Διείσδυση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην ηλεκτροπαραγωγή

Abstract

Στις μέρες μας όλες οι σύγχρονες κοινωνίες καταναλώνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας για τη θέρμανση χώρων, τα μέσα μεταφοράς, την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και για τη λειτουργία των βιομηχανικών μονάδων. Το μεγαλύτερο ποσοστό ενέργειας που χρησιμοποιείται προέρχεται από συμβατικές πηγές ενέργειας, όπως είναι το πετρέλαιο, η βενζίνη και ο άνθρακας, που αργά ή γρήγορα θα εξαντληθούν. Η ενέργεια αποτελεί κομβικό σημείο στο θέμα της ανάπτυξης, επειδή ακριβώς αλληλεπιδρά και με τους τρεις βασικούς άξονές της: την κοινωνία, το περιβάλλον και την οικονομία. Η κοινωνική διάσταση της ενέργειας προσδιορίζεται από το γεγονός ότι η ενέργεια αποτελεί προϋπόθεση άνετης και αξιοπρεπούς διαβίωσης, ενώ η έλλειψή της παράγοντα κοινωνικής ανισότητας ιδιαίτερα σε χώρες του τρίτου κόσμου. Στον τομέα του περιβάλλοντος είναι περισσότερο από προφανής η σημαντική περιβαλλοντική πίεση από κάθε είδους ενεργειακές δραστηριότητες. Τέλος στον τομέα της οικονομίας η ενέργεια αποτελεί σημαντικό παράγοντα μακροοικονομικής ανάπτυξης. Έτσι ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που αντιμετωπίζει η ανθρωπότητα στις μέρες μας είναι η απουσία πρόσβασης σε καθαρή και αξιόπιστη ενέργεια που είναι απαραίτητη για βασικές ανάγκες. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η ανάλυση της λειτουργίας των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και ειδικότερα της ηλιακής ενέργειας και της βιομάζας στον τρόπο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, στην επίπτωσή τους στην αξιοπιστία συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας και στην ανάπτυξη έξυπνων δικτύων. Η ανάπτυξη του θέματος γίνεται σε επτά Κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και τις μεθόδους μετατροπείς τους σε ηλεκτρική ενέργεια. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται πλήρη μελέτη και ανάπτυξη της ηλιακής ενέργειας. Συγκεκριμένα γίνεται ανάλυση των ενεργητικών και παθητικών ηλιακών συστημάτων. Ακολουθεί η μελέτη του φωτοβολταϊκού φαινομένου, των φωτοβολταϊκών συστημάτων (όπου έχουν την δυνατότητα μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική), το παγκόσμιο επενδυτικό τους ενδιαφέρον και το τι συμβαίνει στην χώρα μας. Τέλος αναλύονται τα μονο- και πολυκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά πλαίσια και τα πλεονεκτήματα των φωτοβολταϊκών συστημάτων έναντι των μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας Στο τρίτο κεφάλαιο αναπτύσσεται η βιομάζα ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Γίνεται μια εισαγωγή και δίνεται ο ορισμός της βιομάζας. Λόγω της πολυμορφίας της βιομάζας είναι απαραίτητη μία ταξινόμηση των διαφόρων μορφών της με βάση την πηγή προέλευσης έτσι ώστε να γίνει καλύτερη η μελέτη της. Στην συνέχεια παρατίθενται οι πολλές εφαρμογές της βιομάζας όπως, την παραγωγή βιοκαυσίμων, την παραγωγή ηλεκτρισμού, την παραγωγή θερμότητας και ατμού και την παραγωγή αερίου καυσίμου όπου γίνεται πλήρης ανάπτυξη τους. Επιπλέον αναφέρονται και μελετώνται οι κύριες ιδιότητες της και η χρήση της ως βιοκαύσιμα. Ακόμη γίνεται ανάλυση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα μέσω των υπάρχων τεχνολογιών. Τέλος συνοψίζονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της βιομάζας. Στο τέταρτο κεφάλαιο μελετάται η κατανεμημένη παραγωγή όπου παράγεται ηλεκτρική ενέργεια από πολλές μικρές πηγές ενέργειας. Αυτή η μορφή παραγωγής ενέργειας αποτελεί μια νέα ιδέα στην οικονομική βιβλιογραφία της αγοράς του ηλεκτρισμού, αλλά στην πραγματικότητα ως ιδέα είναι κάθε άλλο παρά καινούργια. Παρουσιάζεται ο ορισμός της κατανεμημένης παραγωγής (ΚΠ) και όλα τα επιπλέον στάδια που περιλαμβάνει όπως ο σκοπός της παραγωγής, η τοποθεσία της παραγωγής, το μέγεθος των μονάδων παραγωγής κ.τ.λ. Στο πέμπτο κεφάλαιο μελετάται η ανάγκη για επεξεργασία και έλεγχο της ηλεκτρικής ροής όπου γίνεται με τα ηλεκτρονικά συστήματα ισχύος. Γίνεται ανάπτυξη των ειδών μετατροπέων ισχύος και η εφαρμογή τους σε αιολικά και φωτοβολταϊκά πάρκα. Τέλος παρουσιάζονται τρόποι αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα έξυπνα δίκτυα όπου είναι μια έννοια δυναμικής διαδραστικής υποδομής πραγματικού-χρόνου που καλύπτει τα οράματα των ποικίλων εμπλεκόμενων φορέων των συστημάτων ενέργειας. Γίνεται ανάπτυξη των προκλήσεων και των στόχων για το έξυπνο δίκτυο. Επιπλέον μελετώνται τα χαρακτηριστικά και τα εμπόδια που αντιμετωπίζει το έξυπνο δίκτυο. Τέλος γίνεται αναφορά πως είναι τώρα η κατάσταση και οι μελλοντικές τάσεις. Στο έβδομο κεφάλαιο παρατίθενται τα σπουδαιότερα συμπεράσματα της μελέτης . Από την μελέτη των Φ/Β συστημάτων προκύπτει ότι δεν έχουν κανένα κινούμενο μέρος, είναι συνολικά μη ρυπαντικά και δεν απαιτούν πολύ συντήρηση και έχουν τα κύτταρα που διαρκούν για δεκαετίες. Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά της φωτοβολταϊκής ηλεκτρικής παραγωγής είναι ότι δεν απαιτεί μια εγκατάσταση μεγάλης κλίμακας για να λειτουργήσει. Επίσης δεν χρειάζεται να κατασκευαστεί κάποιος ξεχωριστός χώρος μπορούν να εγκατασταθούν σε κάθε σπίτι ή επιχείρηση κ.τ.λ.. Τέλος σε σύγκριση με άλλες ΑΠΕ δεν έχει κινούμενα μέρη τα οποία απαιτούν συντήρηση, καθώς είναι και θορυβώδης διαδικασία. Από την άλλη μεριά ο ηλεκτρισμός από βιομάζα είναι μια άλλη 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. Η βιομάζα είναι εγχώρια πηγή ενέργειας, η αξιοποίησή της συμβάλλει σημαντικά στη μείωση της εξάρτησης από εισαγόμενα καύσιμα, στη βελτίωση του εμπορικού ισοζυγίου, στην εξασφάλιση του ενεργειακού εφοδιασμού και στην εξοικονόμηση του συναλλάγματος και η ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας σε μια περιοχή αυξάνει: την απασχόληση στις αγροτικές περιοχές, τη δημιουργία εναλλακτικών αγορών για τις παραδοσιακές καλλιέργειες και κατα συνέπεια τη συγκράτηση του πληθυσμού στις εστίες τους, συμβάλλοντας έτσι στην κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη της περιοχής. Με την χρήση της κατανεμημένης ενέργειας και του έξυπνου δικτύου γίνεται ένας συνδυασμός όλων των τεχνολογιών για το μέγιστο επιθυμητό αποτέλεσμα στην παραγωγή κατανομή και αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας. Στο όγδοο κεφάλαιο παρατίθεται η βιβλιογραφία όπου έγινε συλλογή στοιχείων από το διαδίκτυο, την ελληνική και κυρίως τη διεθνή βιβλιογραφία που αφορούσαν τις υφιστάμενες μορφές ΑΠΕ.