Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας: Βασικές έννοιες, εφαρμογές και παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Ανέστης Τσαϊρίδης Επιβλέπων: Δρ. Δημήτριος Καλπακτσόγλου.

Παρουσίαση με θέμα: "Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας: Βασικές έννοιες, εφαρμογές και παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Ανέστης Τσαϊρίδης Επιβλέπων: Δρ. Δημήτριος Καλπακτσόγλου."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας: Βασικές έννοιες, εφαρμογές και παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Ανέστης Τσαϊρίδης Επιβλέπων: Δρ. Δημήτριος Καλπακτσόγλου

2 Κλιματική αλλαγή

3 Κατάσταση του κλίματος, η οποία αποδίδεται άμεσα ή έμμεσα στην ανθρώπινη δραστηριότητα που μεταβάλλει τη σύνθεση της παγκόσμιας ατμόσφαιρας

4 Κλιματική αλλαγή

5 Τι προκαλεί την κλιματική αλλαγή; Αέρια του θερμοκηπίου εκπέμπονται τόσο από φυσικές διεργασίες όσο και από ανθρώπινες δραστηριότητες. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, αυξάνοντας τις ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις των αερίων αυτών και ενισχύοντας έτσι το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Οι κύριες πηγές ανθρωπογενών αερίων του θερμοκηπίου είναι: η καύση ορυκτών καυσίμων (άνθρακας, πετρέλαιο και φυσικό αέριο) στην παραγωγή ηλεκτρισμού, τις μεταφορές, τη βιομηχανία και τα νοικοκυριά (CO2)· η γεωργία (CH4) και οι αλλαγές στη χρήση της γης, όπως είναι η αποδάσωση (CO2)· η υγειονομική ταφή των αποβλήτων (CH4)· η χρήση βιομηχανικών φθοριούχων αερίων.

6 Συνέπειες κλιματικής αλλαγής αύξηση θερμοκρασίας άνοδος της στάθμης της θάλασσας σαν αποτέλεσμα της τήξης των πολικών παγετών την εμφάνιση ακραίων καιρικών φαινομένων συχνότερη εμφάνιση καταιγίδων και πλημμύρων Οι μεταβολές αυτές θα επιφέρουν σοβαρές επιπτώσεις: στην ακεραιότητα των οικοσυστημάτων στους υδατικούς πόρους τη δημόσια υγεία την προσφορά τροφής τη βιομηχανία τις γεωργικές καλλιέργειες τις μεταφορές και τις υποδομές

7 επιπτώσεις στην Ελλάδα η ήδη υπάρχουσα δυσφορία των κατοίκων στις πόλεις πρόκειται να ενταθεί σε μεγάλες πόλεις ( Λαμία, Λάρισα, Βόλο, Θεσσαλονίκη και Αθήνα), η συνολική βροχόπτωση θα μειωθεί, αλλά αναμένεται να αυξηθούν κατά 20 -30 % οι ακραίες βροχοπτώσεις αυξάνεται ο κίνδυνος τόσο για πλημμυρικά επεισόδια όσο και για εξάπλωση πυρκαγιών στα περιαστικά δάση οι δέκα μεγαλύτεροι αγροτικοί νομοί της χώρας θα δεχθούν επίσης μεγάλη πίεση από την κλιματική αλλαγή η κλιματική αλλαγή αναμένεται να θέσει σε μεγάλη δοκιμασία και τους εθνικούς δρυμούς το οικονομικό κόστος της κλιματικής αλλαγής είναι εξαιρετικά υψηλό

8 αντιμετώπιση κύρωση του πρωτοκόλλου του Κιότο διαρκής βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης ενός ευρέος φάσματος εξοπλισμού και οικιακών συσκευών· εντολή για την αύξηση της χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως η αιολική, η ηλιακή, η υδροηλεκτρική και η βιομάζα υποστήριξη της ανάπτυξης τεχνολογιών δέσμευσης και αποθήκευσης διοξειδίου άνθρακα (CCS) που εκπέμπεται από τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και άλλες μεγάλες εγκαταστάσεις·

9 Ποιες είναι οι Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

10 Ηλιακή ενέργεια

11 Ηλιακή Ενέργεια Τι είναι Ηλιακή Ενέργεια; o Ηλιακή ενέργεια χαρακτηρίζεται το σύνολο των διαφόρων μορφών ενέργειας που προέρχονται από τον Ήλιο. o Η ηλιακή ενέργεια στο σύνολό της είναι πρακτικά ανεξάντλητη, αφού προέρχεται από τον ήλιο, και ως εκ τούτου δεν υπάρχουν περιορισμοί χώρου και χρόνου για την εκμετάλλευσή της.

12 Φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν τη δυνατότητα μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική μερικά υλικά, όπως το πυρίτιο με πρόσμιξη άλλων στοιχείων, γίνονται ημιαγωγοί (άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα προς μια μόνο διεύθυνση. Συνδέοντας μεταξύ τους πολλά μικρά κομμάτια τέτοιων υλικών (φωτοβολταϊκές κυψέλες ή στοιχεία), τοποθετώντας τα σε μία επίπεδη επιφάνεια (φωτοβολταϊκό σύστημα) και στρέφοντάς τα προς τον ήλιο, γίνεται δυνατή η παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος

13 Κατηγορίες Φ/Β συστημάτων Καταναλωτικά προϊόντα (1mW–100 Wp ) Αυτόνομα ή απομονωμένα συστήματα (100 Wp –200k Wp ) Μεγάλα Διασυνδεδεμένα στο Δίκτυο Φ/Β Συστήματα Διασυνδεδεμένα Φ/Β Συστήματα – Οικιακός Τομέας

14 Χαρακτηριστικά φωτοβολταϊκών συστημάτων Απευθείας παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ακόμη και σε πολύ μικρή κλίμακα, π.χ. σε επίπεδο μερικών δεκάδων W ή και mW. Είναι εύχρηστα. Τα μικρά συστήματα μπορούν να εγκατασταθούν από τους ίδιους τους χρήστες. Μπορούν να εγκατασταθούν μέσα στις πόλεις, ενσωματωμένα σε κτίρια και δεν προσβάλλουν αισθητικά το περιβάλλον. Μπορούν να συνδυαστούν με άλλες πηγές ενέργειας (υβριδικά συστήματα). Είναι βαθμωτά συστήματα, δηλ. μπορούν να επεκταθούν σε μεταγενέστερη φάση για να αντιμετωπίσουν τις αυξημένες ανάγκες των χρηστών, χωρίς μετατροπή του αρχικού συστήματος. Λειτουργούν αθόρυβα, εκπέμπουν μηδενικούς ρύπους, χωρίς επιπτώσεις στο περιβάλλον. Οι απαιτήσεις συντήρησης είναι σχεδόν μηδενικές. Έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής και αξιοπιστία κατά τη λειτουργία.

15 Εφαρμογές σε κτίρια Τα φωτοβολταϊκά συστήματα μπορούν : τοποθετηθούν σε οικόπεδα, στέγες (επίπεδες ή κεκλιμένες) ή και σε προσόψεις κτιρίων. να χρησιμοποιηθούν ως σκίαστρα πάνω από παράθυρα, σε πέργκολες και στέγαστρα χώρων στάθμευσης προσόψεις εμπορικών κτιρίων Για την τοποθέτηση των Φ/Β πλαισίων σε ένα κτίριο, υπάρχουν τέσσερις βασικοί τρόποι α) τοποθέτηση σε κεκλιμένα στηρίγματα, β) τοποθέτηση σε ειδική βάση προσαρμοζόμενη στο εξωτερικό του κελύφους, γ) απ' ευθείας τοποθέτηση και δ) ενσωμάτωση των φ/β στο κέλυφος του κτιρίου.

16 Φωτοβολταϊκά πάρκα είναι διασυνδεδεμένα συστήματα με τη ΔΕΗ Ένα φωτοβολταϊκό πάρκο αποτελείται από τα φωτοβολταϊκά πάνελ τα οποία συνδέονται σε στοιχειοσειρές (strings). Στην συνέχεια παραλληλίζονται κατάλληλα οι στοιχειοσειρές ώστε να οδηγηθούν σε έναν οι περισσότερους αντιστροφείς AC/DC (inverters).

17 Φωτοβολταϊκά στην Ελλάδα

18 Αιολική ενέργεια

19 Τι είναι Αιολική ενέργεια; o Είναι η ενέργεια που παράγεται από την εκμετάλλευση του πνέοντος ανέμου. o Η εκμετάλλευση της αιολικής ενέργειας γίνεται με τις ανεμογεννήτριες οι οποίες μετατρέπουν την κινητική ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική

20 ανεμογεννήτριες μηχανές οι οποίες μετατρέπουν την κινητική ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι Α/Γ χρησιμοποιούνται για την πλήρη κάλυψη ή και τη συμπλήρωση των ενεργειακών αναγκών. Το παραγόμενο από τις ανεμογεννήτριες ηλεκτρικό ρεύμα -είτε καταναλώνεται επιτόπου, - είτε εγχέεται και διοχετεύεται στο ηλεκτρικό δίκτυο για να καταναλωθεί αλλού

21 Μια ανεμογεννήτρια έχει τα εξής κύρια μέρη: 1. Τον πύργο (κυλινδρικής μορφής κατασκευασμένος από χάλυβα και συνήθως αποτελείται από δύο η τρία συνδεδεμένα τμήματα) 2. Τον θάλαμο (που περιέχει τα μηχανικά υποσυστήματα-κύριος άξονας, σύστημα πέδησης, κιβώτιο ταχυτήτων και ηλεκτρογεννήτρια) Ο κύριος άξονας με το σύστημα πέδησης (φρένα) Το κιβώτιο ταχυτήτων Η ηλεκτρογεννήτρια 4. Ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου ασφαλούς λειτουργίας. 5. Τα πτερύγια

22 επιπτώσεις Προκαλούν προβλήματα θορύβου οι ανεμογεννήτριες ; Δημιουργούν προβλήματα ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών οι ανεμογεννήτριες ; Δημιουργούν αισθητικά προβλήματα και προσβολή του φυσικού τοπίου οι ανεμογεννήτριες; Έχουν επίδραση οι ανεμογεννήτριες στις γεωργικές και κτηνοτροφικές δραστηριότητες ; Έχουν επιπτώσεις στον πληθυσμό των πουλιών οι ανεμογεννήτριες

23 Αιολική ενέργεια στην ελλάδα

24 γεωθερμία

25 Γεωθερμική Ενέργεια Γεωθερμία ή Γεωθερμική ενέργεια ονομάζουμε τη φυσική θερμική ενέργεια της Γης που διαρρέει από το θερμό εσωτερικό του πλανήτη προς την επιφάνεια Η θερμική ενέργεια προέρχεται από το εσωτερικό της Γης είτε μέσω ηφαιστειακών εκροών είτε μέσω ρηγμάτων του υπεδάφους και εμπεριέχεται σε φυσικούς ατμούς. Η πλέον εντυπωσιακή απόδειξη της θερμότητας που υπάρχει στο εσωτερικό της γης αποτελεί η ηφαιστειακή δραστηριότητα. Άλλες γεωθερμικές ενδείξεις είναι οι ατμοί και τα θερμά νερά

26 Γεωθερμική Ενέργεια Ανάλογα με το θερμοκρασιακό της επίπεδο μπορεί να έχει διάφορες χρήσεις: H Υψηλής Ενθαλπίας (>150 °C) χρησιμοποιείται συνήθως για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η Μέσης Ενθαλπίας (80 έως 150 °C) που χρησιμοποιείται για θέρμανση ή και ξήρανση ξυλείας και αγροτικών προϊόντων καθώς και μερικές φορές και για την παραγωγή ηλεκτρισμού (π.χ. με κλειστό κύκλωμα φρέον που έχει χαμηλό σημείο ζέσεως). Η Χαμηλής Ενθαλπίας (25 έως 80 °C) που χρησιμοποιείται για θέρμανση χώρων, για θέρμανση θερμοκηπίων, για ιχθυοκαλλιέργειες, για παραγωγή γλυκού νερού. Είναι όμως η γεωθερμική ενέργεια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας;

27 εφαρμογές ηλεκτροπαραγωγή (θ>90 °C), Συμπαραγωγή θερμικής ενέργειας και ηλεκτρικής θέρμανση χώρων (με καλοριφέρ για θ>60 °C, με αερόθερμα για θ>40 °C, με ενδοδαπέδιο σύστημα (θ>25 °C) θέρμανση οικισμών ( η θερμική ενέργεια που δεσμεύεται από τη γεωθερμική πηγή διοχετεύεται προς τους χρήστες με τη βοήθεια ενός συστήματος αγωγών ( τηλεθέρμανση) ψύξη και κλιματισμό (με αντλίες θερμότητας απορρόφησης για θ>60 °C, ή με υδρόψυκτες αντλίες θερμότητας για θ<30 °C) θέρμανση θερμοκηπίων και εδαφών ιχθυοκαλλιέργειες (θ>15 °C) βιομηχανικές εφαρμογές όπως αφαλάτωση θαλασσινού νερού (θ>60 °C), ξήρανση αγροτικών προϊόντων, κλπ θερμά λουτρά για θ = 25-40 °C

28 Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από γεωθερμικά ρευστά λαμβάνει χώρα σε μονάδες που λειτουργούν είτε με συμβατικούς ατμοστρόβιλους ή με δυαδικό κύκλο, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του γεωθερμικού πόρου. Με εκτόνωση ατμού με ξηρό ατμό

29 Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από γεωθερμικά ρευστά λαμβάνει χώρα σε μονάδες που λειτουργούν είτε με συμβατικούς ατμοστρόβιλους ή με δυαδικό κύκλο, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του γεωθερμικού πόρου. Με δυαδικό κύκλο

30 επιπτώσεις Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο βαθμός που μια γεωθερμική εκμετάλλευση επηρεάζει το περιβάλλον είναι ανάλογος με το μέγεθος και την κλίμακα της εκμετάλλευσης. Η πρώτη περιβαλλοντική επίπτωση είναι οι γεωτρήσεις Κατά το επόμενο στάδιο, η εγκατάσταση του δικτύου μεταφοράς των γεωθερμικών ρευστών και η κατασκευή των εγκαταστάσεων εκμετάλλευσης, επηρεάζει επίσης την πανίδα, τη χλωρίδα και την επιφανειακή μορφολογία της περιοχής Περιβαλλοντικά προβλήματα είναι δυνατόν να προκύψουν και στη φάση λειτουργίας μιας γεωθερμικής εγκατάστασης ( π.χ διάθεση γεωθερμικών ρευστών, χημική ρύπανση, θερμική ρύπανση, σχηματισμός επικαθίσεων) Η ατμοσφαιρική ρύπανση μπορεί να αποδειχθεί ένα σχετικά σημαντικό πρόβλημα κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με συμβατικές γεωθερμικές εγκαταστάσεις Υπάρχει η πιθανότητα η άντληση μεγάλων ποσοτήτων ρευστών από τους γεωθερμικούς ταμιευτήρες να προκαλέσει φαινόμενα καθίζησης Η απόληψη και / ή η επανεισαγωγή των γεωθερμικών ρευστών μπορεί να προκαλέσει ή να αυξήσει τη συχνότητα των σεισμικών φαινομένων σε κάποιες περιοχές. Ο θόρυβος που συνδέεται με τη λειτουργία των γεωθερμικών εγκαταστάσεων

31 H ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ

32 βιομάζα

33 Βιομάζα Τι είναι Βιομάζα; Βιομάζα είναι το βιοαποικοδομήσιμο κλάσμα των προϊόντων, αποβλήτων και υπολειμμάτων που προέρχονται από τη γεωργία, (συμπεριλαμβανομένων των φυτικών και των ζωικών ουσιών).

34 Βιομάζα Στην πράξη υπάρχουν δύο τύποι βιομάζας. Πρώτον, οι υπολειμματικές μορφές (τα κάθε είδους φυτικά υπολείμματα και ζωικά απόβλητα και τα απορρίμματα) και δεύτερον η βιομάζα που παράγεται από ενεργειακές καλλιέργειες. Βιομάζα γεωργικής προέλευσης Βιομάζα δασικής προέλευσης Βιομάζα ζωϊκής προέλευσης Αστικά απόβλητα Άλλα αγροτοβιομηχανικά απόβλητα και υπολείμματα Ελαιούχες ύλες Ενεργειακές καλλιέργειες

35 Εφαρμογές Χρησιμοποίηση της βιομάζας για παραγωγή ηλεκτρισμού και συμπαραγωγή θερμότητος και ηλεκτρισμού Θέρμανση κτιρίων με καύση βιομάζας σε ατομικούς / κεντρικούς λέβητες Τηλεθέρμανση κατοικημένων περιοχών ( δηλαδή η διαδικασία κεντρικής παραγωγής θερμότητας ( ή ψύξης) και η διανομή της, συνήθως με τη μορφή θερμού ( ή ψυχρού) νερού, για θέρμανση (ή ψύξη ) κατοικιών ή για άλλες εφαρμογές Κάλυψη των αναγκών θέρμανσης-ψύξης ή/και ηλεκτρισμού σε γεωργικές και άλλες βιομηχανίες Θέρμανση θερμοκηπίων Παραγωγή υγρών καυσίμων με βιοχημική ή θερμοχημική μετατροπή βιομάζας Βιοαέριο / Παραγωγή ενέργειας από βιοαέριο και αέριο σύνθεσης Παραγωγή ενέργειας σε μονάδες βιολογικού καθαρισμού και Χώρους Υγιειονομικής Ταφής Απορριμμάτων ( ΧΥΤΑ) και Υπολειμμάτων Παραγωγή οργανοχημικών λιπασμάτων από πτηνοτροφικά απόβλητα. Τριπαραγωγή (ηλεκτρική ενέργεια, θερμότητα, ψύξη) σε βιομηχανίες και ξενοδοχεία

36 υδρογόνο

37 Τι είναι Υδρογόνο; Το υδρογόνο αποτελεί το 90% του σύμπαντος και είναι το ελαφρύτερο αέριο στη φύση. Στη γη βρίσκεται κυρίως σε ενώσεις όπως το νερό, το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο κ.α. Εκτιμάται ότι το υδρογόνο θα αποτελέσει ένα νέο καύσιμο που θα χρησιμοποιούμε στο μέλλον τόσο στα σπίτια όσο και στα αυτοκίνητά μας.

38 Παραγωγή υδρογόνου Οι εμπορικές μέθοδοι παραγωγής του υδρογόνου είναι: Η αναμόρφωση των υδρογονανθράκων με ατμό Η μερική οξείδωση – αεριοποίηση βαρέων υδρογονανθράκων Η ηλεκτρόλυση του νερού Ο ηλεκτρισμός που απαιτείται για την παραγωγή υδρογόνου από νερό ιδανικά μπορεί να προέρχεται από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ( κυρίως άνεμο και ήλιο) Αποθήκευση υδρογόνου Οι μέθοδοι αποθήκευσης του υδρογόνου είναι οι ακόλουθες: Αποθήκευση υδρογόνου σε αέρια μορφή Αποθήκευση υδρογόνου σε υγρή μορφή Χημική αποθήκευση υδρογόνου Νανοσωλήνες άνθρακα

39 Κυψέλες καυσίμου Ιδανική ενεργειακή του εφαρμογή είναι όμως οι κυψέλες καυσίμου που αποτελούν μια νέα τεχνολογία που επιτρέπει την παραγωγή ηλεκτρισμού από την ένωση υδρογόνου και οξυγόνου που υπάρχει στον αέρα. Η λειτουργία τους είναι αντίστροφη από αυτήν μιας ηλεκτρολυτικής μονάδας και προσομοιάζει με τη λειτουργία μιας μπαταρίας, με τη διαφορά ότι δεν έχει τον περιορισμό της εξάντλησης του καυσίμου. Στη βασική της μορφή, λειτουργεί ως εξής: υδρογόνο και οξυγόνο αντιδρούν με την παρουσία ηλεκτρολύτη και παράγουν νερό, ενώ ταυτόχρονα αναπτύσσεται ένα ηλεκτροχημικό δυναμικό που προκαλεί ροή ηλεκτρικού ρεύματος στο εξωτερικό κύκλωμα (φορτίο)

40 Επίλογος Στις μέρες μας η εγκατάσταση συστημάτων παραγωγής ενέργειας που λειτουργούν με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αποτελεί το πιο επίκαιρο ζήτημα Γενικά, τα συστήματα αυτά παραγωγής προσφέρουν αδιαμφισβήτητα οφέλη για το περιβάλλον και την ισορροπία του. Ακόμα, η μετατροπή π.χ της ηλιακής ή της αιολικής ενέργειας σε ηλεκτρική αποτελεί φυσικό φαινόμενο, πράγμα που συνεπάγεται την αξιοπιστία, καθώς το φυσικό φαινόμενο δεν πρόκειται να πάψει να συμβαίνει. Η τεχνολογία κατασκευής συστημάτων παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας δεν σταματά, συνεχώς μέσω νέων ερευνών βελτιώνεται και νέα υλικά κατασκευής εξετάζονται. Όσον αφορά την χώρα μας, η Ελλάδα, η χώρα μας συγκαταλέγεται στις πρώτες χώρες τις Ευρώπης με την μεγαλύτερη ηλιοφάνεια, Ακόμη η Ελλάδα διαθέτει αξιόλογο αιολικό δυναμικό, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας με οικονομικούς όρους Η Ελλάδα έχει τη δυνατότητα να καταστεί ένα παγκόσμιο παράδειγμα για την αρμονική συνύπαρξη αειφόρου και οικονομικής ανάπτυξης αρκεί να υπάρξει σωστή διαχείριση.

41 Ευχαριστώ