Περιβαλλοντική επιστήμη και μηχανική IΙ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Παρουσίαση με θέμα: "Περιβαλλοντική επιστήμη και μηχανική IΙ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Περιβαλλοντική επιστήμη και μηχανική IΙ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
Δρ Κώστας Αθανασίου Επίκουρος Καθηγητής Εργαστήριο Μη-συμβατικών Πηγών Ενέργειας Τμ. Μηχανικών Περιβάλλοντος Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Τηλ /

2 Ο Νόμος 3851/2010

3 Άρθρο 1 …. εθνικός στόχος ΑΠΕ
Οι εθνικοί στόχοι για τις Α.Π.Ε., με βάση την Οδηγία 2009/28/ΕΚ (ΕΕL, 140/2009), καθορίζονται μέχρι το έτος 2020 ως εξής: α) Συμμετοχή της ενέργειας που παράγεται από Α.Π.Ε. στην ακαθάριστη τελική κατανάλωση ενέργειας σε ποσοστό 20%. β) Συμμετοχή της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από Α.Π.Ε. στην ακαθάριστη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας σε ποσοστό τουλάχιστον 40%. γ) Συμμετοχή της ενέργειας που παράγεται από Α.Π.Ε. στην τελική κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση και ψύξη σε ποσοστό τουλάχιστον 20%. δ) Συμμετοχή της ενέργειας που παράγεται από Α.Π.Ε. στην τελική κατανάλωση ενέργειας στις μεταφορές σε ποσοστό τουλάχιστον 10%.

4 Άρθρο 2 Άδεια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από Α.Π.Ε. ή Σ.Η.Θ.Υ.Α.
Εξαιρούνται από την υποχρέωση να λάβουν άδεια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας: α) γεωθερμικοί σταθμοί με εγκατεστημένη ηλεκτρική ισχύ ≤ 0,5 MW β) σταθμοί βιομάζας, βιοαερίου με εγκατεστημένη ηλεκτρική ισχύ ≤ 1 MW γ) φωτοβολταϊκοί ή ηλιοθερμικοί σταθμοί με εγκατεστημένη ηλεκτρική ισχύ ≤ 1 MWp δ) αιολικές εγκαταστάσεις με εγκατεστημένη ηλεκτρική ισχύ ≤ 100 kW ε) σταθμοί Σ.Η.Θ.Υ.Α. με εγκατεστημένη ηλεκτρική ισχύ ≤ 1 MWe στ) σταθμοί Α.Π.Ε. ή Σ.Η.Θ.Υ.Α. με εγκατεστημένη ισχύ ≤ 5 ΜWe, που εγκαθίστανται από εκπαιδευτικούς ή ερευνητικούς φορείς, για όσο χρόνο οι σταθμοί αυτοί λειτουργούν αποκλειστικά για εκπαιδευτικούς ή ερευνητικούς σκοπούς ζ) αυτόνομοι σταθμοί Α.Π.Ε. ή Σ.Η.Θ.Υ.Α. οι οποίοι δεν συνδέονται στο Σύστημα ή στο Δίκτυο, με εγκατεστημένη ισχύ ≤ 5 MWe, χωρίς δυνατότητα τροποποίησης της αυτόνομης λειτουργίας τους. η) λοιποί σταθμοί με εγκατεστημένη ηλεκτρική ισχύ < 50 kW

5 Άρθρο 5. …. τιμολόγησης ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α. Π. Ε
Άρθρο 5 …. τιμολόγησης ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α.Π.Ε. και Σ.Η.Θ.Υ.Α. 2. Η σύμβαση πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α.Π.Ε. και Σ.Η.Θ.Υ.Α. ισχύει για είκοσι (20) έτη

6 Αιολική Ενέργεια Κατανομή της ταχύτητας του ανέμου
Οι μεταβολές της ταχύτητας του ανέμου, στη διάρκεια ενός έτους, περιγράφονται από την κατανομή πιθανοτήτων (ή συχνοτήτων) Weibull, η οποία ορίζεται από την εξίσωση:   [%] όπου: k ο παράγοντας σχήματος της κατανομής Weibull [αδιάστατος] c ο παράγοντας μεγέθους (έντασης) της κατανομής Weibull [m/s], ο οποίος συνδέεται με τη μέση ταχύτητα του ανέμου, σε κάθε γεωγραφικό τόπο hi [%] η πιθανότητα η ταχύτητα του ανέμου να είναι ίση με Vi [m/s] ή η % συχνότητα της ταχύτητας Vi

7 Αιολική Ενέργεια Ανεμογεννήτριες
1ος τρόπος κατάταξης των Α/Γ, ο οποίος εκφράζεται με δύο αριθμούς : ο πρώτος δηλώνει τη μέγιστη ισχύ που μπορεί να παράγει ο ηλεκτροκινητήρας και ο δεύτερος τη διάμετρο του ρότορα. Για παράδειγμα, μία Α/Γ 300/30 σημαίνει ότι φέρει ηλεκτροκινητήρα 300 kW και διάμετρο πτερυγίων 30 m. 2ος δεύτερος τρόπος: Δυναμικότητα Ειδικής Κατάταξης (Specific Rated Capacity – SRC: Μία Α/Γ 300/30 έχει SRC =300/(π x 152) = 0,42 kW/m2. Οι τιμές SRC αυξάνονται με την αύξηση του μήκους των πτερυγίων και κυμαίνονται από 0,2 kW/m2, για διάμετρο πτερυγίων 10 m έως 0,5 kW/m2, για διάμετρο πτερυγίων 40 m. Σε πολύ μεγάλες Α/Γ, με διάμετρο πτερυγίων ακόμη και πάνω από 100 m, οι τιμές του λόγου SRC μπορούν να ξεπεράσουν ακόμη και το 1 kW/m2.

8 Αιολική Ενέργεια Ισχύς του ανέμου και ισχύς που προσλαμβάνει ο ρότορας

9 Ισχύς του ανέμου και ισχύς που προσλαμβάνει ο ρότορας
Αιολική Ενέργεια Ισχύς του ανέμου και ισχύς που προσλαμβάνει ο ρότορας ορίζονται τέσσερις περιοχές ταχυτήτων του ανέμου: Η πρώτη περιοχή από την νηνεμία (ταχύτητα ανέμου μηδέν, vi = 0 m/s) έως την ταχύτητα ανέμου που ο ρότορας ξεκινά την περιστροφή του (ταχύτητα έναρξης, vs, περίπου5 m/s). Για ταχύτητες μικρότερες από τη vs, ο ρότορας παραμένει ακίνητος, η ισχύς που προσλαμβάνει από τον άνεμο είναι μηδέν (Ροi = 0 kW) και ο συντελεστής απόδοσης είναι επίσης μηδέν (cp = 0). Η δεύτερη περιοχή από την ταχύτητα έναρξης περιστροφής του ρότορα έως την ονομαστική ταχύτητα, vn (vn, m/s). Μεταξύ της ταχύτητας έναρξης και της ονομαστικής ταχύτητας ανέμου (χαρακτηριστική της κάθε Α/Γ), η Α/Γ λειτουργεί με σταθερό συντελεστή απόδοσης cp, ίσο με την ονομαστικής της απόδοση (cp = cpn, η οποία επίσης αποτελεί χαρακτηριστικό μέγεθος της Α/Γ). Σε αυτή την περιοχή ταχυτήτων ανέμου, η ταχύτητα περιστροφής της Α/Γ αυξάνεται αναλογικά με την ταχύτητα του ανέμου. Η τρίτη περιοχή ταχυτήτων του ανέμου εκτείνεται από την ονομαστική ταχύτητα vn, έως την οριακή ταχύτητα, vL, στην οποία το φρένο ακινητοποιεί εκ νέου τον ρότορα και ο θάλαμος στρέφεται έτσι ώστε το επίπεδο περιστροφής των πτερυγίων να βρεθούν παράλληλα στη διεύθυνση του ανέμου. Στην περιοχή αυτή ταχυτήτων του ανέμου, ο ρότορας περιστρέφεται με σταθερή ταχύτητα, προσλαμβάνοντας από τον άνεμο σταθερή ισχύ (P*oi = σταθερό και Poi = σταθερό). Η τέταρτη περιοχή περιλαμβάνει τις ταχύτητες που είναι μεγαλύτερες από την οριακή ταχύτητα της Α/Γ. Ο ρότορας είναι ακινητοποιημένος, στην περιοχή αυτή πολύ ισχυρών ανέμων, και το επίπεδο περιστροφής των πτερυγίων του έχει στραφεί παράλληλα στη διεύθυνση τους.

10 Αιολική Ενέργεια ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΟΣΤΟΥΣ ΑΙΟΛΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ
Το αρχικό κόστος μίας αιολικής εγκατάστασης (ενός αιολικού πάρκου) διακρίνεται στο: κόστος των Α/Γ και στο κόστος των περιφερειακών συστημάτων και των εργασιών εγκατάστασης Το κόστος των Α/Γ είναι συνάρτηση της ισχύος τους και υπολογίζεται κατά προσέγγιση από τη σχέση: [€/kW] όπου κΑΓ το ειδικό κόστος Α/Γ [€/kW] και Pn η ονομαστική δυναμικότητα της ΑΓ [kW] (η ονομαστική ισχύς του ηλεκτροκινητήρα). Έτσι το κόστος μίας Α/Γ είναι: ΚΑΓ = κΑΓ x Pn [€] Λαμβάνοντας υπόψη και τα κόστη των περιφερειακών συστημάτων (επιμερισμένα ανά Α/Γ) και τα κόστη εγκατάστασης, το ολικό ειδικό κόστος μίας Α/Γ υπολογίζεται από τη σχέση: κΑΓ,ολ. = κΑΓ x 3,971 x Pn-0,14 [€/kW] και το ολικό κόστος μίας Α/Γ, από τη σχέση: ΚΑΓ,ολ. = κΑΓ,ολ. x Pn [€] ενώ το αρχικό κόστος του αιολικού πάρκου από τη σχέση: ΚΑΠ = ν x ΚΑΓ,ολ. [€] όπου ν το πλήθος των εγκατεστημένων Α/Γ.

11 Άρθρο 5. …. τιμολόγησης ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α. Π. Ε
Άρθρο 5 …. τιμολόγησης ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α.Π.Ε. και Σ.Η.Θ.Υ.Α.

12 Άρθρο 5. …. τιμολόγησης ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α. Π. Ε
Άρθρο 5 …. τιμολόγησης ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α.Π.Ε. και Σ.Η.Θ.Υ.Α. 3. Η τιμολόγηση της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από φωτοβολταϊκούς σταθμούς πλην αυτών της περίπτωσης (γ) του πίνακα της παρ. 1 του άρθρου 13 του ν. 3468/2006, όπως ισχύει, γίνεται με βάση τα στοιχεία του ακόλουθου πίνακα:

13 Ηλιακή Ενέργεια – Φωτοβολταϊκά
Τα τυπικά δεδομένα για εμπορικά Φ/Β πλαίσια μονοκρυσταλικού πυριτίου δίνονται στον Πίνακα 1, όπου τα ηλεκτρικά μεγέθη ισχύουν σε πρότυπες συνθήκες (ΑΜ = 1,5, Τc = 25 oC και Ι = W/m2). Ο ονομαστικός βαθμός απόδοσης nnominal ή nn ενός Φ/Β (στοιχείου, πλαισίου ή συστοιχίας) ορίζεται ως η παραγόμενη ηλεκτρική ισχύς προς την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας και υπολογίζεται στις πρότυπες συνθήκες με βάση τη σχέση: όπου ΙΜΡΡ [ampere] η ένταση του ρεύματος στο ΜΡΡ, VΜΡΡ [volt] το δυναμικό στο ΜΡΡ, ΡΜΡΡ [watt] η παραγόμενη ηλεκτρική ισχύς στο ΜΡΡ, Ι η ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας [watt/m2] και Α η επιφάνεια του Φ/Β [m2].

14 ισχύς = ένταση x τάση ή Ρ = I x V [watt = ampere x volt]
Ηλιακή Ενέργεια – Φωτοβολταϊκά Συμπεριφορά Έντασης– Τάσης (συμπεριφορά I – V) Φ/Β στοιχειών A Ι Ι P P, watt I, ampere Rtotal V P V, volt V Το γινόμενο των συντεταγμένων (Ι,V) κάθε σημείου της καμπύληςΙ – V έχει μονάδες ισχύος, σύμφωνα με τη σχέση: ισχύς = ένταση x τάση ή Ρ = I x V [watt = ampere x volt] σε αντίθεση με τις συνήθεις πηγές ηλεκτρικής ισχύος, η ηλεκτρική ισχύς που παράγεται από τα Φ/Β καθορίζεται από την κατανάλωση την οποία καλύπτουν (δηλαδή από την αντίσταση R που βρίσκεται κάθε φορά συνδεδεμένη στα άκρα τους).

15 Ηλιακή Ενέργεια – Φωτοβολταϊκά
Συμπεριφορά Έντασης– Τάσης (συμπεριφορά I – V) Φ/Β στοιχειών Το Φ/Β παράγει τη μέγιστη ισχύ PMPP όταν η κατανάλωση που έχει συνδεθεί στα άκρα του παρουσιάζει αντίσταση RMPP και τότε η διαφορά δυναμικού στα άκρα του είναι VMPP και η ένταση του ρεύματος που διαρρέει είναι IMPP. Μία ειδική διάταξη που ονομάζεται Maximum Power Point Tracker (MPPT) και η οποία συνδέεται στα άκρα του Φ/Β εξασφαλίζει ότι το Φ/Β θα λειτουργεί κάθε στιγμή στο σημείο μέγιστης ισχύος (VMPP, IMPP) . Ο MPPT ρυθμίζει την αντίσταση στα άκρα του Φ/Β ώστε αυτή να βρίσκεται πάντοτε στην τιμή RMPP ανεξάρτητα από τις μεταβολές της αντίστασης της κατανάλωσης που κάθε στιγμή τροφοδοτείται από το Φ/Β.

16 Ηλιακή Ενέργεια – Φωτοβολταϊκά
Συμπεριφορά Έντασης– Τάσης (συμπεριφορά I – V) Φ/Β στοιχειών Η καμπύλη έντασης – τάσης (ή ρεύματος-δυναμικού) των Φ/Β, μετατοπίζεται όταν μεταβάλλεται η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στο Φ/Β. Η μετατόπιση αυτή αφορά κυρίως την ένταση του ρεύματος που παράγεται από το Φ/Β, ενώ το δυναμικό άκρα του επηρεάζεται πολύ λίγο.

17 Ηλιακή Ενέργεια – Φωτοβολταϊκά
Στοιχεία κόστους Φ/Β συστημάτων και ανάλυση οικονομικής βιωσιμότητας €/watt Dec 2012 Dec 2011 2,31 Dec 2010 3,09 Dec 2009 4.23 Dec 2008 4.68 Nov 2012 Nov 2011 2,33 Nov 2010 3,19 Nov 2009 4.24 Nov 2008 4.71 Oct 2012 Oct 2011 2,37 Oct 2010 3,20 Oct 2009 Oct 2008 4.72 Sep 2012 Sep 2011 2,43 Sep 2010 3,33 Sep 2009 4.28 Sep 2008 4.69 Aug 2012 Aug 2011 2,51 Aug 2010 3,49 Aug 2009 4.34 Aug 2008 Jul 2012 Jul 2011 2,54 Jul 2010 3,65 Jul 2009 4.44 Jul 2008 4.70 Jun 2012 Jun 2011 2,66 Jun 2010 3,81 Jun 2009 4.48 Jun 2008 May 2012 May 2011 2,69 May 2010 3,97 May 2009 4.52 May 2008 Apr 2012 Apr 2011 2,73 Apr 2010 4.13 Apr 2009 4.54 Apr 2008 Mar 2012 2,17 Mar 2011 2,80 Mar 2010 4.14 Mar 2009 4.55 Mar 2008 4.73 Feb 2012 2,28 Feb 2011 2,90 Feb 2010 4.19 Feb 2009 4.62 Feb 2008 4.74 Jan 2012 Jan 2011 3,05 Jan 2010 4.22 Jan 2009 4.61 Jan 2008 Τον Μάρτιο του 2012 η μέση τιμή διάθεσης των Φ/Β πλαισίων ήταν 2,17 €/Wp και το 34 % των πλαισίων της αγοράς κόστιζε λιγότερο από 1,48 €/Wp . Το φθηνότερο καταγεγραμμένο πολύκρυσταλλικό Φ/Β κόστιζε το Μάρτιο 0,78 €/Wp ενώ το φθηνότερο καταγεγραμμένο μονοκρυσταλλικό Φ/Β 0,81 €/Wp . Εκπτώσεις της τάξης ακόμη και του 20 % μπορούν να επιτευχθούν για μεγάλες παραγγελίες Φ/Β. (

18 Ηλιακή Ενέργεια – Φωτοβολταϊκά
Το κόστος αρχικής επένδυσης μίας Φ/Β εγκατάστασης καθώς και το ετήσιο λειτουργικό της κόστος εξαρτάται κάθε φορά από τις ιδιαιτερότητες της εγκατάστασης αυτής καθώς και από τη συγκεκριμένη τοπική αγορά. Έτσι οι γενικές εκτιμήσεις που παρουσιάζονται εδώ μόνο προσεγγιστικές μπορούν να είναι. Όσον αφορά στα διασυνδεδεμένα Φ/Β πάρκα, μία προσεγγιστική εκτίμηση [“Cost analysis comparing PV systems with and without tracking systems” Photon International, November 2009] για το συνολικό κόστος εγκατάστασης τους και το ετήσιο λειτουργικό τους κόστος διαρθρώνεται ως εξής: μεταβλητής κλίσης μεταβλητής κλίσης €/kWp σταθερά μονού άξονα διπλού άξονα Φ/Β πλαίσια 500 – – – 1500 μελέτη εγκατάσταση/σύνδεση ηλεκτρονικά ισχύος – – 450 βάσεις στήριξης – – 1000 ΣΥΝΟΛΟ – – – 3660 Οι διακυμάνσεις των τιμών επηρεάζονται καθοριστικά από το μέγεθος του εγκατεστημένου σταθμού. Ετήσια λειτουργικά κόστη (€/kWp):

19 Ηλιακή Ενέργεια – Φωτοβολταϊκά
Τιμές διάθεσης της ηλεκτρικής ενέργειας από Φ/Β Σύμφωνα με την Κοινή Υπουργική Απόφαση Υ.Α.Π.Ε./Φ1/οικ.2266 των Υπουργών Οικονομικών και Περιβάλλοντος, Ενέργειας και Κλιματικής Αλλαγής, στις 31 Ιαν 2012, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από διασυνδεδεμένους Φ/Β σταθμούς θα διατίθεται στις παρακάτω τιμές €/MWh Διασυνδεδεμένο Μη Διασυνδεδεμένο >100 kW <=100 kW (ανεξαρτήτως ισχύος) 2012 Φεβρουάριος 292, ,60 2012 Αύγουστος 271, , ,60 2013 Φεβρουάριος 252, , ,20 2013 Αύγουστος 234, , ,31 2014 Φεβρουάριος 218, , ,81 2014 Αύγουστος 203, , ,60 Ειδικά για τα Φ/Β σε στέγες, η τιμή διάθεσης θα διαμορφώνεται ως εξής, ανάλογα με το χρόνο0 σύναψης της σχετικής σύμβασης: €/MWh €/MWh Φεβρουάριος ,00 Φεβρουάριος ,39 Αύγουστος ,25 Αύγουστος ,97 Φεβρουάριος ,74 Φεβρουάριος ,37 Αύγουστος ,40 Αύγουστος ,56 Φεβρουάριος ,18 Φεβρουάριος ,48 Αύγουστος ,02 Αύγουστος ,10 Φεβρουάριος ,87 Φεβρουάριος ,40 Αύγουστος ,68 Αύγουστος ,33

20 Ηλιακή Ενέργεια – Φωτοβολταϊκά
Τιμές διάθεσης της ηλεκτρικής ενέργειας από Φ/Β … ενώ από 1 Ιουν 2013, οι τιμές που ισχύουν είναι: €/MWh Διασυνδεδεμένο Μη Διασυνδεδεμένο >100 kW <=100 kW (ανεξαρτήτως ισχύος) 2013 Φεβρουάριος 95, , ,00 2013 Αύγουστος 95, , ,00 2014 Φεβρουάριος 90, , ,00 2014 Αύγουστος 90, , ,00 Ειδικά για τα Φ/Β σε στέγες, η διαμόρφωση της τιμής διάθεσης τα επόμενα έτη, θα διαμορφώνεται ως εξής, ανάλογα με το χρόνο0 σύναψης της σχετικής σύμβασης: €/MWh €/MWh Φεβρουάριος Αύγουστος Φεβρουάριος Φεβρουάριος Αύγουστος Αύγουστος Φεβρουάριος Φεβρουάριος Αύγουστος Αύγουστος Φεβρουάριος Φεβρουάριος Αύγουστος Αύγουστος

21 Ηλιακή Ενέργεια – Φωτοβολταϊκά
Τιμές διάθεσης της ηλεκτρικής ενέργειας από Φ/Β

22 Άρθρο 5. …. τιμολόγησης ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α. Π. Ε
Άρθρο 5 …. τιμολόγησης ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α.Π.Ε. και Σ.Η.Θ.Υ.Α.

23 Γεωθερμική ηλεκτροπαραγωγή
Με βάση το ενεργειακό τους περιεχόμενο, τα γεωθερμικά πεδία διακρίνονται σε: Υψηλής ενθαλπίας, στα οποία η θερμοκρασία ξεπερνάει τους 150 οC και βρίσκονται συνήθως σε σεισμογενείς περιοχές κοντά στα όρια των λιθοσφαιρικών πλακών. Ενδείκνυνται για ηλεκτροπαραγωγή ή συμπαραγωγή. Μέσης ενθαλπίας με θερμοκρασίες 100 – 150 οC. Χαμηλής ενθαλπίας με θερμοκρασίες 25 – 100 oC. Ομαλής ενθαλπίας σε περιοχές συνήθους θερμικής ροής και θερμοκρασιακής βαθμίδας και θερμοκρασίες 15 – 30 oC.

24 Γεωθερμική ηλεκτροπαραγωγή
Πεδία υψηλής ενθαλπίας και ξηρού (υπέρθερμου) ατμού Ο γεωθερμικός ατμός, στην πίεση της κεφαλής της γεώτρησης, εκτονώνεται άμεσα στο στρόβιλο. Το συμπύκνωμα (νερό) από τον συμπυκνωτή: είτε χρησιμοποιείται σε εφαρμογές θέρμανσης (α) είτε επανεκχέεται στον ταμιευτήρα, υπό πίεση (β) είτε απορρίπτεται, αν πληρεί τις περιβαλλοντικές προδιαγραφές (γ) Αν ο ατμός περιέχει σημαντικό ποσοστό σταθερών αερίων (πάνω από 20 %) τότε μετά το στρόβιλο: είτε διαφεύγει στο περιβάλλον (σε ατμοσφαιρική πίεση, γεγονός που ελαττώνει την απόδοση του στροβίλου, όμως η δημιουργία υποπίεσης μετά το στρόβιλο, παρουσία σταθερών αερίων είναι πολύ ενεργοβόρα και δεν συμφέρει ούτε ενεργειακά ούτε οικονομικά) (δ) είτε συμπιέζεται εκ νέου και επανεκχέεται στον ταμιευτήρα (ε)

25 Γεωθερμική ηλεκτροπαραγωγή
Πεδία υψηλής ενθαλπίας και υγρού ατμού (μίγμα κορεσμένου νερού και ατμού) Μετά την κεφαλή της γεώτρησης και στην ίδια πίεση παρεμβάλλεται ένας διαχωριστής, ο οποίος οδηγεί το κλάσμα ατμού του ρευστού στο στρόβιλο και το κλάσμα υγρού: σε περεταίρω χρήσεις θέρμανσης ή (δ) για επανέκχυση στον ταμιευτήρα (ε)

26 Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας
ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ COPhp = Qout/Win Qout = Qin + Win

27 Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας
Πρόκειται για ΑΘ (ή κλιματιστικά) στις οποίες ο εξωτερικός εναλλάκτης (λειτουργώντας είτε ως εξατμιστής είτε ως συμπυκνωτής) εναλλάσσει θερμότητα με το έδαφος. Αυτό γίνεται με τη βοήθεια ενός δεύτερου εναλλάκτη (του εναλλάκτη εδάφους) που βρίσκεται μέσα στο έδαφος και είναι συνδεδεμένος με τον εξωτερικό εναλλάκτη. Με τον τρόπο αυτό, ο εξωτερικός εναλλάκτης ανταλλάσεις θερμότητα με τον εναλλάκτη εδάφους και ο τελευταίος ανταλλάσει θερμότητα με το έδαφος. Εξαιτίας του μεγάλου μεγέθους του εναλλάκτη εδάφους, μπορεί κατά προσέγγιση να θεωρηθεί ότι ο εξωτερικός εναλλάκτης της ΑΘ (ή του κλιματιστικού) ανταλλάσει θερμότητα στη θερμοκρασία του εδάφους και όχι του εξωτερικού περιβάλλοντος.

28 Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας
Οι κυριότεροι τύποι εναλλακτών εδάφους είναι ο κατακόρυφος (βάθους 45 – 150 m) και ο οριζόντιος (βάθος έως 3 m). Το συνολικό μήκος των αυλών του είναι της τάξης των 35 – 55 m ανά kW θερμικής/ψυκτικής ισχύος.

29 Άρθρο 5. …. τιμολόγησης ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α. Π. Ε
Άρθρο 5 …. τιμολόγησης ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α.Π.Ε. και Σ.Η.Θ.Υ.Α.

30 Βιομάζα Βιομάζα: θεωρείται κάθε οργανική ύλη που είναι διαθέσιμη σε ανανεώσιμη βάση: των ενεργειακών καλλιεργειών των υποπροϊόντων ή των καταλοίπων των δασικών προϊόντων των παραπροϊόντων ή των υπολειμμάτων γεωργικών καλλιεργειών των ζωικών αποβλήτων του οργανικού κλάσματος των αστικών απορριμμάτων των αστικών αποβλήτων των αποβλήτων και απορριμμάτων βιομηχανιών ξύλου και τροφίμων και των υδρόβιων φυτών. Η βιομάζα είναι ΑΠΕ γιατί όποια κατεργασία και αν υποστεί, κατά την τελική καύση της ίδιας ή των βιοκαυσίμων που προκύπτουν από αυτή, το διοξείδιο του άνθρακα που εκλύεται είναι ακριβώς ίσο με το διοξείδιο του άνθρακα που δέσμευσε από την ατμόσφαιρα το φυτό για να αναπτυχθεί (το σύνολο του άνθρακα που περιέχει ένα φυτό προέρχεται από την ατμόσφαιρα). Ακόμη και η βιομάζα μη φυτική προέλευσης (ζωικά και αστικά απόβλητα) περιέχουν άνθρακα από το μεταβολισμό της φυτικής ύλης που κατανάλωσε ο οργανισμός ως τροφή. Από τα αστικά απορρίμματα βιομάζα θεωρούνται μόνο εκείνα φυτικής ή ζωικής προέλευσης (υπολείμματα τροφών, χαρτί, προϊόντα ξύλου).

31 Βιομάζα Η βιομάζα αφορά ποικιλία πρώτων υλών που αξιοποιούνται ενεργειακά με πλήθος τεχνολογιών: 

32 Βιομάζα

33 Βιομάζα Τυπική σύσταση βιομάζας :
Η Ανώτερη Θερμογόνος Δύναμη (ΑΘΔ) της ξηρής και ελεύθερης τέφρας βιομάζας υπολογίζεται από τη σχέση: ΑΘΔ = 33890,4 x C ,6 x (H – O/8) kJ/kg Η Κατώτερη Θερμογόνο Δύναμη (ΚΘΔ) της ξηρής και ελεύθερης τέφρας βιομάζας υπολογίζεται από την ΑΘΔ αφαιρώντας τη λανθάνουσα θερμότητα συμπύκνωσης του ατμού που παράγεται από την καύση (ο ατμός όταν υγροποιείται αποδίδει θερμότητα 40,7 kJ/mole ατμού).

34 λ = 31 mol ατμού / kg βιομάζας x 40,7 kJ/mol = 1.262 kJ / kg βιομάζας
Βιομάζα ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ : ΑΘΔ και η ΚΘΔ της τυπικής βιομάζας. Σύσταση βιομάζας: 10 % κ.β. υγρασία, 5 % κ.β. τέφρα και 85 % κ.β. οργανικό μέρος (ο.μ.) Σύσταση ο.μ.: 50 % κ.β. άνθρακα, 44 % κ.β. οξυγόνο και 6 % κ.β. υδρογόνο ΑΘΔ οργανικού μέρους: ΑΘΔ = ,4 x 0, ,6 x (0,06 – 0,44/8) = kj/kg ο.μ. ΑΘΔ βιομάζας: 0,85 kg ο.μ./ kg βιομάζας x kJ/kg ο.μ.= kj/kg βιομάζας Το 1 kg βιομάζας περιέχει: 10 % ή 100 γρ νερού ή 100/18 = 5,5 mol νερού (ΜΒ νερού 18 gr/mol)   85 % ή 850 γρ ο.μ. x 6% κβ Η2 = 51 γρ Η2ή 51/2 = 25,5 mol H2 τα οποία κατά την καύση τους (Η2 + ½ Ο2 <=> Η2Ο) δίνουν 25,5 mol νερού. mol ατμού από την καύση 1 kg βιομάζας: 5,5 mol από την εξάτμιση της υγρασίας   25,5 mol από την καύση του υδρογόνου του ο.μ.   mol ατμού / kg βιομάζας λανθάνουσα θερμότητα συμπύκνωσης ατμού: λ = 31 mol ατμού / kg βιομάζας x 40,7 kJ/mol = kJ / kg βιομάζας ΚΘΔ βιομάζας : ΚΘΔ = ΑΘΔ – λ = = kJ/kgβιομάζας – kJ / kg βιομάζας = = kJ/kgβιομάζας

35 Βιομάζα ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΒΙΟΜΑΖΑΣ Πηγή: Biomass futures

36 Βιομάζα ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΒΙΟΜΑΖΑΣ Land Availability 34,3 % of 1.806 Mtoe
G. Fischer et al“Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures, Part II: Land use scenarios” Biomass and Bioenergy 34 (2010) 173 – 187 Land Availability scenario1 scenario2 scenario3 arable pasture TOTAL Mstr (%) Mstr ΕU-15 (11) (4) (16) 164 ΕU-12 (52) (46) (46) 293 Ukraine (70) (67) (49) 265 (36) (30) (26) 722 34,3 % of Mtoe 10,5 % of Mtoe 14,5 % of Mtoe 21,7 % of Mtoe

37 ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΒΙΟΜΑΖΑΣ - Ελλάδα (Mstr) Agricultural land In use
Βιομάζα ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΒΙΟΜΑΖΑΣ - Ελλάδα (Mstr) (1999) 2002 2003 2004 2005 2006 Agricultural land 39,7 39,4 39,0 38,7 38,5 In use (35,8) 38,2 37,8 37,6 37,4 Yearly crops (19,7) 21,8 21,4 21,1 21,0 20,4 (of those pasture) (0,8) Perennial crops (10,0) 11,4 11,3 Horticulture (0,1) 1,2 1,1 Fallow 4,2 4,3 4,0 4,5 Permanent Pasture (6,1) Not in use a decline in land for yearly crops of about 1,5 Mstr in 5 years almost ½ of the fallow was excessive more than 1 Mstr is not in use almost 5 Mstr may be available for energy crops, from these land sources, in case energy crops economics are favorable

38 Βιομάζα ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΒΙΟΜΑΖΑΣ Greece Mstr Mtn (dry) Mtoe agricultural res.
3,833 1,820 manure 0,516 0,179 forest 1,199 0,569 industrial 0,590 0,28 sewage sludge 0,020 municipal 0,643 energy crops on deserted land 1,2 1,500 0,700 on fallow 4,5 5,625 2,670 on marginal land 3,5 – 10,2 4,4 – 12,8 2,1 – 6,1 TOTAL 17,7 – 26,1 8,3 – 12,3 technical potential 2010 3,5 Mtoe/a (C. Panoutsou et al “Biomass supply in EU27 from 2010 to 2030” Energy Policy (2009)) energy crops 5,5 – 9,5 Mtoe/a energy crops can increase domestic biomass potential by 150 – 250 % today the technical biomass potential corresponds to 18 Mtn of lignite or 25 % of domestic lignite annual production extensive intrusion of energy crops can lead to an energy equivalent of 50 – 75 Mtn of lignite or 70 – 100 % of domestic lignite annual production (up to 30 – 50 % of annual oil imports)

39 Βιομάζα Τεχνολογίες καύσης βιομάζας Αεριοποίηση Βιομάζας
Αεριοποίηση βιομάζας είναι η θερμοχημική μετατροπή της σε αέριο βιο- καύσιμο κατά τη θέρμανση της σε υψηλές θερμοκρασίες (650 – 1200 oC) και την ταυτόχρονη παροχή μέσου αεριοποίησης: υπο-στοιχειομετρικό οξυγόνο (δηλαδή ποσότητας οξυγόνου μικρότερης από αυτή που απαιτείται από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης πλήρους καύσης – συνήθως τροφοδοτείται 20 – 25 % του οξυγόνου που απαιτείται για πλήρη καύση και η αεριοποίηση συμβαίνει σε συνθήκες μερικής οξείδωσης) με τη μορφή αέρα – στην περίπτωση αυτή η διεργασία είναι εξώθερμη (εκτός από αέριο βιοκαύσιμο παράγει και θερμότητα) καθαρό οξυγόνο σε υπο-στοιχειομετρική αναλογία ως προς τη βιομάζα – και στην περίπτωση αυτή η διεργασία είναι εξώθερμη μίγμα υδρατμών / αέρα ή υδρατμών / οξυγόνου – η διεργασία είναι εξώθερμη, αυτόθερμη (δεν παράγει ούτε καταναλώνει θερμότητα) ή αλλόθερμη (ενδόθερμη – καταναλώνει θερμότητα) ανάλογα με τη σχετική αναλογία οξυγόνου / υδρατμού στο μέσο αεριοποίησης ή υδρατμοί, οπότε και η διεργασία οδηγεί σε μίγματα πλούσια σε υδρογόνο και είναι αλλόθερμη

40 Βιομάζα Αεριοποίηση Βιομάζας
Το παραγόμενο αέριο βιοκαύσιμο ονομάζεται αέριο σύνθεσης και αποτελείται: κυρίως H2 και CO τα οποία αποτελούν και τα κύρια καύσιμα συστατικά του μικρές ποσότητες αερίων υδρογονανθράκων (κυρίως CH4, C2H6, ή C2H4) τα οποία επίσης αποτελούν καύσιμα συστατικά και CO2 και N2 (το δεύτερο μόνο στην περίπτωση που το μέσο αεριοποίησης περιέχει αέρα) τα οποία αποτελούν και ανεπιθύμητους παράγοντες αραίωσης των καυσίμων συστατικών του αερίου σύνθεσης

41 Άρθρο 5. …. τιμολόγησης ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α. Π. Ε
Άρθρο 5 …. τιμολόγησης ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α.Π.Ε. και Σ.Η.Θ.Υ.Α.

42 Άρθρο 5. …. τιμολόγησης ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α. Π. Ε
Άρθρο 5 …. τιμολόγησης ενέργειας που παράγεται από σταθμούς Α.Π.Ε. και Σ.Η.Θ.Υ.Α.

43 Βιοαέριο Η αναερόβια χώνευση είναι ένα σύνολο από βιοχημικές αντιδράσεις, που συντελούνται από μικροοργανισμούς οι οποίοι λειτουργούν απουσία οξυγόνου, μέσω των οποίων τα πολύπλοκα οργανικά μόρια βιομάζας μετατρέπονται σε απλούστερα χημικά μόρια (κυρίως οργανικά οξέα) και τελικά σε μεθάνιο, διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία, υδρόθειο, υδρογόνο κ.α. Το αέριο προϊόν της διεργασίας (βιοαέριο) αποτελείται κατά 98 – 99 % κ.ο. από μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα και 1 – 2 % κ.ο. από μονοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία, υδρόθειο και ίχνη άλλων αερίων. Η αναλογία μεθανίου/διοξειδίου στο βιοαέριο κυμαίνεται από 1/1 έως 3/1. Στο υπόλειμμα της διεργασίας (στερεό + υγρό, το πρώτο με τη μορφή λάσπης και το δεύτερο ως αιώρημα σωματιδίων σε ακάθαρτο νερό με αυξημένο COD), εμφανίζεται υψηλή συγκέντρωση από μεταλλικά άλατα (προέρχονται από το ανόργανο μέρος της βιομάζας, αυτό που κατά τις θερμοχημικές διεργασίες συνιστά την τέφρα), που το καθιστούν λίπασμα. Τα ισοζύγια μάζας της αναερόβιας χώνευσης παριστάνονται ενδεικτικά στο σχήμα που ακολουθεί.

44 Ενδεικτικές αποδόσεις σε μεθάνιο (Gunaseelan 1997, Khalid 2011)
Βιοαέριο Γενικά, βιομάζα οποιουδήποτε τύπου μπορεί να υποστεί αναερόβια χώνευση, προς παραγωγή βιοαερίου, εξαιτίας όμως του αργού μεταβολισμού της λιγνίνης, αποφεύγεται η ξυλώδης βιομάζα. Επίσης, για το λόγο ότι η διεργασία συμβαίνει στην υγρή φάση και σε μεγάλη περίσσια νερού (συγκέντρωση ολικών στερεών 0,5 – 25 % κ.β.), προτιμώνται οι τύποι εκείνοι βιομάζας που περιέχουν υψηλά ποσοστά υγρασίας όπως τα: χλωρά αγροτικά υπολείμματα χλωρή βιομάζα ποώδων ενεργειακών καλλιεργειών ζωικά απόβλητα απόβλητα βιομηχανίας τροφίμων οργανικό κλάσμα αστικών απορριμμάτων ενεργός ιλύ βιολογικών καθαρισμών ή μίγματα των παραπάνω. Όσον αφορά στα ζωικά απόβλητα και την ενεργό ιλύ, μεγάλο μέρος της αρχικής φυτικής ύλης έχει ήδη χωνευθεί είτε αναερόβια – στο στομάχι του ζώου ή του ανθρώπου – είτε αερόβια – στις δεξαμενές αερισμού – και για το λόγο αυτό έχει χαμηλή απόδοση σε μεθάνιο (το καύσιμο συστατικό του βιοαερίου), έτσι η χώνευση των συγκεκριμένων πρώτων υλών πραγματοποιείται πρωτίστως για την κατεργασία και την αδρανοποίηση του αποβλήτου και κατά δεύτερο λόγο για την παραγωγή ενέργειας.

45 Βιοαέριο

46 Οικονομικές και κοινωνικές επιπτώσεις
Πηγή: The state of Renewable Energies in Europe, 13th EurObserver Report (2013)

47 θέσεις εργασίας Το 2012 στην ΕΕ-27 1,218 εκ. θέσεις εργασίας σχετίζονταν με τον τομέα των ΑΠΕ αιολική βιοκαύσιμα αντλίες θερμότητας βιοαέριο ηλιακά θερμικά στερεή βιομάζα μικρά υδροηλεκτρικά αστικά απορρίμματα φωτοβολταϊκά γεωθερμία Η εκτίμηση περιλαμβάνει τις άμεσες θέσεις εργασίας του κλάδου (παραγωγή ενέργειας + παραγωγή τεχνολογίας + εγκατάσταση) και τις έμμεσες θέσεις εργασίας. Έτσι οι θέσεις εργασίας στα αιολικά και τα φωτοβολταϊκά αντανακλούν κυρίως δυναμικούς κλάδους ανάπτυξης και εγκατάστασης μονάδων, ενώ η απασχόληση στις ήδη εγκατεστημένους σταθμούς έχει μικρή συνεισφορά Αντίθετα, στη στερεή βιομάζα, η συνεισφορά των ήδη εγκατεστημένων μονάδων στη δημιουργία θέσεων εργασίας είναι σημαντική.

48 κύκλος εργασιών Το 2012 στην ΕΕ-27 ο κύκλος εργασιών του τομέα των ΑΠΕ ανήλθε σε 129 Geuro αιολική βιοκαύσιμα αντλίες θερμότητας βιοαέριο φωτοβολταϊκά ηλιακά θερμικά μικρά υδροηλεκτρικά στερεή βιομάζα γεωθερμία Η εκτίμηση αφορά σε νέες επενδύσεις ΑΠΕ και στα έσοδα των εγκατεστημένων ήδη μονάδων. Η αιολική ενέργεια, τα φωτοβολταϊκά και οι εφαρμογές στερεής βιομάζας αποτελούν τους πιο δυναμικούς, σήμερα, τομείς.

49 απασχόληση και κύκλος εργασιών την τελευταία 5ετία – σύνολο ΑΠΕ
Κύκλος εργασιών, δις € Απασχόληση, χιλιάδες θέσεις εργασίας Παρά την οικονομική κρίση, η απασχόληση στον κλάδο αυξήθηκε κατά 50 % και ο κύκλος εργασιών κατά 15 %. Το διάστημα 2008 – 2011 (πριν από την κρίση) η μέση ετήσια αύξηση της απασχόλησης ήταν 13 % και του κύκλου εργασιών 4,5 % και 0,4 %, αντίστοιχα.

50 απασχόληση και κύκλος εργασιών την τελευταία 5ετία – αιολικά
Κύκλος εργασιών, δις € Απασχόληση, χιλιάδες θέσεις εργασίας Παρά την οικονομική κρίση, η απασχόληση στον κλάδο αυξήθηκε κατά 42 % (μέση ετήσια αύξηση 9 %, ανεπηρέαστη από την κρίση). Πτώση του κύκλου εργασιών από το 2010, που δείχνει να αντιστρέφεται από το 2012.

51 απασχόληση και κύκλος εργασιών την τελευταία 5ετία – φωτοβολταϊκά
Κύκλος εργασιών, δις € Απασχόληση, χιλιάδες θέσεις εργασίας Αύξηση της απασχόλησης 145 % από το 2009 στο 2010, με παράλληλη αύξηση του κύκλου εργασιών 70 % στο ίδιο διάστημα. Κάμψη της απασχόλησης και του κύκλου εργασιών , το 2012, -19 % και -32 %, αντίστοιχα.

52 απασχόληση και κύκλος εργασιών την τελευταία 5ετία – στερεή βιομάζα
Κύκλος εργασιών, δις € Απασχόληση, χιλιάδες θέσεις εργασίας Αποτυπώνεται η επίδραση της οικονομικής κρίσης. Από το 2010, σταθερή αύξηση του κύκλου εργασιών.

53 απασχόληση και κύκλος εργασιών την τελευταία 5ετία – βιοκαύσιμα
Κύκλος εργασιών, δις € Απασχόληση, χιλιάδες θέσεις εργασίας Έως το 2010, ετήσια αύξηση της απασχόλησης πάνω από 15 % και του κύκλου εργασιών πάνω από 13 % Μετά το 2010, ο ρυθμός αύξησης της απασχόλησης κάμπτεται ( από +15 σε +3 % ανά έτος), και ο κύκλος εργασιών ελαττώνεται (εκτός από την οικονομική κρίση αυτό επηρεάστηκε και από την συζήτηση γύρω από την αειφορία των βιοκαυσίμων 1ης γενιάς.

54 θέσεις εργασίας ανά εγκατεστημένο MWe
στερεή βιομάζα (28 – 29) συμπαραγωγή από βιοαέριο (12 – 14) γεωθερμική συμπαραγωγή (13 – 14) φωτοβολταϊκά (5) αιολικά (5) Οι εφαρμογές στερεής βιομάζας (συμπαραγωγή, πελλέτες) είναι ο αισθητά υψηλότερης έντασης εργασίας κλάδος των ΑΠΕ. Ακολουθείται από τη γεωθερμία και το βιοαέριο, ενώ αισθητά χαμηλότερης έντασης εργασίας είναι η αιολική και ηλιακή ενέργεια.

55 € ανά εγκατεστημένο kWe
Αρχική επένδυση € ανά εγκατεστημένο kWe γεωθερμική συμπαραγωγή (3500 – 5600) συμπαραγωγή από βιοαέριο (2000 – 3300) αιολικά ( ) φωτοβολταϊκά (2000 – 3000) στερεή βιομάζα (1300 – 1600) Οι εφαρμογές στερεής βιομάζας και τα αιολικά (περιλαμβανομένων των υπεράκτιων) παρουσιάζουν τη χαμηλότερη ένταση κεφαλαίου. Τα φωτοβολταϊκά έχουν υποχωρήσει στα επίπεδα έντασης κεφαλαίου της συμπαραγωγής από βιοαέριο, της παραδοσιακά βιώσιμης επιλογής βιομάζας.