό ή αλουμίνιο για να υπάρχει μικρότερη αντίσταση στη μεταφορά του ρεύματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση του σύρματος τόσο πιο πολύ θερμαίνεται. Έτσι κάποιο ποσό ηλεκτρικής ενέργειας χάνεται επειδή μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια. Τα σύρματα μεταφοράς καταλήγουν σε ένα υποσταθμό όπου οι Μ/Σ του μετατρέπουν την υψηλή τάση σε χαμηλή για να μπορέσουν να λειτουργήσουν οι ηλεκτρικές συσκευές.

τυχιακή εργασία του Κα» αμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέρ ειες

Σελίδα 19 από 9ι

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμ£ς Πηγής Ενέργειες

Ο αεροκινητήρας από την εποχή της εμφάνισης του μέχρι σήμερα έχει περάσει από πολλά στάδια εξέλιξης, τόσο ως προς τον τύπο του (οριζοντίου ή κάθετου άξονα) όσο και ως προς τα υποσυστήματα του (πτερύγια, κιβώτιο ταχυτήτων, πύργος, αυτοματισμοί, γεννήτρια κ.α.).

Εξελίξεις έχουν επίσης σημειωθεί και στον τρόπο δέσμευσης, αξιοποίησης, αποθήκευσης ή μεταφοράς της ενέργειας του ανέμου που μετατρέπεται από την Α/Γ σε άλλη μορφή ενέργειας. Μια εικόνα των βασικών μερών που αποτελούν μια διάταξη εκμετάλλευσης της αιολικής ενέργειας καθώς και της ροής ενέργειας παρουσιάζεται στο σχήμα2.

Η διάταξη αυτή είναι μια γενική περίπτωση όπου η κινητική ενέργεια του ανέμου μετατρέπεται σε μηχανικό έργο με τη βοήθεια αεροδυναμικής διάταξης (π.χ. μιας έλικας). Αυτό το μηχανικό έργο μπορεί να είναι εκμεταλλεύσιμο επί τόπου ή να

χρειαστεί να μετατραπεί σε μια άλλη μορφή ενέργειας και να μεταφερθεί στον τόπο της ζήτησης.

Παραδείγματα εκμετάλλευσης της παραγόμενης ενέργειας επί τόπου είναι αυτό της παραγωγής υδρογόνου με ηλεκτρόλυση του νερού που μπορεί να αποθηκευτεί, μεταφερθεί, και να καεί ως αέριο καύσιμο με μηδαμινή επιβάρυνση του περιβάλλοντος.

Στη δεύτερη που είναι και πιο ευρέως διαδεδομένη είναι αυτή της μετατροπής της

μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια λόγω της εύκολης μεταφοράς αλλά και της δυνατότητας που έχει να μετατρέπεται σε οποιαδήποτε άλλη μορφή θέλουμε.

Βέβαια οι μεγάλες διακυμάνσεις της ενέργειας του ανέμου με το χρόνο πολλές φορές έχουν χρονική ασυμφωνία με την ζήτηση ενέργειας με αποτέλεσμα την αναγκαιότητα της αποθήκευσης της ενέργειας για τις χρονικές στιγμές στις οποίες η ισχύς του ανέμου πέφτει κάτω από ένα όριο.


Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταναίνου Ανο[νΕώσίμ£ς Πηγής Ενέργειες

Έτσι Ο βέλτιστος σχεδιασμός ενός συστήματος εκμετάλλευσης της αιολικής ενέργειας πρέπει να περιλαμβάνει:

1. Μελέτη των χαρακτηριστικών του ανέμου με σκοπό την εκλογή της βέλτιστης τοποθεσίας για την εγκατάσταση της Α/Γ και την πιθανή παραγωγή ενέργειας.

2. Σχεδιασμός της αεροδυναμικής διάταξης που να μετατρέπει κατά τον αποδοτικότερο τρόπο την κινητική ενέργεια του ανέμου σε μηχανικό έργο.

3. Μελέτη της περίπτωσης μετατροπής του μηχανικού έργου σε άλλη πιο συμφέρουσα μορφή ενέργειας και βέλτιστο σχεδίασμά του συστήματος μετατροπής του μηχανικού έργου του δρομέα.

4. εύρεση του καλύτερου τρόπου αντιμετώπισης των διακυμάνσεων της ενέργειας του ανέμου.

5. Μελέτη του βέλτιστου τρόπου μεταφοράς, αν απαιτείται

6. Διεύρυνση της καλύτερης προσαρμογής της μεταβαλλόμενης παραγωγής ενέργειας του συστήματος προ την κατανάλωση.

Όλα τα παραπάνω για να είναι εφικτά θα πρέπει το τελικό προϊόν που θα διατεθεί στην αγορά κατανάλωσης πάνω από όλα να είναι οικονομικά ανταγωνίσιμο έναντι στις άλλες συμβατικές πηγές ενεργείας έτσι ώστε μια οποιαδήποτε επιστημονική προσέγγιση να μην χάσει την αξία της αλλά και το σκοπό της.


1.3.4 Περιγραφή Μονάδας Ανεμογεννήτριας

________τυχιακή εργασία του Και· αμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανεώσιμΕς Πηγής Ενέρ Εί£ς

ΜMrCMJ

(1) Πτερύγιο .(2) Φυγοκεντρικός μηχανισμός αεροδυναμικού φρένου .

(3) Πλήμνη .(4) Κάλυμμα ττλύμνης .(5) Πλαίσιο ατράκτου .(6) Κιβώτιο πολλαττλασιασμού .(7) Δισκόφρενο .(8) Υδραυλική μονάδα ελέγχου του φρένου .(9) Ελαστικός σύνδεσμος .(10) Γεννήτρια .(11) Μονάδα προσανεμισμού ατράκτου .(12) Τράπεζα ολίσθησης .

(13) Πυλώνας .(14) Κάλυμμα ατράκτου .


Η περιγραφή αντιστοιχεί σε μια Α/Γ του τύπου «BW 10» η οποία είναι σχεδιασμένη για να παρέχει ρεύμα 220/150 ΗΖ κυρίως για την εξυπηρέτηση εγκαταστάσεων που η σύνδεσή τους με το δίκτυο της ΔΕΗ δεν είναι δυνατόν να γίνει .Στο (σχήμα 5 ), που ακολουθεί φαίνεται η γενική μορφή της ατράκτου της Α/Γ ,η οποία αποτελείται από τα

εξής μέρη.

________τυχια)οή εργασία του Κα> αμπάκου Κωνστοιντίνου ΑνανΕώσιμες Πηγής Ενέρ· ειχς______

Επίσης στο (σχήμα 6 ),το οποίο είναι πιο απλό, φαίνονται καλύτερα τα εξαρτήματα της ατράκτου μιας Α/Γ οριζόντιου άξονα τα οποία είναι:

(1) Πλαίσιο ατράκτου.(2) Γεννήτρια.(3) Δευτερογενής κινητήριος άξονας.(4) Κιβώτιο πολλαπλασιασμού.(5) Έδρανο άξονα.(6) Προσκόλληση πυλώνα.(7) Πυλώνας.(8) Φρένο.(9) Κύριος άξονας.(10) Κύριο έδρανο άξονα.(11) Πτερύγιο ,στο(σχήμα 7 φαίνεται η μορφή του).(12) Βάση πτερυγίου.(13) Πλύμνη.

: .4πλή μ«pf ή της βτρίκτοϊ μιας .\Τ

Κίνηση αεοοκινητήοα :Η κίνηση του αεροκινητήρα αρχίζει λόγω των δυνάμεων και ροπών που ενεργούν

στο στρεφόμενο τμήμα του καθώς ο άνεμος διέρχεται δια μέσου του δρομέα. Οι δυνάμεις αυτές μπορεί να οφείλονται στην αντίσταση που ο δρομέας του


αεροκινητήρα προβάλει στη ροή του ανέμου ή σε δυνάμεις άνωσης. Οι δυνάμεις αντίστασης έχουν την ίδια φορά με την κατεύθυνση ττνοής του ανέμου, ενώ οι δυνάμεις άνωσης έχουν φορά κάθετη προς την κατεύθυνση του ανέμου .

Επίσης είναι γνωστό από την Αεροδυναμική ότι η δύναμη άνωσης που αναπτύσσεται πάνω σε μια αεροτομή (πτέρυγα) που βρίσκεται σε γωνία πρόσπτωσης ως προς το ρεύμα του αέρα είναι πολλαπλάσια της δύναμης αντίστασης που εφαρμόζεται στην αεροτομή. ΓΓαυτό και καταρχήν οι αεροκινητήρες των οποίων η λειτουργία βασίζεται στην εκμετάλλευση των δυνάμεων άνωσης είναι αποδοτικότεροι από τους αεροκινητήρες των οποίων η λειτουργία βασίζεται σε δυνάμεις αντίστασης.

______ Π·rυχ^αιcή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμίς Πηγής Ενέργειες


Οι ανεμογεννήτριες μπορεί να προκαλέσουν τραυματισμούς ή θανατώσεις πουλιών, κυρίως αποδημητικών γιατί τα ενδημικά «συνηθίζουν» την παρουσία των μηχανών και τις αποφεύγουν. Γι’ αυτό καλύτερα να μην κατασκευάζονται αιολικά πάρκα σε δρόμους μετανάστευσης πουλιών. Σε κάθε περίπτωση, πριν τη δημιουργία ενός αιολικού πάρκου ή και οποιασδήποτε εγκατάστασης ΑΠΕ θα πρέπει να έχει προηγηθεί Μελέτη Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων (ΜΠΕ). Πάντως η συχνότητα ατυχημάτων πουλιών σε αιολικά πάρκα είναι πολύ μικρότερη αυτής των ατυχημάτων με αυτοκίνητα. Με την εξέλιξη όμως της τεχνολογίας και την αυστηρότερη επιλογή του τόπου εγκατάστασης (π.χ. πλωτές πλατφόρμες σε ανοικτή θάλασσα) το παραπάνω πρόβλημα, αλλά και ο θόρυβος από τη λειτουργία των μηχανών, έχουν σχεδόν λυθεί.


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2

______ Πτυχιαιο^ εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργ£ί£ς

2.1 ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ


Ο ήλιος εκπέμπει τεράστια ποσότητα ενέργειας ημερησίως. Η ηλιακή ακτινοβολία αξιοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρισμού με δύο τρόπους. Θερμικές και φωτοβολταϊκές εφαρμογές. Η πρώτη είναι η συλλογή της ηλιακής ενέργειας για να παραχθεί θερμότητα, κυρίως για τη θέρμανση τσυ 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 φωτοβολτάίκών 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 επσχή και τη νεφοκάλυψη. Η έρημος δέχεται περίπου το διπλάσιο ποσό ηλιακής ενέργειας από άλλες περιοχές.

2.1.2 Ηλιακή ακτινοβολία

Η ηλιακή ακτινοβολία έχει ορισμένα χαρακτηριστικά τα οπαία επηρεάζουν τις μεταβολές που προκαλεί στα διάφορα υλικά. Γενικά η ηλιακή ακτινοβολία προέρχεται από τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις πσυ συμβαίνουν στο εσωτερικό του ήλιου. Σαν αποτέλεσμα των αντιδράσεων αυτών μεγάλες ποσότητες υδρογόνου μετατρέπονται σε ήλιο με τη σύγχρονη ελευθέρωση μεγάλων ποσών ενέργειας και με συνέπεια την ελάττωση της μάζας του ήλιου που συντελείται με ρυθμό 4.000.000 τόνους το δευτερόλεπτο . Σε αυτά τα ποσά ενέργειας που έφτασαν στη γη κατά το παρελθόν, οφείλεται και η δημιουργία όλων των ποσοτήτων πετρελαίου και άνθρακα

που υπάρχουν στο εσωτερικό της γης.


Η ηλιακή ακτινοβολία ταξιδεύει προς τη γη με ταχύτητα 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο και μεταφέρει ενέργεια με τα κύματα (ή φωτόνια ) της. Όταν γίνει φασματοσκοπική ανάλυση της ακτινοβολίας , εμφανίζονται τα διάφορα χρώματα που περιέχονται σε αυτή. Το σύνολο αυτών των χρωμάτων αποτελεί το ηλιακό φάσμα. Σε κάθε χρώμα αντιστοιχεί μια συχνότητα. Στο ένα άκρο του φάσματος υπάρχει το κόκκινο χρώμα με συχνότητα 4,3.1014 ταλαντώσεις το δευτερόλεπτο και στο άλλο άκρο το ιώδες χρώμα με συχνότητα 7,5.1014 ταλαντώσεις το δευτερόλεπτο.

Πτυχιακή εργασία tou Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανεώσιμΕς Πηγής ΕνέργείΕς

10 λόγοι για να στραφούμε στην ηλιακή ενέργεια

1. Αξιοπιστία

Είναι μια καθόλα ώριμη και δοκιμασμένη τεχνολογία.


2. ΑποκέντρωσηΗ θερμική ενέργεια παράγεται στα σημεία ζήτησής της. Αποφεύγονται έτσι οι

τεράστιες απώλειες μεταφοράς ενέργειας μέσω του ηλεκτρικού δικτύου (που στην Ελλάδα φτάνουν κατά μέσο όρο το 12%).

3. Αυτονουία

Αποτρέπονται οι τεράστιες δαπάνες για εισαγωγή ενέργειας και η ανασφάλεια λόγω εξάρτησης από εισαγόμενους ενεργειακούς πόρους, το 70% των ενεργειακών πόρων που καταναλώνει, τη στιγμή που ο ήλιος είναι δωρεάν και υπάρχει παντού.

4. Ανάπτυξη

Η ενίσχυση της εγχώριας αγοράς θα αυξήσει την ποιότητα των ελληνικών προϊόντων προκειμένου να αντιμετωπίσουν το ανταγωνιστικότερο περιβάλλον των

εξαγωγών.

5. Gtacic Epvaaiac

Ήδη πάνω από 3.500 άτομα απασχολούνται στη βιομηχανία ηλιοθερμικών συστημάτων στην Ελλάδα. Η περαιτέρω ανάπτυξη της αγοράς συνεπάγεται νέες θέσεις εργασίας σε μια καθαρή τεχνολογία.

______ Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανεώσιμΕς Πηγής Ενέργειας

Η τοποθέτηση ενός ηλιακού συλλέκτη είναι απλή. Η δε συντήρηση που απαιτεί είναι ελάχιστη.

7. Ε^οικονόυηση γοηυάτων

Για τον απλό καταναλωτή, ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι η πιο απλή και συμφέρουσα λύση για να περικόψει τους λογαριασμούς ρεύματος. Το μέσο ετήσιο κέρδος του μπορεί να φτάσει έως 100 ευρώ περίπου.


8. Ε^οικονόυηση ενέρνεια€

Για την Ελλάδα, η εξοικονόμηση που ήδη συντελείται είναι πολύ σημαντική. Οι εγκατεστημένοι ηλιακοί θερμοσίφωνες εξοικονομούν ήδη 1,1 δισεκατομμύρια κιλοβατώρες το χρόνο, όση ενέργεια παράγει δηλαδή ένας συμβατικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής, ισχύος 200 μεγαβάτ. Χωρίς τους ηλιακούς θερμοσίφωνες θα υπήρχε ένα σημαντικό έλλειμμα ισχύος, ιδιαίτερα στα απομονωμένα ηλεκτρικά δίκτυα των νησιών που θα αντιμετώπιζαν έτσι συχνές διακοπές ρεύματος, ιδίως κατά την καλοκαιρινή τουριστική περίοδο.

9. Προστασία περιβάλλοντο€

Αποτρέπεται η έκλυση μεγάλων ποσοτήτων ρύπων που επιβαρύνουν το περιβάλλον και τη δημόσια υγεία.

10. Κλιυατικέ€ αλλαγές

Αποτρέπεται η κατανάλωση ενέργειας από ορυκτά καύσιμα και κατά συνέπεια οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2) που προκαλούν τις παγκόσμιες κλιματικές αλλαγές. Ένα τυπικό θερμοσιφωνικό σύστημα για οικιακή χρήση παράγει στην Ελλάδα ετησίως 840-1.080 κιλοβατώρες και αποσοβεί την έκλυση 925-1.200 κιλών C02 το χρόνο, όσο δηλαδή θα απορροφούσε 1,5 στρέμμα δάσους.

______ Πτυχιαιοή εργασία του Κακαμπάκου Κωνοταντίνου ΑνανεώσιμΕς Πηγής ΕνεργΕίίς

Κόστος τυπικών ηλιοθερμικών συστημάτων στην Ελλάδα

Ατομικά ηλιακά συστήματα

Κεντρικά ηλιακά συστήματα

Κόστος (€/τ.μ.) 300 200

Τυπικό μέγεθος συστήματος (τ.μ.)

2,4 100


Πτυχιαισ^ εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανεώσιμΣς Πηγής Ενέργεΐ£ς

2.2 ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Η ηλιακή ενέργεια είναι καθαρή, ανεξάντλητη, ήπια και ανανεώσιμη. Η ηλιακή ακτινοβολία δεν ελέγχεται από κανέναν και αποτελεί ένα ανεξάντλητο εγχώριο ενεργειακό πόρο, που παρέχει ανεξαρτησία, προβλεψιμότητα και ασφάλεια στην ενεργειακή τροφοδοσία.

Υπάρχουν δύο τρόποι για να αξιοποιήσει κανείς την ηλιακή ενέργεια.

Παράγοντας ηλιακό ηλεκτρισμό μέσω των φωτοβολταϊκών συστημάτων.

Αξιοποιώντας τη θαλπωρή του ήλιου για θέρμανση, ψύξη και ζεστό νερό με τα ηλιοθερμικά συστήματα.

Ηλιοθερμικά συστήματα

Εδώ και μια εικοσαετία οι Έλληνες καταναλωτές έχουν εξοικειωθεί με τους ηλιακούς θερμοσίφωνες για την παραγωγή ζεστού νερού. Εκείνο όμως που αγνοεί η πλειοψηφία των καταναλωτών είναι, όχι μόνο οι τεχνολογικές βελτιώσεις των ηλιοθερμικών συστημάτων για ζέσταμα του νερού, αλλά κυρίως οι λοιπές χρήσεις των ηλιοθερμικών τεχνολογιών όπως η θέρμανση χώρων, η τηλεθέρμανση οικισμών, ο ηλιακός κλιματισμός και η ηλιοθερμική παραγωγή ηλεκτρισμού.

Φωτοβολταϊκά συστήματα

Ειδικότερα

Όταν τα φωτοβολταϊκά εκτεθούν στην ηλιακή ακτινοβολία μετατρέπουν ένα 5-17% της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική (με τη σημερινή τεχνολογία, η οποία συνεχώς


βελτιώνεται). Το πόσο ακριβώς είναι αυτό το ποσοστό εξαρτάται από την τεχνολογία που χρησιμοποιούμε. Υπάρχουν π.χ. τα λεγόμενα μονοκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά, τα πολύ κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά, και τα άμορφα. Τα τελευταία έχουν χαμηλότερη απόδοση είναι όμως φθηνότερα. Η επιλογή του είδους των φωτοβολταϊκών είναι συνάρτηση των αναγκών, του διαθέσιμου χώρου ή ακόμα και της οικονομικής ευχέρειας του χρήστη.

Τα φωτοβολταϊκά μπορούν να τοποθετηθούν σε οικόπεδα, στέγες (επίπεδες και κεκλιμένες) ή και σε προσόψεις κτιρίων.

Υπάρϊουν δύο τρόποι να τα χρησιμοποιήσει καvείc. Ανεξάρτητα από το δίκτυο τηρ ΔΕΗ ή σε συνερνασία υ’ αυτό.

Μια φωτοβολταϊκή εγκατάσταση μπορεί να αποτελεί λοιπόν ένα αυτόνομο σύστημα που να καλύπτει το σύνολο των ενεργειακών αναγκών ενός κτιρίου ή μιας επαγγελματικής χρήσης. Για τη συνεχή εξυπηρέτηση του καταναλωτή, η

εγκατάσταση θα πρέπει να περιλαμβάνει και μια μονάδα αποθήκευσης (μπαταρίες)

και διαχείρισης της ενέργειας.

______ Πτυχιακή εργασία του ΚακαμπΑκου Κωνσταντίνου ΑνοτνΕώσιμίς Πηγής Ενέργειες

1. φωτοβολταϊκά πλαίσια<όΓ>2. πίνακας ελέγχου<ότ>3. αντιστροφέας

(invei1er)<br>4. μετρητής ΔΕΗΕναλλακτικά, ένα σύστημα παραγωγής ηλεκτρισμού με φωτοβολταϊκά μπορεί να

χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με το δίκτυο της ΔΕΗ (διασυνδεδεμένο σύστημα). Στην περίπτωση αυτή, καταναλώνει κανείς ρεύμα από το δίκτυο όταν το φωτοβολταϊκό σύστημα δεν επαρκεί (π.χ. όταν έχει συννεφιά ή κατά τη διάρκεια της νύχτας) και δίνει ενέργεια στο δίκτυο όταν η παραγωγή υπερκαλύπτει τις ανάγκες

του, π.χ. τις ηλιόλουστες ημέρες ή όταν λείπει κανείς.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα φωτοβολταϊκά χρησιμοποιούνται για παροχή ηλεκτρικής ενέργειας εφεδρείας (δηλαδή ως συστήματα αδιάλειπτης παροχής - UPS). Στην περίπτωση αυτή, το σύστημα είναι μεν διασυνδεδεμένο με τη ΔΕΗ,


αλλά διαθέτει και μπαταρίες (συν όλα τα απαραίτητα ηλεκτρονικά) για να αναλαμβάνει την κάλυψη των αναγκών σε περίπτωση διακοπής του ρεύματος και για όσο διαρκεί αυτή.

Ένα τυπικό φωτοβολταϊκό ισχύος 1 κιλοβάτ (kW) παράγει κατά μέσο όρο 1.200- 1.500 κιλοβατώρες το χρόνο (ανάλογα με την ηλιοφάνεια της περιοχής) και αποτρέπει κατά μέσο όρο κάθε χρόνο την έκλυση 1.450 κιλών διοξειδίου του άνθρακα, όσο δηλαδή θα απορροφούσαν δύο στρέμματα δάσους.

______ Πτυχιακή εργασίπ του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής ΕνέργΕίες______

Τα φωτοβολταϊκά εννυώνται:

μηδενική ρύπανση

αθόρυβη λειτουργία

αξιοπιστία και μεγάλη διάρκεια ζωής (που φθάνει τα 30 χρόνια)

απεξάρτηση από την τροφοδοσία καυσίμων για τις απομακρυσμένες περιοχές

δυνατότητα επέκτασης ανάλογα με τις ανάγκες

ελάχιστη συντήρηση

Τα φωτοβολταϊκά μπορούν να χρησιμοποιηθούν και ως δομικά υλικά,υποκαθιστώντας άλλα παραδοσιακά υλικά (π.χ. κεραμοσκεπές ή υαλοστάσια σε προσόψεις). Κατ’ αυτό τον τρόπο εξοικονομούνται χρήματα και φυσικοί πόροι. Στην περίπτωση μάλιστα των υαλοστασίων σε προσόψεις εμπορικών κτιρίων, διατίθενται σήμερα διαφανή φωτοβολταϊκά με θερμομονωτικές ιδιότητες αντίστοιχες με αυτές των υαλοστασίων χαμηλής εκπεμψιμότητας (low-e), τα οποία επιτυγχάνουν (πέραν της ηλεκτροπαραγωγής) και εξοικονόμηση ενέργειας 15-30% σε σχέση με ένα κτίριο με συμβατικά υαλοστάσια.

Τα βασικά ναοακτηοιστικά των Φ/β συστημάτων , που τα διακρίνουν από tic άλλεο

υορφέο ΑΠΕ είναι:

Απευθείας παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας , ακόμη και σε πολύ μικρή κλίμακα , π.χ σε επίπεδο μερικών δεκάδων Watt ή και lOWatt


Είναι εύχρηστα . Σε μικρά συστήματα μττορούν να εγκατασταθούν από τους ίδιους τους χρήστες.

Μπορούν να εγκατασταθούν μέσα στις πόλεις και δεν προσβάλλουν αισθητικά το περιβάλλον

Μπορούν να συνδυαστούν με άλλες πηγές ενέργειας (υβριδικά συστήματα)

Μπορούν να επεκταθούν ανά πάσα στιγμή για να αντιμετωπίσουν τις αυξημένες ανάγκες των χρηστών .

Έχουν αθόρυβη λειτουργία και μηδενικές εκπομπές ρύπων

Οι απαιτήσεις συντήρησης είναι σχεδόν μηδενικές

Έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής και αξιοπιστία

Υψηλό κόστος επένδυσης.

Η ενεργειακή ανεξαρτησία του χρήστη , όπου και να βρίσκεται αυτός είναι το μεγαλύτερο πλεονέκτημα των Φ/β συστημάτων.

Το κόστος των Φ/β πλαισίων είναι σήμερα το μεγαλύτερο μειονέκτημα των Φ/β συστημάτων. Όμως πρέπει να τονιστεί ότι υπάρχουν σήμερα αρκετοί χρήστες για τους οποίους το Φ/β σύστημα είναι η πλέον ενδεδειγμένη οικονομική λύση .

Πρέπει να τονιστεί ότι η Φ/β τεχνολογία , όπως άλλωστε και οι περισσότερες τεχνολογίες Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, παρουσιάζει ιδιαιτερότητες που κάνουν δύσκολη τη σύγκριση της με τις συμβατικές τεχνολογίες π. χ :

Δεν υπάρχει σαφής τρόπος αποτίμησης του περιβαλλοντικού κόστους των συμβατικών τεχνολογιών. Το κόστος της ενέργειας από Φ/β συστήματα εξαρτάται πάρα πολύ από το κόστος του χρήματος

______ Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειες


Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέρ>γεΐ£ς

Εφαρμογές

Τα Φ/β συστήματα αττευθύνονται σε περιοχές εφαρμογών , όπου το σχετικά υψηλό κόστος τους δεν αποτελεί σημαντικό εμπόδιο. Οι εφαρμογές αυτές συνήθως χαρακτηρίζονται από:

χαμηλές ενεργειακές ανάγκεςέλλειψη εναλλακτικών τρόπων παροχής ενέργειας ή , όπου υπάρχουν, αυτοί είναι πολύ ακριβοί (π.χ. σύνδεση με ένα απομακρυσμένο δίκτυο) απαιτήσεις υψηλής αξιοπιστίας ή και χαμηλές ανάγκες συντήρησης

Σαν κυριότερες κατηγορίες εφαρμογών Φ/Β συστημάτων μπορούν να θεωρηθούν οι εξής:α) Καταναλωτικά προϊόντα (0.001-100Wp)Τα συστήματα της κατηγορίας αυτής χρησιμοποιούνται σε περιοχές που δεν είναι συνδεδεμένες με το δίκτυο ή σε τροχόσπιτα, σκάφη αναψυχής, κλπ., για την εξυπηρέτηση αναγκών φωτισμού και ψύξης και για προϊόντα όπως ηλεκτρονικοί υπολογιστές, φανοί κ.ά.β) Αυτόνομα ή απομονωμένα συστήματα (lOOWp -200KWp)Στην κατηγορία αυτή συγκαταλέγονται συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας για κατοικίες και μικρούς οικισμούς που δεν είναι συνδεδεμένοι στο δίκτυο. Ακόμη χρησιμοποιούνται για :

αφαλάτωση / άντληση / καθαρισμό νερού φωτισμό (δρόμων , πάρκων , αεροδρομίων) συστήματα τηλεπικοινωνιών , τηλεμετρήσεων και συναγερμού συστήματα σηματοδότησης (οδικής κυκλοφορίας, ναυτιλίας, αεροναυτιλίας) ψύξη (αγροτικών προϊόντων , φαρμάκων κ.λπ.)

γ) Συστήματα συνδεδεμένα με το δίκτυο ( 200 KWp - αρκετά MWp)Στην κατηγορία αυτή, που σύμφωνα με τις συμβατικές θεωρήσεις προς το παρόν δεν αξιολογείται σαν οικονομικά βιώσιμη , διακρίνονται δύο κατηγορίες συστημάτων.


Φ/Β συστήματα μεγέθους έως μερικών εκατοντάδων KWp ττου τροφοδοτούν κατοικίες, συγκροτήματα κατοικιών ή άλλα κτίρια και όττου η τυχόν πλεονάζουσα ενέργεια τροφοδοτείται (πωλείται) προς το δίκτυοΦ/Β σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, όπου η παραγόμενη ενέργεια διοχετεύεται απευθείας στο δίκτυο

Για τα Φ/Β συστήματα που αναρτώνται σε κτίρια (σε προσόψεις, οροφές , κλπ.), σε σύνδεση με το δίκτυο, τελευταία έχει εκδηλωθεί ιδιαίτερο ενδιαφέρον . Τα οφέλη που προκύπτουν είναι:

συγχρονισμός Ψυκτικών φορτίων κτιρίων με μεγίστη παραγόμενη ισχύ από Φ/Β

αποφυγή χρήσης γηςαποκεντρωμένη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας

Επίσης, γίνεται προσπάθεια για χρήση των Φ/Β και ως δομικών στοιχείων στα κτίρια, αυξάνοντας έτσι τα οικονομικά οφέλη, εκτός από αυτά που ήδη αναφέρθηκαν.

Πτυχιακή Εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειες


τυχιακή εργασία του Κα> αμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανεώσιμΕς Πηγής Ενερ ειες

2.3 ΑΥΤΟΝΟΜΑ ΦΩΤΟΒΟΑΤΑΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Η ΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ

Η συνηθέστερη, αλλά και ίσως η πληρέστερη, εφαρμογή της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας είναι η κατασκευή αυτόνομων φωτοβολταϊκών Φ/Β συστημάτων Δηλαδή

εγκαταστάσεων που λειτουργούν αυτοδύναμα για την τροφοδότηση καθορισμένων καταναλώσεων, χωρίς να συνδέονται με μεγάλα κεντρικά δίκτυα διανομής, από τα οποία θα μπορούσαν να αντλούν συμπληρωματική ενέργεια ή να στέλνουν την ενδεχόμενη περίσσεια της παραγόμενης φωτοβολταϊκής ηλεκτρικής ενέργειας.

Σχ.1 Παράδειγμα γενικού διαγράμματος ενός αυτόνομου Φ/β συστήματος

Το βασικό συστατικό ενός αυτόνομου Φ/β συστήματος, όπως άλλωστε κάθε Φ/β εγκατάστασης, είναι η Φ/β γεννήτρια, στους ηλιακούς συλλέκτες της οποίας γίνεται η μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια. Συνήθως, όπως δείχνει το (σχήμα 1), το σύστημα περιλαμβάνει επίσης, ανάλογα με το είδος της κατανάλωσης και το βαθμό της απαιτούμενης αξιοπιστίας, συσσωρευτές για την αποθήκευση της περίσσειας της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργεια, ώστε να χρησιμοποιηθεί όταν η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι ανεπαρκής ή ανύπαρκτη, διατάξεις για ρύθμιση και τη μετατροπή της τάσης και τη ρύθμιση της ισχύος της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας, ώστε να αυξηθεί η απόδοση του συστήματος, άλλες διατάξεις προστασίας και ελέγχου και συχνά μια βοηθητική


γεννήτρια, συνήθως ένα ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος που να λειτουργεί με καύση βενζίνης, ή πετρελαίου για την αντιμετώπιση έκτακτων περιστάσεων (συντήρηση ή βλάβη του συστήματος, τροφοδότηση πρόσθετων φορτίων κλπ).

Ο συμπληρωματικός εξοπλισμός των Φ/β συστημάτων πέρα από τη Φ/β γεννήτρια, ονομάζεται συνήθως B.O.S, από τα αρχικά της αγγλικής έκφρασης Balance of the system (υπόλοιπα του συστήματος). Στον πίνακα 1 δείχνεται πως περίπου συμβάλλουν τα διάφορα μέρη που συγκροτούν ένα αυτόνομο Φ/β σύστημα,

στη συνολική διαμόρφωση του κόστους του. Δεν αναγράφονται οι δαπάνες για την αγορά και τη διαμόρφωση της απαιτούμενης εδαφικής έκτασης και για την οικοδόμηση του κτιρίου τοποθέτησης των συσσωρευτών κλπ, καθώς και τα διάφορα μεταφορικά, εργατικά και χρηματοοικονομικά έξοδα, διότι κυμαίνονται πολύ ανάλογα με την περίπτωση. Επίσης, δεν αναφέρεται η δαπάνη για την εκτέλεση της μελέτη. Σύμφωνα με τους κανονισμούς που ισχύουν η αμοιβή για την προμελέτη, με τον προκαταρτικό σχεδίασμά και την εκτίμηση του κόστους της εγκατάστασης, είναι περίπου το 1,75% μέχρι 2,5% της συνολικής δαπάνης, ανάλογα και με το τελικό ύψος της. Ένα πρόσθετο ποσοστό περίπου 2,4% προβλέπεται για την αμοιβή της πλήρους μελέτης και του ελέγχου των προσφορών για την κατασκευή του έργου.

Πτυχιακή εργασία tou Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμΕς Πηγής Ενέργείίς


Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμ£ς Πηγής ΕνέργΕίΕς

Πίνακας 1. Παράδειγμα της διαμόρφωσης του κόστους ενός αυτόνομου

φωτοβολταϊκού συστήματος.

Παράγοντας κόστους

Συμβολήστοσυνολικόκόστος

Φ/β πλαίσια ή πάνελα για τη Φ/β γεννήτρια

Στηρίγματα των Φ/β συλλεκτών και ηλεκτρικές καλωδιώσειςτων Φ/β στοιχείων.

Συσσωρευτές αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας.

Διατάξεις ρυθμίσεων τάσης και ισχύος , μετατροπής τάσης , προστασίας ελέγχου κ.λ.π

Βοηθητική γεννήτρια

ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΕΙΣ

Όπως αναφέρθηκε ο σχεδιασμός ξεκινά με την εκτίμηση των ηλεκτρικών καταναλώσεων του συστήματος. Ένα αυτόνομο Φ/β σύστημα μπορεί να τροφοδοτεί

μία μόνο κατανάλωση ή περισσότερες.


Παράδειγμα της πρώτης περίπτωσης είναι ένας φάρος ή ένας τηλεπικοινωνιακός αναμεταδότης. Της δεύτερης περίπτωσης μια κατοικία ή ένας ολόκληρος οικισμός.

Ύστερα από προσεκτική έρευνα, απαριθμούνται οι διάφορες ενδεχόμενες χρήσεις ηλεκτρικής ενέργειας και καταγράφονται όλες οι ηλεκτρικές συσκευές, η ισχύς τους και ο πιθανός χρόνος της λειτουργίας τους στη διάρκεια ενός 24ώρου (πίνακας 9). Επίσης, συχνά είναι χρήσιμο να καταγράφεται η πιθανότητα της ταυτόχρονης λειτουργίας περισσότερων συσκευών, ώστε να υπολογιστεί η μέγιστη ισχύς στη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας. Σε ορισμένες περιπτώσεις είναι σκόπιμο να γίνεται προγραμματισμένη κατανομή και ιεράρχηση της ζήτησης από τις διάφορες συσκευές, για την αποφυγή υπερβολικών αιχμών.

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργεΐ£ς

ΣΠΙΤΙ ΜΕ ΗΛΙΑΚΕΣ ΚΥΨΕΛΙΔΕΣ ΣΤΗ ΣΚΕΠΗ

Πάντως, η πείρα έχει δείξει ότι είναι παράλογη η χρήση των Φ/β γεννητριών για την τροφοδότηση ηλεκτρικών συσκευών με μεγάλη θερμική κατανάλωση. Έτσι αποφεύγεται, π.χ. το μαγείρεμα με ηλεκτρικές κουζίνες, η θέρμανση χώρου με ηλεκτρικά καλοριφέρ ή αερόθερμα, η θέρμανση νερού με ηλεκτρικούς θερμοσίφωνες κλπ. Για τις ανάγκες αυτές είναι σκόπιμο να χρησιμοποιούνται άλλες συσκευές, όπως κουζίνες και θερμάστρες υγραερίου ή πετρελαίου, ηλιακοί θερμοσίφωνες κλπ.

Σελίδα 38 ατιό 96

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμ^ς Πηγής Ενέργειες

Πίνακας 2. Παράδειγμα των ημερήσιων ηλεκτρικών καταναλώσεων σε μια κατοικία με

μια οικογένεια.

Συσκευή Ισχύς Ώρες λειτουργ. Ηλεκτρική κατανάλ.

Φώτα 1,0 KW 3.0 h9.0 h4.0 h 0,5 h 0,5 h 0,2 h 0,2 h

3,0 KWhΨυγείο 0,3 KW 2,7 KWhΤηλεόραση 0,2 KW 0,8 KWhΗλεκτρική σκούπα 0,6 KW 0,3 KWhΣτεγνωτήρας μαλλιών 0,4 KW 0,2 KWhΦρυγανιέρα 1,5 KW 0,3 KWhΠλυντήριο ρούχων 3.5 KW 0.7 KWhΣύνολο 7,5 KW 8,0 KWh


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

3.1 ΒΙΟΜΑΖΑ

3.1.1 Βασικές έννοιεςΜια από τις ανερχόμενες και περισσότερο αξιοποιήσιμες, τώρα τελευταία,

ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι η βιομάζα.

Η βιομάζα ορίζεται ως το βιοαποδομήσιμο κλάσμα των προϊόντων, αποβλήτων και υπολειμμάτων που προέρχονται από τη γεωργία (συμπεριλαμβανομένων των φυτικών και ζωικών ουσιών), τη δασοκομία και τις συναφείς βιομηχανίες, καθώς και το βιοαποδομήσιμο κλάσμα των βιομηχανικών αποβλήτων και αστικών λυμάτων.

______ Πτυχιακή Εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανεώσιμΕς Πηγής Ενέργειες

Με τον όρο βιομάζα ονομάζουμε οποιοδήποτε υλικό παράγεται από ζωντανούς οργανισμούς(όπως είναι το ξύλο και άλλα προϊόντα του δάσους, υπολείμματα καλλιεργειών, κτηνοτροφικά απόβλητα, απόβλητα βιομηχανιών τροφίμων κ.λπ.) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιυο για παραγωγή ενέργειας. Η ενεργειακή αξία της βιομάζας από φυτική ύλη προέρχεται αρχικά από την ηλιακή ενέργεια η οποία δεσμεύεται μέσω της φωτοσύνθεσης.

Ενκατάσταση επεξεονασίαο βιουάδαο

Πτυχιαισί εργασία του Κακαμπάκου Κωνστιχντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειες

Η βιομάζα αποτελεί την πιο παλιά και διαδεδομένη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Ο πρωτόγονος άνθρωπος, για να ζεσταθεί και να μαγειρέψει, χρησιμοποίησε την ενέργεια(θερμότητα) που προερχόταν από την καύση των ξύλων, που είναι ένα είδος βιομάζας. Αλλά και μέχρι σήμερα, κυρίως οι αγροτικοί πληθυσμοί, τόσο της Αφρικής, της Ινδίας και της Λατινικής Αμερικής, όσο και της Ευρώπης, για να ζεσταθούν, να μαγειρέψουν και να φωτιστούν χρησιμοποιούν ξύλα, φυτικά υπολείμματα (άχυρα, πριονίδια, άχρηστους καρπούς ή κουκούτσια κ.ά.) και ζωικά απόβλητα (κοπριά, λίπος ζώων, άχρηστα αλιεύματα κ.ά.).

Η χημική ενέργεια που έχει αποθηκευτεί σε φυτά και ζώα(που τρέφονται με φυτά ή άλλα ζώα), ή στα απόβλητα που παράγουν, ονομάζεται βιοενέργεια. Κατά τη διάρκεια ενεργειακών μετατροπών όπως η καύση, η βιομάζα απελευθερώνει την ενέργειά της, συχνά με τη μορφή της θερμότητας, και ο άνθρακας οξειδώνεται προς διοξείδιο του άνθρακα αντικαθιστώντας ουσιαστικά εκείνον που είχε απορροφηθεί κατά την ανάπτυξη του φυτού. Στην πραγματικότητα η χρήση της βιομάζας για παραγωγή ενέργειας είναι η αντίστροφη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.

Στη φύση η βιομάζα αποσυντίθεται στα στοιχειώδη μόριά της με την απελευθέρωση θερμότητας. Συνεπώς, η έκλυση ενέργειας από τη μετατροπή βιομάζας σε χρήσιμη ενέργεια προσομοιώνει τις φυσικές διεργασίες σε ένα ταχύτερο ρυθμό. Με τη χρήση αυτής της ενέργειας ανακυκλώνεται ο άνθρακας και δεν έχουμε προσθήκη διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, σε αντίθεση με αυτό που συμβαίνει με τα άλλα ορυκτά καύσιμα. Από όλες τις υπόλοιπες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, η βιομάζα είναι η μοναδική που ουσιαστικά αντιπροσωπεύει αποθηκευμένη ηλιακή ενέργεια. Επιπροσθέτως είναι η μόνη που συγκροτείται από άνθρακα και είναι σε θέση να παράγει, μετά από επεξεργασία, στερεά, υγρά και αέρια

καύσιμα.


Κατηγορίες βιομάζας

Οι πιθανές πηγές βιομάζας που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ενεργειακή μετατροπή καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα υλικών. Η χρήση της βιομάζας μπορεί να διαχωριστεί σε δύο κατηγορίες, στη σύγχρονη βιομάζα και στην παραδοσιακή βιομάζα. Η σύγχρονη βιομάζα αναφέρεται σε μεγάλης κλίμακας χρήση και στόχο έχει να υποκαταστήσει τα παραδοσιακά καύσιμα. Περιλαμβάνει δασική ξυλεία και αγροτικά υπολείμματα, αστικά απόβλητα και ενεργειακές φυτείες. Η παραδοσιακή βιομάζα περιορίζεται σε μικρής κλίμακας χρήσεις και σε αναπτυσσόμενες περιοχές και κράτη. Περιλαμβάνει ξυλεία και ξυλοκάρβουνα για οικιακή χρήση, υπολείμματα κλαδεμάτων, καθώς και απόβλητα ζώων.

______ Πτυχιαιο^ εργασία του Κακαμπάιοίυ Κωνστοτντίνου Αγπνεώσίμες Πηγής ΕνέργΕΐ£ς

Είδη βιομάζας

Όπως αναφέρθηκε πιο πάνω ένα είδος βιομάζας είναι οι αγροτικές φυτείες. Υπάρχουν πολλές αγροτικές καλλιέργειες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ενεργειακοί πόροι όπως το καλαμπόκι, το ζαχαροκάλαμο, ο ηλίανθος, η σόγια κ.λ.π. Τα περισσότερα από αυτά καλλιεργούνται ως υγρά καύσιμα, δηλαδή τελικό τους προϊόν είναι η αιθανόλη ή το βιοπετρέλαιο. Τα πλέον γνωστά είναι το καλαμπόκι και το ζαχαροκάλαμο. Τυπικό παράδειγμα αποτελεί η Βραζιλία όπου 4 εκατομμύρια αυτοκίνητα χρησιμοποιούν αιθανόλη για την κίνησή τους. Όμως και στην Ευρώπη,

στις ΗΠΑ και στην Αυστραλία χρησιμοποιούνται πολύ αυτές οι καλλιέργειες, όπου η παραγωγή υγρών βιοκαυσίμων ενισχύεται και οικονομικά.

Επίσης υπάρχουν καρποί (σπόροι, κουκούτσια κλπ), που περιέχουν ένα μεγάλο ποσοστό ελαίου. Αυτό εξάγεται με τη σύνθλιψη άμεσα και χρησιμοποιείται ως θερμαντικό καύσιμο ή βιοκαύσιμο. Τέτοιοι καρποί είναι ο ελαιόκαρπος, ο ηλιόσπορος

και άλλα.

Η χρήση του βιοκαυσίμου έχει πάρα πολλά πλεονεκτήματα. Μερικά από αυτά είναι, η μείωση των εκπομπών διοξειδίου του θείου, η μείωση των αιωρούμενων σωματιδίων, η μείωση των αερίων του φαινομένου του θερμοκηπίου καθώς και η ασφάλεια της ενεργειακής προσφοράς διότι υπάρχει τοπική παραγωγή.


Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμίς Πηγής Ενέργειες

Άλλο ένα είδος βιομάζας αποτελούν και τα αγροτικά υπολείμματα. Κάθε χρόνο παράγονται πολύ μεγάλες ποσότητες υπολειμμάτων από σπαρτά και καλλιέργειες οι οποίες δεν εκμεταλλεύονται σε μεγάλο βαθμό. Τέτοιου είδους υπολείμματα είναι ο φλοιός του ρυζιού, τα ζαχαροκάλαμα, οι φλοιοί καρυδών, ξηρών καρπών και δημητριακών. Στην Ελλάδα έχουμε το πυρηνόξυλο το οποίο είναι υπόλειμμα αγροτικής καλλιέργειας και το οποίο παράγεται σε περιοχές παραγωγής ελαίων(Λέσβος, Πελοπόννησος κλπ).

Ως πηγή βιομάζας μπορούν να χρησιμοποιηθούν και τα ζωικά απόβλητα. Αυτά τα απόβλητα είναι συνήθως κοπριά από γουρούνια, κοτόπουλα και βοοειδή, καθώς αυτά τα ζώα μεγαλώνουν σε περιορισμένους χώρους και παράγουν μεγάλες ποσότητες αποβλήτων μέσα σε μικρή επιφάνεια. Παλαιότερα γινόταν ανάκτηση αυτών των αποβλήτων και πωλούνταν ως λιπάσματα ή απλωνόταν σε

καλλιεργήσιμες εκτάσεις. Με τον καιρό όμως, άρχισαν να γίνονται αυστηροί έλεγχοι, σχετικά με τις οσμές και τη ρύπανση των νερών, πράγμα που σήμαινε ότι έπρεπε πλέον να γίνεται κάποιας μορφής διαχείριση αυτών των αποβλήτων. Έτσι ανοίγει ο δρόμος για την πιθανή εκμετάλλευση της παραγωγής ενέργειας από απόβλητα.


Η συνηθισμένη διαδικασία μετατροπής αυτών των αποβλήτων είναι μέσω της αναερόβιας χώνευσης, διαδικασία που θα περιγραφεί παρακάτω. Προϊόν αυτής της διαδικασίας είναι ένα «βιοαέριο» που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για μηχανές εσωτερικής καύσης και παραγωγή ηλεκτρισμού, ή για άμεση καύση για μαγείρεμα και θέρμανση νερού και χώρων. Μια επίσης πιθανή πρώτη ύλη για αναερόβια χώνευση είναι τα απόβλητα από βιομηχανία τροφίμων και από βιολογικούς καθαρισμούς.

Από τις βιομηχανίες χαρτιού παράγεται ένα προϊόν αποβλήτων, το οποίο είναι γνωστό ως μαύρο ρευστό, και το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βιομάζα αν πυρολυθεί ή αν αεριοποιηθεί. Μεγάλες ερευνητικές προσπάθειες κατάφεραν να αναπτύξουν μια διεργασία ρευστοποιημένης κλίσης με ταχεία πυρόλυση, η οποία μπορεί να μετατρέψει το μαύρο υγρό σε βιοκαύσιμο. Στη συνέχεια αυτό μπορεί να μετατραπεί σε καύσιμο κατάλληλο για τις μηχανές των αυτοκινήτων.

Η βιομηχανία ζαχάρεως, παράγει από το ζαχαροκάλαμο μεγάλες ποσότητες υπολειμμάτων του, που είναι εν δυνάμει μια μεγάλη ενεργειακή πηγή βιομάζας. Και αυτό διότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη για παραγωγή ατμού και ηλεκτρισμού. Στην Αυστραλία και στις ΗΠΑ πολλοί μύλοι ζάχαρης παράγουν ηλεκτρισμό με τον τρόπο αυτό, ενώ έχουν και τη δυνατότητα να εξάγουν μεγάλες ποσότητες ηλεκτρισμού από αυτή την ανανεώσιμη πηγή ενέργειας.

Μια επίσης σημαντική ενεργειακή πηγή είναι το ξύλο, το οποίο υπάρχει σε πολλές χώρες στον κόσμο και το οποίο έχει το δυναμικό να γίνει άλλη μία ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Τα πλέον κατάλληλα δέντρα για αυτές τις δασικές φυτείες είναι εκείνα που αναπτύσσονται με γρήγορους ρυθμούς και που μετά την κοπή ξαναμεγαλώνουν με

εκβλαστήματα από τη ρίζα. Το ξύλο μπορεί να καεί για παραγωγή ηλεκτρισμού και ατμού, για θέρμανση στο μαγείρεμα, για θέρμανση νερού και χώρων ή να χρησιμοποιηθεί για παραγωγή ξυλοκάρβουνου.

______ Π·ruχίαιcή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανεώσιμΕς Πηγής Ενέργειες______



Τα δασικά υπολείμματα παράγονται από εργασίες όπως αραίωμα των δέντρων, ξεχέρσωση για διάνοιξη δρόμων, απογύμνωση κορμών καθώς και φυσική φθορά. Επίσης σημαντικές ποσότητες υπολειμμάτων παράγει η επεξεργασία του ξύλου. Αυτά τα απόβλητα τις περισσότερες φορές δεν χρησιμοποιούνται, είναι δυνατόν όμως να συλλεχθούν και να χρησιμοποιηθούν ως καύσιμη ύλη.

Η βιομηχανία τροφίμων παράγει επίσης μεγάλο όγκο αποβλήτων και παραπροϊόντων τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βιομάζα. Τα απόβλητα αυτά παράγονται σε όλους τους τομείς της βιομηχανίας τροφίμων, από την παραγωγή κρέατος μέχρι την παραγωγή γλυκών και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ενεργειακή πηγή. Στα στερεά απόβλητα περιλαμβάνονται φλοιοί και κομμάτια από φρούτα και λαχανικά, τρόφιμα τα οποία κρίνονται ακατάλληλα για βρώση και δεν περνούν τους ποιοτικούς ελέγχους, ιζήματα από φίλτρα κλπ. Αυτά τα απόβλητα επιβαρύνουν τον προϋπολογισμό της ίδιας της βιομηχανίας διότι καταλήγουν σε

χώρους υγειονομικής ταφής.

Κατά τη διάρκεια του πλυσίματος του κρέατος, των φρούτων και των λαχανικών, της αποφλοίωσης των καρπών, της προπαρασκευής του μαγειρέματος του κρέατος, των ψαριών, καθώς και κατά τη διάρκεια της οινοπαραγωγής, παράγονται μεγάλες ποσότητες υγρών αποβλήτων. Αυτά περιέχουν σάκχαρα, άμυλο και άλλη διαλυμένη και στερεά οργανική ύλη σε αρκετά αραιή μορφή. Για αυτά τα βιομηχανικά απόβλητα


υπάρχει το δυναμικό να χωνευτούν αναερόβια προς παραγωγή βιοαερίου ή να ζυμωθούν για παραγωγή αιθανόλης.

Ετησίως, συλλέγονται και οδηγούνται στους χώρους υγειονομικής ταφής(ΧΥΤΑ), εκατομμύρια τόνων αστικών αποβλήτων. Η σύστασή τους ποικίλλει ανάλογα με τον τόπο, την εποχή καθώς και με τον τρόπο και επιλογή της συλλογής των. Τα αστικά απόβλητα μπορούν να μετατραπούν σε ενέργεια με καύση ή με αναερόβια χώνευση στις ΧΥΤΑ. Στις βιομηχανικές χώρες υπάρχουν επίσης πολλοί σταθμοί παραγωγής ηλεκτρισμού με καύση του βιοαερίου, που εκλύεται σαν αποτέλεσμα της φυσικής αποσύνθεσης. Αυτό, πριν οδηγηθεί προς καύση, στις μηχανές εσωτερικής καύσης ή σε αεριοστρόβιλους για παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού, καθαρίζεται και απομακρύνεται το διοξείδιο του θείου που πιθανώς να περιέχει.

Τέλος, αναφέρονται τα υγρά απόβλητα τα οποία είναι μια πηγή βιομάζας,

παρόμοια με αυτή που προέρχεται από τα ζωικά απόβλητα και χρησιμοποιείται σε αρκετές χώρες. Εξάγεται από τα απόβλητα με αναεροβική χώνευση προς παραγωγή βιοαερίου. Μια τέτοια μονάδα λειτουργεί στην Ψυτάλλεια και εκμεταλλευόμενη τα απόβλητα του λεκανοπεδίου της Αθήνας παράγει ηλεκτρισμό που οδηγείται στο κεντρικό δίκτυο της ΔΕΗ. Από αυτή τη διεργασία μένει λάσπη η οποία μπορεί να καεί ή να πυρολυθεί για περαιτέρω παραγωγή βιοαερίου ή βιοπετρελαίου.

Η αναεροβική χώνευση είναι η αποσύνθεση της υγρής και πράσινης βιομάζας με τη βοήθεια βακτηριακής δράσης και απουσία οξυγόνου, προς παραγωγή ενός αερίου μείγματος που αποτελείται κυρίως από μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα και είναι γνωστό ως βιοαέριο. Η αναεροβική χώνευση των αστικών στερεών αποβλήτων που αποθέτονται στις ΧΥΤΑ, παράγει το αέριο που είναι γνωστό ως αέριο των ΧΥΤΑ μέσω της φυσικής διαδικασίας της βακτηριακής αποσύνθεσης της οργανικής ύλης που εξελίσσεται με την πάροδο του χρόνου. Το μεθάνιο αυτό εκλύεται στην ατμόσφαιρα και συνεισφέρει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Μπορεί όμως να συλλεχθεί με τη χρησιμοποίηση διάτρητων σωλήνων που έχουν εισαχθεί μέσα στον όγκο των αποβλήτων και με τον τρόπο αυτό να οδηγηθεί, μέσω της φυσικής διαφοράς πίεσης, για ενεργειακή εκμετάλλευση.

______ Πτυχιακή εργασ(ατου Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανηνεώσιμτς Πηγής Ενέργειες


Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμ£ς Πηγής Ενέργειας

Παρανωνή ηλεκτρισυού με Βιοαέοιο ΧΥΤΑ

Το βιοαέριο παράγεται συνήθως από ανάμιξη νερού και ζωικών αποβλήτων, τα οποία θερμαίνονται και αναμιγνύονται μέσα σε αεροστεγείς αντιδραστήρες. Αυτοί έχουν διάφορα μεγέθη, από 1 κυβικό μέτρο για μικρές οικιακές μονάδες μέχρι 2000 κυβικά μέτρα για μεγάλες βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Το βιοαέριο μπορεί στη συνέχεια να καεί για μαγείρεμα ή θέρμανση χώρων ή να χρησιμοποιηθεί σε μηχανές

εσωτερικής καύσης για παραγωγή ηλεκτρισμού.

Στκ θεουονηυικέο διεονασίεο πεοιλαυβάνονται

Η άμεση καύση είναι η κύρια διεργασία για την εκμετάλλευση της βιομάζας. Η ενέργεια που απελευθερώνεται μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θέρμανση ή ηλεκτρισμό καθώς και στη βιομηχανία. Εφαρμογές μικρής κλίμακας, όπως μαγείρεμα και θέρμανση χώρων, είναι συνήθως μικρής απόδοσης με απόδοση στη μεταφορά θερμότητας. Σε μεγαλύτερη κλίμακα η βιομάζα από τα υπολείμματα των δασών και των αστικών στερεών αποβλήτων μπορεί να καεί σε φούρνους για παραγωγή θερμότητας και για παραγωγή ατμού για ατμοστρόβιλους και γεννήτριες.


Στην Ελλάδα υπάρχει η περίπτωση χωριού στην Αρκαδία το οποίο διαθέτει σύστημα παραγωγής θερμότητας από τα υπολείμματα της δασικής εκμετάλλευσης της περιοχής. Η θερμότητα μεταφέρεται με δίκτυο σωληνώσεων μέσα στο χωριό και διανέμεται στα κτίρια για κάλυψη των θερμικών αναγκών.

______ Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνστοτντίνου ΑνανεώσιμΕς Πηγής ΕνέργΕίΕς______

Σταθυόο υενάληο κλίυακαο νια παρανωγή θεουότηταο από υπολείυυατα ξύλου.

Οι μεγάλοι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρισμού με βιομάζα έχουν παραπλήσιο βαθμό απόδοσης με εκείνο των συμβατικών σταθμών. Το κόστος κατασκευής τους όμως είναι υψηλότερο διότι ο καυστήρας θα πρέπει να σχεδιάζεται για το υψηλότερο ποσοστό υγρασίας της βιομάζας. Η οικονομικότητα του συστήματος όμως βελτιώνεται στην περίπτωση συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρισμού.



Εγκατάσταση KoCianc αστικών αποροιυυάτων.

Η βασική θερμοχημική διεργασία για τη μετατροπή της στερεός βιομάζας σε υγρό καύσιμο ονομάζεται πυρόλυση. Η βιομάζα καίγεται μερικώς με περιορισμένη παροχή οξυγόνου ή θερμαίνεται με απουσία οξυγόνου. Τότε παράγεται ένα αέριο μείγμα πλούσιο σε υδρογονάνθρακες, ένα υγρό παρόμοιο με πετρέλαιο και ένα στερεό υπόλειμμα πλούσιο σε άνθρακα, το ξυλοκάρβουνο. Παλαιότερα η παραγωγή του ξυλοκάρβουνου γινόταν στην ύπαιθρο σε σωρούς καλυμμένους με χώμα. Αυτή η διαδικασία ήταν όμως πολύ αργή και είχε και μικρό βαθμό απόδοσης. Σήμερα έχουν ανακαλυφθεί νέες τεχνικές, βιομηχανικής κλίμακας οι οποίες αυξάνουν την παραγωγή και επιτρέπουν και την εκμετάλλευση του υγρού προϊόντος.

Μια άλλη μορφή πυρόλυσης είναι η αεριοποίηση. Η αεριοποίηση, απαιτεί υψηλότερες θερμοκρασίες και μεγαλύτερη παροχή αέρα, για τη βελτίωση της παραγωγής του βιοαερίου. Αυτό αποτελείται από διοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο


και μεθάνιο, μαζί με άζωτο και μονοξείδιο του άνθρακα. Το αέριο είναι πιο ελκυστικό από την αρχική στερεά βιομάζα, διότι μπορεί να καεί για την παραγωγή θερμότητας και ατμού ή να τροφοδοτήσει αεροστρόβιλους για παραγωγή ηλεκτρισμού.

Σήμερα υπάρχουν πολλοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας που λειτουργούν με αεριοποίηση και έχουν υψηλούς βαθμούς απόδοσης. Το μόνο πρόβλημα που συνεχίζει να υπάρχει είναι ο καθαρισμός του αερίου ώστε να μην υπάρχει περιβαλλοντικό πρόβλημα.

Ενκατάσταση Ka0anc αστικών απορριυυάτων.

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνστοη/τίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειχς

Άλλη μια μορφή πυρόλυσης είναι η παραγωγή ξυλοκάρβουνου, με πολύ μειωμένη παροχή οξυγόνου, όπου απομακρύνονται τα αέρια και υδρατμοί. Οι σύγχρονοι κλίβανοι ξυλοκάρβουνου λειτουργούν σε θερμοκρασίες 600 βαθμών Κελσίου και παράγουν ξυλοκάρβουνο με βαθμό απόδοσης 25-35% της αρχικής ποσότητας βιομάζας, ενώ τα θερμά αέρια χρησιμοποιούνται για την ξήρανση της πρώτης ύλης. Το παραγόμενο ξυλοκάρβουνο έχει περιεκτικότητα σε άνθρακα της τάξης του 75-85%

και είναι χρήσιμο για θέρμανση.


Σε πολλές περιπτώσεις η βιομάζα χρησιμοποιείται ως τροφοδοτικό καύσιμο μαζί με το κάρβουνο. Αυτή η διεργασία βρίσκεται όμως ακόμη σε ερευνητικό στάδιο, διότι υπάρχουν ελπίδες ώστε μελλοντικά η βιομάζα να χρησιμοποιηθεί για μερική τροφοδοσία συμβατικών σταθμών κάρβουνου, λιγνίτη κλπ.

Η παραγωγή της αιθανόλης γίνεται από ένα συγκεκριμένο είδος βιομάζας, το οποίο περιέχει σάκχαρα, άμυλο ή κυτταρίνη. Το πιο γνωστό υλικό το οποίο παράγει την αιθανόλη είναι το σακχαροκάλαμο, αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλα υλικά όπως το άμυλο, τα δημητριακά και το ξύλο.

Η διαδικασία παραγωγής της αιθανόλης ονομάζεται ζύμωση. Με τη σύνθλιψη εξάγεται το σάκχαρο από τη βιομάζα και στη συνέχεια τοποθετείται σε μεγάλους θερμαινόμενους αντιδραστήρες, μαζί με νερό και μαγιά. Η μαγιά διασπά το σάκχαρο και το μετατρέπει σε αιθανόλη. Στη συνέχεια το αραιωμένο αυτό αλκοολούχο προϊόν τίθεται σε απόσταξη ώστε να απομακρυνθούν από αυτό οι ακαθαρσίες και το νερό. Τέλος η συμπυκνωμένη αιθανόλη αφαιρείται και υγροποιείται για να χρησιμοποιηθεί σε μηχανές εσωτερικής καύσης. Η διεργασία της απόσταξης έχει μεγάλες ενεργειακές απώλειες, πράγμα που αντισταθμίζεται όμως με το γεγονός ότι το υγρό καύσιμο είναι εύκολο στη χρήση και η απαιτούμενη τεχνολογία πάρα πολύ φτηνή.

Εύκολα μπορεί να αναρωτηθεί κανείς πού ακριβώς χρησιμεύει η βιομάζα. Όπως

είναι γνωστό έχει πολλές εφαρμογές όπως, την παραγωγή βιοκαυσίμων, την παραγωγή ηλεκτρισμού, την παραγωγή θερμότητας και ατμού και την παραγωγή αερίου καυσίμου. Παρακάτω αναφέρονται το καθένα ξεχωριστά.

Η παραγωγή βιοκαυσίμων όπως είναι το βιοπετρέλαιο και η αιθανόλη έχει μεγάλη δυνατότητα να αντικαταστήσει κάποια στιγμή μεγάλες ποσότητες συμβατικών καυσίμων σε πολλές περιπτώσεις μεταφορών. Στη Βραζιλία, στις ΗΠΑ και στην Ευρώπη η παραγωγή αυξάνεται όλο και περισσότερο και τα προϊόντα έρχονται στην αγορά ως μίγματα. Όλη αυτή η προσπάθεια υποστηρίζεται προς το παρόν με επιχορηγήσεις αλλά σύντομα πρόκειται να αποκτήσει μια θέση στην αγορά καυσίμων και να υποκαταστήσει πολλά καύσιμα, εφόσον διαδοθούν ευρεία οι ενεργειακές καλλιέργειες και βελτιωθεί αρκετά η τεχνολογία.

______ Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμες Πηγής Ενέργειες


Ο ηλεκτρισμός από βιομάζα είναι μια μορφή ανανεώσιμης πηγής ενέργειας και μπορεί να φέρει τη σφραγίδα του «πράσινου καυσίμου». Δεν συνεισφέρει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, καθώς αυτό που παράγει δεσμεύεται από την ατμόσφαιρα από τα φυτά, κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης.

Θερμότητα και ατμός παράγονται από τη καύση της βιομάζας ή του βιοαερίου. Η θερμότητα σαν προϊόν αυτής της διεργασίας είναι κατάλληλη για τη θέρμανση κτιρίων και για μαγείρεμα, ενώ ταυτόχρονα χρησιμεύει σε συστήματα συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρισμού. Ο ατμός από την άλλη μπορεί να οδηγηθεί σε ατμοστρόβιλους για ηλεκτροπαραγωγή, για θέρμανση μεγάλων εγκαταστάσεων ή για θέρμανση βιομηχανικών διεργασιών.

Και τέλος, το βιοαέριο που παράγεται από την αναεροβική χώνευση έχει επίσης μια σειρά από χρήσεις. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συστήματα με αεριοστροβίλους-γεννήτριες για ηλεκτροπαραγωγή, σε μηχανές εσωτερικής καύσης, για παραγωγή θερμότητας σε εμπορικές και οικιακές χρήσεις καθώς και σε ειδικά τροποποιημένα οχήματα για καύσιμο.

Όπως είναι αναμενόμενο η χρήση της βιομάζας έχει μεν τα πλεονεκτήματά της αλλά και τα μειονεκτήματά της. Ας δούμε παρακάτω τα σημαντικότερα από αυτά.

Πλεονεκτήματα

Η βιομάζα αποτελεί μια από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, η καύση της έχει μηδενικό ισοζύγιο διοξειδίου του άνθρακα και έτσι δεν συνεισφέρει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, καθώς οι ποσότητες του διοξειδίου του άνθρακα που απελευθερώνονται κατά την καύση της, δεσμεύονται πάλι από τα φυτά για τη

δημιουργία της βιομάζας.

Η μηδαμινή ύπαρξη του θείου στη βιομάζα συμβάλλει σημαντικά στον περιορισμό των εκπομπών του διοξειδίου του θείου, το οποίο είναι υπεύθυνο για τη όξινη βροχή. Εφόσον η βιομάζα είναι εγχώρια πηγή ενέργειας, η αξιοποίησή της συμβάλλει σημαντικά στη μείωση της εξάρτησης από εισαγόμενα καύσιμα, στη βελτίωση του

Πτυχιαιπ^ εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής ΕνέργΕί£ς



εμπορικού ισοζυγίου, στην εξασφάλιση του ενεργειακού εφοδιασμού και στην εξοικονόμηση του συναλλάγματος.

Τέλος, η ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας σε μια περιοχή, αυξάνει την απασχόληση στις αγροτικές περιοχές με τη χρήση εναλλακτικών καλλιεργειών, αυξάνει τη δημιουργία εναλλακτικών αγορών για τις παραδοσιακές καλλιέργειες και τη συγκράτηση του πληθυσμού στις εστίες τους, συμβάλλοντας έτσι στην κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη της περιοχής. Μελέτες έχουν δείξει ότι η παραγωγή υγρών βιοκαυσίμων έχει θετικά αποτελέσματα στον τομέα της απασχόλησης τόσο στον αγροτικό όσο και στον βιομηχανικό χώρο.


Ένα από τα βασικά μειονεκτήματα της βιομάζας είναι ότι ο αυξημένος όγκος και η μεγάλη περιεκτικότητα σε υγρασία, σε σχέση με τα ορυκτά καύσιμα, δυσχεραίνουν την ενεργειακή αξιοποίησή της. Επίσης η μεγάλη διασπορά και η εποχιακή παραγωγή της, δυσκολεύουν τη συνεχή τροφοδοσία με πρώτη ύλη των μονάδων

ενεργειακής αξιοποίησης της βιομάζας.

Βάση των παραπάνω, παρουσιάζονται μεγάλες δυσκολίες κατά τη συλλογή, μεταφορά και αποθήκευση της βιομάζας, γεγονός που αυξάνει το κόστος της

ενεργειακής αξιοποίησης.

Και τέλος, οι σύγχρονες και βελτιωμένες τεχνολογίες μετατροπής της βιομάζας απαιτούν υψηλό κόστος εξοπλισμού αν τις συγκρίνουμε με αυτές των συμβατικών

καυσίμων.

Σήμερα η σύγχρονη εκμετάλλευση της βιομάζας αντιπροσωπεύει μόνο το 3% της πρωτογενούς ενεργειακής κατανάλωσης των βιομηχανικών χωρών. Στις αναπτυσσόμενες χώρες όμως ο αγροτικός πληθυσμός, που αποτελεί το 50% του παγκόσμιου πληθυσμού, εξακολουθεί να στηρίζεται στην παραδοσιακή βιομάζα, κυρίως το ξύλο, για καύσιμη ύλη. Σε παγκόσμιο επίπεδο η βιομάζα αντιπροσωπεύει το 14% της πρωτογενούς ενεργειακής κατανάλωσης. Μια ανάλυση των Ηνωμένων



Εθνών εκτιμά ότι η βιομάζα έχει το δυναμικό να υποστηρίξει περίπου το ήμισυ της παγκόσμιας πρωτογενούς κατανάλωσης ενέργειας μέχρι το 2050.

3.1.2 Ετητττώσεις της ενεργειακής αξιοποίησης της βιομάζας

1. Οικονομικές επιπτώσεις (αύξηση εθνικού εισοδήματος, εκμετάλλευση αχρησιμοποίητων και ανεκμετάλλευτων αποθεμάτων κ.α.)

2. Κοινωνικές επιπτώσεις (αύξηση της απασχόλησης στον αγροτικό τομέα, αύξηση της παραγωγικότητας στην γεωργία, απασχόληση σε τοπικές κοινωνίας και ανάπτυξη τοπικών μονάδων)

3. Περιβαλλοντικές επιπτώσεις (χρησιμοποίηση συμβατικών καυσίμων για παραγωγή ενέργειας, απορρόφηση διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα, μείωση του φαινομένου του θερμοκηπίου.

Συνοψίζοντας, με βάση όλα τα παραπάνω, μπορεί κανείς με σιγουριά να πει ότι η βιομάζα έχει τη δυνατότητα να προσφέρει μια οικονομική και βιώσιμη λύση στην προσφορά ενέργειας, συνεισφέροντας παράλληλα στην αντιμετώπιση του φαινομένου του θερμοκηπίου.

3.1.3 Οι κύριες εφαρμογές με καύσιμο Βιομάζα

Θέρμανση θερμοκηπίων : Σε περιοχές της χώρας όπου υπάρχουν μεγάλες ποσότητες διαθέσιμης βιομάζας, χρησιμοποιείται η βιομάζα σαν καύσιμο σε κατάλληλους λέβητες για τη θέρμανση θερμοκηπίων.

Θέρμανση κτιρίων με καύση βιομάζας σε ατομικούς/κεντρικούς λέβητες : Σεορισμένες περιοχές της Ελλάδας χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση κτιρίων ατομικοί/κεντρικοί λέβητες πυρηνόξυλου.

Παραγωγή ενέργειας σε γεωργικές βιομηχανίες : Βιομάζα για παραγωγή ενέργειας χρησιμοποιείται από γεωργικές βιομηχανίες στις οποίες η βιομάζα προκύπτει σε σημαντικές ποσότητες σαν υπόλειμμα ή υποπροϊόν της παραγωγικής διαδικασίας και έχουν αυξημένες απαιτήσεις σε θερμότητα. Εκκοκκιστήρια, πυρηνελαιουργεία, βιομηχανίες ρυζιού καθώς και βιοτεχνίες κονσερβοποίησης καίνε


τα υττολείμματά τους (υπολείμματα εκκοκκισμού, πυρηνόξυλο, φλοιοί και κουκούτσια, αντίστοιχα) για την κάλυψη των θερμικών τους αναγκών ή/και μέρος των αναγκών τους σε ηλεκτρική ενέργεια.

Παραγωγή ενέργειας σε βιομηχανίες ξύλου : Τα υπολείμματα βιομηχανιών επεξεργασίας ξύλου (πριονίδι, πούδρα, ξακρίδια κλπ) χρησιμοποιούνται για τη κάλυψη των θερμικών αναγκών της διεργασίας καθώς και για την θέρμανση των κτιρίων.

Τηλεθέρμανση : είναι η προμήθεια θέρμανσης χώρων καθώς και θερμού νερού χρήσης σε ένα σύνολο κτιρίων, έναν οικισμό, ένα χωριό ή μια πόλη, από έναν κεντρικό σταθμό παραγωγής θερμότητας. Η θερμότητα μεταφέρεται με προ- μονωμένο δίκτυο αγωγών από το σταθμό προς τα θερμαινόμενα κτίρια .

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανεώσίμΕς Πηγής Ενέργειας

Παραγωγή ενέργειας σε μονάδες βιολογικού καθαρισμού και Χώρους

Υγειονομικής Ταφής Απορριμμάτων (ΧΥΤΑ): Το βιοαέοιο που παράγεται από την αναερόβια χώνευση των υγρών αποβλήτων σε μονάδες βιολογικού καθαρισμού, και

των απορριμμάτων σε ΧΥΤΑ καίγεται σε μηχανές εσωτερικής καύσης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Παράλληλα μπορεί να αξιοποιείται η θερμική ενέργεια των καυσαερίων και του ψυκτικού μέσου των μηχανών για να καλυφθούν ανάγκες τις διεργασίας ή/και άλλες ανάγκες θέρμανσης (ττχ θέρμανση κτιρίων).


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4

4.1 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ


Βαθιά κάτω από την επιφάνεια της γης το θερμό μάγμα ζεσταίνει το νερό και ο ατμός που παράγεται χρησιμοποιείται για να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα. Οι γεωθερμικές πηγές διαφέρουν στη θερμοκρασία. Πηγές χαμηλής ή μέτριας θερμοκρασίας (50 - 150)°C χρησιμοποιούνται για να παρέχουν άμεσα θερμότητα στα σπίτια και στις βιομηχανίες, ενώ οι υψηλής θερμοκρασίας πάνω από 150°C γεωθερμικές πηγές χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Οι γεωθερμικές μονάδες παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος είναι πολύ οικονομικές και έχουν πολύ μικρή αρνητική επίδραση στο περιβάλλον καθώς παράγουν μόνο το 1/6 του διοξειδίου του άνθρακα από ότι θα παρήγαγε μια μονάδα που λειτουργεί με φυσικό αέριο. Το κόστος της γεωθερμικής ενέργειας ποικίλει. Μπορεί να είναι από $ 0,015 μέχρι $ 0.35 ανά κιλοβατώρα.

Γεωθερμική ενέργεια ονομάζεται η θερμική ενέργεια που προέρχεται από το εσωτερικό της γης και εμφανίζεται με τη μορφή θερμού νερού ή ατμού. Η ενέργεια αυτή σχετίζεται με την ηφαιστειότητα και τις ειδικότερες γεωλογικές και γεωτεκτονικές συνθήκες της κάθε περιοχής. Είναι μια ήπια και σχετικά ανανεώσιμη ενεργειακή πηγή, που με τα σημερινά τεχνολογικά δεδομένα μπορεί να καλύψει σημαντικές ενεργειακές ανάγκες. Οι γεωθερμικές περιοχές συχνά εντοπίζονται από τον ατμό που βγαίνει από σχισμές του φλοιού της γης ή από την παρουσία θερμών πηγών. Για να υφίσταται διαθέσιμο θερμό νερό ή ατμό σε μια περιοχή πρέπει να υπάρχει κάποιος υπόγειος ταμιευτήρας αποθήκευσης του κοντά σε ένα θερμικό κέντρο. Στην περίπτωση αυτή, το νερό του ταμιευτήρια που συνήθως είναι βρόχινο νερό που έχει διεισδύσει στους βαθύτερους ορίζοντες της γης, θερμαίνεται και ανεβαίνει προς την επιφάνεια. Τα θερμικά αυτά ρευστά εμφανίζονται στην επιφάνεια είτε με τη μορφή θερμού νερού ή ατμού όπως προαναφέρθηκε είτε αντλούνται με γεώτρηση και αφού χρησιμοποιηθεί η θερμική τους ενέργεια, γίνεται επανέγχυση του ρευστού στο έδαφος με δεύτερη γεώτρηση. Έτσι ενισχύεται η μακροβιότητα του ταμιευτήρια και

αποφεύγεται η θερμική ρύπανση του περιβάλλοντος.



Πτυχιακή εργασία του Κακαμπίχκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειες

Εφαρμογές

Υπάρχουν δυο κύριες εφαρμογές της γεωθερμική ενέργειας.

Η πρώτη βασίζεται στη χρήση της θερμότητας της γης για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος και άλλες χρήσεις (θέρμανση κτηρίων, θερμοκηπίων). Αυτή η θερμότητα μπορεί να προέρχεται από γεωθερμικά γκάιζερ που φθάνουν με φυσικό τρόπο ως την επιφάνεια της γης ή γεώτρηση στον φλοιό της γης σε περιοχές που η θερμότητα βρίσκεται αρκετά κοντά στην επιφάνεια. Αυτές οι πηγές είναι συνήθως από μερικές εκατοντάδες μέχρι 3000 μέτρα κάτω από την επιφάνεια της γης.

Η δεύτερη εφαρμογή της γεωθερμικής ενέργειας εκμεταλλεύεται τις θερμές μάζες εδάφους ή υπογείων υδάτων για να κινήσουν θερμικές αντλίες για εφαρμογές θέρμανση και ψύξης.

Θερμικές εφαρμογές

Η κυριότερη θερμική χρήση της γεωθερμικής ενέργειας σήμερα, τόσο στην Ελλάδα όσο και παγκόσμια, αφορά στη θέρμανση θερμοκηπίων. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στις υδατοκαλλιέργειες, δεδομένου ότι πολλά είδη υδροβίων οργανισμών, όπως χέλια, γαρίδες ή φύκια αναπτύσσονται γρηγορότερα σε αυξημένες θερμοκρασίες(25 έως 30)°C. Άλλη διαδεδομένη χρήση της γεωθερμίας είναι η θέρμανση οικισμών. Η θερμική ενέργεια που δεσμεύεται από τη γεωθερμική πηγή διοχετεύεται προς τους χρήστες με την βοήθεια ενός δικτύου αγωγών (τηλεθέρμανση). Στις άνυδρες νησιωτικές και παραθαλάσσιες περιοχές, μια άλλη εφαρμογή μπορεί να είναι θερμική αφαλάτωση θαλασσινού νερού, ενώ στις περιτπώσεις γεωθερμικών ρευστών υψηλής θερμοκρασίας (>150 °C) μπορεί να γίνει παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος με την εκτόνωση ατμού.

Η Ελλάδα διαθέτει μεγάλο αριθμό επιβεβαιωμένων γεωθερμικών πεδίων που είναι διάσπαρτα σε ολόκληρη σχεδόν τη χώρα, όπως στη Ν.Κεσσάνη Ξάνθης, Νιγρίτα Σερρών, Λαγκαδά, Θεσσαλονίκη, Ελαιοχώρα Χαλκιδικής, Στύψη και Άργεννο


Λέσβου, Μήλο, Σαντορίνη και Νίσυρο. Η συστηματική εκμετάλλευση τους μπορεί να επιφέρει στη χώρα μας σημαντικά οφέλη.

4.1.2 Εκμετάλλευση της γεωθερμίας

Η εκμετάλλευση της γεωθερμίας συμβάλλει στην :

1. Εξοικονόμηση συναλλάγματος, με τη μείωση των εισαγωγών πετρελαίου.2. Εξοικονόμηση φυσικών πόρων, κυρίως με την ελάττωση κατανάλωσης των

εγχώριων αποθεμάτων.3. Καθαρότερη ατμόσφαιρα ( άμβλυνση φαινομένου θερμοκηπίου, περιορισμό της

όξινης βροχής).

Από την αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας είναι ενδεχόμενο να προκόψουν:

1. ΠοοΒλήυατα από την απόρριψη των γεωθερμικών ρευστών στο περιβάλλον της περιοχής ή δύσοσμα αέρια ( υδρόθειο ), που αντιμετωπίζονται με την επανέγχυση των ρευστών στον ταμιευτήρα μέσω γεώτρησης επανεισαγωγής και δέσμευσης των αερίων με ειδικές συσκευές.

2. Ποοβλήυατα διάβρωσης και δημιουργίας αλάτων στις σωληνώσεις μεταφοράς των ρευστών, που αντιμετωπίζονται με την προσθήκη ειδικών χημικών στα γεωθερμικά

ρευστά και με τη χρήση ανθεκτικών σωληνώσεων.

4.1.3 Φυσικά Γεωθερμικά πεδία

Η ύπαρξη υψηλής γεωθερμικής βαθμίδας σε κάποια περιοχή δεν είναι η μοναδική συνθήκη-προϋπόθεση για την ύπαρξη εκμεταλλεύσιμου γεωθερμικού πεδίου. Η γεωθερμική ενέργεια είναι πρωτογενώς αποθηκευμένη μέσα στα πετρώματα, είναι διασκορπισμένη μέσα στη μάζα τους και πρέπει να συγκεντρωθεί και να μεταφερθεί στην επιφάνεια της γης προκειμένου να χρησιμοποιηθεί το μεταλλικό νερό (σε υγρή ή αέρια φάση) που περιέχεται μέσα σε πορώδη πετρώματα ή σε συστήματα ρηγμάτων

αποτελεί το μέσο που μεταφέρει τη θερμότητα από τα πετρώματα αυτά στην

επιφάνεια της γης.

______ Πτυχιακή Εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσίμίς Πηγής ΕνΕργείΕς



Έτσι, η τταραγωγικότητα μιας θερμικής περιοχής προσδιορίζεται και συχνά καθορίζεται από την υδρολογία των γεωλογικών σχηματισμών. Δεν έχουν όμως όλες οι θερμικές περιοχές κατάλληλη υδρολογία που αποτελεί τη δεύτερη συνθήκη για την ύπαρξη εκμεταλλεύσιμου γεωθερμικού πεδίου. Κατά συνέπεια, ένα φυσικό γεωθερμικό πεδίο είναι συνδυασμός θερμών πετρωμάτων και ύπαρξης νερού που να κυκλοφορεί μέσα σ' αυτά.

Τα γεωθερμικά πεδία χωρίζονται σε δύο ομάδες: στα πεδία "υψηλής ενθαλπίας", όπου το ρευστό (άνω των 1500 °C) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή για θέρμανση, και στα πεδία "χαμηλής ενθαλπίας" όπου το ρευστό (κάτω των 150 °C) μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για θέρμανση. Στις ζώνες σεισμικών εστιών , υπάρχουν πεδία χαμηλής και υψηλής ενθαλπίας που σχετίζονται μεταξύ τους. Χαρακτηριστικό τέτοιο παράδειγμα αποτελεί η Ισλανδία, που βρίσκεται πάνω στη μέσο-ωκεάνια ράχη του Ατλαντικού.

Το γεωθερμικό ρευστό έχει μετεωρική προέλευση, δηλαδή προέρχεται από τις κατακρημνίσεις. Το νερό από τις βροχές και τα χιόνια εισχωρεί στο έδαφος και σιγά- σιγά προχωρεί στο εσωτερικό της γης φτάνοντας σε βάθη μέχρι και 5 km. Στην πορεία του θερμαίνεται λόγω της υψηλής θερμικής ροής και στη συνέχεια βρίσκει διόδους μέσα από ρήγματα και ρωγμές και επιστρέφει στην επιφάνεια. Από αναλύσεις βασισμένες σε ραδιοϊσότοπα βρέθηκε ότι ο κύκλος του νερού σε ένα γεωθερμικό σύστημα διαρκεί περίπου 500 χρόνια. Η περιοχή τροφοδοσίας του συστήματος μπορεί να βρίσκεται πολύ κοντά στο πεδίο ή σε μεγάλη από αυτό απόσταση μέχρι και 200 km, οπότε και η διαδρομή του ρευστού ποικίλλει ανάλογα με τις εκάστοτε συνθήκες. Το νερό, λόγω της μεγάλης του θερμοχωρητικότητας, λειτουργεί και σαν "συμπυκνωτής" θερμότητας. Η μέση θερμοχωρητικότητα των πετρωμάτων που βρίσκονται στα πρώτα 10 km από την επιφάνεια της γης είναι 85 kJ/kg, ενώ του νερού στην ίδια μέση θερμοκρασία (1300 °C) είναι 420 kJ/kg, δηλαδή πενταπλάσια. Η θερμοχωρητικότητα του κορεσμένου ατμού στους 2360 °C είναι 2.790 kJ/kg δηλαδή τριακονταπλάσια αυτής των πετρωμάτων. Για να απορροφήσει το νερό αυτή τη θερμότητα, είτε πρέπει να έρθει σε επαφή με πολύ μεγάλες μάζες πετρωμάτων που βρίσκονται σε υψηλή θερμοκρασία είτε να διανύσει πολύ μεγάλη διαδρομή μέχρι να φτάσει στις γεωτρήσεις. Και στις δύο περιπτώσεις, οι μάζες των


πετρωμάτων που συμμετέχουν στο σύστημα πρέπει να είναι πολύ μεγάλες, της τάξης των εκατοντάδων κυβικών χιλιομέτρων .

4.1.4 Ανανεώσιμοι τύποι γεωθερμικής ενέργειας

Όλοι οι τύποι θεωρούνται ανανεώσιμοι εφόσον ο ρυθμός άντλησης της θερμότητας δεν υπερβαίνει το ρυθμό επαναφόρτισης της γεωθερμικής δεξαμενής από τη γη. Για την παραγωγή ηλεκτρισμού μπορεί να χρειαστούν αρκετές εκατοντάδες χρόνια για να επαναφορτιστεί μια γεωθερμική δεξαμενή η οποία έχει αδειάσει τελείως. Τα περιφερειακά συστήματα θέρμανσης μπορεί να πάρουν 100- 200 χρόνια για να επαναφορτιστούν ενώ οι γεωθερμικές αντλίες μόνο 30 χρόνια.

Θα μπορούσε να πει κάποιος ότι η γεωθερμική ενέργεια δεν είναι πραγματικά ανανεώσιμη, γιατί με την πάροδο του χρόνου το εσωτερικό της γης θα κρυώσει και η ραδιενεργή φθορά των στοιχείων που κρατούν το εσωτερικό της γης θερμό θα μειωθεί. Όμως, επειδή οι δεξαμενές γεωθερμίας είναι τεράστιες σε μέγεθος συγκριτικά με τις ανάγκες του ανθρώπου, η γεωθερμική ενέργεια είναι πρακτικά

ανανεώσιμη.

Γεωθερμικές αντλίες.

Οι γεωθερμικές αντλίες είναι από τις πιο αποδοτικές ενεργητικές (σε αντίθεση με τις παθητικές) τεχνολογίες στον κόσμο για τη θέρμανση και ψύξη των σπιτιών, των σχολείων, των επιχειρήσεων και άλλων κτηρίων. Χρησιμοποιούν τη φυσική θερμοκρασία της γης για τη θέρμανση το χειμώνα κα την ψύξη το καλοκαίρι. Εκμεταλλεύονται το πλεονέκτημα ότι η θερμοκρασία του εδάφους δεν ποικίλει από εποχή σε εποχή όπως ο αέρας. Λειτουργεί όπως ένα ψυγείο. Το χειμώνα μεταφέρει τη φυσική θερμότητα της γης στο κτήριο με νερό που κυκλοφορεί σε κλειστούς πλαστικούς σωλήνες που εισάγονται στο έδαφος. Το καλοκαίρι μεταφέρει τη θερμότητα του κτηρίου στη γη ψύχοντας έτσι το σπίτι. Το ίδιο πλαστικό σύστημα χρησιμοποιείται το καλοκαίρι όπως και το χειμώνα. Απλά αλλάζει η κατεύθυνση κίνησης του νερού. Είναι πιο αποτελεσματικά από τα κλιματιστικά επειδή βασικά "μετακινούν" τη θερμότητα αντί να καταναλώνουν ενέργεια για να τη δημιουργήσουν

______ Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειες______


Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνστοίντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειες

4.2 ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΥΨΗΛΗΣ, ΜΕΣΗΣ & ΧΑΜΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ

Τρόπος λειτουργίας

Η γεωθερμική ενέργεια ,ανάλογα με τη θερμοκρασία των ρευστών διακρίνεται σε τρεις κατηγορίες:

Χαμηλής ενθαλπίας (25-100 °C)

Μέσης ενθαλπίας (100-150 °C)

Υψηλής ενθαλπίας (>150 °C)

Η γεωθερμική ενέργεια υψηλής ενθαλπίας χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η εγκατεστημένη ισχύς των γεωθερμικών μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στον κόσμο ανέρχεται σε 6.000 MWe περίπου.

Η γεωθερμική ενέργεια χαμηλής και μέσης ενθαλπίας βρίσκει σε διεθνές επίπεδο πολλές εφαρμογές στη γεωργία, τη γεωργική βιομηχανία, την κτηνοτροφία - ιχθυοκαλλιέργεια και τη θέρμανση χώρων.

Η τεχνολογία που απαιτείται για την εκμετάλλευση των γεωθερμικών ρευστών αυτής της κατηγορίας έχει αναπτυχθεί σε σημαντικό βαθμό και είναι ευρύτατα γνωστή. Συνιστάται κυρίως στη χρήση εναλλακτών θερμότητας ή σε μερικές περιπτώσεις, στην απευθείας χρήση των γεωθερμικών ρευστών.

Γεωθερμία χαμηλής ενθαλπίας

Η χώρα μας παρουσιάζει ένα αρκετά αξιόλογο δυναμικό γεωθερμικής ενέργειας χαμηλής ενθαλπίας. Με τις σημερινές γνώσεις μας από τα δεδομένα των γεωτρήσεων και από άλλες ενδείξεις στα γεωθερμικά πεδία, εκτιμάται ότι το βεβαιωμένο συνολικό δυναμικό της γεωθερμίας χαμηλής ενθαλπίας (με βάση την


απόρριψη των νερών σε θερμοκρασίες περίπου 25 °C) ανέρχεται σε 700-800 MWth, περίπου.

Οι ορατές εκμεταλλεύσεις τη γεωθερμικής ενέργειας χαμηλής ενθαλπίας στην Ελλάδα σε χρήσεις μόνο θέρμανσης (όπως τηλεθέρμανση κτιρίων, θερμοκήπια, ξηραντήρια αγροτικών προϊόντων και ιχθυοκαλλιέργειες) μπορούν μέχρι το έτος 2000 να αγγίξουν τα 150 MWu,, εγκατεστημένης ισχύος, εξοικονομώντας 17.000 περίπου τόνους ισοδύναμου πετρελαίου (Τ.Ι.Π.) το έτος.

Στην πράξη όμως σήμερα η εκμετάλλευση του γεωθερμικού δυναμικού χαμηλής ενθαλπίας στην χώρα μας είναι ασήμαντη έως μηδαμινή. Σήμερα υπάρχουν εγκατεστημένα στην χώρα μας μόλις 200 στρ. γεωθερμικών θερμοκηπίων με εγκατεστημένη ισχύ περί τα 20 MWtn που εξοικονομούν 2000 Τ.Ι.Π. το έτος. Αυτό συμβαίνει παρ’ όλο που οι συνθήκες παραγωγής και εκμετάλλευσης των γεωθερμικών ρευστών είναι συμφέρουσες και παρ' όλο που τα γεωθερμικά πεδία συμπίπτουν γεωγραφικά με εύφορες πεδιάδες με μεγάλη γεωργική παραγωγή. Οι πλέον συνήθεις και τεχνικοοικονομικά συμφέρουσες χρήσεις που εφαρμόζονται κατά την αξιοποίηση γεωθερμικών ρευστών χαμηλής ενθαλπίας είναι;

1.ΤΗΛΕΘΕΡΜΑΝΣΗ

Η περιφερειακή θέρμανση οικισμών και πόλεων ευρίσκει εφαρμογή σε πολλές χώρες. Με την εφαρμογή τηλεθέρμανσης με γεωθερμική ενέργεια δύνανται να δημιουργηθούν ιδιαίτερα ευνοϊκές συνθήκες εκμετάλλευσης διότι η παραγωγή θερμικής ενέργειας εξασφαλίζεται από εγκαταστάσεις χαμηλού κόστους κατασκευής, συντηρήσεως και, κυρίως, λειτουργίας.

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειχς



Οι θερμικές απαιτήσεις εξαρτώνται από τις κλιματολογικές συνθήκες, ενώ οι θερμοκρασίες σχεδιασμού από τη χρήση (κατοικίες 18-20 °C, γραφεία 17-18 °C

κ.λπ.).

LAKE-teO SYSTEM

Για να γίνει συνδυασμός τηλεθέρμανσης και κάλυψης αναγκών σε ζεστό νερό πρέπει η θερμοκρασία του γεωθερμικού ρευστού να είναι τουλάχιστον 65 °C. Για να είναι οικονομικά συμφέρουσα μια εκμετάλλευση τηλεθέρμανσης με τη χρήση γεωθερμικής ενέργειας χαμηλής ενθαλπίας πρέπει το κόστος της γεωθερμικής ενέργειας να αντιστοιχεί στο 50-60% του κόστους πετρελαίου.


Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής ΕνέργΕί£ς

2. ΑΦΑΛΑΤΩΣΗ ΘΑΛΑΣΣΙΝΟΥ ΝΕΡΟΥ

Αφαλάτωση θαλασσινού νερού με γεωθερμικά ρευστά σαν θερμαντικό μέσο δύνανται να επιτευχθεί με τη μέθοδο της πολυσταδιακής εξάτμισης εν κενό (MES), Για να είναι οικονομικά συμφέρουσα η αφαλάτωση πρέπει η θερμοκρασία των γεωθερμικών ρευστών να είναι τουλάχιστον 60 °C. Η θερμοκρασία απόρριψης σχεδιάζεται να είναι 40-50 °C.

Ενδεικτικά αναφέρεται ότι για περίπτωση αφαλάτωσης θαλασσινού νερού με

γεωθερμικά ρευστά θερμοκρασίας 75 °C και παροχής 100 m^/h επιτυγχάνεται αφαλάτωση 600 m^/h την ημέρα, σε οκτώ δράσεις, με εκτιμώμενο κόστος επένδυσης 161408.65 Ευρώ και κόστος αφαλάτωσης νερού περίπου 1 Ευρώ/m^. Για να θεωρείται οικονομικά συμφέρουσα μία εκμετάλλευση αφαλάτωσης θαλασσινού νερού με τη χρήση γεωθερμικής ενέργειας χαμηλής ενθαλπίας πρέπει το κόστος της γεωθερμικής ενέργειας να αντιστοιχεί το πολύ στο 60% του κόστους αφαλάτωσης με πετρέλαιο.

3. ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΩΝ

Οι χρήσεις και το μέγεθος των θερμοκηπιακών εγκαταστάσεων εξαρτάται από τη διαθέσιμη γεωθερμική ενέργεια, από τις κλιματολογικές συνθήκες, από τα υλικά κατασκευής των θερμοκηπίων και από το είδος της καλλιέργειας. Μια πάρα πολύ κοινή περίπτωση, για τα δεδομένα του ελλαδικού χώρου είναι η θέρμανση γυάλινων θερμοκηπίων με ντομάτα και με θερμαντικό μέσο γεωθερμικά ρευστά (40 - 55)°C . Στην περίπτωση αυτή απαιτούνται περί τις 150.000 kcal/h το στρέμμα για μία περίοδο θέρμανσης, κατά μέσο όρο, 1.250 ωρών (Load Factor 14%) διατηρώντας μία εσωτερική θερμοκρασία αέρα τουλάχιστον 14 °C .

Η ετήσια εξοικονόμηση ενέργειας που επιτυγχάνεται στην περίπτωση αυτή είναι της τάξεως των 24 τόνων Ισοδύναμου Πετρελαίου το στρέμμα ή περί το 1.000.000 Ευρώ/έτος το στρέμμα.


Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής ΕνέργΕίες

ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟ ΣΙΔΗΡΟΚΑΣΤΡΟΥ ΣΕΡΡΩΝ

Το γεωθερμικό πεδίο της Θερμοπηγής Σιδηροκάστρου, του νομού Σερρών εκτείνεται 10km βόρεια του Σιδηροκάστρου και η βεβαιωμένη έκταση του καταλαμβάνει 6 km .̂ Το βάθος του ταμιευτήρα κυμαίνεται από 30-400m με θερμοκρασιακό εύρος από (40-57)°C, αλατότητα 800- 2200 ppm TDS και με αυξημένη περιεκτικότητα σε CO2, Το πιθανό δυναμικό του πεδίου εκτιμάται σε 1000 mVh έχοντας δυνατότητα παραγωγής 28 MWth (θερμοκρασία απόρριψης στους 250°C). Στην περιοχή υπάρχουν γεωθερμικά θερμοκήπια συνολικής εκτάσεως 17,5 στρεμμάτων με συνολική εγκατεστημένη ισχύ 6,64 MWth και η επιτυγχανόμενη εξοικονόμηση ενέργειας είναι της τάξεως των 1180 ΤΙΠ/έτος. Από αυτά τα θερμοκήπια, αυτό που λειτουργεί, πλήρως, εκμεταλλευόμενο όλες τις φυτεύσεις ανά έτος, είναι μια εγκατάσταση γεωθερμικού θερμοκηπίου εκτάσεως 415 στρεμμάτων Το υλικό κάλυψης του συγκεκριμένου θερμοκηπίου είναι γυαλί. Η εγκατεστημένη ισχύς του είναι 1,9 MWth και η ετήσια εξοικονόμηση 365,8 Τ1Π/ έτος.

ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟ ΣΙΔΗΡΟΚΑΣΤΡΟΥ ΣΕΡΡΩΝ

Το γεωθερμικό πεδίο της Θερμοπηγής Σιδηροκάστρου έχει αρκετές δυνατότητες αξιοποίησης, κυρίως για θέρμανση θερμοκηπίων Αν αξιοποιηθεί ορθολογικά όλο το βεβαιωμένο δυναμικό του πεδίου μπορεί να πολλαπλασιασθεί η έκταση των εγκατεστημένων θερμοκηπίων σε πενήντα στρέμματα τουλάχιστον.


Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργ£ΐ£ς

4.ΙΧΘΥΟΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ

Η απαραίτητη θερμοκρασία στο νερό της δεξαμενής της ιχθυοκαλλιέργειας κυμαίνεται από (14 έως 30) °C, ανάλογα με το είδος της. Η ιχθυοκαλλιέργεια μπορεί να γίνει είτε μεμονωμένα με γεωθερμικά ρευστά σαν θερμαντικό μέσο, θερμοκρασίας (25 έως 35) °C, είτε από το απορριπτόμενο νερό από τη θέρμανση θερμοκηπίων. Στη δεύτερη περίπτωση εκτιμάται ότι από τα απορριτττόμενα νερά 5 στρεμμάτων γυάλινου θερμοκηπίου με τριαντάφυλλα δύναται να θερμανθεί δεξαμενή χελοτροφείου όγκου 500 πι̂ .


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

5.1 ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

5.1.1 Βασικές έννοιεςΗ Υδροηλεκτρική Ενέργεια είναι η ενέργεια η οποία στηρίζεται στην εκμετάλλευση

της μηχανικής ενέργειας του νερού των ποταμών και της μετατροπής της σε ηλεκτρική ενέργεια με τη βοήθεια στροβίλων και ηλεκτρογεννητριών.

Η ενέργεια αυτή διαχέεται στη φύση από δίνες και ρεύματα, καθώς το νερό ρέει κατηφορικά σε ρυάκια, χείμαρρους και ποτάμια μέχρι να φτάσει στη θάλασσα. Όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος του αποθηκευμένου νερού και όσο ψηλότερα βρίσκεται, τόσο περισσότερη είναι η ενέργεια που περιέχει.

Η δυνατότητα (από)ταμίευσης ενέργειας ως (υδρο-) δυναμικής (και όχι ως θερμικής - με τα γνωστά προβλήματα απωλειών, ή ηλεκτρικής, σε πανάκριβους και ως εκ τούτου περιορισμένης χωρητικότητας συσσωρευτές), καθώς επίσης η ανανεωσιμότητά της καθιστούν την υδροηλεκτρική ενέργεια σημαντική εναλλακτική συμπληρωματική λύση στο ενεργειακό- περιβαλλοντικό πρόβλημα, δεδομένης και

της "καθαρότητάς" της. Επιπλέον δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι οι υδατοπτώσεις είναι δυνατόν να χρησιμοποιούνται και για άλλες ανάγκες: ύδρευση, άρδευση, ανάσχεση χειμάρρων, διαχείριση υδάτων, συντήρηση υδροβιότοπων, αναψυχή, αθλητισμό.

Το σύνολο των έργων και εξοπλισμού μέσω των οποίων μετατρέπεται η υδραυλική ενέργεια σε μηχανική και στη συνέχεια σε ηλεκτρική, ονομάζεται Υδροηλεκτρικό έργο (ΥΗΕ). Τα Μικρής κλίμακας Υδροηλεκτρικά έργα (ΜΥΗΕ) είναι κυρίως "συνεχούς ροής", δηλαδή δεν περιλαμβάνουν σημαντική περισυλλογή νερού και επομένως δεν απαιτείται η κατασκευή μεγάλων φραγμάτων και ταμιευτήρων, αν και όπου αυτά υπάρχουν ήδη και μπορούν να χρησιμοποιηθούν εύκολα είναι επιβοηθητικά. Εξ' ορισμού δηλαδή ένας μικρός υδροηλεκτρικός σταθμός αποτελεί ένα έργο απόλυτα συμβατό με το περιβάλλον, καθώς το σύνολο των επιμέρους παρεμβάσεων του έργου μπορεί να ενταχθεί αισθητικά και λειτουργικά στα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος, αξιοποιώντας τους τοπικούς πόρους.

______ Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμες Πηγής Ενέργειες______


Η υδροηλεκτρική ενέργεια είναι μια πρακτικά ανεξάντλητη πηγή ενέργειας, που στηρίζεται στην εκμετάλλευση των ποταμών και των τεχνητών ή φυσικών φραγμάτων. Είναι η έξυττνη ενέργεια του Υπουργείου Ανάπτυξης, φορέα της ενεργειακής πολιτικής στην Ελλάδα, που εξασφαλίζει για τους πολίτες μια σειρά από σημαντικά οφέλη:

Πετύχαμε διπλάσια ισχύ και αυξημένη ηλεκτρική ενέργεια από μικρά Υδροηλεκτρικά, σε σχέση με τις αρχές του 2004. Η εγκατεστημένη ισχύς που διαθέτουμε σήμερα είναι 120MW (το 2004 ήταν 69MW) και η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας 285.000MWh (το 2004 ήταν 245.000MWh).Προσελκύσαμε μεγάλο επενδυτικό ενδιαφέρον για τα μικρά Υδροηλεκτρικά, μέσα από τη δημιουργία ενός ελκυστικού πλαισίου κανόνων. Έχουν ενταχθεί και ολοκληρώνονται 47 νέες εγκαταστάσεις, συνολικής επένδυσης 165 εκατ. €, που ανταποκρίνονται σε ισχύ 119MW.Απλοποιούμε ακόμα περισσότερο τις αδειοδοτικές διαδικασίες και την υιοθέτηση κατάλληλων κινήτρων για την απρόσκοτπη ανάπτυξη επενδύσεων Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας.Συμβάλουμε στην αποτελεσματική αντιμετώπιση του φαινομένου των κλιματικών αλλαγών, για μια βιώσιμη ανάπτυξη, για ένα καλύτερο περιβάλλον, για ένα καλύτερο

μέλλον.

Πτυχιακή Εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμΕς Πηγής Ενέργειες



Τρόπος λειτουργίας μικρών υδροηλεκτρικών

Η ονομαστική εγκαταστημένη ισχύς ενός μικρού υδροηλεκτρικού έργου και η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από αυτό, είναι ανάλογη της παροχής που περνά μέσα από τον υδροστρόβιλο και της υψομετρικής διαφοράς που καλύτπει το νερό , στην πορεία του προς τον υδροστρόβιλο μέσα από τον αγωγό πίεσης. Είναι προφανές ότι ανάλογη ισχύς μπορεί να παραχθεί τόσο από μια μεγάλη ποσότητα νερού που πέφτει από μικρό ύψος, όσο και από μια μικρή ποσότητα νερού πού πέφτει όμως από μεγάλο ύψος, στην πρώτη περίπτωση οι διαστάσεις των επιμέρους συνιστωσών του μικρού υδροηλεκτρικού σταθμού θα είναι πολύ μεγαλύτερες από αυτές της δεύτερης περίπτωσης

Το νερό του ποταμού , της πηγής ή του χείμαρρου αφήνοντας την αναγκαία αρχική δεξαμενή ή τον αρχικό μικρό ταμιευτήρα, οδεύει μέσα από ένα σύστημα ανοικτών και κλειστών αγωγών στο χαλύβδινο αγωγό υψηλής πίεσης και στη συνέχεια στον υδροστρόβιλο και από τον αγωγό φυγής, στη φυσική κοίτη του ρέματος της περιοχής.

Τα μικρά υδροηλεκτρικά έργα παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε αντίθεση με τα άλλα συμβατικά ενεργειακά έργα, καθώς και τις άλλες Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας. Τα συγκριτικά πλεονεκτήματα είναι η δυνατότητα άμεσης σύνδεσης

- απόζευξης στο δίκτυο ή η αυτόνομη λειτουργία τους, η αξιοπιστία τους, η παραγωγή ενέργειας αρίστης ποιότητας χωρίς διακυμάνσεις, η άριστη διαχρονική συμπεριφορά τους, η μεγάλη διάρκεια ζωής, ο μικρός χρόνος απόσβεσης των αναγκαίων επενδύσεων που οφείλεται στο πολύ χαμηλό κόστος συντήρησης και λειτουργίας και στην ανυπαρξία κόστους πρώτης ύλης, η έλλειψη προστασίας των λιγνιτικών αποθεμάτων, η φιλικότητα προς το περιβάλλον (μηδενικές εκπομπές ρύπων) , η ταυτόχρονη ικανοποίηση και άλλων αναγκών χρήσης νερού (ύδρευσης, άρδευσης, κλπ.) , η δυνατότητα παρεμβολής τους σε υπάρχουσες υδραυλικές

εγκαταστάσεις, και άλλα.


Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμΕς Πηγής Ενέργειες

5.1.2 Υδροηλεκτρικοί σταθμοί

Γεωγραφική Κατανομή των Υδροηλεκτρικών Σταθμών

1. Λάδωνας2. Γκιώνα3. Ν. Πλαστή ρας

Κρεμαστά, Καστράκι, Στράτας Πουρνάρι I, II, Λούρος Πηγές Αώου ΠολύφυτοΣφηκιά, Ασώματα, Μακροχώρι Άγρας, Εδεσσαίος

10. Θησαυρός, Πλατανόβρυση11. Μικροί ΥΗΣ

Παρουσιάζονται στη συνέχεια τα σημαντικά αυτά έργα πού βρίσκονται

γεωγραφικά.

Ο ΥΗΣ Λάδωνα βρίσκεται κοντά στην Ολυμπία στον ποταμό Λάδωνα, έναρξης λειτουργίας το 1956 με ισχύ 70 MW. Το φράγμα είναι τσιμεντένιο αντιρρηδωτό με

εξαιρετική παραγωγή.

Ο ΥΗΣ Γκιώνας κοντά στην Άμφισσα, στη σήραγγα προσαγωγής του νερού ύδρευσης της ΕΥΔΑΠ για την Αθήνα από τον ταμιευτήρα του Μόρνου, έναρξη λειτουργίας το 1988, ισχύος 9,6 MW περίπου.

Ο ΥΗΣ Ν. Πλαστήρα που αξιοποιεί τα νερά του ποταμού Ταυρωπού και είναι η πρώτη εκτροπή των νερών της λεκάνης απορροής του Αχελώου προς τη Θεσσαλία. Βρίσκεται κοντά στην Καρδίτσα, έναρξη λειτουργίας το 1962, ισχύος 130 MW. Το φράγμα τσιμεντένιο τοξωτό στον ποταμό Ταυρωπό (Μέγδοβα) 40 περίπου χιλ. από την Καρδίτσα. Αποτελεί τυπικό παράδειγμα υδροηλεκτρικού έργου που λειτουργεί άριστα ως έργο πολλαπλού σκοπού.


Ο ΥΗΣ Κρεμαστών στον Αχελώο, 60 Km από το Αγρίνιο, μεγάλο φράγμα χωμάτινο, έναρξη λειτουργίας 1965, ισχύος 437 MW, μεγάλος ταμιευτήρας.

Ο ΥΗΣ Καστρακίου στον Αχελώο, μετά τα Κρεμαστά, 25 Km από το Αγρίνιο, φράγμα χωμάτινο, έναρξη λειτουργίας 1970, ισχύς 320 MW,

Ο ΥΗΣ Στρατός I στον Αχελώο μετά το Καστράκι. Σταθμός υπόγειος, έναρξη λειτουργίας 1988, με ισχύ 150 MW. Οι τρεις σταθμοί του Αχελώου έχουν μεγάλη παραγωγή και είναι πολύ σημαντικοί για το Σύστημα Παραγωγής - Μεταφοράς.

Ο ΥΗΣ Πουρναριού I, 4 Km. από Άρτα, στον ποταμό Άραχθο, έναρξη λειτουργίας 1981, ισχύος 300 MW, φράγμα χωμάτινο.

Ο ΥΗΣ Πουρναρίου II μετά το Πουρνάρι I, έναρξη λειτουργίας 2000, ισχύος 31,5

______ Πτυχιακή εργησία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανεώσιμΕς Πηγής Ενέργειες______

Ο ΥΗΣ Λούρου κοντά στη Φιλιττπιάδα, στον ποταμό Λούρο, φράγμα τσιμεντένιο βαρύτητας, ισχύος 10,5 MW, έναρξη λειτουργίας το 1954, υψηλής παραγωγικότητας.

Ο ΥΗΣ Πηγών Αώου 45 Km από τα Ιωάννινα, κοντά στο Μέτσοβο, εκτρέπει μικρό μέρος των νερών του Αώου προς τη λεκάνη του Αράχθου. Φράγμα χωμάτινο, σταθμός υπόγειος, έναρξη λειτουργίας 1990, ισχύς 210 MW.

Ο ΥΗΣ Πολυφύτου στον ποταμό Αλιάκμονα, κοντά στα Σέρβια Κοζάνης, φράγμα χωμάτινο, έναρξη λειτουργίας 1974, ισχύς 360 MW. Έργο πολύ σημαντικό για την

εξασφάλιση νερού στη Μακεδονία.

Ο ΥΗΣ Σφηκιάς κατάντη του Πολυφύτου στον Αλιάκμονα 25 Km. από Βέροια. Φράγμα χωμάτινο, έναρξη λειτουργίας 1985, ισχύς 315 MW. Ο σταθμός αυτός είναι αναστρέψιμος δηλ. λειτουργεί το βράδυ ως αντλητικός ισχύς 315 MW για την ρύθμιση του συστήματος ανεβάζοντας τα νερά του ταμιευτήρα Ασωμάτων στον

ταμιευτήρα Σφηκιάς.

Ο ΥΗΣ Ασωμάτων κατάντη της Σφηκιάς έναρξη λειτουργίας 1985, ισχύος 108


Ο ΥΗΣ Άγρα 2Km από την Έδεσσα στον ποταμό Εδεσσαίο (Βόδα), Φράγμα χαμηλό χωμάτινο έναρξη 1956, ισχύς 50MW. Ο Εδεσσαίος μετά τους καταρράκτες της Έδεσσας, έναρξη 1969 19 MW.

Ο ΥΗΣ Θησαυρού, 60Κιπ από τη Δράμα κοντά στο Παρανέστι, στο ποταμό Νέστο. Φράγμα υψηλό, λιθόρριπτο χωμάτινο, έναρξη το 1997, ισχύς 384 MW. Είναι σταθμός αναστρέψιμος με λειτουργία ως αντλητικός το βράδυ ανεβάζοντας το νερό του ταμευτήρα Πλατανόβρυσης στον ταμιευτήρα Θησαυρού.

Ο ΥΗΣ Πλατανόβρυσης κατάντη του Θησαυρού, Φράγμα από κυλινδρούμενο σκυρόδεμα (RCC), έναρξη λειτουργίας 1999, ισχύς 116 MW.

Τέλος υπάρχει μια ομάδα μικρών, ιστορικών υδροηλεκτρικών σταθμών ισχύος κάτω των 10 MW όπως:

Αλμυρός και Αγυιά στην Κρήτη,

Γλαύκος στην Πάτρα,

Στράτας II, αρδευτικός στο Αγρίνιο,

Βέρμιο και Μακροχώρι στην Βέροια,

Αγ. Ιωάννης στις Σέρρες με μικρή σχετική Παραγωγή.

______ Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής ΕνέργΕίΕς______

5.1.3 Υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις

Οι Υδροηλεκτρικές Εγκαταστάσεις έχουν μεγάλη έκταση ανάλογα με το μέγεθος του ποταμού και το σχέδιο εκμετάλλευσης του νερού της λεκάνης απορροής. Ύστερα από μετρήσεις και έρευνες γίνεται η προμελέτη έργων αξιοποίησης ενός ποταμού, η μελέτη, η κατασκευή και τέλος αρχίζει η εκμετάλλευση του έργου.

Κύρια τμήματα ενός υδροηλεκτρικού έργου είναι το Φράγμα, ο Ταμιευτήρας, ο Εκχειλιστής ή Υπερχειλιστής, η Υδροληψία, οι Σήραγγες, ο Αγωγός Προσαγωγής Απαγωγής του νερού, το Εργοστάσιο παραγωγής, ο Υποσταθμός ανύψωσης τάσεως

και οι Γραμμές μεταφοράς.


Το Φράγμα: Υπάρχουν πολλά είδη φραγμάτων και χωρίζονται ανάλογα το υλικό με το οποίο κατασκευάζονται, πέτρα, σκυρόδεμα, χώμα και άλλα υλικά. Επίσης, ανάλογα με το ύψος τους, υπάρχουν τα μεγάλα, μεσαία και μικρά.

Ο Ταμιευτήρας: Ο Ταμιευτήρας σχηματίζεται μετά την έμφραξη της σήραγγας εκτροπής. Η έκταση και η χωρητικότητά του εξαρτώνται από την μορφολογία της λεκάνης απορροής του ποταμού ανάντη του φράγματος αλλά και το ύψος του.

Ο Εκχειλιστής - Υπερχειλιστής - Εκκενωτής: Ο Εκχειλιστής ή Υπερχειλιστής και ο Εκκενωτής είναι τα επιμέρους έργα ή τμήματα του φράγματος που εξασφαλίζουν την ασφάλειά του σε έκτακτες περιπτώσεις όπως είναι οι μεγάλες πλημμύρες ή κάποιο άλλο συμβάν που μπορεί να θέσει σε κίνδυνο ένα φράγμα από αιτίες όπως σεισμούς, γεωλογικό πρόβλημα, κατολισθήσεις κ.τ.λ.

Υδροληψία, Σήραγγες - Αγωγοί Προσαγωγής- Απαγωγής του νερού: Είναι τα έργα που οδηγούν το νερό από τον ταμιευτήρα στο σταθμό παραγωγής και μετά την διέλευσή του από τις μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στη κοίτη του ποταμού κατάντη ή στον επόμενο ταμιευτήρα ανάλογα τις περιτττώσεις.

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσίμες Πηγής Ενέργειες

Το Εργοστάσιο Παραγωγής: Είναι το κτίριο που περιέχει τις μονάδες παραγωγής, τους πίνακες ελέγχου και τον βοηθητικό εξοπλισμό που χρειάζεται για την λειτουργία του. Μπορεί να είναι υπόγειος, υπαίθριος, ημιυπαίθριος.

Ο Υποσταθμός Υψώσεως Τάσεως - Γραμμές Μεταφοράς: Κοντά στο εργοστάσιο βρίσκεται ο υποσταθμός όπου υπάρχουν οι μετασχηματιστές ισχύος, διακόπτες, το κτίριο ελέγχου και άλλος βοηθητικός εξοπλισμός. Επίσης στον υποσταθμό είναι εγκατεστημένοι οι διακόπτες των γραμμών που μεταφέρουν την ηλεκτρική ενέργεια και αποτελούν τμήμα του εθνικού συστήματος μεταφοράς υψηλής τάσεως 150 KV και 380 KV.

5.1.4 Στοιχεία εκμετάλλευσης υδροηλεκτρικών σταθμών

Αφού έγινε γνωστό το μεγάλο πάκο των υδροηλεκτρικών σταθμών κρίνεται σκόπιμο να εξεταστεί η προσφορά του στο ελληνικό διασυνδεδεμένο σύστημα


παραγωγής-μεταφοράς δηλαδή να γίνει σαφή ποια είναι η ενεργειακή τους εκμετάλλευση.

Στο διάγραμμα 1 φαίνεται η εγκατεστημένη ισχύς των υδροηλεκτρικών σταθμών και το ποσοστό της σε σχέση με τους άλλους σταθμούς παραγωγής, Λιγνιτικούς, Πετρελαϊκούς, Φυσικού Αερίου και Ανανεώσιμων Πηγών (Ανεμογεννήτριες, Ηλιακά, Μικρά Υδροηλεκτρικά). Απαιτήθηκαν τεράστια ποσά για την κατασκευή όλων αυτών των σταθμών στα προηγούμενα 50 χρόνια. Είχαν όμως μεγάλη συνεισφορά στην περιφερειακή ανάπτυξη της χώρας μεταπολεμικά (δρόμοι, απασχόληση, κάλυψη αναγκών σε νερό και αντιπλημμυρική προστασία).

Στο διάγραμμα 2 παρουσιάζεται η ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Το ποσοστό αυτό μεταβάλλεται ανάλογα με την υδραυλικότητα του έτους αλλά και τις ενεργειακές ανάγκες της χώρας.

Πτυχιακή Εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειες

Διάγραμμα 1

ΔΕΗ Α.Ε.: 2002 - Εγκατεστημένη ισχύς μονάδων τταραγωγής ανά είδος καυσίμου (MW)

I □ Υδροηλεκτρικές □Πετρελαϊκές ■ Φυσικού Αερίου ·Λ ιγ ν ιτ ικ έ ς


ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 2

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμ£ς Πηγής Ενέργειες

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3


Το διάγραμμα των εισροών (Διάγραμμα 3) ανά έτος και της αντίστοιχης τταραγωγής δείχνει τις μεγάλες ποσότητες νερού που διαχειρίζεται η ΔΕΗ με τις υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις. Τα αποθέματα στους ταμιευτήρες σε όγκο νερού μπορούν να φθάσουν 6,5 δις περίπου στο τέλος της υγρής περιόδου (31'’̂ ΜαΤου) και 3 δις περίπου στην αρχή της (1'’ ̂ Οκτωβρίου).

Πτυχιακή εργαοία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής ΕνέργΕίες

5.1.5 Οι Υδροηλεκτρικοί Σταθμοί ως έργα πολλαττλού σκοπού

Στην συνέχεια εξετάζονται οι ωφέλειες ή οι επιπτώσεις που έχουν σχέση με την εκμετάλλευση των υδροηλεκτρικών εγκαταστάσεων και ιδιαίτερα των ταμιευτήρων ως έργα πολλαπλού σκοπού:

Ύδρευση

Οι ταμιευτήρες μας με την μεγάλη χωρητικότητά τους και το εξαιρετικής ποιότητας νερό εξυπηρετούν πολλές περιοχές εξασφαλίζοντας μεγάλες ποσότητες πόσιμου νερού σε περίπου 2,5 εκατομμύρια πολίτες (Αρτα, Πρέβεζα, Λευκάδα, Αγρίνιο,

Καρδίτσα, σύντομα Θεσσαλονίκη).

Η διατήρηση της καλής ποιότητας του νερού ως αγαθό απαραίτητου για την ζωή και σε ανεπάρκεια διότι αυξάνεται η κατανάλωση και υποβαθμίζεται η ποιότητα, είναι ο πρώτος στόχος μας. Χρειάζονται καθημερινές μάχες απόκρουσης παντός είδους αιτήσεων για ανθρωπογενείς δραστηριότητες στις τεχνητές λίμνες (δρομολόγηση πλοίων, ιχθυοκαλλιέργειες, ναυταθλητισμός, αναψυχή κ.τ.λ).

Άρδευση

Οι ταμιευτήρες της ΔΕΗ εξασφαλίζουν μεγάλες ποσότητες νερού την θερινή περίοδο με αιχμή τον Ιούλιο - Αύγουστο για την άρδευση εκτεταμένων περιοχών στα κατάντη των φραγμάτων. Υπολογίζεται ότι αρδεύονται περίπου 5 εκατομμύρια στρέμματα αυξάνοντας τόσο την αξία της περιουσίας των αγροτικών πληθυσμών όσο και το ετήσιο εισόδημα. Θα μπορούσε να προσθέσει κανείς ότι τόσο μεγάλες


αρδευόμενες περιοχές συμβάλλουν στην γενικότερη αναβάθμιση του περιβάλλοντος. Με τον τρόπο αυτό οι υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις ενισχύουν την απασχόληση μεγάλου μέρους του πληθυσμού και διατηρούν την χλωρίδα και πανίδα που χωρίς νερό θα καταστρεφόταν. Οι ταμιευτήρες αρδεύουν μεγάλες πεδιάδες όπως Αγρινίου, Μεσολογγίου, Άρτας, Θεσσαλίας, Ημαθίας, Πιερίας, Καβάλας, Ξάνθης κ.τ.λ).

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής ΕνέργΕίΕς

Αντιπληυυυοική Προστασία

Η ΔΕΗ Α.Ε. με τα φράγματα που κατασκεύασε στα κυριότερα ποτάμια της Ελλάδας προσφέρει αντιπλημμυρική προστασία στα κατάντη και επέτρεψε την αξιοποίηση μεγάλων γόνιμων παραποτάμιων εκτάσεων εκατοντάδων χιλιάδων

στρεμμάτων. Καλλιεργούνται χωρίς φόβο από πλημμύρες παραποτάμιες περιοχές κοντά στις εκβολές (Λάδωνας, Αχελώος, Άραχθος, Αλιάκμονας, Νέστος κ.τ.λ.).

=ηοασία - Λειικυδρία

Οι ταμιευτήρες των υδροηλεκτρικών σταθμών προφυλάσσουν πολλές περιοχές της χώρας από μεγάλες καταστροφές και αποφυγή δραματικών καταστάσεων λόγω παρατεταμένης ξηρασίας που εμφανίζεται στη Μεσόγειο. Αρκεί να θυμηθεί κανείς το 1990, ένα από τα ξηρότερα έτη του αιώνα, όπου η Αθήνα με τα 3 εκατομμύρια ανθρώπων, βρέθηκε μπροστά στο φάσμα της έλλειψης πόσιμου νερού. Εξετάσθηκε η λύση για μεταφορά νερού με δεξαμενόπλοια από τον Αχελώο. Βέβαια αυτή ήταν η μόνη εφικτή λύση διότι το έργο μεταφοράς νερού της Τριχωνίδας δεν μπορούσε να εκτελεστεί σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα και η Τριχωνίδα δεν είχε τόσες ποσότητες νερού.

Το έτος 2000 και ιδιαίτερα το 2001 ήταν πολύ ξηρά. Με τη συνετή διαχείριση του νερού των ταμιευτήρων, τη συνεργασία των αρχών της πολιτείας (Υπουργεία, Περιφέρειες, Νομαρχίες, Δήμοι) και με τα αποθέματα ασφάλειας καλύφθηκαν σε ικανοποιητικό βαθμό οι ανάγκες της Θεσσαλίας, Μακεδονίας και Θράκης, όπου οι υδάτινοι πόροι είναι σε ανεπάρκεια. Έτσι προστατεύεται το φυσικό περιβάλλον και προστατεύονται τα εισοδήματα εκατομμυρίων πολιτών.


Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμίς Πηγής Ενέργειες

Εττιπτώσεκ

Τα φράγματα και οι ταμιευτήρες που δημιουργούνται κάνουν ανάσχεση πλημμύρων και κατακρατούν τα φερτά υλικά. Με τον τρόπο αυτό τροποποιούν το δέλτα των ποταμών και επιδρούν αρνητικά στα φυσικά οικοσυστήματα. Βέβαια δεν είναι ο μόνος λόγος υποβάθμισης αυτών των οικοσυστημάτων.

Επίσης δίνεται η δυνατότητα για καταπατήσεις που μειώνουν την παροχετευτικότητα. Αυτό έχει ως συνέπεια την δυσκολία στη χρησιμσποίηση των υπερχειλιστών χωρίς να προκληθούν ζημιές στα κατάντη. Επίσης με την δημιουργία του ταμιευτήρα χάνονται αγροτικές εκτάσεις, χωριά πνίγονται, μνημεία ιστορικά σκεπάζονται από το νερό.

Το περιβάλλον των ταμιευτήρων

Η κατασκευή ενός μεγάλου φράγματος επηρεάζει σημαντικά την περιοχή και

τμήμα του ποταμού όπως και όλο το ποτάμι μέχρι τις εκβολές και το δέλτα του. Ταυτόχρονα όμως δημιουργείται ένα άλλο οικοσύστημα που αναπτύσσεται και

εξελίσσεται σε ένα υγροβιότοπο που εμπλουτίζεται με πλούσια χλωρίδα και πανίδα.

Στο φράγμα Ν. Πλαστήρα που έρχονται 120.000 επισκέπτες το χρόνο έχουν δημιουργήσει σε συνεργασία με τον Δήμο Ιτάμου, Κέντρο Πληροφόρησης των επισκεπτών. Στόχος είναι σε κάθε έργο να υπάρχει υποδομή υποδοχής μαθητών, φοιτητών και γενικότερα πολιτών για να γίνονται γνωστά τα σημαντικά αυτά έργα αλλά και να αποτελούν πόλο έλξης που θα συμβάλλουν στην ήπια τουριστική ανάπτυξη.

Η ΔΕΗ μελέτησε, κατασκεύασε και λειτουργεί όλα σχεδόν τα μεγάλα υδροηλεκτρικά έργα αξιοποιώντας σημαντικό μέρος του υδροδυναμικού.

Οι ΥΗΣ είναι απαραίτητοι για την παραγωγή καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας από

ανανεώσιμη πηγή (νερό).Οι ΥΗΣ εξασφαλίζουν την ρύθμιση της τάσεως και της συχνότητας του ηλεκτρικού συστήματος, βελτιστοποιούν την παραγωγή των θερμικών σταθμών και αυξάνουν

την αξιοπιστία του.


Η ΔΕΗ λειτουργεί τους ΥΗΣ εξυπηρετώντας τις ανάγκες των άλλων χρήσεων όπως ύδρευση, άρδευση, αντιπλημμυρική προστασία, αναψυχή, κ.τ,λ. αναλαμβάνοντας την οικονομική επιβάρυνση χωρίς μέχρι τώρα να αποζημιωθεί από τους άλλους χρήστες.

Οι ΥΗΣ είναι έργα μεγάλα που επηρεάζουν σημαντικά το περιβάλλον της λεκάνης απορροής και της κοίτης του ποταμού.

Είναι έργα πολλαπλού σκοπού απολύτως αναγκαία σε μια χώρα μεσογειακή όπως η Ελλάδα όπου οι βροχές είναι λίγες και η διάρκειά τους επικεντρώνεται στη χειμερινή περίοδο.

Δεν γίνεται διαχείριση υδατικών πόρων χωρίς την ύπαρξη φραγμάτων για την αποθήκευση νερού.

Οι ταμιευτήρες των ΥΗΣ εξελίσσονται σε υγροβιότοπους σπάνιας ομορφιάς, με πλούσια χλωρίδα και πανίδα (ιδιαιτέρως ιχθυοπανίδα και ορνιθοπανίδα).

ΟΙ ΥΗΣ συμβάλουν στην ήπια τουριστική ανάπτυξη των περιοχών που βρίσκονται.

Τύποι Υδροηλεκτρικών Σταθμών(Υ.Η.Σ.)

Μεγάλης υψομετρικής διαφοράς ή μεγάλης δεξαμενής αποθήκευσης.

Μεσαίας υψομετρικής διαφοράς ή μικρής δεξαμενής αποθήκευσης.

Ροής ποταμών ή αγωγών.

Ανάλογα με τον τύπο Υ.Η.Σ. χρησιμοποιούνται αντίστοιχοι στρόβιλοι:

Pelton: από 184 έως 1840 μ. και αποτελείται από υδραυλικό τροχό με σκαφίδια όπου κατευθύνεται το νερό με ρυθμιζόμενης ροής ακροφύσια (υδροστρόβιλος

δράσεως)

Francis : από 37 έως 490 μ και είναι υδροστρόβιλος αντιδράσεως, δηλαδή το νερό έχει μικρή ταχύτητα και μεγάλη πίεση και κατά τη ροή από το τροχό μειώνεται η πίεση

και αυξάνεται η ταχύτητα.

Kaplan: Φυσική ροή. Έχει στροφείο και χρησιμοποιεί αξονική ροή νερού και μεταβλητό βήμα πτερυγίων.

______ Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμες Πηγής Ενέργειες______



Όλη είναι κατάλληλοι για την κάλυψη φορτίων αιχμής αφού εκκινούν γρήγορα (περί τα 2ηηίη) και χρησιμοποιούνται και σαν σύγχρονοι αντισταθμιστές άεργου.

Η παραγόμενη ισχύς είναι;

Pt =η * 9,81 * q * h

Όπου, η: βαθμός απόδοσης (0,65 % και άνω), q: ροή νερού (m^/s) και h: υψομετρική διαφορά (πι).

Τα πλεονεκτήματα από τη χρήση της υδραυλικής ενέργειας παρουσιάζονται παρακάτω:

Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί είναι δυνατό να τεθούν σε λειτουργία αμέσως μόλις ζητηθεί επιπλέον ηλεκτρική ενέργεια, σε αντίθεση με τους θερμικούς σταθμούς ( γαιανθράκων, πετρελαίου).Είναι μια « καθαρή » και ανανεώσιμή πηγή ενέργειας, με τα γνωστά ευεργετήματα ( εξοικονόμηση συναλλάγματος, φυσικών πόρων, προστασία περιβάλλοντος ).Μέσω των υδροταμιευτήρων δίνεται η δυνατότητα να ικανοποιηθούν και άλλες ανάγκες, όπως ύδρευση, άρδευση, ανάσχεση χειμάρρων, δημιουργία υγροτόπων, αναψυχή, αθλητισμός.

Τα μειονεκτήματα που συνήθως εμφανίζονται είναι:

Το μεγάλο κόστος κατασκευής φραγμάτων και εξοπλισμού των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, όπως και ο πολύς χρόνος που απαιτείται μέχρι την

αποπεράτωση του έργου.Η έντονη περιβαλλοντική αλλοίωση στην περιοχή του ταμιευτήρα (ενδεχόμενη μετακίνηση πληθυσμών, υποβάθμιση περιοχών, αλλαγή στη χρήση γης, στη χλωρίδα και πανίδα περιοχών αλλά και του τοπικού κλίματος, πλήρωση ταμιευτήρων με φερτές ύλες, αύξηση σεισμικής επικινδυνότητας, κ.ά.). Η διεθνής πρακτική σήμερα προσανατολίζεται στην κατασκευή μικρών φραγμάτων.


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6

6.1 ΩΚΕΑΝΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑ


6.1.1 Ενέργεια ωκεανών (κυμάτων, τταλίρροιας, θερμοκρασιακών διαφορών)

Οι ωκεανοί μπορούν να μας προσφέρουν τεράστια ποσά ενέργειας. Υπάρχουν τρεις βασικοί τρόποι για να εκμεταλλευτούμε την ενέργεια της θάλασσας:

α)από τα κύματα; Η κινητική ενέργεια των κυμάτων μπορεί να περιστρέφει την τουρμπίνα, όπως φαίνεται στο σχήμα 1. 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. Αυτός είναι ένας μόνο τύπος εκμετάλλευσης της ενέργειας των κυμάτων. Η παραγόμενη ενέργεια είναι σε θέση να καλύψει τις ανάγκες μιας οικίας, ενός φάρου, κ.λπ.

Σνήυα 1

Οι ωκεανοί, που καλύπτουν το μεγαλύτερο τμήμα του πλανήτη μας, είναι μια τεράστια αποθήκη ενέργειας. Υπάρχει μηχανική ενέργεια στα παλιρροιακά κύματα.


στα κύματα και στα θαλάσσια ρεύματα. Υττάρχει επίσης τεράστιο απόθεμα θερμικής ενέργειας, στη θερμότητα του νερού των ωκεανών. Το πρόβλημα είναι ότι αυτές οι μεγάλες ποσότητες ενέργειας είναι αρκετά διασκορπισμένες. Η ενέργεια των θαλάσσιων ρευμάτων, των κυμάτων και των ωκεανών προέρχεται από τον ήλιο. Η ενέργεια των παλιρροιακών κυμάτων όμως προέρχεται από την έλξη που ασκούν το φεγγάρι και ο ήλιος στα νερά των ωκεανών.

Στα κύματα υπάρχει τουλάχιστον δεκαπλάσια ενέργεια από αυτή που υπάρχει στην παλίρροια, αλλά είναι δύσκολο να αξιοποιηθεί. Έχουν εφευρεθεί αρκετές συσκευές για την εκμετάλλευση της ενέργειας των κυμάτων. Ορισμένες χρησιμοποιούν ταλαντευόμενες στήλες νερού. Άλλες έχουν κατασκευαστεί ώστε να επιπλέουν και να κινούνται από τα κύματα. Μια από τις ελπιδοφόρες κατασκευές ονομάζεται “πάπια”.

_______ τυχιακή εργασία του Κα» αμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέρ ΕΐΕς______


Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανεώσίμΕς Πηγής Ενέργεΐ£ς

Αποτελείται από μια σειρά από πτερύγια που κινούνται από τα κύματα πάνω-κάτω, όπως οι πάπιες. Η κίνησή τους γίνεται με άξονα μια κοιλότητα που περιέχει λάδι. Με την κίνηση τους αντλούν το λάδι και δίνουν κίνηση σε έναν στρόβιλο που με τη σειρά του κινεί μια γεννήτρια.

β)από τις παλίρροιες (μικρές και μεγάλες): Η αξιοποίηση 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 παραχθεί είναι ικανή να καλύψει τις ανάγκες μιας πόλης μέχρι και 240 χιλιάδων κατοίκων. Ο πρώτος παλιρροϊκός σταθμός κατασκευάσθηκε στον ποταμό La Ranee στις 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. Άλλοι τέτοιοι σταθμοί λειτουργούν στη Ρωσία, στη θάλασσα Barents και στον κόλπο Fuhdy της Νέας Σκοτίας.



Ο ποταμός La Ranee (βλέπε παραπάνω σχήμα) στη βορειοδυτική Γαλλία όπου η διαφορά της στάθμης φθάνει τα 12 μέτρα.

γ)από τις θερμοκρασιακές διαφορές του νερού; 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 πυθμένα. Η διαφορά αυτή πρέπει 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 μεταφοράς της ενέργειας στη στεριά.

Θερμική ενέργεια

Στις τροπικές περιοχές ο ήλιος θερμαίνει το νερό στην επιφάνεια της θάλασσας, μέχρι και 25 °C που αντιστοιχεί σε μεγάλες ποσότητες θερμότητας. Ένας από τους πιθανούς τρόπους εκμετάλλευσης θα ήταν να χρησιμοποιηθεί η θερμότητα του νερού, για να μετατρέψει μια ουσία από την υγρή στην αέρια κατάστασή της. Στη


συνέχεια με την αντίστροφη μετατροπή θα μπορούσαμε να αξιοποιήσουμε την ενέργεια. Εδώ παρουσιάζεται ένας μετατροπέας της θερμικής ενέργειας των ωκεανών Η υγρή αμμωνία, καθώς θα θερμαίνεται από το νερό του ωκεανού, θα μετατρέπεται σε αέριο. Η αμμωνία σε αέρια μορφή πλέον, θα κινεί μια γεννήτρια. Στη συνέχεια θα ξαναμετατρέπεται σε υγρή αμμωνία σε έναν συμπυκνωτή στο βάθος του ωκεανού, όπου η θερμοκρασία του νερού είναι πολύ χαμηλή.

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμες Πηγής Ενέργειες


Πτυχιακή εργασία του Κακκμπάκου Κωνοτταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειες

6.2 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΑΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ


Οι ωκεανοί της γης δέχονται ηλιακή ακτινοβολία , μεγάλο μέρος της οποίας μετατρέπουν και αποθηκεύουν ως θερμική ενέργεια . Από την άλλη πλευρά ψυχρά ρεύματα , με θερμοκρασία κοντά στο σημείο πήξης , κυκλοφορούν από τις πολικές περιοχές προς τον ισημερινό σε βάθη μικρότερα από 1000 μέτρα . Έτσι μια κάθετη θερμοκρασιακή διαφορά στο ποσό των 21 °C ή περισσότερο υπάρχει καθ' όλη τη διάρκεια του έτους σε πολλές τροπικές και ημιτροπικές περιοχές . Αυτή τη θερμοκρασιακή κλίση μπορούμε να την εκμεταλλευτούμε σαν πηγή ηλεκτρικής ενέργειας , όπως προτάθηκε για πρώτη φορά από τον d' Arsoval το 1881 .

6.2.2 Μετατροπή της θερμικής ενέργειας των ωκεανών ΜΩΘΕ

Η διαδικασία για να το επιτύχουμε αυτό ονομάζεται Μετατροπή Ωκεάνιας Θερμικής Ενέργειας (ΜΩΘΕ ) και απαιτεί τα θερμά ρεύματα της επιφάνειας και τα ψυχρά ρεύματα από τα βαθιά να βρεθούν σε εγγύτητα έτσι ώστε να λειτουργήσουν σαν Θερμική πηγή και δεξαμενή αντιστοίχως , για μια θερμική μηχανή. Με άλλα λόγια, ηλιακή ενέργεια (συλλεγμένη και αποθηκευμένη σαν θερμότητα από τους ωκεανούς) μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρισμό μέσω μιας διαδικασίας παραγωγής παρόμοιας με αυτή των συμβατικών εργοστασίων ενέργειας , με τη διαφορά ότι στην περίτπωση

της ΜΩΘΕ δεν απαιτείται κάποιο αναλώσιμο καύσιμο . Επιπλέον , παρότι υπάρχει μια εποχιακή διαφορά στο ωκεάνιο θερμικό απόθεμα ενός συγκεκριμένου ΜΩΘΕ εργοστασίου ενέργειας , υπάρχει μικρή ημερήσια διαφορά. Κατά συνέπεια τα ΜΩΘΕ ηλεκτρικά εργοστάσια είναι ανάλογα με τα ηλιακά εργοστάσια υδροενέργειας στο γεγονός ότι εξομαλύνουν τη διακοπτόμενη ημερήσια ακτινοβολία , σε αντίθεση με άλλες μεθόδους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας . Έτσι τα ΜΩΘΕ ηλεκτρικά εργοστάσια παρέχουν μια πιθανά σημαντική ανανεωμένη πηγή ηλεκτρισμού , παρότι βρίσκεται κυρίως στη θάλασσα. Παρότι είναι πιθανόν να βρεθούν καλές ηπειρωτικές τοποθεσίες όπου ηλεκτρικά εργοστάσια ΜΩΘΕ μπορούν να τοποθετηθούν, μεταφέροντας το ζεστό και κρύο νερό στην ακτή διαμέσου υδραγωγείων, είναι φανερό ότι τέτοιες ευκαιρίες θα είναι πολύ περιορισμένες σε παγκόσμια βάση σε σχέση με τις ευκαιρίες για παραγωγή σημαντικής ποσότητας ηλεκτρισμού πάνω σε


πλατφόρμες ΜΩΘΕ που επιπλέουν. Και αυτό εξαιτίας των ειδικών τεχνικών απαιτήσεων που υπάρχουν για την κατασκευή ενός εργοστασίου ΜΩΘΕ σε μια ακτή και του περιορισμένου δυναμικού της αγοράς (τουλάχιστον βραχυπρόθεσμα ) για ηλεκτρισμό ΜΩΘΕ σε τέτοιες τοποθεσίες .

Για να είναι βιώσιμο ένα ηλεκτρικό εργοστάσιο ΜΩΘΕ σε μια ακτή πρέπει να βρίσκεται σε τοποθεσία όπου ικανοποιούνται ταυτόχρονα , με ικανοποιητικές οικονομικές συνθήκες , τρεις βασικές προϋποθέσεις :

Πρέπει να υπάρχει διαθέσιμη γη με ζώνη ακτώνΗ κλίση του πυθμένα της θάλασσας πρέπει να αυξάνει με αρκετά γρήγορο ρυθμό από τη θέση του εργοστασίου στην ακτήΗ εποχιακή διαθεσιμότητα του ζεστού και κρύου νερού (χωρίς υπερβολικό υποβιβασμό από τις απώλειες ζεστού και κρύου νερού από το εργοστάσιο) πρέπει να ικανοποιεί ορισμένα κριτήρια .

Σε κάθε περίπτωση , είναι πιθανό ότι οι διαθέσιμες και ικανοποιητικές τοποθεσίες για ηλεκτρικά εργοστάσια ΜΩΘΕ πάνω ή κοντά σε ακτές θα κατοικηθούν από την αρχή της ανάπτυξης και εφαρμογής της αντίληψης ΜΩΘΕ . Και αυτό γιατί θα αποτελούν βολικές τοποθεσίες για εργοστάσια πιλότους και επίδειξης αλλά και γιατί θα αποτελούν ελκυστικές ενδιάμεσες αγορές για τον παραγόμενο ηλεκτρισμό και τα υποπροϊόντα του . Στην πραγματικότητα οι πιθανές νησιωτικές τοποθεσίες για εργοστάσια ΜΩΘΕ έχουν, ως συνήθως, μικρό απόθεμα γλυκού νερού και

πρωτεΐνης ψαριού, τα οποία μπορούν να προμηθευτούν ως παρεπόμενα της λειτουργίας μιας ΜΩΘΕ .

______ Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσίμες Πηγής Ενέργειες______

6.2.3 Μελλοντικές Προοπτικές της Τεχνολογίας ΜΩΘΕ

Αυτό το κεφάλαιο αποτελεί μια περιγραφή της ιστορίας, της θέσης και των μελλοντικών προοπτικών της τεχνολογίας ΜΩΘΕ. Αυτό είναι ένα αμφιλεγόμενο θέμα καθώς υπάρχουν πολλές διαφορετικές αντιλήψεις σχετικά με το σωστό βαθμό και τρόπο ανάπτυξης της ΜΩΘΕ . Επίσης, μερικοί έχουν αμφιβολίες για τη βιωσιμότητα της ΜΩΘΕ παραγωγής ενέργειας , οι οποίες οφείλονται στις εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασιακές διαφορές .Για παράδειγμα, με ζεστό νερό στους 26 °C και κρύο

στους 5 °C , η θερμοκρασιακή διαφορά των 21 °C ανταποκρίνεται σε μια θεωρητική απόδοση Carnot περίπου 7 % . Όμως , εξαιτίας της απαίτησης της ΜΩΘΕ για παρασιτική ενέργεια ( π,χ για την άντληση κρύου νερού ) και των άλλων απωλειών , η τελική ολική απόδοση μετατροπής είναι μόλις 2.5 °C. Αυτό συγκρίνεται με τις ολικές αποδόσεις των 30 και 40 °C που σχετίζονται με τα συμβατικά ηλεκτρικά εργοστάσια.

Μερικοί μηχανικοί αναρωτιούνται εάν με μια τέτοια χαμηλή ολική απόδοση θα μπορέσει ποτέ η τεχνολογία της ΜΩΘΕ να γίνει οικονομικά βιώσιμη. Είναι όμως σημαντικό να λάβουμε υπόψη μας το θέμα με βάση πιο περίπλοκους όρους απ' ότι η ολική απόδοση, καθώς στην περίπτωση της ΜΩΘΕ δεν υπάρχει κόστος καυσίμων, μόνο το κόστος για την κυκλοφορία πολύ περισσότερου ζεστού και κρύου νερού απ' ότι είναι συνήθως συνδεδεμένο με την παραγωγή ενέργειας . Αυτό σημαίνει ότι μεγάλες επιφάνειες από εναλλάκτες θερμότητας θα απαιτούνται από “ κλειστού τύτΓου” εργοστάσια ΜΩΘΕ (οι οποίοι θα χρησιμοποιούν κάποιο εργαζόμενο ρευστό όπως η αμμωνία), ή ότι αεροποιητές (για την απομάκρυνση αερίων διαλυμένων στο θαλασσινό νερό) και τεράστιοι ατμοστρόβιλοι θα απαιτούνται για "ανοιχτού κύκλου ” εργοστάσια ΜΩΘΕ που θα λειτουργούν με τη στιγμιαία εξάτμιση θαλασσινού νερού. Έτσι, παρότι η ολική απόδοση ενός τέτοιου εργοστασίου πρέπει να είναι οπωσδήποτε θετική και όσο το δυνατόν μεγαλύτερη είναι εφικτό , η κύρια οικονομική ερώτηση είναι το κόστος που προέρχεται από την ηλεκτρική ενέργεια ΜΩΘΕ και όχι η πραγματική τιμή της ολικής απόδοσης.

Επιπλέον, τα οικονομικά της ΜΩΘΕ αρκετά συχνά αντιλαμβάνονται σαν να είναι συνδεδεμένα και σχετικά μ' αυτά των “ κατώτερων κύκλων” , οι οποίοι χρησιμοποιούν την αποβαλλόμενη θερμότητα από τα συμβατικά ηλεκτρικά εργοστάσια για να λειτουργήσει ένας κύκλος ισχύος Rankine παρόμοιος με αυτόν της ΜΩΘΕ. Όμως η βιωσιμότητα αυτών των κύκλων και των κύκλων ΜΩΘΕ έχουν στην πραγματικότητα διαφορετικά τεχνικά και οικονομικά προβλήματα με σχετικά

ανεξάρτητες λύσεις.

Πτυχιαια ̂εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμ£ς Πηγής Ενέργειες

Σ'αυτό το σημείο μια απλή σύγκριση μπορεί να δώσει κάποια στοιχεία για τη δυναμικότητα του ενεργειακού αποθέματος που είναι διαθέσιμό από τη ΜΩΘΕ. Η θερμοκρασιακή διαφορά είναι ανάλογη με το πιεζομετρικό ύψος, κάθε βαθμός Κελσίου αντιστοιχεί σε ύψος 427 m. Έτσι η θερμοκρασιακή διαφορά των 21 °C θα


έπρεπε να αντιστοιχεί σε ύψος νερού ίσο με 8976 m εάν ήταν εφικτή απόδοση μετατροπής 100% . Όμως , παρότι αυτό το πιεζομετρικό ύψος μπορεί να μετατραπεί σε θερμοκρασιακή αύξηση 21 °C, η διαδικασία δεν είναι αντιστρέψιμη. Δηλαδή μια θερμοκρασιακή διαφορά 21 °C δεν μπορεί να μετατραπεί στο αντίστοιχο πιεζομετρικό ύψος, αλλά μόνο στο ποσοστό του θεωρητικού ύψους που αντιστοιχεί στην ολική θερμοδυναμική απόδοση . Έτσι, με ολική απόδοση μετατροπής 2.5 °C ένα ύψος 224 m θα ήταν εφικτό. Η αναλογία της ΜΩΘΕ με την ηλιακή υδροενέργεια είναι πάλι προφανής . Είναι σαν μια μεγάλη ποσότητα νερού από τους ωκεανούς του κόσμου να είναι παγιδευμένη πίσω από αόρατα “ θερμικά φράγματα ” σημαντικού ύψους. Το ερώτημα που παραμένει είναι εάν αυτή η απαρατήρητη θερμική εν δυνάμει πίεση μπορεί να συλλεχθεί χρήσιμα και οικονομικά.

Η επιλογή κατάλληλης τοποθεσίας για ηλεκτρικό εργοστάσιο ΜΩΘΕ περιλαμβάνει τόσο τις απαιτήσεις του ωκεάνιου θερμικού αποθέματος για τη λειτουργία του εργοστάσιου όσο και τη ζήτηση της αγοράς για αγαθά ΜΩΘΕ. Η μετακίνηση αυτών των αγαθών από εργοστάσια στη θάλασσα μπορεί να γίνει με δύο τρόπους ;

Με υποβρύχιους ομφαλούς ( όπως ηλεκτρικά καλώδια , ή σωληνώσεις για αέρια όπως υδρογόνο , αμμωνία και συμπιεσμένος αέρας)Με θαλάσσια μεταφορά προϊόντων με έντονο ενεργειακό περιεχόμενο ( όπως αμμωνία , υδρογόνο , χημικά και μέταλλα ) που προέρχονται από ενέργεια ΜΩΘΕ .

Στις εφαρμογές της ΜΩΘΕ όπου απαιτούνται υποβρύχιοι ομφαλοί πρέπει να προβλεφθεί το επιπλέον κόστος επένδυσης παράλληλα με το κόστος σταθεροποίησης του σταθμού. Εκεί όπου τα προϊόντα μεταφέρονται με άλλα μέσα οι απαιτήσεις σταθεροποίησης είναι πολύ λιγότερο αυστηρές και στην πραγματικότητα το εργοστάσιο μπορεί να “εγγίζει” προκειμένου να εξασφαλίσει την άριστη εισαγωγή θερμικής ενέργειας. Τώρα ας εξετάσουμε τον τρόπο επιλογής κατάλληλης τοποθεσίας για μια ΜΩΘΕ και το ωκεάνιο θερμικό απόθεμα με μεγαλύτερη

λεπτομέρεια.

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειες______


6.3 Η ΩΚΕΑΝΙΑ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ, ΤΟ ΘΕΡΜΙΚΟ ΑΠΟΘΕΜΑ ΚΑΙΠΕΡΙΒΑΝΤΟΑΑΟΓΙΚΗ ΕΚΤΙΜΗΣΗ

Στην τοποθέτηση ηλεκτρικών εργοστασίων ΜΩΘΕ πρέπει να λάβουμε υπόψη μας τη διαθεσιμότητα ενός επαρκούς θερμικού αποθέματος , τη σταθεροποίηση του σταθμού, το πιθανό αντίκτυπο στο περιβάλλον, το πιθανό αντίκτυπο του περιβάλλοντος στο σχεδίασμά και τη λειτουργία του εργοστασίου , την ωκεάνια λογιστική και όπου χρησιμοποιούνται υποβρύχιοι ομφαλοί το προφίλ βαθυμετρίας μέχρι την ακτή. Η διασπορά των ωκεάνιων ρευμάτων είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό θέσης . Ιστορικά ωκεανογραφικά στοιχεία από αρχειακές πηγές είναι συχνά χρήσιμα στο χαρακτηρισμό πιθανών θέσεων για ΜΩΘΕ. Όμως, επιπλέον μετρήσεις που έχουν συγκεκριμένα διαμορφωθεί για τις απαιτήσεις μιας ΜΩΘΕ είναι συχνά απαραίτητες για να προμηθεύσουν λεπτομέρειες .

______ Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσίμ£ς Πηγής Ενέργειες______

Πιθανές θέσεις κατασκευής ΜΩΘΕ

Οι επισκοπήσεις πιθανών θέσεων για ΜΩΘΕ μπορούν να περιλαμβάνουν διαφορετικά επίπεδα λεπτομέρειας , τόσο στο χώρο όσο και στο χρόνο . Οι παράμετροι κάποιου ενδιαφέροντος περιλαμβάνουν βιολογικά , χημικά και φυσικά ωκεανογραφικά στοιχεία μαζί με τα χαρακτηριστικά του ωκεάνιου βυθού και της ατμόσφαιρας . Εκτός από την ανάγκη για βιολογικά δείγματα που βοηθούν στην εξακρίβωση των επιπτώσεων του βιολογικού περιβάλλοντος στο εργοστάσιο και τις πιθανές επιπτώσεις του εργοστασίου σ' αυτό το περιβάλλον, ορισμένα δευτερεύοντα φαινόμενα - όπως η μοίρα των αναβλυζόντων θρεπτικών συστατικών και ο σχηματισμός (γνωστός ως βιομόλυνση) βιολογικών υλικών στα διάφορα τμήματα του

ηλεκτρικού εργοστασίου - πρέπει να αναλυθούν και να εκτιμηθούν .


τυχιακή εργασία του Κα» αμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέρτ εΐΕς

Bασικέc Παοάυετροι Θέσης

Μερικές από τις βασικές παραμέτρους θέσης που πρέπει να μετρηθούν περιλαμβάνουν τη διασπορά θερμοκρασίας, την περιεκτικότητα σε αλάτι, το διαλυμένο οξυγόνο, το ρΗ, τις θρεπτικές ουσίες, την κατεύθυνση των ρευμάτων, την εκπομπή φωτός και τη σύσταση του βυθού του ωκεανού. Είναι σημαντικό να καταλάβουμε το περικλείων θαλάσσιο περιβάλλον, αλλά ακόμα πιο σημαντικό είναι να εξακριβώσουμε πως η λειτουργία ενός ΜΩΘΕ ηλεκτρικού σταθμού θα μπορούσε να επηρεάσει αυτό το περιβάλλον. Με άλλα λόγια να εξακριβώσουμε τις επιτπώσεις ως αποτέλεσμα της κυκλοφορίας μεγάλης ποσότητας θαλασσινού νερού (περίπου 25.10® Lt / min ζεστού και άλλα τόσα κρύου νερού για κάθε 100 MW έξοδο δικτύου) μέσα από το εργοστάσιο, ακολουθούμενη από την αντίστοιχη εκτόνωση της εκρέουσας θερμότητας. Στο πρώτο βήμα αυτή η κυκλοφορία περιλαμβάνει την αναδιανομή θερμοκρασίας και αλατιού. Όμως μαζί με το νερό μεταφέρονται και


αναδιανέμονται θρεπτικά συστατικά ,φυτικές και ζωικές ουσίες , καθώς επίσης και διαλυμένα αέρια. Όσο αυτές οι διαταραχές είναι σημαντικές μπορούν να επηρεάσουν την άριστη λειτουργία του σταθμού και τις τοπικές μετεωρολογικές συνθήκες. Για παράδειγμα, η επανακυκλοφόρηση του εκρέοντος ζεστού ή κρύου νερού διαμέσου της εισαγωγής ζεστού νερού θα μπορούσε να υποβιβάσει τη θερμοκρασία του ζεστού νερού και κατά συνέπεια την αποδιδόμενη ενέργεια.

Οι μετρήσεις των ωκεάνιων παραμέτρων (σε συνδυασμό με αρχειακά στοιχεία) είναι ο πιο σαφής τρόπος μελέτης για τη θέση μιας ΜΩΘΕ, των θερμικών αποθεμάτων και των περιβαντολογικών προβλημάτων. Εν τούτοις παρατηρήσεις από δορυφόρους και άλλες τεχνικές παρατήρησης από απόσταση μπορούν να μας προμηθεύσουν με στοιχεία μεγάλης αξίας που αφορούν τις μεταβολές των τιμών των στοιχείων της επιφάνειας του ωκεανού σε σχέση με το χρόνο, κυρίως των θερμοκρασιών και των ρευμάτων επιφάνειας, αλλά με περιορισμένη ανάλυση στο πεδίο του χώρου και του χρόνου.

Η δυναμική της πιθανής λειτουργίας ενός ηλεκτρικού σταθμού ΜΩΘΕ σε

συγκεκριμένες τοποθεσίες μπορεί να υπολογιστεί με ένα ρευστοδυναμικό μοντέλο, τόσο θεωρητικά - με τη χρήση εξομοίωσης σε υπολογιστή - όσο και πειραματικά - με τη χρήση εργαστηριακής εξομοίωσης . Ένα δισδιάστατο μοντέλο ΜΩΘΕ σε υπολογιστή έχει αναπτυχθεί και χρησιμοποιηθεί στο Ναυτικό Εργαστήριο Ερευνών των ΗΠΑ. Εργαστηριακό μοντέλο του πεδίου εξωτερικής ροής που προκαλείται από ένα εργοστάσιο ΜΩΘΕ διευθύνεται από την Υδροναυτική ΕΠΕ και εργαστηριακές μελέτες για την ανάμιξη και επανακυκλοφορία στην περιοχή μιας ΜΩΘΕ διεξάγονται από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης . Έτσι ένα βασικό πρόβλημα, αυτό της αυτοϋποβάθμισης του θερμικού αποθέματος διαμέσου της επανακυκλοφόρησης της εκρέουσας θερμότητας, είναι τώρα, εν μέρει , κατανοητό . Η επανακυκλοφόρηση μπορεί να ελαχιστοποιηθεί με τη χρήση μικρών εκτονώσεων (χαμηλής ταχύτητας) από τον εξατμιστή και με το να απομονώνουμε επαρκώς τα σημεία εισόδου και εκτόνωσης του εξατμιστή. Η επανακυκλοφόρηση επηρεάζεται από τα γειτονικά θαλάσσια ρεύματα και μπορεί να μειωθεί σημαντικά ( ταυτόχρονα με τη μείωση του ωκεάνιου θερμικού αποθέματος ) με την ανάμειξη του ζεστού και κρύου εκρέοντος νερού και εκτονώνοντας το στη “ θερμοκλινής” περιοχή .

Πτυχιακή εργασία Tou Κακαμπάκου Κωνσταντίνου ΑνανΕώσιμες Πηγής ΕνέργΕίες______


Θερμικό Απόθεμα

Οι παράμετροι του ωκεάνιου περιβάλλοντος που πιθανόν να επηρεάσουν τη σχεδίαση και τη λειτουργία των σταθμών ΜΩΘΕ έχουν καταγραφεί για σχετικές ωκεάνιες περιοχές από τον Bretschneider. Ανέλυσε την κατάσταση της θάλασσας και των κυμάτων για τις πιθανές θέσεις μιας ΜΩΘΕ σε παγκόσμια βάση και συμπεριέλαβε τις επιπτώσεις του αέρα , των κυμάτων και των επιφανειακών ρευμάτων. Επίσης το ωκεάνιο θερμικό απόθεμα που είναι διαθέσιμο για σταθμούς ΜΩΘΕ σε συγκεκριμένες περιοχές μπορεί να διαταραχθεί από τη μορφολογία των ακτών και άλλα φαινόμενα . Επίσης ελαττώνεται για περίοδο μερικών ημερών σε ορισμένες περιοχές που έχουν προηγηθεί τυφώνες, πράγμα που επίσης αποσπά ωκεάνια θερμική ενέργεια.

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανανεώσιμες Πηγής Ενέργειες______

Το παγκόσμιο ωκεάνιο θερμικό απόθεμα μπορεί να χαρτογραφηθεί, χρησιμοποιώντας τις ετήσιες μέσες μηνιαίες διαφορές θερμοκρασίας ανάμεσα στο νερό της επιφάνειας και αυτό σε βάθος 1000 πι. Τα πιο χρήσιμα θερμικά αποθέματα θα μπορούν να προσφέρουν μια θερμοκρασιακή διαφορά 20 °C ή μεγαλύτερη. Επομένως μια σημαντική περιοχή της υδρογείου παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον για την εκμετάλλευση μιας ΜΩΘΕ, πολλών θέσεων με πρόσβαση στην ξηρά διαμέσου υποβρύχιων καλωδίων και εκτεταμένων ωκεάνιων εκτάσεων όπου πλοία μπορούν να παράγουν έντονα ενεργειακά προϊόντα στη θάλασσα . Αυτή η περιοχή τυγχάνει να συμπίπτει γεωγραφικά με θέσεις που βρίσκονται πολλά αναπτυσσόμενα έθνη και εάν είναι εμπορικά βιώσιμο, θα μπορούσε να συμβάλλει στο παγκόσμιο ενεργειακό απόθεμα με μια σημαντική προσθήκη. Για εφαρμογές όπου απαιτείται η αγκυροβόληση του σταθμού, υπάρχουν πρακτικά ανώτατα όρια στα 2000 μέτρα περίπου για ανεκτά βάθη αγκυροβόλησης. Σ' αυτές τις περιπτώσεις, οι σχετικές θέσεις θα περιορίζονται στις περιοχές με βάθος από 1000 έως 2000 μέτρα.

Παρότι το ωκεάνιο θερμικό απόθεμα σε συγκεκριμένες περιοχές είναι αρκετά σταθερό από μέρα σε μέρα , υπάρχει μια εποχιακή διαφορά σ' αυτό . Το εύρος της διαφοράς αυξάνει με την απόσταση βόρεια και νότια του ισημερινού. Υπάρχουν σημαντικά ωκεάνια θερμικά αποθέματα στον Κόλπο του Μεξικού διαθέσιμα στην ακτή διαμέσου υποβρύχιων ηλεκτρικών καλωδίων . Επίσης νησιά όπως το Πουέρτο Ρίκο, οι παρθένοι νήσοι, το Γκουάμ και τα νησιά της Χαβάης έχουν εξαιρετικά ωκεάνια θερμικά αποθέματα πολύ κοντά στις ακτές τους.


Ένα παράδειγμα της μηνιαίας θερμοκρασιακής διαφοράς σε μια τοποθεσία 230 χιλιόμετρα είναι η περιοχή δυτικά της Tampa στη Florida παρόμοιες μεταβολές έχουν και οι περιοχές στη Νέα Ορλεάνη , στο Key West και στην Brownsville του Τέξας . Επίσης πιθανές θέσεις στον Κόλπο του Μεξικού για παροχή ηλεκτρισμού στις ακτές των ΗΠΑ συμπεριλαμβάνονται, όπου η ωκεάνια περιοχή έχει ετήσια μέση ΔΤ>= 20.6 °C σε βάθη από (1000 έως 2000) m.

Η εποχιακή διαφορά του ωκεάνιου θερμικού αποθέματος , και κατά συνέπεια η παραγόμενη ισχύς ενός ηλεκτρικού σταθμού ΜΩΘΕ είναι ,κατά τύχη πιθανώς αρκετά πλεονεκτική για να παρέχει τουλάχιστον ηλεκτρισμό στην εποχιακά μεταβαλλόμενη ζήτηση ηλεκτρισμού στις νότιες Ηνωμένες Πολιτείες . Εκεί, εξαιτίας της σημαντικής διαφοράς ζήτησης από χειμώνα σε τωρινή παροχή από τα υπάρχων εργοστάσια είναι ανεπαρκής για να αντεπεξέλθει σ 'αυτή τη ζήτηση .Όμως ο συνδυασμός των σωστών μιγμάτων ηλεκτρικής ενέργειας ΜΩΘΕ με ηλεκτρική ενέργεια από συμβατικές πηγές (όπως κάρβουνο και πυρηνική ενέργεια) θα μπορούσαν να αντεπεξέλθουν στην εποχιακά μεταβαλλόμενη ζήτηση .

______ Πτυ2ααιοί εργασία του Κακαμπάκου Κωνστοτντίνου ΑνανεώσίμΕς Πηγής Ενέργειες

Αποτελέσματα Πειραματικών Μοντέλων

Τα αποτελέσματα των πειραματικών μοντέλων, υπολογιστικά και εργαστηριακά, χρησιμοποιούνται επίσης και για τον υπολογισμό της οριζόντιας και κάθετης διασποράς της θερμοκρασίας, της περιεκτικότητας σε αλάτι, των θρεπτικών συστατικών, των οργανισμών και άλλων ουσιών (όπως το εργαζόμενο ρευστό και τα βιοφάρμακα ) που μπορεί να εκτονωθούν από το σταθμό . Αυτές οι διασπορές μπορούν να ληφθούν υπόψη στην άμεση περιοχή ή “ κοντινό πεδίο ” ενός σταθμού ΜΩΘΕ , ή στο “ ευρύ πεδίο” δηλαδή σε αποστάσεις που τα εκρέοντα συστατικά από ένα σταθμό ΜΩΘΕ ελέγχονται από τις περικλείοντες συνθήκες . Επίσης, οι συνδυασμένες μεγάλης κλίμακας επιπτώσεις ενός αριθμού τέτοιων σταθμών που

λειτουργούν στη σωστή απόσταση χώρου μεταξύ τους μπορούν να αναλυθούν . Τα μοντέλα ηλεκτρονικών υπολογιστών (ή αριθμητικά μοντέλα) δείχνουν μεγαλύτερη προσαρμοστικότητα από ότι τα πειραματικά (ή φυσικά) μοντέλα στο χειρισμό, αποτελεσμάτων από “ ευρύ πεδίο ” , μεγάλης κλίμακας . Έτσι τα φυσικά μοντέλα προτιμούνται για την εξομοίωση περιοχών “ κοντινού πεδίου” ( μέχρι και μερικά


χιλιόμετρα από το σταθμό ΜΩΘΕ ) , χωρίς αυτό να σημαίνει ότι δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αριθμητικό μοντέλο σε μια τέτοια περίπτωση .

Είναι πρόωρο να βγάλουμε συγκεκριμένα συμπεράσματα σχετικά με όλες τις πιθανές επιπτώσεις της τεχνολογίας ΜΩΘΕ στο περιβάλλον. Εντούτοις, από τα μέχρι σήμερα αποτελέσματα, φαίνεται ότι η τοπική θερμοκρασία επιφάνειας δεν θα μεταβληθεί περισσότερο από ένα ποσοστό ενός εκατοντάβαθμου βαθμού (εάν η επανακυκλοφόρηση αποφευχθεί) και έτσι κανένα σημαντικό κλιματικό αντίκτυπο δεν αναμένεται τοπικά ή στην ευρύτερη περιοχή .

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανηνεώσιμες Πηγής ΕνέργείΕς______


Βιβλιογραφία

http://wvw.cres.ar/kape/energeia politis/energeia politis windmill.htm.

http.7/wvw. vpan.gr/ape/index.php

wvw.renewable.gr

wvw.ecosvs.gr

kpe-kastor.kas.sch.gr/energy1/alternative/alternative.htm

vww.gatadotis.gr

vww.galerakis.com

el.wikipedia.org/wiki/Ήπιες_μopφές_εvέpγειας

el.wikipedia.org/wiki/Ήπιες_μopφές_εvέpγειας

alex.eled.duth.gr/philocosmia/k5_2.htm - 58k

vww.areenpeace.org

vww.phvsics4u.gr

vww.pvsunenergv.gr

vww.cres.gr

vww.tm.teiher.gr

http://1gvm-aa-arask.att.sch.gr/environment/iliako/enerav/idr/index.htmclimate.wwf.grhttp://eureka.lib.teithe.ar:8080/handle/10184/1695

Πτυχιακή εργασία του Κακαμπάκου Κωνσταντίνου Ανοτνεώσιμες Πηγής ΕνέργΕίες______


http://wvw.cres.ar/kape/energeia_politis/energeia_politis_windmill.htm

http://1gvm-aa-arask.att.sch.gr/environment/iliako/enerav/idr/index.htm

http://eureka.lib.teithe.ar:8080/handle/10184/1695

Documents

Πτυχιαιο^ εργασία - TEI EMTdigilib.teiemt.gr/jspui/bitstream/123456789/6058/1/STEF...Στην παρούσα εργασία θα αναφερθούν, καθ’ όλη